ƒ Le tipologie e le dimensioni delle pelli movimentate all’interno della conceria;

Capitolo 2 - DEFINIZIONE SPECIFICHE SPREADER

2.1. Specifiche iniziali Spreader

2.1.1. Dati acquisiti da visite presso una ditta operante nel settore della lavorazione delle pelli Per poter determinare le caratteristiche dimensionali e funzionali dello spreader, deve essere analizzata la macchina di processo alla quale il dispositivo si interfaccerà; sono state quindi eseguite delle visite presso una conceria per rilevare:

ƒ Le tipologie e le dimensioni delle pelli movimentate all’interno della conceria;

ƒ La modalità di posizionamento delle pelli sul trasportatore a fili della macchina;

ƒ Le dimensioni della macchina per la verniciatura delle pelli;

ƒ La velocità lineare dei fili del trasportatore (v

).

2.1.1.1. Modalità di movimentazione delle pelli fino alla zona di carico

All’interno della conceria le pelli sono posizionate su pallet (1400 x 1600) e trasportate tramite l’utilizzo di carrelli elevatori (Fig. 2.1); per consentire una loro veloce e sicura movimentazione, i gropponi hanno dimensioni poco superiori alle dimensioni del piano del pallet.

Le mezzine sono caricate su più pallet uno sopra l’altro in modo da evitare che il lembi cadenti tocchino per terra.

Figura 2.1 – Modalità di posizionamento pelli nella zona di carico

2.1.1.2. Dimensioni delle pelli movimentate all’interno della conceria

Eseguendo misure sulle pelli presenti nella conceria durante le visite e acquisendo informazioni dal personale, si sono determinate le dimensioni massime delle pelli (tab. 2.1 – 2.2); pelli con dimensioni superiori a questi valori di riferimento sono da considerarsi una rara eccezione.

B_{m ax}

Lmax

Bmax

Lmax

LARGHEZZA MAX

PELLE Bmax mm LUNGHEZZA MAX 1800

PELLE L_max mm

GROPPONI 1600 (TAGLIO QUADRO)

Tabella 2.1 – Dimensioni pelli taglio quadro

MEZZINE

LARGHEZZA MAX

PELLE Bmax mm 1100

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 2000

Tabella 2.2 – Dimensioni pelli mezzine

2.1.1.3. Stazione di verniciatura delle pelli

Come indicato nel capitolo precedente, lo spreader servirà per alimentare una stazione di verniciatura delle pelli; la macchina presa in esame nella conceria realizza la verniciatura delle pelli tramite un dispositivo a giostra su cui sono montati gli spruzzatori.

La macchina può essere suddivisa in quattro elementi:

a. Piano per il carico manuale delle peli (Fig. 2.5);

b. Cella di verniciatura (pigmentatrice: dove è presente il dispositivo a giostra con gli spruzzatori che eseguono la verniciatura della pelle) (Fig. 2.2);

c. Camera di essiccazione;

d. Piano per lo scarico delle pelli, operazione automatizzata eseguita da un dispositivo stacker (Fig. 2.3).

La velocità lineare dei fili del trasportatore è impostata a seconda della tipologia di pelle da

verniciare e dal tipo di colore che si desidera ottenere sulla pelle; infatti riducendo la velocità dei fili

aumenta la permanenza delle pelle nella cella di verniciatura e quindi aumenta il numero di

spruzzate a cui è sottoposta la pelle. Il motoriduttore, che mette in rotazione il rullo del trasportatore

a fili, è stato dimensionato per applicare ai fili una velocità lineare massima di 30 [m/min];

generalmente, per ottenere una corretta verniciatura dalla pelle, la velocità lineare dei fili varia da un valore minimo di 10 [m/min] ad un valore massimo di 14 [m/min].

Figura 2.2 – Camera di verniciatura (pigmentatrice)

Figura 2.3 – Piano scarico pelli (Stacker)

Durante le visite presso la conceria sono state rilevate le misure della macchina di processo su cui si dovrà interfacciare il dispositivo stenditore; le dimensioni significative di riferimento dell’interfaccia sono mostrate in figura (2.4).

Ø 246

(LF) 3320 (LM) 3610

80

(Drp) Ø 220

(HM) 940 (HF) 900 130

(HDrp) 790

(BM) 1550

Figura 2.4 – Dimensioni riferimento interfaccia macchina di processo

2.1.1.4. Modalità di posizionamento delle pelli

Per ridurre gli sprechi di vernice e aumentare la produttività, sul trasportatore a fili della stazione di verniciatura sono caricate contemporaneamente due pelli (taglio quadro) (Fig. 2.4); i gropponi sono posizionati in modo tale che la loro dimensione massima (L) sia in direzione del moto lineare dei fili (Fig. 2.6).

L’operazione di carico è eseguita manualmente da due operatori che prelevano le pelli da due

distinte cataste (Fig. 2.5).

Per poter caricare sulla macchina di processo due gropponi contemporaneamente, è necessario che

lta, quindi il lato più lungo (L) è steso dal

Per garantire una corretta presa delle pelli da parte del gripper è stato stabilito [6] che le dim

nsioni dell

sia per quanto riguarda le mezzine.

Figura 2.6 – Posizionamento delle pelli sulla macchina di processo

Figura 2.5 – Posizionamento delle pelli sulla macchina di processo

2.1.2. Dati di partenza per la progettazione funzionale

questi siano posizionati in modo che il lato più lungo della pelle (L) sia posizionato sul trasportatore tramite la rotazione del portasatellite e della camera espandibile, mentre il lato più corto (B) sia steso dal moto assiale delle camere espandibili.

Le mezzine sono posizionate sulla macchina una alla vo

moto assiale delle camere espandibili, mentre la stesura del lato più corto (B) è realizzata dal moto rotatorio del portasatellite e della camera espandibile.

L

B

D_c L_s

C

vfs

770

770

1300 L B

Dc

L_s C

vfs

400

Figura 2.8 - Posizionamento pelle (Mezzine) Figura 2.7 - Posizionamento pelle

( Gropponi) sulle camere espandibili sulle camere espandibili

ensioni della zona di sicurezza (evidenziata in blu nelle Fig. 2.6 – 2.7) non devono superare l’ingombro massimo di 770 x 770 [mm] per i gropponi e di 400 x 1300 [mm] per le mezzine.

Le dimensioni massime delle camere espandibili (L

, D

) sono condizionate dalle dime

a zona di sicurezza e dal diametro delle ventose (Fig. 2.7 – 2.8). Nelle tabelle (2.3 – 2.4) sono

riportate le dimensioni caratteristiche delle camere espandibili sia per quanto riguarda i gropponi,

CORSA CAMERA ESPANDIBILE C ^{mm 400}

DIMENSIONE ASSIALE MAX SEDE LS mm 1200

DIAMETRO CAMERA ESPANDIBILE Dc mm 250

DIAMETRO VENTOSA D_V ^mm 100

LARGHEZZA ZONA DI SISUREZZA mm 400

LUNGHEZZA ZONA DI SISUREZZA mm 1300

LARGHEZZA MASSIMA PELLE B_max ^mm 1100 MEZZINE

LUNGHEZZA MASSIMA PELLE L_max ^mm 2000 GROPPONI

DIAMETRO VENTOSA DV mm 100

LUNGHEZZA ZONA DI SISUREZZA

mm 770

LARGHEZZA ZONA DI SISUREZZA

mm 770

LARGHEZZA MASSIMA PELLE Bmax mm 1600

LUNGHEZZA MASSIMA PELLE L_max ^mm 1800

CORSA CAMERA ESPANDIBILE C ^mm 480

DIMENSIONE ASSIALE MAX SEDE L_S ^mm 670

DIAMETRO CAMERA ESPANDIBILE Dc mm 470

Tabella 2.4 - Dimensioni funzionali camera espandibile (Mezzine)

Tabella 2.3 - Dimensioni funzionali camera espandibile (Gropponi)

Per facilitare il passaggio dalle camere espandibili ai fili del trasportatore si impone che la velocità tangenziale delle camere espandibili (v

) sia inferiore alla velocità lineare dei fili del tras

er quanto riguarda v

si assume un valo

2.1.3. Individuazione dei punti critici del prototipo

rototipo presente in Dipartimento, i sono potuti rilevare degli aspetti del dispositivo che devono essere migliorati per consentire una vera

getto dello spreader .

ro della camera espandibile all’interno della ropria sede (Fig. 2.9); questo fatto potrebbe creare dei problemi nella stesura della pelle succ

delle sedi sono:

ƒ

io.

portatore dello spreader (v

), in modo che la pelle venga tirata dai fili evitando la formazioni di pieghe; per il medesimo motivo si impone anche che la velocità lineare v

sia inferiore alla velocità lineare dei fili del trasportatore della macchina di processo (v

).

Per eseguire il dimensionamento del dispositivo si utilizza una velocità di riferimento dei fili del trasportatore della macchina di processo (v

) di 12 [m/min]; p

re di riferimento di 11[m/min], mentre per la velocità tangenziale della camera espandibile (v

) si impone un valore di 10 [m/min].

Durante le varie prove di stesura delle pelli, eseguite con il p s

industrializzazione della macchina.

Dall’analisi dei punti critici, rilevati durante le prove, si ottengono dati da cui partire per la definizione delle specifiche iniziali di pro

2.1.3.1. Non corretto rientro della camera espandibile Nella fase di sgonfiaggio, non si ha un corretto rient p

essiva, poiché l’espansione non avverrebbe in direzione assiale (Fig. 2.10).

Le principali cause che impediscono alle camere di riposizionarsi all’interno

La scarsa rigidezza flessionale del materiale con cui sono realizzate le camere stesse;

ƒ L’impossibilità di prevedere la deformazione della camera durante la fase di sgonfiagg

1 SPREADER: nome con cui sarà definito d’ora in poi il dispositivo stenditore.

Figura 2.9 – Non corretto rientro della camera

PIEGHE DELLA PELLE

Figura 2.10 – Formazione di pieghe sulla pelle a causa di una espansione della camera non assiale

Sono state ipotizzate, in un lavoro di tesi precedente [7], alcune soluzioni costruttive per facilitare il corretto rientro della camera nella sua sede; una di queste si basa sull’introduzione di una molla all’interno della camera espandibile (1, Fig. 2.11).

Il punto di ancoraggio della molla è alloggiato in posizione decentrata rispetto all’asse di rotazione della sede; in questo modo si esercita, durante la fase di rientro, una forza di richiamo verticale che dovrebbe essere in grado di equilibrare la forza peso della camera espandibile.

Figura 2.11 – Molla inserita all’interno

della camera

Nonostante la presenza della molla, non è comunque garantito il completo rientro delle camere nelle rispettive sedi; le pieghe che si formano durante la fase di sgonfiaggio non consentono alla camera di riposizionarsi correttamente.

2.1.3.2. Formazione di pieghe nella zona centrale della pelle

Durante il passaggio della pelle dalle camere espandibili al trasportatore a fili si possono formare delle pieghe nella zona centrale (Fig. 2.12). La presenza di queste pieghe è causata da un dislivello tra la superficie di appoggio della pelle sul portasatellite ed il piano del trasportatore a fili (Fig. 2.13).

2.1.3.3. Impossibilità del prototipo di eseguire la stesura di pelli con dimensioni diverse rispetto a quelle d riferimento

Il prototipo è stato realizzato per dimostrare l’effettiva funzionalità del metodo proposto per eseguire la stesura della pelle; per questo motivo, nella fase della sua progettazione, sono state prese come riferimento solo le dimensioni massime delle pelli (tabella 2.5), non è stata inizialmente valutata la possibilità d’impiego del prototipo anche per la movimentazione di pelli di dimensioni più piccole.

Figura 2.12 – Pieghe nella zona centrale

della pelle Figura 2.13 – Dislivello tra il portasatellite ed il rullo del trasportatore

800

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 1800

MEZZINE

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm

1200

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 1200

GROPPONI (TAGLIO QUADRO)

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm

800

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 1800

MEZZINE

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm

1200

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 1200

GROPPONI (TAGLIO QUADRO)

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm

Tabella 2.5 – Dimensioni di riferimento per la progettazione del prototipo

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm LUNGHEZZA MAX 1800

PELLE Lmax mm

GROPPONI 1600 (TAGLIO QUADRO) MEZZINE

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm 1100

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 2000

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm LUNGHEZZA MAX 1800

PELLE Lmax mm

GROPPONI 1600 (TAGLIO QUADRO) MEZZINE

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm 1100

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 2000

Tabella 2.6 – Dimensioni rilevate durante le visite presso la conceria Ausonia

Dai dati presenti nella tabella (2.5), si osserva anche che le dimensioni di riferimento utilizzate

per la progettazione del prototipo sono molto inferiori a quelle rilevate durante le viste alla conceria

Ausonia (tabella 2.6).

Per eseguire il dimensionamento funzionale dello spreader è necessario che siano utilizzate come dimensioni di riferimento delle pelli i valori rilevati durante le visite nella conceria Ausonia, in quanto più vincolanti rispetto a quelle utilizzate per la progettazione del prototipo.

2.2. Determinazione vincoli di progetto

2.2.1. Analisi rotismo epicicloidale

La velocità angolare della camera espandibile (ω

) dipende indirettamente dalla velocità lineare dei fili del trasportatore della macchina di processo (v

) (formula 2.1).

c c

D v

⋅

⋅

= ⋅ 60

1000 2

ω

(2.1)

Viste le dimensioni delle pelli, non è possibile eseguire una completa stesura della pelle con la sola rotazione del portasatellite, ma è necessario che la camera espandibile continui a ruotare, anche dopo che il portasatellite ha concluso la propria rotazione.

Per rendere indipendenti la rotazione delle camere espandibili (ω

) e la rotazione del portasatellite (ω

) è necessario rendere il rotismo epicicloidale un sistema a 2 gradi di libertà.

Si deve quindi realizzare un rotismo combinatore con due ruote moventi (portasatellite e ruota 1) e una ruota cedente (ruota 3 – camera espandibile) (Fig. 2.14).

Sviluppando la formula di Willis (formula 2.2) si osserva che, imponendo un rapporto di trasmissione (τ

) uguale a 1 (formula 2.3), si ottiene una velocità angolare della camera espandibile (ω

) uguale alla velocità angolare della ruota 1 (ω

) e indipendente dalla velocità angolare del portasatellite (ω

) (formula 2.5).

p p

ω ω

ω τ ω

−

= −

1 3

1

(2.2)

3 1 = 1 =

z

τ

(2.3)

( ω ω

) ω

τ

ω

(2.4) ω

= ω

(2.5)

ω

ω

d

L

ω

I

D

D

θ

α ε

v

v

Figura 2.14 – Rotismo epicicloidale camera espandibile

2.2.2. Determinazione rapporto di trasmissione

2.2.2.1. Analisi del fenomeno della caduta della pelle tra la camera espandibile e il rullo del trasportatore

Il valore minimo dell’interasse (I

) tra la camera espandibile e l’asse di rotazione del portasatellite dipende (formula 2.6) dal diametro del rullo del trasportatore a fili e dalle dimensioni del lembo cadente, che a sua volta dipende dalle dimensioni della pelle e dal diametro della camera espandibile (formula 2.7).

0

2

min r

d

L D

I = + (2.6)

2 1

0 2

0 ⎟⋅

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ − ⋅

=

= _s ^C

d

B D L

L

α (2.7)

Si indica con │i│ il rapporto di trasmissione tra la velocità angolare delle camere espandibili (ω

) e la velocità angolare del portasatellite (ω

) (formula 2.8).

p

i ω

ω

= (2.8)

Dalle formule (2.9) e (2.10) si osserva che sia la lunghezza del lembo cadente destro (L

), sia la lunghezza del lembo cadente sinistro (L

) sono in funzione del rapporto di trasmissione (i) e del valore della lunghezza dei rispettivi lembi cadenti iniziali (L

, L

).

⎟ ⎠

⎜ ⎞

⎝ ⎛ ⋅

⎟ −

⎠

⎜ ⎞

⎝ ⎛ ⋅ +

=

2 2

C d C

d

D L D

L ε θ (2.9)

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ ⋅

⎟+

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ ⋅

−

= ⁰ 2 2

S c S

D L Dc

L

ε θ (2.10)

⋅ i

=

θ

ε

(2.11)

DC

B_min 2

min

= ⋅

α (2.12)

L’angolo α (porzione angolare della camera occupata dalla pelle con θ=0) dipende dalla dimensione della lunghezza della pelle, e può quindi assumere un valore massimo di 180°, mentre il valore minimo è dato dalla formula (2.12).

Aumentando il valore del rapporto di trasmissione (i), la velocità angolare del portasatellite (ω

) diminuisce, aumenta quindi la lunghezza della pelle che viene stesa durante la rotazione del portasatellite (L

) e si riduce la dimensione della pelle ancora presente sopra la camera espandibile (α*) (Fig. 2.15) e quindi la forza di attrito tra la pelle e la camera; se la forza di attrito tra la pelle e la camera espandibile non è sufficiente a vincere la forza di gravità si ha la caduta della pelle (Fig.

2.16).

ω₃

ω_p

ω₁

Figura 2.16 – Caduta della pelle per gravità

ω₃

ω_p

ω₁ α*

Figura 2.15 – (α*) dimensione della pelle presente sopra la camera espandibile

PELLE CADUTA

L

i ↑⇒ ω

↓⇒ ε ↑⇒

↑⇒ α * ↓⇒

Si deve determinare il rapporto di trasmissione massimo (i

) oltre il quale si ha il fenomeno della caduta della pelle per gravità.

Imponendo un valore di δ (porzione angolare della camera ancora occupata dalla pelle dopo una rotazione di 90° del portasatellite) e uguagliando la lunghezza del lembo cadente sinistro (L

) (formula 2.13) con la lunghezza della pelle (L

) (formula 2.14) che occupa la porzione angolare δ, è possibile ricavare il rapporto di trasmissione massimo | i

| (formula 2.15).

ω₃ ω_p

ω₁ δ

ε

θ = 90°

Figura 2.18 – (δ) porzione angolare della camera occupata dalla pelle (θ=0°)

ω₃

ωp

Ls

ω1

ε

vf

θ

Figura 2.17 – (L

) lembo cadente sinistro

( )

⎠

⎜ ⎞

⎝⎛ ⋅

⎟+

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ ⋅ ⋅

−

= ^{0 max} 2 2

c S

S

D i Dc

L

L

θ θ (2.13)

( )

90 D 2

L

= − ° − δ ⋅ (2.14)

(

)

max 0 + °− +

= ⋅

θ δ

c

θ

S

D

i L

(2.15)

2.2.2.1.1. Prove eseguite per analizzare il fenomeno della caduta della pelle

Per determinare il valore ottimale di δ, in modo da evitare la caduta della pelle per gravità, sono state eseguite delle prove sul prototipo con diverse tipologie di pelle (tabella 2.5).

Le prove sono state eseguite seguendo la seguente procedura:

n° PELLE L_max L_min L_c B_max B_min B_c Sp TIPO

1 2 3 4

1690 1500 1680 940 830 830 1,5 pelle

1. Le pelli sono state posizionate manualmente sulle camere espandibili in posizione completamente aperta, con il portasatellite in posizione iniziale (θ=0);

2. Sulla circonferenza esterna di una sede delle camere espandibili è stato posizionato un nastro adesivo appositamente graduato in modo da poter rilevare la rotazione compiuta dal portasatellite (θ) (Fig. 2.19);

3. Sull’ipotetico asse centrale della pelle è stato posizionato un nastro adesivo graduato per rilevare la distanza del bordo della pelle dall’asse di rotazione della camera espandibile (B

) (Fig. 2.20); variando il valore di B

si varia la lunghezza del lembo cadente (L

) (formula 2.16).

1570 1390 1520 1070 780 860 1 pelle

1330 1300 1330 1150 820 1020 2 cuoio

1670 1600 1665 960 920 920 1,5 pelle

Tabella 2.5 – Caratteristiche dimensionali pelli utilizzate per le prove

Figura 2.19 – Nastro graduato posizionato sulla sede della camera

espandibile

Figura 2.20 – Nastro graduato posizionato sull’ipotetico asse centrale

della pelle

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ − ⋅

= 2 2

0 C

asse S

B D

L

α

(2.16)

C asse

D

⋅B

= 2

α (2.17)

4. Si determina, tramite la formula (2.16), la lunghezza del lembo cadente iniziale (L

) e tramite la formula (2.17) il valore dell’angolo α. La porzione angolare della camera (α) occupata dalla pelle (con θ=0) dipende dalla lunghezza (B

) e può assumere un valore massimo di 180°; con valori di α minori di 180° si ottengono valori di L

negativi, che per ovvi motivi sono da considerare uguali a zero.

5. Si avvia la rotazione del portasatellite. Si procede con la rotazione fino a quando non si denota un evidente strisciamento della pelle sulla camera espandibile o si ha la caduta della pelle per gravità; se uno di questi due fenomeni accade si interrompe la rotazione e si annota l’angolo compiuto dal portasatellite (θ*).

6. Determinando il valore di L

(formula 2.16) e conoscendo il rapporto di trasmissione │i│

del prototipo, tramite la formula (2.18) si può ricavare il valore di δ* (porzione angolare della camera ancora occupata dalla pelle dopo una rotazione (θ*) del portasatellite) (Fig.

2.21).

ω

ω

ω

δ*

θ*

Figura 2.21 – (δ*) porzione angolare della camera occupata dalla pelle dopo un rotazione (θ*) del portasatellite

(

)

−

= * * 90

* ⁰

c S

D i

θ

θ

δ (2.18)

Per ogni valore di B

sono state eseguite dieci prove. La tipologia di pelle con cui sono

necessari valori di B

maggiori, per evitare la caduta per gravità, è la pelle n°1; di seguito, nella

figura (2.22) si riporta il foglio di calcolo (Excel) sui cui sono riportati i dati ottenuti dalle prove e

con il quale si sono determinati (L

, α, δ*).

δ*

θ*

δ

α L_0S

0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,00,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0 0,0

2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0 2,4 90,0

i

2,4 90,0

PROVE B_max 830

0 171 x

24 350350 0 171 x

23 0 171 x

22 350350 0 171 x 21

31 180 x

20 400400 31 180 x

19 31 180 x

18 400400 31 180 x

17 31 180 x

16 400400 31 180 x

15 31 180 x

14 400400 31 180 x

13 31 180 x

12 400400 31 180 x

11 81 180 x

10987654321 450450450450450450450450450450 818181818181818181 180180180180180180180180180 xxxxxxxxx

NO SI N° B_ASSE

x

25 350 0 171

CADUTA

mm PELLE TIPO 1

26 350 0 171 x 2,4 90,0 0,0

27 350 0 171 x 2,4 90,0 0,0

28 350 0 171 x 2,4 90,0 0,0

29 350 0 171 x 2,4 90,0 0,0

30 350 0 171 x 2,4 90,0 0,0

31 300 0 146 x 2,4 65,0 0,9

32 300 0 146 x 2,4 90,0 0,0

33 300 0 146 x 2,4 60,0 7,8

34 300 0 146 x 2,4 65,0 0,9

35 300 0 146 x 2,4 90,0 0,0

36 300 0 146 x 2,4 90,0 0,0

37 300 0 146 x 2,4 90,0 0,0

38 300 0 146 x 2,4 60,0 7,8

39 300 0 146 x 2,4 90,0 0,0

40 300 0 146 x 2,4 90,0 0,0

41 250 0 122 x 2,4 55,0 14,7

42 250 0 122 x 2,4 55,0 14,7

43 250 0 122

60,0 7,8 x 2,4 57,0

44 250 0 122

45 250 0 122 x 2,4 57,0 11,9

11,9 x 2,4

Figura 2.22 – Foglio di calcolo Excel utilizzato nelle prove

Se non si è verificata la caduta della pelle, nella colonna θ* viene inserito il valore 90°

(rotazione completa del portasatellite); quindi nella casella δ* compare uno zero che indica che il valore reale dell’angolo δ* è negativo (a fini cautelativi ipotizziamo che δ* non possa avere valore negativo).

RISULTATI OTTENUTI DALLE PROVE ESEGUITE SUL PROTOTIPO:

9 Dimensione minima del lembo cadente (L

) con cui non si verifica la caduta della pelle per gravità: L

= 0 a cui corrisponde un valore di α = 85°;

9 La pelle cade o incomincia a strisciare sulla sede della camera espandibile quando il portasatellite ha raggiunto un angolo di inclinazione (θ*) di 60°- 65°; oltre questo valore non si verificano i due fenomeni;

9 Se la pelle, dopo una rotazione del portasatellite (θ*) di 65°, occupa ancora una

porzione angolare della camera espandibile equivalente a un valore di δ* = 0° non si ha la

caduta per gravità della pelle stessa.

Dalle prove eseguite si è potuto determinare che, per evitare la caduta per gravità della pelle, si devono imporre i seguenti valori:

ƒ L

≥ 0;

ƒ θ = 90°;

ƒ δ = 0°.

(

)

0

max + °− +

= ⋅

θ δ

c

θ

S

D

i L

(2.15)

2 1

min 2

0 ⎟⋅

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ − ⋅

= ^C

S

L D

L

α (2.19)

Il rapporto di trasmissione massimo (│i

│) dipende, oltre che da δ e θ, anche dal valore della lunghezza del lembo cadente iniziale (L

) (formula 2.15).

Il valore della lunghezza del lembo cadente iniziale (L

) dipende, a sua volta, dalle dimensioni

minime della pelle (L

) (formula 2.19); per determinare la dimensione minima della pelle (L

)

movimentabile dallo spreader è necessario eseguire un’analisi sulla fase della stesura in cui si ha il

contatto della pelle con i fili del trasportatore.

2.2.2.2. Analisi della fase della stesura in cui avviene il contatto della pelle con i fili del trasportatore

Si osserva dalla figura (2.23) che il contato della pelle con i fili del trasportatore si ha quando la lunghezza del lembo cadente destro (L

) eguaglia il valore della distanza d

(distanza dal piano del trasportatore a fili a un piano, parallelo ad esso, passante per l’asse di rotazione della camera espandibile) (Fig. 2.24).

ω3

ωp

dy

Ld

ω₁ ε

vf

θ

I

Figura 2.23 – Analisi del contatto tra la pelle e fili del trasportatore

dy

Ld

ω3

ωp ω1

θ_max Dc/2

I

Figura 2.24 – Analisi del contatto tra la pelle e fili del trasportatore

( ) 2

cos

y

I D

d = ⋅ θ − (2.20)

( ) ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝ ⎛ ⋅

⎟ −

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ ⋅ ⋅ +

=

2 2

C d C

d

D i D

L

L θ θ (2.21)

Sia d

che L

dipendono dall’angolo di rotazione del portasatellite (θ) (formule 2.20 – 2.21) ed è quindi possibile individuare l’angolo di rotazione (θ) a cui avviene il contatto tra la pelle e i fili del trasportatore; il massimo valore che può assumere (θ

) (Fig. 2.24) può essere determinato uguagliando il valore di I·sin(θ) con il raggio della camera espandibile (D

/2) (formula 2.22 – 2.23).

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

= ⋅

I D_c arcsin 2

θ

(2.22)

( )

sin

D 2

I ⋅ θ = (2.23)

Se la lunghezza del lembo cadente destro (L

) uguaglia la distanza d

, dopo una rotazione del portasatellite superiore a (θ

), il contatto tra la pelle e i fili del trasportatore non avviene (figura 2.20); questo fenomeno può accadere a causa di:

ƒ Un valore della lunghezza del lembo cadente iniziale (L

) troppo piccolo (causato da una ridotta lunghezza della pelle (L

);

ƒ Una velocità del portasatellite (ω

) troppo elevata (causata da un rapporto di trasmissione │i│ troppo piccolo) che riduce la rotazione compiuta dalla camera espandibile (ε) e quindi la lunghezza della pelle stesa durante la rotazione del portasatellite (L

).

ASSENZA DI CONTATTO PELLE FILI L

i

−

⇒

↑

⇒

↓

⇒

↓

⇒

↑

⇒

↓ ω ε θ

d

L

ω

ω

ω

ε

Figura 2.20 – Caso in cui non si ha il contatto della pelle con i fili del trasportatore

Si deve quindi determinare un rapporto minimo di trasmissione │i

│ (formula 2.24) che garantisca il contato della pelle con i fili del trasportatore anche per pelli di dimensioni minori rispetto a quelle massime di riferimento (L

).

Per determinare │i

│ si uguaglia il valore di d

(formula 2.20) con il valore della lunghezza del lembo cadente destro (L

) (formula 2.21).

( )

max 0 min min

1 2

θ

⋅

+

−

= ⋅

c d y

D L

i d (2.24)

Inizialmente come valori minimi delle dimensioni delle pelli (L

, B

) sono statti presi quelli riferiti alla zona di sicurezza di presa del gripper (GROPPONI: L

=770[mm], B

=770[mm]);

MEZZINE: L

=1300[mm], B

=400[mm]).

Con queste dimensioni di riferimento si ottiene un valore del rapporto di trasmissione

│i

│(6,32) maggiore del valore del rapporto di trasmissione │i

│ (2,04); ciò significa che la lunghezza del lembo cadente iniziale (L

) non è sufficiente a garantire, sia che la pelle non cada per gravità durante la rotazione del portasatellite (│i

│), sia che si abbia il contatto tra la pelle e i fili del trasportatore (│i

│); infatti, per soddisfare entrambe le esigenze, è necessario che il rapporto minimo │i

│ sia inferiore a │i

│, possono quindi essere movimentate correttamente solo pelli con dimensioni minime superiori a quelle riferite alla zona di sicurezza di presa del gripper.

Nelle tabelle (2.6 – 2.7) sono indicate le dimensioni minime e massime delle pelli movimentabili dallo spreader e i rispettivi valori dei rapporti di trasmissione.

GROPPONI

LUNGHEZZA MASSIMA PELLE L_max mm 1800

RAPPORTO DI TRASMISSIONE MIN i_min 2,79

LUNGHEZZA MINIMA PELLE

Bmin mm 770

LARGHEZZA MINIMA PELLE

Lmin mm 1400

LARGHEZZA MASSIMA PELLE Bmax mm 1600

RAPPORTO DI TRASMISSIONE MAX imax 2,90

Tabella 2.6 – Dimensioni minime delle pelli (Gropponi)

RAPPORTO DI TRASMISSIONE MAX i_max 4,54

RAPPORTO DI TRASMISSIONE MIN i_min 3,97

LARGHEZZA MINIMA PELLE Bmin mm 850

LUNGHEZZA MINIMA PELLE L_min mm 1400 MEZZINE

LUNGHEZZA MASSIMA PELLE L_max mm 2000

LARGHEZZA MASSIMA PELLE Bmax mm 1100

Tabella 2.7 – Dimensioni minime delle pelli (Mezzine)

2.2.2.2.1. Possibili soluzioni realizzative per diminuire il rapporto di trasmissione minimo

Normalmente le pelli hanno dimensioni molto variabili; è necessario quindi che il range delle dimensioni delle pelli, che possono essere stese correttamente dallo spreader, sia il più ampio possibile.

Per poter diminuire le dimensioni minime delle pelli (L

[Gropponi], B

[Mezzine]), è necessario ridurre il più possibile il valore del rapporto di trasmissione minimo (│i

│); dalla formula (2.24) si può osservare che per diminuire il valore di │i

│ si possono modificare due differenti parametri:

ƒ Diminuire il valore della distanza d

;

ƒ Aumentare il valore dell’angolo di inclinazione del portasatellite massimo (θ

).

Si sono ipotizzate due possibili soluzioni costruttive per eseguire la stesura di pelli con dimensioni ridotte.

Soluzione A.

Per aumentare il valore dell’angolo di inclinazione massimo del portasatellite (θ

) si trasla

l’asse di rotazione del portasatellite rispetto all’asse di rotazione del rullo del trasportatore a fili di

un valore pari a (s) (figura 2.21).

Si inserisce un ulteriore grado di libertà alla macchina, in modo da poter realizzare una rotazione del piano del trasportatore a fili, rispetto all’asse di rotazione del rullo n°1 (figura 2.22);

in questo modo si ha un’inclinazione del piano e una conseguente riduzione della distanza d

.

ω

ω

L

D

D

θ

ε

I

ω

s

d

ω

ω

L

D

D

θ

ε

I

ω

s

d

Figura 2.21 – (s) spostamento orizzontale dell’asse di rotazione del portasatellite rispetto all’asse di rotazione

del rullo del trasportatore a fili

ω3

ω_p

d_y Lod

D_c θ

ε

I

ω1

L_cmax Dr

φ

Lp RULLO 2

RULLO 1

Hp

Figura 2.22 – (φ) inclinazione piano trasportatore a fili

( ) θ sin ( ) ϕ cos − 2 − ⋅

⋅

≈

y

D L

I

d (2.25)

( )

(

L

L_cmax = _p⋅ cos

ϕ

)

(2.26)

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

⋅ +

= ⋅

I D L_{c c}

2 arcsin 2 ^max

θ

(2.27)

Per determinare l’angolo massimo di inclinazione del piano (φ

) (formula 2.28) si è imposto, per consentire un più facile passaggio della pelle dalla camera espandibile ai fili del piano trasportatore, che non si debba avere un dislivello tra le camere e i rulli del trasportatore (figura 2.25).

ω

ω

ω

ε

θ = 90°

H

D

/2

D

/2

Figura 2.23 – Determinazione di φ

( ) ϕ

⋅sin

= _p

p L

H

(2.23)

2

max

2

p

D

H = D − (2.24)

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

= ⎛

p p

L H _max

max arcsin

ϕ (2.25)

Soluzione B.

Con questa soluzione costruttiva, oltre ad eseguire uno spostamento orizzontale (s), si realizza anche uno spostamento verticale dell’asse del rullo del trasportatore rispetto all’asse di rotazione del portasatellite (H

); grazie a questa traslazione si aumenta il valore massimo che può assumere lo spostamento orizzontale (s

).

La dimensione del diametro del rullo del trasportatore viene ridotta (D

= 120 mm) in modo da ottenere un valore dello spostamento massimo (s

) maggiore.

( )

y

D H

I

d = ⋅ − −

cos θ

2 (2.26)

⎟⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛

⋅ +

= ⋅

I D s _c 2 arcsin 2

θ

(2.27)

Rispetto alla soluzione costruttiva precedente, come si osserva dalla figura (2.24) e dalla formula (2.26) si ha una modesta diminuzione del valore della distanza d

, in quanto il valore dell’interasse (I) è maggiore rispetto alla soluzione A; al contrario il valore massimo, che può assumere l’angolo di inclinazione del portasatellite (θ

), è maggiore rispetto a quello ottenibile con la rotazione del piano del trasportatore a fili (soluzione A) in quanto, come vedremo nel paragrafo (3.5.2), con questa soluzione costruttiva (B) si possono assumere valore di s molto più elevati a confronto con quelli utilizzabili con la soluzione A.

ω

ω

D

D

θ

ε

I

ω

s

H

d

L

Figura 2.24 – (H

) spostamento verticale dell’asse di rotazione del portasatellite rispetto all’asse di

rotazione del rullo del trasportatore a fili

Sia per quanto riguarda la soluzione A, sia per la soluzione B, il valore massimo che può assumere s (s

) dipende dagli ingombri dei vari componenti con cui sarà realizzato il dispositivo stenditore.

Il valore del rapporto di trasmissione (│i│) ottimo (il massimo valore del rapporto tra la

velocità angolare della camera espandibile (ω

) e la velocità angolare del portasatellite (ω

) in modo

da evitare la caduta della pelle per gravità e che garantisca il contatto tra la pelle e i fili del

trasportatore), può essere determinato solo dopo aver definito e analizzato le varie soluzioni

costruttive con cui si ipotizza di realizzare il dispositivo stenditore.

2.3. Specifiche di progetto spreader

Le varie analisi eseguite in questa fase del lavoro di tesi, mostrate nei paragrafi precedenti, sono state necessarie per definire le prestazioni richieste e le condizioni limitanti necessarie per poter effettuare una corretta progettazione del dispositivo stenditore.

2.3.1. Prestazioni richieste

Le prestazioni richieste sono state valutate considerando le richieste funzionali provenienti dal settore conciario (acquisendo informazioni presso la conceria Ausonia e le concerie visitate durante i precedenti lavori di tesi e di ricerca [1] – [2] – [3]) e dall’analisi delle varie prove eseguite sul prototipo realizzato dal dipartimento.

Lo Spreader dovrà essere in grado di:

1) Stendere correttamente la pelle in entrambe le direzioni (figura 2.25 – 2.26);

ω3

ωp ω1

vfs

θ

vc

Figura 2.26 – Moto rotatorio satellitare Figura 2.25 – Moto assiale camere

espandibili

2) Posizionare la pelle sul trasportatore a fili di una stazione di verniciatura, in modo da evitare la formazioni di pieghe;

3) Movimentare pelli di dimensioni massime come indicate in tabella (2.8);

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm LUNGHEZZA MAX 1800

PELLE Lmax mm

GROPPONI 1600 (TAGLIO QUADRO)

MEZZINE

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm 1100

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 2000

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm LUNGHEZZA MAX 1800

PELLE Lmax mm

GROPPONI 1600 (TAGLIO QUADRO)

MEZZINE

LARGHEZZA MAX

PELLE B_max mm 1100

LUNGHEZZA MAX

PELLE L_max mm 2000

Tabella 2.8 – Dimensioni rilevate durante le

visite presso la conceria Ausonia

4) Movimentare pelli con dimensioni minori il più piccole possibile;

5) Garantire comunque la possibilità di eseguire il caricamento manuale delle pelli sulla stazione di verniciatura;

6) Integrarsi all’interno di una cella robotizzata.

2.3.2. Condizioni limitanti 2.3.2.1. Dimensioni funzionali

1) Dimensioni della zona di sicurezza di presa del gripper (zona indicata con linee blu, figura 2.27 – 2.28)

2) Dimensione massima assiale della camera espandibile (L

): Gropponi: 670 [mm]

Mezzine: 1200 [mm];

3) Diametro camera espandibile (D

): Gropponi: 470 [mm]

Mezzine: 250 [mm];

4) Velocità lineare fili del trasportatore della stazione di verniciatura (v

): 12 [m/min];

5) Velocità lineare fili del trasportatore dello Spreader (v

): 11 [m/min];

6) Velocità tangenziale camera espandibile (v

): 10 [m/min];

7) Porzione angolare della camera espandibile ancora occupata dalla pelle dopo la rotazione completa del portasatellite (δ): Gropponi: 0°

Mezzine: 30°;

8) Numero di pelli posizionate contemporaneamente sul trasportatore a fili: Gropponi: 2

Mezzine: 1.

L

B

Dc

L_s C

vfs

770

770

Figura 2.27 - Posizionamento pelle (Gropponi) sulle camere espandibili

1300 L B

Dc

L_s C

vfs

400

Figura 2.28 - Posizionamento pelle (Mezzine)

sulle camere espandibili

2.3.2.2. Interfacce

1) Il dispositivo stenditore è posizionato all’interno di una cella robotizzata;

2) Lo spreader deve poter essere rimosso e/o posizionato manualmente da un operatore adulto professionale;

3) La posizione delle leve del carrello (se la movimentazione avviene tramite il suo utilizzo) non deve essere superiore a 1000 [mm] e inferiore a 800 [mm];

4) Il posizionamento dello spreader deve avvenire con efficienza e in sicurezza;

5) Il dispositivo stenditore deve poter interfacciarsi con la macchina di processo (stazione di verniciatura) senza che siano richieste modifiche su di essa.

2.3.2.3. Leggi, normative, unificazioni

1) Per quanto riguarda la sicurezza del macchinario, visto il suo collocamento all’interno di una

cella robotizzata, lo spreader usufruirà dei dispositivi di sicurezza previsti nella cella e definiti

seguendo la Direttiva Macchine 89/392/CEE.