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Documento PDF - AMS Tesi di Laurea

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1. pantografo chiusura telaio di ancoraggio L _ J DI DI DI DI DI jami y T LI T Ef 2 ZERO K Dini LI x WIFI TM osteon MY TH IVA MT EET WAT EET y aoa Eri DIA RELA vonosLocco DIALTT b CIA LIL DIA SERIA DIA SERIA P T T P T P T P T ho ZI BATTERIA MOTORUOTA PULSANTIERA DI CENTRALINA ML COMANDO ELETTRONICA J S SCATOLA RELAYS es LL Loo 87 La batteria fornisce alimentazione di energia elettrica a 24 Volt al motore elettrico della pompa consentendone il funzionamento Alimenta inoltre la monoruota di trazione anch essa posta in rotazione tramite un motore elettrico b I comandi elettrici vengono inviati dall operatore attraverso un apposita pulsantiera posta sul timone di comando Tali comandi vengono quindi inviati ad una centralina elettronica che applica la sequenza logica delle operazioni in automatico anche se come lecito che sia all operatore concesso intervenire in ogni momento in caso di malfunzionamenti e manovre particolari da effettuare Dalla centralina elettronica dipende anche l azionamento del distributore monoblocco da cui parte tutto il gruppo atto a portare olio idraulico agli attuatori oleodinamici La pompa utilizzata una pompa volumetrica ad ingranaggi Suo compito consentire l afflusso del fluido oleodin
2. pag 25 42 Generalit sicari naraboli pag 25 4 2 2 Unione del Gartehi s sssssiera tie pag 26 5 MATERIALI SCEL TI pag 27 5 1 Caratteristiche dell acciaio pag 28 5 2 Caratteristiche della ghisa sferoidale pag 29 5 2 1 Descrizioni e tensioni ammissibili pag 31 60 GALCOLL eee pag 35 6 1 Struttura di estensione a pantografo pag 35 6 2 Problemi e relative soluzioni pag 37 6 2 1 Problema della flessione pag 37 6 2 2 Problema del tiraggio pag 38 6 2 3 Soluzioni delle problematiche pag 40 6 3 Costruzione cilindro posteriore pag 43 4 60 4 Venca CIMA siciliani pag 45 6 4 1 Cilindro chiusura forche pag 46 6 4 2 Cilindro estensione telaio pag 48 6 4 3 Cilindro estensione pantografo pag 51 6 4 4 Cilindro di chiusura 00 pag 53 6 4 5 Cilindri di sollevamento pag 56 OS Forca mobile scesa ei pag 58 6 5 1 Calcoli forca mobile pag 58 OO S E A pag 64 G 0 1 gt Shiloesterno sacello pag 65 6 6 2 Sfilo Meno pag 67 650 3 FTECCl a nesa E E TATEA pag 68 6 7 Calcoldelleverapgi oniri uaaa pag 69 bf PEN a
3. REAZIONE COL SUOLO FORZA UTILE Figura 50 Leveraggio pattini anteriori 71 Si ottiene quindi una reazione col suolo cio l effettiva forza che il sistema applica per permettere il sollevamento del veicolo caricato di R Fm 45 90 8128 N Nella condizione pi sfavorevole all inizio del sollevamento Il sistema riesce quindi a sviluppare una forza utile di 8128 2 16257 N pi che sufficienti per sollevare ogni tipo di autovettura in commercio LEVERAGGIO POSTERIORE La leva consiste in una staffa incernierata ad un estremo posto fra la forza motrice e la reazione col suolo E quindi una leva del primo tipo nel nostro caso svantaggiosa FORZA MOTRICE STAFFA INCERNIERATA REAZIONE COL SUOLO FORZA UTILE Figura 51 Leveraggio pattini allocati sulle pedane 12 Si ottiene quindi una reazione col suolo cio l effettiva forza che il sistema applica per permettere il sollevamento del veicolo caricato di R Fm 48 170 4590 N Nella condizione pi sfavorevole all inizio del sollevamento Il sistema riesce quindi a sviluppare una forza utile di 4590 2 9180 N Questa forza pu non essere sufficiente per un buon numero di veicoli in fase di sollevamento Nel nostro caso per non preoccupante perch i due pattini fissati sulle pedane forniscono comunque un valido sostegno per reggere il carico e la vera forza di sollevamento viene applicata dal cili
4. L idea di questo sollevatore di un privato La passione per la meccanica e l esperienza acquisita sul lavoro gli hanno permesso di concepire un prodotto davvero innovativo L idea ingegnosa frutto dell esperienza maturata sul campo Questa macchina risulta ideale per rimozioni movimentazione delle auto negli showroom e in officine in piccoli spazi di macchine incidentate e non Come accennato l innovazione pi importante introdotta riguarda l ancoraggio del veicolo Le forche anteriori si richiudono dietro la ruote bloccandole contro quelle fisse e le pedane si incuneano alla base della seconda coppia di ruote La presa sicura e veloce Fin ora infatti tutti i sollevatori lavoravano su zone strutturali del veicolo come ad esempio il sotto scocca Questo non consente di eseguire velocemente le operazioni in quanto necessaria una certa cura nel rintracciare i punti di aggancio Ora il vantaggio che non si va pi ad interferire con parti delicate 13 del veicolo come carrozzeria o paraurti cos facili da danneggiare Consideriamo poi che il veicolo pu essere in una posizione particolare e con ruote sterzate Le forche consentono al sollevatore di essere efficacie anche in queste situazioni Un altro punto a favore di questa idea che la struttura poggia a terra su quattro pattini contribuendo in maniera decisiva alla stabilit I limiti di ribaltamenti laterali sono molto alti e coincidono con quelli del vei
5. La saldatura fra telaio e fazzoletti connessi ai cilindri estensori SALDATURA FRA TELAIO E FAZZOLETTI I cilindri estensori costituiscono il componente che unisce il telaio posteriore con quello principale e devono quindi sostenere la maggior parte del carico La connessione con il telaio principale avviene grazie a due boccole saldate mentre la procedura di estensione avviene applicando una forza motrice dagli attuatori sui fazzoletti uniti allo stesso telaio Di seguito riportata una schematizzazione di questa prima saldatura L3 L1 Figura 75 Schematizzazione saldatura telaio fazzoletti Grandezze caratteristiche L1 65 mm L2 45mm L3 47 5mm Sl 10mm S2 5mm F 36995 N h spessore del cordone di saldatura Mf F L3 36995 47 5 1757286 Nmm 113 Yg L2 t L2 2 L1 t L2 t 2 L2 t L1 t 34mm Xg L1 t L1 2 L2 t t 2 L1 L2 t 19 mm t F A 36995 110t 672 t Mpa o Mf I1 Xg 655 t Mpa I1 L143 t 12 L2 t43 12 L1 t L1 2 Xg 2 L2 t t 2 Xg 2 50976 mm 4 T RADQ 672 t 2 655 t 2 938 t Mpa t 938 0 58 355 4 5 mm h 1 41 t 6 4 mm SALDATURE FRA SFILI E ANCORAGGIO ANTERIORE Per assicurare una valida tenuta del sistema di ancoraggio anteriore col resto della macchina la camicia esterna degli sfili estraibili viene saldata ad una estremit della struttura contenente il pantografo La dimensione elevata del cordone di saldatura in questo
6. di composizione le propriet meccaniche e fisiche della ghisa erano diverse secondo la forma lamellare o sferoidale assunta presente dalla grafite La ghisa si distingue dall acciaio perch in essa sempre presente del carbonio in eccesso oltre la quantit solubile nella struttura cristallina della matrice metallica Solitamente questa grafite assume la forma di lamelle durante la solidificazione dando origine alla ghisa lamellare grigia In presenza di elementi come il 31 magnesio e utilizzando dei trattamenti metallurgici appropriati la grafite assume durante la solidificazione la forma di sferoidi dando origine alla ghisa a grafite sferoidale o ghisa GS e ip Li Poni L a Yo No co qE ar In figura notiamo globuli di carbonio o lamelle nella ghisa sferoidale VANTAGGI DELLA GHISA SFEROIDALE In Italia diverse fonderie producono ghisa nella cui fusione vengono aggiunti pezzi di carbone rottami vari carcasse di elettrodomestici e automobili ci allo scopo di ridurre i costi di produzione La ghisa cos ottenuta di categoria G20 O pi nota come ghisa grigia ed la pi comune priva di garanzie e fuori norma cosi detta perch alla rottura presenta una superficie grigia Nella G20 la conformazione molecolare discontinua per cui la resistenza meccanica non mai omogenea in tutta la superficie e quindi ad una maggiore convergenza di sforzo genera inizi di cedimento strutturale GHISA
7. altra energia termica altro liquido si solidificher in austenite e grafite Quando tutta la massa solidificata la temperatura inizia a calare e la solubilit del carbonio diminuisce si ha quindi una migrazione di atomi di carbonio dal reticolo cristallino del ferroy che unendosi tra di loro formano altra grafite A 738 C abbiamo austenite con concentrazione di carbonio pari a 0 68 e grafite Continuando a raffreddare l austenite si trasforma in ferrite Fea con concentrazione in massa di C pari allo 0 02 Alla fine della solidificazione otteniamo ferrite grafite Questa lega viene comunemente chiamata ghisa grigia o grafitica Con un raffreddamento pi veloce la cementite non ha il tempo di decomporsi nel diagramma seguiamo la trasformazione nera Facciamo solidificare un liquido eutettico Giunti a 1148 C inizieranno a nucleare del ferro y austenite con concentrazione di C al 2 11 e la cementite Continuando a raffreddare l austenite inizier a rilasciare il carbonio che combinandosi con il Fe former altra cementite A 727 C abbiamo ferroa pi altra cementite Giunti a temperatura ambiente otteniamo perlite ferrite cementite cementite Questa ghisa viene detta ghisa bianca 5 2 1 DESCRIZIONE E TENSIONI AMMISSIBILI La Ghisa sferoidale stata scoperta durante l ultima guerra mondiale Questa scoperta consisteva nel trasformare le lamelle di grafite presenti nella ghisa in sferoidi Essa provava che a parit
8. caricate da terra 69 Figura 47 Pattini anteriori Figura 48 Pattini allocati dietro le pedane Prima di poter effettuare 1 calcoli sui leveraggi necessario valutare le forze motrici che i cilindri sono in grado di applicare sul sistema FORZE MOTRICI DEI CILINDRI DI SOLLEVAMENTO Si tratta di quattro cilindri a semplice effetto tuffanti del tipo mostrato in figura Figura 44 dove l olio in pressione non agisce su un pistone ma direttamente sulla superficie dello stelo Il rientro del pistone viene effettuato tramite una molla allocata all interno del volume dell attuatore stesso Figura 29 Cilindro a semplice effetto tuffante 70 Grandezze caratteristiche diametro esterno de 50mm diametro interno di 40mm diametro stelo d 30mm pressione max pMax 230 bar 23000000 Pascal Fm pMax superficie stelo Fm forza motrice 23000000 15 15 7 107 6 16257 N Tutti e quattro i cilindri non agiscono in direzione puramente assiale ma al momento in cui inizia il sollevamento sono inclinati di un angolo di circa 8 gradi Siccome il coseno di 8 gradi da luogo ad una differenza del valore trascurabile si deciso di non considerarlo nei calcoli LEVERAGGIO ANTERIORE La leva consiste in una staffa incernierata ad un estremo posto fra la forza motrice e la reazione col suolo E quindi una leva del primo tipo nel nostro caso svantaggiosa FORZA MOTRICE F R STAFFA INCERNIERATA
9. caso non necessita di una verifica perch progettato con elevati criteri di robustezza La verifica risulta invece necessaria per il cordone di saldatura fra gli stessi sfili e l ancoraggio anteriore caricato del peso del veicolo da sollevare 114 Il punto di applicazione del carico considerato nel baricentro della ruota e quindi circa in mezzeria fra gli sfili e le forche Ovviamente questo punto variabile a seconda delle dimensioni della ruota si scelto quindi il caso pi svantaggioso con ruota pi grande e maggior peso La saldatura sarebbe applicata fra due superfici curve come nel caso dalla saldatura presente nella forca semplifichiamo il calcolo considerandola come realizzata in testa ai componenti quindi in condizioni pi sfavorevoli L5 elevata Hel CORDONI H CORDONI DI n L4 S1 SALDATURA DI SALDATURA 3 H s2 26 LS tei L i kz mi i Figura 76 Schematizzazione saldatura Figura 77 Localizzazione delle saldature Grandezze caratteristiche L1 60mm L2 40mm L3 665mm L4 252mm L5 160mm Sl 6mm S2 10mm F 17000 N Mf F L5 17000 160 2720000 Nmm Xg L3 2 332 5 mm Yg L1 2 30 mm 115 t F A F 4 L1 t 2 L2 t 17000 320t 53 t Mpa o Mf I1 L1 2 987 t Mpa 11 4 L1 3 t 12 2 L243 t 12 82667t mm 4 T RADQ 987 t 2 53 2 988 t Mpa t 988 0 58 355 4 7mm h 4 7 1 41 6 8 mm 116 117
10. con cinghie che sono fatte passare all interno delle ruote Dopo il sollevamento dell asse interessato si pu procedere alla rimozione Risulta per poco pratica la fase di ancoraggio occorre infatti abbassarsi e legare le cinghie sulle due ruote In pi non facile manovrare in piccoli spazi con il carroattrezzi tanto che in alcuni casi non si in grado di raggiungere il veicolo in altri si rischia invece di danneggiarlo urtando qualche ostacolo Per quanto riguarda la movimentazione dei veicoli incidentati non c nessun prodotto che consenta di spostarli all interno di un officina o in genere in uno spazio ristretto senza difficolt In questi casi si pu utilizzare la combinazione di due attrezzi Con un semplice cricco si solleva il veicolo e si applicano sotto di esso dei carrelli che ne consentono il trasporto Questi vanno sicuramente fissati alla vettura con dei morsetti e necessitano di tempo sia per il primo fissaggio che per allentarli quando si decide di abbandonare il carico Figura 3 Cricco semplice Figura 4 Carrello con morsetti di fissaggio Questa pu risultare l unica soluzione quando la ruote sono danneggiate o non possibile utilizzare lo sterzo per indirizzare il veicolo In ogni caso oltre alla laboriosit dell operazione va considerato che poi occorre spostare il tutto a mano il che comporta rischi di urto notevoli La forza dell operatore non infatti sufficiente a frenare
11. con poco spazio laterale Mezzi molto diversi fra loro da piccole vetture a camioncini Mezzi fermi con tutte e quattro le ruote bloccate cio a trazione integrale comunemente chiamate 4 x 4 Mezzi fortemente incidentati Mezzi con ruote sterzate in fase di rimozione Sono stati scelti e correttamente dimensionati tutti gli attuatori oleodinamici necessari cos come tutti i componenti che forniscono l alimentazione della macchina in esame I materiali da utilizzare nella costruzione e i processi costruttivi sono definiti su ogni singola parte componente l assieme In fase di sollevamento la macchina permette di non danneggiare la struttura della vettura stessa come paraurti e carrozzeria 103 Rimane da analizzare una problematica riguardante il ribaltamento della vettura a seguito di manovre rapide e brusche Tale rischio dovuto al ridotto appoggio che la monoruota fornisce con il suolo e alla capacit di sterzo molto elevata la monoruota pu girare fino a 90 Le modifiche da apportare per l eliminazione di questo eventuale difetto sono la realizzazione di una centralina apposita che regoli la velocit della monoruota a seconda della rotazione della stessa facendo in modo di ridurla per angoli di sterzata elevati Allargare la base di appoggio posteriore della macchina inserendo delle ruote libere coassiali alla monoruota di trazione In tal modo anche a velocit moderatamente elevate ed effettuando
12. della macchina utilizzare solamente in fase di esercizio Nel caso della macchina in esame le due pedane e la parte anteriore costituente pantografo e ancoraggio Se ne usano due per una migliore distribuzione delle forze e un sollevamento pi omogeneo 53 PANTOGRAFO E ANCORAGGIO IN FASE DI RIPOSO SOLLEVATI DAL SUOLO ATTUATORI PER IL SOLLEVAMENTO ABBASSAMENTO PATTINI PER IL MOVIMENTO AL SUOLO A RIPOSO Figura 38 Parte anteriore macchina sollevata in fase di riposo VERIFICA A PRESSIONE Grandezze caratteristiche diametro esterno de 42mm diametro interno di 32mm spessore s 5mm Pressione massima pMax 230 bar 23 Mpa oMax 2 pMax di 2 s oMax 2 23 32 2 5 147 2 Mpa Il valore di confronto 355 Mpa per cui il martinetto di sollevamento con le misure adottate risulta verificato a pressione VERIFICA STABILITA ELASTICA Grandezze caratteristiche dello stelo 54 diametro d 20mm lunghezza lo 204mm area A 3 1416 4 d 2 314 mm 2 momento d inerzia minimo Imin 3 1416 64 d 4 7854 mm 4 Raggio d inerzia minimo Rmin RADQ Imin A 5 mm Snellezza Lambdaz lo 5 40 8 Tensione critica ccri 3 1416 2 210000 Lambda 2 1247 Mpa Dalla la norma si evince che la tensione critica ocr definita nella maniera seguente ceri lt 0 7 x fy ocr Gcri ocri gt 0 7 x fy ocr fy x 1 0 461 ocri fy 1 4 4 siccome vale
13. di estendersi per evitare il contatto indesiderato 19 Figura 14 Macchina presente in azienda con sistema di estensione Il sistema della macchina rappresentata nell immagine applicato anche in quella oggetto della mia attivit di tesi perch il problema che si presenta il medesimo La parte anteriore della macchina pu infatti scorrere avanti e indietro grazie a due martinetti idraulici montati lateralmente 3 3 3 2 SOLLEVAMENTO DI VEICOLI MOLTO DANNEGGIATI In un ambiente come una carrozzeria od un officina pu capitare di dover lavorare su di un veicolo molto danneggiato a causa di un sinistro che non ha la possibilit di essere ancorato tramite le ruote La chiusura delle forche questa volta sarebbe oltre che inutile dannosa quindi non presente Con tale operazione il veicolo non ancorato non quindi permessa la movimentazione A questo punto si pu inserire un sostegno sotto il veicolo per allontanare il sollevatore 20 3 3 3 3 CARATTERISTICHE TECNICHE CARICO MAX SOLLEVABILE 3000 Kg CAREGGIATA MAX TRATTABILE CIRCA 2000 mm CAPACITA SERBATOIO OLIO 5l POMPA ad ingranaggi PRESSIONE MAX IMPIANTO 250 bar ALIMENTAZIONE elettrica TENSIONE IMPIANTO ELETTRICO 24 volt INCLINAZIONE MAX LATERALE 10 PENDENZA MAX SUPERABILE 10 TRAZIONE FRENATURA motoruota elettrica disco comando elettromagnetico 4 PROBLEMATICHE DI PRODUZIONE 4 1 NORMATIVA EUROPEA Un prodotto per pot
14. elenco dei materiali e icertificati di componenti utilizzati A differenza del manuale di uso e manutenzione non richiesto che debba seguire la macchina Deve poter essere messo a disposizione di qualsiasi ente che voglia verificarne la conformit in breve tempo Pu essere redatto in formato cartaceo digitale oppure entrambi 24 4 2 PRESCRIZIONI PER CALCOLI 4 2 1 GENERALITA Gli elevatori per veicoli dal punto di vista costruttivo e dell equipaggiamento devono essere progettati in modo che in ogni condizione di funzionamento presentino un livello di sicurezza soddisfacente Questo deve essere dimostrato con il calcolo E consentito l uso del metodo delle tensioni ammissibili La tensione conseguente alla pi sfavorevole ripartizione del carico deve essere calcolata in ogni parte che sostiene il carico Carichi e forze Carichi normali a Carichi strutturali le masse dei componenti dell elevatore per veicoli generano i carichi strutturali 1 Icarichi dovuti ai componenti che non si muovono sono considerati carichi strutturali statici 2 I carichi dovuti ai componenti mobili sono considerati carichi strutturali dinamici b Carico nominale c Forze dinamiche Le forze dinamiche provengono dai movimenti di lavoro quali la salita la discesa e l inclinazione durante il servizio Esse devono essere introdotte nei calcoli moltiplicando i carichi strutturali in movimento e il carico utile per il coefficien
15. flettente MfA P x D3 4172x280 1168160 Nmm cA MfA x 50 2 Ix 101 5 Mpa Momento flettente MfB P x D1 D4 4172 x344 1435168 Nmm oB MfB x 50 2 Ix 124 7 Mpa Momento torcente MtB P x D5 4172 x260 1084720 Nmm tB MfB x 50 2 Ip 47 Mpa Tensione totale equivalente in B ceB RADQ 0B 3 x tB 149 Mpa Per la verifica deve valere ceB lt o amm 237 MPa La condizione necessaria ceB lt c amm 237 N mm 2 viene soddisfatta Dobbiamo per verificare anche la saldatura coi valori trovati SALDATURA Come detto la forca fissata alla boccola che la permette di ruotare tramite una saldatura Si pensato di realizzarne una di testa che impegni quindi tutto lo spessore del tubo Essendo l accoppiamento tra due superfici curve ne deriva un cordone di saldatura dalla doppia curvatura Per semplicit si assunto di proiettarla su un piano e considerare il cordone come una corona circolare Si pensa di realizzare una saldatura di testa come mostrato in figura 60 La procedura di calcolo presa dal testo di meccanica 1 da bibliografia Sollecitazione Tensione nominale nel cordone di saldatura Momento flettente Mf o Mf Ix x de 2 Momento torcente Mt t Mt 2Au xa per cordone chiuso Con a quota indicata per il dimensionamento l lunghezza del cordone Au area sottesa alla linea mediana del cordone 3 1416 4 x dm 2 Nel caso di saldatura di testa il
16. la seconda ccr 320 Mpa Anche qui lo stelo risulta non avere problemi di instabilit Lo stelo verificato 55 6 4 5 CILINDRI DI SOLLEVAMENTO Il sollevamento delle autovetture avviene per mezzo di cinque cilindri oleodinamici a singolo effetto Due collocati nel sistema di ancoraggio anteriore che agiscono con una forza motrice applicata sui pattini Due sono stati montati sulle pedane una posizione scomoda per i fini della macchina in progetto poich le pedane diventano sede delle ruote della vettura ma efficace in termini di ingombro e spinta applicata L ultimo cilindro come illustrato in precedenza posizionato nella parte posteriore della macchina e ha una duplice funzione sollevare il sistema di alimentazione elettrico ed oleodinamico di per se molto pesante ed aiutare la coppia di cilindri allocati sulle pedane in fase di sollevamento CILINDRO SU PEDANA CILINDRO SU PEDANA CILINDRI AGENTI SUI PATTINI ANTERIORI Figura 39 Cilindri di sollevamento VERIFICA A PRESSIONE DEI CILINDRI SULLE PEDANE E SULL ANCORAGGIO ANTERIORE Sono tutti cilindri con stesse caratteristiche riguardo le dimensioni 56 Grandezze caratteristiche diametro esterno de 50mm diametro interno di 40mm spessore s 5mm pressione max pMax 230bar 23Mpa oMax 2 pMax di 2 s cMax 2 23 40 2 5 184 Mpa Il valore di confronto 355 Mpa per cui il martinetto di sol
17. ne aumentano la pressione e lo espongono infine all ambiente di mandata L ideale per la creazione di tali pompe sarebbe utilizzare ruote con minimo numero di denti e denti molto lunghi Si presentano per problemi di ingranamento ed elevata rumorosit si sceglie generalmente una soluzione intermedia 96 Una realizzazione estrema quella della pompa a lobi dove si hanno due soli denti che ingranano Si utilizzano quando non devo sporcare il fluido di lavoro con il lubrificante specialmente nell industria alimentare Figura 71 Pompa a lobi Ci sono problematiche comuni per a tutte le pompe volumetriche siccome aspirazione e mandata sono separate la portata sar sempre frazionata e quindi pulsante Avere una portata pulsante implica a sua volta velocit pulsante le masse di fluido in movimento hanno masse non trascurabili e venendo sottoposte a continue accelerazioni e decelerazioni comportano vibrazioni e colpi d ariete Per eliminare il problema di introducono in condotta delle casse d aria Sono dei contenitori separati in due parti per mezzo di una membrana Una parte collegata alla condotta che pu essere allagata l altra parte contiene l areiforme Siccome l areiforme comprimibile quando una parte allagata si aumenta la pressione e quindi grazie alla membrana deformabile si ha pi volume disponibile all espansione della portata di fluido La presenza di tali serbatoi consente
18. scelti seguendo delle caratteristiche viscosit capacit lubrificante resistenza all invecchiamento elevato punto di fiamma bassa nocivit Il principale svantaggio di questi tipi di fluidi il costo molto elevato e la difficolt di gestione rispetto a quelli usati in pneumatica Sono infatti fluidi molto inquinanti in caso di trafilamento o di errato smaltimento si stanno sviluppando infatti sistemi oleodinamico basati su fluidi diversi come acqua con opportuni additivi o oli speciali Inoltre l ossidazione dell olio ad opera dell aria in seguito a riscaldamento sbattimenti presenza di elementi metallici che fungono da catalizzatori altera le caratteristiche chimiche e di viscosit del fluido Vengono perci aggiunti additivi chimici 100 7 2 CENTRALINA ELETTRONICA La centralina elettronica quella parte fondamentale della macchina che si occupa di inviare i comandi elettrici e di implementare la sequenza logica per gli azionamenti della macchina composta essenzialmente da due parti principali Centralina di comando riceve in ingresso i segnali inviati dall operatore tramite il timone di comando per eseguire le operazioni necessarie riceve ed analizza anche i segnali dei pressostati e dei fine corsa applicati sugli attuatori oleodinamici Elabora tutti i dati grazie ad un processore Centralina di potenza riceve in ingresso i segnali dalla centralina di comando e risponde inviando segnali
19. un tubo forato e da un tondino In posizione di riposo il tondino viene fatto scorrere dentro il tubo il quale a sua volta viene riposto dentro i porta sfili della testa I blocca sfili scongiurano l eventualit che il meccanismo si smonti uno avvitato al porta sfili nella testa l altro nel primo sfilo DETTAGLIO B SEZIONE A A DETTAGLIO C Figura 44 Sfili Gli sfili sotto carico presentano delle deformazioni elastiche Questo fatto anche se non compromette le prestazioni d al cliente una sensazione di poca robustezza Gli sfili progettati presentano una sezione resistente elevata per diminuire la freccia sotto carico massimo 64 6 6 1 SFILO ESTERNO 26 29 60 Figura 45 Sfilo esterno Quando lo sfilo completamente estratto l estremit dista dal piano di mezzeria della macchina 895mm Facciamo qualche considerazione la massima carreggiata trattabile circa 2000 mm la risultante del carico deve essere posizionata a 160mm dalla battuta il tratto con diametro 30 alloggiato dentro il foro ricavato nell altro sfilo Viene caricato con P 4 perch ipotizziamo che il carico si divida equamente tra i due sfili e le due forche mobili C 4172 N Il momento flettente all incastro vale Mf 4172 160 667520 Nmm In corrispondenza della variazione di sezione si avr una concentrazione di tensioni Per determinare il fattore di forma si ricorre a diagrammi che in funzione del rappor
20. uno sforzo in pi per rappresentare davvero uno strumento efficace in termini di aumento della sicurezza Un manuale di uso e manutenzione oggi deve secondo la Direttiva Macchine presentare i seguenti requisiti e Deve essere di facile consultazione e Deve presentare una descrizione chiara del funzionamento delle parti della macchina e Deve indicare senza incertezze le zone e le operazioni a rischio infortunio e Deve contenere un analisi dei rischi 22 e Deve contenere una parte dedicata alla manutenzione necessaria per mantener la macchina efficiente e Deve seguire la macchina in ogni suo spostamento compresi passaggi di propriet e Essere conservato in luogo facilmente raggiungibile e Deve essere redatto almeno in una copia cartacea per poter essere di immediata consultazione Un aspetto fondamentale quello dell analisi dei rischi e della descrizione dei comportamenti che provocano pericolo Dalle norme sono stati rilevati tutti i rischi da considerare Si tratta in gran parte di rischi di origine meccanica Riporto quelli che sono stati ritenuti importanti gt Pericolo di schiacciamento cesoiamento gt Perdita di stabilit gt Pericolo eiezione fluidi ad alta pressione In base a questo elenco si sono analizzati tutti 1 punti rielaborandoli in funzione della nostra realt Con parole e fotografie si sono indicate la zone della macchina che presentano rischi e descritti i comportamenti che possono provocare situazion
21. valore a coincide con lo spessore s del tubo Sar quindi a s SALDATURA DI TESTA Figura 41 Saldatura di testa Le tensioni vanno composte e confrontate con quella ammissibile 61 o v RADQ 0 42 1 81 42 c v lt c amm Tv lt Tamm dove le tensioni ammissibili vanno calcolate come camm V X V2 x 6 amm tamm Come c amm abbiamo preso il valore di snervamento del materiale cio 355MPa vel per sollecitazione di trazione e compressione da momento flettente v 0 8 per sollecitazione di taglio da momento torcente v2 0 8 per saldatura controllata con i valori assunti risulta c amm 1x 0 8 x 237 189 MPa I valori utilizzati sono quelli massimi rilevati in B in particolare Mf MfB Mt MtB 62 Si nota immediatamente che la combinazione di diametri che soddisfa 0 v lt c amm vale sempre per de 50mm e di 25mm Alla luce di questo risultato e di quello ricavato precedentemente si disegna la forca con le seguenti dimensioni de 50mm di 25mm Figura 42 Forca mobile progettata Per scrupolo stata eseguita una ulteriore verifica anche con il calcolatore E stato realizzato un modello semplificato da implementare nel calcolatore zZ 0 000 0 102 0 205 0 307 m pa pe Figura 43 Analisi Fem della forca mobile progettata I risultati ottenuti analiticamente e quelli calcolati dal simulatore sono vicini 63 6 6 SFILI Gli sfili sono costituiti da
22. 1 KN rappresenta soltanto il 3 del valore introdotto per il calcolo In secondo luogo risulta davvero laborioso valutare l effetto di tale forza visto che essa lavora perpendicolarmente al carico nominale applicato Quindi la presenza di vento ci indicherebbe di considerare un aumento dei carichi introdotti ma dalle norme ci verrebbe comunque concesso di utilizzare un limite di tensione del materiale superiore Dato che non si terr conto dell influenza del vento ci atteniamo sempre al caso che sembra essere pi restrittivo 5 MATERIALI SCELTI Solitamente vengono riportati acciai non legati come materiali per la costruzione dei sollevatori Ci in gran parte giustificato in quanto sono i pi economici e dato il campo di utilizzo possibile sopperire alle modeste propriet meccaniche operando abbondanti dimensionamenti La scelta da parte dell ufficio produzione del tipo di materiale da utilizzare per fabbricare un prodotto viene effettuata in base a criteri puramente economici nel rispetto per delle necessit funzionali dell elemento da costruire caratteristiche meccaniche fisiche strutturali La scelta deve essere oculata fra diverse possibilit Per esempio il costo in peso dei getti costo getti in acciaio 2 x costo getti in ghisa costo getti in ottone bronzo leghe leggere 4 x costo getti in ghisa Mentre il costo in volume dei getti risulta pressappoco invariato rispetto al costo in peso per acciai ot
23. 2 PROBLEMI E RELATIVE SOLUZIONI Il pantografo una struttura molto particolare per l uso ingegneristico Come detto consente estensioni elevate con minimi sforzi e spostamenti ma allora ci si chiede perch il suo utilizzo sia tanto limitato Le problematiche relative alla struttura sono le grosse dispersioni di energia fra le parti all interno degli accoppiamenti cinematici rotoidali e la flessibilit della struttura stessa sotto carico Per questa ragione nelle macchine in commerci il numero di accoppiamenti limitato al minimo e le parti in gioco sono sovradimensionate per consentire elevata resistenza e minime deformazioni 6 2 1 PROBLEMA DELLA FLESSIONE Il pantografo la parte pi sensibile della macchina in esame e il suo montaggio deve essere realizzato in modo preciso L accoppiamento fra le parti viene effettuato tramite perni passanti con cave alle estremit nelle quali andranno collocati anelli seeger di apposita dimensione tipica per ogni diametro Essendo componenti commerciali non sono stati realizzati nel progetto al calcolatore ma andranno ordinati e collocati in fase di montaggio realistica Accoppiamento che consente l estensione del pantografo con minimo sforzo Tiene in sede l intera struttura Perni con relative cave per seeger Figura 22 Perni di collegamento e tenuta della struttura 37 Proprio il montaggio in s provoca il problema analizzato l esistenza di
24. 6 Valvola di blocco forca Figura 67 Valvola di blocco per il sollevamento a riposo Si pu notare dalla Figura 61 che la valvola di blocco non stata connessa ai cilindri appositi Questo perch un montaggio delicato da effettuare con tubi in ferro forati e opportunamente piegati stato deciso di procedere allo sviluppo di tale sistema di collegamento solo dopo una costruzione del prototipo 7 1 3 VALVOLE OVERCENTER Una problematica riscontrata dall analisi del sollevamento delle autovetture ha comportato la scelta di utilizzare questa particolare tipologia di valvole Come spiegato in precedenza l uso flessibile della macchina progettata comportava anche la possibilit di sollevare veicoli molto vicini a marciapiedi o con poco spazio per agire lateralmente Per effettuare comunque il sollevamento basta non avere un perfetto centraggio fra la vettura e la macchina In questo caso si presenta il problema in esame 93 Per i principi che governano la fluidodinamica un fluido tende sempre a muoversi dove sono presenti minori resistenze cio verso il cilindro pi esterno e questo comporterebbe pressioni diverse su ogni cilindro Se la vettura da sollevare e la macchina sono perfettamente centrate non c nessun problema ma nella maggior parte dei casi non si verifica la condizione Quindi le ruote non si troveranno alla stessa distanza dall asse della macchina e si avranno sforzi per il sollevamento mag
25. ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSITA DI BOLOGNA SECONDA FACOLTA DI INGEGNERIA CON SEDE A CESENA CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA Sede di Forl ELABORATO FINALE DI LAUREA In MECCANICA DEGLI AZIONAMENTI PROGETTAZIONE MECCANICA DI UNA INNOVATIVA MACCHINA DI SOLLEVAMENTO VEICOLI SULLE QUATTRO RUOTE CANDIDATO RELATORE Omar Bonoli Ing Marco Troncossi Anno Accademico 2011 2012 Sessione II 1 INTRODUZIONE pag 6 2 DESCRIZIONE E STORIA DEL SOLLEVATORE n pag 7 2 1 Sollevatori presenti sul mercato pag 7 3 MACCHINA DI SOLLEVAMENTO PROGETTATA scsi pag 9 3 1 Primo protopop ke logia abc pag 9 3 2 Descrizione della macchina progettata pag 11 3 3 Novitaintrodotte a usarla pag 15 3 3 1 Ancoraggio veicolo pag 17 3 32 S0 lleyame MOn cri ar ati pag 18 3 3 3 Operazioni particolari pag 19 3 3 3 1 Estensione telalo s ciarlatani pag 19 3 3 3 2 Sollevamento di veicoli molto ETA I IESICA LA POMPE ANO PERO PORRO CAIO CRLILO pag 20 3 3 3 3 Caratteristiche tecniche pag 21 4 PROBLEMATICHE DI PRODUZIONE pag 21 4 1 Normativa Ufopea o ii pag 21 4 1 1 Diretoiva macchme on ierilteo pag 22 4 1 2 Manuale d Uso israel leda pag 22 4 1 3 Fascicolo 1e0Nic0 c2 scissa pag 24 4 2 Prescrizioni per calcoli
26. ELETTROVALVOLE L elettrovalvola una sorta di rubinetto che consente il passaggio del fluido idraulico attraverso il varco aperto dalla valvola stessa per poi diramarsi nei condotti che si trovano a valle della stessa poich a monte si hanno le pressioni pi elevate Il fatto che si chiami elettrovalvola dovuto al fatto che l attuatore dell azionamento meccanico della valvola solitamente un rinvio meccanico viene sostituito da un attuatore comandato elettricamente nel nostro caso un solenoide La pi semplice valvola di questo tipo costituita da un dispositivo meccanico di apertura e chiusura il quale viene attuato da un solenoide come gi affermato Il solenoide percorso da corrente attira un nucleo ferroso in un canale interno causando cos lo spostamento meccanico del componente che impediva il passaggio del fluido e quindi l apertura o la chiusura dell elettrovalvola 89 Non ci sono posizioni intermedie una volta azionato il solenoide La valvola completamente chiusa o completamente aperta L alimentazione possibile sia in continua che in alternata Alcuni utilizzi particolare delle elettrovalvole si hanno nei motori ad iniezione elettronica dove per tempi brevissimi l elettrovalvola consente l afflusso di combustibile al motore stesso Figura 63 Distributore monoblocco con elettrovalvole Figura 64 Simbolo circuitale di un distributore 4 3 a centro chiuso Nella macchina proge
27. INDRO CHIUSURA FORCHE Figura 33 Dimensioni martinetto chiusura forche Dimensionato il primo martinetto per gli altri si adotta soltanto una verifica Questo martinetto non soggetto ai 230 bar pressione massima di esercizio Proprio per preservare le gomme dei veicoli stato inserito un pressostato supplementare regolato a 70 bar che limita lo sforzo su di esse Scelte da catalogo le dimensioni del martinetto si passa ad una verifica diametro esterno de 50 mm diametro interno di 40 mm spessore s 5 mm pressione max pMax 70 bar 7 MPa 46 oMax 2pMax x di 2s cMax 2 x 7 x 40 2 x 5 56 N mm Il valore di confronto 355 Mpa per cui il martinetto di sollevamento con le misure adottate risulta verificato a pressione VERIFICA STABILITA ELASTICA Le verifica di stabilit eseguita secondo la legge di Eulero in accordo con quanto prescritto dalle norme Grandezze caratteristiche dello stelo diametro d 25mm lunghezza lo 405mm area A 3 1416 4x d 490 9 mm momento d inerzia minimo Imin 3 1416 64 x d 4 19174 8mm24 raggio minimo d inerzia rmin RADQ Imin A 6 2 mm snellezza Lambda lo rmin 65 3 tensione critica ccri 3 1416 2 x 210000 Lambda 486 1 N mm Dalla la norma si evince che la tensione critica ocr definita nella maniera seguente 47 ceri lt 0 7 x fy ocr ocri ocri gt 0 7 x fy ocr fy x 1 0 461 ocri f
28. IONE Grandezze caratteristiche diametro esterno de 70mm diametro interno di 60mm spessore s 5 mm pressione massima pMax 230bar 23 Mpa oMax 2 pMax di 2 s oMax 2 23 60 2 5 276 Mpa Il valore di confronto 355 Mpa per cui il martinetto di sollevamento con le misure adottate risulta verificato a pressione VERIFICA STABILITA ELASTICA Grandezze caratteristiche dello stelo diametro d 35mm lunghezza lo 643mm area A 3 1416 4 d 2 962 mm 2 momento d inerzia minimo Imin 3 1416 64 d 4 73661 mm 4 Raggio d inerzia minimo Rmin RADQ Imin A 8 75 mm Snellezza Lambdaz lo rmin 73 5 52 Tensione critica ccri 3 141672 210000 LambdaY2 384 Mpa Dalla la norma si evince che la tensione critica ocr definita nella maniera seguente ceri lt 0 7 x fy ocr ocri ocri gt 0 7 x fy ocr fy x 1 0 461 ocri fy 1 4 4 siccome vale la seconda ccr 305Mpa Anche qui lo stelo risulta non avere problemi di instabilit Lo stelo verificato 6 4 4 CILINDRO DI CHIUSURA Figura 37 Cilindro chiusura della parte anteriore un attuatore oleodinamico necessario per la chiusura di una parte della macchina in fase di riposo poich gli spazi all interno di un azienda o direttamente sulla strada sono spesso limitati importante che l ingombro al suolo in fase di movimentazione sia il minimo possibile Si sollevano quindi le parti
29. LAMELLARE Figura 16 La ghisa grigia fragile 32 La GS ghisa sferoidale presenta caratteristiche superiori utilizzando spessori ridotti data la purezza e la qualit della materia prima La GS garantisce buona resistenza alla corrosione naturale elevata capacit di assorbimento delle vibrazioni facilit di lavorazione e propriet autolubrificanti Inoltre la ghisa a grafite sferoidale possiede caratteristiche meccaniche molto pi elevate una capacit di deformazione prima della rottura superiore a quella della ghisa lamellare un modulo di elasticit quasi come quello dell acciaio una resistenza alla rottura per flessione da 2 a 3 volte superiore a quella della ghisa lamellare e una elevata resistenza agli urti GHISA SFEROIDALE Figura 17 La ghisa sferoidale tenace Riassume quindi i vantaggi tipici della ghisa come e Attitudine alla formatura e Alta lavorabilit e Elevata resistenza all usura e Assorbimento delle vibrazioni Porta in pi le caratteristiche fisiche degli acciai come e Resistenza alla trazione e agli urti e Buon allungamento e Alto limite elastico Queste propriet sono importantissime in una struttura meccanica in quanto eventuali concentrazioni di tensione causate da fattori geometrici o interni possono essere ridistribuite Il vantaggio principale che le rotture eventuali sono anticipate da deformazioni che le evidenziano 33 Dalle tabelle riportate sulla norma
30. a 81 Figura 59 Telaio posteriore realizzato in carpenteria Come gi deciso per i componenti citati precedentemente la soluzione migliore di realizzare la parte in ghisa per la precisione in due pezzi per facilitare le lavorazioni come vedremo di seguito Dedichiamo qualche momento all analisi delle sollecitazioni a cui soggetto il telaio per poter progettare un modello coretto Occorre rintracciare le condizioni pi gravose a cui soggetto il telaio Consideriamo il momento in cui inizia il sollevamento Il sollevatore tenderebbe a alzarsi posteriormente e il telaio posteriore potrebbe sentire un momento flettente sulle boccole che portano i martinetti di estensione Il sollevamento di questa parte per impedito dagli altri attuatori di sollevamento e il telaio in questo caso a meno della deformazione degli steli stabilizzatori non si accorge di nulla Il caso opposto che pu verificarsi quando il veicolo completamente sollevato con il baricentro che cade tra il pattino anteriore e la motoruota A questo momento flettente si aggiunge la coppia che la motoruota sviluppa all inizio del movimento Sembra essere questa la condizione che sollecita di pi il telaio anche se non preoccupante L ipotesi di calcolo tengono dunque conto della valutazione fatta sopra Si assume poi che il peso della batteria 1500N applicato in asse col centro della boccola e 82 che l utilizzatore del peso 800N in pi
31. accoppiamento rotoidale fra le parti comporta inevitabilmente un minimo di gioco che per quanto la tolleranza sia elevata esister sempre La presenza di questi giochi comporta che sotto il peso proprio della struttura e specialmente in fase di carico del veicolo il pantografo esteso tenda a flettere verso il suolo un comportamento che ovviamente non deve esistere al termine della progettazione Un altro paramento che comporta una flessione della struttura di estensione la snellezza delle parti in gioco Le varie travi realizzate in carpenteria metallica sono molto sottili e hanno una forma stretta e lunga la quale estremamente soggetta a flessione una volta posta sotto carico Figura 23 Barra singola del pantografo Nel pantografo il numero degli accoppiamenti rotoidali molto elevato e la somma di tutti i giochi presenti e delle snellezze delle travi potrebbe comportare flessioni troppo elevate con conseguenti danni sulle parti componenti la macchina 6 2 2 PROBLEMA DEL TIRAGGIO Nel primo prototipo della macchina si volevano fissare le quattro ruote incuneandole fra le quattro pedane Figura 5 Per poter garantire il fissaggio si presentava il problema di dover trasmettere una forza di tiraggio tramite il pantografo per fare in modo che le pedane anteriori si incuneassero bene sotto i copertoni delle ruote A questo punto dell analisi si presentato il secondo problema in esame 38 Per l estensione il pr
32. aggio Grandezze caratteristiche dei cilindri di chiusura a doppio effetto diametro esterno de 42mm diametro interno di 32mm diametro pistone d 32mm pressione max pMax 230 bar La forza motrice che sono in grado di applicare Fm 23000000 16 16 7 104 6 0 98 18127 N Siccome agiscono in coppia la forza complessiva disponibile sar 18127 2 36255N I due cilindri sono inclinati di circa 12 gradi Fm 36255 cos12 35462 N Illustriamo adesso il calcolo per il leveraggio 74 Figura 52 Illustrazione leveraggio per la chiusura Figura 53 Misura della leva Il baricentro stato quindi considerato in corrispondenza del centro del pattino scelta non casuale ma effettuata da opportune considerazioni sui pesi del modello Si ottiene una forza utile per il sollevamento pari a R 36255 30 820 1326 N Valore ritenuto pi che idoneo per l innalzamento di una struttura dal peso calcolato in 1200 N 75 6 7 1 PERNI I perni sono delle articolazioni cilindriche presenti sulla macchina L obiettivo capire se i perni progettati soddisfano le condizioni di tenuta quando caricate dalle forze degli attuatori oleodinamici I perni si comportano come travi doppiamente appoggiate ai due rami della forcella e caricate in mezzeria dai martinetti Occorre quindi valutare la tensione flessionale massima che come logico cade in mezzeria del perno In aggiunta occorre calcolare le tensioni tag
33. amico al distributore monoblocco e quindi a tutte le utenze necessarie per l utilizzo della macchina in progetto La pompa provvista di una valvola di non ritorno per impedire che in situazioni anomale il fluido oleodinamico ritorni verso la mandata danneggiandola stato previsto anche un sfogo di sicurezza che sempre in casi anomali di funzionamento assieme alla valvola di non ritorno porta nuovamente l olio all interno del serbatoio Seguendo le norme dedicate alla sicurezza dell operatore e delle eventuali persone in prossimit della macchina durante l esercizio stato deciso di applicare anche delle valvole di blocco la cui funzione descritta in seguito Infine per favorire un sollevamento uniforme ed omogeneo sono state collocate sui cilindri dedicati delle valvole overcenter anche queste illustrate in seguito 88 Il distributore monoblocco costituito da cinque elettrovalvole che alimentano gli attuatori nel seguente modo una alimenta il cilindro a doppio effetto atto all estensione e retrazione del pantografo una alimenta i cilindri a doppio effetto per la chiusura della macchina in fase di non esercizio una alimenta i cilindri a doppio effetto per l estensione del telaio una alimenta il cilindro a doppio effetto della forca presente nell ancoraggio anteriore una alimenta contemporaneamente i cinque cilindri a singolo effetto per il sollevamento del carico dal suolo 7 1 1
34. ata una costruzione originale per il cilindro in esame Lo stelo e il pistone del cilindro sono forati e all interno vi scorre libero di ruotare il perno che verr collegato al timone di comando diametro 30 mm La costruzione e il collegamento delle parti componenti lo stelo a sua volta particolare poich composto da tre parti connesse tramite filettatura La parte inferiore dello stelo 1 in figura a filettatura esterna consente l avvitamento del pistone 2 in figura La parte superiore dello stelo 3 in figura filettata internamente viene avvitata a sua volta e si ottiene lo stelo del cilindro completo In sintesi ci si riduce ad un sistema dove il perno saldato al corpo connesso alla ruota motorizzata ha come una funzione quella di consentire la rotazione della stessa ruota mentre il sistema stelo pistone svolge la funzione di sollevamento La prima idea comportava un collegamento saldato fra il perno e il corpo connesso alla ruota motorizzata senza l utilizzo di un cuscinetto a sfere del quale si poi ritenuto necessario il montaggio per ridurre gli attriti e soprattutto per l elevata resistenza dello stesso ai cariche radiali che si scaricheranno costantemente durante la movimentazione della macchina in progetto PERNO LIBERO PER LO STERZO DIAMETRO 30 mm LUNGHEZZA DELLO STELO DEL CILINDRO 3 1 STELO 50 EGG SFERE DOPPIO Figura 30 Sezione del cilindro posteri
35. ato mentre l aggiunta di cerio altre terre rare o calcio riduce il livello minimo di magnesio fino allo 0 01 Contenuti in magnesio troppo elevati sono deleteri poich provocano la presenza di carburi ed aumentano la tendenza al ritiro Il contenuto di Mg cui puntare circa dello 0 015 quindi di poco superiore al minimo richiesto 109 Per il trattamento con Mg la ghisa deve avere temperatura compresa tra 1450 e 1510 C Il magnesio pu essere aggiunto alla ghisa base fusa in diversi modi e fasi della fusione IN SIVIERA La lega madre a base di magnesio posta sul fondo della siviera di trattamento vuota e la ghisa base liquida viene versata su di essa Essendo il magnesio un elemento fortemente infiammabile questa operazione molto violenta con la formazione di fiamme e l emissione di una luce molto intensa Per minimizzare la violenza della reazione si usano siviere coperte la ghisa base liquida viene versata nella conca sulla sommit della siviera e precipita per gravit al suo interno attraverso un foro L emissione di luce la formazione di polveri di MgO e l uscita dal metallo di fumo e fiamme minima IMMERSIONE La lega solitamente ad alto contenuto di magnesio pu essere aggiunta nella ghisa liquida attraverso una campana di materiale refrattario che viene abbassata fino al bordo della siviera IN MOLD Il metodo che permette un elevata automazione delle operazioni il metodo in mol
36. ccome il silicio influenza il diagramma di stato vengono forniti i diagrammi di stato per diverse concentrazioni 106 INOCULAZIONE La nucleazione della grafite favorita da alcuni metalli L inoculazione di questi metalli serve per formare grafite quando si hanno getti di piccolo spessore o elevati sottoraffreddamenti Sono usate leghe di ferro silicio calcio alluminio che formano nuclei eterogenei per la nucleazione della grafite TIPI DI GRAFITE La grafite pu accrescere in diversi modi Se la grafite accresce lungo il piano prismatico otterremo grafite a morfologia lamellare Viceversa se l accrescimento lungo il piano basale otterremo grafite a morfologia sferoidale Di seguito elenchiamo 1 vari tipi Grafite di Tipo A Lamelle sottili distribuite uniformemente Assenza di orientazioni preferenziali Composizione prossima all eutettico e condizioni di solidificazione normali Grafite di Tipo B Lamelle raggruppate in rosette Assenza di orientazioni preferenziali Raffreddamento rapido associata alla presenza di ferrite Grafite di Tipo C Lamelle grossolane di grafite flottata miste a lamelle fini di grafite eutettica Assenza di orientazioni preferenziali Grafite di Tipo D Lamelle molto fini interdendritiche Assenza di orientazioni preferenziali Raffreddamento rapido Associata a zone con cementite o ferrite Grafite di Tipo E 107 Lamelle con orientamento preferenziale nelle zone inte
37. cernierate sul perno avvitato a telaio 11 Figura 55 Pattino in carpenteria metallica Si trovano dietro alle due pedane La base di partenza per la realizzazione in carpenteria una lamiera tagliata Parallelamente occorre assemblare le parte che consente al perno del telaio di inserirsi Questa realizzazione richiede un secondo trancio di lamiera che va forato e poi saldato al tubo Per completare l assieme occorre saldare le due parti Infine sulla macchina utensile si esegue tutta la lavorazione necessaria per il montaggio delle ruote Le superfici vanno ben rifinite per l accoppiamento corretto dei cuscinetti Questo un esempio di componente apparentemente semplice sul quale per diventa strategico studiare un processo di produzione pi veloce L idea di passare alla realizzazione in ghisa Vediamo subito i vantaggi In primo luogo si nota che la forma tozza e quindi si presta bene alla fusione Il pezzo complesso da realizzare in carpenteria mentre possibile costruirlo in un unico pezzo col processo fusorio Si eliminano cos le almeno quattro saldature da compiere e le relative maschere Le lavorazioni da effettuare alle macchine utensili si possono eseguire poi in una volta sola Il processo di fusione quindi indicato per produrre il componente ad un costo inferiore 78 La progettazione del modello in ghisa risente delle considerazioni fatte in precedenza a riguardo di raggi di raccordo e s
38. colo stesso che ancorato La presa assicurata dalle forche fa diventare il veicolo un tutt uno col sollevatore Risulta cos davvero agevole movimentare La macchina si guida infatti come un transpallet tramite un manubrio cosicch si possono eseguire in tale maniera manovre molto complicate in spazi stretti La praticit dell idea incrementata poi dalle sequenze preimpostate per il sollevamento le quali incorporano una serie di operazioni che la macchina esegue in automatico Ci si accorge che ci sono dei problemi ad una eventuale movimentazione delle parti per mezzo di un motore a combustione e dei limiti che tale realizzazione presentava Basti pensare all impossibilit di intervenire sulle sequenze alla difficolt di modulare il moto con una frizione Non da trascurare il fatto dei fumi prodotti del motore endotermico che non sono tollerabili in un ambiente chiuso Rilevati questi limiti si realizza una ben pi funzionale versione elettrica Ora i comandi sono inviati ad una centralina ancora molto semplice che informata da fine corsa con la stessa logica precedente fa eseguire le operazioni sopra descritte Questo passaggio alla versione elettrica decisivo Permette di eliminare tutti 1 punti deboli del primo prototipo Non esistono disegni di nessun tipo e non stata dedicata particolare attenzione ai processi produttivi Occorre quindi una prima fase di progettazione ingegneristica in grado di studiare e
39. d In questo caso la lega al Mg posta in una cavit dell attrezzatura appositamente studiata quando la ghisa viene fatta colare dentro la forma prima si 110 combina con la lega sferoidizzante poi adeguatamente filtrata riempie la forma Il filtraggio necessario perch nella camera di reazione c l alto rischio di produrre scoria che se non venisse fermata la ritroveremmo dentro al pezzo SOLIDIFICAZIONE DELLA GHISA SFREROIDALE La formazione della ghisa sferoidale avviene nel seguente modo Formazione dei noduli di grafite Nucleazione della ferrite sulla grafite con diffusione di C verso l austenite il 10 della ferrite si forma in questo modo Lo strato di ferrite accresce grazie alla diffusione del carbonio attraverso la ferrite stessa questo meccanismo controlla l accrescimento della ferrite fino alla formazione del 60 della ferrite totale Interruzione della crescita della ferrite e inizio della nucleazione della perlite con accrescimento molto rapido Diffusione del carbonio e degli elementi in lega tra le lamelle di cementite e ferrite La composizione tipica di una ghisa sferoidale C 3 30 4 00 S1 1 80 2 80 Mns lt 0 60 P lt 0 10 S lt 0 03 La formazione di sferoidi limita i ritiri del metallo durante il raffreddamento tale caratteristica fa s che non siano necessarie le materozze TRATTAMENTI TERMICI I pezzi in ghisa sferoidale possono essere ulteriormente affinati con trattamen
40. di smorzare le vibrazioni 97 Nella macchina in progetto non stato inizialmente previsto l utilizzo di una cassa d aria perch le masse di fluido in movimento non sono eccessive Tuttavia l introduzione di un piccolo serbatoio servirebbe a ridurre le sollecitazioni causate dai colpi d ariete sui pressostati e a smorzare le vibrazioni Figura 72 Pompa utilizzata nella macchina in progetto Dall immagine si evidenziano immediatamente a sinistra il motorino elettrico centralmente la pompa ad ingranaggi connessa al distributore monoblocco ed infine il serbatoio del fluido idraulico a destra TUBAZIONI Il fluido oleodinamico viene trasportato dal corpo pompa ai vari attuatori lineari tramite apposite tubazioni che devono reggere le pressioni applicate al fluido stesso Per i valori di pressione raggiunti nell impianto progettato si scelto di utilizzare tubazioni EN 853 1SN SAE 100 R1 AT 98 Caratteristiche tecniche sottostrato gomma sintetica oleoresistente rinforzo Una treccia d acciaio ad elevata resistenza copertura gomma sintetica ad elevata resistenza ad abrasione ozono aria ed invecchiamento temperatura di esercizio 40 100 con picchi di 125 diametro interno 4 8 mm diametro esterno 11 5 mm pressione di esercizio 250 bar pressione di scoppio 1000 bar In fase di progetto stato necessario unire alla parte di sviluppo meccanico anche lo studio riguardan
41. e si deve porre attenzione allo zolfo Lo zolfo pu essere presente nella ghisa in tenori che vanno fino allo 0 25 anche se nella maggioranza dei casi si aggira tra lo 0 06 e lo 0 12 ha un effetto contrario al silicio perch favorisce la stabilit della cementite e della struttura perlitica La desolforazione se necessaria deve essere eseguita nell altoforno con agenti desolforanti quali Soda caustica Ceneri di soda Calcare calcinato Carburo di calcio Il trattamento di sferoidizzazione segue la fusione o quando praticata la desolforazione Anche se esiste un lungo elenco di elementi capaci di sferoidizzare la grafite solo il magnesio comunemente usato per tale scopo I processi di sferoidizzazione tradizionalmente impiegati sono basati su procedure atte a portare alla dissoluzione nella ghisa piccole quantit di magnesio Tale operazione resa difficile sia dalla scarsa solubilit di questo elemento nel ferro liquido sia dall elevata tensione di vapore che il magnesio possiede alla temperature di trattamento 1450 1500 C L importanza del buon andamento del trattamento di sferoidizzazione risiede nell enorme influenza che la forma della grafite ha sulle caratteristiche meccaniche del getto ci giustifica la cura impiegata nel mantenere sotto controllo tale processo Il contenuto minimo di Mg residuo necessario per sferoidizzare la grafite pu essere pari allo 0 02 se l unico elemento sferoidizzante impieg
42. edi sull estremit della pedana a 670mm dall asse della motoruota Le quote sono ricavate dal disegno Il momento trasmesso dalla motoruota desunto dalle caratteristiche della stessa Potenza 1200w a 2500rpm Rapporto di trasmissione 34 57 Raggio della ruota 250mm 0 250 m Braccio della forza di trazione 320mm 0 320 m La coppia sul telaio antioraria e vale Coppia motorota 1200 2500x2 3 1416 60 4 6 N m Ceffettiva 4 6 x 34 57 158 6 N m Ftrazione 158 6 0 250 2 1268 N Mf 1268 x 0 320 405 650 N m Il modello stato quindi riprogettato per la produzione in ghisa Figura 60 Telaio posteriore Il modello stato sottoposto alla simulazione dei carichi per verificarne i requisiti 83 0 000 0 094 0188 0 281 m e Figura 61 Analisi fem telaio posteriore Tensione Max 72 MPa In base a questo risultato utlizziamo la ghisa GS 400 per cui vale una tensione ammissibile 166 MPa quindi il modello correttamente dimensionato Il modello cos progettato risulta valido 6 9 2 TELAIO Questo invece il telaio che si pu scorgere pi facilmente ed quello che si occupa di sostenere il sollevatore vero e proprio Come il resto costruito in carpenteria Si tratta di lamiera tagliata e piegata Le boccole laterali nelle quali scorrono i martinetti di estensione e che lo collegano alla zona posteriore vengono saldate Stesso procedimento per i fazzoletti che reggono i mart
43. ee E E laica pag 76 6 8 Pattini posteriori e anteriori pag 77 OA Lelli ieri aan ami pag 81 6 9 1 Telaloposterlofe sissi pag 81 0 9 2 Telai dii idea pag 84 7 IMPIANTO OLEODINAMICO pag 86 7 1 Circuito oleodinamico pag 86 Fill Elettrovalvole sini een pag 89 7 1 2 Valvoledebloce0 n ssisliionaerosiopicali pag 91 7 1 3 Valvole overcentetr userai pag 93 7 1 4 Pompa tubazioni sudan pag 95 7 2 Centralina elettronica pag 101 8 CONCLUSIONI pag 103 9 BIBLIOGRAFIA pag 105 APPENDICE Axa pag 106 APPENDICE Bric pag 112 1 INTRODUZIONE Gli scopi di questa tesi sono la progettazione e l ottimizzazione dei componenti di un sollevatore innovativo per auto in vista di una sua messa in produzione Il voler commercializzare la macchina comporta il perseguimento di due obiettivi la diminuzione dei costi di produzione e un utilizzo flessibile I due aspetti sono fortemente legati tra loro occorre infatti tener presente nella fase di progettazione le caratteristiche delle varie vetture di peso e dimensioni sempre variabili La peculiarit di questo sollevatore riguarda il sistema di ancoraggio Le quattro ruote del veicolo vengono infatti bloccate dalla macchina in esame da pedane opportunamente progettate e da un sistema di forche previsto un sistema di allunga
44. el suolo Questa caratteristica la si ottiene lasciando il sistema libero di poter ruotare rispetto alla mezzeria IL PATTINO RISULTA LIBERO DI POTER RUOTARE ATTORNO A QUESTO ASSE Figura 58 Pattino anteriore Non stata considerato necessario effettuare un analisi agli elementi finiti perch stato progettato con criteri di robustezza molto alti 80 6 9 TELAI Sono le parti che reggono tutto il peso della struttura e del carico 6 9 1 TELAIO POSTERIORE Il telaio posteriore ha diversi compiti Deve infatti portare tutta la parte idraulica di comando composta dal gruppo motore serbatoio pompa dalle elettrovalvole e dalla centralina E predisposta per l aggancio della pedana Rappresenta il punto in comune tra il sollevatore vero e proprio e la motoruota che gli consente di muoversi Su di esso gravano gli sforzi derivati del peso proprio da quello del veicolo sollevato e dalla coppia prodotta dalla motoruota in accelerazione La geometria che ne deriva ancora una volta complessa Il primo prototipo costruito sempre in carpenteria metallica con il problema degli alti costi di lavorazione Sono infatti molte le zone che vanno riprese per garantire gli accoppiamenti necessari A questo si unisce la complessit d assemblaggio Servono parti in lamiera e le boccole di fissaggio dei martinetti estensori Il tutto va quindi saldato con la necessit di allestire delle maschere di saldatur
45. er essere commercializzato oggi deve sottostare ad una serie di leggi che ne garantiscono un livello di sicurezza accettabile I prodotti che non soddisfano tali requisiti non hanno l approvazione della CE e sono del tutto fuori legge Se ci procura una maggiore difficolt in ambito progettuale dall altra garantisce una qualit del prodotto e del lavoro superiori Fortunatamente la sicurezza sul lavoro non pi ritenuta di secondaria importanza e tutto ora va pensato in questa direzione Il raggiungimento della sicurezza richiesta va eseguito operando in due direzioni parallele 21 Da una parte la consultazione delle norme e la loro applicazione sulla macchina parallelamente vanno sviluppati i documenti necessari La linea guida fornita in primis dalla Direttiva Macchine A riguardo della specificit della macchina si utilizzata la norma UNI EN1493 dedicata ai sollevatori per autoveicoli 4 1 1 DIRETTIVA MACCHINE La direttiva macchine una pubblicazione che presenta i requisiti base necessari per la certificazione del prodotto E del tutto generale e va applicata come dice il nome stesso a qualunque macchina Essa informa che obbligatoria corredare ogni macchina con e Manuale uso e manutenzione e Fascicolo tecnico 4 1 2 MANUALE D USO Il manuale di uso e manutenzione non pi solo una descrizione delle funzioni della macchina come si pu essere abituati a pensare Ad esso oggi richiesto infatti
46. erte in fase di esercizio quando una volta esteso il pantografo queste avevano raggiunto la coppia di ruote successiva 10 Il sollevamento era previsto su pattini collocati alle estremit delle pedane posti in movimento da degli attuatori oleodinamici Questa soluzione presentava notevoli svantaggi quali l allargarsi della struttura e una notevole forza da applicare sul leveraggio connesso al singolo pattino stata quindi scartata Un altro problema riguardava la flessione del pantografo di entit elevatissima dovuta alla distribuzione dei carichi sulle pedane e alla snellezza del pantografo stesso stata quindi necessaria una nuova e radicale progettazione dell intero sistema di sollevamento e la mia attivit parte proprio da qui Viene mantenuta l idea della movimentazione che viene esercitata dalla trazione della motoruota elettrica collocata posteriormente alla macchina 3 2 DESCRIZIONE DELLA MACCHINA PROGETTATA Di seguito presentato il modello definitivo sia in fase di esercizio che di riposo privo per della carenatura Figura 6 Macchina completa in esercizio lato sinistro In questa fase la macchina ha una lunghezza fra le due estremit di 3890 mm 11 Figura 7 Macchina completa in esercizio Figura 8 Macchina completa in riposo lato sinistro 12 Figura 9 Macchina completa in riposo lato destro La lunghezza della macchina a riposo viene ridotta consistentemente a 2300mm
47. esidera ottenere sia un movimento assiale o rotatorio Un classico attuatore lineare il cilindro costituito come pi volte descritto da una camicia un pistone e uno stelo che crea il moto Per il moto rotatorio basta notare le applicazioni su escavatori o agli argani per il sollevamento delle reti dei pescherecci dove servono forze molto elevate L Italia fra i primi cinque produttori al mondo di componenti oleodinamici In un impianto oleodinamico di devono avere un gruppo generatore dove avviene la trasformazione da energia meccanica ad energia idraulica un gruppo di controllo di controllo in cui il fluido viene condizionato ad assumere determinati valori di pressione e portata e per distribuirlo ove necessario un gruppo di utilizzo formato genericamente da attuatori di vario utilizzo e tipologia Per la macchina in esame si fatto uso del software Autocad 2006 per lo sviluppo del circuito oleodinamico completo riportato di seguito 7 1 CIRCUITO OLEODINAMICO 86 Cilindro estensione Cilindri di Cilindri estensione Cilindro forca Cilindri di sollevamento
48. giori su un pattino che su quello opposto Questo comporterebbe un sollevamento non omogeneo o comunque degli sforzi sulle strutture rigide della macchina non desiderate Il sollevamento desiderato di 5 cm poco consistente e quindi forse si sopravvaluta il problema ma per evitarlo completamente si introducono le valvole overcenter Tali valvole rimediano appunto a questo difetto Sono valvole simili a quelle riduttrici di pressione per struttura Queste vengono per tarate tramite una molla ad una pressione ben precisa e prima che questa pressione sia raggiunta al fluido non consentito il passaggio Nel nostro caso verranno tarate a circa 200 bar quindi all atto del sollevamento a tutti e cinque i pistoni arriver la stessa pressione garantendo un sollevamento omogeneo e molto pi efficiente p EE O Figura 68 Valvole overcenter Figura 69 Rappresentazione circuitale overcenter 94 7 1 4 POMPA E TUBAZIONI POMPA AD INGRANAGGI La pompa utilizzata nell impianto del tipo volumetrico ad ingranaggi Questo tipo di pompe funzionano trasportando volumi di fluido dall aspirazione alla mandata Tale movimentazione di fluido si divide in tre fasi In una prima fase l aspirazione separata dalla mandata nella seconda il fluido separato da entrambe ed infine viene esposto alla mandata con pressione aumentata Ci sono caratteristiche di tutte le pompe volumetriche in comune sia tra quelle a pist
49. gramma in automatico ha realizzato In particolare in quei punti potrebbe essere presente un elementino di forma non appropriata per approssimare il modello Si pu in tale situazione ottimizzare la meshatura e riverificare Il problema potrebbe non risolversi comunque A questo punto se si in presenza di un materiale duttile si pensa che questi picchi possano ridistribuirsi grazie alla plasticizzazione del materiale Per cui in generale piccole zone con gradienti di tensione molto elevati e il resto con valori accettabili non preoccupano il progettista I programmi che eseguono queste simulazioni sono molti e di fasce diverse Ci che differenzia un prodotto di alta gamma da uno di bassa essenzialmente la possibilit di intervento Significa che le opzioni sono molte tutte volte a poter approssimare il meglio possibile la realt 6 3 COSTRUZIONE CILINDRO POSTERIORE Assieme alla struttura pantografica il progetto di costruzione e realizzazione del cilindro di sollevamento posteriore ha comportato la parte di studio pi sensibile di tutta la macchina Si notato sin da subito che era necessario svincolare la capacit di sterzo della ruota di trazione e la capacit della stessa di potersi abbassare garantendo il sollevamento dell autovettura caricata dal suolo Questo perch lo stelo di un cilindro non progettato per poter ruotare ma solamente per generare una forza motrice o resistente lineare 43 Si quindi ide
50. i pericolose Si cercato di immaginare infatti tutti gli usi impropri che potrebbero essere commessi Di seguito sono poi stati inseriti tutti gli accorgimenti presi per limitare queste situazioni in aggiunta all elenco di tutti i dispositivi di sicurezza adottati Un terzo aspetto stato prevedere e ottimizzare gli accorgimenti necessari per adeguarsi alle norme Parlo dell adozione di un fermo meccanico per evitare la discesa accidentale del carico per esempio Grazie alla scelta di utilizzare specifici tipi di valvole ho contribuito a semplificare l operazione richiesta dalla norma cio di discesa del carico con macchina in avaria 23 Inizialmente si era pensato di inserire un rubinetto per poter by passare la valvola bloccata dall avaria e permettere all olio di poter fluire fuori dal martinetto di sollevamento e quindi far discendere il carico 4 1 3 FASCICOLO TECNICO Parallelamente al manuale va sviluppato il fascicolo tecnico Si tratta in linea generale della storia progettuale della macchina La Direttiva Macchine richiede che sia costituito tenendo conto dei punti seguenti Deve contenere e idatidi identificazione del fabbricante e idati relativi alla macchina e una descrizione generale e il campo di utilizzo della macchina e un analisi dettagliata dei rischi e i provvedimenti adottati per ridurli e un disegno complessivo e i disegni costruttivi e gli schemi del circuito comando e le note di calcolo e
51. i giochi in corrispondenza dei perni di collegamento LA FORZA AGENTE SUI PERNI VIENE DISTRIBUITA SU UNA SUPERFICIE MAGGIORE GARANTENDO BASSE DEFORMAZIONI IN CORRISPONDENZA DEI PERNI SI INCONTRANO DOPPIA STRUTTURA QUATTRO BARRE A BARRE GARANTENDO ROBUSTEZZA E MINIMA FLESSIONE CAUSATA DALLE TOLLERANZE Figura 27 Struttura del pantografo Figura 28 Particolare sulla doppia struttura Per risolvere definitivamente il difetto si pensato di progettare il sistema di sollevamento anteriore in modo che creasse un effetto di leva fra reazione col suolo e forza peso dell automezzo sollevato seppur di minima entit ma che andasse a controbilanciare la tendenza della forza peso di flettere la struttura verso il basso 41 LA RUOTA SI COLLOCA FRA SFILI E FORCHE FORZA PESO F APPLICATA IN MEZZERIA LA FORZA DI REAZIONE COL SUOLO R SI SCARICA SUL CANTRO DEL PATTINO BRACCIO Figura 29 Effetto leva ancoraggio anteriore Dalla figura precedente si valuta immediatamente che fra la forza peso F del veicolo caricato applicata sulla mezzeria della ruota ancorata e la reazione col il suolo R che la bilancia nasce un momento orario che agisce sulla struttura andando a compensare l abbassamento del pantografo verso il suolo Ovviamente ruote di diametro diverso spostano il punto di applicazione del carico assunto sempre
52. iaria o tramviaria per prelevare energia dalla linea elettrica di contatto oppure come sistema di sollevamento su piattaforme elevatrici fisse Le piattaforme elevatrici a pantografo sono diventate un prodotto di uso molto comune in ogni tipo di azienda rappresentano infatti in molti casi una soluzione ottimale in termini di funzionalit economia e sicurezza Le piattaforme elevatrici a pantografo oltre a risolvere problemi di collegamento fra piani posti a diverse altezze e di alimentazione di macchine di produzione in questi ultimi anni hanno trovato largo impiego come valido mezzo per la movimentazione manuale dei carichi nel rispetto delle normative europee che si sono sempre pi occupate di ergonomia sicurezza e salute degli operatori sul posto di lavoro Figura 18 Sollevatore a pantografo Figura 19 Pantografo per prelevare energia 35 Nel nostro caso come detto deve consentire elevate lunghezze per minimi spostamenti dell attuatore Tali caratteristiche sono verificate e lo si evince dalle immagini Attuatore pantografo Figura 20 Pantografo retratto Si nota figura 16 che l attuatore agisce ad una estremit del pantografo in posizione centrale Figura 21 Pantografo esteso Possiamo valutare immediatamente che l estremit che unisce pantografo ed attuatore si spostata assialmente in minima misura Il pantografo risulta invece esteso per una considerevole lunghezza 36 6
53. il veicolo che ha preso velocit sui carrelli Da tutte queste considerazione nasce l idea del sollevatore trattato in questa tesi 3 PRIMA MACCHINA DI SOLLEVAMENTO PROGETTATA 3 1 PRIMO PROTOTIPO Tutte le parti vengono disegnate per la prima volta e si utilizza un modellatore solido Il poter disporre di un modello tridimensionale consente di affinare le singole parti in simultanea potendo apportare modifiche e rilevarne immediatamente la validit 9 E indispensabile poi per poter scorgere le eventuali zone di contatto e di conflitto tra le parti in movimento Ogni modifica in precedenza poteva essere verificata solo dopo la realizzazione fisica e una prova pratica Il progetto in esame stato pensato totalmente in carpenteria metallica come lo era il primo prototipo La veloce realizzazione e la facile rintracciabilit del materiale permettono di realizzarlo in tempi brevi coinvolgendo le aziende della zona Il prototipo per stato come detto in precedenza considerato inadeguato e si pu quindi iniziare ad ottimizzare 1 particolari grazie alle informazioni raccolte Riporto ora un immagine del prototipo grezzo di partenza Figura 5 Primo prototipo sollevatore L idea iniziale con cui lo si realizzato consisteva nel bloccaggio delle ruote del veicolo fra le quattro pedane ben visibili in figura 5 Inizialmente le due pedane anteriori venivano chiuse per mezzo di un attuatore ad esse connesso e riap
54. ilizzo si deciso di svincolare totalmente l ancoraggio della coppia di ruote anteriori dall utilizzo del pantografo Per far questo si creato un sistema di ancoraggio originale e funzionale facendo in modo di comprimere i copertoni delle ruote fra degli sfili estraibili manualmente e delle forche appositamente progettate Il problema di tali sistema durante la progettazione consisteva nel mezzo per porre le forche in movimentazione garantendo forze sufficienti una volta a battuta contro la ruota Si trovata una soluzione ottima e anche semplice nell utilizzo di un cilindro oleodinamico libero che estendesse contemporaneamente le due forche FORCHE APERTE SFILI ESTRAIBILI PISTONE LIBERO PER APERTURA FORCHE FORCHE comm CHIUSE SFILI ESTRAIBILI Figura 25 Sistema di ancoraggio forche chiuse Figura 26 Sistema di ancoraggio anteriore forche aperte FORCHE APERTE 40 Con questo nuovo sistema il pantografo ottiene come unica funzione sulla parte anteriore della macchina quella di estensore RISOLUZIONE DEL PROBLEMA DELLA FLESSIONE Come evidenziato giochi elasticit e peso della struttura di estensione agiscono a favore di una complessiva flessione verso il suolo comportamento assolutamente da evitare per non rischiare danni alle parti in gioco Come prima contromisura si deciso di irrobustire il pantografo con una doppia struttura a barre in tal modo si riduce l effetto de
55. inetti estensori Ci sono poi altri piccoli particolari che vanno fissati nella stessa maniera Il resto del telaio lavorato alle macchine utensili esclusivamente per la creazione di fori e filettature 84 BOCCOLE SALDATE FAZZOLETTI PER I CILINDRI ESTENSORI Figura 62 Telaio Si osserva che si tratta di un corpo non tozzo e di qui si pu intuire come la migliore tecnologia per realizzarlo sia proprio la carpenteria Procedendo con la realizzazione in ghisa non si potrebbero ottenere in una unica fusione tutte le appendici di cui dotato e sarebbe comunque necessario in seguito collegarli con difficolt evidenti Anche le lavorazioni necessarie ad esempio sui fazzoletti nel caso gi posizionati sarebbero di difficile realizzazione La soluzione adottata nella prima progettazione risulta quindi gi vincente La realizzazione in carpenteria presente una finitura superficiale superiore e ci conferisce alla macchina un aspetto migliore 85 7 IMPIANTO OLEODINAMICO L oleodinamica una branca della fluidodinamica che trova applicazione nell ingegneria meccanica e si occupa dello studio della trasmissione di energia tramite i fluidi in pressione in particolare l olio idraulico Nella pi comune applicazione oleodinamica la portata d olio generata da una pompa all interno di un circuito oleodinamico viene utilizzata per muovere un martinetto o un motore idraulico e seconda che l effetto che si d
56. it dello sfilo esterno dovuto alla rotazione in B CX160 Cx160 Cx255 M X255 Cx255 tz X1909 7733 30353 37337 X260 3XEXI 2XEXHI 3XEXIL 2XEXL 2XEXLI M X 255 __ x260 EXL 68 E 210000MPa 4 L 30171 8mm 64 7X d D 107411 78mm 64 Si ha FRECCIA 0 8681 0 8138 0 9871 0 929 1 5097 1 8945 7mm 7 mm risulta un valore pi che accettabile per le deformazioni 6 7 CALCOLI DEI LEVERAGGI Il sollevamento delle vetture dal suolo avviene tramite 1 cilindri pi volte citati nell elaborato La movimentazione invece deve presentarsi grazie al moto imposto alla monoruota motorizzata Ovviamente se l unico appoggio della macchina fosse su questa il moto sarebbe impossibile perch struttura colliderebbe col suolo danneggiandosi irrimediabilmente Si sono quindi progettati due coppie di pattini I due pattini anteriori collocati nel sistema di ancoraggio hanno le ruote fisse e sono quindi pi soggetti ad usura in tutte le fasi di spostamento della macchina dove la traiettoria non rettilinea Gli altri due pattini sono collocati dietro le pedane e hanno le ruote libere di girare grazie ad un apposito montaggio con cuscinetti Era necessaria l adozione di ruote folli per poter aiutare le rotazioni imposte dalla monoruota durante il moto I cilindri agiscono quindi sui pattini con una forza motrice e per mezzo di appositi leveraggi comportano il sollevamento delle vetture
57. levamento con le misure adottate risulta verificato a pressione La verifica sulla stabilit elastica non stata ritenuta necessaria viste le limitate lunghezze degli steli e le corse altrettanto ridotte VERIFICA A PRESSIONE DEL PISTONE POSTERIORE Grandezze caratteristiche diametro esterno de 92mm diametro interno di 80mm diametro stelo d 50mm spessore s 6mm pressione max pMax 230bar 23Mpa oMax 2 pMax di 2 s cMax 2 23 80 30 2 6 115 Mpa 57 Il valore di confronto 355 Mpa per cui il martinetto di sollevamento con le misure adottate risulta verificato a pressione La verifica sulla stabilit elastica non stata ritenuta necessaria viste le limitate lunghezze degli steli e le corse altrettanto ridotte 6 5 FORCA MOBILE La forca mobile quella che ha il compito bloccare la ruota contro gli sfili estraibili La ruota utilizzata per l analisi riproduce in maniera fedele le dimensioni di una reale Si tratta di una delle ruote pi grandi che si possono trovare in commercio Le misure sono 255 45 R18 Una ruota da SUV che pu benissimo essere paragonata anche a quelle di veicoli da trasporto leggeri Si deduce che non tutta la forca mobile soggetta al carico anche nella condizione pi sfavorevole Per veicoli con carreggiata inferiore e ruote di diametro e larghezza inferiore la forca subisce geometrie di carico meno gravose 6 5 1 CALCOLI FORCA MOBILE La fo
58. li spessori sono proposti differenti valori per le tensioni dovute alle modalit di lavorazione Le prove di trazione son effettuate su provini che essendo trafilati hanno una distribuzione interna delle fibre che segue l andamento del pezzo Parti di spessore maggiore sono ottenuti con altre lavorazioni che non permettono questo dando al materiale una caratteristica meccanica inferiore 28 Il sollevatore in questione non presenta parti in acciaio con spessore maggiori di 40 mm possiamo quindi utilizzare i valori pi alti di tabella per tutti i componenti Le tensioni ammissibili da utilizzare nei calcoli dipendono dalle modalit di carico a cui sottoposto il sollevatore Verranno infatti distinte tre fasce A B C Queste tre combinazioni di carico presuppongono differenti carichi da introdurre e diversi valori dei limiti di tensione ammissibile per i materiali Vediamo in particolare dalla tabella Tensioni ammissibili Combinazi A B C one di S 1 5 1 33 S 1 25 N Fe E235 FeE275 Fe E355 Fe E235 FeE275 FeE355 Fe E235 FeE275 Fe E355 Materiale Sia 157 183 237 176 206 266 188 220 284 ca c0 Le lettere A B C indicano le combinazioni di carico che si evincono dalla norma In particolare A funzionamento normale senza vento o forze speciali previsto utilizzo solo al chiuso B funzionamento normale con forza del vento previsto utilizzo anche all aperto C co
59. lianti nelle due sezioni del perno di passaggio La distribuzione uniforme di pressione della zona centrale del perno produce un momento flettente al centro dello stesso minore di quello prodotto dalla distribuzione reale ma tale contributo in differenza rispetto al momento flettente dovuto alle pressioni agenti sulle zone laterali I perni da analizzare sono quelli su cui agiscono i martinetti di sollevamento date le forze applicate e le lunghezze degli stessi A A H pel F 2 Figura 54 Schematizzazione dei carichi sui perni F 2 Con queste approssimazioni il momento flettente cade in mezzeria e vale 76 Mf F L 8 Il perno in esame il pi sollecitato e quello di dimensioni maggiori le verifiche sugli altri perni sono superflue in questo soggette a tensioni minori A 15mm B 140mm L 170mm D 40mm F 16257 N Il momento flettente risulta essere Mf 345460 Nmm o Mf r D 3 32 55 Mpa Per le sollecitazioni da taglio t 4 F 2 Gr D 2 4 8 7 Mpa Si nota immediatamente che le sollecitazioni agenti sono di minima entit e dovute principalmente alla tensione flessionale 6 8 PATTINI POSTERIORI E ANTERIORI Sono le parti della macchina che consentono la movimentazione una volta sollevato il veicolo dal suolo PATTINI POSTERIORI I pattini rappresentavano il collegamento tra il telaio e le ruote di sostegno del carico Si tratta di due ruote libere per parte in
60. lit di utilizzo Si ottenuto al termine della progettazione un prototipo al calcolatore di un sollevatore non ancora esistente sul mercato dall utilizzo estremamente flessibile e dai costi quanto pi ridotti 2 DESCRIZIONE E STORIA DEL SOLLEVATORE 2 1 SOLLEVATORI PRESENTI SUL MERCATO Il sollevatore qui trattato pu essere definito secondo le indicazioni della normativa come elettroidraulico mobile motorizzato Non risulta presente sul mercato un altra macchina con caratteristiche simili Le norme infatti non lo riportano ancora tra gli esempi In realt quindi non possibile proporre dei paragoni tra questo tipo di sollevatore e quelli gi esistenti Non si tratta di un sollevatore pensato per l utilizzo nella riparazione di auto bens per movimentarle Pu essere anche usato per sollevare il veicolo quanto basta per poter inserire carrelli o puntelli per sostenerlo Il tipico sollevatore come lo si intende normalmente una piattaforma sulla quale il veicolo viene innalzato ed possibile eseguire riparazioni ecc dove il carico appoggia sulle ruote oppure nel sotto scocca Alcuni modelli sono a colonna Figura 1 Sollevatore a colonna Figura 2 Sollevatore a piattaforma Tramite questi non possibile movimentare le vetture Non sono questi per i veri concorrenti della nostra macchina Nel caso di rimozioni l unico mezzo presente oggi sul mercato il carroattrezzi Il veicolo ancorato
61. manovre strette non si rischia di ribaltare la struttura RINGRAZIAMENTI Al termine di questo lavoro va ampliamente ringraziato Stefano Pagliarani ideatore del sollevatore che mi ha seguito prima durante il tirocinio e poi per la stesura di questa tesi Sono sempre stati preziosi gli scambi di idee Durante questo periodo si instaurato un bel rapporto di amicizia Un altrettanto importante ringraziamento al professor Marco Troncossi che ha accettato l incarico di relatore Un grazie alla mia famiglia che mi ha permesso di continuare gli studi e agli amici che mi hanno sempre supportato Ho potuto acquisire un bagaglio ampio di informazioni sulla progettazione di una macchina e sulle normative da soddisfare per poterne effettuare anche una realizzazione atta alla vendita La concretezza del lavoro mi ha permesso di avvicinarmi molto alla realt lavorativa 104 Reputo importantissima questa esperienza per la mia formazione professionale e sono soddisfatto delle nozioni apprese e dei rapporti umani nati con addetti ai lavori 9 BIBLIOGRAFIA 1 Dario Croccolo Nicol Vincenzi anno 2011 Lezioni di Fondamenti e Tecnica della Progettazione Meccanica Bologna Esculapio Progetto Leonardo 2 Bonollo F anno 2007 Le ghise metallurgia processi produttivi tipologie 3 Luigi Baldassini Vademecum per disegnatori e tecnici Milano Hoepli 4 Contarini Leopoldo Srl anno 2007 Catalogo Contarini 5 Vinilgo
62. mentale stata di quanto sollevare le autovetture dal piano del terreno Questa decisione importantissima al fine del dimensionamento delle corse degli attuatori 18 Si sono quindi fatte moltissime prove sperimentali con macchine presenti in azienda che assimilassero quanto pi possibile il comportamento della macchina in fase di progetto Ogni tipologia di copertone sottoposto a pressione fra le forche e gli sfili si schiaccia in maniera differente e sotto il peso proprio della macchina tale schiacciamento comporta abbassamenti del copertone durante il sollevamento In tutte le prove effettuate non sono stati riscontrati abbassamenti superiori ai 2 5 cm dovuti allo schiacciamento Siccome non si dispone di macchine che eguaglino perfettamente il comportamento della macchina in progetto si deciso di assumere una consistente sicurezza durante l innalzamento progettando tutto il sistema per ottenere un altezza dal suolo pari a 5cm 3 3 3 OPERAZIONI PARTICOLARI Al fine di proporre un elevata praticit d uso sono state introdotte alcune funzioni supplementari che l operatore pu comandare dal solito timone di comando 3 3 3 1 ESTENSIONE TELAIO Capita spesso di dover sollevare veicoli che presentano distanze notevoli tra le ruote e lo sbalzo del paraurti Questo comporta un possibile contatto tra la carenatura del sollevatore e quest ultimo E stato messo a punto quindi un sistema che permette al sollevatore
63. mento della macchina basato su una struttura a pantografo per variare la geometria al fine di potere adattarsi ai diversi interassi fra ruote che caratterizzano i diversi veicoli Questo consente di sveltire le operazioni e di preservare ad esempio parti delicate come carrozzeria e paraurti Grazie poi ad una motoruota elettrica che fornisce la trazione diventa molto semplice movimentare i veicoli sollevati Lo studio oggetto della tesi inizia da un prototipo realizzato al calcolatore ritenuto poi non adeguato a causa di numerose problematiche quali eccessivi sforzi sulle parti sensibili della macchina e deformazioni rilevanti Il prototipo stato quindi riprogettato tenendo anche in considerazione aspetti legati alla fattibilit e alle tecnologie di produzione Molte parti della macchina sono state ideate per creazione in carpenteria meccanica per velocizzare la produzione e contenere 1 costi di un prodotto da realizzare in fase di prototipo Quando si parla di produzione in serie occorre invece prestare una maggiore attenzione alla scelta delle tecniche di produzione Da qui si evince l obiettivo di una riduzione dei costi A tal fine si sono riprogettati i componenti per i quali stata prevista la fusione come tecnologia di realizzazione Il lavoro necessario alla commercializzazione del sollevatore quindi stato svolto riprogettando la macchina in funzione di una diminuzione dei costi e in accordo con requisiti di flessibi
64. mma Srl Tubi Tecnici Industriali http www vinilgomma it index php page shop product_details amp flypage flypa ge lite_pdf tpl amp product_id 1 amp category_id 2 amp option com_virtuemart amp Itemid 37 amp lang it amp vmcchk 1 amp Itemid 37 105 APPENDICE A PARAMETRI CHE INFLUENZANO LE CARATTERISTICHE DELLE GHISE Forma e distribuzione della grafite sono legate ai meccanismi di nucleazione e accrescimento Alta velocit di raffreddamento implica una maggiore frequenza di nucleazione e quindi lamelle di dimensioni inferiori se dT dt aumenta la nucleazione della grafite non parte mai e si hanno come detto le ghise bianche Un altro aspetto riguardante il liquido pu essere ipoeutettoide eutettoide o ipereutettoide Introduciamo la definizione di carbonio equivalente CE C Si 3 Quando CE 4 3 la lega eutettoide ghise con uguale CE possono esser ottenute a partire da diversi tenori di C e Si Alti valori di CE favoriscono la formazione di grafite Confrontando il carbonio equivalente con la concentrazione in massa di carbonio all eutettico che ricordiamo 4 30 possiamo avere tre possibili casi CE C eutettico il metallo allo stato liquido fino a basse temperature La solidificazione si ha in un piccolo range di sottoraffreddamento con caratteristiche del getto uniformi CE gt C eutettico grafite che galleggia e precipita alla solidificazione CE lt C eutettico formazione di ghisa bianca Si
65. modificati in termini di voltaggio ed amperaggio e quindi di potenza elettrica alle elettrovalvole al motorino elettrico della pompa e alla monoruota motorizzata L energia primaria fornita dalla batteria 101 Figura 73 Batteria CORPO POMPA BATTERIA SEDE PERLA BATTERIA Figura 74 Complessivo per l alimentazione e il controllo 102 8 CONCLUSIONI Tutto il lavoro ha portato alla realizzazione del progetto di un innovativo sollevatore per autoveicoli pronto per la realizzazione pratica di un prototipo ed eventualmente alla successiva industrializzazione L ancoraggio del veicolo avviene fra le pedane e il sistema di forche anteriori gli appositi attuatori oleodinamici forniscono la forza necessaria al sollevamento e la motoruota posteriore pone in movimento l intero sistema a vettura caricata Sono state risolte tutte le problematiche che si presentavano nel prototipo di partenza Le sollecitazioni agenti sulle parti della macchina non superano mai quelle di soglia ammissibili per il materiale usato e le deformazioni flessionali che si presentavano inizialmente nella struttura a pantografo non sono pi preoccupanti La macchina ora risponde a tutti i requisiti per il sollevamento veicoli che ci eravamo proposti di soddisfare in partenza di seguito riportati Mezzi molto bassi rispetto al suolo l altezza complessiva della macchina risulta di 11 cm Mezzi molto vicini al marciapiede quindi
66. ndizioni particolari di funzionamento L Fe 510 utilizzato per la maggior parte dei componenti in carpenteria meccanica della macchina ha un modulo di elasticit E 210000Mpa 5 2 CARATTERISTICHE DELLA GHISA SFEROIDALE Questo materiale sar decisivo per l ottimizzazione dei processi di produzione nonostante non sia molto utilizzato 29 A L Liquido L D Temperatura C 727 C o FezC 0 1 2 3 4 5 fi 6 69 C in peso Figura 15 Diagramma ferro carbonio Per lo studio della solidificazione delle ghise si fa riferimento alla parte destra del diagramma Fe C per intenderci la zona con C gt 2 Nel corso della solidificazione una ghisa base liquida pu seguire il diagramma stabile ferro grafite curva blu oppure quello metastabile ferro cementite curva nera La cementite FEC un composto metastabile cio tende a decomporsi in ferro grafite La decomposizione richiede per molto tempo Se facciamo raffreddare un liquido eutettico che ha concentrazione in massa di C pari a 4 30 lentamente dobbiamo seguire la trasformazione stabile Ci significa che la cementite ha il tempo di decomporsi in Fe grafite Raffreddando fino a 1154 C inizieranno a nucleare i primi grani di austenite Fey e grafite C la concentrazione massima di carbonio che l austenite riesce a tenere in soluzione varia 30 con la temperatura e viene letta sulla curva E S a 1154 C pari al 2 Asportando
67. ndro posteriore che agisce sulla monoruota Il sollevamento uniforme viene poi garantito dalla resistenza e dalla rigidezza del telaio Il cilindro posteriore pu sviluppare forze motrici elevatissime Grandezze caratteristiche diametro esterno de 92mm diametro interno di 80mm diametro stelo d 50mm pressione max pMax 230 bar 23000000 Pascal Fm pMax area libera del pistone Fm forza motrice 23000000 40 40 7 107 6 25 25 7 10 6 70450N 73 Si deduce subito che una forza motrice esagerata per i pesi che agiscono in questa macchina in fase di sollevamento per le dimensioni sono necessarie per rendere possibile la costruzione dello stesso Dimensioni minori renderebbero troppo esili lo stelo e le parti filettate quando poste sotto carico LEVERAGGIO PER SOLLEVAMENTO A RIPOSO Lo spazio al suolo una risorsa preziosa all interno di ogni azienda come in fase di operazioni sulla strada in spazi ristretti Siccome l ingombro della macchina in fase di esercizio elevato si ritenuto necessario come visibile in Figura 34 sollevare dal suolo una parte della macchina spostando l ingombro in direzione verticale meno problematico A questo fine si sollevano da terra le due pedane libere di ruotare attorno ad un perno e dotate di un fermo meccanico durante l esercizio e la parte anteriore per mezzo degli appositi cilindri di chiusura che applicano un appropriata forza motrice sul lever
68. no di 15mm diametro esterno de 30mm lunghezza lo 650mm area A 3 1416 4 x de 2 di 2 530 1 mm momento d inerzia minimo Imin 3 1416 64 x de 4 di 4 37275 7 mm 4 raggio minimo d inerzia rmin RADQ Imin A 8 4 mm snellezza Lambda lo rmin 77 5 tensione critica ccri 3 1416 2 x 210000 Lambda 345 0 N mm Dalla la norma si evince che la tensione critica ocr definita nella maniera seguente ceri lt 0 7 x fy ccr Gcri ocri gt 0 7 x fy ocr fy x 1 0 461 ecri fy A1 4 AM4 siccome vale la seconda ccr 218 9 N mm 50 Anche qui lo stelo risulta non avere problemi di instabilit Lo stelo verificato 6 4 3 CILINDRO DI ESTENSIONE PANTOGRAFO Questo attuatore oleodinamico a doppio effetto ha la funzione di estendere e far rientrare il pantografo La corsa del pistone stata valutata e dimensionata come quella massima necessaria per consentire al pantografo di coprire l interasse fra le coppie di ruote di ogni autovettura in commercio Le forze esercitate sono sovrabbondanti per le funzioni svolte ma dato che possibile regolare l uscita dello stelo non si verificano danni alla struttura connessa Non stato deciso di utilizzare un cilindro di dimensioni minori e che quindi esercitasse forze minori perch le dimensioni dello stelo non garantivano tenute sufficienti a carico di punta Figura 36 Cilindro estensione pantografo 51 VERIFICA A PRESS
69. o la pressione stessa sul pneumatico fino a quella ottimale per la tenuta Tale chiusura viene effettuata grazie ad un martinetto oleodinamico libero visibile nell immagine precedente Figura 7 Grazie al peso proprio del veicolo le ruote rimangono bloccate fra le battute Questa soluzione si rivelata efficace perch permette inoltre di ancorare anche autoveicoli con ruote sterzate oppure disassate da un incidente Non crea problemi nemmeno la vicinanza dei veicoli a marciapiedi o a qualunque tipo di superficie sopraelevata perch come detto ottimale ma non necessario ai fini del sollevamento il centraggio della macchina con la vettura da sollevare 17 MARCIAPIEDE Figura 12 Macchina non centrata perfettamente accanto ad un marciapiede Il fatto che il centraggio non sia obbligato consente di muoversi in spazi ristretti a tutto vantaggio della praticit d uso Riporto ora un immagine di una macchina simile in possesso dell azienda che consente di notare tali benefici applicabili anche alla macchina descritta nella tesi Figura 13 Agilit e spazi ristretti per la movimentazione 3 3 2 SOLLEVAMENTO Il sollevamento degli autoveicoli avviene tramite cinque martinetti idraulici applicando una forza motrice sui quattro pattini e sulla ruota di trazione per mezzo di appositi leveraggi In tal modo contribuiscono all abbassamento di questi ultimi rispetto alla posizione di partenza Una decisione fonda
70. oblema non si pone il cilindro oleodinamico Figura 16 applica una forza motrice e il sistema cinematico si espande Il difetto si presenta invece in fase di tiraggio del pantografo cio retraendo la struttura stessa Sempre a causa dei problemi sui giochi e sulle elasticit esposti in precedenza ci sono perdite di rendimento meccanico ad ogni accoppiamento e il numero elevato Queste perdite di rendimento fanno si che a fronte di una forza motrice applicata ad una estremit del pantografo si ottiene una forza utile al capo apposto pressoch nulla o di minima entit Certamente non sufficiente a garantire una tenuta salda del veicolo sulla macchina in progetto In sintesi l autovettura esce dai sostegni so Perdite di energia meccanica L attuatore agisce in AI capo opposto le questa posizione si hanno dissipazioni sono Ci ii DI i forze motrici elevate e elevatissime e si poche dissipazioni ottiene una forza utile minima Figura 24 Forze e dissipazioni agenti sul pantografo 39 6 2 3 SOLUZIONI DELLE PROBLEMATICHE La parte principale della progettazione si svolta per risolvere i grossi difetti presentati nei paragrafi precedenti che non devono ovviamente verificarsi all atto della costruzione e della messa in uso della macchina RISOLUZIONE DEL PROBLEMA DEL TIRAGGIO Il problema delle dissipazioni energetiche come detto sempre presente Per evitare che crei problemi in fase di ut
71. one che rotative La portata data dal valore della cilindrata della stessa moltiplicato per il numero di giri Qt Ve n Dove n rappresenta il numero di giri Nella macchina in progetto la portata della pompa di circa 40 l m la pressione di mandata raggiunge il picco massimo di 250 bar e la depressione all aspirazione risulta approssimativamente intorno agli 0 3 bar Ovviamente questo un valore di portata teorico che non tiene conto di eventuali perdite di fluido attraverso meati n rendimento volumetrico Qt Qf Qt Dove Qf la portata di fuga Si presume che queste siano molto piccole e quindi trascurabili ai fini della progettazione Qf Qt 95 Si controlla il fenomeno valutando il livello dell olio all interno del serbatoio e procedendo a nuovi riempimenti Le pompe volumetriche hanno un range di funzionamento molto pi ampio di quelle dinamiche realizzano pressioni molto elevate anche se lavorano basse portate di fluido Lavorano meglio con fluidi viscosi e hanno un rendimento molto stabile indipendente dalle caratteristiche d impianto e si regolano meglio Le pompe volumetriche non soffrono del problema dell adescamento e della cavitazione La pompa ad ingranaggi molto comune ed usata in molteplici applicazioni Figura 70 Pompa ad ingranaggi costituita da due ruote dentate che ingranano e in analogia con altri tipi di pompe volumetriche aspirano il fluido
72. ore e parti costituenti 44 ATTACCO DEL TIMONE DI COMANDO CAMICIA DEL CILINDRO DI SOLLEVAMENTO POSTERIORE IL PERNO VIENE SALDATO A QUESTA CORPO DELLA RUOTA MOTORIZZATA Figura 31 Cilindro posteriore montaggio completo Figura 32 Collegamento fra cilindro e ruota motorizzata 6 4 VERIFICA CILINDI Il sollevatore presenta una serie di martinetti idraulici Tutte le operazioni che svolge sono infatti permesse da questi Il materiale utilizzato per la costruzione lo stesso per tutti e si tratta di acciaio Fe E355 che da tabelle presenta un limite di snervamento fy 355 N mm In questo senso si cercavano dei criteri di dimensionamento La norma ci dice che i martinetti che possono essere esposti alla pressione massima limitata dalla valvola limitatrice della pressione devono resistere ad almeno 2 volte tale pressione senza mostrare deformazioni permanenti Sulla base di questo verr eseguita la verifica Una seconda valutazione va fatta sulla stabilit elastica Questa parte presente sulla norma dedicata ai sollevatori Non parla di martinetti ma di strutture in senso pi generale Ai fini di una maggiore rigorosit sar comunque eseguita tale verifica anche sugli steli dei martinetti quando necessario Come detto in precedenza la pompa a disposizione nella macchina raggiunge i 250 bar i calcoli sui cilindri sono effettuati considerando una pressione di esercizio di 230 bar 45 6 4 1 CIL
73. pessori Figura 56 Pattino in ghisa Si poi eseguita una verifica agli elementi finiti per controllare il corretto dimensionamento del pezzo Le sollecitazioni massime al quale sottoposto data dal carico massimo applicato verticalmente sulla mezzeria Le ruote libere quando sono divaricate provocano due momenti flettenti dovuti all eccentricit del loro asse di rotazione Il pattino tende ad essere aperto I valori introdotti sono questi eccentricit ruota e 30 mm Carico massimo per ruota C 16689 2 N Momento dato da ogni ruota Mf 16689 2 x 0 03 250 33N m 0 000 0 039 0 078 0 117 m Figura 57 Analisi fem pattino in ghisa 79 Tensione Max rilevata 87MPa Il componente modellato secondo le nuove esigenze produttive ampliamente verificato anche utilizzando per la costruzione la ghisa GS400 che presenta una tensione ammissibile camm 167 MPa PATTINO ANTERIORE La base di partenza per la realizzazione in carpenteria sono quattro staffe forate in mezzeria e agli estremi Agli estremi vengono collocate le due coppie di ruote mentre in mezzeria colleghiamo il perno alle staffe esaminate in precedenza Figura 45 Tutti i collegamenti devono essere smontabili per poter cambiare le ruote che come detto sono sottoposte ad usura in maniera maggiore Altra caratteristica fondamentale per entrambe le coppie di pattini in esame la capacita di essere liberi di potersi adattare alla conformazione d
74. rca mobile costituita da un tubo piegato a cui va avvitata ad una estremit un terminale scorrevole necessario per adattarsi alle diverse carreggiate Per semplicit la verifica e il dimensionamento sono stati eseguiti pensando che sia un pezzo unico di diametro costante L ipotesi tiene conto che comunque la parte scorrevole che va avvitata presenta un diametro maggiore Per quanto riguarda il fissaggio essa saldata su una boccola di diametro 60mm e altezza analoga 58 A questo punto ricavata anche la situazione di carico pi sfavorevole si pu iniziare la verifica Come si gi detto a fronte di un carico nominale di 29000 N nei calcoli va inserito il valore di 29000 x 1 151 33379 N dovuto al coefficiente dinamico Pensiamo che il carico sia equamente suddiviso sulle forche sugli sfili e sulle pedane quindi ogni parte sar soggetta a 33379 2 16689 N sulle pedane e 16689 4 4172 N su sfili e forche PUNTO APPLICAZIONE CARICO r D5 sezione B lt sezione A mel Figura 40 Dimensioni forca mobile I calcoli sono stati eseguiti con i seguenti dati Carico applicato P 4172 N Diametro esterno 50 mm Diametro interno 25 mm Diametro medio del cordone di saldatura dm de di 2 Momento d inerzia Ix 3 1416 64 x de 4 di1 4 287622 mm 4 Momento d inerzia polare Ip 3 1416 32 x de 4 di1 4 575244 mm 4 Tensione ammissibile c amm 237 MPa 59 Momento
75. rdendritiche Sono ghise fortemente ipoeutettiche Grafite di Tipo F Lamelle tozze con estremit arrotondate Ottenute a basso tenore di zolfo Grafite Sferoidale Noduli a contorno circolare Grafite Sferoidale Vermiculare Noduli a contorno regolare dispersi tra forme degenerate di grafite Ghisa con caratteristiche intermedie tra la ghisa sferoidale e la ghisa grigia Ghisa Malleabile Grafite in matrice ferritica Ghisa a cuore nero SFEROIDIZZAZIONE La ghisa a grafite sferoidale UNI ISO 1083 mantiene le caratteristiche tecnologiche della ghisa grigia per getti quali ottima colabilit e buona lavorabilit alle macchine utensili ma migliorano sensibilmente quelle meccaniche E caratterizzata da Buona resistenza a trazione Rm 350 900 MPa Discreto allungamento A 2 22 Media durezza HB 150 350 In queste ghise il carbonio si trova prevalentemente allo stato di grafite a forma di sferule struttura sferoidale L agglomerazione del carbonio in sferule determinata aggiungendo nella siviera al momento della colata delle leghe Fe Si che favoriscono la formazione di grafite e Ni Mg che provocano la disposizione sferoidale In questo caso le discontinuit della matrice metallica risultano pi concentrate e non influiscono negativamente sulle propriet meccaniche La matrice pu essere ferritica ghise meno resistenti o perlitica ghisa pi resistente ma pi fragile 108 Nella produzione della ghisa sferoidal
76. re la macchina sotto il veicolo da sollevare abbassare le pedane e portarle a battuta contro i copertoni delle ruote 4 Estrazione degli sfili manuale 5 Estensione del pantografo fino a portare gli sfili a battuta contro la successiva coppia di ruote tramite l apposito attuatore 6 Chiusura delle forche anteriori per fissare il copertone tramite apposito attuatore Chiusura delle Forche 6 Estrazione sfili Battura pedane 3 4 Figura 11 Sequenza logica 7 Applico tiraggio al pantografo per comprimere bene il copertone delle due 16 ruote posteriori contro la battuta delle pedane tramite apposito attuatore 8 Sollevamento e successiva movimentazione automezzo Terminata la fase di lavoro abbassando il veicolo al suolo si ripercorrono le fasi precedenti a ritroso per portare la macchina in fase di riposo 3 3 1 ANCORAGGIO VEICOLO L idea che viene sfruttata per l ancoraggio molto interessante e rappresenta una peculiarit della macchina L autoveicolo viene ancorato dalle ruote In questa maniera si evita di interferire con la carrozzeria evitando i danni che il classico cricco scivolando poteva causare I quattro pattini e la ruota di trazione posteriore collegati ai relativi attuatori oleodinamici garantiscono il sollevamento Le due pedane posteriori e gli sfili una volta estratti sono fissi mentre le forche anteriori posso chiudersi contro i copertoni delle ruote regoland
77. rendere riproducibile la macchina 14 3 3 NOVITA INTRODOTTE L idea dello sviluppo di questa nuova macchina nasce dalla necessit di poter sollevare e porre in movimentazione Mezzi molto bassi rispetto al suolo l altezza complessiva della macchina risulta di 11 cm Mezzi molto vicini al marciapiede quindi con poco spazio laterale Mezzi molto diversi fra loro da piccole vetture a camioncini Mezzi fermi con tutte e quattro le ruote bloccate cio a trazione integrale comunemente chiamate 4 x 4 Mezzi fortemente incidentati Mezzi con ruote sterzate in fase di rimozione La somma di tutte queste caratteristiche porta allo sviluppo di una macchina dall impiego quanto pi flessibile e semplice Naturalmente occorrer avere un certo spazio libero frontalmente o dietro la vettura da sollevare stimato in circa un paio di metri grazie a misurazioni fatte sul calcolatore stesso Di fondamentale importanza la sequenza logica con cui andranno svolte le operazioni fondamentali della macchina che andr riportata sia nei manuali di utilizzo sia schematicamente e ben visibile sulla carenatura Riporto di seguito la SEQUENZA LOGICA 1 Posizionarsi quanto pi possibile centralmente dietro o frontalmente alla vettura 2 Abbassare la parte anteriore della macchina tramite gli appositi attuatori 15 Attuatore Figura 10 Attuatori sollevamento abbassamento parte anteriore 3 Porta
78. ssione L ancoraggio anteriore garantito dagli sfili e dalla forca che comprimono la ruota tenendola in sede ma se mancasse improvvisamente per i motivi citati la tenuta da parte della forca il veicolo ricadrebbe al suolo anche se da altezza modesta e potrebbe causare danni ai soggetti in prossimit 91 Le valvole di blocco hanno appunto la funzione di evitare l insorgere di queste problematiche Sono state collocate sul cilindro di chiusura delle forche e sui cilindri di sollevamento a riposo La loro funzione pratica consiste nel mantenere all interno dell attuatore oleodinamico il fluido in pressione gi presente impedendone la fuoriuscita In questo modo anche in caso di rottura la funzione degli attuatori e le forze applicate dagli stessi rimangono invariate semplicemente non si possono pi svolgere altre funzioni fino al momento dell effettiva riparazione del guasto insorto Figura 65 Valvola di blocco e relativa rappresentazione circuitale Si nota come le due valvole di non ritorno impediscano la circuitazione dell olio in senso inverso a quello di entrata nell attuatore in caso di guasto al sistema Sono valvole molto resistenti tarate solitamente per resistere a pressioni intorno ai 350 bar e quindi pi che sufficienti a garantire una tenuta efficace per le forze in gioco nella macchina in esame 92 VALVOLA DI BLOCCO PER IL SOLLEVAMENTO VALVOLA DI BLOCCO Figura 6
79. sul baricentro della ruota ancorata ma sempre a beneficio della riduzione della flessibilit La progettazione dei modelli tridimensionali oltre ai vantaggi gi accennati permette di eseguire in seguito una simulazione delle tensioni alle quali il componente sar sottoposto Questi risultati si ottengono attraverso dei programmi che lavorano con elementi finiti e sono normalmente chiamati fem Il software utilizza infatti la geometria creata col modellatore solido Il concetto suddividere il pezzo in un numero altissimo di elementini tridimensionali di varie forme uniti tra loro da una rete di nodi chiamata mesh Inserendo le sollecitazioni nel pezzo grazie a questa rete il programma calcola le deformazioni e quindi le tensioni che si trasmettono da un elementino all altro A questo punto possibile trovare le tensioni in tutti i punti del modello Occorre fare per delle considerazioni sulla lettura dei risultati 42 Risulta decisivo per la corretta simulazione un preciso studio di vincoli e carichi da assegnare Un errore in tale operazione rende i risultati molto lontani dalla realt In generale 1 valori in uscita sovrastimano la realt Si riscontrano spesso in alcuni piccoli e particolari punti del modello picchi di tensione elevatissima mentre nel resto si manifestano valori molto pi bassi Si possono fare le seguenti considerazioni Una causa di questo inaspettato risultato pu essere dovuto alla mesh che il pro
80. te dinamico che deve essere calcolato in relazione alla velocit nominale v in m s tramite la formula D 1 1 0 34v Un altra possibilit quella di assumere 1 151 poich l addendo 0 34v raggiunge al massimo il valore 0 051 25 4 2 2 UNIONE DEI CARICHI Alla luce delle richieste della norma facciamo alcune valutazioni Carichi strutturali Le parti strutturali in movimento hanno delle masse relativamente piccole ci sembra quindi lecito non considerare questi carichi nei calcoli Carichi nominale Da progetto stato pensato un carico di 29000 N Forze dinamiche Preso atto che non considereremo i carichi strutturali la norma ci obbliga ad introdurre il carico nominale moltiplicato del coefficiente Assumiamo il valore pieno di tale coefficiente non essendo nota con precisione il valore della velocit In tal modo introduciamo nei calcoli 29000 N x 1 151 33379 N come valore del carico da sollevare gt Carico dovuto al vento agente La macchina pensata per poter lavorare anche all esterno quindi necessario verificare l influenza del vento E indicato che il carico suppletivo agisce nella direzione del passo del veicolo e che si considera una pressione massima esercitata dal vento di 125MPa che corrisponde ad una velocit di 14m s Il nostro caso prevede veicoli con massa compresa tra 2 St e 3 5t per i quali data una forza aggiuntiva di 1KN 26 La prima considerazione questa
81. te la collocazione delle tubazioni necessarie Questo perch visti gli spazi ridotti a disposizione caratteristica della macchina era possibile che gli ingombri necessari a tali tubi comportassero problemi per il collocamento dei componenti strutturali A valle del pantografo gli spazi disponibili sono abbondanti e non comportano problematiche Pi complessa stata la decisione sul come fornire fluido oleodinamico al sistema di sollevamento e ancoraggio anteriore Sono necessari tre tubi che portino olio ai due cilindri di sollevamento e al cilindro per la chiusura delle forche 99 Tali tubi devono anche essere estensibili perch devono coprire l interasse tra le coppie di ruote dei veicoli caricati Si quindi deciso di collocarli lungo la struttura pantografica fissandoli con appositi fasce rigide In questo modo la tubazione pu raggiungere estensioni superiori ai tre metri lunghezza pi che soddisfacente e ricavata dallo studio di un prototipo in cartone delle stesse dimensioni del pantografo chiuso L olio idraulico un componente fondamentale che interagisce con tutti i componenti del circuito Il ruolo principale quello di trasportare energia dal generatore all utilizzatore anche se non va dimenticata la funzione di lubrificante e di asportatore di calore che evita l usura e l istallazione di sistemi di raffreddamento appositi Sul mercato esistono diversi tipi di fluidi di lavoro che vengono
82. ti termici Stabilizzazione Elimina le tensioni da raffreddamento 111 riscaldamento a T che consente scorrimento plasticoT 540 600 C salita 50 100 C h per 2 6h raffreddamento in forno lt 25 50 C h Ricottura produce struttura ferritica gt aumenta plasticit K A superiori ad ogni altra ghisa T 850 920 C 2 3h raffreddamento fino a 800 C 100 C h raffreddamento lento 20 C h fino a 650 C gt evita formazione di perlite poi accelerato Normalizzazione produce struttura perlitica ottima combinazione di propriet meccaniche T 900 C 2h raffreddamento in forno fino a 800 C e poi in aria seguito da rinvenimento 400 650 C riduce le tensioni da raffreddamento Tempra e rinvenimento struttura finale martensitica T 850 900 C raffreddamento in olio rinvenimento T e t in funzione di H Tempra superficiale austenitizzazione tempra in acqua olio distensione a 150 200 C APPENDICE B CALCOLI SULLE SALDATURE PRINCIPALI La maggior parte dei componenti che costituiscono la macchina in esame sono creati in carpenteria L unione della parti viene effettuata solitamente tramite viti e bulloni oppure tramite processi di saldatura E stato quindi necessario verificare le principali saldature presenti e dimensionare quindi il cordone di saldatura necessario a garantire la tenuta in fase di esercizio Le saldature principali sono fondamentalmente due 112 La saldatura fra sfili e ancoraggio
83. tiva si ricavano i valori di tensione di rottura e quella di snervamento di alcuni tipi di ghisa sferoidale Sulla base delle indicazioni fornite sull acciaio assumeremo lo stesso coefficiente di riduzione della tensione ammissibile anche per la ghisa TIPO TENSIONE DI ROTTURA TENSIONE DI SNERVAMENTO GGG 40 GS400 400 N mm 250 N mm GGG 50 GS500 500 N mm 320 N mm GGG 60 GS600 600 N mm 380 N mm In conformit con ci che viene prescritto per gli acciai assumeremo come limite di tensione ammissibile i seguenti valori indicati in tabella Combinazi A B C one di S 1 5 S 1 33 S 1 25 EN GS400 GS500 GS 600 GS400 GS500 GS600 GS400 GS500 GS600 Materiale N 267 333 400 300 375 451 320 400 480 ca c0 34 6 CALCOLI 6 1 STRUTTURA DI ESTENSIONE A PANTOGRAFO necessario per poter ancorare tutte e quattro le ruote della vettura alla macchina in esame realizzare una struttura di estensione che permetta un allungamento della macchina tale da coprire l interasse fra le coppie di ruote oltremodo necessario che tale struttura debba essere il pi efficiente possibile e conforme alle necessit della macchina Cio deve poter coprire elevate distanze necessitando di minimi spostamenti generati per mezzo di un attuatore idraulico La scelta ricaduta su una struttura di estensione a pantografo utilizzata principalmente come organo dai mezzi di locomozione ferrov
84. to D d e r d r raggio di raccordo forniscono a 65 D d1 29 6 26 1 14 r d1 1 26 0 039 1 0 0 0 025 0 05 0 075 0 1 0 125 0 15 0 175 0 2 0 225 0 25 r d Risulta a 2 2 o Mf a 3 1416 d1 3 32 658 Mpa Questo valore moltiplicato per 1 5 coefficiente di sicurezza fornisce 987MPa per garantire questo limite disnervamento bisogna utilizzare un acciaio da bonifica Il C40 temprato e poi rinvenuto a circa 450 C ha lo snervamento a 1090MPa pur mantenendo una buona resilienza 66 6 6 2 SFILO INTERNO a Figura 46 Sfilo interno Il componente caricato all estremit dal carico C e da un momento di 667520Nmm Siano d 42mm D 45 6 nm D 29 6mm r Imm Calcoliamo i rapporti D2 d2 45 6 42 1 09 r d2 1 42 0 024 67 10 0 0 025 0 05 0 075 0 1 0 125 0 15 0 175 0 2 0 225 0 25 r d Dal grafico si ricava ax 2 2 M C x255 M C X255 o 1 x21xag L x21xa 719MPa md D 64 Che moltiplicato per 1 5 fornisce 1078MPa L acciaio utilizzato sar il C40 allo stato bonificato 6 6 3 FRECCIA Per completezza eseguiamo il calcolo della freccia nel punto estremo f sar dato dalla somma di pi abbassamenti Abbassamento del punto A dovuto al carico Abbassamento dell estremit dello sfilo esterno dovuto alla rotazione in A Abbassamento del punto B dovuto al carico e la momento di trasporto Abbassamento dell estrem
85. tone bronzo invece per le leghe di alluminio leghe leggere il costo dei getti in volume di poco superiore rispetto alla ghisa Il costo di fabbricazione legato ad un altro importante fattore la lavorabilit intesa come il tempo necessario per asportare sotto forma di truciolo un certo volume di sovrametallo Per esempio 21 la lavorazione delle leghe leggere la meno costosa la lavorazione di bronzo e ottone costa circa il doppio la lavorazione della ghisa costa circa il quadruplo la lavorazione dell acciaio costa circa cinque volte di pi Possiamo concludere che nel nostro caso dove non abbiamo vincoli di peso e dimensionali se non la massima altezza da terra e dove le lavorazioni alle macchine utensili sono limitate a qualche foratura la produzione di particolari in fusione di ghisa la pi indicata Nello specifico si scelta la ghisa a grafite sferoidale che la pi performante tra tutte le ghise 5 1 CARATTERISTICHE DELL ACCIAIO Valori nominali delle caratteristiche dei materiali acciai da costruzione normalizzati Spessore nominale elemento Spessore nominale elemento t lt 40mm 40mm lt t lt 100mm fy N mm2 fu N mm2 fy N mm2 fu N mm2 Fe E235 235 360 214 340 Fe E275 275 430 255 410 Fe E355 355 510 335 490 Si tratta dei classici Fe 360 Fe 430 Fe 510 che ora sono indicati con il valore della tensione di snervamento al posto di quella di rottura In base ag
86. ttata il corpo pompa con annesso il distributore monoblocco collocato sul telaio posteriore e comporta l ingombro maggiore in vista di una futura progettazione della carenatura della macchina 90 7 1 2 VALVOLE DI BLOCCO Un aspetto fondamentale ai fini dell utilizzo della macchina in progetto dal quale non ci si pu sottrarre quello della sicurezza In base a questo aspetto sono stati analizzati tutti i punti di rischio presenti nella macchina e si cercato di immaginare tutti i comportamenti impropri dell operatore o delle persone vicine per quanto improbabili essi siano A seguito di questa analisi sulla macchina in fase di riposo e di esercizio sono stati rilevati due grossi pericoli che potrebbero danni ai soggetti in prossimit della macchina Il primo lo si rileva dopo banali considerazioni quando la macchina a riposo o in fase di spostamento senza carichi applicati la parte anteriore sollevata e raggiunge un altezza di circa 1300 mm dal piano del terreno Se per un guasto o una tranciatura del tubo dell olio la tenuta dei cilindri atti al sollevamento anteriore venisse a mancare l intera struttura ricadrebbe e potrebbe visto il peso elevato colpire un eventuale soggetto posto di fronte con gravi conseguenze La seconda situazione di pericolo la si rileva in fase di esercizio a veicolo caricato sempre per anomalie di funzionamento o per rottura dei tubi che trasportano il fluido in pre
87. y A1 4 A4 siccome vale la seconda ccr 226 3 N mm Come si poteva gi notare si tratta di un corpo tozzo sul quale non c pericolo di instabilit Lo stelo verificato 6 4 2 CILINDRO ESTENSIONE TELAIO La camicia esterna stata cromata per permettere alla boccola di sostegno del telaio di poter scorrere facilmente La pressione massima di esercizio risulta essere quella massima del circuito Si noti che questo martinetto ha lo stelo forato In estensione infatti l olio in pressione fluisce dalla camera in pressione all interno di questo ed esce dall apice opposto LO D O N M 3A Sa 650 D3 Figura 34 Dimensioni cilindri per estensione telaio 48 CILINDRI ESTENSIORI Figura 35 Cilindri estensori Questi sono posizionati ai lati della macchina e collegano il telaio anteriore a quello posteriore VERIFICA A PRESSIONE Grandezze caratteristiche diametro esterno de 65 mm diametro interno di 50 mm spessore s 7 5 mm pressione max pMax bar 23 MPa oMax 2 x pMax x di 2xs oMax 2 x 23 x 50 2 x 7 5 153 33 N mm Il valore di confronto 355N mm percui il martinetto di sollevamento con le misure adottate risulta verificato a pressione 49 VERIFICA STABILITA ELASTICA Lo stelo a prima vista snello in quanto lungo di diametro limitato e forato all interno Grandezze caratteristiche dello stelo diametro inter

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