Dimensionamento cinematismo sollevamento ambito marino

[korteccia]

Salve a tutti, sono un nuovo utente del forum che seguo già da qualche tempo e che trovo assai interessante per gli argomenti e la competenza degli utenti.
Sono un progettista e sto affrontando per la prima volta il progetto di quella che in sintesi è una macchina di sollevamento che deve operare in campo marino. È un cinematismo composto da membri collegati da coppie rotoidali e azionati da cilindri oleodinamici. Le velocità sono basse, in pratica i cilindri "aprono" e "chiudono" solo quando la macchina inizia e finisce le fase operative (sollevano un sistema a rulli che è effettivamente il cuore operativo del progetto).
Il mio dubbio riguarda come progettare le varie coppie rotoidali: trattandosi di basse velocità e movimenti limitati, con carichi relativamente bassi (pensiamo ad un quadrilatero articolato in cui ognimembro oscilla intorno ai 1000 Kg ma vorrei ottimizzare il materiale al FEM e dimezzare i pesi) pensavo a una coppia albero pieno+bronzina con ingrassatore piuttosto che degli onerosi cuscinetti.
L'ambiente marino ed il fatto che è la prima macchina di questo tipo che progetto mi hanno spinto a chiedere un parere ed un consiglio a chi ne sa più di me...sulle gru o le piattaforme che tipo e che dimensioni di giunti si utilizzano più spesso?
Un saluto e ancora grazie a tutti gli eventuali contributi.

[korteccia]

Siccome vedo che purtroppo non ho ricevuto risposte, volevo chiedere se per cortesia qualcuno mi sa indicare con che materiali e spessori vengono realizzati i bracci degli escavatori e come sono realizzati i giunti ai cilindri oleodinamici.
Vi allego un link: http://www.youtube.com/watch?v=W-G0IBJ7Iow
(braccio), http://www.youtube.com/watch?v=txAy8fy3F9w (giunti).

Grazie.

[Marco Bellincam]

Sono un progettista e sto affrontando per la prima volta il progetto di quella che in sintesi è una macchina di sollevamento che deve operare in campo marino.

Cosa dovrebbe sollevare?

È un cinematismo composto da membri collegati da coppie rotoidali e azionati da cilindri oleodinamici. Le velocità sono basse, in pratica i cilindri "aprono" e "chiudono" solo quando la macchina inizia e finisce le fase operative (sollevano un sistema a rulli che è effettivamente il cuore operativo del progetto).

... albero pieno+bronzina con ingrassatore piuttosto che degli onerosi cuscinetti.

Dipende sempre dall'applicazione, se tutto l'ambaradam lavora a secco e viene immerso periodicamente, può andare bene la soluzione a grasso (con le relative tenute, ingrassatori in acciaio inox).
Viceversa se il tutto rimane immerso e viene sollevato periodicamente, bastano semplici boccole in bronzo (meglio se nibral) opportunamente dimensionate.

...pensiamo ad un quadrilatero articolato in cui ogni membro oscilla intorno ai 1000 Kg ma vorrei ottimizzare il materiale al FEM e dimezzare i pesi...
...vedo che purtroppo non ho ricevuto risposte...

Con tutta la buona volontà, a parte il fatto che il forum tratta ben poco in ambito marino, alle tue domande può rispondere solamente un'ingegnere molto preparato in materia, che dovrà calcolare sforzi e carichi per ottimizzare al meglio il sistema.

[korteccia]

Grazie Marco B. per la risposta.
I bracci devono sollevare il sistema progettato dalla committenza, che ha un peso di circa 2 quintali e che sostanzialmente è quello che si immerge, solo uno dei bracci del cinematismo risulterà anch'esso immerso, gli altri, operano sull'imbarcazione, perciò spruzzi e gocce vaganti a parte, si possono considerare "a secco".
La macchina dovrà avere un costo il più contenuto possibile chiaramente senza compromettere la funzionalità e il rivolgersi agli utenti del forum è il modo più immediato per trovare risposte competenti e di provata esperienza a chi conosce macchine di questo tipo (non necessariamente in campo marino).
Giusto per sapere, i bracci degli escavatori come vengono realizzati? Si usano tubolari, travi curvate, oppure si assemblano lastre tagliate/calandrate/piegate...questo tipo di carpenteria la conosco poco per questo avevo la curiosità di saperlo da chi magari le costruisce o le ripara.
Grazie ancora.

[mefito]

Giusto per sapere, i bracci degli escavatori come vengono realizzati? Si usano tubolari, travi curvate, oppure si assemblano lastre tagliate/calandrate/piegate...questo tipo di carpenteria la conosco poco per questo avevo la curiosità di saperlo da chi magari le costruisce o le ripara.

Grazie ancora.

C'è di tutto,dipende dalle dimensioni .

La macchina dovrà avere un costo il più contenuto possibile.

Le basi di partenza non son le migliori per rispondere a queste premesse.

chiaramente senza compromettere la funzionalità ]e il rivolgersi agli utenti del forum è il modo più immediato per trovare risposte competenti e di provata esperienza a chi conosce macchine di questo tipo (non necessariamente in campo marino).

Meno male che non cercavi un chirurgo........


Una curiosità,perchè dovresti fare qualcosa di cui sembri non avere la pratica necessaria?

[korteccia]

C'è di tutto,dipende dalle dimensioni .

Sicuramente non c'è dubbio, se aggiungo che lo sbraccio non supera i 2 metri, oltre al peso di 200 Kg, sapete dirmi se, in base all'esperienza, uno scatolato 150x250 15 mm di spessore può essere adeguato? Non sono stato specifico nei precedenti messaggi proprio perchè volevo sentire qualche parere di chi le macchine le adopera, se non le costruisce, quotidianamente. Non chiedo di fare i caonti al posto mio anche perchè volevo evitare una sfilza di dettagli che avrebbe dissuaso chiunque dal rispondermi.

Le basi di partenza non son le migliori per rispondere a queste premesse.

.
Potevo fare a meno di sottolinearlo ma anche questa forse è un'ovvietà.

Una curiosità,perchè dovresti fare qualcosa di cui sembri non avere la pratica necessaria?

È il mio lavoro. Quando si progetta le esperienze si acquisiscono strada facendo, beninteso le competenze di base e le capacità di comprendere i problemi fanno parte della mia formazione. Ripeto, quando ho deciso di rivolgermi agli utenti del forum intendevo sfruttare una strada più veloce per sentire il parere di persone esperte da tutta Italia, l'alternativa è quella di rivolgermi a rivenditori o officine della mia zona (cosa che non escludo di fare).

Grazie comunque a tutti.

[mefito]

Sicuramente non c'è dubbio, se aggiungo che lo sbraccio non supera i 2 metri, oltre al peso di 200 Kg, sapete dirmi se, in base all'esperienza, uno scatolato 150x250 15 mm di spessore può essere adeguato? .

A me sembra un'assurdità(ma sono un contadino).
Rettifico le mie affermazione precedenti,mi sembra che sei assolutamente impreparato al compito che dici di dover assolvere.

[korteccia]

C'è di tutto,dipende dalle dimensioni .
Le basi di partenza non son le migliori per rispondere a queste premesse.

Meno male che non cercavi un chirurgo........


Una curiosità,perchè dovresti fare qualcosa di cui sembri non avere la pratica necessaria?

A me sembra un'assurdità(ma sono un contadino).
Rettifico le mie affermazione precedenti,mi sembra che sei assolutamente impreparato al compito che dici di dover assolvere.

Se nelle risposte argomentaste capirei meglio in cosa sbaglio, francamente così non capisco neanche perché ci perdete pure tempo a rispondermi. Comunque, grazie lo stesso a tutti.

[Actros 1857]

Sbagli a non mettere per lo meno uno schizzo di cosa vuoi fare...io non ho ancora capito di cosa si tratta se non che va in mare...

[korteccia]

Al massimo riesco a postare un'immagine del cinematismo; sono tutte coppie rotoidali, l'elemento trasparente è il telaio che regge il sistema suddetto. Lasciamo stare il fatto che si lavori in ambiente marino, volevo sapere una macchina equivalente per il sollevamento o da cantiere costruttivamente come viene realizzata. Le misure sono in metri.
Grazie.

[Marco Bellincam]

Già è qualcosa....
Diciamo che i bracci potrebbero essere realizzati con materiale pieno (ingombri minimi, forse a discapito del peso finale).
I due perni grigi più lunghi, sembrano un pò sottodimensionati.
Da prendere in considerazione il tipo di materiale (presumo aisi630 per i perni)

[korteccia]

In effetti è solo il cinematismo di partenza, per gli alberi più lunghi devo aumentare la sezione e valutare come bilanciare l'inflessione (oppure accoppiare a questo membro un elemento simmetrico).
Per le bussole pensavo appunto di utilizzare delle normali bronzine con ingrassatore.
Per i bracci, siccome hanno una sezione circa di 300x200 mm e lunghezze di 1-2 metri, pensavo si potesse saldare dei piastroni da 20-25 mm di spessori, rinforzando internamente con delle nerve e dove possibile aumentare la rigidezza calandrando o piegando le lamiere. Oppure, ma non ho tratti uniformi, saldando di testa delle travi tipo IPE oppure UNP.

Grazie.

[90 c]

Andando per gradi:

Definiti i moduli dei carichi e rispettive direzioni e versi (se possibile) procedi all'analisi della sollecitazione. Consideri le varie condizioni di carico ( peso proprio, carico, eventuali carichi accidentali....etc.....), valutate le sollecitazioni per ogni condizione, otterrai l'inviluppo delle sollecitazioni.
Con questi dati puoi cominciare a ragionare sulla miglior sezione adatta alle massime condizioni di sollecitazione di ogni ente,sul dimensionamento e relative verifiche (resistenza, stabilità, etc...).
E' impossibile risponderti con una risposta secca.
Potrebbe essere buona una scatolare se hai torsione, magari però non verifichi l'instabilità a carico di punta.Sicuramente avrai aste compresse dove le aste seppur verificate per resistenza non lo sono per stabilità.
La scelta tra cuscinetto e boccola potrebbe influenzare la dimensione dei fori (con relativa verifica) e potresti ritrovarti a dover scegliere la boccolatura per esigenze di verifica e non per scelta progettuale.
Se diviene un scelta obbligata dovrai dimensionare il tutto per questa scelta.
Si dovrebbero prima determinare tutte le condizioni di carico, i punti di applicazione delle forze attive per compiere lavoro e poi iniziare a dimensionare il tutto.

In conclusione:

darti un aiuto è assai difficile. Se qualcuno ti dicesse "con uno scatolare yyyyy x zzzz ce la fai" fatti spiegare come ha fattto, perchè o sei davanti ad un dio oppure......................... non ha idea di cosa significa la risposta.

[korteccia]

Andando per gradi:

Definiti i moduli dei carichi e rispettive direzioni e versi (se possibile) procedi all'analisi della sollecitazione. Consideri le varie condizioni di carico ( peso proprio, carico, eventuali carichi accidentali....etc.....), valutate le sollecitazioni per ogni condizione, otterrai l'inviluppo delle sollecitazioni.
Con questi dati puoi cominciare a ragionare sulla miglior sezione adatta alle massime condizioni di sollecitazione di ogni ente,sul dimensionamento e relative verifiche (resistenza, stabilità, etc...).
E' impossibile risponderti con una risposta secca.
Potrebbe essere buona una scatolare se hai torsione, magari però non verifichi l'instabilità a carico di punta.Sicuramente avrai aste compresse dove le aste seppur verificate per resistenza non lo sono per stabilità.
La scelta tra cuscinetto e boccola potrebbe influenzare la dimensione dei fori (con relativa verifica) e potresti ritrovarti a dover scegliere la boccolatura per esigenze di verifica e non per scelta progettuale.
Se diviene un scelta obbligata dovrai dimensionare il tutto per questa scelta.
Si dovrebbero prima determinare tutte le condizioni di carico, i punti di applicazione delle forze attive per compiere lavoro e poi iniziare a dimensionare il tutto.

In conclusione:

darti un aiuto è assai difficile. Se qualcuno ti dicesse "con uno scatolare yyyyy x zzzz ce la fai" fatti spiegare come ha fattto, perchè o sei davanti ad un dio oppure......................... non ha idea di cosa significa la risposta.

Grazie delle risposte e delle indicazioni.
Sono consapevole che le procedure di dimensionamento corrette si fanno seguendo gli step che avete indicato, la mia infatti era, per chiarirlo un'ultima volta, una richiesta a chi, utente o costruttore, poteva fornirmi qualche info in più sui mezzi che conosceva del tipo "il braccio del mio mezzo solleva con x di sbraccio il tal peso ed è fatto con tale tipo di materiale ecc..i giunti sono cerniere con bussole/cuscinetti/bronzine...". Sicuramente non è "ingegneristico" ma mi avrebbe dato un quadro abbastanza realistico e speravo ampio, ecco. L'alternativa "veloce" era appunto andare da un rivenditore o un cantiere e chiedere.
Ringrazio ancora tutti per la disponibilità ed il tempo.

[Actros 1857]

Purtroppo anche con il disegno fatico a capire cosa debba fare quell'insieme di bracci e perni.

"Sicuramente non è "ingegneristico" ma mi avrebbe dato un quadro abbastanza realistico e speravo ampio, ecco.

Personalmente invece che chiedere info di quel tipo mi guardo le varie realizzazioni che si possono trovare e cerco "a colpo d'occhio" di trovarne pregi\difetti. Poi cerco di applicare il tutto alla mia struttura.
Resta il fatto che se il carico da movimentare è di solo 200kg non mi pare un impresa ciclopica la realizzazione. Basta tener conto che una PLE ha un carico massimo sulla cesta di 200Kg e "sbraccia" svariati metri, hai subito trovato qualcosa da cui prender spunto.

[mefito]

Grazie delle risposte e delle indicazioni.
Sono consapevole che le procedure di dimensionamento corrette si fanno seguendo gli step che avete indicato, la mia infatti era, per chiarirlo un'ultima volta, una richiesta a chi, utente o costruttore, poteva fornirmi qualche info in più sui mezzi che conosceva del tipo "il braccio del mio mezzo solleva con x di sbraccio il tal peso ed è fatto con tale tipo di materiale ecc..i giunti sono cerniere con bussole/cuscinetti/bronzine...". Sicuramente non è "ingegneristico" ma mi avrebbe dato un quadro abbastanza realistico e speravo ampio, ecco. L'alternativa "veloce" era appunto andare da un rivenditore o un cantiere e chiedere.
Ringrazio ancora tutti per la disponibilità ed il tempo.

Ma sei un "progettista" od un "improvvisatore"?

[korteccia]

Ma sei un "progettista" od un "improvvisatore"?

La prima che hai detto. Ma se agli inizi da "studente" guardavo pure i decimali, la vicinanza con persone esperte (non necessariamente ingegneri o periti) mi ha insegnato che si può adottare un approccio "euristico", da sottoporre ovviamente a tutte le verifiche del caso, in termini di corretto dimensionamento e di sicurezza.

[90 c]

Grazie delle risposte e delle indicazioni.
Sono consapevole che le procedure di dimensionamento corrette si fanno seguendo gli step che avete indicato, la mia infatti era, per chiarirlo un'ultima volta, una richiesta a chi, utente o costruttore, poteva fornirmi qualche info in più sui mezzi che conosceva del tipo "il braccio del mio mezzo solleva con x di sbraccio il tal peso ed è fatto con tale tipo di materiale ecc..i giunti sono cerniere con bussole/cuscinetti/bronzine...". Sicuramente non è "ingegneristico" ma mi avrebbe dato un quadro abbastanza realistico e speravo ampio, ecco. L'alternativa "veloce" era appunto andare da un rivenditore o un cantiere e chiedere.
Ringrazio ancora tutti per la disponibilità ed il tempo.

Vedendo il "prospetto", mi sembra di intuire che lo spazio non è tantissimo, il cinematismo non è unico.Avrai elementi in trazione ed elementi in compressione. Sembra che il carico non sia applicato al baricentro. Mi sembra che alcuni elementi hanno punto iniziale e punto finale in piani diversi paralleli al piano xy.
Quindi difficile lavorare tutto con scatolari.
Potrebbe essere sufficiente lavorare con ipe, oppure accostare due unp. Dipende dalla torsione. Se hai torsione potrebbe esserti utile utilizzare sezioni chiuse.
Se non hai torsione (oppure il momento torcente è molto basso) potrebbe esserti sufficiente una sezione aperta.
Se non conosci per bene le eventuali condizioni di carico diviene difficile anche schematizzare il tutto.
Una gru che solleva pesi non ha torsione,il carico non ha eccentricità.
Se il tuo schema di carico ha delle eccentricità, il "modello" gru non è adatto alla tua struttura.
Finora hai considerato solo la "forza peso".
Vi sono forze ortogonali alla forza peso (anche se accidentali)?
Nel primo post hai specificato che deve essere una struttura "ottimizzata". Hai limiti nel variare le sezioni (più vari più costa)?
E' un modello unico oppure sarà prodotto in serie?

[mefito]

La prima che hai detto. Ma se agli inizi da "studente" guardavo pure i decimali, la vicinanza con persone esperte (non necessariamente ingegneri o periti) mi ha insegnato che si può adottare un approccio "euristico", da sottoporre ovviamente a tutte le verifiche del caso, in termini di corretto dimensionamento e di sicurezza.

L'approccio euristico può venire solo dall'esperienza ,tu sembri "brancolare nel buio",a che esperienza faresti riferimento?

[castagnetto]

Più lo guardo e meno mi piace
Si può supporre dove sono le resistenze ma senza sapere dove sono applicate le spinte cosa si deve calcolare?
Poi ci saranno forze asimmetriche con sbalzo laterale su un solo supporto:Non funzionerà mai!
C

[90 c]

Più lo guardo e meno mi piace

Condivisibile, ma non sappiamo quali esigenze hanno portato ad una schematizzazione tale del cinematismo (mi pare di supporre una pura traslazione ed una pura rotazione).

Si può supporre dove sono le resistenze ma senza sapere dove sono applicate le spinte cosa si deve calcolare?

Ehm............ l'unico dato per ora è una forza peso non ben identificata.

Poi ci saranno forze asimmetriche con sbalzo laterale su un solo supporto:Non funzionerà mai!
C

Se vedi bene il disegno, i supporti sono 4, diciamo 2 cavallotti triangolari. Praticamente un doppio pendolo.
Il problema secondo me, visto che non sappiamo con esattezza i carichi, è l'entità della sollecitazione torcente.

[Actros 1857]

Il problema non è se bello o no (anche a me non piace per nulla)...il problema è capire come diamine funziona queso aggeggio.
Ci saranno degli attuatori per movimentarlo?
Ci sono dei vincoli che obbligano ad adottare sutti quegli snodi per movimentare il pezzo?
So che non è facile scrivere piuttosto che parlare, ma prima di poter dare dei consigli uno deve pur capire cosa deve fare il braccio...
Io sono dell'idea di Castagnetto...più lo guardo e meno mi piace

[castagnetto]

Allora,ditemi se ho capito bene,si tratta di un cinematismo composto da una serie di tre paralleogrammi dei quali solo il finale realizzato correttamente perche con forze ben ripartite.
I primi della serie sono spostati,da una parte e dall'altra rispetto all'asse neutro longitudinale e introducendo forze torcenti a bielle e perni rendono complicatissimo e praticamente insolubile il dimensionamento del sistema.che avrà scorrimenti incerti a causa degli abnormi attriti intrdotti fra perni e boccole disallineati.

Non comprendo la necessità di avvalersi di un triplo parallelogramma in quanto il posizionamento finale può essere ottenuto solamente con due.

Mantenendo simmetriche le forze,rispetto all'asse neutro longitudinale,si può pensare ad un più semplice calcolo dei momenti dinanamici ma così si può arrivare ad un corretto funzionamento solo con prove sperimentali e con un aumento dei pesi spropositato.
"In natura" non esiste un cinematismo simile,escavatori,elevatori e simili non sono progettati a questa maniera:le forze sono mantenute simmetriche e le gru ripiegabili non sono dotate di parallelogrammi
C

[korteccia]

Grazie a tutti delle indicazioni.
Il cinematismo che ho allegato è una indicazione schematica che mi è servita allo studio delle posizioni che i vari componenti devono assumere. Lo studio dinamico verrà eseguito con una simulazione così come il dimensionamento corretto dei bracci, anche per trovare il giusto compromesso tra peso e rigidezza. Realizzare dei bracci simmetrici è sicuramente la soluzione migliore per la giusta distribuzione dei carichi.
Buona prassi vuole poi che si realizzi un prototipi per le prove sul campo.
Ogni azione è eseguita da un cilindro oleodinamico (o due accoppiati).

Un saluto a tutti.