Consigli sullo studio di un braccio meccanico

[Miche_Matte]

Salve
Innanzitutto complimenti per il forum...
Siamo due studenti di ingegneria alle prese con le fasi preliminari di un progetto su un braccio di un escavatore.

La nostra idea di base era lo studio e il progetto di un braccio meccanico che riuscisse ad adattarsi all'utilizzo (mediante sostituzione manuale con eventuale attacco rapido dell'attrezzo di scavo) di più attrezzi differenti. In particolare pensavamo alla possibilità di intercambiare la benna (o cucchiaia) con il polipo.

Secondo voi è una cosa fattibile, oppure i due bracci hanno caratteristiche troppo differenti?
La ritenete una soluzione valida/utile? Nel caso siamo aperti a consigli spassionati su quale e quali combinazioni di attrezzi sarebbe bello poter intercambiare sulla solita macchina (possibilmente soluzioni non già esistenti ma realizzabili).

Nel caso la nostra idea sia oggettivamente (e nella pratica di tutti i giorni) non utile/realizzabile per problemi di qualsiasi tipo che a noi non vengono in mente vi preghiamo di farcelo presente...

Grazie
Matteo e Michele

[450 V]

Cari ragazzi,il polipo sugli escavatori si può montare dalla notte dei tempi,così come tantissime altre attrezzature,dalle benne ai martelli demolitori,alle pinze demolitrici,ai caricatronchi,alle trince,trivelle,tagliasfalto,triplo braccio da demolizione,braccio lungo per pulizia argini o drenaggi,attacco ipermartelli direttamente sul primo braccio,ecc....ecc...ecc....,ma la creazione più bella è stata la costruzione del pollice benna direttamente da me e va che è una figata!Ciao

[Miche_Matte]

Innanzitutto grazie per la risposta.
Pollice benna? Potresti essere più preciso?

Come vedete siamo alle prime armi per quanto riguarda questo settore, quindi più materiale ed informazioni troviamo/vorrete darci meglio sarà per noi!
Per esempio: sapreste indicarci le diverse tipologie di braccio attualmente in circolazione (a livello anche di numero di snodi e pistoni) e i loro pro e contro?
Avreste schemi idraulici di bracci esistenti? (Si fa tutt'oggi riferimento a circuito load sensing?)
Insomma se voleste indicarci pro e contro di diverse configurazioni per tutto ciò che può riguardare bracci di escavatori così da poter ottimizzare configurazioni differenti ve ne saremmo grati...

[CAT320]

Per chiarirti cos'è un pollice benna leggi questo argomento... http://www.forum-macchine.it/showthread.php?t=26789

Per quanto riguarda i tipi di bracci ce ne sono di tantissimi tipi e ci si potrebbe scrivere un libro. Anche perchè oggi gli escavatori hanno raggiunto un livello di personalizzazione molto più marcato che negli anni passati.
Alcuni sono molto diffusi altri studiati per applicazioni molto particolari. Più che parlare di pro e contro io parlerei di "applicazioni".... infatti ogni braccio è studiato appositamente per svolgere determinati lavori. Alcuni sono più versatili di altri ma è il contesto di lavoro che ti porta a scegliere il tipo di braccio dell'escavatore.
Se avrai pazienza cercherò - magari con l'aiuto di qualche altro utente - di farti un riassunto dei vari tipi di bracci oggi in commercio.

[giusti12]

a parere mio l'utilità dell'attacco rapido nel sostituire gli attrezzi in un braccio lo vedo poco utile in quanto sono solo 2 perni da infilare e sfilare e poi non vedo in un lavoro che si svolge il cambio rapido da un'attrezzatura all'altra diverso è nei caricatori anteriori dove i perni sono 4
per il braccio puoi applicare anche un 'attrezzatura che ho visto all'eima serve per fare i fori e piantare dei pali

[450 V]

secondo me ragazzi uno studio proficuo sui bracci degli escavatori dovrebbe riguardare piuttosto la sostanza che la forma.
In pratica il vantaggio sarebbe studiare il modo di alleggerire il braccio aumentandone la robustezza,e questo comporta l'uso di acciai speciali e o materiali alternativi siano essi metalli o polimeri cercando ovviamente di non incrementare troppo la spesa.
A parità di robustezza,infatti,un braccio più leggero permetterebbe,per esempio,di far compiere ad un 140 il lavoro di un 160,il che per le aziende significa risparmio-utile,indi investimento,ragion per cui un vostro brevetto in tal senso significa denaro.
Ps:secondo me,però,oltre allo studio,occorre anche la pratica il che non è proprio una passeggiata,vabbè che si può iniziare con un mini-mini!

[Miche_Matte]

Grazie per tutte le risposte che ci avete dato.

Avremmo bisogno di sapere a cosa si riferisce la "velocità di traslazione" che spesso si trova nelle specifiche tecniche dei vari escavatori.

Attendiamo vostre risposte!

[CAT320]

Avremmo bisogno di sapere a cosa si riferisce la "velocità di traslazione" che spesso si trova nelle specifiche tecniche dei vari escavatori.

Attendiamo vostre risposte!

E' riferito alla velocità di spostamento della macchina.....
Si ma che centra con i bracci

[Miche_Matte]

Ancora grazie per le risposte, ma non abbiamo finito...

Volevamo sapere secondo voi quale tipo di configurazione (monoblocco o articolato) è più adatta ad un escavatore di circa 15 tonnellate.
Eventualmente, sono gradite anche risposte del tipo: 'Dipende, per lavorare in cava xxxxxx, per lavorare su strada (ma ci si lavora con un 15 ton?) xxxxxxxx'

Grazie in aticipo
Matteo e Michele

[CAT320]

La risposta è automatica..... Con un 150 ql (15 ton se preferisci) in cava non ci fai quasi nulla. Dico quasi perchè al massimo, macchine di piccola taglia, vengono utilizzate per lavori si "servizio".... non certo per fare produzione. Lo standard diciamo che va dai 250 ql in sù.
Come dici tu il braccio dipende dall'applicazione.
Sicuramente quello articolato ( posizionatore....) è quello adatto a lavori più di "precisione" come scarpate, livellamenti o comunque lavori dove si richiede un braccio molto versatile.
Per le applicazioni di cava di solito (l'eccezzione c'è sempre) si usano bracci monoblosso di tipo corto perchè sono quelli che offrono le produzioni (oltre che la resistenza) maggiori. Inutile dire che anche il tipo di materiale estratto influisce molto su questa scelta.
In definitiva nessuno può dire se su un 150ql è meglio il posizionatore o il monoblocco. Dipende sempre da cio che ci vuoi fare.
Se devi fare urbanizzazioni probabilmente è meglio il posizionatore.
Se devi fare solo sbancamenti probabilmente il monoblocco.

[giusti12]

Salve puoi gentilmente allegare qualche foto al fine di far intuire le differenze tra i due tipi
Grazie

[pelvion]

ciao miche-matte anche io sono uno studente di ingegneria alle prese con lo studio di dei bracci della ruspa e un po’ di elementi tipo bielle che compongono il cinematismo per i movimenti della benna. volevo sapere che tipo di schematizzazione usate per il problema e se avete qualche disegno da postare....grazie ciao

[CAT5080B]

progettare un braccio o un attrezzo senza avere la minima idea di cosa sia un escavatore...... mi sembra un ardua impresa......

[sick]

progettare un braccio o un attrezzo senza avere la minima idea di cosa sia un escavatore...... mi sembra un ardua impresa......

Troppo giusto!!!
Magari andare sul campo in un cantiere.............

[bobmat]

Salve...
Qualcuno mi conosce già, e con l'avvicinarsi dell'autunno torno pericolosamente in azione...
Ringrazio gli interlocutori del passato inverno, che mi hanno fatto capire tante cose: come funziona un regolatore di flusso compensato, od una valvola di blocco, od una pompa eccentrica per idropulitrici, o come si smonta una catenaria, e tanto altro ancora.
Quindi un ringraziamento per la pazienza a Challenger, Luca, Marco, Mefito, Michele, Sergiom, con i quali ho discusso di più, ma anche ad altri, che più saltuariamete mi hanno guidato nella comprensione.
Mi sono agganciato qui perchè volevo esternare qualche concetto, nel tentativo di dimensionare un minibraccio per escavatore, e mi sembrava una discussione ideale.
Queste esternazioni potrebbero durare parecchio, ed una risposta, od un segno di partecipazione, sono sempre gradite.
Per ora parto con qualche domanda "preliminare", giusto per entrare in argomento.
Parlo di un braccio di tre elementi, presuppongo "articolato".
Nell'uso comune di un escavatore, il primo braccio sforza di più a scendere o a salire? ossia, conviene montare i pistoni sopra o sotto al braccio stesso?
Oltre a questa considerazione,ci sono altri motivi che possono influire su questa decisione?
Esiste una proporzione tra il peso della macchina e la forza che il primo braccio deve avere?
Nei depiant si parla sempre di forza al dente, che approssimativamente coincide con la massa operativa; questo è il valore di forza al dente nella condizione più svantaggiosa?
Perchè il braccio non si apra, il pistone deve resistere ad una forza molto più alta di quella sufficente a sollevare il mezzo (questo si può valutare analizzando gli spostamenti); il punto di cedimento di questo sforzo, se non ci sono valvole di blocco, sono i tubi del pistone stesso; cioè, se per assurdo muriamo il carro, e sforziamo al dente, non possiamo superare nei tubi la pressione passiva oltre il valore di scoppio.
E' in questo caso che entrano in gioco le valvole antiurto?
Con questo valore di carico massimo posso dimensionare il mio braccio?
In base a questo valore, e valutando la geometria del triangolo braccio-pistone-telaio (snodo), nella posizione in cui questo triangolo si presenta più acuto, possiamo stabilire i carichi in compressione ed in trazione a cui sarà soggetto il braccio.
Ciò mi serve per dimensionare il braccio stesso, cioè per sapere, che so, se un tubo tondo diametro 80 mm spessore X lungo un metro può essere sufficente in un braccio da montare in una macchina di peso Y.
Poichè parlo di microbracci, e quindi di micromisure, la massa della macchina in questione difficilmente supererà quella di un mini di 12 quintali, anzi, forse anche meno, diciamo come gli escavatori che si pilotano dalla pedana e non dalla cabina.
Per ora mollo la presa...

Messaggio aggiunto (ossia tentativo di chiarirmi meglio con voi e con me stesso):

Se il valore da prendere in considerazione è lo sforzo al dente, uguale alla massa operativa, allora tutti gli elementi del braccio dovranno almeno sopportare questo carico.

Parliamo di sforzo passivo: cioè delle forze che si generano nei componenti del braccio quando lo mettiamo in tensione.

Per semplificare momentaneamente trascuriamo la versione articolata, e consideriamo un braccio di due elementi rettilinei, come quello di una terna.

La situazione più svantaggiosa per il primo braccio si avrà quando l'angolo pistone/braccio sarà più chiuso possibile, o in posizione tutta retratta, o in quella tutta bassa, sempre con gli elementi del braccio (braccio e avanbraccio) chiusi.

In questa situazione (la peggiore) se io tento l'apertura del braccio, ci sarà sul triangolo braccio-pistone-telaio il massimo carico.

Se io misuro, per uno spostamento del dente di 10 mm (dove c'è la forza al dente) misurato sull'asse dente- cerniera più bassa (tra braccio e pistone, a seconda che il pistone sia sopra o sotto al braccio stesso), lo sostamento che dovrebbe fare il solo pistone del braccio per assecondare questo valore, posso valutare il rapporto tra gli spostamenti, e sapendo che le forze sono inversamente proporzionali agli spostamenti, anche la forza che si genera sul pistone del braccio quando al dente applichiamo il valore di massa operativa.

Lo stesso conto lo possiamo effettuare sul braccio, ipotizzando che quando spostiamo il dente non otteniamo questo spostamento intervenendo sul pistone, ma allungando/accorciando il braccio.

Dal rapporto di queste corse ricaveremo le forze in gioco, e così possiamo fare per ogni singolo lato di un triangolo, addebitando al lato sotto esame la deformazione che dovrebbe subire per garantire lo spostamento dei famosi 10 mm al dente.

Ricavati questi carichi, gli elementi braccio e pistone dovranno essere dimensionati per resistere a questi valori, caricati per pressoinflessione, nel caso in cui la lunghezza dell'asta pistone o quella del braccio siano maggiri di 10 volte la rispettiva sezione.

Che ne dite?

[bobmat]

Sono di nuovo qua, a pensare a voce alta...
Prendiamo ora in considerazione il secondo braccio, in relazione al primo.
Questi due bracci avranno, per necessità di utilizzo, una inclinazione relativa minima e massima.
La minima rasenta l'allineamento, ma per evitare angoli che creino poi sforzi eccessivi dei pistoni, penso non si debba andare oltre ai 150°-160°.
La massima non so, sicuramente inferiore ai 90°, ma di quanto non ho idea.
In questa cerniera ho visto che i pistoni vengono montati affiancati ai due bracci, collegando un punto intermedio di un braccio con un punto intermedio dell'altro.
In questa configurazione, i due bracci vengono sollecitati a flessione, e la sezione critica è rappresentata dalle posizioni di cerniera dei due pistoni; per cui la forma di questi bracci dovrà essere lenticolare, con sezione massima in queste posizioni, e decrescente verso le estremità; la sezione dovrà sopportare uno sforzo a flessione calcolato sempre come in precedenza, valutando la proporzione tra gli spostamenti, avendo cura di rilevarli nella posizione più svantaggiosa, dove cioè saranno più ridotti (inclinazione massima).
A questo punto possiamo dire che il primo braccio dovrà soddisfare queste due richieste, resistenza al carico di pressoinflessione individuato precedentemente, e resistenza al carico di flessione individuato ora nella sezione di collegamento dei pistoni primo braccio/secondo braccio.
Che ne pensate?
A presto...
P.S.: Nel forum degli escavatori gommati ho visto un mezzo col braccio completamente richiudibile molto interessante...ma dal video non ho veramente capito gran che'...

[bobmat]

Sono andato a fare un giro al SAIE, e chi era informato mi ha detto che i bracci sono probabilmente costruiti generalmente con materiale da 510 N/mmq, mentre, a titolo di paragone, gli sfili delle gru con materiale da 700 N/mmq.

[bobmat]

In fiera ho visto un solo escavatore con braccio triplo, della Cams Macchine, il CZ30 triplice; a differenza (non credo l'unica) del Bobcat, monta il pistone del primo braccio sotto (e quindi spinge di più a salire), quindi ha la zona soprastante il braccio libera, dove hanno posizionato il pistone del secondo braccio, del tutto simile al terzo braccio (che è come quasi tutti i bracci terminali degli escavatori), come architettura e disposizione pistone.
Il venditore mi ha detto che il primo braccio non necessita di molta forza, in quanto usato soprattutto per posizionamento; quindi è ininfluente se il pistone è sopra o sotto; il maggior sforzo nello scavo lo fanno l'ultimo braccio e la benna.
Voi cosa ne pensate?
C'è chi monta il pistone sopra e chi sotto il braccio; proprio nessuno conosce le motivazioni di queste scelte? nel caso del CZ30 triplice mi sembra evidente, scelte economiche per fare un braccio triplice con solo quattro pistoni; ma negli escavatori con braccio standard?