Laboratorio CAD Prova Finale Gruppo 542 Davide Accordini

Presentazione sul tema: "Laboratorio CAD Prova Finale Gruppo 542 Davide Accordini"— Transcript della presentazione:

2 Laboratorio CAD Prova Finale Gruppo 542 Davide Accordini 791753
Gianluca Aglio Francesco Barna POLITECNICO DI MILANO

3 Introduzione Todeschini Mario s.r.l. [TodeMa] offre servizi di ingegneria integrati per la ricerca, il progetto e lo sviluppo di macchine, sistemi meccanici, sistemi robotizzati, automazioni e controlli numerici. Mediante una collaborazione tra il Politecnico di Milano e TodeMa è stato possibile partecipare allo sviluppo di uno dei macchinari dell’azienda. Quest’ultimo viene considerato come progetto obbligatorio al conseguimento della Laurea Triennale in Ingegneria Meccanica. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

4 Figura 1. Vista di Tre Quarti
Introduzione Il progetto nello specifico si basa sul dimensionamento di un impilatore automatico di sfogliati in legno (sistema di deposito e scarico del prodotto finito). Figura 1. Vista di Tre Quarti Figura 2. Vista Laterale Il dimensionamento riguarda la capacità di estrazione e il sistema di aspirazione (e di conseguenza lo sviluppo della componentistica meccanica), tenendo conto dell’eventuale buffer a valle. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

5 Figura 3. Sistema pick&place
Approccio La prima soluzione prevede l’utilizzo di un sistema che sfrutta la generazione del vuoto tramite apposite pompe. Il problema principale è che questo sistema è utilizzato per le applicazioni pick&place e per il loro funzionamento è necessario che la campana di aspirazione venga leggermente compressa contro la superficie da attrarre, altrimenti non riuscirebbero a creare la depressione necessaria. Figura 3. Sistema pick&place Quindi nel nostro caso lo sfogliato dovrebbe essere spinto contro le ventose, ottenendo due effetti indesiderati: Brusco rallentamento del prodotto; Rapido deterioramento delle ventose, a causa delle velocità relative tra sfogliato e piano ventose. Inoltre le ventose possono sopportare solo minimi sforzi di taglio. Per i motivi sopracitati si è deciso di cambiare strategia, passando ad un sistema di aspirazione che utilizza dei ventilatori centrifughi aspiranti. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

6 Sistema Di Trasporto Mediante Ventilatori
Esso prevede il trasporto in depressione degli sfogliati poggianti su apposite cinghie forate. Tali cinghie verranno dimensionate assieme al sistema di tensionamento e motore, inoltre si provvederà ad identificare la struttura più adatta al sostenimento di tali cinghie che funga anche da convogliatore dell’aria aspirata mediante il ventilatore. Figura 4. Struttura di movimentazione, vista di Tre Quarti Una struttura tubolare, cava di forma quadrata 70x70, è quella che meglio soddisfa i parametri ricavati. Infine si dimensionerà il sistema di scarico che consente il disimpegno dello sfogliato dalle cinghie e conseguente impilamento del prodotto. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

7 Sistema Di Trasporto Mediante Ventilatori
Dovendo soddisfare la necessità di tre stazioni di scarico, si è pensato di dimensionare un impianto avente 7 tubolari di lunghezza 2200mm nella prima parte e 6 tubolari da 3100mm nella seconda. La lunghezza della seconda mandata è stata maggiorata per poter garantire un’aspirazione tale da poter sollevare lo sfogliato, e permettere l’installazione di due stazioni di scarico su tre. Ma nel momento in cui viene imposta la conservazione di portata tra il tubolare e la bocca di aspirazione si trova che i tubolari della seconda mandata dovevano essere 70x100: ciò avrebbe comportato una registrazione del secondo comparto per garantire che il lato inferiore giacesse sul medesimo piano, che di per sé non costituiva un ostacolo insormontabile. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

8 Sistema Di Trasporto Mediante Ventilatori
Anche per quanto riguarda la potenza richiesta per la movimentazione delle cinghie, che risulta superiore, essa non costituisce un problema dal momento che la Bonfiglioli (produttrice di motori per cinghie) fornisce motori di diversa potenza aventi le medesime flange I problemi sorgono al momento del dimensionamento delle cinghie: il modello adottato per la prima mandata, la TG60, risultava inadatta alla movimentazione dello sfogliato con tali condizioni al contorno. Le cinghie in grado di sopportare la forza periferica trovata erano poche e tutte di composizione diversa: ciò comportava che, qualora si fosse deciso di adottare una di queste, non vi sarebbe stata continuità fra le stazioni, con effetti anche aleatori nel comportamento dello sfogliato nel passaggio da una stazione all’altra. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

9 Sistema Di Trasporto Mediante Ventilatori
Quindi, considerando tutti i sopracitati problemi e i considerevoli svantaggi che tale soluzione avrebbe prodotto, si è deciso di adottare una configurazione a tre stazioni disposte in serie (due da 7 tubolari e l’intermedia da 6), più costosa ma alla luce dei fatti con prestazioni nettamente superiori. Essa infatti presenta dei vantaggi: Le tre stazioni risultano del tutto indipendenti ciascuna con proprio sistema di scarico e aspirazione e possono dunque essere posizionate in parallelo o in fila con nessuna differenza in termini di prestazioni e tale scelta permette una gestione migliore dell’ingombro in pianta del macchinario all’interno dello stabilimento; Essendo le tre stazioni indipendenti in quanto a funzionamento (questo vale in particolare se vengono disposte in parallelo), il sistema di movimentazione, qualora il passo lo permetta, può lavorare a velocità variabile, rallentando in prossimità del sistema di scarico, permettendo una evacuazione ancora più dolce degli sfogliati. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

10 Sistema Di Trasporto Mediante Ventilatori
Figura 5. Sistema di aspirazione, vista di Tre Quarti Figura 6. Sistema di aspirazione, vista dall’alto Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

11 Dimensionamento Ventilatori
Per la progettazione vengono imposte le seguenti condizioni: Area della flangia di aspirazione leggermente superiore all’area totale delle asole di influenza; Pressione imposta dal ventilatore pari o superiore (maggiorata di un coefficiente di sicurezza di 1.5/1.7) per tenere conto di perdite di carico (concentrate e distribuite) e attriti. Si cerca prima di tutto la forma geometrica ideale da applicare alle cinghie (fori o asole, le forme squadrate sono sconsigliate a causa degli spigoli vivi) in modo tale che l’area totale di aspirazione del ventilatore sia circa quella delle asole o dei fori. Una volta effettuati vari tentativi, facendo attenzione al passo (un passo troppo piccolo potrebbe indebolire la resistenza delle cinghie e dei tubolari) si è ricavato che la forma ideale è un’asola 15x40mm di passo 45mm. Figura 7. Cinghie di movimentazione Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

12 Dimensionamento Ventilatori
Il calcolo del diametro di aspirazione necessario viene ricavato per lo sfogliato di dimensione massima (1500x1200x3) per essere sicuri che l’impianto sia in grado di trasportare ogni formato del prodotto finito. Una volta ricavata la pressione equivalente per sollevare lo sfogliato (calcolata come peso dello sfogliato diviso per l’area delle asole) si è scelto dal catalogo Ferrari il modello giusto. È stato scelto il ventilatore centrifugo FR452/2N4A Figura 8. Ventilatore Ferrari Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

13 Dimensionamento Rulli E Cinghie Di Movimentazione
Dopo aver scelto il ventilatore, si è proceduto alla scelta dei rulli e delle cinghie di movimentazione: Scelta materiali cinghie e caratteristiche tecniche; Forma nastro di trasporto, scelta del motore e potenza installata. Materiale Rulli Si sono trovate due opzioni, ognuna delle quali presenta pregi e difetti complementari: Alluminio 7005 Ergal; Alluminio 6000 Anticorodal. Caratteristiche Tecniche Dopo accurati calcoli (utilizzando il Manuale Tecnico Habasit) è stata scelta la Rapplon TG60 della Ammeraal Beltech: è una cinghia multistrato nelle quali un lato viene costruito a basso attrito (circa 0.25) per avere elevate velocità a contatto con i rulli (risulta comodo perché con attrito elevato avremmo maggiore tensionamento). L’altro lato presenta invece elevato attrito per trasportare il materiale, in modo da non farlo slittare. Figura 9. Cinghie Rapplon Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

14 Dimensionamento Rulli E Cinghie Di Movimentazione
Forma Di Trasporto Per ricavare i diametri delle pulegge, e di conseguenza la forma dei nastri di trasporto, sono stati consultati il Manuale Tecnico Habasit e il Catalogo SKF. Scelta Del Motore Viene infine calcolata la potenza richiesta dal motore. Con una potenza di 4875W è stato scelto il modello BE132S da 5.5kW prodotto dalla Bonfiglioli. Figura 10. Motore BE132S Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

15 Dimensionamento Cuscinetti
Il cuscinetto è un dispositivo meccanico utilizzato per ridurre l’attrito tra due oggetti in movimento rotatorio o lineare tra loro. Sono stati scelti cuscinetti volventi perché hanno un’elevata resistenza al carico radiale, che è l’unico presente. Per il dimensionamento è stato utilizzato il documento Calcolo e Scelta Cuscinetti Volventi Radiali a Sfere – SKF. Si raccolgono i dati necessari al calcolo ed alla giusta scelta del cuscinetto: si determina il tipo, la direzione ed il verso dei carichi, la durata prevista in ore e il numero di giri al minuto; Si sceglie dal Catalogo SKF il cuscinetto più adatto. In base ai calcoli effettuati, sono stati utilizzati i cuscinetti 6004-RSH con rinforzo in lamiera stampata su un lato del cuscinetto. Le caratteristiche tecniche sono riportate a pagina 272 del Catalogo SKF. Figura 11. Scheda Tecnica 6004-RSH Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

16 Dimensionamento Cinghie Di Trasmissione
La cinghia è un organo di trasmissione meccanica utilizzato per collegare in modo leggermente elastico, ma comunque solidale, due alberi, mediante l'uso di pulegge, il cui interasse è piuttosto elevato. Per l’applicazione di nostro interesse è stata scelta la cinghia dentata di trasmissione di potenza, formata da una serie di denti collegati da una fascia continua che forma un anello chiuso. Figura 12. Cinghie SitSpA Questo tipo di cinghia, prodotta dalla SitSpA viene impiegata quando è importante trasmettere una grande potenza senza slittamenti e perdite, e regolare il movimento degli organi meccanici in fase tra di loro. Una volta determinato il rapporto di trasmissione 𝜏, la potenza richiesta dalle cinghie è stata calcolata tramite il documento Calcolo della trasmissione della SitSpA. Infine è stata scelta la cinghia più idonea utilizzando l’apposito catalogo, sempre fornito dalla SitSpA. Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

17 Dimensionamento Sistema Di Scarico
Il sistema di scarico è stato progettato per garantire una rapida e dolce evacuazione dello sfogliato dalla stazione di aspirazione. Nel dimensionamento bisogna tenere conto del passo variabile tra uno sfogliato e l’altro: la lavorazione precedente nella taglierina rende aleatorio questo parametro. In base alla produttività P, viene ricavato il numero di giri a cui deve lavorare il sistema: 𝑃= 𝑣 𝑚𝑜𝑣 ∙60 𝑠/𝑚𝑖𝑛 𝑥 Ipotizzando una distanza minima di 100mm tra uno sfogliato e l’altro, i numeri di giri variano tra 200 e 240 rpm. Per rendere versatile il sistema di scarico, si è pensato all’utilizzo di un motore Brushless: essi sono in grado di generare coppia variabile al variare del numero di giri. Figura 13. Motore Brushless Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

18 Dimensionamento Sistema Di Scarico
Una volta scelto il motore, si sono delineate due opzioni per quanto riguarda il sistema di scarico vero e proprio: Cinematismo Biella-Manovella; Eccentrico. Il primo si è rivelato troppo dispendioso poiché richiederebbe un albero a gomito costruito ad hoc per il macchinario: l’albero viene prodotto per fucinatura in settori dove la realizzazione avviene in serie, quindi richiederne solo 6 (2 per stazione) potrebbe rivelarsi più costoso di tutto l’impianto. Per questo motivo sono stati utilizzati sistemi ad eccentrico, che azionano bielle a cui sono collegate delle slitte aventi pattini larghi 20mm e lunghi 600mm. Quest’ultimi hanno il compito di staccare il foglio dalle cinghie. Figura 14. Cinematica Biella-Manovella Figura 15. Eccentrico, Modello CAD Gruppo 542 POLITECNICO DI MILANO

19 Dimensionamento Sistema Di Scarico
Tramite uno script Matlab sono state effettuate delle interpolazioni per stimare il valore di coppia e di forza al variare della velocità angolare e del peso della slitte. La linea verticale tratteggiata indica il valore massimo di coppia (e rispettiva forza agente) che deve essere erogata dal motore (con il corrispettivo numero di giri). Per quanto riguarda il motore brushless, è stato scelto il modello Parker M1054K. Figura 16. Interpolazioni Gruppo 542

20 Dimensionamento Sistema Di Scarico
Il sistema di scarico dunque consta di un eccentrico a cui sono collegate delle aste e delle slitte. Le slitte, una per stazione, sono composte da 5 pattini per la seconda stazione e da 6 pattini per le rimanenti due stazioni. Figura 17. Sistema di scarico, assonometria Gruppo 542

21 Prof. Gaetano Cascini gaetano.cascini@polimi.it
Progetto realizzato in collaborazione con il Politecnico di Milano e TodeMa. Con l’assistenza di: Prof. Gaetano Cascini Ing. Alessandro Mansutti Sotto la supervisione dell’ingegnere Luca Palamara, dipendente presso TodeMa. Per ulteriori informazioni è possibile consultare il seguente sito: Gruppo 542