GRU Meccanismi per apparecchi di sollevamentoIstruzioni per il calcolo 1)U 1'1 17670

Mechanisms for lifting appliances - Instructions for design

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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

U ___ l_~ I

2

o30 40

3

7

4

5

6

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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