SINTESI DI STUDIO PER NUOVA CINEMATICA TAVOLE DI SOLLEVAMENTO A PANTOGRAFO

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1 SINTESI DI STUDIO PER NUOVA CINEMATICA TAVOLE DI SOLLEVAMENTO A PANTOGRAFO

2 PREMESSA. Questo studio deriva da un analisi di mercato a seguito delle numerose richieste dai nostri clienti di progettare sollevatori a pantografo elettromeccanici in alternativa a quelli che esistono già sul mercato. La problematica più grande di questi sistemi è quella di gestire la cinematica, in quanto quest ultima non è di tipo lineare ovvero le parti attuatrici (motori, cilindri pneumatici, cilindri oleodinamici etc.) lavorano in modo lineare mentre il pantografo per geometria risponde con uno sforzo non lineare rispetto alla sua corsa. Tale problematica non solo incide sulla difficile gestione della posizione della tavola ma anche di una scelta maggiorata della taglia delle potenze necessarie. Tutti i sistemi attuali per il sollevamento dei pantografi, fanno uso di cinghie o catene, tutti elementi soggetti a probabile rottura, oltre ad allungamenti sotto sforzo. Con il nuovo sistema da Noi ideato, si elimina l uso cinghie e catene, e si possono installare motorizzazioni di potenze inferiori rispetto alle attuali, ed ottenere un controllo lineare e quindi preciso della velocità di sollevamento e della corsa In sintesi, si otterrebbe un sollevatore di tipo lineare pur lasciando il beneficio di utilizzare la stabilità di un pantografo. Di seguito viene fatta prima una breve analisi sui sistemi a pantografo esistenti in commercio, e poi un confronto matematico tra un sollevatore a pantografo tradizionale ed il sollevatore a pantografo di nuova concezione. 2 / 11

3 PROBLEMATICHE PIÙ PECULIARI DEI SOLLEVATORI A PANTOGRAFO ATTUALI. In commercio esistono diversi tipi di sollevatori a pantografo di cui in seguito facciamo alcuni esempi con relative considerazioni tecniche. È da evidenziare che tutti i sistemi fino adesso utilizzati, presentano la stessa problematica, ossia occorre un elevata forza nella fase iniziale del sollevamento, per poi dopo diminuire. 1. Sollevamento di tipo oleodinamico. Questo sollevatore è il tipo tradizionale, nasce oleodinamico perché i cilindri possono essere inseriti all interno delle forbici ed inoltre in questa posizione si impone di erogare una forza molto elevata, per cui la soluzione oleodinamica per l erogazione della forza rappresenta la migliore scelta. Le problematiche che rappresenta il sistema, sono le seguenti: 1) Elevato sforzo iniziale; 2) Elevata potenza elettromeccanica da installare sulle centraline oleodinamiche; 3) Movimento verticale non lineare; 4) Ambienti industriali dove non è ammessa la presenza di olio sugl impianti. 3 / 11

4 2. Sollevamento di tipo elettromeccanico a cinghie Questo sollevatore a pantografo è stato ideato in alternativa a quelli con cilindri oleodinamici. Si pensava di inserire un encoder sul motore per controllarne la posizione in altezza, ma purtroppo anche questo sistema, pur avendo un motore elettrico con inverter ed encoder, risulta inefficace per il corretto posizionamento in altezza, in quanto l avanzamento lineare del motore non corrisponde ad un avanzamento lineare del sollevamento, come dimostrato in seguito con un diagramma. Le problematiche che rappresenta il sistema, sono le seguenti: 1) Elevato sforzo per iniziare il sollevamento; 2) Installazione di una potenza anche 4 volte superiore a quella occorrente; 3) Installazione di un controllo di potenza superiore; 4) Elevato sforzo di trazione sulle cinghie; 5) Nessuna proporzione tra avanzamento motore e sollevamento verticale. 4 / 11

5 3. Sollevamento di tipo elettromeccanico con catena rigida Questo sollevatore a pantografo ha una caratteristica molto particolare, ossia la forbice ha solo la funzione di guidare la tavola superiore, quindi non è del tipo portante, mentre il sollevamento avviene tramite una catena rigida con maglie che riescono ad impilarsi e a diventare come una colonna di acciaio. Con questo sistema si riescono ad installare motorizzazioni di potenza inferiore rispetto ai precedenti sistemi, a ad avere un controllo lineare del sollevamento a mezzo encoder montato sul motore. Purtroppo questo tipo di sistema presenta tre tipi di anomalie che ne fanno diminuire l affidabilità: 1) La catena verticale subisce una sollecitazione a carico di punta per cui il rapporto altezza sezione non soddisfa i criteri dalla scienza delle costruzioni e la catena potrebbe inflettersi lateralmente e cedere sotto il carico; 2) Alla catena occorre una zona di accumulo quando la tavola è bassa, e quanto maggiore è la corsa, maggiore è la quantità di catena da accumulare; 3) E levata rumorosità nella fase di sollevamento e discesa, dovuta alle maglie di cui è costituita la catena. 5 / 11

6 CONFRONTO MATEMATICO TRA SISTEMI ELETTROMECCANICI Di seguito sarà fatto un confronto matematico tra un tradizionale sistema di sollevamento a pantografo ed il sistema da Noi studiato. Dati tecnici di partenza: Sollevare un carico di 1000 kg con una corsa di sollevamento di 1500 mm in un tempo di 10 sec. Diagrammi della proporzionalità Motore / Sollevamento La prima analisi è stata eseguita sulla proporzionalità dell avanzamento motore e relativo sollevamento, e si evince quanto segue: DIAGRAMMA SPOSTAMENTO IN QUOTA IN FUNZIONE DIAGRAMMA DELL AVANZAMENTO SPOSTAMENTO DEL IN QUOTA MOTORE IN FUNZIONE SISTEMA DELL'AVANZAMENTO TRADIZIONALE MOTORE Dal diagramma si evince che nel caso di un pantografo tradizionale, l avanzamento del motore non produce un sollevamento lineare ossia alla partenza il sistema è molto veloce e in seguito rallenta; Invece, nel caso da noi studiato esiste una proporzionalità lineare tra avanzamento motore e sollevamento, come dimostrato dal diagramma a lato DIAGRAMMA SPOSTAMENTO IN QUOTA IN FUNZIONE DIAGRAMMA DELL AVANZAMENTO SPOSTAMENTO IN DEL QUOTA MOTORE IN FUNZIONE DELL'AVANZAMENTO SISTEMA NUOVO MOTORE 6 / 11

7 Diagrammi della proporzionalità della velocità Eseguendo l analisi sul controllo della velocità ne segue che i sistemi tradizionali non riescono ad avere una velocità costante nel sollevamento in quanto i motori sono applicati a sistemi di leve che ne trasferiscono al sollevamento velocità istantanee, per cui come si evince dal diagramma in un tempo di 10 sec. parte con una velocità elevata fino a rallentare, e neanche in modo lineare DIAGRAMMA DELLA VELOCITA ISTANTANEA DISGRAMMA SISTEMA TRADIZIONALE DELLE VELOVITA' 2,00 4,00 6,00 8, ,00 Nel sistema di nuova concezione, la velocità resta costante a meno delle fasi di avvio e stop DIAGRAMMA DELLA VELOCITA COSTANTE DISGRAMMA SISTEMA DELLE NUOVO VELOCITA' 2,00 4,00 6,00 8, ,00 7 / 11

8 Diagrammi della proporzionalità del lavoro in sollevamento Dai diagrammi si evince che il lavoro eseguito dai sistemi tradizionali a pantografo non può essere considerato un lavoro di tipo lineare ma si deve parlare di lavoro istantaneo, ovvero il lavoro necessario per elevare la quota di una quantità h. DIAGRAMMA DEL LAVORO DIAGRAMMA SISTEMA TRADIZIONALE DEL LAVORO SFORZO / ALTEZZA Nel sistema di nuova concezione il lavoro è costante, con le ovvie considerazioni. DIAGRAMMA DEL LAVORO DIAGRAMMA SISTEMA DEL NUOVO LAVORO SFORZO / ALTEZZA / 11

9 Diagrammi dell accelerazione Come già notato nei diagrammi della velocità, i sistemi tradizionali non hanno una velocità costante, per cui si devono considerare accelerazioni istantanee in quanto il sistema varia la velocità di sollevamento per ogni infinitesimo, a meno della partenza che impone un accelerazione per la messa in marcia. DIAGRAMMA DELL ACCELERAZIONE SISTEMA TRADIZIONALE DISGRAMMA ACC./ DECEL. ISTANTANEE 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 2,00 4,00 6,00 8, ,00 Nel nuovo sistema da noi studiato si ha solo l accelerazione in partenza e la velocità resta costante. DIAGRAMMA DELL ACCELERAZIONE DISGRAMMA SISTEMA ACC./ NUOVO DECEL. ISTANTANEE 0,16 0,14 0,12 0,10 0,08 0,06 0,04 0,02 2,00 4,00 6,00 8, ,00 9 / 11

10 Diagrammi della potenza Come già notato nei diagrammi del lavoro, i sistemi tradizionali non esprimono una costante, per cui anche la potenza necessaria al movimento non è di tipo lineare e quindi occorre installare delle motorizzazioni di potenza elevata soprattutto nella fase di partenza dal basso. DIAGRAMMA DELLA POTENZA ISTANTANEA SISTEMA TRADIZIONALE DIAGRAMMA POTENZA ISTANTANEA ,00 4,00 6,00 8, ,00 Nel sistema di nuova concezione l espressione della potenza è una costante proporzionale, per cui si è certi del funzionamento della macchina. DIAGRAMMA DELLA POTENZA SISTEMA NUOVO DIAGRAMMA DELLA POTENZA ISTANTANEA ,00 4,00 6,00 8, ,00 10 / 11

11 CONCLUSIONI In conclusione, sulla base dell esempio riportato, a meno delle inerzie tipiche del sistema, possiamo affermare i seguenti risultati. Sistema tradizionale: 1) Potenza resistente max di kw; 2) Velocità variabile in modo non lineare da 0.51 m/s a 0.15 m/s; 3) Spazi uguali percorsi in tempi diversi; 4) Nessuna possibilità di controllo tramite encoder sul motore; 5) Nessuna costante di proporzionalità tra avanzamento motore e corsa di sollevamento. Sistema nuovo: 1) Potenza resistente costante di 2.00 kw; 2) Velocità media di 0.15 m/s; 3) Spazi uguali percorsi in tempi uguali; 4) Possibilità di controllare il sollevamento con encoder montato su motore; 5) Costante di proporzionalità tra avanzamento motore e corsa di sollevamento. In sintesi, il sistema da Noi ideato permette non solo l installazione di potenze inferiori, ma anche consentire il controllo esatto della posizione, in quanto non sono presenti organi di trasmissione deformabili e non esistono variazioni di posizione incostanti. Inoltre si ha anche un beneficio da un punto di vista energetico con l installazione di sistemi di controllo di potenza inferiore. 11 / 11