CAD 2D analisi bidimensionale - Problematiche riscontrate

Il materiale CAD messo a nostra disposizione dall’azienda comprende i disegni particolari e complessivi dei bracci da demolizione e scavo di sua produzione che equipaggiano l’escavatore DAEWOO SOLAR 420 LC-V. Osserviamo che i disegni in 2D sono risultati più che dettagliati, non si sono riscontrate ambiguità e, nel caso di quote non specificate, è stato possibile acquisirle direttamente dalle tavole.

Le problematiche riscontrate durante la prima fase di lavoro hanno riguardato il criterio con cui definire un sistema di calcolo strutturale semplificato dei bracci e la scelta dei vincoli di parametrizzazione. Le conoscenze acquisite durante i corsi di Costruzione di macchine ci hanno spinto a cercare una schematizzazione dei componenti tramite aste. La geometria scatolare a sezione variabile presenta un asse non rettilineo.

E’ possibile definire a tratti un asse neutro nelle porzioni che presentano simmetria.

Un sistema automatico di calcolo strutturale presupporrebbe che, assegnate le condizioni al contorno, si proceda alla verifica di resistenza della  struttura semplificata, definita a partire da una geometria di primo tentativo; nel caso in cui questa non fosse verificata si renderebbe necessaria una modifica della stessa, la ridefinizione di un asse neutro ed una nuova verifica. Procedendo iterativamente, con un metodo convergente, si giungerebbe alla definizione di una geometria adeguata alle condizioni di carico. Seppur concettualmente semplice, il metodo presenta notevoli difficoltà realizzative.

Stabilite delle sezioni di riferimento, sulle quali effettuare la verifica, programmi come Solid Edge® o Solid Works® non sono in grado di calcolarne area e momento d’inerzia. Qualora definissimo quote sovrabbondanti, utili per la loro determinazione, non sarebbe possibile acquisirle in un foglio Excell®, la compatibilità tra i software garantisce infatti il solo flusso di informazioni in input al modellatore. Il problema andrebbe quindi impostato in ambiente Excell®: paramametrizzando la geometria in corrispondenza delle sezioni in cui viene meno la simmetria, sarebbero note area e momento d’inerzia di quelle intermedie (variazione lineare), anche se con notevoli complessità trigonometriche. In alternativa, tramite un’adeguata parametrizzazione, sarebbe possibile mantenere inalterata la posizione dell’asse neutro e determinare univocamente la geometria in funzione del criterio di resistenza adottato, procedendo in maniera non iterativa.

Entrambi i metodi, tuttavia, si basano su una schematizzazione tramite aste che mal si adatta ad una struttura non classificabile come corpo snello (ipotesi di De Saint Venant) e in cui sono presenti elementi di irrigidimento.

A causa della mancanza di specifiche tecniche relative alla macchina su cui devono essere montati i bracci, che preclude la possibilità di conoscere gli sforzi e le sollecitazioni cui sono soggetti i vari componenti, nonché della mancata conoscenza del metodo di progettazione seguito dall'azienda stessa, abbiamo reputato opportuno un contatto diretto con l’Ufficio tecnico. Grazie alla disponibilità offertaci dall’ing. Rossetti, una visita in azienda ci ha permesso di chiarire e comprendere i criteri di progettazione e realizzazione delle macchine e le esigenze cui noi potessimo far fronte.

Negli ultimi anni si è presentata sempre più la necessità di utilizzare macchine attrezzate con particolari tipi di braccio. Sin da quando è emersa questa necessità, CMO2 ha realizzato bracci da utilizzare su ogni tipo o marca di escavatore, con combinazione delle caratteristiche di altezza raggiungibile e di capacità di portata utensile, ottimali per la macchina. In funzione delle caratteristiche richieste per lo specifico lavoro da eseguire, l’azienda si occupa dell’intero processo produttivo, dalla progettazione dei bracci all’assemblaggio delle lamiere la cui sagomatura è però realizzata da terzi su disegno CMO2.

In quest’ottica, i moderni programmi di modellazione solida permettono una facile personalizzazione del prodotto, rendendo istantaneo l’aggiornamento delle geometrie e dei disegni 2D da fornire alle macchine utensili a controllo numerico computerizzato.

Il processo di sagomatura delle lamiere, adoperato dalla Ditta,  si avvale della tecnologia AWJ in grado di garantire una maggiore uniformità del taglio, rispetto ad altri sistemi: le superfici ottenute presentano limitati danneggiamenti termici nella zona di taglio, grazie all'azione refrigerante dell'acqua, e danneggiamenti meccanici quasi inesistenti, grazie alle ridotte forze di interazione meccanica. Essendosi fino ad oggi avvalsa di software CAD 2D, e non sfruttando le potenzialità offerte da un modellatore solido, l'azienda si è dimostrata particolarmente interessata ad un dimensionamento parametrico dei componenti prodotti.

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Le condizioni  di esercizio, a volte improprie, in cui operano gli escavatori, spingono i progettisti ad un sovradimensionamento dei componenti ed all’impiego di alti coefficienti di sicurezza. La pluriennale esperienza dell’azienda nel settore movimento terra, per quanto concerne la produzione, l’assistenza ed il collaudo ha dimostrato l’inutilità di una “progettazione di fino”. Su suggerimento dell’ufficio tecnico si è preferito focalizzare l’attenzione su una modellazione parametrica, indipendente dal calcolo strutturale, che costituisca prettamente un ausilio grafico versatile nell’ambito del processo produttivo.

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