WO2023159284A1

WO2023159284A1 - Mecanismo de acionamento integrado com sensoriamento para aplicação, medição e controle de fertilizantes, sementes e/ou corretivos em dosadores helicoidais com transbordo

Info

Publication number: WO2023159284A1
Application number: PCT/BR2022/050172
Authority: WO
Inventors: Evandro NOIRAN RAMOS MARTINS; Bruno VENANZIO TRASATTI; Flavio ROCHA DE AVILA; Franciele JULIANA REBELO; Kevyn SILVA DOS SANTOS; Rodrigo OSELAME RUDUIT; Rogério VICTORIO FERNANDES BALLESTRIN; Victor EMMANUEL DE OLIVEIRA GOMES; Vitor CAMARGO NARDELLI
Original assignee: Agromac Indústria E Comércio De Equipamentos Agrícolas Ltda Epp
Priority date: 2022-02-24
Filing date: 2022-05-25
Publication date: 2023-08-31
Also published as: AR126170A1

Abstract

Tratou a presente solicitação de patente de invenção a um mecanismo de acionamento para aplicação a taxas variáveis, medição instantânea, correção automática da vazão e destravamento em caso de entupimento dos fertilizantes, sementes e/ou corretivos em dosadores helicoidais com transbordo, que será aplicado ao campo de dosadores de sementes e fertilizantes. Sendo formado por funil dosador (2) com o fertilizante e/ou corretivo transportado pelo giro do eixo helicoidal (3) acionado por servo motor (5) elétrico por meio de um acoplador rígido (6) acoplado e fixado ao disco magnético (7) dotado de ímãs de neodímio (8) distribuídos e encaixados nos furos circulares (13) ao logo da superfície externa (9) e do lado oposto dotado de tampa transversal (19) dotada de uma rampa (20) com parede (21) montada e encaixada no apoio (23) e com o corpo do bocal (25) projetado para o encaixe do módulo do sensor mássico (32) e do invólucro de sensoriamento (35) dotado de orelha lateral (38) com furo circular (39) passante para montagem do conector prensa cabos (40).

Description

“MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”.

CAMPO DE APLICAÇÃO

[001] A presente solicitação de patente de invenção refere- se a um mecanismo de acionamento integrado com sensoriamento para aplicação, medição e controle de fertilizantes, sementes e/ou corretivos em dosadores helicoidais com transbordo, que será aplicado ao campo de dosadores de sementes e fertilizantes.

ESTADO DA TÉCNICA

[002] O maior desafio para a agricultura nas próximas décadas será o de satisfazer a crescente demanda mundial de alimentos de forma sustentável. Portanto, há necessidade de se produzir mais alimentos para alimentar a população. A fim de alcançar esta tarefa árdua, existem duas opções entre nós. A primeira opção é trazer mais terra cultivada e a segunda é aumentar a produção por unidade de área cultivada adotando o cultivo intensivo. Devido à contínua demanda crescente de terras por outras atividades de desenvolvimento, o escopo de aumentar a área cultivada é limitado. Por conseguinte, deve ser dada maior atenção ao aumento da produção por unidade de superfície de terras cultivadas através da utilização exaustiva dos fatores de produção agrícola e técnicas melhores de plantio.

[003] A baixa fertilidade do solo e o manejo inadequado dos nutrientes das plantas agravam ainda mais o problema. Grandes aumentos de produtividade não podem ser alcançados sem garantir que as plantas sejam fornecidas com nutrição adequada e equilibrada. Os solos são a reserva da maioria dos nutrientes essenciais para o crescimento e desenvolvimento das plantas e a forma como os nutrientes são geridos terá um grande impacto no crescimento das plantas, na fertilidade de solos e na sustentabilidade agrícola. O crescimento da planta é considerado o resultado de um processo complexo pelo qual a planta sintetiza alimentos usando energia solar, dióxido de carbono, água e nutrientes do solo. As plantas exigem uma série de elementos para o seu crescimento normal e desenvolvimento.

[004] A tecnologia tem transformado nossas vidas. Segundo Longo (1984), "tecnologia é o conjunto de conhecimentos científicos ou empíricos empregados na produção e comercialização de bens e serviços". Contudo o sistema de produção necessitava de muita intervenção humana. No passado, com a intervenção de máquinas e hoje tecnologia digital, foram se tornando processos mais rápidos e mais assertivos, minimizando erros, melhorando a qualidade de produtos e facilitando processos.

[005] Na agricultura não foi diferente, o primeiro intuito foi facilitar a vida do homem do campo, posteriormente aumentar a produtividade, e agora o campo surge com a agricultura digital chamada Agricultura 4.0. Com isso o conceito de agricultura de precisão está se reformulando através de sistemas automatizados, facilitando no processo do homem no campo. A nova agricultura não é somente aumentar a produtividade, mas a integração de melhores condições com redução de produtos aplicados a fim de otimizar a produção num âmbito sustentável. O manejo adequado do solo, a aplicação correta de insumos e principalmente a tecnologia, tem fundamentado esse crescimento da agricultura.

[006] Em estudos de Alves, Souza e Gomes (2013), a mecanização aplica-se à automação, com destaque no plantio a qual agrega informações e moderniza operações no ciclo de agricultura de precisão. As máquinas que fazem a aplicação são a semeadora e a plantadora, a diferença entre os implementos é basicamente que uma realiza a semeadura, operação que introduz no solo sementes de plantas, e a outra o plantio, operação que introduz no solo partes vegetais de plantas (SILVEIRA, 2001 ). A semente sempre foi a maior preocupação para os agricultores. Não se priorizava a deposição do fertilizante, porém hoje, com os custos de produção na ponta do lápis, o produtor notou que o fertilizante está cada vez mais caro e tendo uma margem maior no custo de produção total.

[007] A pressão nos custos de produção e a busca por uma maior produtividade levam os produtores a adotarem ferramentas de trabalho que os auxiliem a ter maior rentabilidade/eficiência em suas lavouras. A agricultura de precisão surge como uma das soluções para tornar mais eficiente o manejo no campo.

[008] Normalmente, o trabalho com agricultura de precisão inicia com o mapeamento georreferenciado da fertilidade da área e depois é possível mapear muitas outras informações como os mapas de rendimento da colheita, a compactação, imagens aéreas e de satélite ou usar sensores que identificam parâmetros direto na lavoura. As informações colhidas se somam e permitem um conhecimento detalhado da área. Os resultados aparecem com os ajustes graduais do manejo para tirar o melhor proveito das características da área. E a gestão deixa de ser apenas baseada na experiência do produtor e sua equipe e passa a ser feita com números e dados.

[009] As técnicas da Agricultura de Precisão podem contribuir para o aumento de produtividade ao identificar gargalos e possibilitar redução de custos. É um objetivo sustentável, que pode ser alcançado, mantendo o nível de investimento sob controle e medido através das decisões baseadas em números. A não ser em situações especiais, a busca contínua por maiores produtividades deve ser o objetivo, calculando os custos de forma mais precisa.

[010] A variabilidade existente no solo é resultado da interação de diversos fatores tais como relevo, material de origem e da relação/ação do homem nestas áreas principalmente através da prática agrícola. A utilização de fertilizantes pode ao longo do tempo promover uma maior heterogeneidade química do solo, entretanto, a utilização das lavouras para a agricultura, mesmo que buscando promover esse maior equilíbrio, acaba também por promover uma maior variabilidade.

[011] O objetivo de todo produtor é extrair o melhor resultado possível de sua lavoura de forma sustentável, sendo que as práticas da Agricultura de Precisão buscam suportar os mesmos em direção a este objetivo, ajudando a identificar quais são as regiões com potencial de incremento de produtividade bem como quais são as áreas passíveis de retorno econômico inferior, devido ao baixo potencial produtivo e algumas vezes impossibilidade de superação produtiva devido à baixa fertilidade do solo.

[012] A aplicação de insumos durante o manejo dos solos pode ser feita através de taxa variável, sempre que essa prática for economicamente viável. O mapeamento das propriedades químicas do solo e a identificação da variabilidade espacial de componentes do solo são essenciais para que este tipo de aplicação possa ser realizado.

[013] Esta nova fase de aplicação de fertilizante sugeriu novas formas de trabalho, e uma delas foi a aplicação em taxa variável que tem o potencial de otimizar o uso de fertilizantes e minimizar os impactos negativos no meio ambiente. Com a introdução das novas tecnologias de Agricultura de Precisão, a possibilidade de se aplicar fertilizantes de forma contínua em taxas variáveis, introduzindo quantidades conforme a necessidade de cada ponto no campo. Essa otimização tem apresentado resultados significantes na economia e sustentabilidade do plantio.

[014] A mudança trazida por esses novos métodos de aplicação faz com que as amostragens de solo passem de uma média de toda a área, para análises pontuais, evidenciando a variabilidade espacial de todo o campo (KUHAR, 1997). Diferentemente da aplicação uniforme de fertilizantes e corretivos, que pode resultar em áreas com aplicações abaixo ou acima da dose necessária, a aplicação com taxas variáveis possibilita a adequada produtividade e eficiência do uso de nutrientes com simultânea redução do potencial para poluição ambiental (Robert, 1993; Mulla et al., 1992; Bongiovanni&Lowenberg-Deboer, 2004; Mulla & Schepers, 1997; Wollennhaupt et al., 1994). Em uma extensa revisão de literatura, confirmou-se que as técnicas de Agricultura de Precisão podem contribuir para manutenção da sustentabilidade da agricultura através da aplicação de fertilizantes apenas nos locais onde e quando há necessidade.

[015] Os benefícios da Agricultura de Precisão vêm desta aplicação em pontos exatos e reduzindo as perdas por aplicações excessivas de fertilizantes. A principal deficiência detectada pelos autores foi o escasso número de trabalhos que realmente mediram o impacto ambiental ou utilizaram sensores, sendo que a maioria estimou benefícios ambientais indiretamente, ou seja, medindo a redução de insumos (Bongiovanni&Lowenberg-Deboer - 2004).

[016] O plantio nem sempre é realizado no melhor cenário de área, existem interferências de relevo, vegetação e solos, que muitas vezes, para um melhor manejo, é realizada esta operação respeitando essas diretrizes. Muitas vezes a semeadora está configurada levando em conta um ponto da máquina. Por isso em um momento que a operação está sendo realizada em movimento de curva as linhas externas e internas viajam mais rápido ou mais lento do centro da plantadora. As sementes plantadas nas linhas internas das curvas (>R) são mais próximas, e as sementes nas linhas externas estão em um distanciamento maior.

[017] Com isso outro recurso importante criado a partir desta análise, foi a compensação em curva, que é justamente respeitar o arranjo espacial de cada semente e a quantidade de fertilizantes em gramas por metro, indiferente de como a máquina está depositando a mesma, isso se aplica tanto na semente quanto no fertilizante.

[018] O desligamento linha a linha é desempenhado na operação de semeadora quando o sistema detecta uma área que já tenha sido realizada a operação, evitando sobreposição de semente e fertilizante nas linhas de plantio, principalmente áreas de bordaduras e arremates, proporcionando significativa economia e preservação ao meio ambiente. O desligamento linha a linha é mais utilizado na deposição da semente, poucos relatos estão ligados com o uso de desligamento na aplicação do fertilizante em linhas individuais de semeadura.

[019] O agregado de tecnologia será combinado com vários fatores para melhorar os processos através do controle da plantabilidade por meio de sistemas eletroeletrônicos de dosagens de fertilizantes e sementes, com o objetivo de evitar desperdícios, nutrir as plantas para que expressem seu máximo potencial produtivo, com efetivos controles na deposição espacial nas lavouras, considerando as variações topográficas, as variabilidades dos solos, com objetivo de reduzir os custos operacionais, promovendo maior economia de fertilizantes, facilidades operacionais e segurança nas aplicações aos operadores, realizando as operações de forma independente e autônoma com precisão e uniformidade com aumento de produtividade das culturas.

[020] O agricultor poderá, com o sistema de dosagem autônoma, analisar a variabilidade de áreas trazendo diagnósticos de informações através de mapas e plataformas digitais, para a tomada de decisão escolhendo as quantidades de fertilizantes específicos para cada cultura, e poder aplicar os fertilizantes de forma homogênea ou heterogênea. A operação na lavoura será automática realizando a variação de dosagem de forma instantânea, conforme o mapeamento da quantidade de fertilizante a ser aplicado em cada espaço do talhão. Todo esse processo será realizado através de controladores, acionadores elétricos e sensores atuando em tempo real com aplicação com alta precisão de dosagens variáveis em diferentes pontos.

[021] Diversos estudos relacionados à viabilidade da aplicação de insumos em taxa variável versus taxa fixa estão disponíveis no que se refere à adubação a lanço, entretanto, quando se fala em adubação formulada em linhas de semeadura (no sulco), as informações são limitadas, apesar de 45% de todo o fertilizante vendido no Brasil ser comercializado em fórmulas NPK segundo a Associação Nacional para Difusão de Adubos, ANDA (2014) para aplicação nos sulcos de semeadura. Neste contexto, a aplicação do fertilizante formulado a taxas variáveis nas linhas individuais de semeadura, realizando a deposição, medição instantânea da vazão do fertilizante, desligamento linha a linha, compensação em curvas de plantio entre outros é o objeto da presente solicitação de patente.

[022] Equipamentos dosadores de fertilizantes, sementes e/ou corretivos tipo rosca sem-fim acopláveis em máquinas agrícolas descritos nos documentos de patentes BRPI0205032-3, BRPI0402211 -4 e BR 102015031455-8 que descrevem um distribuidor aperfeiçoado de fertilizantes e/ou corretivos, tipo rosca sem-fim, acopláveis em máquinas agrícolas, tipo semeadoras-adubadoras, plantadoras-adubadoras e/ou distribuidores de corretivos de solo e mecanismo de ajuste de dosagem acoplável a dosador de partículas sólidas, são projetados para proporcionar uma melhoria significativa no desempenho agronômico a partir da uniformidade e precisão da distribuição dos fertilizantes no sentido longitudinal ao longo das linhas de aplicação, porém todos os dosadores que trabalham com um eixo helicoidal, com força motriz gerada pelo acionamento de rodados através de transmissões constituídas de engrenagens dentadas, são regulados e tracionados por correntes de rolos com tensão variável por meio de esticadores e molas que determinam alta exigência em potência de atrito, ocorrência de desgastes excessivos e folgas nos rolos, tensão variável entre as mancalizações primarias e secundárias, quebras e solturas de esticadores, o que determinam o comprometimento para que efetivamente ocorra a precisão e a uniformidade na deposição dos fertilizantes e sementes nos sulcos de semeadura.

[023] As variações de velocidade são realizadas através de mecanismos denominados “pinheirinhos” os quais possuem limitada seleção dos pares de engrenagens em relação às opções e as necessidades de dosagens em quilos/hectare ou em gramas/metro linear de fertilizantes, sendo também insuficientes para atender o número de sementes por metro linear e a população de plantas por hectare.

[024] O acionamento dependente dos rodados motrizes das plantadoras e semeadoras, que causam patinagens associadas às variações topográficas do solo, determinam variações nas dosagens de fertilizantes e comprometem a arte de distribuir sementes unitariamente ao operar sem nenhum meio para monitorar sua própria performance.

[025] As mudanças na velocidade de deslocamento, por exemplo, causam erros na distribuição, sem que haja qualquer chance de compensação para esta situação, com a ocorrência de variação no deslocamento e da velocidade, os mecanismos dosadores de fertilizantes e sementes acionados pelos sistemas de transmissão determinam um alto coeficiente variação e de irregularidade.

[026] O autor busca substituir todo o conjunto mecânico responsável por transmitir a força motriz gerada pelo acionamento de rodados através de transmissões acionadas pelo acionamento mecânico do implemento agrícola e/ou trator para giro do eixo helicoidal do dosador por uma forma nova e diferenciada de acionamento, que ocorre por meio de um servo motor elétrico contemplado com o hardware e firmware da eletrônica que através do software controla a interface mecânica com o dosador helicoidal com transbordo, possibilitando a variação direta e imediata da quantidade de fertilizantes em gramas por metro linear, mesmo durante o movimento da semeadora.

[027] O mecanismo de acionamento aqui pleiteado foi projetado com um conjunto de componentes que possibilita a utilização de um servo motor elétrico exclusivo alimentado e acionado por um circuito eletrônico controlado por software e firmware para aplicação, acionamento, giro, medição e controle de dosadores helicoidais de fertilizante.

[028] Entre as inovações estão utilização de um motor elétrico independente da força motriz do acionamento mecânico do implemento agrícola/trator e modificações do bocal em relação ao modelo apresentado no estado da técnica, para que ocorra a implementação dos sensores de medição e do invólucro de sensoriamento ao conjunto, mantendo a exequibilidade de fabricação da peça por injeção polimérica e sua subfunção de escoamento do fertilizante para a saída do bocal, objetivando evitar o acúmulo de fertilizante e/ou corretivo e consequentemente a eliminação dos possíveis problemas de entupimentos do sistema.

[029] Outra inovação está presente na distância entre a placa de impacto e o bocal, redimensionado e modificado para eliminar o problema de acúmulo de grânulos de fertilizante, essas novas modificações foram projetadas por meio de dois rasgos presentes nas laterais internas do bocal, onde é posicionada a placa de impacto, aumentando o espaço entre as superfícies dos dois componentes para que os grânulos de maior dimensão passem por esse vão sem causar interferência no sistema de medição.

[030] A tampa transversal também foi modificada, como uma nova peça do bocal dosador, que permite que todo o mecanismo possa funcionar de forma inovadora com a implementação de uma rampa com topologia desenvolvida para a reprodução da subfunção de direcionamento de fertilizante para a placa de impacto e tendo como foco as variáveis de angulação e comprimento da rampa fabricada.

[031] Todo o mecanismo é controlado pelo software da máquina, com controle da rotação do motor, leitura de encoder para realimentação da malha de controle de rotação, recebimento e envio de comandos e status de operação do sistema via comunicação CAN (Controler Area Network) em protocolo proprietário, alarmes para condições anormais de operação e comunicação com o sensor de vazão de fertilizantes desenvolvido.

[032] O hardware do sensor foi desenvolvido com a finalidade de realizar a medição de vazão de fertilizante via fusão de informações entre os sensores, utilizando de um sensor integrado com acelerômetro, giroscópio, mássico e magnetômetro, e um circuito condicionador de sinal para célula de carga.

[033] O firmware do sensor foi desenvolvimento com base em uma máquina de estados e dentre as finalidades está a realização da leitura de valores da célula de carga e dos sensores inerciais, fusão dos dados, detecção de condições de falha como entupimento, travamento, falta de fertilizante e comunicação com subsistema de controle através de RS-485.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[034] Tem como objetivo principal efetuar o acionamento do dosador por meio de um servo motor elétrico exclusivo.

[035] Outro objetivo é que o dosador utilize um motor elétrico independente da força de acionamento mecânico do implemento agrícola.

[036] O servo motor elétrico seja contemplado com o hardware e firmware da eletrônica de controle e interface mecânica com o dosador helicoidal com transbordo. [037] O dosador tenha um servo motor elétrico controlado por firmware e software embarcado.

[038] Outro objetivo importante é que o bocal apresente módulos de sensores mássicos e invólucro de sensoriamento para medir o volume aplicado e evitar o acúmulo de fertilizante e/ou corretivo e consequentemente, entupimentos e a falta de fertilizantes no sistema.

[039] Criar uma distância entre a placa de impacto e o bocal redimensionado para eliminar o problema de acúmulo de grânulos de fertilizante.

[040] Apresentar na tampa transversal um novo bocal dosador com nova topologia na rampa para a reprodução da subfunção de direcionamento de fertilizante para a placa de impacto.

[041] O servo motor elétrico seja contemplado com o hardware e firmware para controle da rotação do motor, leitura de encoder para realimentação da malha de controle de rotação, recebimento e envio de comandos e status de operação do sistema via comunicação CAN (Controler Area Network) em protocolo proprietário, alarmes para condições anormais de operação e proteção contra excesso de temperatura, tensão, corrente, torque e comunicação com o sensor de vazão de fertilizantes desenvolvido.

[042] Outro objetivo é apresentar um hardware do sensor para realizar a medição de vazão de fertilizante/sementes via fusão de sensores, utilizando de um sensor integrado com acelerômetro, giroscópio e magnetômetro, e um circuito condicionador de sinal para o sensor mássico.

[043] É objetivo também apresentar um firmware do sensor para realização da leitura de valores do sensor mássico e dos sensores inerciais, fusão dos dados, detecção de condições de falha como entupimento, travamento e comunicação com subsistema de controle através de RS-485. [044] É objetivo uma configuração preferencial do sistema seja para malha fechada, compreendendo servo motor e o sensor no bocal.

[045] É objetivo uma configuração alternativa usando somente do servo moto com seus sensores na placa de controle em uma malha aberta, sem realimentação dos dados gerados pelo sensor no bocal, que funcione somente com o servo motor, sem o sensor do bocal.

DESCRIÇÃO DAS FIGURAS

[046] Os desenhos em anexo expõem o mecanismo de acionamento para aplicação medição e controle de fertilizantes e/ou corretivos em dosadores helicoidais com transbordo, que conjuntamente com as referências numéricas detalhadas a seguir, faz-se entender mais facilmente, embora este invento possa variar em formas construtivas diferentes, sempre customizados para cada aplicação, não mostrados nos desenhos que serão aqui descritos em detalhe e formas para a realização do referido invento.

[047] A figura 1 apresenta uma vista geral em perspectiva.

[048] A figura 2 apresenta uma vista do conjunto do motor.

[049] A figura 3 apresenta uma vista explodida do conjunto do motor.

[050] A figura 4 apresenta uma vista explodida do disco magnético.

[051] A figura 5 apresenta uma vista do disco magnético.

[052] A figura 6 apresenta uma vista do acoplador rígido.

[053] A figura 7 apresenta uma vista do conjunto do motor fechado.

[054] A figura 8 apresenta uma vista do conjunto do motor em corte.

[055] A figura 9 apresenta uma vista do conjunto do bocal mostrando o ponto de encaixe no dosador. [056] A figura 10 apresenta uma vista do conjunto do bocal.

[057] A figura 11 apresenta uma vista explodida parcial do conjunto do bocal.

[058] A figura 12 apresenta uma vista em perspectiva do corpo do bocal.

[059] A figura 13 apresenta uma vista em corte do corpo do bocal.

[060] A figura 14 apresenta uma vista mostrando o posicionamento de montagem da placa de impacto no sensor mássico com a chapa dobrada.

[061] A figura 15 apresenta uma vista frontal do invólucro de sensoriamento.

[062] A figura 16 apresenta uma vista posterior do invólucro de sensoriamento.

[063] A figura 17 apresenta uma vista explodida da placa de impacto, mostrando o ponto de montagem da placa do sensor na tampa.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[064] De acordo com as figuras em anexo, a presente invenção se refere a um dosador (1 ) compreendendo um funil dosador (2), de entrada de fertilizantes e/ou corretivos, de acesso ao eixo helicoidal (3) acoplado ao eixo quadrado (4) de transmissão de força de giro, o qual é caracterizado por ser acoplado ao servo motor (5) elétrico por meio de um acoplador rígido (6) fixado ao disco magnético (7), montados dentro do involucro (11 ) com tampa (12).

[065] O involucro (11 ) é dotado em sua lateral de um conector sensor (15) e outro conector controle (16) resistentes a estresse mecânico, oriundos da vibração do motor e do implemento. [066] Os diversos ímãs de neodímio (8) são distribuídos e encaixados nos furos circulares (13) ao logo da superfície externa (9) da circunferência do disco magnético (7) que apresenta um vazado circular (10) centralizado para passagem do acoplador rígido (6), podendo este invento ser dotado em outras variantes construtivas de outros tipos de encoders.

[067] Na lateral o invólucro (11 ) possui em sua estrutura uma cavidade para fixação do sensor hall (17) do encoder posicionado para tangenciar o disco magnético (7) e seus ímãs de neodímio (8).

[068] O disco magnético (7) funciona como um encoder rotativo para contar ou reproduzir pulsos elétricos a partir do movimento rotacional do referido disco magnético (7).

[069] O disco magnético (7) foi projetado para atuar como um encoder, gerando variação do campo magnético próximo ao sensor hall (17), por meio dos seus ímãs de neodímio (8) distribuídos em sua superfície e a partir da rotação do motorredutor do servo motor (5) que em seu giro transmite energia rotacional ao eixo quadrado (4) por um acoplador rígido (6) envolvendo o disco magnético (7) ou outro encoder específico e a partir de um sensor hall (17) a variação magnética que ocorre com a rotação do motorredutor do servo motor (5) é capturada e registrada.

[070] O diâmetro externo do disco magnético (7) foi dimensionado para garantir sua proximidade ao sensor hall (17) e devido a sua dimensão resultante, a topologia da peça foi otimizada para redução de consumo de matéria prima na sua fabricação através de furos circunferenciais (14) passantes em sua estrutura.

[071] A placa de controle (18) tem seu layout projetado de acordo com as necessidades de fixação mecânica e acomodação dos cabos que demandam o posicionamento planejado de cada um dos componentes observando os fatores de aquecimento do servo motor (5) bem como sua interferência eletromagnética.

[072] O fertilizantes e/ou corretivo adicionado dentro do funil dosador (2) é transportado pelo giro do eixo helicoidal (3) para a tampa transversal (19) que escoa a partir de uma rampa (20) com sua parede (21 ) montada e encaixada no apoio (23) semicircular sendo o soquete (22) de encaixe no rasgo (24) do corpo do bocal (25) que internamente recebe dois rasgos (26) objetivando a redução do acúmulo de fertilizante no bocal (27) com rebaixo para encaixe da placa de impacto (28) dentro do compartimento interno (29) corpo do bocal (25) que conduz o fertilizantes e/ou corretivos para sua saída (30) e aplicação no solo.

[073] O posicionamento da placa de impacto (28) aumenta o espaço entre as superfícies dos dois rasgos (26) do corpo bocal (25) facilitando a passagem dos grãos de maior dimensão sem que causem interferência no sistema de medição.

[074] O corpo bocal (25) preferencialmente será fabricado por extrusão em PLA (ácido polilático), e foi modificado em relação ao estado da técnica para que ocorra a implementação do módulo do sensor mássico (32) e do invólucro de sensoriamento (35) ao conjunto, mantendo a exequibilidade de fabricação da peça por injeção polimérica e sua subfunção de escoamento do fertilizante para a saída (30) corpo do bocal (25) objetivando evitar o acúmulo de fertilizante e/ou corretivo e, consequentemente, entupimentos do sistema.

[075] Em relação ao estado da técnica a distância entre a placa de impacto (28) e corpo bocal (25) deveria ser redimensionada devido ao acúmulo de grânulos de fertilizante na região. Por isso, foram projetados dois rasgos (26) nas laterais internas corpo bocal (25) onde é posicionada a placa de impacto (28), aumentando o espaço entre as superfícies dos dois componentes para que os grânulos de maior dimensão passem por esse vão sem causar interferência no sistema de medição.

[076] A tampa transversal (19) foi modificada em relação ao estado da técnica, a partir da implementação de uma rampa (20) com topologia desenvolvida para a reprodução da subfunção de direcionamento de fertilizantes e/ou corretivos para a placa de impacto (28) e tendo como foco as variáveis de angulação e comprimento da rampa (20) fabricada em polipropileno com mistura entre 10% a 50% de fibra de vidro, para reforço estrutural das nervuras ao invés do aumento de espessura localizadas.

[077] A placa de impacto (28) é fixada no corpo do bocal (25) por meio da base (31 ) de encaixe do módulo do sensor mássico (32) fixada por parafusos (33) na parte inferior e na parte superior do módulo do sensor mássico (32) por meio de parafusos (33a) na chapa dobrada (34) que no lado oposto é fixada na tampa (43) por parafusos (33b).

[078] O corpo do bocal (25) recebe o encaixe e travamento do invólucro de sensoriamento (35) por meio da trava (36) no rebaixo (37) presente nas laterais externa do corpo do bocal (25).

[079] O invólucro de sensoriamento (35) apresenta uma orelha lateral (38) com furo circular (39) passante para montagem do conector prensa cabos (40) interligado a placa do sensor (41 ) montada junto ao compartimento (42) da tampa (43) e fixada por parafuso (33c).

[080] A tampa basculante (45) articulada, fixada e encaixada no suporte (44) do corpo do bocal (25) tem a função de abrir e fechar manualmente o acesso ao compartimento interno (29).

[081] A trava de pressão (47) do dosador (1 ) se encaixa no ressalto trava (46) presente nas laterais do corpo do bocal (25) e ao ser puxado manualmente trava por pressão o corpo do dosador (1 ) ao corpo do bocal (25). [082] A placa do sensor (41 ) foi projetada de acordo com as restrições mecânicas visando o melhor retorno de sinal com fixações que possibilitam baixo nível de ruído, vibrações ou trepidações para as medições do sensor mássico bem como do sensor inercial para inclinação.

[083] A placa do sensor (41 ) possui ainda uma unidade de medição inercial por meio do giroscópio, acelerômetro e magnetômetro em um único encapsulamento utilizado para cálculo da inclinação e correção da vazão do fertilizante/sementes no dosador.

[084] A placa de controle (18) foi projetada para proteção contra possíveis surtos de tensão e corrente do barramento de alimentação do trator, utilizando um circuito de proteção para load dump (despejo de carga) na alimentação da placa de controle (18), o qual é responsável pela proteção contra possíveis surtos de tensão ao ligar e desligar o trator e energizar e desenergizar a placa de controle (18), além da proteção para inversão de polaridade dos cabos de entrada.

[085] A placa de controle (18) foi projetada para medição da velocidade angular do motor sendo que o controle de dispersão de fertilizantes e/ou corretivos pode ser realizado tanto via sensor de vazão, tendo como realimentação a informação da medição de vazão de fertilizante, quanto pelo controle da rotação do helicoidal, utilizando a informação da rotação servo motor (5) para identificar entupimentos, falta de fertilizante e promover o destravamento automático.

[086] O firmware da placa controle (18) engloba as funções de leitura de encoder, controle PID (Proporcional-Integral-Derivativo), PWM (Pulse Width Modulation), protocolos de comunicação RS-485 e CAN (Controler Area Network), ADC (Conversor analógico digital), DMA (Direct Memory Access), Watchdog, interrupções de Timers e UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), monitoramento de barramento de alimentação bem como de temperatura, tensão, corrente e torque para lógica de alarmes.

[087] O acionamento do hardware e firmware e servo motor (5) é controlado pelo software da máquina para controle e interface mecânica com o dosador helicoidal com transbordo.

[088] Devido a necessidade de deformação do sensor mássico (32) no subsistema, evitando a deformação de outros componentes no processo, a fixação é realizada a partir de uma chapa dobrada (34) de liga de alumínio buscando reproduzir o requisito essencial e não funcional de manter material dos componentes em PP (polipropileno) assim como evitar a corrosão da peça, causada pelo fertilizante. Sua área de contato com o bocal (27) reduz a tensão aplicada nestes componentes e consequentemente a deformação dos mesmos, da mesma forma o posicionamento da furação para fixação junto ao bocal (27) próximo a furação para fixação da célula de carga resulta em uma razão alta entre a deformação da célula de carga e a deformação da chapa dobrada (34) para cargas aplicadas na placa de impacto (28).

[089] Há duas malhas de controle independentes definidas em firmware para operação. Uma malha é realimentada pelo sensor de rotação (encoder) e seu setpoint (Tempo de Ajuste) depende do fator FCR (Fator de Conversão de Rotação) enviado pela ECU (Electronic Control Unit), operação chamada de “malha aberta”. A segunda malha de controle recebe sua realimentação do sensor de vazão de fertilizante via RS-485, sendo essa a operação denominada como “malha fechada”. Preferencialmente para controle de rotação do motor foi utilizado o controle PID (Proporcional-lntegral- Derivativo) tanto para malha aberta quanto para fechada.

[090] Na configuração preferencial o sistema irá trabalhar em malha fechada, com o uso do servo motor (5) mais o sensor mássico (32) do bocal (27), tendo como configuração alternativa a operação em malha aberta, com o uso somente do servo moto (5) sem realimentação dos dados gerados pelo sensor mássico (32) do bocal (27).

[091] Para controle de rotação do servo motor (5) foi utilizado o controle PID tanto para malha aberta quanto para fechada, sendo que os ganhos do PID em malha aberta são definidos conforme o setpoint de rotação do motor. Assim em malha aberta a faixa de rotação classificada como “baixa” tem setpoint menor ou igual a 14,5 rpm, a faixa média com setpoint maior que 14,5 e menor que 29,5 rpm e a alta com setpoint maior que 29,5 rpm.

Claims

R E I V I N D I C A Ç Õ E S

1 ) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, um dosador (1) compreendendo um funil dosador (2), de entrada de fertilizantes e/ou corretivos, de acesso ao eixo helicoidal (3) acoplado ao eixo quadrado (4) de transmissão de força de giro, sendo o dosador (1 ) caracterizado por:

- ser acoplado ao servo motor (5) elétrico por meio de um acoplador rígido (6) fixado ao disco magnético (7) por parafuso montados dentro do involucro (11) com tampa (12);

- involucro (11 ) ser dotado em sua lateral de conectores sensor (15) e outros conectores controle (16);

- disco magnético (7) ser dotado de diversos ímãs de neodímio (8) distribuídos e encaixados nos furos circulares (13) ao logo da superfície externa (9) da circunferência do disco magnético (7) que apresenta um vazado circular (10) centralizado de passagem do acoplador rígido (6);

- invólucro (11 ) possuir em sua estrutura lateral uma cavidade para fixação do sensor hall (17) do encoder posicionado para tangenciar o disco magnético (7) e seus ímãs de neodímio (8);

- disco magnético (7) ser projetado para atuar como um encoder, gerando variação do campo magnético próximo ao sensor hall (17), por ímãs de neodímio (8) a partir de seu giro rotacional produzido pela rotação do servo motor (5);

- a rotação do motorredutor do servo motor (5) transmitir energia rotacional ao eixo quadrado (4) por meio do acoplador rígido (6) envolvendo o disco magnético (7); - tampa transversal (19) ser dotada de rampa (20) apresentar parede (21) montada e encaixada no apoio (23) semicircular sendo o soquete (22) de encaixe no rasgo (24) do corpo do bocal (25) que internamente recebe dois rasgos (26) para redução do acúmulo de fertilizante no bocal (27);

- bocal (27) ser dotado de rebaixo para encaixe da placa de impacto (28) dentro do compartimento interno (29) do corpo do bocal (25) que conduz o fertilizante, sementes e/ou corretivo para a saída (30);

- corpo do bocal (25) receber o encaixe do módulo do sensor mássico (32) e do invólucro de sensoriamento (35);

- posicionamento da placa de impacto (28) aumentar o espaço entre as superfícies dos dois rasgos (26);

- placa de impacto (28) ser fixada no corpo do bocal (25) por meio da base de encaixe (31 ) de encaixe do módulo do sensor mássico (32) de carga fixada por parafusos (33) na parte inferior e na parte superior do módulo do sensor mássico (32) por meio de parafusos (33a) na chapa dobrada (34) que no lado oposto é fixada na tampa (43) por parafusos (33b);

- corpo do bocal (25) receber o encaixe e travamento do invólucro de sensoriamento (35) por meio da trava (36) no rebaixo (37) nas laterais externas do corpo do bocal (25);

- invólucro de sensoriamento (35) apresentar uma orelha lateral (38) com furo circular (39) passante para montagem do conector prensa cabos (40) interligado a placa do sensor (41 ) montada junto ao compartimento (42) da tampa (43) e fixada por parafuso (33c);

- tampa basculante (45) ser articulada, fixada e encaixada no suporte (44) do corpo do bocal (25), tendo a função de abrir e fechar manualmente o acesso ao compartimento interno (29). 2) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela placa do sensor (41 ) possuir unidade de medição inercial por meio do giroscópio, acelerômetro e magnetômetro em um único encapsulamento utilizado para cálculo da inclinação e correção da vazão do fertilizante no dosador.

3) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela tampa transversal (19) fabricada em polipropileno com mistura entre 10% a 50% de fibra de vidro para reforço estrutural das nervuras apresentar uma rampa (20) com topologia desenvolvida para a reprodução da subfunção de direcionamento de fertilizantes e/ou corretivos para a placa de impacto (28) associada a angulação e comprimento da rampa (20).

4) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela tampa transversal (19) ser fabricada em polipropileno.

5) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela placa de controle (18) ser projetada para proteção contra possíveis surtos de tensão e corrente do barramento de alimentação do trator, utilizando um circuito de proteção para load dump na alimentação da placa de controle (18).

6) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pela placa de controle (18) ser projetada para medição da velocidade angular do motor sendo que o controle de dispersão de fertilizantes e/ou corretivos é realizado tanto via sensor de vazão, tendo como realimentação a informação da medição de vazão de fertilizante, quanto pelo controle da rotação do helicoidal, utilizando a informação da rotação servo motor (5) para identificar entupimentos, falta de fertilizante e promover o destravamento automático.

7) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo firmware da placa controle (18) englobar as funções de leitura de encoder, controle PID, PWM, protocolos de comunicação RS-485 e CAN, ADC, DMA, Watchdog, interrupções de Timers e UART, monitoramento de barramento de alimentação bem como de temperatura, tensão, corrente e torque para lógica de alarmes.

8) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo acionamento do hardware e firmware e servo motor (5) ser controlado pelo software da máquina para controle e interface mecânica com o dosador helicoidal com transbordo.

9) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado pelo disco magnético (7) apresentar a variante de utilizar outros tipos de encoders.

10) “MECANISMO DE ACIONAMENTO INTEGRADO COM SENSORIAMENTO PARA APLICAÇÃO, MEDIÇÃO E CONTROLE DE FERTILIZANTES, SEMENTES E/OU CORRETIVOS EM DOSADORES HELICOIDAIS COM TRANSBORDO”, de acordo com a reivindicação 1 , caracterizado por operar em:

- sistema de malha fechada com servo motor (5) e sensor mássico (32) do bocal (27) com realimentação dos dados gerados pelo sensor mássico (32) via RS-485;

- sistema de malha aberta somente com servo moto (5) com seus sensores na placa de controle (18), em que seu setpoint depende do fator FCR enviado pela ECU.