Movimentazione dei carichi sicura con la pneumatica

movimentazione di carichi

La movimentazione dei carichi rappresenta un settore fondamentale del lavoro e della realtà manifatturiera, dove garantire uno standard di sicurezza nei confronti del personale lavorativo risulta fondamentale, in una realtà industriale che non può privarsi dell’interazione tra le persone e che deve salvaguardare la salute degli operatori.

La movimentazione di beni e prodotti, che rientra tra le diverse fasi che articolano i flussi di magazzino, rappresenta un settore cardine in aziende e reti di aziende per una risposta globale alle necessità di mercato e, dunque, alla redditività, in particolare nelle aziende dove le merci nel magazzino entrano ed escono continuamente.

Le merci in magazzino rappresentano così una “variabile temporale” direttamente proporzionale al tempo necessario per gestire “attivamente” le merci (fasi di movimentazione, stoccaggio, consolidamento ecc.), e a quello da destinare alla gestione “passiva” delle stesse (il tempo in cui le merci restano ferme o stoccate in attesa di essere gestite).

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Fig. 1 – schema a blocchi del flusso complesso di un magazzino (prod. propria).

In un magazzino generico, il flusso non sempre è lineare, nel senso che non in tutti i magazzini le merci arrivano, si conservano e poi escono nuovamente seguendo tre semplici fasi.

Le situazioni posso essere molteplici e talvolta molto complesse, per tal motivo il flusso di magazzino viene classificato in semplice, medio o complesso, a cui conseguono soluzioni manuali e automatizzate, che vengono scelte a seconda del grado di automazione previsto: le diverse soluzioni prevedono la scelta contemporanea di automazione, robotica, movimentazione manuale e complesse combinazioni di esse, pianificate in funzione delle esigenze specifiche.

Automazione e robotica si rivolgono specificamente ai settori del magazzino e della intralogistica, attraverso soluzioni di grande beneficio e innovazione produttiva, rispetto a tipologie industriali ormai obsolete.

Le soluzioni di movimentazione automatizzate o robotizzata, per lo più di tipo articolato o antropomorfo e cartesiano, rappresentano attualmente la principale soluzione di movimentazione per materiali e componenti, anche se soluzioni classificate con l’acronimo S.C.A.R.A. sono in grado di dar prestazioni di rapidità e tempi ciclo realmente performanti per una produzione caratterizzata da elevati numeri e alta efficienza; questo grazie alla grande capacità di robot S.C.A.R.A. di sviluppare cicli di elevata accelerazione, realizzabili e convenienti nella produzione di componenti di massa ad alto valore aggiunto.

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Fig. 2 – Manipolatore pneumatico a braccio (Dalmec Spa).

I manipolatori pneumatici e sistemi di presa associati

Movimentare un carico significa non solo trasportarlo, ma anche sostenerlo, sollevarlo, deporlo, tirarlo, portarlo e spostarlo; non si deve generalizzare e pensare che il manipolatore venga utilizzato solo quando un componente è troppo pesante, voluminoso o difficile da afferrare, ma anche quando si manifestano determinate situazioni, ad esempio le dimensioni lineari dell’oggetto riducono la visuale, oppure un prodotto è fragile o la presa dell’oggetto è difficile a causa della forma del prodotto, e ancora, quando la movimentazione è ripetitiva oppure la temperatura dell’oggetto è molto alta o bassa.

I manipolatori sono usati in ogni settore industriale a livello mondiale, per aiutare le aziende a sollevare e movimentare manufatti con efficienza, sicurezza ed ergonomia.

Nella quasi totalità dei moderni impianti di produzione, è facile constatare la compresenza della pneumatica e di sistemi che usano aria compressa per movimentare carichi in maniera sicura e consentire all’operatore la movimentazione di qualsiasi manufatto senza sforzo, velocemente, con massima sicurezza e precisione; in tal modo si avrà la possibilità di ottimizzare l’uso delle risorse umane con effetto di maggiore redditività sul lavoro.

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Fig. 3 – Manipolatore pneumatico a braccio (Dalmec Spa).

I settori di utilizzo dei manipolatori pneumatici sono molteplici, in particolare si citano quello delle costruzioni, imballaggi e confezionamento, settore tessile, chimica, alimentari, meccanica, elettromeccanica, fonderia, automobilistica, legno.

Le tipologie di manipolatori industriali più usati sono del tipo a braccio rigido o il tipo a funi, che permettono il sollevamento di oggetti con un “range” di utilizzo che arriva fino a 1,5 tonnellate, anche se il loro uso più frequente è per carichi leggeri.

Il manipolatore del tipo a braccio, come quelli mostrati nelle figure 2 e 3, è una macchina con bracci di acciaio rigidi che permette di svolgere complesse rotazioni e inclinazioni grazie a dei cilindri pneumatici, anche quando il baricentro del manufatto che viene movimentato non coincide con il suo centro di massa.

Oltre a sollevare i carichi, è possibile ruotarli, bascularli, ribaltarli o più semplicemente inclinarli, e grazie allo specifico organo di presa, costruito e scelto in base alle esigenze del cliente, permette in generale di manipolare una gamma notevole di prodotti con forme diverse.

Avendo solo parti meccaniche movimentate attraverso la pneumatica, questi manipolatori sono costruttivamente indipendenti da altre tecnologie, nel senso che non presentano apparecchiature che necessitino di alimentazione elettrica, ma solamente di aria compressa con valori di pressione che oscillano tra i 5 e i 7 bar.

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Fig. 4 – Manipolatore pneumatico a fune (Dalmec Spa).

Un manipolatore a funi, come quello rappresentato nelle figure 4 e 5, è adeguato a spostare oggetti leggeri di forme standard e ben definite.

I manipolatori a fune usano funi di acciaio o nylon per spostare e muovere i prodotti verticalmente, e utilizzano un sistema di funi e carrucole accoppiato a un cilindro pneumatico.

Quando il cilindro si allunga o ritrae, le funi si avvolgono e muovono verticalmente verso l’alto o verso il basso il manufatto; inoltre, alcune movimentazioni di manufatti leggeri possono essere eseguite attraverso questi manipolatori, anche se il baricentro del manufatto non coincide con il suo centro di massa.

Rispetto agli altri manipolatori a braccio sopra descritti, questa tipologia si contraddistingue per il sollevamento bilanciato dei carichi e si classificano per rapidità di movimento grazie all’escursione verticale a doppia fune.

Essi risultano leggeri e poco ingombranti, permettono di risolvere molteplici problemi di movimentazione, soprattutto in zone di lavoro ristretto.

Movimentazione efficiente e in sicurezza di carichi pesanti

La tecnologia a cuscino d’aria si basa su un componente chiave, in dispositivi pneumatici che usano aria compressa, per creare una sottile pellicola d’aria sulla quale i carichi pesanti possono galleggiare.

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Fig. 5 – Manipolatore pneumatico a fune (Dalmec Spa).

La tecnologia a cuscino d’aria è stata inventata da un ingegnere finlandese negli anni ’30, attraverso lo sviluppo di un prototipo che rappresentò il primo velivolo in grado di galleggiare su uno strato d’aria sulla terra o sull’acqua.

Nel 1950 la tecnologia a cuscino d’aria fu sviluppata per l’hovercraft in Inghilterra e nel 1960 per movimentazione interna negli stabilimenti negli USA.

Oggi questa tecnologia è usata in innumerevoli industrie; essa risulta flessibile e pulita, non produce rumore né emissione di gas di scarico, in quanto basata sull’impiego dell’aria.

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Fig. 6 – Schema di funzionamento dei cuscini d’aria (prod. propria).

L’aria compressa sostenta il carico ed evita il contatto o strisciamento con il pavimento: in questo modo non si ha consumo per usura e la movimentazione risulta efficiente consentendo movimenti anche in ambienti con curve strette.

Il principio di funzionamento, noto anche come “cuscino d’aria”, è basato sulla creazione di un sottilissimo film d’aria all’interfaccia tra pavimento e superficie esterna del cuscino; l’aria compressa solleva il corpo in esame diminuendo il coefficiente di attrito tra terreno e superficie del corpo: il coefficiente d’attrito si riduce fino a 0,002.

In figura 6 viene mostrato il funzionamento della tecnologia a cuscino d’aria: il cuscino risulta appiattito prima di essere collegato con il sistema ad aria compressa (fig. 6a); quando si collega all’aria compressa, il cuscino si gonfia, sigillando lo spazio fra esso e il pavimento (fig. 6b).

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Fig. 7 – Navetta a cuscino d’aria per il sollevamento di un motore Diesel (Solving Italia Srl).

Quando la pressione dell’aria è più alta della pressione del carico, l’aria fuoriesce e si inserisce tra il cuscino e il pavimento, creando una sottile pellicola, sulla quale galleggia il carico, senza attrito (fig. 6c).

Fig. 8 – Mover su ruote il sollevamento di un motore Diesel (Solving Italia Srl).

Le navette a cuscini d’aria, adatte per la movimentazione interna negli stabilimenti e per spostamenti brevi, permettono di movimentare carichi molto pesanti come pesi da poche centinaia di chilogrammi a un migliaio di tonnellate o più, come quelle nelle figure 7 e 8 relative allo spostamento di grandi motori diesel e nella foto in apertura di articolo, per il sollevamento di un trasformatore elettrico.

Le navette a cuscini d’aria sono sicure e facili da muovere, richiedono poca manutenzione e non consumano le pavimentazioni.

Per funzionare in modo adeguato, i cuscini d’aria necessitano sia di una superficie di pavimentazione liscia senza inclinazioni, sia di un impianto di aria compressa, che deve essere continuamente collegato ai cuscini durante la movimentazione del carico.

La movimentazione industriale di carichi ha sempre necessitato di spazi adeguati, e in periodi particolari, come quelli che stiamo attraversando dovuti al Covid, l’esigenza di distanziamento è imposta, anche per una esigenza di protezione dal contagio degli operatori.

Fig. 9 – AGV specifico per bobine di alluminio (Solving Italia Srl).

In questo ambito, grande utilità hanno i veicoli a guida automatica e automatizzata: i cosiddetti AGV (Automated/Automatic Guided Vehicle).

Questi veicoli sono utilizzati principalmente in campo industriale, come si vede in figura 9, per movimentare prodotti all’interno di uno stabilimento e, sporadicamente, anche in esterno.

Si tratta di veicoli a guida automatica, progettati per una movimentazione ripetitiva, continua, precisa e sicura.

Gli AGV sono adatti a movimentare pesi da pochi chilogrammi fino a un centinaio di tonnellate o più.

Fig. 10 – AGV specifico per per barre d’acciaio (Solving Italia Srl).

Sono disponibili sistemi di navigazione multipla, come quelli in figura 10, per la movimentazione di barre d’acciaio, dove una o più navigazioni sono combinate per soddisfare il processo produttivo.

Gli AGV prodotti dall’azienda Solving, leader di mercato in questo settore, sono provvisti di un’interfaccia uomo-macchina IUM (Human-Machine Interface HMI) per un’interazione facile e veloce con l’operatore.

Il sistema AGV può essere controllato da un “fleet manager”, che può connettersi al software gestionale del cliente, il WMS (Warehouse Management System) o l’ERP (Enterprise Resource Planning).

I movimentatori AGV di Solving sono dotati di sistemi di sicurezza all’avanguardia (fig. 11), per evitare collisioni o danni: essi sono dotati di laser scanner per la sicurezza del personale e per evitare danni da collisione, hanno segnali visivi e audio, come anche pulsanti d’emergenza, per garantire la sicurezza del personale e dei carichi in caso di necessità di intervento immediato di arresto del moto.

Fig. 11 – AGV specifico per per scaffalature (Solving Italia Srl).

L’autore desidera ringraziare le aziende Solving Italia Srl, Lesa (Novara) e Dalmec Spa, Cles (Trento), che hanno gentilmente messo a disposizione informazioni tecniche e materiale fotografico.

di Andrea Cadeddu – Ordine degli Ingegneri della Provincia di Cagliari