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VIB

OSCILLAZIONI GUIDATE

TEORIA DELLE VIBRAZIONI MECCANICHE

I fenomeni vibratori sono d’importanza fondamentale nella progettazione di impianti meccanici per gli effetti che inducono sul comportamento dinamico delle macchine e sulla vita dei loro organi.Lo studio di tali fenomeni, però, risulta quasi impossibile se il sistema non viene ricondotto ad una schematizzazione in cui si analizzano solamente le principali fonti di vibrazione lungo i soli 3 assi principali. Tale semplificazione ai fini della progettazione risulta quasi sempre sufficiente.I sistemi vibranti che costituiscono l’oggetto di studio per la meccanica delle macchine possono essere suddivisi in due classi:

  • con vibrazioni libere
  • con vibrazioni forzate

 

Le vibrazioni libere hanno luogo quando le forzanti esterne sono assenti, cioè quando non ci sono forze esterne che agiscono sul sistema; in questo caso il sistema oscilla con frequenza pari ad una delle sue frequenze naturali, che sono proprie del sistema stesso e dipendono unicamente dalla distribuzione della sua massa e dalla sua rigidezza. Le vibrazioni forzate sono quelle che si verificano sotto l’eccitazione di forze esterne ad esempio quelle indotte da un motore.Quando la causa eccitatrice è di natura oscillatoria, il sistema vibra a tale frequenza, ma se questa frequenza coincide con una delle frequenze naturali si verifica una condizione di risonanza, cioè una generatrice di oscillazioni con ampiezza amplificata. Un esempio delle conseguenze che le vibrazioni in condizioni di risonanza possono comportare, è quello del crollo del ponte Tacoma, avvenuto il 7 Novembre 1940 nello Stato di Washington, quando sebbene la velocità del vento era di soli 72 Km/h le continue oscillazioni delle struttura lo fecero entrare in risonanza. In questa particolare condizione le oscillazioni aumentarono a tal punto che il manto stradale fu continuamente percorso da delle onde vibrazionali fino a quando arrivò il collasso dell’intera struttura portante con il conseguente crollo.I sistemi vibranti reali sono tutti soggetti a smorzamento, a causa della dissipazione d’energia dovuta all’attrito o ad altre resistenze. Se lo smorzamento è piccolo, questo ha poca influenza sulle frequenze naturali del sistema, mentre se è elevato risulta particolarmente importante a frequenze prossime alla risonanza.Una vibrazione meccanica, quindi, è caratterizzata da:

  • Ampiezza ( Dm2): variazione massima da un valore di riferimento
  • Frequenza (fn): il numero di oscillazioni effettuate nell’unità di tempo.

TRASPORTATORI CON AZIONAMENTO BIELLA-MANOVELLA: INTRODUZIONE

La tecnologia degli elementi elastici VIB permette di realizzare trasportatori oscillanti ad alto rendimento per il trasporto di materiale di differenti tipologie e pezzature. Gli elementi elastici VIB infatti permettono di costruire sistemi di trasporto che possono offrire notevoli vantaggi rispetto ai tradizionali sistemi:

  • semplicità ed economicità nella progettazione e costruzione
  • elevata durata nel tempo con una limitata manutenzione
  • innumerevoli soluzioni applicative: trasportatori, vagli, calibratori, agitatori, setacciatori etc.

I canali vibranti sono costruiti con gli elementi oscillanti VIB che permettono di propagare le vibrazioni generate da un eccentrico lungo il piano di avanzamento del materiale. I trasportatori vibranti realizzati con la tecnologia VIB permettono di progettare e costruire sia canali vibranti ad avanzamento fluido (trasporto) sia a saltellamento (vagliatura e calibrazione).

I canali vibranti ad avanzamento fluido sono utilizzati con basse frequenze (2 Hz) ed elevate ampiezze (max circa 30 cm) e sono particolarmente utilizzati per il trasporto di materiale di elevate dimensioni. I trasportatori a saltellamento lavorano con frequenza elevata (fino a 10 Hz) e con ampiezze ridotte (max circa 2 cm).

Queste tipologie di trasportatori sono particolarmente utilizzati nell’industria mineraria-estrattiva, lavorazione frutta e verdura, lavorazione tabacco, riciclaggio, setacciatura farine, miscelatura mangimi etc.

Gruppo vibrante ad una massa

Il sistema rappresentato in fig. 1 è il metodo più semplice ed economico per costruire trasportatori di materiali sfusi di medie o lunghe dimensioni. Tale impianto prevede una grondaia di scorrimento (1), sorretta da sospensioni elastiche (2), azionata da un manovellismo biella manovella (3). Questi trasportatori vengono realizzati con strutture rigide e saldamente collegati al suolo in quanto il canale vibrante può essere utilizzato con accelerazioni fino a 1,7 g. Per questi motivi è essenziale dimensionare correttamente la macchina ed una scelta appropriata degli elementi elastici VIB contribuisce all’assorbimento delle vibrazioni e ad un’ottimale esecuzione del canale vibrante.

Caratteristiche tipiche di questi impianti

Accelerazione

1,1 ÷ 1,7 g

Velocità di avanzamento

6 ÷15 m/min

Lunghezza del canale

12 ÷ 15 metrimax

 

Questo impianto prevede una grondaia sorretta da delle sospensioni ognuna costituita da 2 BT-F e azionata da una testa di biella TB che funge da snodo elastico sferico. Questa semplice applicazione può essere utilizzata tutte le volte in cui le forze dinamiche in gioco non risultino troppo elevate, in quanto tutti i carichi e le sollecitazioni gravano sui BT-F. La fig. 2, rappresenta il miglior modo per costruire una sospensione, tale sistema prevede l’utilizzo di un’unità di collegamento ricavata per tornitura da barra esagonale.

Ai capi della barra la filettatura dovrà essere una destrorsa e l’altra sinistrorsa in maniera tale che in fase di messa in opera dell’impianto si potranno effettuare delle piccole inevitabili correzioni d’interasse tramite una semplice chiave inglese. Con lo stesso sistema costruttivo ma con interasse di sospensione fisso la gamma di prodotti VIB prevede i componenti elastici TP-S o TP-F. Per diminuire la potenza impiegata si può prevedere in fase di progettazione di far lavorare l’impianto in una particolare condizione cioè in quella di risonanza ovvero ad una frequenza prossima a quella propria del sistema.

In questa particolare condizione le ampiezze di oscillazione si amplificano notevolmente consentendo d’impiegare una minor potenza nella motorizzazione aumentando però le sollecitazioni indotte alla struttura.

Gruppo vibrante ad una massa, con accumulatore elastico

Il sistema vibrante è il medesimo del sistema precedente a cui si aggiungono due o più coppie di accumulatori elastici, inserite fra canale e basamento, come è possibile vedere a pag F-23/25.

L’elemento VIB che permette questi vantaggi è l’elemento elastico AD-P. Questo sitema permette di contenere al minimo sia il consumo energetico che le sollecitazioni sulle strutture. Garantisce inoltre un funzionamento armonico e più silenzioso, grazie all’azione bidirezionale degli accumulatori.

Il massimo fattore oscillante ammesso non deve superare i 2,2 g. Il numero di accumulatori necessario è in funzione dei pesi e delle velocità in gioco.

Caratteristiche tipiche di questi impianti

Accelerazione

1,1 ÷ 2,2 g

Velocità di avanzamento

6 ÷22 m/min

Lunghezza del canale

fino a 20 m

Gruppo vibrante bilanciato con massa e contromassa o con doppia massa

Quando le forze dinamiche ed inerziali sono elevate e si richiede al trasportatore elevate prestazioni ed efficienza è consigliabile l’utilizzo di un sistema di oscillazione con massa e contromassa o con doppia massa, in quanto le sollecitazioni non vengono scaricate interamente alle fondazioni ma compensate dinamicamente dalle due masse oscillanti. La fig. 4 rappresenta lo schema di un trasportatore oscillante a due masse bilanciate con azionamento biella manovella. Questo impianto prevede una grondaia sorretta delle sospensioni TD-S e azionata da un elemento oscillante tipo TB o tipo AD-P che funge da snodo elastico (quest’ultimo consigliato solo in caso di applicazioni in risonanza). In questi trasportatori a due masse l’azionamento può essere applicato indifferentemente al canale di scivolamento superiore o alla contromassa inferiore.

In alternativa ai TD-S è possibile utilizzare i TD-F, questi prodotti si differenziano solamente per le differenti modalità di montaggio, che sono di seguito illustrate. Il canale di scivolamento (1) e la contromassa (2) hanno lo stesso peso, quindi le due masse durante le loro oscillazioni si equilibrano dinamicamente in quanto l’una si muove in senso opposto all’altra.

Questo sistema, inoltre, permette di sfruttare l’oscillazione della contromassa per realizzare un secondo canale di scivolamento con il medesimo verso di avanzamento di quello superiore.

Caratteristiche tipiche di questi impianti

Accelerazione

1,5 ÷ 5,0 g

Velocità di avanzamento

10 ÷45 m/min

Lunghezza del canale

fino a circa 25 m

Gruppo vibrante in risonanza

I trasportatori vibranti ad una massa oppure quelli bilanciati a due masse possono essere progettati per lavorare in un regime dinamico di risonanza, con lo scopo di aumentare le ampiezze di oscillazione e contemporaneamente ridurre la potenza richiesta dal sistema.

Questa condizione, però, comporta l’utilizzo di un numero maggiore di sospensioni elastiche rispetto ad un regime dinamico non in risonanza. I componenti elastici VIB permettono, infatti, di fornire la necessaria elasticità dinamica al sistema per un funzionamento nella condizione di risonanza, evitando però che le vibrazioni si propaghino alla struttura della macchina ed al suolo tramite le fondazioni.

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