La pneumatica per la movimentazione sicura ed efficiente dei carichi

Navetta a cuscino d’aria per il sollevamento di un motore Diesel (Solving Italia Srl).

Grazie alla capacità di adattarsi nella risoluzione di molteplici problemi, la pneumatica è stata sempre utilizzata per applicazioni industriali specifiche, che hanno raggiunto obiettivi diversi. Gli impieghi della pneumatica sono estesi a campi sempre più vasti, in seguito allo sviluppo crescente della tecnologia. In particolari campi, come ad esempio la manipolazione dei carichi, l’utilizzo della pneumatica è ormai consolidato, in quanto offre soluzioni più convenienti di quelle realizzate con altre piattaforme.

Pochi sono i processi industriali dove non sia presente la pneumatica; la si ritrova, ad esempio, nell’industria manifatturiera e robotica, in quella alimentare e tessile, nell’agroalimentare, nell’automotive, in campo medicale. Allo stato attuale, in numerosi sistemi automatici complessi sono presenti componenti pneumatici, come anche in sistemi robotizzati dove si trovano organi di presa veloci e adattivi, come pinze meccaniche o sistemi di presa a ventosa. L’integrazione tra più discipline, poi, come avviene tra la pneumatica, l’elettronica e l’informatica, consente di ottenere sistemi meccatronici, i quali semplificano e sostituiscono in parte il lavoro umano; nello specifico, all’elettronica viene affidato il compito principale di governare il processo mentre alla pneumatica il ruolo di attuazione e controllo del processo. L’industria manifatturiera in generale, che opera sia nel campo meccanico, sia in quello agroalimentare, elettronico, dell’industria legno… ha necessità di prendere e manipolare oggetti fisici, in tutte o almeno su particolari fasi del ciclo di produzione; l’azione che deriva dalla presa diventa in tal modo parte integrante e organica dell’automazione che ne consegue. L’importanza della presa è fondamentale durante le operazioni di manipolazione dei prodotti finiti; infatti, i componenti dedicati allo scopo sono molto numerosi, coinvolgendo tecnologie per la movimentazione di vario tipo, con caratteristiche differenti a seconda della particolare condizione e spazio di lavoro utilizzato. Movimentare un carico significa non solo trasportarlo, ma anche sostenerlo, sollevarlo, deporlo, muoverlo, portarlo e spostarlo. È prassi comune pensare che un manipolatore venga utilizzato solo quando un componente è troppo pesante, ingombrante o difficile da afferrare; molti prodotti movimentati, soprattutto con i manipolatori pneumatici, non sono solo pesanti, ma hanno delle particolarità come, ad esempio, dimensioni che riducono la visuale, sono fragili o hanno forme tali che difficilmente la presa umana può ripetersi in sicurezza in modo ciclico. Inoltre, l’utilizzo di manipolatori è d’obbligo in tutti quegli ambiti lavorativi che presentano dei pericoli o rischi per la salute o per la sicurezza del lavoratore, come quando la temperatura dell’oggetto è molto elevata, molto bassa, oppure quando si è in presenza di sostanze o materiali pericolosi. Tra i sistemi comunemente utilizzati nella movimentazione dei carichi i sistemi con supporti a pattini d’aria e i manipolatori pneumatici rappresentano i due casi più importanti.

Figura 1 – Schema di funzionamento dei cuscini d’aria.

Movimentazione con pattini ad aria

L’aria compressa viene utilizzata come fonte energetica per la movimentazione di carichi tramite pattini d’aria. Il principio di funzionamento (Figura 1) si basa sull’immissione di aria compressa in uno stretto spazio, detto meato, tra un elemento fisso e uno mobile, in modo da formare uno strato d’aria in pressione che separa i due elementi e che permette un movimento relativo non accompagnato da strisciamento, diminuendo sostanzialmente il coefficiente di attrito tra terreno e superficie del corpo. Con questa metodologia il consumo per usura risulta inesistente e la movimentazione sostentata dall’aria permette movimenti anche in ambienti con curve strette. Le tipologie più usate sono i sistemi modulari, i sistemi a travi standard e le navette a guida automatica. I sistemi modulari sono i sistemi più versatili e usati per movimentare carichi molto pesanti in spazi limitati o spostamenti delicati, che necessitano livelli di sicurezza elevati.

In Figura 2 e 3, viene rappresentata la tipologia con moduli a cuscino d’aria per lo spostamento di uno yacht, dove i moduli risultano alimentati da una serie di tubi connessi ad una unità di controllo, a sua volta collegata alla rete di alimentazione dell’aria compressa. Con questa applicazione è possibile movimentare carichi che vanno da 1 fino a oltre 300 tonnellate. Per garantire la massima stabilità, sotto il carico devono essere posizionati almeno tre moduli di cuscini d’aria (preferibilmente quattro), il più possibile distanti tra loro, così da suddividere il peso del carico in modo uniforme. La qualità della superficie del pavimento è importante per il consumo dell’aria e per la forza di movimentazione. Uno dei limiti di questi sistemi è rappresentato dalla forma e dalla portanza del pavimento, che deve presentarsi in buon stato di conservazione, il più liscio o levigato possibile. Un pavimento adeguato è per esempio un pavimento di cemento levigato e verniciato; per movimentazioni occasionali un pavimento non adeguato può essere coperto da lamierino o tappeti di PVC. Altro sistema utilizzato è quello con i sistemi a travi a cuscino d’aria, che offrono una soluzione flessibile per movimentare macchinari, trasformatori elettrici, veicoli, manufatti d’acciaio e componenti pesanti, con pesi variabili da 7 a 44 tonnellate per trave; queste travi possono essere personalizzate durante il processo costruttivo, per soddisfare esigenze particolari del fruitore. Il carico è posto direttamente sulla navetta a cuscini d’aria, oppure su un pallet portante sotto il quale si spinge la navetta; grazie alla guida omnidirezionale ed al posizionamento preciso questi sistemi sono tipicamente utilizzati nell’industria cartaria, nucleare e nella produzione di motori e trasformatori.

Infine, vanno citati i veicoli a guida automatica (Figura 6-7), che vengono usati per movimentare carichi da poche centinaia di chilogrammi a 100 tonnellate o più, come ad esempio bobine di carta, bobine di acciaio, motori, veicoli e altri tipi di carichi pesanti. Nati grazie alle continue innovazioni della meccatronica moderna, trovano largo impiego nell’ambito industriale e logistico; le versioni più piccole sono usate per movimentare diverse tipologie di carichi industriali o per attrezzature mediche in ospedali o cliniche. I veicoli a guida automatica sono liberi di muoversi a velocità elevate, in quanto non sono tenuti a seguire strutture fisse a terra e ogni variazione del percorso può essere fatta semplicemente via software con comunicazione Wi-Fi. Tali veicoli sono classificati a seconda della tecnologia di guida, alcune delle quali oramai obsolete e ognuna con vantaggi e svantaggi a seconda dell’ambiente di lavoro: si ha il sistema di guida a filo, con magneti, con triangolazione attraverso laser e, infine, i sistemi GPS.

 

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