Calcoli

La prima parte dello sviluppo del progetto è stata dedicata al calcolo e al dimensionamento dei componenti critici dell'assieme:

  • Pistoni
  • Cuscinetti
  • Catene

Per questi componenti è stato necessario calcolare e verificare il numero necessario di oggetti impiegati e il loro dimensionamento.

Pistoni

Per il calcolo del numero necessario di pistoni a svolgere l’operazione di sollevamento ci siamo basati sulla pressione di esercizio presente nella tavola del cilindro.
Siccome è presente anche il valore di pressione massima non abbiamo usato un coefficiente di sicurezza, supponendo che il valore di pressione sia già adeguatamente sicuro.
I dati utilizzati sono in seguenti:

  • Pe = 150 bar
  • Di = 270 mm
  • Ftot = 1000 kN

Dove Pe è la pressione di esercizio, Di il diametro interno del pistone, Ftot la forza totale sulla piastra (comprensiva del proprio peso).

Formula


Il peso della piastra viene scaricato sulle catene che si avvolgono sulla puleggia. In questo modo la catena ha una tensione pari alla forza esercitata sulla piastra, ovvero 1000kN.
La tensione della catena è uniforme su tutta la propria lunghezza, sia a valle sia a monte della puleggia. Ne consegue che sui pistoni la forza sarà pari a due volte la tensione:

Formula

Dove Fs è la forza scaricata sui pistoni. Il numero minimo di pistoni necessari sarà quindi:

Formula


Considerando il fatto che una sola struttura portante dovrebbe sopportare momenti molto elevati in fase di posizionamento del camion e avrebbe dei problemi di bilanciamento durante tutte le operazioni di lavoro, abbiamo scelto di utilizzare come minimo due strutture portanti.
Considerando che ogni struttura deve sostenere la stessa quantità di carico abbiamo deciso di utilizzare in ognuna di esse lo stesso numero di cilindri. Ne consegue che utilizziamo in totale quattro cilindri.


Cuscinetti

I cuscinetti devono resistere sia assialmente sia radialmente. Il carico radiale è derivato dal momento del camion una volta che si e posizionato sulla piastra.
Supponendo che il carico sia distribuito lungo l’asse della piastra e che sia diviso equamente tra le due strutture portanti avremo che:

Formula

Supponiamo di utilizzare due serie di cuscinetti rispettivamente nella zona superiore e nella zona inferiore dell’aggancio pedana.
Ogni serie dovrà resistere alla forza radiale Fsr che dipende dalla distanza Ds tra le due e dal momento della pedana che agisce radialmente sui cuscinetti (Mpr) in questo modo:

Formula

In cui ns è il numero di strutture portanti che tra le quali è suddiviso il carico. Considerando che questa forza agisce mentre i cuscinetti sono in esercizio, abbiamo utilizzato per i calcoli i fattori di carico dinamici radiali(Fcdr)pari a 505000 N.
Il numero di cuscinetti per sopportare il carico in fase di lavoro è quindi pari a:

Formula

Utilizzando un fattore di sicurezza pari a 2 abbiamo trovato che il numero di cuscinetti da utilizzare per resistere al carico dinamico è pari a 6.
Per quanto riguarda il carico assiale si tratta di un carico che è maggiore durante la fase di posizionamento del camion.
Per l’esecuzione di questo calcolo abbiamo utilizzato la situazione peggiore, ovvero quella in cui il camion è a metà del proprio posizionamento e quindi la metà del suo carico totale si trova a metà della piastra.
Il momento della pedana che agisce assialmente sui cuscinetti è pari a:

Formula

Analogamente a prima si calcolano le forze assiali di ogni serie e il numero di cuscinetti necessari:

Formula


Il numero minimo di cuscinetti da utilizzare è quindi di 6 cuscinetti per sezione. Nel caso radiale ci sentiamo tutelati dal fatto di avere utilizzato il fattore di sicurezza.
Nel caso assiale ci sentiamo tutelati in quanto il carico che abbiamo utilizzato per il calcolo è enormemente sovradimensionato.
Questo perché il carico pari a 1000000N è un carico totale comprensivo di piastra e camion. La pedana che abbiamo utilizzato pesa circa 60000Kg, di conseguenza questo carico sarà sempre distribuito tra i due agganci pedana.
Di conseguenza il carico massimo che avremo a metà della pedana in fase di carico sarà pari a metà del peso camion, pari a 170000N.
Inoltre la pedana grazie alla propria resistenza meccanica è in grado di assorbire parte del momento che viene in questo modo a ridursi ulteriormente.

Catene

Da normativa le catene devono essere minimo due per ogni cilindro. In questo caso avremo quindi otto catene in tutto.
Il carico che le catene devono sopportare è esattamente il carico totale. Sempre da normativa devono avere un fattore di sicurezza pari a 5.
Ne consegue che il carico per le quali dovranno essere dimensionate è pari a 5000kN diviso otto, ovvero 625000N.
Da catalogo (CLIC per visualizzarlo) la catena più piccola che soddisfa i nostri prerequisiti è la catena LH3266.

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