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GRU Meccanismi per apparecchi di sollevamentoIstruzioni per il
calcolo 1)U 1'1 17670
Mechanisms for lifting appliances - Instructions for design
C-Ol
EQl"0Ql
"~c.'co'N'6W
wzo
~!j;;z:::>isoz«::::i
~W....J«Zo~zWI-ZW
1. SCOpOLa presente norma ha 10 scopo di fornire Ie basi di
calcolo per la progettazione e la scelta degli organi meccanici per
appa-recchi di sollevamento.Essa e coordinata con Ie norme della
Commissione "Apparecchi di sollevamento e relativi accessori"
dell'UNI.
2. Definizioni
2.1. sollevamento: Movimento verticale del carico. Se sullo
stesso carrello esistono due meccanismi di sollevamento, quellodi
maggiore portata, anche se di minore impiego, si chiama principale
e I'altro ausiliario.
2.2. traslazione: Movimento orizzontale del carrello. Se sullo
stesso apparecchio esistono due carrelli, il movimento di
trasla-zione di quello di maggiore portata si chiama principale e
I'altro ausiliario.
2.3. scorrimento: Movimento orizzontale dell'apparecchio di
sollevamento.
2.4. rotazione: Movimento rotatorio di una parte
dell'apparecchio di sollevamento.
2.5. manovra braccio: Variazione delle sbraccio del carico.
2.6. manovra pinza: Chiusura ed apertura della pinza.
2.7. manovra benna 0 polipo: Chiusura ed apertura della benna 0
polipo.
(segue)
nella quale: nt e il numero totale dei cicli di tensione (vedere
3.1.2.);k m e il fattore di spettro di tensione (vedere
3.1.3.);
Ai fini della presente norma si indica con a una tensione
generica; nel caso di tensioni tangenziali 10 stesso simbolo
deveintendersi sostituito da T.
Classificazione degli elementi
Sistema di classificazione
La classificazione degli elementi si basa sulla determinazione
del numero equivalente dei cicli di tensione ne ,
medianteI'espressione:
3.1.
3. Classificazione dei meccanismi in funzione del servizioVale
quanta stabilito dalla norma UNI ISO 4301 (Parti da 1 a 5)
4301/1 Apparecchi di sollevamento - Classificazione -
Generalita
4301/2 Apparecchi di sollevamento - Classificazione - Gru
mobili
4301/3 Apparecchi di sollevamento - Classificazione - Gru a
terre
4301/4 Apparecchi di sollevamento - Classificazione - Gru a
portale
4301/5 Apparecchi di sollevamento - Classificazione - Gru a
ponte e cavalletto
Perla classificazione degli elementi vedere 3.1.
3.1.1.
~'S;
"c:o'N:J
ec.a:
1) Con la pubblicazione della presente norma sono ritirate Ie
norme UNI 4821 e UNI 4822.
Le norme UNI sono revisionate. quando necessario. con la
pubblicazione sia di nuove edizioni sia di logli di aggiornamento.
Eo importante per-tanto che gli utenti delle stesse si accertino di
essere in possesso dell'ultima edizione 0 loglio di
aggiornamento.
24 UNI - Milano Gr8
-
3.1.2.
3.1.3.
Numero totale di cicli di tensione
II numero totale dei cicli di tensione nt e il presunto numero
totale di cicli di tensione al quale I'elemento deve essere
sottopostonel corso della sua vita, in dipendenza dei carichi
applicati (vedere 4).Un cicio di tensione e costituito dall'insieme
di tensioni, a partire dal momenta in cui la tensione considerata
diventa maggioredel valore am' definito in fig. 1, fino al momenta
in cui la tensione sta per diventare nuovamente maggiore, nella
stessa direzio-ne, del valore am'II numero di cicli di tensione e
in rapporto con la durata totale del meccanismo al quale I'elemento
appartiene, tenendo contodella sua velocita di rotazione e/o di
altre circostanze che determinano iI suo funzionamento.
Fattore di spettro di tensione
II fattore di spellro k m e definito dall'espressione:
dove: nj e il numero di cicli con tensione OJ;nt e il numero
totale di cicli di tensione;
0max e il massimo valore tra Ie tensioni OJ;
ceil coefficiente dipendente dalla curva di Wohler (vedere
5.3.4).
Nota - Eda tenere presente che a/cuni componenti, come /e molle,
possono essere soggetti a carichi indipendenti dalle (orzeche
agiscono sui meccanismo (vedere 4). II (attore di spettro di
tensione deve essere va/uta to separatamente; nella mag-gioranza
dei casi si ha km = 1.
U
Umaxf---------.......-----------------------------.
Umf-------L-+--+----+--------.jl---+----+-t--+----+-----+-
oUminf------------'-L-
°sup
0sup max
0sup min
Ojnt
am
tensione superiore
tensione superiore massima
tensione superiore minima
tensione inferiore
tensione media aritmetica tra tulle Ie tensioni superiori e
inferiori durante la vita dell'elemento.
Fig. 1 - Esempio di variazioni di tensione in funzione del
tempo, riferito a cinque cicli di tensione
(segue)
-
4. Carichi che devono essere presi in considerazione nel calcolo
dei meccanismi e combinazioni dei carichi
Vale quanta stabilito dalla UNI 9309.La coppia agente sui
meccanismi da assumere nel calcolo pub essere valutata secondo
quanta prescritto in 4.1.
4.1. Valutazione della coppia di calcolo
La coppia agente sui meccanismi e da assumersi come la maggiore
tra Ie seguenti.
4.1.1. Coppia esercitata dai motori
La coppia massima dovuta ai motori in fase d'avviamento e data
dalle formule seguenti:
- per movimenti verticali:
(2 ) laC = C, + a -Ca-C, ---3 la + 1m
- per movimenti orizzontali:
dove: C,
Cala
1m
a
e la coppia a regime;e la coppia massima generata dal motore;e
il momenta di inerzia relativo agli organi posti a valle
dell'elemento considerato;e il momento d'inerzia relativo agli
organi posti a monte dell'elemento considerato;e un coefficiente
dipendente dal tipo di motore e vale:
1,5 per motori in corrente continua;
1,7 per motori asincroni ad anelli;
1,8 per motori in. corto circuito.
4.1.2.
4.1.3.
Coppia esercitata dai freni
La coppia massima esercitata dai freni e data dalla formula:
dove: Cf e la coppia frenantef e un coefficiente che dipende dal
tipo di azionamento del freno e vale:
- 1,8 per frenatura elettrica in controcorrente;
- 1,5 per frenatura meccanica ad azionamento
elettroidraulico;
- 2,0 per frenatura meccanica ad azionamento elettromagnetico 0
pneumatico;
1,5 per frenatura meccanica a pedale;
- 1,2 per frenatura meccanica con regolatore centrifugo.
Coppia dinamica
La coppia dinamica da considerare solo per movimenti verticali e
data da:
dove: 2 e iI coefficiente dinamico (vedere UNI 9309).
5. Procedimento di calcolo
Per i calcoli di progetto e di verifica degli elementi dei
meccanismi e previsto il metoda delle tensioni ammissibili.
5.1. Verifica a resistenza statica
La verifica degli elementi dei meccanismi in riferimento alia
resistenza statica si effettua controllando che la tensione
calcolatanon sia maggiore della tensione ammissibile dipendente dal
materiale impiegato e dai tipi di carichi considerati.
(segue)
-
5.1.1.
5.1.2.
Tensioni c:mmissibili
Le tensioni ammissibili 0am (Tam) sono date dalle formule:
TamY
dove flims e il minore fra i valori: ty(ty + 0,7 . ft)/2;
fy e il carico unitario di snervamento;ft e il carico unitario
di rottura a trazione;Y e il prodolto YI . Yn;YI e il coefficiente
relativo alia combinazione di carichi considerata (YIA = 1,48; YIB
= 1,34; YIC = 1,22);Yn e il coefficiente di rischio (vedere UNI
9309), che vale:
1,25 per i meccanismi per i quali il cedimento di un organo puc
provocare danni di rilevante entit13. aile personein via diretta 0
anche in via indiretta (per esempio: sollevamento di gru di
colata);
1,12 per i meccanismi per i quali il cedimento di un organa puc
provocare danni di Iieve entit13. aile persone e soloin via
indiretta (per esempio: sollevamento, rotazioni e manovre
braccio);
- 1,00 per i meccanismi per i quali il cedimento di un organo
non puc provocare danno aile persone, ma solo, even-tualmente, aile
cose (per esempio: scorrimento e traslazione).
Relazioni tra Ie tensioni calcolate e queUe ammissibili
La tensione ideale data dall'espressione
deve risultare uguale 0 minore della tensione ammissibile.
ax e Oy rappresentano Ie tensioni normali secondo due assi
cartesiani;
T rappresenta la tensione tangenziale.
5.2. Verifica al carico critico di stabilita
Si calcolano i particolari sottoposti a carico critico,
verificando che la tensione a cui sono sottoposti non sia maggiore
di quellalimite determinata in funzione di quella critica, al di
113. della quale rischia di prodursi l'instabilit13.. Per questa
verifica si tiene contodel valore del coefficiente Y dipendente
dalla classe a cui iI meccanismo appartiene.I particolari
sottoposti a carico critico per compressione 0 pressoflessione
possono essere verificati secondo quanta richiamato
in 7 della CNR UNI 10011.
5.3. Verifica a fatica
La resistenza a fatica di un elemento e determinata
principalmente da:il materiale con cui e costruito;la forma, 10
state superficiale e di corrosione, Ie dimensioni e altri fattori
che provocano concentrazioni di tensioni;
il rapporto k tra Ie tensioni minima e massima dei vari cicli di
tensione;
il numero di cicli di tensione equivalente ne (vedere
3.1.1.);
il tipo di tensione (flessione, trazione, tangenziale,
ecc.).
Partendo dallimite di fatica a flessione alternata 00 -1'
ricavato sperimentalmente su provetta cilindrica rettificata,
costruita con10 stesso materiale dell'elemento e sottoposta a
sollecitazioni alternate (k = - 1), si ricavano i seguenti altri
valori:
limite di fatica a flessione alternata dell'elemento, tenendo
conto della forma, dello stato superficiale e di corrosione,
delledimensioni e di altri fattori che provocano concentrazioni di
tensioni
00_1
limite di fatica a flessione dell'elemento, tenendo anche conto
del rapporto tra Ie tensioni miniine e massime
limite di fatica a flessione dell'elemento, tenendo anche conto
del numero di cicli di tensione equivalente ne
(segue)
-
5.3.1.
5.3.2.
5.3.3.
Se il tipo di tensione e diverse dalla flessione si ottiene iI
relativo valore limite di fatica dall'espressione:
I fattori riportati nelle formule precedenti hanno II
significato seguente:
Kf eun coefficiente che tiene conto della forma dell'elemento e
di altri fattori che provocano concentrazioni di tensione, in
riferi-mento alia forma cilindrica della provetta;
Kd e un coefficiente che tiene conto delle dimensioni
dell'elemento, in riferimento al diametro della provetta;K1 e un
coefficiente che tiene conto della stato superficiale
dell'elemento;Kc e un coefficiente che tiene conto dell'eventuale
state di corrosione dell'elemento;Kk e un coefflciente che tiene
conto del rapporto k che si e calcolato nell'elemento;Kn e un
coefficiente che tiene conto del numero di cicli equivalente al
quale I'elemento sara sottoposto;Kt e un coefficiente di
adeguamento al tipo dl tensione considerato.
Limite di fatica a flessione alternata aD _ 1
I valori dei limiti di fatica a f1essione alternata aD _ 1
possono essere ricavati da adeguate prove sperimentali oppure, per
alcunitipi di materiale, dall'appendice, nell'ipotesi di struttura
omogenea su tutta la sezione. Detti valori non sono validi per
elementisottoposti a trattamenti superficiali (temprati, nitrurati,
cementati, ecc.).
Coefficienti di forma Kf , di dimensione Kd , di stato
superficiale K1 e di corrosione Kc
Per alcuni casi, Ie indicazioni per la determinazione di questi
coefficienti sono riportate nell'appendice.
Coefficiente K k del rapporto k
II valore del coefficiente K k e dato dall'espressione:- per - 1
~ k < a
5
3 - 2 k
- per 0~k~15
3
(
5- af
1 - 1 - 'R ) k
5.3.4.
nella quale R e iI carico di rottura del materiale.
Coefficiimte Kn del numero di cicli
Si assume la curva di Wohler costruita sui seguenti punti:
-n-n
8 000 cicli
2 000 000 cicli
La pendenza della curva di Wohler tra 8 000 e 2 000 000 cicli
risulta (vedere fig. 2):
c tgcpIg 2 106 - Ig 8 103
Ig R - Ig ad
Per n > 2 000 000 cicli si assume una pendenza corrispondente
alia bisettrice dell'angolo sull'orizzontale ed e data da:
c' = tgcp' = c + VC 2 + 1II coefficiente Kn assume pertanto iI
valore
per 8 000 < n ~ 2 000 000 cicli
per n > 2 000 000 cicli
(segue)
-
5.3.5. Coefficiente di adeguamento al tipo di tensione
II eoeffieiente di adeguamento al tipo di tensione e da
assumersi:1
0,8
1/'13
per flessione;
per trazione 0 eompressione;
= 0,577 per tensione tangenziale.
5.3.6. Tensioni ammissibili
Le tensioni ammissibili a fatiea sono date dalle
espressioni:
nelle quali Yk e un fattore di sieurezza da determinarsi con Ie
formule:
Yk 3,2 1/e
Yk 3,21/e'
per ne .-;; 2 000 000 cieli
per ne > 2 000 000 eieli
5.3.7. Verifiche
La verifiea a fatiea e soddisfatta se Ie tensioni massime
ealeolate sono minori delle rispettive tensioni ammissibili:
Per i punti degli elementi solleeitati eontemporaneamente da
tensioni normali e da tensioni tangenziali deve risultare
soddisfattala eondizione seguente:
a 2 a 2(~) + (O:y)
__O--,-x=------'_O,--y_ + (_T_) 2 .-;; _\_1_lokxl IOkyl Tk Y
k
nelle quali
ax e 0kx sono Ie tensioni normale massima e normale ammissibile
nella direzione x;
Oy e 0ky sono Ie tensioni normale massima e normale ammissibile
nella direzione y;
T e Tky sono Ie tensioni tangenziale massima e tangenziale
ammissibile.
a(lg)
ad h)t-----+-------------------=~~=_-------------
8.103 2.106
Fig. 2 - Pendenza della eurva di Wohler
n(lg)
(segue)
-
5.4. Verifiea ad usura
Per Ie parti soggette ad usura devono essere calcolate Ie
grandezze specifiche che la determinano: pressione superficiale e
velo-cita periferica. Questi valori devono essere tali da non
determinare una usura eccessiva, alia luce dell'attuale
esperienza.
6. Dimensionamento di elementi particolari
6.1. SeeIta della fune
Vale quanta stabilito dalla UNI ISO 4308.
6.2. Determinazione del diametro del tamburo e delle
earrueole
Vale quanta stabilito dalla UNI ISO 4308, con quanto precisato
nei punti seguenti.
6.2.1.
6.2.2.
Raggio di fonda gola
La durata della fune dipende non solo dal diametro delle
carrucole e dei tamburi, ma anche dalla pressione che si
manifestatra la fune e la gola di appoggio della fune.I valori di
hi sono fissati con il presupposto che il raggio di fondo gola sia
0,53 volte il diametro nominale della fune.
Attacchi della fune
I dispositivi di attacco delle funi devono essere calcolati in
modo che, sotto una forza di trazione pari a 2,5 volte la trazione
massi-ma S, possano resistere senza apprezzabili deformazioni
permanenti.L'attacco della fune al tamburo deve essere tale che,
tenuto conto dell'attrito delle spire rimanenti sui tamburo,
I'insieme cumula-to (fissaggio + attrito) resista a 2,5 volte la
forza massima di trazione S.II coefficiente di attrito tra fune e
tamburo da considerare nel calcolo e J.I = 0,1.Nella posizione di
massimo svolgimento della fune sui tamburo devono ancora trovarsi
avvolte sui tamburo almeno due spirecomplete, prima dell'attacco di
estremita.
6.3. Determinazione del diametro delle ruote
Devono essere verificate Ie due condizioni seguenti:
che la ruota sia in grado di assicurare una normale usura per il
servizio previsto (condizioni regolari A);
che la ruota sia in grado di sopportare il massimo carico al
quale puC> essere sottoposta anche in condizioni eccezionali
(C)o occasionali (B).
Le suddette condizioni sono verificate rispettivamente mediante
Ie relazioni seguenti:
Ps ovvero Pc';;; 1,4 bOp
dove: PA' Ps e Pc sono i carichi medi agenti sulla ruota
rispettivamente nelle condizioni di carico regolari, occasionali e
eccezionali;
bela larghezza utile della rotaia;
o e il diametro di contatto della ruota;p e la pressione
ammissibile;c1 e un coefficiente dipendente dalla velocita di
rotazione (vedere 6.3.4);C2 e un coefficiente dipendente dalla
classe del meccanismo a cui la ruota appartiene (vedere 6.3.5).
Nota - II coefficiente 1.4 della formula per PB 0 Pc corrisponde
al prodotto dei massimi valori consentiti per c1 e C2'
6.3.1.
6.3.2.
Determinazione del carico medio P di riferimento
II carico medio e determinato per tutte Ie condizioni di carico
con la relazione:2 x carico massimo + carico minima
P=-------------3
tenendo conto dei fattori dei carichi indicati dalla UNI 9309.II
carico minima deve essere determinato per portata nulla.
Determinazione della larghezza utile della rotaia b
La larghezza utile della rotaia piana (tipo Burback) e:
b 1- 2 r
La larghezza utile della rotaia bombata (tipo Vignole) e:
4b I--r
3
dove: e la larghezza della rotaia;r e iI raggio di raccordo.
(segue)
-
6.3.3.
6.3.4.
Determinazione della pressione ammissibile p
La pressione ammissibile p edata dal prospetto I in funzione del
carico di rottura del materiale della ruota a contatto con la
rotaia.
Prospetto I - Valori di p
Carico di rottura del materiale pMPa MPa
490 4,9
590 5,5
680 6,4
780 7,1
I materiali presi in considerazione sono quelli fucinati,
stampati, laminati e fusi di acciaio e ghisa sferoidale.Nel caso di
materiali ad alta resistenza trattati per ottenere una elevata
durezza superficiale, va assunto per p il valore corrispon-dente al
materiale prima del trattamento: un valore maggiore provocherebbe
una eccessiva usura della rotaia.Le ruote di ghisa grigia sono da
evitare per movimenti veloci e quando sono previsti urti; nel caso
vengano impiegate si puC> assu-mere p = 5 MPa
Determinazione del coefficiente c1II coefficiente c1 dipende
dalla velocita di rotazione della ruota. Eo dato dai prospetti II e
III in funzione del numero di giri al minutoe in funzione del
diametro della ruota e della velocita di traslazione 0
scorrimento.
Prospetto II - Valori di c1 in funzione del numero di giri n
della ruota
n n ngiri/min
c1 girilminc1 giri/min
C1
200 0,66 50 0,94 16 1,09160 0,72 45 0,96 14 1,1125 0,77 40 0,97
12,5 1,11112 0,79 35,5 0,99 11,2 1,12100 0,82 31,5 1 10 1,1390 0,84
28 1,02 8 1,1480 0,87 25 1,03 6,3 1,1571 0,89 22,4 1,04 5,6 1,1663
0,91 20 1,06 5 1,1756 0,92 18 1,07
Prospetto III - Valori di c1 in funzione del diametro 0 della
ruota e della sua velocita v
v
0 m/min
mm 10 I 12,5 I 16 I 20 I 25 I 31,5 I 40 I 50 I 63 I 80 I 100 I
125 I 160 I 200 I 250c1
200 1,09 1,06 1,03 1 0,97 0,94 0,91 0,87 0,82 0,77 0,72 0,66 - -
-250 1,11 1,09 1,06 1,03 1 0,97 0,94 0,91 0,87 0,82 0,77 0,72 0,66
- -315 1,13 1,11 1,09 1,06 1,03 1 0,97 0,94 0,91 0,87 0,82 0,77
0,72 0,66 -400 1,14 1,13 1,11 1,09 1,06 1,03 1 0,97 0,94 0,91 0,87
0,82 0,77 0,72 0,66500 1,15 1,14 1,13 1,11 1,09 1,06 1,03 1 0,97
0,94 0,91 0,87 0,82 0,77 0,72630 1,17 1,15 1,14 1,13 1,11 1,09 1,06
1,03 1 0,97 0,94 0,91 0,87 0,82 0,77710 - 1,16 1,14 1,13 1,12 1,10
1,07 1,04 1,02 0,99 0,96 0,92 0,89 0,84 0,79800 - 1,17 1,15 1,14
1,13 1,11 1,09 1,06 1,03 1 0,97 0,94 0,91 0,87 0,82900 - - 1,16
1,14 1,13 1,12 1,10 1,07 1,04 1,02 0,99 0,96 0,92 0,89 0,84
100O - - 1,17 1,15 1,14 1,13 1,11 1,09 1,06 1,03 1 0,97 0,94
0,91 0,871 120 - - - 1,16 1,14 1,13 1,12 1,10 1,07 1,04 1,02 0,99
0,96 0,92 0,89125O - - - 1,17 1,15 1,14 1,13 1,11 1,09 1,06 1,03 1
0,97 0,94 0,91
(segue)
-
6.3.5. Determinazione del coefficiente C2
II coefficiente c2 dipende dalla classe a cui appartiene iI
meccanismo ed e dato dal prospetto IV.
Prospetto IV - Valori di c2
Classe dei meccanismi c2
M1 1.20
M2 1.12
M3 1.12
M4 1.00
M5 1.00
M6 0.90
M7 0.80
M8 0.80
6.4. Calcolo degli ingranaggi
Le forze da prendere in considerazione per il calcolo degli
ingranaggi sono quelle indicate in 4.La durata di funzionamento
viene fissata in base alia classe del meccanismo.Gli ingranaggi
devono essere calcolati 0 verificati:
alia resistenza a rottura;
alia resistenza a fatica;
all'usura.
II metoda di calcolo viene fissato dal costruttore che ne deve
indicare la fonte.
6.5. Calcolo dei cuscinetti
Si deve verificare che i cuscinetti siano in grado di
sopportare:
il carico statico determinato dalla piu sfavorevole delle
condizioni di carico;
il carico dinamico massimo determinate dalla condizione di
carico regolare.
Occorre inoltre verificare che la durata teorica sotto un carico
medio costante qui di seguito definito sia almeno uguale a
quellacorrispondente alia condizione di impiego del meccanismo.A
questa scopo occorre distinguere Ie forze agenti sui cuscinetti nei
seguenti due tipi:
forze di tipo M che dipendono direttamente dalle coppie
esercitate dai motori 0 dai freni;
for,ze di tipo R che dipendono dalle reazioni sui pezzi
meccanici e non equilibrate da una coppia agente sugli alberi
motori.
6.5.1.
6.5.2.
Carico medio per cuscinetti soggetti a forze di tipo M
Per tenere conto della variazione dei carichi agenti durante il
cicio di manovra si assume un carico medio, supposto agente
inmaniera costante, dato dalla relazione:
dove: k m e il fattore di spettro (vedere 3.1.3.);MmaxA e iI
massimo carico agente nelle condizioni di carico regolari;c e la
pendenza della curva di Wohler = 3 per cuscinetti a sfere e 10/3
per cuscinetti a rulli.
Carico medio per cuscinetti soggetti a forze di tipo R
Si determina il carico medio mediante la formula:
R3
dove: Rmax e Rmin rappresentano il carico massimo e minima in
condizioni regolari.
(segue)
-
6.5.3. Carico medio per cuscinetti soggetti contemporaneamente a
forze di tipo M e di tipo R
Seguendo i procedimenti indicati in 6.5.1. e 6.5.2. si determina
II carico medio per ciascun tipo di forza M ed R,
supponendoche~gisc~o separatamente. Si calcola il cuscinetto per un
carico equivalente risultante dalla combinazione delle due forze
me-die M ed R.
6.6. SeeIta del motore elettrieo
In accordo con la norma IEC 34-1 1) i parametri di scelta di un
motore sono:
potenza necessaria;
coppia massima;
intermittenza;
manovre orarie;
- tipo di comando (frenatura elettrica);
campo di variazione di velocita;
tipo di alimentazione;
grade di protezione;
temperatura ambiente;
altitudine.
6.6.1. Simboli e unita di misura
rna massa propria delle parti interessate al movimento
rnq massimo carico di servizio
F, forza del vento da considerare in accelerazione
F forza del vento massimo di esercizio
V velocita del movimento
n velocita del motore
ns velocita di rotazione della struttura
YJ rendimento meccanico totale
Mil momento dovuto all'attrito
Ma momento necessario per la movimentazione delle parti
interessate al movimento
Mq momento necessario per la movimentazione del carico di
servizio
Me momento necessario per vincere I'azione della forza
centrifuga sui carico e sulle altreparti movimentate
Mv, momento necessario per vincere I'azione del vento F,
Mv momento necessario per vincere I'azione del vento F
Ma momento provocato dalle accelerazioni e frenature del
movimento di manovra braccio
kg
kg
N
N
m/min
min-1
min-1
NmNmNm
NmNmNmNm
100 -----------
6.6.2. Determinazione dell'intermittenza e del numero di manovre
orarie
Se I'intermittenza e il numero di manovre orarie non sono
fissatidall'utilizzatore dell'apparecchio di sollevamento possono
esseredeterminati, per ciascun movimento, in base al cicio di
lavoro previsto per I'apparecchio.L'intermittenza e data dal
rapporto:
durata del movimento
durata del movimento + pausa
Le manovre orarie possono essere determinate da:
dove: Ae
Ai
Fe
Fe
q e rs
e il numero di awiamenti completi all'ora;e il numero di
awiamenti incompleti all'ora;e il numaro di frenature elettriche
all'ora;e il numero di frenature in corrente continua per
regolazione di velocita 0 arresto del movimento;sono coefficienti
dipendenti principalmente dal tipo di motore e dal tipo di
frenatura adottata;
e un coefficiente dipendente dalla corrente continl:Ja iniettata
e dalla durata delle manovre.II valore di s e da fissare in accordo
con il costruttore della apparecchiatura elettrica.
(segue)
1) La lEG 34-1 parte 1 e coincidente con la norma italiana GEl
2-3.
-
Per motori ad anelli si puc assumere:
q = 0,1 r = 0,8 (frenatura in controcorrente).Per motori in
corto circuito si puc assumere:
q = 0,5 r = 3 5 = 2 (per correnti di frenatura dell'ordine di
1,5 a 2 volte la corrente nominale).
Nel caso che i tipi di cicli di lavoro previsti siano piu di
uno, occorre assumere per ciascun movimento il valore 0 i valori
complessi-vamente piu gravosi, arrotondati a quelli immediatamente
maggiori di quelli unificati seguenti:
intermittenza: 25 - 40 - 60 - 100%;
manovre orarie: 150 - 300 - 600.
In mancanza di indicazioni piu severe, si possono assumere i
valori indicati nel prospetto V, in funzione della classe del
meccanismo.
Prospetto V - Intermittenza e manovre orarie
Classe del meccanismo Intermittenza Manovre orarie
M1 e M2 25% 150
M3 e M4 25% 040% 1500300
M5 e M6 25% 0 40% 1500300
M7 e M8 40% 0 60% 3000600
Net caso di sistemi a piu velocita, i valori del prospetto
devono essere applicati alia somma delle intermittenze e delle
manovreorarie delle differenti velocita.Ad esempio, per un sistema
a due velocita, sana consigliati i rapporti indicati nel prospetto
VI.
Prospetto VI - Rapporti da assumere per un sistema a due
velocita
Piccola velocita Grande velocita
Manovre orarie 2/3 1/3
Intermittenza 1/3 2/3
6.6.3. Determinazione della coppia massima Mmax
La coppia massima e data in Nm dalle seguenti espressioni:- per
movimenti verticali:
(1,58 (me + mq}V n . Jrmax )Ka +
n . t) 9,5 fa
- per movimenti orizzontali 2):
- per movimenti di rotazione
0,158 FrV
n·t)
+ n' Jrmax )9,5 fa
)ns
n·t)
- per manovra braccio
oppure
M max Ka [Me + M q + Me + (Mvr + M a) .+]M max = Ka [ Me + M q +
Me + (Mv) .+]
(segue)
2) Nel caso di movimento su piano inclinato occorre tener conto
anche della coppia derivante dal movimento verticale.
-
w
Jrmax
dove: Ka e un fattore che tiene conto delle caratteristiche
dell'apparecchiatura elettrica da assumersi:1 per motori in corto
circuito 0 in corrente continua;da 1,3 a 1,15 per motori ad anelli
(da 4 a 8 gradini di awiamento);
= (_v_) 2 mo + mq + PR 2 (giunti) + PR 2 (motore); (kgm 2)2n n
11
e il tempo di awiamento da fissarsi, in mancanza di diverse
precisazioni, in base al Diagramma I;e il coefficiente di attrito
ruota-rotaia da fissarsi, in funzione del diametro e del tipo della
ruota e del tipo di cuscinetto,
secondo il Diagramma II;
e la somma dei momenti di inerzia polare di tutte Ie masse
movimentate, compresi il carico di servizio e i PR 2 deigiunti e
del motore, riferiti all'asse di rotazione della struttura.
Per motori in corto circuito si omette nella formula Mmax
I'ultimo fattore 1/11;
PR 2 = momento di inerzia delle masse rotanti.
543
m/s 0 giri/min.
20,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 10,30,2
l-
f-
f-
I-Movimenti verticali in m/sManovra braccio in m/s I1 Rotazione
in giri/min.
If-l- I I
I /f- ! I- I / /- I
i / /I
I
II V
,/
/- --l /'./t- i / /Movimenti orizzontali in m/s! i~II I : V-
--+--- / I L ./------ Y ~/'--------- /-l.------~
-
l-I I ___ J I I I I I I I I I
2
a0,1
3
4
6
7
8
9
5
15
10
12
14
13
Diagramma I - Tempo di awiamento e frenatura ta
(segue)
-
0,17
200(400 500 600 700 800 900 1000300200
-
~- ~te a doppio
bordino
~...........
~-
- Ruote a faSCia""-
~.............r--piana ---~ r---
~ Cuscinetti ad............... attrito radente
- r--t-- ------
-
-
-
- I
I
-
-
-
\
-
"~ote a doppio
bordino
Ruote a fascia
~""-
piana~
~.........r----- I----~ r--...........I-- -- r-- Cuscinetti
adI-- attrita volvente
-
- ----I!
-, I
1-
iI I I 1 I I I,o
100
0,07
0,01
0,06
0,21
0,08
0,03
0,10
0,14
0,23
0,11
0,12
0,13
0,19
0,18
0,15
0,16
0,02
0,09
0,05
0,20
0,04
W 0,22N/kg
Diametro della ruota in mm
Diagramma II - Resistenza al rotolamento W
(segue)
-
6.6.4. Determinazione della coppia termica Mn
Se il cicio di lavoro e noto, la coppia termica Mn puC>
essere determinata dall'espressione:
nella quale Mi e la coppia necessaria per iI tempo ti , da
valutarsi con Ie stesse formule date in 6.6.3, ma assegnando aile
variegrandezze i valori assunti durante I'intervallo di tempo ti.Se
il cicio non e noto, la coppia termica Mn puC> essere
determinata dall'espressione:
nella quale
Mmed e da calcolare in base aile seguenti espressioni:-
movimenti verticali:
1,58 (Ka . ma + Kq . mq) V
n·YJ
- movimenti orizzontali:
1 + YJ 2 . Ks ts . n . J rmed+ ----'------'-'-'-''---2 9,5
ta
(Nm)
0,158 (Ka . ma + Kq . mq) W' V ts . n . J
rmed-------'-----'--"-----+------n . YJ 9,5 ta
- movimenti di rotazione:
(Nm)
(Nm)
- movimenti di manovra braccio:
(Nm)
nelle quali: Ka e un coefficiente di riduzione del peso proprio
da assumersi = (1 + z)/2 nel caso di motori in corrente
continuacomandati mediante indebolimento di campo, con rapporto di
velocita maggiore di 1.In tutti gli altri casi Ka e uguale a 1.
Kq e un coefficiente di riduzione del carico di servizio da
assumersi:0,3 per c1assi da M1 a M4
0,4 per c1assi da M5 a M6
0,5 per classi da M7 a M8
Ks e un fattore di frenatura da assumersi:per collegamento
normale
1,5 per collegamento elettromeccanico
2 per collegamento monofase
ts e un fattore del tempo d'awiamento da assumersi secondo il
prospetto VII.
(__V__)2 ma + Kq . mq + PR 2 (giunti) + PR 2 (motore)
21ln YJ
(segue)
-
Prospetto VII - Valori di fs
Movimento verticale Movimento orizzontale Rotazione
Tipo di Classe delmateriale meccanismo Frenatura Frenatura
Frenatura Frenatura Frenatura Frenatura
meccanica elettrica meccanica elettrica meccanica elettrica
MaterialiM1 a M5 0,03 0,1 0,2 0,3 0,2 0,3
definitiM6 0,05 0,2 0,3 0,5 0,3 0,5
M7,M8 0,1 0,3 0,4 0,6 0,4 0,6
Materiali alia M6 0,1 0,3 0,4 0,6 0,5 0,6rinfusa M7, M8 0,2 0,4
D,S 0,7 0,6 0,7
6.6.5. Determinazione delle caratteristiche del motore
Motori ad anelli e in corrente continua
II motore deve fornire:
potenza ail'intermittenza e manovre orarie fissate
nella quale Kmot = 1,2 se comando mediante tiristori1
altrimenti.
coppia massima Mmaxm ~ Mmaxed inoltre
per movimento verticale:
9500Mmaxm ~ 2---
n
per movimento orizzontale, se I'apparecchio e ail'aperto:
n· Mn9500
(kW)
(Nm)
(Nm)
Motori in corto circuito
- potenza nominale
O,158F'V
n·YJ(Nm)
nelle quali:
Wmax valore massimo consentito dal motore (caratteristica di
awiamento)
m = numero di manovre orarie
coppia massima
per movimento verticale
per movimento oriztontale
e se I'apparecchio opera ail'aperto:
(Nm)
(Nm)
O,158F'V
n·YJ(Nm)
(segue)
-
6.7. SeeIta del frena
In base aile prestazioni richieste, i freni possono essere
suddivisi in tre gruppi:
- freni di bloccaggio 0 di tenuta, la cui funzione e quella di
evitare I'involontaria messa in marcia del meccanismo;- freni di
arresto, la cui funzion.e e quella di arrestare in un certo tempo
il meccanismo;
freni di manovra, la cui funzione equella di far conservare al
meccanismo una determinata velocita. In questa caso ii comandodel
sistema deve awenire sempre con il motore inserito.
6.7.1. Coppia frenante necessaria
La coppia frenante necessaria e data dall'espressione:
MFnec = K . Mmax . fl2 (Nm)
6.7.2.
nella quale: K e un coefficiente che tiene conto del tipo di
movimento e del sistema di frenatura (vedere 6.7.2);Mmax e la
coppia massima agente sui meccanismo (vedere 6.7.3);fI e il
rendimento della parte del meccanismo compresa tra iI punta di
applicazione del freno e il punta di appli-
cazione del carico frenato.
Fattore di frenatura K
In mancanza di piu precise determinazioni, si possono assumere i
valori del coefficiente di frenatura K qui di seguito indicati.
6.7.2.1. Movimento di sollevamento e manovra braccio
se il movimento e dotato di un solo freno, K = 2se il movimento
e dotato di due freni, K = 1,33
I sollevamenti di materiali ad alto rischio (per esempio colata)
devono essere dotati di due freni, a ciascuno dei quali si
applicail fattore K = 1,67
6.7.2.2. Movimenti orizzontali e di rotazione
In ogni caso K = 1
6.7.3.
6.7.4.
Coppia massima sui meccanismo Mmax
La coppia- massima agente sui meccanismo pub essere calcolata
con Ie stesse formule date in 6.6.3, sostituendo ii tempo di
fre-natura al tempo di awiamento fa e tenendo conto, per i
movimenti orizzontali e di rotazione, dell'eventuale cambio di
segno deitermini concernenti ii vento e I'inerzia del movimento.II
tempo di frenatura deve essere uguale 0 minore del tempo di
avviamento ed in ogni caso deve assicurare:
una decelerazione uguale 0 maggiore dell'accelerazione;
uno spazio di frenatura in m che non superi il 10% della
velocita a pieno carico (espressa in m/min);
un angola di frenatura in rad che non superi il 15% della
velocita di rotazione a pieno carico (espressa in rad/s).
Caratteristiche del freno
II freno scelto deve avere coppia frenante massima, espressa in
Nm, maggiore della coppia frenante necessaria MFnec, calcolatacome
indicato in 6.7.1.Per i freni di arresto e di manovra il freno
scelto deve avere anche una caratteristica termica (Wadm in Nms
fornita dal costrutto-re) maggiore del valore necessario Wn per
consentire 10 smaltimento del calore sviluppato, che e funzione
della coppia frenante,del tempo di frenatura, delle manovre orarie,
dell'intermittenza, della temperatura ambiente e della differenza
di temperatura am-missibile tra fascia freno e ambiente.Nel caso di
utiiizzazione di coppia di frenatura elettrica Me' la
determinazione del valore di Wn pub essere eseguita sulla basedella
differenza tra la coppia frenante e la coppia di frenatura
elettrica Me'
(segue)
-
APPENDICE
Verifica a fatica
A 1. Limiti di fatica
I Iimiti di resistenza a fatica 00-1 sono riportati nel
prospetto VIII per i materiali pili usati.
Prospetto VIII - Limiti di fatica per k = -1 per i materiali
pili usati
Carico unitarioCarico unitario
Norma di rotturadi scostamento Limite di fatica
Qualita acciaioUNI
Dimensione dalla prop.
ft fy °0-1
mm N/mm2 N/mm2 N/mm2
Fe 360 7070 360 205 180
Fe 490 7070 490 275 245
Fe 590 7070 590 315 295
Fe 690 7070 690 345 345
C 25 normalizzato 7845 16 a 100 410 235 205
C 25 bonificato 7845 fino a 16 540 360 270oltre 16 fino a 40 490
305 245
C 25 bonificato 7874 fino a 16 560 345 280oltre 16 fino a 40 540
325 270oltre 40 fino a 100 530 305 265oltre 100 fino a 250 510 295
255
C 35 normalizzato 7845 16 a 100 490 275 245
C 35 bonificato 7845 fino a 16 670 470 335oltre 16 fino a 40 610
390 305oltre 40 fino a 100 570 355 285
C 35 bonificato 7874 fino a 16 560 295 280oltre 16 fino a 40 550
285 275oltre 40 fino a 100 540 275 270oltre 100 fino a 250 520 265
260
C 40 normalizzato 7845 16 a 100 570 325 285
C 40 bonificato 7845 fino a 16 700 490 350oltre 16 fino a 40 640
420 320oltre 40 fino a 100 590 370 295
C 40 bonificato 7874 fino a 16 665 460 332oltre 16finoa 40 655
440 327oltre 40 fino a 100 645 410 322oltre 100 fino a 250 630 390
315
C 45 normalizzato 7845 16 a 100 590 335 295
C 45 bonificato 7845 fino a 16 730 510 365oltre 16 fino a 40 690
460 345oltre 40 fino a 100 640 410 320
(segue)
-
(seguito del prospetto VIII)
Carico unitarioCarico unitario
Norma di rotturadi scostamento Limite di fatica
Qualita acciaioUNI
Dimensione dalla prop.
ft fy °0_1
mm N/mm2 N/mm2 N/mm2
C 45 bonificato 7874 finoa16 705 490 352oltre 16 fino a 40 695
470 347oltre 40 fino a 100 685 450 342oltre 100 fino a 250 675 430
337
C 60 bonificato 7845 fino a 16 830 590 415oltre 16finoa 40 780
530 390oltre 40 fino a 100 740 450 370
C 60 bonificato 7874 fino a 16 785 550 392oltre 16 fino a 40 775
540 387oltre 40 fino a 100 765 510 382oltre 100 fino a 250 755 440
377
35 CrMo4 bonificato 7845 fino a 16 930 735 465oltre 16 fino a 40
880 665 440oltre 40 fino a 100 780 560 390oltre 100 fino a 160 740
510 370oltre 160 fino a 250 690 460 345
35 CrMo4 bonificato 7874 fino a 16 980 785 490oltre 16 fino a 40
880 665 440oltre 40 fino a 100 785 560 390oltre 100 fino a 250 685
540 342
42 CrMo4 bonificato 7845 fino a 16 1030 835 510oltre 16 fino a
40 930 735 460oltre 40 fino a 100 830 635 410oltre 100 fino a 160
780 560 385oltre 160 fino a 250 740 510 365
42 CrMo4 bonificato 7874 fino a 16 1080 880 535oltre 16 fino a
40 980 765 485oltre 40 fino a 100 880 635 435oltre 100 fino a 250
735 610 365
39 NiCrMo3 bonificato 7845 fino a 16 980 785 490oltre 16 fino a
40 930 735 465oltre 40 fino a 100 880 . 685 440oltre 100 fino a 160
830 635 415oltre 160 fino a 250 740 540 370
39 NiCrMo3 bonificato 7874 fino a 16 1030 835 515oltre 16 fino a
40 980 785 490
oltre 40 fino a 100 880 685 440oltre 100 fino a 250 685 540
342
30 NiCrMo 12 bonificato 7845 fino a 40 980 785 485oltre 40 fino
a 100 930 735 460
oltre 100 fino a 250 880 685 435
30 NiCrMo 12 bonificato 7874 fino a 40 1225 1030 605oltre 40
fino a 100 1 130 930 560oltre 100 fino a 250 980 785 485
(segue)
-
A 2. Coefficienti KfI coefficienti Kia e KfT (rispettivamente
per Ie tensioni normale e tangenziale) tengono conto della
concentrazione delle tensionicausate dal cambiamento di sezione per
raccordi, per chiavette, per fori trasversali, per mozzi calettati
a caldo, ecc.I diagrammi da III a VII danno i coefficienti Kfa e
KfT per Ie seguenti concentrazioni di tensione:
III raccordi;
IV chiavette;
V scanalature;
VI foro trasversale;
VII mozzi calettati a caldo.
Per Ie concentrazioni di tensione non rappresentate nei
diagrammi, i coefficienti Kf (sia per a che per T) devono essere
calcolatimediante I'espressione:
Kf = q (Kl - 1) + 1
nella quale: Kl e iI coefficiente teorico elastico di
concentrazione delle tensioni che pub essere ricavato da:-
autorevole letteratura scientifica;
- adeguate prove sperimentali;
- affidabile calcolo matematico;
q e la sensibilita all'intaglio, data dall'espressione: q = 1/(1
+ air); in caso di difficolta di individuazione del valo-re di r,
porre q = 1;
r e il raggio in mm;a e un coefficiente dipendente dal carico di
rottura del materiale ed e dato dal prospetto IX.
Prospetto IX
fl a(MPa)
300 0,420
400 0,330
500 0,265
600 0,212
700 0,175
800 0,145
900 0,117
1000 0,094
1 100 0,077
1200 0,065
1300 0,057
1400 0,050
1500 0,043
1600 0,038
1700 0,034
(segue)
-
if----L-13I KIa = 1 + Ya ' 'sa I
.-~
------I---....-....-./ ---.//'Y~
Y,//
/ V/./
//~, I I I I
0,8
0,6
0,4
0,2
a1 1,2 1,4 1,6 1,8
Qd
2
4 2
fs• fs,
3 1,5
0""'0~\
2
1l,1l~'iJ
1l,1l'iJ
0,5Il,\
OL,-30:-:0-..l----L.,--::-!:-::---L---'---=---'------'--:;1-;;200
't (MPa)
Diagramma III - Coefficienti KIa e KfT per cambiamenti di
diametro
(segue)
-
Forma della chiavetta 1
iu-~~~-lJ!-.j
A-A
•[_.t---r ]
Forma della chiavetta 2
2
1,5
11200900600
/
~~ ./~(lelia cI'olma
---------- ~-(leIla cnl'O:----~aI I I I1
300
2
2,6
1,8
1,2
2,2
1,6
1,4
2,4Ksa
ft (MPa)
Diagramma IV - Coefficienti KIO e KfT per chiavette
(segue)
-
~ -r-1':")xJf----;--------.-..
J-,- --,f77'/-h'7"7S4-------
2
1,5
11200900600
---- /'
~--
------V
i~---I
~ I~ II
II I I I I I I
2,4
1300
2,6
2
1,8
1,6
1,4
1,2
ft (MPa)
Diagramma V - Coefficienti KIa e KIT per alberi scanalati
,E;t::H_ 8-1--
21-----j----t---+--1-----I----t------j
1'c---L..,O,-C----'----,-L--L---c'-c---'----=-'----'--'"-=-..L.-,-L--L-,-L~_o
0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,78
75
31-----I----I---t------1--+----I-----j
0,
675
KIT
5
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,78
75
0,1
~-----r- ~I
,.iI
l Ii1-0,9 °if--0,6 75-0,JIj/
~ ::...-'i'--=-,
L..J._-;;- --,---1--_
3
2
5
4
1o
Diagramma VI - Coefficienti Kfa e KIT per alberi cavi con foro
trasversale
(segue)
-
---V V-------
/V
/'"V
V1
2
5
3
o300 400 500 600 700 800 900 1 000 1 100 1 200
f1 (MPa)
Diagramma VII - Coefficienti KIa e KIT per mozzi calettati a
caldo
A 3. Coefficiente KdII coefficiente Kd tiene conto del fatto,
constatato sperimentalmente, che la resistenza a fatica, a parita
di tutle Ie altre condizioni,diminuisce con I'aumentare delle
dimensioni dell'elemento.II diagramma VIII da. il coefficiente Kd
in funzione del diametro dell'albero.Per superfici laminate,
forgiate 0 fuse assumere Kd = 1
K,Titillfi10 20 30 50 80 120 200 300
Diametro in mm
Diagramma VIII - Coefficiente Kd in funzione del diametro
dell'albero
(segue)
-
A 4. Coefficiente K,
II coefficiente K1 tiene conto dello stato superficiale e della
lavorazione che I'albero ha subito.II diagramma IX da il valore del
coefficiente K1 in funzione del carico di rottura del materiale per
i tipi di finitura segnati a fianco.
2,51--·~----- -----.-~---
Fusione in sabbiao forgiato
Laminato 0 forgiatodi precisione
16 < R, ,;: 40 I'm Sgrossato
Sgrossato fine
Piallato
Rettificato
Rettificato fine
Lucidato
ft (MPa)
Diagramma IX - Coefficiente K1 in funzione del tipo di finitura
del pezzo
A 5. Coefficiente KcNormalmente I'influenza della corrosione non
e da prendere in considerazione e pertanto si assume Kc = 1.Nel
caso eccezionale in cui I'albero puo rimanere in esercizio dopo
avere subito un'azione corrosiva di acqua dolce 0 marina,si
assumono per Kc i valori dati nel diagramma X in funzione del
carico di rottura del materiale per i seguenti casi:
curva A: corrosione dovuta all'azione di acqua dolce
curva B: corrosione dovuta all'azione di acqua di mare.
Nel caso in cui I'albero lavori in ambiente corrosivo, ricavare
i valori dalla letteratura scientifica.
90 100 110 120
ft (MPa)
80706050
/'L--~//
//
/ ~,./'
./ .,..-/
...-----~ V ~ !--- ---'....--------I--1
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Diagramma X - Coefficiente Kc per corrosione d'acqua dolce
(curva A) e d'acqua marina (curva B)
-
Meccanismi per apparecchi di sollevamentoIstruzioni per iI
calcolo
(UNI7670)
Studio del progetto - Commissione "Apparecchi di sollevamento e
relativi accessori" dell'UNI, riunioni dell'8 mar., 18 giu. e 15
ott. 1985.
Esame ed approvazione ~ Commissione "Apparecchi di sollevamento
e relativi accessori" dell'UNI, riunione del 16 die. 1985.
Esame finale ed approvazione - Commissione Centrale Tecnica
dell'UNI, riunione del 3 mar. 1987.
Ratifiea - Presidente dell'UNI, delibera del 17 feb. 1988.
La pubblicazione della presente norma awiene con la
partecipazione finanziaria dei Soci, dell'lndustria, dei Ministeri
e del CNR.
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