Braccio macchina escavatrice

ALMA MATER STUDIORUM - UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI BOLOGNA
SECONDA FACOLTA’ DI INGEGNERIA
CON SEDE A CESENA
CORSO DI LAUREA
IN INGEGNERIA MECCANICA
Sede di Forlì
ELABORATO FINALE DI LAUREA
In Disegno Tecnico Industriale
STUDIO DI MASSIMA DI UN BRACCIO PER UNA MACCHINA
ESCAVATRICE “ALL ROUND”
CANDIDATO
Luca Camurani
RELATORE
Prof.Ing. Luca Piancastelli
CORRELATORE
P.Ind. Christian Fabbri
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Anno Accademico 2003/2004
Sessione II
OBIETTIVO DELLA TESI
STUDIO DI MASSIMA DI UN BRACCIO PER UNA MACCHINA
ESCAVATRICE “ALL ROUND”
• Nuova macchina escavatrice compatta “all round” sulla quale montare
un nuovo braccio articolato.
• Necessità di espandere le geometrie di scavo rispetto alla versione
precedente.
• Ridurre il più possibile gli ingombri della parte rotante dell’escavatore.
FASI DELLO STUDIO
• Analisi delle possibili tipologie di braccio da impiegare
• Individuazione del modello che soddisfa al meglio le caratteristiche
funzionali e strutturali richieste
• Studio di massima dei vari componenti impiegati
• Analisi strutturale delle parti principali
• Studio dei cinematismi degli assemblati che compongono il braccio
• Definizione delle geometrie di scavo in fase di rotazione e di
traslazione.
CARATTERISTICHE DELL’ESCAVATORE
“ALL ROUND”
• Macchina compatta la cui parte
superiore rotante non supera la
larghezza del telaio
• Costruito inizialmente in
versione cingolata con braccio
monoblocco
• Cingolatura metallica o in
gomma
• Nuova versione gommata da
allestire con il nuovo braccio
articolato.
TIPOLOGIE DI BRACCIO
FISSO
A COLONNA
ROTANTE
MONOBLOCCO
ARTICOLATO
MOTIVI DI SCELTA DEL BRACCIO
ARTICOLATO
• Geometria di scavo più ampia rispetto a quella ottenibile
con un braccio monoblocco delle stesse dimensioni.
• Ingombri radiali minimi in fase di rotazione a braccio
chiuso anche durante il trasporto di materiale.
• Possibilità di avere una macchina bilanciata anche con il
braccio completamente sollevato.
ITER DI REALIZZAZIONE DEI BRACCI
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Progetto.
Taglio delle lamiere con pantografo al plasma.
Sabbiatura.
Piegatura robotizzata.
Assemblaggio delle parti.
Saldatura robotizzata.
Foratura ed alesaggio delle sedi per i perni.
Smerigliatura.
Verniciatura.
PRINCIPALI COMPONENTI DEL
BRACCIO ARTICOLATO
Colonna di rotazione
Braccio n° 1
Braccio n° 2
Braccio di penetrazione
COLLEGAMENTO FRA LE PARTI
E LUBRIFICAZIONE
Foro per il passaggio
del lubrificante
Ingrassatore
Esempio di perno con
sistema di bloccaggio
radiale a ferma-perno
e bloccaggio assiale con
rosetta e dado autobloccante
SISTEMA A BOCCOLE E DISTANZIALI
INSERITO NELLE SEDI PER I PERNI
Materiale: 20MnCr5 UNI 7846
Trattamento termico:
Cementazione+Tempra+Rinvenimento a 160°C
Profondità di cementazione 0,6 - 0,8 mm
Durezza superficiale 58 - 61 HRC
Gruppo distanziale,
boccole e tenute
Scanalatura per
il passaggio del
lubrificante
Distanziale con
fori radiali
Diametro interno con tolleranza r6
(gioco con perno in c8)
Diametro esterno con tolleranza H8
(interferenza con sede in H7)
COLONNA DI ROTAZIONE
Assemblato di parti in acciaio:
• S 235 JRG2 UNI EN 10025
• S 355 J2 G3 UNI EN 10025
• Consente al braccio
di ruotare di 120°
rispetto al telaio della
macchina.
Braccio n°1
Cilindro
di sollevamento
Telaio
Cilindro
di rotazione
ANALISI STRUTTURALE DEL BRACCIO
BRACCIO 1
n =1.68
Verificati con i carichi generati
dai cilindri oleodinamici alimentati
alla pressione di picco fornita dalla
pompa:
P max = 260 bar
BRACCIO 2
n =1.94
BRACCIO PENETRAZIONE
n =1.61
ELEMENTI DEL CINEMATISMO DI
MOVIMENTO DELLA BENNA
BIELLA
BISCOTTI
Sinistro
Interasse :
425 mm
Fori per collegamento
gancio di sollevamento
Destro
n = 1.74
n = 1.69
ASSEMBLATO TRIPLICE SNODO
• Braccio n°1 da 2100 mm
• Braccio n°2 da 1900 mm
• Cilindro di sollevamento
corsa : 995 mm
stelo : Ø 70 mm
• Cilindro posizionatore
corsa : 540 mm
stelo : Ø 60 mm
ANGOLI CARATTERISTICI DEL TRIPLICE
SNODO
• Angolo compreso fra i due
bracci:
Variabile da 79° a 151°
• Angolo di rotazione primo
braccio:
Totale 132° con escursione
max di 116° rispetto al suolo
ASSEMBLATO BRACCIO DI
PENETRAZIONE
• Gruppo benna nelle posizioni di massima
e minima apertura della benna.
• Benna standard da 600 mm
• Cilindro oleodinamico di movimentazione:
- stelo Ø50 mm
- corsa 785 mm
ANGOLI CARATTERISTICI DEL BRACCIO
DI PENETRAZIONE
Valori relativi all’impiego di:
• Braccio da 1600 mm
• Biella da 425 mm
• Benna standard
ASSEMBLATO ESCAVATORE CON
BRACCIO ARTICOLATO
• Larghezza macchina: 2150 mm
( relativa alla lama).
• Passo: 2000 mm
• Peso in ordine di marcia: 7600 Kg
ESCAVATORE COMPLETO CON NUOVO
BRACCIO ARTICOLATO
NUOVA VERSIONE GOMMATA
CON BRACCIO ARTICOLATO
VERSIONE CINGOLATA STANDARD
CON BRACCIO MONOBLOCCO
TRASLAZIONE LATERALE DEL BRACCIO
A SINISTRA
CENTRATO
A DESTRA
CARATTERISTICHE DI SCAVO SX8M
Confronto fra le caratteristiche di
scavo dell’escavatore “all round”
con braccio articolato o monoblocco
BRACCIO
BRACCIO
ARTICOLATO MONOBLOCCO
B. PENETR.
1600 mm
1600 mm
A
8080
7150
B
6290
5370
C
3210
2950
D
6600
5750
Ra
930
980
Rp
1025
1025
CONCLUSIONI
Variazione delle geometrie di scavo con il nuovo braccio :
• Sollevamento massimo………………………………+ 13 %
• Profondità di scavo………………………………….+ 8,8 %
• Distanza di attacco al suolo………………………..+ 14,8 %
• Raggio di rotazione a braccio chiuso………………..- 5,3 %
Variazione in massa :
+ 8,6 %
Variazione dei costi :
+ 13 %