Método intuitivo: ligar cada fim de curso ao movimento seguinte, e descobrir por que, às vezes, a máquina trava
Ligar cada fim de curso ao movimento seguinte resolve muitas máquinas, mas não todas. Nesta aula, a máquina trava, e você descobre por quê e como destravar sem gambiarra.
rolete escamoteávelcameválvula 3/2Fim de curso escamoteável: rolete escamoteável, came, válvula 3/2.
- Setor
- Embalagem · fechamento de caixas
- Solicitante
- Manutenção
- Equipamento
- Grampeadora de caixas GR-16
- Prioridade
- Alta: máquina travando
- Prazo
- 3 dias
A grampeadora nova, montada pelo fornecedor pelo método intuitivo, executa A+ B+ B− A− e trava sempre no mesmo ponto. O fornecedor sugeriu colocar um temporizador “para dar um tempo”. Você vai achar a sobreposição de sinais, escolher entre rolete escamoteável e formador de pulso, e decidir se o método intuitivo serve para essa máquina.
- 1Montar o circuito pelo método intuitivo
- 2Descobrir onde e por que a máquina trava
- 3Encurtar o sinal: rolete escamoteável ou formador de pulso
- 4Decidir quando abandonar o método
- 5Fechar no laboratório e emitir o relatório de falha RF-16
Entrega: relatório de falha RF-16, no fim da aula
As 5 competências desta aula
- Montar o circuito de uma sequência direta pelo método intuitivo.
- Explicar a sobreposição de sinais em uma válvula biestável.
- Prever, pela notação e pelo diagrama de comando, onde haverá sobreposição.
- Aplicar o rolete escamoteável e o formador de pulso, conhecendo os seus limites.
- Decidir quando o método intuitivo basta, e quando é preciso um método sistemático.
Uma válvula biestável por cilindro, e cada fim de curso no piloto seguinte
Para a sequência A+ B+ A− B−, o método dá um circuito que funciona na primeira tentativa.
O funcionamento. Na posição inicial, os dois cilindros estão recuados. O fim de curso a0, pressionado, mantém sinal no piloto de B−: coerente, pois B está recuado. O fim de curso b0, pressionado, alimenta o botão de partida.
- Partida. O botão S é apertado. O sinal, vindo de b0, chega ao piloto de A+. No piloto oposto, o de A−, não há sinal: b1 está solto. A válvula comuta. A avança, e solta a0.
- Fim de A+. A toca a1. O sinal vai ao piloto de B+. No piloto de B−, o sinal de a0 já desapareceu, pois A saiu de lá. A válvula comuta. B avança, e solta b0.
- Fim de B+. B toca b1. O sinal vai ao piloto de A−. No piloto de A+, não há sinal: b0 foi solto, e o botão, também. A recua, e solta a1.
- Fim de A−. A toca a0. O sinal vai ao piloto de B−. No piloto de B+, o sinal de a1 já desapareceu. B recua.
- Fim de B−. B toca b0. O circuito está na posição inicial.
Em cada passo, quando o sinal chega a um piloto, o piloto oposto está livre. É o que caracteriza uma sequência direta.
| Piloto | Sinal que o comanda | Existe durante | Sinal oposto chega em |
|---|---|---|---|
| A+ | partida e b0 | o instante da partida | linha 3, por b1 |
| B+ | a1 | linhas 2 e 3 | linha 4, por a0 |
| A− | b1 | linhas 3 e 4 | nova partida |
| B− | a0 | linhas 4, 5 e 1 | linha 2, por a1 |
Por que a0 some a tempo. O sinal de a0 comanda B−, e o de a1 comanda B+. São os dois fins de curso do mesmo cilindro, A, e um cilindro nunca está nas duas pontas ao mesmo tempo. O mesmo vale para b0 e b1, que comandam os dois pilotos da válvula de A. Nessa sequência, cada válvula é pilotada pelos dois fins de curso do outro cilindro. Não há como os dois sinais coincidirem.
O botão mantido. Resta a ressalva da aula 13: se o operador segurar o botão de partida até B recuar, um novo ciclo começa. E, se o segurar durante o passo 3, haverá sinal em A+ e em A−.
Conferir uma sequência de três cilindros
Para a sequência A+ B+ C+ A− B− C−, que sinais pilotam cada válvula? Há algum par de sinais opostos que possa coincidir?
- Cadeia: partida e c0 → A+. a1 → B+. b1 → C+. c1 → A−. a0 → B−. b0 → C−.
- Válvula de A: pilotada por c0, com a partida, e por c1. Dois fins de curso do mesmo cilindro, C.
- Válvula de B: por a1 e a0. Mesmo cilindro, A.
- Válvula de C: por b1 e b0. Mesmo cilindro, B.
Por que A+ B+ B− A− trava, e como prever
As mesmas peças, ligadas pelo mesmo método, para uma sequência que difere só na ordem dos recuos.
A cadeia de sinais. Partida e a0 disparam A+. O sinal a1 dispara B+. O sinal b1 dispara B−. O sinal b0 dispara A−.
As válvulas. A válvula de B é pilotada por a1, para avançar, e por b1, para recuar. São fins de curso de cilindros diferentes. A válvula de A é pilotada pela partida, para avançar, e por b0, para recuar.
O que acontece.
- Partida. O botão envia sinal ao piloto de A+. No piloto de A−, há sinal: b0 está pressionado, pois B está recuado. Primeira sobreposição. A válvula de A não comuta, e a máquina não parte.
- Supondo que esse obstáculo fosse removido: A avança, e toca a1. B avança, e solta b0.
- Fim de B+. B toca b1, que envia sinal ao piloto de B−. No piloto de B+, há sinal: A está parado sobre a1. Segunda sobreposição. A válvula de B não comuta. A máquina para, com os dois avançados.
A regra geral. Há sobreposição quando, no instante em que um sinal chega a um piloto, o sinal que comandou o movimento anterior do mesmo cilindro ainda existe. E ele ainda existe se o fim de curso que o gera continua pressionado: ou seja, se o cilindro que o pressiona não se moveu desde então.
Em A+ B+ B− A−, o movimento B− vem logo depois de B+. Entre os dois, nada mais se moveu. O sinal a1, que disparou B+, não teve como desaparecer.
| Sinal | Linha 1 | Linha 2 | Linha 3 | Linha 4 | Comanda |
|---|---|---|---|---|---|
| a0 | 1 | 0 | 0 | 0 | partida de A+ |
| a1 | 0 | 1 | 1 | 1 | B+ |
| b1 | 0 | 0 | 1 | 0 | B− |
| b0 | 1 | 1 | 0 | 1 | A− |
Sequência direta e indireta.
- Direta: a ordem das letras na segunda metade repete a da primeira. A B, A B. Sem sobreposição.
- Indireta: a ordem não se repete. A B, B A. Com sobreposição.
A regra das letras vizinhas detecta os casos comuns. Em sequências longas, com movimentos repetidos, a verificação segura é o diagrama de comando, ou a tabela de sinais.
Quantas sobreposições
A sequência A+ B+ B− C+ C− A− é montada pelo método intuitivo. Em que pontos haverá sobreposição?
- Letras vizinhas iguais: B+ B−, e C+ C−. E, fechando o ciclo, A− A+.
- B+ B−: a1 disparou B+, e A continua avançado. Sobreposição no piloto de B−.
- C+ C−: b0 disparou C+, e B continua recuado. Sobreposição no piloto de C−.
- A− A+: c0 disparou A−, e C continua recuado. Sobreposição na partida.
A ferramenta dispara um prego quando duas coisas acontecem: o gatilho é apertado, e a ponta é encostada na madeira. A dúvida do projeto é pequena: em que ordem? Na versão mais comum, a ordem não importava. O carpinteiro segurava o gatilho apertado e ia batendo a ponta ao longo da tábua, um prego a cada toque, três ou quatro por segundo. Os hospitais passaram a receber, todos os anos, dezenas de milhares de trabalhadores com pregos nas mãos, nas pernas e nos pés
O pregador pneumático chegou aos canteiros de obras americanos na década de 1950, e, nas décadas seguintes, substituiu o martelo na estrutura de casas de madeira. Um êmbolo, lançado pelo ar comprimido, crava um prego em uma fração de segundo.
Desde cedo, a ferramenta teve dois sinais de disparo, combinados em uma função E: o gatilho, sob o dedo, e uma trava de contato na ponta, que só libera o disparo quando pressionada contra a peça. A intenção é impedir que a ferramenta dispare no ar.
Havia duas formas de combinar os sinais. No disparo por contato, a ordem é livre. Com o gatilho mantido apertado, cada vez que a ponta toca uma superfície, sai um prego. É rápido, e é o modo preferido para pregar chapas em série. No disparo sequencial, a ordem é obrigatória: primeiro a ponta contra a peça, depois o gatilho. E, para o prego seguinte, é preciso soltar o gatilho e repetir.
O problema do disparo por contato é o de um sinal que permanece. O gatilho apertado é um sinal contínuo. Qualquer contato da ponta, intencional ou não, completa a condição. A ferramenta recua ao disparar, salta, e volta a tocar a madeira: sai um segundo prego, não pretendido, muitas vezes sobre o primeiro, que o desvia. O operador, ao se deslocar com o dedo no gatilho, esbarra a ponta na própria perna, ou em um colega.
Estudos com aprendizes e carpinteiros, feitos por pesquisadores de saúde ocupacional nos Estados Unidos nas décadas de 1990 e 2000, compararam os dois tipos. O risco de ferimento com o gatilho de contato foi cerca de duas vezes o do gatilho sequencial, e a diferença de produtividade, medida em obras reais, mostrou-se pequena. Em 2011, os órgãos federais americanos de segurança e de pesquisa em saúde do trabalho publicaram um guia conjunto, recomendando o gatilho sequencial pleno para a maior parte dos serviços.
Fontes: NIOSH e OSHA, Nail Gun Safety: A Guide for Construction Contractors, 2011 (NIOSH 2011-202): risco cerca de duas vezes maior com gatilho de contato; NIOSH Science Blog, The New ANSI Nail Gun Standard is a Lost Opportunity for Safety
Encurtar o sinal: rolete escamoteável e formador de pulso
Se o problema é um sinal que dura demais, a saída mais direta é fazê-lo durar pouco.
Um rolete escamoteável é acionado por 8 mm do ressalto, e a haste passa a 400 mm/s. Quantos milissegundos dura o sinal?
O rolete escamoteável, ou gatilho. É um fim de curso com o rolete montado em uma alavanca articulada. Quando o ressalto da haste passa em um sentido, a alavanca está apoiada, e o rolete aciona a válvula. Quando passa no sentido contrário, a alavanca dobra, e a válvula não é acionada. Além disso, a válvula é montada um pouco antes do fim do curso, de modo que o ressalto passe por ela e siga adiante.
O resultado é um sinal curto, emitido só em um sentido do movimento, e que já desapareceu quando o cilindro para.
No símbolo, o rolete escamoteável é desenhado com a alavanca articulada. No traço de posição junto ao cilindro, uma pequena seta indica o sentido em que ele atua.
Aplicado à sequência A+ B+ B− A−. Os dois sinais que persistem são a1 e b0. Trocando esses dois fins de curso por roletes escamoteáveis, a1 passa a dar um pulso quando A está chegando ao fim do avanço, e b0, um pulso quando B está chegando ao fim do recuo. Quando b1 e a partida enviam os seus sinais, os pilotos opostos já estão livres.
| Limitação do rolete escamoteável | Consequência |
|---|---|
| O sinal é dado antes do fim do curso | Não confirma que o cilindro chegou ao fim. O movimento seguinte começa com o anterior ainda em andamento |
| O sinal depende da velocidade | Cilindro rápido dá pulso curto demais. Cilindro lento demais pode parar sobre o rolete |
| Se o cilindro para sobre o rolete, o sinal permanece | A sobreposição volta, em uma parada no meio do ciclo |
| Só atua em um sentido | Montado ao contrário, não dá sinal nenhum: erro comum de montagem |
| Peça mecânica delicada | A articulação se desgasta e se suja |
| Não pode servir de condição de segurança | O sinal não indica posição, e sim passagem |
O formador de pulso. O fim de curso comum é mantido, na posição certa, no fim do curso. O seu sinal passa por um temporizador normalmente aberto: assim que o sinal aparece, ele segue para o piloto. Depois do tempo ajustado, uma fração de segundo, o temporizador corta a passagem e descarrega o piloto, embora o fim de curso continue pressionado.
Em relação ao rolete escamoteável, a vantagem é que o sinal nasce com o cilindro no fim do curso, confirmado, e tem duração independente da velocidade. A desvantagem é o custo: um temporizador para cada sinal que persiste, e mais um ajuste na máquina.
O pulso de um gatilho
Um rolete escamoteável é acionado por um trecho de 8 mm do ressalto. A haste passa por ele a 400 mm/s. A válvula de potência, com 2 m de tubo de pilotagem, precisa de cerca de 40 ms de sinal para comutar. O pulso é suficiente?
- Duração: 8 ÷ 400 = 0,020 s, ou 20 ms.
- Necessário: 40 ms.
O rolete escamoteável, de perto
Fim de curso com o braço do rolete articulado, e a haste com o came que passa por cima. Veja a diferença entre a ida e a volta.
Aponte a câmera do celular para o QR e veja a peça em tamanho real sobre a sua mesa. Está em tamanho real: o fim de curso é do tamanho de uma caixa de fósforos.
Atenção: esta cópia está rodando só no seu computador. O QR funciona quando a aula estiver publicada.
Quando o método intuitivo basta, e quando abandoná-lo
O método é bom para o que é. O erro é insistir nele além do ponto.
| Situação | Método intuitivo | Observação |
|---|---|---|
| Um cilindro, com retorno automático ou ciclo contínuo | Adequado | Não há sobreposição |
| Sequência direta, com dois ou três cilindros | Adequado | O circuito mais econômico |
| Sequência indireta, com uma ou duas sobreposições, em dispositivo simples | Possível, com gatilho ou formador de pulso | Verificar velocidades e paradas no meio do ciclo |
| Sequência com três ou mais sobreposições | Desaconselhado | Método cascata ou passo a passo |
| Sequência com movimentos repetidos do mesmo cilindro | Desaconselhado | O mesmo fim de curso precisa comandar coisas diferentes em momentos diferentes |
| Máquina com exigências de segurança ou de confiabilidade | Desaconselhado | Gatilhos não confirmam posição |
| Sequência longa, ou com várias condições | Desaconselhado | Comando eletropneumático |
O terceiro recurso: desligar o sinal na origem. Em vez de encurtar o sinal depois que ele nasce, pode-se cortar a alimentação do fim de curso no momento em que o seu sinal deixa de ser desejado. Uma válvula de memória, comutada pelos próprios sinais da sequência, alimenta um grupo de fins de curso de cada vez. Um fim de curso sem ar na entrada não dá sinal, por mais pressionado que esteja. É a ideia do método cascata, assunto da próxima aula.
Movimentos repetidos. Em A+ B+ B− B+ B− A−, o fim de curso b0 é tocado duas vezes. Na primeira, deve comandar um novo B+. Na segunda, A−. O sinal é idêntico. O circuito intuitivo não tem como distinguir: falta-lhe saber em que passo está. Nenhum encurtamento de sinal resolve isso. É preciso memória.
Parada no meio do ciclo. Um circuito intuitivo com gatilhos funciona enquanto o ciclo corre sem interrupção. Se o ar é cortado, ou uma emergência para os cilindros em posições intermediárias, os pulsos se perdem. Ao religar, a sequência pode não continuar, ou continuar errada. Circuitos de sequência precisam de um procedimento definido de retorno à posição inicial.
O cruzamento era controlado por um policial em uma torre, que acionava luzes: vermelha para parar, verde para seguir. Quando ele trocava as luzes, a rua que tinha o verde recebia o vermelho, e a outra, o verde, no mesmo instante. O motorista que estava a dez metros do cruzamento, em velocidade, não conseguia parar. O que acabava de receber o verde já arrancava. Os dois se encontravam no meio
Os primeiros sinais luminosos de trânsito, instalados em cidades americanas na década de 1910, tinham duas cores. Funcionavam enquanto o tráfego era de carroças e de poucos automóveis lentos.
Em Detroit, a cidade que mais rapidamente se enchia de automóveis, um policial encarregado da sinalização, William Potts, identificou o defeito do sistema de duas cores: a troca era um instante sem duração. As duas ordens, parar para uns e seguir para outros, mudavam juntas, e havia um intervalo de alguns segundos em que os veículos de uma rua ainda estavam cruzando, legitimamente, enquanto os da outra já tinham permissão para entrar.
Em 1920, Potts montou, com componentes de sinalização ferroviária, um sinal com uma terceira luz, amarela, entre a vermelha e a verde, e o instalou em um cruzamento de grande movimento no centro da cidade. Foi, segundo os registros mais aceitos, o primeiro semáforo de três cores e quatro faces para tráfego de rua. A luz amarela não dava uma ordem nova. Criava um intervalo: avisava que o verde estava terminando, antes que o outro lado recebesse o seu.
Potts, como funcionário público, não patenteou o dispositivo. Outros inventores registraram, na mesma época, soluções com a mesma finalidade, entre elas um sinal com uma posição intermediária em que todos os sentidos ficavam parados.
O princípio foi incorporado a toda a sinalização de trânsito. Os controladores atuais acrescentam um tempo de vermelho geral, de um ou dois segundos, depois do amarelo, antes de liberar o outro sentido. E têm um circuito independente, cuja única função é vigiar as saídas: se, por qualquer falha, dois verdes conflitantes aparecem juntos, ele desliga o controlador e põe o cruzamento em amarelo piscante.
Fontes: The Henry Ford, First Tri-Color, Four-Directional Traffic Signal, 1920 (William Potts, Detroit); Wikipedia (inglês), William Potts (inventor)
Detector de sobreposição, duração do pulso de um gatilho, formador de pulso, direta ou indireta, o que fazer, e treino
O primeiro modo analisa sequências e aponta os conflitos. O segundo calcula o pulso de um rolete escamoteável. O terceiro confere o tempo de um formador de pulso. O quarto classifica. O quinto apresenta decisões. O sexto sorteia contas.
Quatro erros com o método intuitivo
Um de diagnóstico, dois de aplicação, e um de insistência.
Sobreposição não é defeito de componente.
O movimento seguinte começa com o anterior em andamento.
Pulso curto dá falha intermitente.
O circuito remendado ninguém ajusta nem mantém.
A velocidade máxima no gatilho
Um rolete escamoteável é acionado por um trecho de 12 mm do ressalto da haste. A válvula de potência que ele pilota precisa de um sinal de pelo menos 40 ms para comutar com segurança. Qual é a maior velocidade, em mm/s, com que a haste pode passar pelo rolete?
O método intuitivo no seu trabalho
A maioria dos dispositivos pneumáticos simples de uma fábrica foi feita assim. Saber onde o método falha é saber onde procurar. Clique em um cartão.
Emita o documento do seu trabalho
Os resultados do laboratório entram sozinhos. Complete o que falta, assine e salve em PDF: é a sua peça de portfólio desta aula.
Relatório de falha: travamento da grampeadora GR-16
| Sequência analisada | |
|---|---|
| Sobreposições encontradas | |
| Duração do pulso no rolete | |
| Formador de pulso: resultado | |
| Solução adotada | |
| Por que o temporizador sugerido não resolve |
| Conclusão do técnico |
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7 situações de trabalho
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Mensagem do feedback.
Cada fim de curso no piloto seguinte, e um olhar nos dois pilotos antes de montar
Encurtar sinais resolve conflitos isolados. Para sequências com vários, existe uma ideia mais limpa: em vez de mexer no sinal, tirar o ar do fim de curso quando o seu sinal não é mais desejado. Dividem-se os movimentos em grupos, e uma cascata de válvulas de memória alimenta um grupo de cada vez. A próxima aula apresenta o método cascata, com as suas regras de divisão e de montagem.