Capitolo 2 - Lo stenditore automatico
2.1 Descrizione del dispositivo
Dopo una accurata analisi di fattibilità [2], è stato ideato e realizzato un dispositivo prototipale per la presa e la manipolazione della pelle, in grado di sopperire alle carenze che emergono dall’analisi di brevetti e apparecchiature reperibili in commercio dedicati alla medesima funzione. Più in dettaglio, il dispositivo rappresenta il prototipo di un sistema di presa e movimentazione che sarà poi utilizzato come alimentatore per le stazioni di verniciatura della pelle.
Il progetto dello stenditore si sviluppa con l’intento di realizzare un sistema in grado di risolvere le problematiche emerse riguardo all’afferraggio delle pelli con un gripper dotato di ventose ed in particolare si propone il seguente obiettivo: consentire la presa centrale delle pelli da parte del gripper, eliminando il problema dei lembi cadenti (par. 1.5).
Il motore ispiratore che ha poi portato alla definizione del progetto dell’intera macchina, è stato quello di realizzare la stesura della pelle quando questa è ancora afferrata dalle ventose del gripper, sfruttando l’espansione di due camere cilindriche gonfiabili (fig. 2.1).
(a) (b)
Per realizzare poi il deposito della pelle su di un nastro trasportatore, si è pensato di far effettuare alle due camere cilindriche un movimento satellitare (fig. 2.2a) in modo da accompagnare la pelle sul nastro e lasciare che questo la trasferisse verso la stazione di verniciatura. La semplice rotazione delle camere attorno al proprio asse, avrebbe probabilmente portato alla caduta dell’ultimo lembo della pelle sul nastro con la conseguente formazione di pieghe e grinze (fig. 2.2b).
Partendo da questo concetto è stato progettato e realizzato un dispositivo dimostratore con la finalità di comprovare l’efficacia del funzionamento del gruppo
Figura 2.2 (a) movimento satellitare delle camere; (b) caduta dell’ultimo lembo
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espandibile. L’intera macchina, dunque, rappresenta un dispositivo a se stante in grado di ripercorrere tutte la sequenza di operazioni che vanno dal deposito alla stesura ed al successivo scarico della pelle, realizzate in una ipotetica linea di produzione automatizzata. Il modello CAD dello stenditore è mostrato in fig. 2.3.
Volendo suddividere idealmente l’intera macchina, possono essere identificati tre gruppi fondamentali: il telaio portante (1), il gruppo portasatellite (2) ed infine il
gruppo camere espandibili (3) (fig. 2.4).
Telaio portante: è realizzato con tubolari di acciaio che fanno da sostengo
all’intera macchina. Oltre al gruppo portasatellite ed al gruppo camere espandibili, sono ancorati al telaio i rulli (7 ed 8) su cui si avvolgono i fili di nylon (10) per il trascinamento della pelle ormai stesa, e i motori per l’azionamento del moto agli stessi rulli (4) ed al portasatellite (5). La parte superiore del telaio, che costituisce dunque il vero e proprio trasportatore a fili, è dotata di un grado di libertà: tramite l’azionamento del cilindro idraulico (6), il piano superiore può basculare attorno all’asse dei cuscinetti (9). Si è deciso di dotare la macchina di questo ulteriore grado di libertà, per favorire la fase di trasferimento della pelle dalle camere espandibili al trasportatore a fili come mostrato schematicamente nell’immagine seguente (fig. 2.5). L’inclinazione del piano rispetto all’asse del terreno (f), “addolcisce” la fase di rilascio della pelle favorendo lo
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Figura 2.6 Modello CAD del gruppo portasatellite 11
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scorrimento della stessa sul trasportatore. Il cilindro idraulico consente alla parte superiore del telaio di assumere un’inclinazione massima (f) di circa 10°.
Gruppo portasatellite: rappresenta il “cuore” della macchina. Tramite il gruppo portasatellite, le camere espandibili sono in grado di effettuare il movimento satellitare necessario al trasferimento della pelle sul trasportatore e dunque alla stesura della stessa.
Figura 2.7 Sezione del modello CAD del gruppo portasatellite 16
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Tutto il gruppo portasatellite può ruotare attorno all’asse (14) che è invece fisso sul telaio. Il gruppo riceve il moto tramite la puleggia (11) dal motore (5). La puleggia (11) è solidale al portasatellite (2). La puleggia (15) (fig. 2.7) è anch’essa fissa sul telaio essendo ancorata all’asse (14). Infine la puleggia (16) (satellite) si collega alla puleggia (15) tramite la cinghia di trasmissione (13).
Essendo il satellite collegato tramite la cinghia di trasmissione alla puleggia (15), ed essendo quest’ultima fissa, la rotazione del portasatellite attorno all’asse (14) determina una rotazione opposta del satellite attorno al proprio asse come mostrato in fig. 2.8. Il satellite è solidale alle camere espandibili per cui dal complesso delle rotazioni realizzate dallo stesso, la pelle viene svolta dalle camere per essere trasferita al trasportatore a fili.
Nella immagine seguente viene mostrato l’insieme delle rotazioni che genera il rotismo satellitare descritto in precedenza ed il conseguente trasferimento della pelle dalle camere espandibili al trasportatore a fili. L’angolo (q) rappresenta la rotazione del portasatellite rispetto alla normale al terreno (posizione di partenza).
Figura 2.8 Schema cinematico del gruppo portasatellite
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Figura 2.11 Schema di gonfiaggio della cilindro espandibile
Gruppo camere espandibili: come detto in precedenza, compie le medesime
rotazioni del satellite in quanto entrambi sono calettati sullo stesso albero (12).
Il gruppo è composto essenzialmente da due sottogruppi identici (fig. 2.10), ognuno dei quali è in grado di realizzare una espansione indipendente. L’espansione è realizzata immettendo aria compressa all’interno della camera (17) come mostrato nello schema di fig. 2.11. La camera gonfiabile è sufficientemente deformabile essendo realizzata con una struttura interna in tela e ricoperta esternamente in PVC.
La deformabilità della camera fa si che, quando all’interno della stessa non è presente aria compressa, questa può essere alloggiata agevolmente all’interno della sede cilindrica (20). La tenuta della camera è assicurata dalla flangia (18) che è bullonata sul disco (19) che sostiene tutto il sottogruppo ed è calettato sull’albero (12).
Come detto in precedenza, per l’azionamento del moto al gruppo portasatellite ed ai rulli del trasportatore a fili vengono utilizzati due differenti gruppi motoriduttori ((4) e (5) fig. 2.4).
Gruppo motoriduttore portasatellite: è costituito da un riduttore Cantoni VFR 72V 300 con rapporto di riduzione pari a 1/300. Il riduttore è in grado di fornire in uscita una velocità angolare pari a 9giri/min ed una coppia pari a 140Nm . Al riduttore è collegato il motore asincrono trifase a 2 o 4 coppie polari Cantoni BN71 B5. Il motore è in grado di fornire in uscita una potenza nominale pari a 0.28/0.2kW a seconda che venga utilizzato con 2 o 4 coppie polari.
Gruppo motoriduttore rulli: è costituito da un riduttore Cantoni VFR 86P 120
con rapporto di riduzione pari a 1/120. Il riduttore è in grado di fornire in uscita una velocità angolare pari a 22.5giri/min ed una coppia pari a 160Nm . Al riduttore è collegato il motore asincrono trifase a 2 o 4 coppie polari Cantoni BN80 B5. Il motore è in grado di fornire in uscita una potenza nominale pari a 0.55/0.37kW a seconda che venga utilizzato con 2 o 4 coppie polari.
2.2 Analisi della sequenza operativa dello stenditore
In questo paragrafo sarà descritta la sequenza delle operazioni necessarie allo stenditore per realizzare la stesura della pelle. Per effettuare questa analisi, è stato simulato dal collega Diego Babbini il funzionamento della cella di lavoro in cui è stato installato il dimostratore. La cella di lavoro, collocata presso la Sezione Produzione del Dipartimento di Ingegneria Meccanica, Nucleare e della Produzione dell’Università di Pisa, è costituita dallo stenditore e da un robot a cinematica cilindrica, al cui polso è ancorato un gripper dotato di ventose per la presa centrale delle pelli. Per ragioni di ingombro all’interno del dipartimento, l’area di lavoro dedicata alla cella è stata necessariamente ridotta alla superficie minima necessaria al robot ed allo stenditore per effettuare tutte le operazioni che portano alla stesura della pelle. La presa ed il rilascio della pelle sono affidate, come detto in precedenza, al robot JOB’OT 6 prodotto
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dalla JOBS S.p.A. preesistente ed installato in dipartimento, per cui anche il layout della cella è stato vincolato dalla posizione dello stesso robot. Il robot a cinematica cilindrica, è dotato di quattro movimenti controllabili indipendentemente (fig. 2.12).
Al polso del robot è ancorato il gripper per la presa della pelle. Il gripper utilizzato (fig. 2.13), è un prototipo ideato e realizzato con un lavoro di tesi precedente [3] presso la Sezione Produzione DIMNP dell’Università di Pisa.
Figura 2.14 Fase A: sollevamento della pelle da parte del gripper P V G P V G
• corpo in alluminio di dimensioni 1470mm x 850mm (1); • collo del gripper (2);
• n°6 pompe per la generazione del vuoto (3); • n°12 ventose per l’afferraggio della pelle (4).
Di seguito viene analizzata nei punti chiave la sequenza delle operazioni realizzate all’interno della cella di lavoro, prendendo a riferimento la simulazione.
A. Il gripper (G) solleva tramite le ventose (V) la pelle (P) afferrandola in posizione centrale da una ipotetica catasta qui rappresentata dal piano basculante. Come si può notare (fig. 2.14), la pelle così afferrata presenta i lembi cadenti. In questa fase le camere espandibili sono in configurazione chiusa all’interno della sede cilindrica, mentre il trasportatore a fili si trova in posizione orizzontale.
B. Il gripper si porta sopra le camere espandibili e si abbassa in maniera tale da avvolgere le stesse camere all’interno della campana formata dai lembi della pelle.
Il trasportatore a fili inizia la sua discesa fino ad inclinarsi di circa 10° rispetto alla posizione orizzontale. Terminata la fase di discesa del trasportatore, viene azionato lo scorrimento dei fili.
C. Le
camere effettuano la corsa di espansione stendendo così la pelle nella direzione dell’asse delle stesse mentre questa è ancora ancorata al gripper (fig. 2.16).
D. Terminata la fase di espansione, le ventose rilasciano la pelle al di sopra delle camere ed il gripper si riporta nella posizione di carico.
E. Inizia il moto satellitare delle camere che svolgono la pelle che gradualmente verrà depositata sul trasportatore.
Figura 2.17 Fase D: rilascio della pelle sopra le camere
F. Le camere continuano il loro moto satellitare fino a portarsi allo stesso livello del trasportatore. Questo aspetto, come discusso in precedenza, è fondamentale onde evitare che la caduta del lembo estremo della pelle provochi la formazione di pieghe della stessa sul nastro.
2.3 Obiettivo della tesi
Con i lavori di tesi precedenti, è stato ultimato il progetto dello stenditore con la stesura dei disegni esecutivi. È stata inoltre terminata la fase di realizzazione dei vari componenti fabbricati in parte presso la Sezione Produzione del DIMNP dell’università di Pisa, ed in parte presso ditte esterne.
Obiettivo di questa tesi è quello di sperimentare e mettere a punto il dispositivo descritto finora, al fine di renderne possibile una futura applicazione in ambito industriale. Il lavoro sarà suddiviso in due stadi fondamentali: in una prima fase saranno seguite le operazioni di montaggio della macchina provvedendo alla realizzazione o acquisizione di componenti mancanti; la seconda fase sarà imperniata
sull’attuazione del piano sperimentale allo scopo di individuare ed eliminare eventuali criticità nel funzionamento della macchina.
La fase sperimentale si articolerà su due fronti: in primo luogo verrà testato il corretto funzionamento delle camere cilindriche espandibili verificando che l’espansione ed il rientro delle stesse camere all’interno della propria sede avvengano correttamente; in secondo luogo sarà testato il funzionamento dell’intera macchina al fine di verificare che la stesura della pelle avvenga correttamente.
