Miglioramento movimento a cremagliera di macchinario esistente

Kaji

Utente Standard
Professione: Disegnatore CAD e progettista meccanico
Software: PTC Modeling 20.1 PE2 CdM, pochissimo Inventor
Regione: Emilia Romagna
Salve nel dispositivo in immagine di cui occorre rifare i bracci viola, mi è stato chiedo anche di migliorare il movimento perché "faticoso".
I due cilindri al centro aprendosi spostano verso destra le cremagliere e fanno ruotare i bracci che si richiudono.
Chiedo scusa per la scarsa competenza con la quale tratto l'argomento ma posso ipotizzare che il punto debole del movimento sia dovuto allo scarso braccio di potenza che corrisponde al raggio primitivo della ruota dentata quindi possibili miglioramenti non troppo invasivi potevano essere: montare ruote più grandi aumentando così il braccio di spinta, tanto lo spazio per cilindri aventi corsa maggiore c'è, e poi mettere delle contromasse sul braccio in modo da rendere più omogenea la rotazione.

Bracci aperti.JPG


Un'altra soluzione ma più invasiva potrebbe essere mettere al posto dei cilindri che spingono le cremagliere due cilindri che aprono direttamente i bracci, il problema è che in posizione di chiusura il cilindro risulterebbe con un braccio minimo dati gli ingombri e poi lavorerebbe di fatto sempre lato stelo; mi chiedevo se c'erano altri movimenti con cilindri che potevano essere vantaggiosi tenendo conto che gli assi di rotazione dei bracci sono fissi e che gli ingombri in configurazione bracci chiusi, devono essere contenuti nel rettagonolo biancoBracci chiusi.JPG
 

welcome to the machine

Utente Junior
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Bel lavoro. Ad occhio mi immagino questa attrezzatura attaccata ad un robot, con i due bracci che vanno a prendere un pallet o altro quando i gripper centrali non lavorano. Non è facile trovare un modo per dare più coppia e un buon controllo del movimento sui due fulcri...Tu hai già pensato ad aumentare i Dp delle ruote dentate ( per le contromasse la vedo più difficile, hai poco spazio per dar loro un braccio di leva efficiente) e altre strade non sono...ovvie. Che Dp hanno le ruote e che alesaggio i cilindri? sembrerebbe intorno a 100 Dp e 40 Dn. Provo a lavorarci un po' e vedo se viene qualcosa di presentabile
 

exxon

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Servono le dimensioni. I cilindri sono pneumatici oppure oleodinamici? Con che forza devono chiudere in punta? Puoi convertire il movimento a cilindri con un movimento elettrico (motore + riduttore)? Velocità operativa? Angolo totale di sbraccio?
 

antonio_sc

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Ciao,
-alleggerire ulteriormente i bracci modificando semplicemente il materiale o effettuando semplici modifiche alla geometria non è una soluzione praticabile?
-Aumentare la pressione in mandata/modificare o sostituire i cilindri?

poi mettere delle contromasse sul braccio in modo da rendere più omogenea la rotazione
In tal caso quale margine d'ingomrbo hai?
C'è la possibilità di installare molle pneumatiche o altro?
 

welcome to the machine

Utente Junior
Professione: project leader
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Regione: Lazio
I bracci non devono stringere niente in punta, secondo me. Portano solo in posizione le due leve che si vedono in basso nell'immagine, azionate a loro volta da quei due cilindretti.
I cilindri sono sicuramente ad aria.
Gli spazi disponibili, Antonio, sembrano essere quelli all'interno del rettangolo della seconda immagine e vedo poco spazio per mettere delle molle pneumatiche a lavorare con un angolo di oltre 90°.
Sarebbe interessante sapere il tempo che si ha a disposizione per aprire/chiudere questi bracci.
 

meccanicamg

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La forte irregolarità di moto è dovuta al fatto che la distanza di applicazione della forza peso del braccio varia in rotazione.
Quando il braccio è orizzontale ci vuole molta coppia per accompagnarlo verso in basso dove arriva che basta poca coppia per trattenere il moto.
Aumentando il diametro primitivo del pignone aumenti la coppia di movimentazione disponibile però non migliori sensibilmente la qualità del movimento.
Io, in una applicazione simile, con 5000kg su un braccio di 800mm ho messo un bel riduttore epicicloidale con rapporto 2500 e un motore asincrono frenato (stazionamento).
Nella fase dove devo vincere la forza peso erogo corrente, mentre nell'altra fase uso i condensatori di frenatura dell'inverter per tenere il carico e tutto risulta parecchio omogeneo.
 

Kaji

Utente Standard
Professione: Disegnatore CAD e progettista meccanico
Software: PTC Modeling 20.1 PE2 CdM, pochissimo Inventor
Regione: Emilia Romagna
Grazie a tutti per le risposte

Bel lavoro. Ad occhio mi immagino questa attrezzatura attaccata ad un robot, con i due bracci che vanno a prendere un pallet o altro quando i gripper centrali non lavorano.
Sì penso sia così ,lo studio me lo hanno mostrato ieri chiedendomi solo di ottimizzarlo e poco a poco mi vengono date più nozioni; i cilindri sono pneumatici stelo che fanno il movimento sono pneumatici alesaggio 50 e corsa rispettivamente 50 e 25,alimentati a 10 bar grazie ad un moltiplicatore di pressione (il circuito è a 6) mentre quelli piccoli servono solo a premere la "falda" cioè un foglio sopra il pallet.
Il movimento totale dei bracci è di 100° partendo da una posizione di 3,1° al di sopra dell'orizzontale.

Oggi mi hanno detto che il problema principale è l'oscillazione finale dei bracci in fase di apertura dovuta all'inerzia, quindi secondo loro è sufficiente migliorare il braccio aumentanto il diametro della ruota dentata.
Ho provato anche a suggerire uno smorzatore ma chi decide non è nell'intenzione di aggiungere componenti, quindi la soluzione impostami sarà mettere due ruote di 54 m2 al posto di quelle da 36 e cambiare la corsadei cilindri che sono due perché c'è anche una fase intermedia, anche se personalmente ritengo che una volta che si è obbligati a cambiare i cilindri si possono montare due cilindri da 63 invece che da 50.

Infine proverò ad ottimizzare in qualche modo la forma dei bracci cercando di tenere il baricentro sempre dalla stessa parte di un ipotetico asse verticale in modo che l'andamento della resistenza sia monotono.

Per me il problema di fondo è che il movimento è "illogico" in quanto si ha un braccio della potenza sempre uguale mentre il braccio della resistenza cala drasticamente, quindi per me sarebbe opportuno avere molto braccio quando il baricentro è lontano dal centro e poco quando si avvicina; però quando cerco di proporre movimenti a me familiari (vengo dalle perforatrici idrauliche) mi viene sempre detto che la pneumatica è molto diversa dall'oleodinamica perché con l'aria comprimibile non si possono far muovere due cilindri insieme come invece avviene per l'oleodinamica grazie ai divisori di flusso.
 

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l'obiezione che ti hanno posto riguardo alla differenza tra il controllo che puoi avere di due cilindri pneumatici rispetto a quello di due cilindri idraulici è ovvia - vincerebbe il premio G.A.C., acronimo che qui non posso spiegare....- ma non ho capito che c'entra con la soluzione del problema. Ne è invece la causa e io risponderei a chi lo ha progettato : " Se sapevi tutte queste cose, perché mai ci hai messo due cilindri pneumatici a fare questo lavoro?"
 

antonio_sc

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Oggi mi hanno detto che il problema principale è l'oscillazione finale dei bracci in fase di apertura dovuta all'inerzia
Se proprio non si vuole rinunciare alla pneumatica per applicazioni del genere ci sono dei sistemi idraulici per frenare/stabilizzare il movimento,come quello in figura:

1550335667656.png

Si tratta però pur sempre di una soluzione ibrida di stabilizzazione del moto..

perché con l'aria comprimibile non si possono far muovere due cilindri insieme come invece avviene per l'oleodinamica grazie ai divisori di flusso
No...ma se ricorri alla meccanica puoi far muovere i due bracci insieme con un solo cilindro pneumatico (in teoria:D)...

 

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non avevo visto le ventose nella seconda immagine e immaginavo che i bracci prendessero il pallet, invece pare che servano solo ad estendere la posizione dell'altra coppia di cilindri, quelli che prendono le interfalde. Quindi anche le sollecitazioni saranno abbastanza relative. Tuttavia se i cilindri che azionano le cremagliere hanno corsa totale 50+25=75 e determinano un angolo di 100°, significa che il raggio delle ruote è circa 43. Se i cilindri lavorano a 10 bar, nel caso migliore avrai 8 Kgm di coppia. Non mi meraviglio che i bracci vadano un po' dove gli pare... Se cambi le ruote da 36 a 54 arrivi a 12 Kgm. Con tutte le inefficienze intrinseche di un cinematismo così , non mi aspetterei un grande miglioramento , ma non conosco il peso dei bracci, quindi posso sbagliare.
 

exxon

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Con due servomotori da 400 W (quadro da 60 mm) e riduttori epicicloidali 1/250, si fa il posizionamento in meno di un secondo con 5 volte la coppia e togliendo ogni oscillazione grazie al controllo della dinamica direttamente dal driver.

Per non scegliere una soluzione così ovvia servono motivazioni veramente forti...
 

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devi dire al tuo cliente che se mette due motori spende qualcosa di più - forse- ma si toglie dai problemi. Non è un lavoro da cilindri e, come dici tu, quel cinematismo è "illogico"
 

Kaji

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Non credo ci sia possibilità preconcettuale per sostituire i cilindri con servomotori anche se un altro motivo per il quale sarebbe la scelta giusta è che di fatto il movimento ha 4 posizioni: bracci chiusi, aperti 72°, aperti 88.5° ed aperti 100°, ma non so le ragioni per le quali non vogliono cambiare concettualmente il movimento.

Detto questo forse posso un po' di pressione sulla soluzione "ibrida" mostrata in figura, ma essendo privo di
sufficienti nozioni di pneumatica alcune cose mi sfuggono:
Cilindro strozzato.JPG
Le linee nel secondo cilindro cosa indicano di preciso, poi capisco la valvola strozzatrici unidirezionale ma l'accumulatore con precompressione che funzione ha di preciso accumulare energia e poi restituirla?
Infine dato che nel mio caso il movimento da stabilizzare è quello di chiusura del cilindro l'unidirezionalità della valvola strozzatrice deve essere invertita?
Grazie comunque per l'aiuto ed i suggerimenti.
 
Ultima modifica:

antonio_sc

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Professione: Ingegnere Meccanico
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Le linee nel secondo cilindro cosa indicano di preciso, poi capisco la valvola strozzatrici unidirezionale ma l'accumulatore con precompressione che funzione ha di preciso accumulare energia e poi restituirla?
Ciao,non credo sia un simbolo normato ma indica la presenza di fluido idraulico nella camera lato stelo (ma vi sarà necessariamente anche nell'altra camera).

l'accumulatore con precompressione che funzione ha di preciso accumulare energia e poi restituirla?
Serve a compensare possibili variazioni di volume d'olio dovute a trafilamenti e variazioni di temperatura (in casi diversi dal tuo suppongo)..

Infine dato che nel mio caso il movimento da stabilizzare è quello di chiusura del cilindro l'unidirezionalità della valvola strozzatrice deve essere invertita?
Esattamente...il principio è comunque lo stesso...
 

Kaji

Utente Standard
Professione: Disegnatore CAD e progettista meccanico
Software: PTC Modeling 20.1 PE2 CdM, pochissimo Inventor
Regione: Emilia Romagna
Ok grazie di tutto, domani in teoria ci installano il PDM ed io dovrei fare da tester, comunque appena ho un minuto proporrò la soluzione che così gentilmente mi hai suggerito e proverò anche a contattare rappresentante Metalwork che dovrebbe avere sia soluzioni pneumatiche che idrauliche
Comunque mi è venuto in mente, ma una volta trasformato scelta la soluzione ibrida pneumatica-idraulica, non si possono montare valvole overcenter per controllare il carico in caduta, così come si fa in oleodinamica?
Grazie ancora
 
Ultima modifica:

antonio_sc

Utente Junior
Professione: Ingegnere Meccanico
Software: PTC Creo Parametric
Regione: Campania
In teoria si può fare, non so se conviene economicamente (in linea di massima è senz'altro più sicuro e garantisce un maggior controllo utilizzare una overcenter rispetto ad uno strozzatore, ma ritengo sia più costoso e se i carichi non sono eccessivi forse il gioco non vale la candela ...) ... ma sarai sicuramente più esperto tu di oleodinamica (avendo avuto a che fare con perforatrici idrauliche) e sono sicuro saprai valutare opportunamente ;)
 

brn

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Professione: disegnatore
Software: solidworks 2020
Regione: lombardia
Con due servomotori da 400 W (quadro da 60 mm) e riduttori epicicloidali 1/250, si fa il posizionamento in meno di un secondo con 5 volte la coppia e togliendo ogni oscillazione grazie al controllo della dinamica direttamente dal driver.

Per non scegliere una soluzione così ovvia servono motivazioni veramente forti...
direi principalmente il costo. e poi forse gli ingombri.
ps immagino i bracci siano in alluminio?
cmq le soluzioni ovvie le hai indicate: aumentare l'alesaggio dei cilindri, aumentare il Dp delle ruote, ridurre il peso.idea buttata li... mettere uno stadio di riduzione dopo la cremagliera (ovviamente devi aumentare la corsa dei cilindri) per aumentare la coppia sul braccio?
 

exxon

Utente Junior
Professione: engineer
Software: inventor
Regione: veneto
direi principalmente il costo.
No, no...

Servomotore 400 W completo di driver vettoriale programmabile 216.61 Euro.
Riduttore 1/32 quadro 60 mm (due stadi) per prima riduzione 78.34 Euro.
Riduttore 1/8 quadro 60 mm (singolo stadio) per seconda riduzione 62.51 Euro.
Due finecorsa 12.22 Euro (la coppia)
Totale 369.68 Euro per braccio.
Per il montaggio basta un foro centrale per il perno e quattro laterali per le viti.

Quanto costa tutto l'ambaradan di un sistema misto oleo-pneumatico, attuatori, cremagliere, corone dentate, guide di sostegno, contrappesi, tubi, raccordi, valvole, pompe, serbatoi e compagnia? Altro che 370 Euro...
 

brn

Utente Junior
Professione: disegnatore
Software: solidworks 2020
Regione: lombardia
mi riferivo al solo sistema di partenza pneumatico.
mi sembrano un po bassini i prezzi indicati, sopratutto sul servo, visto che hai un prezzo preciso mi sai
dire la marca che consideri?