Resumo: O sistema de transporte Power & Free (P&F) é um equipamento de movimentação de materiais totalmente funcional e flexível. Ele não apenas transporta peças, mas também pode classificar e armazenar diferentes peças, tornando-o amplamente aplicável na produção industrial. Este artigo apresenta o projeto de engenharia de um sistema de transporte P&F, tomando como exemplo a oficina de soldagem de uma fábrica de automóveis.

Palavras-chave: Sistema Power & Free, Projeto de Engenharia, Automação de Produção

I. Visão Geral do Processo

1. Programa de Produção:
A capacidade da Linha A é de 90.000 veículos por dois turnos. A capacidade da Linha B é de 50.000 veículos por dois turnos. A capacidade total do sistema P&F atende a 140.000 veículos por dois turnos. O peso máximo de uma carroceria em branco (BIW) é de 500 kg.

2. Fluxograma do processo:

• Estação de Carregamento: As carrocerias em aço (BIWs) qualificadas, após a conclusão da soldagem na oficina de soldagem, são transferidas para a esteira transportadora P&F.
• Zona de Armazenamento (Área de Acumulação): Diferentes tipos de carrocerias em branco podem ser armazenados em zonas classificadas.
• Linha de esteira transportadora: Transporta as carrocerias armazenadas nos veículos P&F até a oficina de pintura.

• Estação de Descarregamento: Os BIWs são transferidos do transportador P&F para a esteira transportadora da oficina de pintura.

3. Estrutura da planta:
A planta é uma estrutura leve de aço com cargas de processo uniformes distribuídas por toda a oficina. A malha estrutural consiste em 1 ponto a cada 8 m ao longo do comprimento da oficina e 1 ponto a cada 3 m ao longo da largura (perpendicular à oficina). Isso resulta em uma distribuição em malha de 3 m x 8 m, com cada ponto de içamento suportando uma carga vertical de 4,5 t e uma carga horizontal de 0,8 t.

II. Determinação da Rota do Sistema P&F e Equipamentos Principais

Componentes do sistema: Guindaste/elevador de carga, Linha de transporte, Área de armazenamento, Guindaste/elevador de descarga, Sistema de controle elétrico.

1. Guincho de Carga/Elevador (Ascensor):
Um elevador é instalado na posição de carregamento das Linhas A e B. O segmento do elevador, que inclui um transportador de rolos, sobe até a altura necessária e transfere a carroceria em branco (BIW) para a posição correta. O batente na linha de posicionamento e fixação (P&F) em frente à posição de espera se abre, e o contêiner vazio é puxado pela corrente até o batente do elevador. O contêiner é então posicionado e localizado pelo dispositivo de posicionamento do pino. O elevador desce, separando o transportador de rolos do elevador da peça, que se acomoda sobre o contêiner vazio. O elevador continua a descer até a posição de recebimento. O batente do segmento do elevador se abre, e o contêiner carregado é puxado pela corrente para a linha de armazenamento.

2. Linha de transporte:
O percurso foi projetado da maneira mais cientificamente racional possível, garantindo que o sistema de transporte não interfira com outros equipamentos na oficina. O percurso atende aos requisitos para transporte e armazenamento de carrocerias em branco. O comprimento total do percurso é de aproximadamente 2000 metros, com 6 estações de acionamento configuradas para controlar seis esteiras transportadoras independentes.

3. Zona de armazenamento:
Como a oficina produz três séries principais de produtos e a sequência de veículos necessária na cabine de pintura difere da sequência de produção da oficina de soldagem, a sequência e o armazenamento das carrocerias em branco (BIWs) devem ser considerados. Com base nas condições reais e no espaço disponível na oficina, foram projetadas três linhas de armazenamento para três tipos diferentes de BIWs, com cada linha capaz de armazenar 20 BIWs. Um canal expresso adicional também foi incluído, permitindo que as BIWs que chegam à linha de produção ignorem a área de armazenamento e sigam diretamente para a cabine de pintura pela esteira transportadora.

4. Guindaste/Elevador de Descarga:
O chassi carregado é puxado pela corrente até o batente do elevador, onde o dispositivo de posicionamento do pino do chassi o localiza. O elevador sobe até a altura necessária, levanta a carroceria e esta se separa do chassi. O dispositivo de posicionamento do pino do chassi se desengata, o batente do chassi se abre e o chassi vazio é puxado para longe da estação de descarga pela corrente. A carroceria é então transferida por um garfo telescópico para a plataforma de pintura.

III. Características estruturais e desempenho dos principais equipamentos do sistema P&F

O sistema de transporte utiliza um transportador aéreo P&F de 4 polegadas de largura, unidade única, com cabeçote de empurrar e sobre trilhos, para transportar os produtos. Os principais componentes incluem a unidade de acionamento, dispositivo de tensionamento, corrente, carro/carro auxiliar, empurrador, trilho reto, trilho curvo horizontal (curvas de rolos), trilho curvo vertical, chaves, conjunto do transportador, batentes, despachantes (decodificadores), redes de proteção e outras estruturas metálicas de instalação. As formas estruturais são as seguintes:

1. Unidade de acionamento
A unidade de acionamento adota um sistema de transmissão linear. A estação de acionamento linear é equipada com uma esteira transportadora independente para acionar a corrente de tração. A placa guia da esteira transportadora possui um formato de arco amplo para minimizar a oscilação da corrente de tração e garantir um acionamento suave. A estação de acionamento linear consiste em uma estrutura fixa e uma estrutura flutuante. O motor de acionamento utiliza controle de velocidade por frequência variável e está equipado com um dispositivo de proteção contra sobrecarga.
A unidade de acionamento linear tipo esteira é composta por uma estrutura da máquina, uma estrutura flutuante, um motorredutor e uma corrente de transmissão. O motor aciona diretamente o redutor por meio de um acoplamento e possui proteção mecânica linear (rotativa) contra sobrecarga. A estrutura de suporte robusta garante que a unidade de acionamento forneça força motriz suficiente. A roda tensora ajustável e o mecanismo de suporte da corrente facilitam e simplificam a instalação e o ajuste da folga de engrenamento da corrente. Em caso de sobrecarga, a proteção mecânica linear contra sobrecarga pode sinalizar e interromper a energia em tempo hábil. Uma plataforma de inspeção é instalada na unidade de acionamento para facilitar o acesso a todos os componentes. Pontos de lubrificação manual estão convenientemente posicionados.

2. Dispositivo de tensionamento
O transportador P&F adota um mecanismo de tensionamento pneumático, com suportes de roletes entre as estruturas fixa e flutuante. Interruptores de limite são instalados em ambas as extremidades do dispositivo de tensionamento para proteger contra tensão insuficiente da corrente e sobrecurso do dispositivo. Um dispositivo de tensionamento pneumático com curso de s = 800 mm foi selecionado, garantindo que ele possa absorver um comprimento de corrente igual a um passo do empurrador. Após o ajuste, o curso não utilizado do dispositivo de tensionamento não é inferior a 50% do curso total. O dispositivo de tensionamento é equipado com uma plataforma de inspeção.

3. Corrente, Carrinho (Carrinho de Escravos) e Empurrador
A corrente de tração utiliza uma corrente padrão forjada e destacável, feita de aço 45Mn2. A corrente X-458 possui uma carga de ruptura de 216 kN e uma tensão admissível de 15 kN, com um passo teórico de 102,4 mm. A corrente deve operar sem se arrastar ou saltar.
A corrente de tração é suportada por carrinhos de apoio. O corpo do carrinho é uma peça forjada integral de alta resistência. O carrinho de apoio é montado com parafusos. Os roletes são rodas com rolamentos integrais (conjunto completo de esferas sem gaiola), oferecendo folga moderada, baixa resistência, proteção com vedação labiríntica de três camadas e um bico de lubrificação externo por pressão, tornando-os adequados para uso em ambientes severos e de alta temperatura. O layout dos carrinhos é racional e coordenado com as curvas verticais e horizontais da corrente de tração. Recomenda-se o uso de suporte duplo em ambos os lados do empurrador.
Utiliza-se um carrinho de carga com quatro rodas, composto por um carrinho dianteiro, um carrinho traseiro, dois carrinhos centrais, uma haste de ligação com amortecimento, uma haste de ligação rígida e uma haste de distribuição. O carrinho dianteiro do carrinho de carga é o carrinho de tração. O carrinho dianteiro, em conjunto com o batente e o carrinho traseiro, realiza as funções de parada e acumulação. Os carrinhos centrais são utilizados para suportar o carrinho. Dois conjuntos de pinos de conexão suportam o carrinho. Um conjunto de hastes de ligação com função de amortecimento garante o comprimento de acumulação e realiza o amortecimento do conjunto do carrinho. Os carrinhos dianteiro e traseiro são feitos de aço fundido de precisão. O corpo do carrinho e as placas laterais são conectados com parafusos de alta resistência e porcas de travamento para garantir a segurança e a confiabilidade do carrinho. O carrinho de carga atende aos requisitos de instalação simples, operação flexível, estrutura racional, robustez, durabilidade e manutenção conveniente. Possui folga moderada, baixa resistência, boa vedação e um bico de lubrificação externo do tipo pressão.

4. Pista (Pista Reta)
O trilho é composto por três seções de aço perfilado, conectadas por soldagem, com a junção entre as seções feita por parafusos. O trilho da corrente utiliza aço I10 e o trilho do carrinho utiliza aço especial em formato de U de 4".

5. Pista Curva Horizontal (Curvas com Rolos)
Na seção de curva horizontal da esteira, o trilho curvo horizontal é equipado com roletes para garantir a trajetória correta da corrente de tração e o engrenamento adequado entre o empurrador e o carrinho. Nessa seção, a corrente de tração entra em contato com os roletes dos roletes, que possuem uma determinada dureza. Os roletes são instalados em um trilho com ranhuras especialmente projetadas para as rodas. Os roletes são equipados com rolamentos selados com bicos de lubrificação externos para lubrificação regular. O ângulo do trilho curvo horizontal é determinado pelo traçado geral da linha. O material utilizado na fabricação do trilho curvo horizontal é o mesmo do trilho reto.

6. Pista Curva Vertical
A superfície da pista curva vertical é lisa e sua curvatura não afeta a tensão da corrente. A curvatura da pista é determinada de acordo com os requisitos do processo.

7. Chaves (Desvios)
As chaves são divididas em chaves de desvio e chaves de convergência.

• Chaves de desvio: Utilizadas para dividir uma linha em duas. A seleção da direção quando o carrinho de carga passa pela chave de desvio é controlada automaticamente pelo CLP na sala de controle elétrico através de uma válvula solenoide, um cilindro pneumático e uma lingueta de comutação na unidade pneumática da chave.
• Chaves de Convergência: Essas são chaves não controladas, usadas para unir duas linhas em uma. O carro de carga passa pela chave de convergência contando com o próprio carro para abrir a lingueta da chave.

8. Conjunto do Suporte
O conjunto do transportador consiste em um carrinho dianteiro, dois carrinhos intermediários, um carrinho traseiro, bielas dianteiras e traseiras e o próprio transportador (gabarito).

9. Rolha
O batente utiliza um sistema de parada por rolete acionado por cilindro pneumático. Quando acionado, o batente para o empurrador dianteiro do conjunto transportador após este se desengatar da haste de empurrar da corrente de tração, posicionando-o corretamente. Este sistema é equipado com um dispositivo de detecção de posição do batente.

10. Redes de proteção e outras estruturas de aço para instalação
Como parte integrante do sistema, redes de proteção são instaladas nas áreas por onde passa a linha de transporte. A estrutura metálica da instalação adota um esquema de suspensão independente em treliça.

IV. Projeto do Sistema de Controle Elétrico da Cadeia P&F

O sistema de controle elétrico adota o PLC Siemens série S7 como núcleo para o controle em nível de equipamento, configurado com módulos de comunicação Ethernet e módulos de comunicação fieldbus. Um alarme sonoro é acionado antes da partida automática da linha. O circuito principal de todos os motores do sistema é equipado com disjuntores de baixa tensão. O circuito de controle é realizado em conjunto pelo PLC e conversores de frequência para permitir a operação em alta/baixa velocidade e em sentido horário/horário dos motores. Ao mesmo tempo, o circuito de controle do conversor de frequência fornece saída de falha para proteção contra sobrecarga, curto-circuito, falta de fase e outras funções de proteção para os motores.

A aquisição de sinais de entrada de campo e a troca de informações com a linha de ajuste e a oficina de pintura utilizam a tecnologia fieldbus. Essa tecnologia possui excelente abertura e um protocolo de rede completo e rigoroso. A estação mestre do CLP e as estações operacionais abaixo dela formam uma rede Profibus-DP através do barramento, garantindo a leitura e gravação confiáveis ​​de dados entre o CLP e as subestações, e, em última análise, garantindo a produção automatizada e o controle automático dos parâmetros de processo para toda a linha por meio de programação. O status de todos os equipamentos de campo também pode ser enviado primeiro para o CLP e, em seguida, para o computador host para monitoramento centralizado via rede fieldbus. O esquema de controle é simples, a estrutura é concisa e a manutenção é conveniente. Além disso, o painel de controle está equipado com uma tela sensível ao toque para exibir o status operacional do equipamento e para consulta rápida de falhas.

O sistema de controle elétrico da cadeia de soldagem P&F consiste em um Painel de Controle Mestre (MCP), três Painéis de Controle Remoto (RCP) e nove Estações de Operação (OS). O MCP é o Painel de Controle Mestre da Cadeia de Soldagem P&F; os RCPs são os Gabinetes de Controle Elétrico da Cadeia de Soldagem P&F RCP01, RCP02 e RCP03; as OSs são as Estações de Operação BS01, BS02, BS03, BS04, BS05, BS06, BS07, BS08 e BS09. Destas, as Estações de Operação BS01, BS03 e BS09 estão equipadas com telas sensíveis ao toque.

O sistema de transmissão por corrente P&F consiste em 6 motores de acionamento: M1, M2, M3, M4, M5 e M6.

Procedimento de inicialização da linha de produção P&F Chain:

Feche o disjuntor principal dentro da Cadeia de Soldagem P&F MCP para fornecer energia aos RCP01, RCP02 e RCP03 → Feche os disjuntores dentro dos RCP01, RCP02 e RCP03 para fornecer energia aos PLCs, aos equipamentos elétricos dentro dos RCP01, RCP02 e RCP03 e às Estações de Operação BS01 a BS09 → Feche os disjuntores dentro das Estações de Operação para fornecer energia aos PLCs e aos equipamentos elétricos dentro das Estações de Operação → Se tudo estiver normal, a alimentação de controle pode ser desligada com uma chave e a luz indicadora de alimentação de controle acenderá → Vá para a Estação Remota RCP01 e selecione o modo de operação da linha: "Semi-Automático", "Manutenção" ou "Automático". → Feche os disjuntores do circuito do motor dentro da Estação Remota para habilitar a partida dos motores de acionamento M1, M2, M3, M6, M4 e M5, que acionam a linha de transmissão. → Vá para a Estação Remota RCP01 e pressione "Iniciar Sistema".

Se o modo "Manutenção" for selecionado, a luz indicadora de Início do Sistema acenderá. Se o modo "Semi-Automático" ou "Automático" for selecionado, a linha de corrente começará a funcionar automaticamente e a luz indicadora de Início do Sistema acenderá.

Procedimento de parada da linha de corrente P&F:

Vá até o painel de controle remoto RCP01 e pressione "Parar sistema". A linha de transmissão para e a luz indicadora de Parada do sistema acende.

Os modos de operação da linha de esteira são "Semiautomático", "Manutenção" e "Automático". Se o modo de operação da linha for "Manutenção", os elevadores LF1 e LF2, bem como os batentes, podem ser operados manualmente para depuração pela equipe de manutenção. Se o modo de operação da linha for "Semiautomático" ou "Automático", todos os despachantes e batentes só podem operar quando a linha de esteira estiver em funcionamento. Se a linha de esteira entrar em parada de emergência, todos os despachantes e batentes manterão seu estado atual até que a linha de esteira seja reiniciada.
Em caso de falha do equipamento, pressione imediatamente o botão de parada de emergência no painel de controle remoto, na estação de operação ou na caixa de botões. Após a conclusão do reparo da falha, a linha de transmissão só poderá ser reiniciada após pressionar o botão "Reinicialização de Falha".

Teste de Indicadores de Produção:

Pressione o botão "Indicador de Teste"; todas as luzes acenderão acompanhadas de um sinal sonoro. Soltar o botão interrompe o teste.

Atualmente, os transportadores aéreos utilizados pelas montadoras de automóveis não servem apenas para transportar peças e carrocerias; eles constituem um sistema completo de controle mecânico e elétrico com um alto grau de automação. Podem suportar a produção em linha de múltiplos tipos de carroceria e realizar o transporte e armazenamento das mesmas de acordo com as necessidades de produção. A estação de transferência exige posicionamento preciso e transferência automática. Todo o sistema de transporte P&F consegue transportar com precisão as carrocerias prontas na oficina de soldagem para a oficina de pintura, sem necessidade de intervenção manual.