Il brevetto è interamente riassunto nei paragrafi precedenti, e non è incluso nessun ulteriore dettaglio o disegno tecnico riguardante gli elementi gonfiabili, il sistema di movimentazione o quello di blocco. Il contenuto del brevetto è essenzialmente quello di fornire l’idea di base su come si potrebbe partire a progettare un nuovo tipo di filtropressa, rimane pertanto al progettista l’intero compito di concepire e realizzare questo nuovo tipo di macchina, reperendo e dimensionando i componenti necessari. Nel brevetto si afferma che gli elementi gonfiabili possono essere riempiti con aria, acqua o altri fluidi generici, nel presente lavoro di tesi è stato preso in considerazione il solo riempimento con acqua, per ovvie ragioni di sicurezza nei confronti dell’operatore. La filtropressa è rimane per la maggior parte del tempo di funzionamento e inoltre richiede la costante presenza dell’operatore anche quando dotata di sistema automatico di movimentazione e lavaggio, pertanto i requisiti di sicurezza non possono essere trascurati, e a maggior ragione deve essere considerato ogni possibile rischio.
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Elementi gonfiabili
Parte importante del lavoro di tesi è stata dedicata alla definizione delle carat- teristiche e al reperimento di idonei elementi gonfiabili, denominati in seguito anche cuscini gonfiabili, idonei all’utilizzo sulla macchina. In particolare si sotto- linea che l’aspetto principale dell’uso dei cuscini è quello di una riduzione dei costi, il cilindro ad alta pressione, l’olio, il circuito dell’olio e la centralina di controllo sono elementi molto costosi. La filtropressa è normalmente prodotta su commessa, pertanto nella ricerca degli elementi gonfiabili, con lo scopo di mantenere sempre ragionevoli costi di sviluppo del prodotto e del prototipo, si è cercato di identificare prodotti già industrializzati e presenti sul mercato da poter adattare allo scopo. A suddetti elementi gonfiabili sono inoltre richieste performance notevoli in termini di pressione massima, cicli di lavoro, tenuta, e tempo di utilizzo continuativo in pressione. Dopo numerose ricerche sono stati identificati due tipi di cuscini esistenti con le caratteristiche il più possibile simili a quanto richiesto.
• Cuscini divaricatori per cava: presenti di varie forme e dimensioni (anche particolarmente grandi), normalmente gonfiati con aria fino a pochi bar (massimo 8 bar solo per alcuni modelli e per corse estremamente limitate), vengono utilizzati per l’operazione di sbanco dei blocchi.
• Cuscini di sollevamento: sono principalmente utilizzati in situazioni di emer- genza per il sollevamento di autoveicoli, detriti, movimentazioni eccezionali e sono normalmente in dotazione ai vigili del fuoco. Data la robustezza e la semplicità di utilizzo, in alcuni casi sono utilizzati in applicazioni industriali.
Sono state contattate aziende di entrambi i settori, spiegando le caratteristiche tecniche richieste dal problema, e cercando di ottenere valutazioni inerenti l’uti- lizzo dei prodotti esistenti, oppure soluzioni personalizzate realizzate su misura. I cuscini divaricatori per cava sono utilizzati fino ad una pressione massima di 8 bar, la corsa che si ottiene con questi cuscini è elevata, a scapito però della pressione massima di esercizio, che al massimo della corsa risulta essere pari a 2-3 bar , anche considerando soluzioni personalizzate le caratteristiche tecniche di questi cuscini sono largamente insufficienti. Le caratteristiche tecniche più promettenti sono quelle dei cuscini di sollevamento ad aria. Il motivo riguarda i maggiori coefficienti di sicurezza e i materiali con cui sono realizzati, anche in termini di usura e durabilità. Nei paragrafi successivi sono descritte più nel dettaglio le caratteristiche tecniche e l’impiego di tali cuscini di sollevamento.
5.1
Cuscini di sollevamento
Come già accennato sono normalmente utilizzati in situazioni eccezionali o di emergenza, in genere vengono gonfiati con aria e il gonfiaggio viene normalmente
Università di Pisa 5. ELEMENTI GONFIABILI
gestito da un opportuno controller. Sono alimentati da una bombola di aria in pressione a 200 bar, collegata al controller con un riduttore di pressione a 8 bar (la pressione nominale di esercizio). Il controller è dotato di uscite multiple per l’eventuale controllo di più cuscini in serie, fino ad un massimo di tre senza ulteriore supporti. I cuscini di sollevamento sono costruiti secondo la norma EN 13731, la quale prevede per tali cuscini una pressione di scoppio minima garantita pari a 4 volte quella di utilizzo, quindi un cuscino normalmente utilizzato a 8 bar ha una pressione minima di scoppio garantita di 32 bar. I cuscini sono testati quindi a pressioni molto maggiori di quella di utilizzo, e in fase di test, per ragioni di sicurezza vengono gonfiati con acqua. Il fatto che possano essere gonfiati indipendentemente con aria o acqua è un requisito molto importante perché nell’utilizzo previsto sulla filtropressa è imprescindibile il gonfiaggio con acqua per motivi di sicurezza. I cuscini sono realizzati con materiale composito costituito da gomma SBR rinforzata con fibre aramidiche. Le caratteristiche tecniche dei cuscini di sollevamento sono riassunte nella tabella 7, naturalmente gli intervalli indicati fanno riferimento ai differenti modelli reperibili in commercio.
Per ogni modello di cuscino è possibile costruire una curva che riporta la capacità di sollevamento massima del cuscino in funzione della corsa. Questo è dovuto al fatto che fissata la pressione massima all’interno del cuscino, la forza di sollevamento che è in grado di esercitare dipende dall’area di contatto del cuscino con la superficie sollevata; ipotizzando le superfici di appoggio perfet- tamente piane, l’area è funzione della corsa del cuscino. Un grafico qualitativo dell’andamento della capacità di sollevamento in funzione della corsa è riportato in figura 47. In particolare si nota che quando viene raggiunto il massimo della corsa del cuscino la capacità di sollevamento è ridotta a zero, perché in questa condizione l’area di contatto del cuscino con la superficie da sollevare è nulla.
Figura 47: Grafico qualitativo della capacità di sollevamento in funzione della corsa
Tabella 7: Caratteristiche tecniche dei cuscini di sollevamento normalmente presenti in commercio
Pressione nominale di esercizio [bar] 8-10 Pressione di test [bar] 12-16 Pressione di scoppio minima[bar] 32-40 Dimensione del lato (forma quadrata) [mm] 150-1000 Coefficiente di sicurezza [] 4
Massima corsa [mm] 90-550
Capacità di sollevamento [t] 1-70