Progetto Carroponte

[nimius83]

Salve a tutti, sono uno studente di laurea specialistica in ing.dell'automazione e mi sto cimentando in un progetto di carroponte a 5 gradi di libertà per l'esame di "controllo di azionamenti elettrici". Il progetto viene interamente fatto in ambiente matlab/simulink con utilizzo di stateflow per la logica ad eventi.

Siccome sono molto inesperto ancora nel settore, volevo chiedervi che tipo di motori vengono utilizzati per i carroponti. Io avevo pensato di implementare un motore a corrente continua con una specie di vite senza fine per convertire il moto da rotazionale a traslazionale: in realtà esistono carroponti che utilizzano questo tipo di soluzione oppure si sfruttano i motori tubolari lineari? avendo già il modello fisico del motore classico mi risulterebbe più facile la soluzione con la vite senza fine. Inoltre vorrei evitare di usare motori sincroni o asincroni visto che gli ho appena studiati e il loro modello è troppo complicato per me adesso da gestire in questo progetto.

Attendo una vostra risposta

grazie, ciao!

[luigi69]

nimius, ma i carroponti utilizzano in genere motori in corrente alternata, asincroni, con o senza inveerter e conm freno, non capisco perchè tornare indietro alla corrente continua

perchè è troppo complicato gestirli ?

il sistema vite senza fine non viene utilizzato per applicazioni del genere, semmai un semplice accoppiamento ruota dentata-cremagliera oppure il semplice attrito di ruote ferro su ferro

negli ultimi anni sono impiegati gli inverter per la "dolcezza" dell'avvio e per evitare quindi il pendolamento del carico

[nimius83]

Ciao Luigi innanzitutto ti ringrazio per la risposta. Il problema è che per questo progetto utilizzo simulink e il modello del motore asincrono (che tra l'altro ho appena studiato) è molto complicato e non lo so maneggiare bene come quello del motore a corrente continua! Anche il motore sincrono non è da meno, perchè bisogna fare il controllo vettoriale secondo gli assi d-q, varie trasformazioni di coordinate ecc... tieni conto che oltre i 3 motori che muovono ponte,carrello e cavo devo modellare tutta la logica con stateflow, i vari sensori, coordinare le varie operazioni, ecc.. Alla fine è solo un esame quindi non voglio farlo complicatissimo, diciamo che 3 semplici motori a corrente continua che erogano diverse coppie sarebbe l'ideale. In più devo tenere conto di altri effetti del secondo ordine, come la variazione del momento di inerzia per quanto riguarda il motore che avvolge il cavo oppure se voglio posso tenere conto anche dell'attrito! Anche il sistema di frenatura ,se lo inserisco, lo devo giustificare al professore con tanto di schema a blocchi quindi di roba da mettere in teoria ne sta davvero tanta.

Per quanto riguarda il movimento del ponte vorrei utilizzare un meccanismo per convertire il moto in traslazionale, cioè se io so quanta coppia eroga il mio motore tramite un controllo di coppia, devo sapere con che forza si muove il carrello sul binario. Con la vite senza fine scegliendo un certo passo di tot mm ad esempio so bene di quanti mm si sposta il carrello a ogni giro del motore. Con il sistema che mi hai indicato tu (quello ruota dentata-cremagliera) come funziona la conversione del moto?

grazie,ciao

[luigi69]

ok nimius, ma il modello del motore sincrono non lo ho neanche preso in considerazione in quanto specifico solo per appilcazioni particolari legate alle caratteristiche sue specifiche, i piu usati in ogni campo ( intendo genericamente ) sono gli asincroni a gabbia di scoiattolo

non conosco il simulink e per questo non posso esserti di aiuto

come giustificare il freno elettromagnetico ?

beh, tutto dipende dalle dimensioni e quindi proprio dal momento di inerzia della struttura.... una struttura di grosse dimensioni , tende a fare quello che vuole, ovvero a non fermarsi una volta che fermi il motore, e sopratutto, cosa che non si dovrebbe fare, se usi il carroponte per il tiro inclinato ( è vietato ) lui si sposta fino a trovare la perperndicolare della fune di tiro

io lo so che ti viene comodo utilizzare il discorso chiocciola-vite senza fine, ma è un meccanismo che viene utilizzato nelle macchine utensili, dove devi spostare degli assi con corse che raramente superano i 2 metri, se non nelle grosse frese a portale ( la Colgar di vicino a milano costruisce macchine con corse dell'ordine dei 14 metri..... )

come funziona il discorso ruota cremagliera ? il carroponte.....è un ponte ok ? esso poggia su due rotaie laterali , sulle quali scorre per mezzo di ruote metalliche.

Affinchè il carroponte abbia SEMPRE la sicurezza di correre parallelo alle sue guide, le ruote non sono piatte ma scavate con un profilo a sezione quadra o rettangolare. Infatti sulle strutture a doppio T dove scorre , sono saldati dei pezzi di ferro pieno a sezione come quelle delle ruote, in maniera che la strutture dell'IPE si sopporta il peso, il quadro di ferro "guida" l'avanzamento .

Nei carroponti molto grossi , ognuna delle ruote ( a dx e sx) è mossa da un motore autofrenante : in quelli piccoli, anche per ragioni di costo, il motore è uno unico centrale ed il moto trasmesso ai lati con un albero

dove ci sono particolari condizioni , ovvero l'aderenza della ruota metallica non è garantita sempre ( all'aperto con pioggia e ghiaccio ) a fianco del profilo a sezione quadra si trova una cremagliera, per capirci, stile cancello scorrevole . il movimento di avanzamento è realizzato quindi da un opportuno riduttore che muove un pignone, che quindi "appoggiandosi" alla cremagliera sposta il carro ponte.

a livello pratico poi, la vite e chiocciola ( come elle macchine utensili, a ricircolo di sfere ) richiede un ambiente di lavoio "pulito" : immagina invece una cava di pietre.... la polvere che c'è . Nella cremagliera puoi anche tritare i "topi morti" che nessuno se ne accorge

A parte il discorso del riduttore del tiro fune , discorso a parte, per la movimentazione vengono usati motori calettati su riduttori ad ingranaggi assiali . Quando il carroponte si ferma , l'inerzia della struttura viene "assorbita" dagli ingranaggi e dal freno meccanico. Dato che il riduttore è reversibile meccanicamente, rischia che nel caso tu tiri inclinato ( la perpendicolare della fune è ad esempio distante dal pezzo da sollevare ) il carro si sposti..... con gli eventuali inconvenienti e pericoli del caso. Ecco perchè giustificare il freno elettromagnetico

domanda spontanea : ed allora perchè non si utilizza un comune riduttore ruota denti elicoidali- vite senza fine ? che sopra un determinato angolo dell'inclinazione della vite risulta non reversibile ?

proprio per la minore resistenza alle brusche frenate e quindi alla minore capacità di assorbire l'inerzia in frenata della struttura ( inoltre in genere la ruota a denti elicoidali sono in bronzo e non in acciaio )

Quello che non ci hai detto è però le dimensioni della struttura che intendi progettare, ovvero il suo utilizzo, per meglio capire il problema

mi pare di capire che intendi realizzare un ibrido , ovvero un misto fra un modello matematico facile da elaborare e... qualche cosa di non troppo complicato ( eheheh si cerca di sopravvivere...)

si potrebbe andare avanti a parlare ore ed ore sul tipo di movimentazione elettrica nel corso degli anni , da quando non esistevano gli inverter e si utilizzavano motori ad anelli con resistori di corto circuito ponticellati progressivamente, fino a i dopia velocità..fino ai giorni nostri

io non so dove tu abiti, ma non hai occasione di vederne uno ? che so, una grossa segheria, una officina meccanica , un porto per caricare le navi, una cava di marmo.....

ne vedi ti tutti i tipi e portate, e magari qualche cosa di già realizzato nella realtà può aiutarti

[nimius83]

Grazie per la descrizione dettagliata, alla fine di tipi di carroponte o motori non me ne intendo quasi per niente. In fondo noi ci occupiamo per il momento di ricavare modelli matematici dei motori e degli azionamenti partendo da una descrizione fisica semplice del suo funzionamento e dopo aver studiato tutti i tipi di controllo per quel motore (ad esempio controllo volt/hertz o vettoriale per un asincrono) e dopo aver discusso tutte le caratteristiche di funzionamento dello stesso, ci impegniamo a descriverlo in simulink e simularlo. Ecco perchè solo il semplice motore richiede già un bel lavoro in simulink figuriamoci tutto il progetto di un carroponte con 3 motori! Per non parlare della logica di controllo che c'è dietro a un tale sistema, ad esempio reset del cavo se si usa un encoder incrementale, salita e discesa a velocità costante.. ecc.. e tutta questa logica si implementa in un potente tool di Matlab che si chiama Stateflow.

Per cominciare, descrivo la fisica della struttura: essa è alta 18 metri, larga e lunga 10 quindi il ponte e il carrello possono scorrere da una coordinata di -5 metri a +5 metri. Il gancio ha un peso di 250 chili; il carico da trasportare è alto 3 metri ed è di massa ignota (ma compreso tra 1000 e 10000kg) da determinare tramite un sensore di carico.

A parte il dimensionamento, mi risulta difficile capire che coppia di carico deve avere il motore del carrello e quello del ponte; per quanto riguarda quello del cavo invece mi pare di aver capito che devo moltiplicare il peso del carico in newton per il raggio del motore, giusto?

Altro problema è il momento di inerzia: in teoria man mano che il cavo si avvolge il momento di inerzia va variando.. a meno che non considero trascurabile la massa del filo. Invece per quanto riguarda gli altri 2 motori (ponte e carrello) tale momento dovrebbe variare a seconda della massa del carico giusto? invece la coppia di carico dovrebbe rimanere la stessa..

insomma ho un po' di confusione a riguardo, spero che possiate essermi d'aiuto grazie mille!!!

[luigi69]

Per cominciare, descrivo la fisica della struttura: essa è alta 18 metri, larga e lunga 10 quindi il ponte e il carrello possono scorrere da una coordinata di -5 metri a +5 metri. Il gancio ha un peso di 250 chili; il carico da trasportare è alto 3 metri ed è di massa ignota (ma compreso tra 1000 e 10000kg) da determinare tramite un sensore di carico.

per cominciare... non potresti trovare qualche cosa di meno complesso ahahahahaha

nel senso alta 18..... inizi a dovere dimensionare i pilastri con carico di punta ! e solo 10*10, "solo" vuole dire che quando si muove inizia a divetare critica la stabilità ( se il carico è grande di volume e posizionato agli estremi es. + 5 metri )

il peso del gancio è trascurabile , nel senso.... 250 su 10000 sono il 2,5 per cento, per il dimensionamento si usano ben altri coefficenti di sicurezza ( almeno 6 volte)

l'altezza del carico è indifferente ai fini del dimensionamento dei motori, in quanto..cambia solo la lunghezza della fune ti spiego dopo

perchè vuoi determinarlo con un sensore di carico ? basta un gancio di pesatura o devi mettere tutto il carro su celle di carico ?

prova a guardare il sito della laumas di parma , costruiscono un gancio gia completo di cella e visualizzatore

la coppia necessariaper sollevare il carico dipende , per una gru cosi alta, anche dal diametro del tamburo dove è avvolta la fune più è strotolata minore è il diametro

Ipotizziamo un sollevamento a 0,5 metri al secondo la potenza necessaria dovrebbe trovarsi con la formula

peso in N * Velocità m/s quindi 100000*0.5 quindi 50 KW

diametro del tamburo avvolgitore esempio 200 mm...solo per esempio

diametro fune : che so...20 mm solo per dire primo strato il diametro sarà220 mm....dopo il decimo strato, tanto per dire, il diemtro sarà 400 mm

la coppia necessaria al primo strato risulta essere 10000 Kg* 0,110 metri : 1100 daN * m

a questo punto iniziano a complicarsi le cose, nel senso che velocità di rotazione, carico che alzi e diametro tamburo si intrecciano

bisonga fissarne qualcuno.... anche calcolando la lunghezza della fune

ipotesi senza taglia ma a presa diretta lunghezza fune m. 18 di altezza + qualche cosa..... ipotesi 20 metri

se il tamburo è 200 mm... ogni giro sono la circonferenza 2 pigreco r ovvero 3,14*210mm ovvero 659 mm di fune che diviso per 20 metri dovrebbe fare 30 spire di cavo da 20 mm sono 600 mm di lunghezza del tamburo

se si fanno piu strati perchè si ha un tamburo stretto, se il diametro della fune è considerevole, cambia a parità di coppia il tiro disponibile

sperando di non averti detto cavolate, data la delicatezza dell'argomento, non trovi qualche cenno di meccanica in giro ?tipo manuale del perito meccanico ? ho trovato anche dimensionamenti per momento ribaltante nel caso di gru a bandiera o colonna

conosco appena li matlab e per lo state fliwe non posso esserti utile

[nimius83]

Grazie Luigi troverò certamente utili le tue spiegazioni per il mio progetto.

Alla fine io sto nel campo dell'ingegneria dell'informazione e non della meccanica, quindi sono più interessato all'aspetto di programmazione e controllo delle macchine più che alla loro natura fisica. E' ovvio che devo capire più o meno come è fatto il sistema per poterlo controllare, questo sì.

Per il mio lavoro ho preso spunto da questo sito che spiega tutto in maniera molto dettagliata ( http://www.giuseppeiemma.altervista.org/si...nte/indice.php) : alla fine lo stateflow è un programma facile da capire, non è altro che una macchina a stati che si implementa con un PLC e che permette di coordinare le varie fasi del progetto: in questo caso ad esempio, la fase di prelievo dell'oggetto, del sollevamento dello stesso, dello spostamento lungo gli assi x e y e infine del deposito del carico.

Spero che ti possa interessare, quando mi serve qualche altra info spero di contare su di te, grazie!

ciao!!