Sistema carico rapido contenitori

 

Gruppo 561- sezione ergonomia

Le analisi fem effettuate mettono in evidenza la buona resistenza dell'intera struttura ai carichi applicati. La scelta dei materiali permette di ottimizzare il processo: domina infatti l'acciaio, caratterizzato da elevata durezza, resistenza ad usura ed elevata resistenza a fatica.

Il nastro trasportatore è costituito dal PVC (polivinilcloruro), una plastica molto rigida e stabile quando impiegata a temperature non troppo elevate (nel nostro caso la temperatura ambiente, cioè quella ottimale).

La vasca a cui è agganciato il sistema di movimentazione è realizzata in alluminio, un metallo dal basso peso specifico (circa un terzo dell'acciaio) e resistente all'ossidazione e alla corrosione; ciò aumenta la vita utile dell'apparecchiatura stessa.

Anche i rulli, in cui sono inseriti gli alberi principali della struttura, sono realizzati in alluminio, per non gravare eccessivamente sugli alberi stessi e per dare alla struttura maggiore leggerezza.

Per ultimo il bidone, costituito daI PC/ABS (Policarbonato/Acrilonitrile-butadiene-stirene), una miscela di PC e ABS che combina in modo unico e ottimale l’elevata lavorabilità dell’ABS e le eccellenti proprietà meccaniche e di resistenza agli urti e al calore del PC.

Analisi fem del carico sull'albero motore

 

La prima analisi statica è stata effettuata considerando la forza peso applicata all'albero motore di intensità  288,64 N, pari al peso del rullo di massa 29,423 kg. In aggiunta, il motore esercita una coppia pari a 36 Nm. Le due staffe sono collegate alla vasca tramite viti bullonate e costituiscono il vincolo a terra dell'assemblato. L'albero motore è inserito nelle staffe tramite cuscinetti, in prossimità dei quali si sono riscontarti gli sforzi massimi, pari a 53,37 MPa; mentre lo spostamento massimo è in corrispondenza della mezzeria dell'albero ed è pari a 0,02663 mm in direzione verticale.

 

 

Analisi fem del carico sui cuscinetti

 

I cuscinetti impiegati per ridurre l'attrito tra albero motore e staffe sono a sfera; essi inoltre riducono  il pericolo d'intrusione della polvere e detriti nelle aree di lavoro delle sfere.

Ciascuna staffa contiene due cuscinetti; quello più interno è soggetto a un carico maggiore, pertanto ipotizziamo che il peso si distribuisca uniformemente sulla superficie laterale dei cuscinetti.

I cuscinetti sono soggetti al peso dell’albero motore, del rullo, del nastro trasportatore e del bidone: la forza agente sul singolo cuscinetto è pari a

 

F=Prullo+Pnastro+Pvasca+bid=(29,423+93,918+53)*9,81 N=1729,9 N

 

Ognuno dei due cuscinetti è soggetto a un carico pari a 846,95 N; si registra uno sforzo massimo di 113 MPa e un allungamento pari a 0,00458 mm.

In seguito è stata fatta un'analisi fem su uno dei cuscinetti inferiori che sono soggetti a un carico minore rispetto a quelli superiori; infatti la forza che agisce è pari al peso del rullo  e dell'albero motore, dato che il peso del nastro si scarica sui cuscinetti superiori.

Analisi fem del carico sul nastro

 

Il nastro trasportatore è realizzato in PVC; esso è collegato alla vasca che sorregge il bidone tramite due piastre fissate con 8 viti bullonate (normativa ISO). Il carico agente è pari al peso della vasca e del bidone, che può contenere fino a un massimo di 21 kg:

F=Pvasca+Pbidone= 53*9,81 N = 520 N

Ogni foro è quindi soggetto a una forza di 64,9 N.

Lo sforzo massimo stimato è pari a 0,05995 MPa, mentre lo spostamento massimo è pari a 0,004789 mm.

Tale verifica statica mette in risalto la buona resistenza del nastro ai carichi della vasca e del bidone pieno; pertanto si presta in maniera funzionale all'attività di carico e di sollevamento dei rifiuti.

 

Analisi Cinematica

 

Dopo aver realizzato il concept, abbiamo analizzato la dinamica del sistema in modo tale da rispettare i vincoli di tempo richiesti per il processo; da qui abbiamo dimensionato il motoriduttore da installare per poter movimentare il meccanismo.

Conoscendo i tempi di movimentazione, la durata dei turni e la frequenza carico/scarico, abbiamo ricavato il tempo medio che ha a disposizione l'operatore per effettuare l'intero processo e il tempo medio di carico/scarico del bidone, stimato all'incirca di 15 secondi.

 

Nota anche la corsa che la vasca deve effettuare, abbiamo stimato la velocità del nastro richiesta pari a circa 0,3 m/s; da qui abbiamo dimensionato il motoriduttore: abbiamo selezionato da catalogo il motore Gelmini  EC600.240 a corrente continua, alimentato da una batteria di 24 V (velocità di rotazione pari a 3000 rpm), che è in grado di fornire una coppia abbastanza grande da far movimentare tutto il meccanismo nelle condizioni critiche. Oltre al sistema di movimentazione, il motore deve fornire energia a tutti i dispositivi elettrici presenti, tra cui i sei fermacorsa inseriti.

Note le velocità di rotazione del motore e la velocità del nastro richiesta, abbiamo scelto il riduttore Bonfiglioli UR63-114 che presenta un rapporto di riduzione i=115, ottenendo cosi una velocità all'albero uscente dal riduttore di circa 26 rpm.

La simulazione dinamica è stata realizzata imponendo vincoli di strisciamento tra i perni collegati alla vasca e la superficie esterna del nastro; inoltre abbiamo analizzato il movimento compiuto per sollevare il bidone da terra e per svuotarlo nella vasca.

Video 1: Svuotamento della vasca contenente i rifiuti nell'automezzo

Video 2: Svuotamento del bidone  nella vasca

Video 3: Sollevamento del bidone da terra

                                                              Gruppo 561

 

                                                  Progetto Sezione Ergonomia

 

                         Politecnico di Milano - Dipartimento di Ingegneria Meccanica