Aspo Svolgitore: - Influenza del riduttore sulla regolazione di tiro.

[bit]

Salve a tutti. Studiando un po' di teoria sul controllo di aspi avvolgitori e svolgitori motorizzati assialmente mi è venuto un dubbio circa l'influenza dell'eventuale riduttore interposto tra motore e aspo.

Trascuriamo l'influenza degli attriti di avvolgimento, delle accelerazioni e consideriamo solo la coppia necessaria a realizzare il tiro richiesto e il rendimento del riduttore.

Immaginiamo di avere a disposizione il valore del diametro istantaneo dell'avvolgimento e quindi, con il valore assegnato di tiro, anche il valore della coppia istantanea da applicare all'albero dell'aspo.

Abbiamo a disposizione un gruppo motore+driver in grado di regolare a piacere la coppia all'albero del motore (all'interno del campo di velocità della macchina) e di volerlo utilizzare per impostare la coppia di tiro senza nessun tipo di retroazione (ballerino o cella di carico).

In caso di rendimento 100 % del gruppo riduttore basterebbe richiedere all'azionamento un valore di coppia pari a quello richiesto all'asse dell'aspo diviso per il rapporto di trasmissione del riduttore.

Nel caso reale il riduttore avrà un rendimento inferiore e la coppia da richiedere all'azionamento sarà diversa.

Nel caso di aspo avvolgitore gli attriti richiederanno un aumento di coppia all'albero motore. Basterà dividere la coppia teorica richiesta per il rendimento del riduttore e si otterrà il valore da impostare.

Nel caso di aspo svolgitore gli attriti invece richiederanno una diminuzione della coppia richiesta all'albero motore (il motore funziona da freno nei confronti della macchina e gli attriti lo aiutano). Anche in questo caso si dovrà dividere la coppia teorica richiesta per il rendimento, che stavoltà risulterà maggiore del 100% (perdonatemi la definizione, ma effettivamente il riduttore in questo caso aiuta il motore).

Aumentando il rapporto di trasmissione del riduttore (per esigenze di basse velocità della macchina ad esempio) inevitabilmente gli attriti aumentano. Arrivati al limite dell'irreversibilità la coppia richiesta all'albero motore di un aspo svolgitore diventerà nulla (il riduttore è irreversibile, è in grado da solo di esercitare qualunque coppia resistente all'aspo).

Oltre questo limite il motore dovrebbe teoricamente aiutare l'aspo a svolgersi.

Il mio dubbio quindi è questo: senza utilizzare retroazione alcuna sul tiro del materiale e utilizzando un riduttore irreversibile, si ha la possibilità di regolare la coppia di tiro di uno svolgitore regolando solamente la coppia esercitata all'albero del motore? A me sembrerebbe di no...

Grazie e ciao a tutti!

[Livio Orsini]

Per mia esperienza diretta i riduttori irreversibili non sono da usarsi per controllare aspi sia svolgitori che avvolgitori.

Se si analizza bene in tutte le sue fasi il funzionamento dinamico di un aspo si nota che la coppia va controllata su tutti e quattro i quadranti.

Sono anche da evitare i riduttori in bagno d'olio, specie per i controlli ad anello aperto, data la grande varazione delle perdite tra olio freddo e caldo.

[bit]

Grazie della conferma, lo sospettavo.

Quindi nel caso di velocità di lavoro molto basse (alcune decine di giri al minuto o meno) cosa si interpone di solito tra il motore e l'aspo per non pregiudicare la regolazione di coppia?

Ciao!

[Livio Orsini]

Non metti niente, se non regola la coppia che razza di servodiametro è?

Quando si fa uno svolgitore ad anello aperto (servo diametro), in genere si dà al motore un riferimento di velocità = 0, poi il controllo limita la corrente/coppia in funzione del diametro e del tiro impostato. La trazione è fornita dal materiale trainato dal traino o briglia, che deve seguire lo svolgitore.

Nel caso di un avvolgitore si da al motore un riferimento di velocità che puoò essere calcolato in funzione del diametro e della velocità di linea i fisso, purchè corrisponda a velocità > di quella lineare. Il regolatore servo diametro provvede a limitare la coppia/corrente in funzione del tiro impostato e del diametro. La velocità angolare si adegia automaticamente alla velocità del materiale.

[bit]

Se tra il motore e l'aspo non metto nessun riduttore, non si è costretti a sovradimensionare troppo il motore? Specialmente in caso di velocità di lavoro molto basse almeno...

[Gabriele Corrieri]

Ciao Bit

pur non essendo all'altezza di Livio, e non essendo un progettista meccanico, ho notato che riduttori irreversibili (a vite senza fine, soprattutto con rapporti di riduzione maggiori di 7, ma si potrebbe generalizzare per tutta la categoria dei riduttori VSF) in svolgimento tendono, se non ampiamente sovradimensionati a rompere l'accoppiamento vite-chiocciola, questo per gli ampi e repentini cambiamenti di velocità e anche di direzione, con aspo magari carico. In avvolgimento, che parrebbe il tuo caso il problema è duplice, da un lato hai una variabile troppo piccola che ha una leva troppo grande ... mi spiego bene, se hai un riduttore 1:10, VSF, tu applichi una forza e te la ritrovi 10 volte maggiorata in uscita ... 1% di riferimento = 10% di effetto ... e più che sali che piccole variazioni di coppia ce le hai amplificate (questo a dire il vero con tutti i sistemi di riduzione) con conseguente difficoltà di regolazione, secondo, ciò che diceva Livio, che il VSF è irreversibile, ossia non puoi frenarlo dall'ingresso (lato motore), o perlomeno, il carico non ti può dare indietro energia, uguale non riesci a regolare la coppia finemente, e più sei a bassi regimi e più che hai l'aspo carico, e più che noterai che o tira troppo (e strappi il materiale) o tira poco e il materiale si "smolla".

Soluzione della lunga teoria? Gruppi di riduzione, a bagno d'olio e non (Livio ha giustamente precisato la differenza olio freddo e olio caldo, ma nella mia piccolissima esperienza non ci sono mai differenze apprezzabili) che non abbiano accoppiamenti irreversiibili, ossia riduzioni a alberi paralleli, a ingranaggi (olio, quindi) o a cinghie (a secco), ovviamente, e qui si arriva al nocciolo del problema, un qualsiasi riduttore VSF ha un rapporto riduzione - spazio occupato elevatissima, se confrontata con qualsiasi altro metodo di riduzione, a secco e non.

Ciao

[Livio Orsini]

Se tra il motore e l'aspo non metto nessun riduttore, non si è costretti a sovradimensionare troppo il motore? Specialmente in caso di velocità di lavoro molto basse almeno...

Tu mischi coppia e velocotà. Il dimensionamento del motore deve essere fatto in base alla coppia massima richiesta ed alla massima velocità angolare richiesta all'aspo.

La velocità massima è data dalla massima velocità del materiale moltiplicata dal rapporto diametri dell'aspo.

Spiego meglio. Immagian un aspo con Dmax = 1200mm e dmin = 200nn; il rapporto aspi è 6. Se il materiale ha una velocità massima, p.e., di 300 m/1' avrai che l'aspo ruoterà a 79,57747 rpm con Dmax e a 477,46483 con dmin.

Bene usare si può usare un motore elettrico costruito per avere una velocità massima pari 500 rpm e accoppiarlo direttamente all'aspo, oppure scegluere un motore con, p.e., 3000 rpm di velocità massima e accoppiarlo attraverso un riduttore 1:6 (ho volutamente scelto come esempio due casi limiti).

A questo punto devi dimensionare la potenza del motore. Se non consideri la coppia necessaria per accelerare, devi verificare il tiro massimo previsto, p.e., 30kg che comporta una coppia di 18 kgm a diametro massimo e 3 kgm per dmin. Questa coppia, nel caso di accoppiamento diretto, corrisponde ad un motore in grado di erogare una Pmax= 9,23kW @ 500 rpm

Nel caso di un riduttore 1:6, interposto tra aspo e motore, la coppia richiesta al motore sarà 18kgm / 6 = 3kgm che corrisponderanno ad un motore che eroga una potenza pari 9.23 kW @ 3000 rpm.

Perbacco ma sono uguali! Certamente, perchè in natura nulla si crea e nilla si distrugge, ma tutto si trasforma. . Però il rendimento del riduttore è comunque <1. Quindi nel caso di uno svolgitore, per la sola coppia dovuta al tiro, ti viene in aiuto perchè ne assorbe una parte; nel caso di un'avvolgitore, invece, il motore dovrà erogare anche la coppia assorbita dal riduttore.

Questo senza considerare le compensazioni degli attriti e le compensazioni dei momenti di inerzia in fase di accelerazione positiva e negativa. Qui le cose sono un poco più complicate per il calcolo della coppia. Tra l'altro un riduttore ha sempre un suo momento d'inerzia, che può anche diventare molto significativo. Quindi se si richiedono elevate prestazioni dinamiche bisogna fare bene i conti.

Progettare una motorizzazione ed un conrollo do avvolgitara sembra facile, ma quando sono richieste prestazioni elevate allora ci si accorge che non è proprio così....

Modificato: 13 novembre 2005 da Livio Orsini

[ken]

Progettare una motorizzazione ed un conrollo do avvolgitara sembra facile, ma quando sono richieste prestazioni elevate allora ci si accorge che non è proprio così....

nel caso di uno svolgitore, per la sola coppia dovuta al tiro, ti viene in aiuto perchè ne assorbe una parte; nel caso di un'avvolgitore, invece, il motore dovrà erogare anche la coppia assorbita dal riduttore.

quoto queste frasi.

Dipende sempre da che risultato si vuole ottenere.

Di tanto in tanto regolo svolgitori e avvolgitori ma sono tutti per avvolgere lamiera e a velocità tutto sommato lente. Li ad esempio calcolare la differenz adi attrito dell'olio caldo o freddo non fa una piega. Tirare (nel caso di avvolgere) con differenze sul tiro reale su materiale fa poca differenza.

Immagino però avvolgere/svolgere materiali delicati li anche poche centinaia di grammi fanno diffeenze abissali.

Concludo dicendo che il dimensionamento deve essere realizzato in base a ciò che bisogna fare ma la regolazione, nella sua precisione, deve essere valutata in base a ciò che va avvolto/svolto.

Certo che se poi voglio fare una taratura complessa sempre tanto di guadagnato, faccio un lavoro e lo faccio bene e uguale sempre.

[Livio Orsini]

Di tanto in tanto regolo svolgitori e avvolgitori ma sono tutti per avvolgere lamiera e a velocità tutto sommato lente.

Anche nel caso della lamiera non tutte le applicazioni sono uguali. Per esempio quando tratti spessori "ligth" le cose doventano un poco più complicate, specie se le velocità sono >600m/1'.

Devi sempre far riferimento alla prima frase quotaa.

[bit]

Perbacco ma sono uguali! Certamente, perchè in natura nulla si crea e nilla si distrugge, ma tutto si trasforma.

Sono d'accordo. Tutto torna, almeno a livello teorico. Ma per adesso sto solo facendo ipotesi e mi va bene ipotizzare un sistema ideale. Giustamente hai ipotizzato l'utilizzo di un motore da 500 rpm e di uno da 3000 rpm ridotto 1 a 6, perchè è questo che viene fuori dai dati ipotizzati nel tuo esempio. Entrambi i motori si trovano facilmente in commercio e un riduttore 1 a 6 sicuramente non pregiudica la regolazione ad anello aperto.

Cambio però i dati del tuo esempio per spiegare meglio il mio dubbio:

Dmax = 1200 mm

Dmin = 200 mm

Velocità di linea = 10 m/min

Tiro richiesto = 1000 N

Le velocità massime e minime dell'aspo saranno rispettivamente 15.92 e 2.65 rpm.

Le coppie minima e massima richiesta saranno 600 Nm e 100 Nm

La potenza richiesta sarà determinata dalla massima coppia e dalla massima velocità e sarà pari a 1000 W.

Optando per un accoppiamento diretto dove lo trovo un motore da 1000 W 15 rmp?

Se ipotizziamo invece di usare un motore da 500 rpm dovremo interporre un riduttore da 1 a 32. Ma un tale riduttore non rischia di pregiudicare la regolazione?

Se imponiamo di non aumentare troppo il rapporto di riduzione accettiamo di non usare il motore per tutta la sua velocità nominale. Ad esempio un motore da 500 rpm con riduzione 1 a 5. Ma la taglia richiesta sarebbe di 6280 W, notevolmente superiore...

In un caso simile, quale è la scelta corretta?

Ciao e grazie della pazienza!

[ken]

Anche nel caso della lamiera non tutte le applicazioni sono uguali. Per esempio quando tratti spessori "ligth" le cose doventano un poco più complicate, specie se le velocità sono >600m/1'.

è quello che intendevo.

Con velocità basse diciamo 100mt/' e spessori non molto light la regolazione deve essere fatta bene ma non serve una cosa complicatissima.

[Livio Orsini]

Se ipotizziamo invece di usare un motore da 500 rpm dovremo interporre un riduttore da 1 a 32. Ma un tale riduttore non rischia di pregiudicare la regolazione?

Perchè? Coppia max richiesta al motore: 600Nm/32 = 18,75Nm coppia min. richiesta = 3.125 Nm.

Se è uno svolgitore devi togliere la coppia assorbita dal riduttore. Un riduttore con un rapporto così grande potrebbe assorbire coppia al punto che con diametri piccoli il motore deve fornire coppia anche in caso di svolgitura. Ma questa è una condizione abbastanza frequente durante le fasi di accelerazione positiva.

La difficoltà nel realizzare un buon servo diametro (regolazione ad anello aperto) sta appunto nel valutare correttamente tutti i parassiti.

Ovviamente la precisione e, soprattutto, la ripetibilità che si può ottenere con un controllo ad anello aperto è di parecchi %. Poi quando si interpone un riduttore bisogna considerare le variazioni di assorbimento di coppia. Nel caso di un riduttore cinghia dentata - puleggia l'assorbimento è costante. Nel caso di un riduttore in bagno d'olio si può avere una variazione anche del 60% tra olio freddo e olio caldo.

[Mario Maggi]

Caro bit,

Optando per un accoppiamento diretto dove lo trovo un motore da 1000 W 15 rmp?

e' la solita domanda che fanno in tanti, piu' o meno velatamente.

Prima o poi riusciro' ad attivare (spero) quel servizio web che ho in mente per dare risposte immediate alle esigenze dei costruttori di macchine e impianti che cercano motori elettrici speciali.

Ci sono diversi costruttori di motori cosiddetti "coppia", "torque", "gearless" o "direct drive" che in questo caso servono proprio per limitare gli errori dovuti ai riduttori. Un riduttore che ha delle perdite variabili (ovviamente) alle diverse velocita' e' difficile da modellare matematicamente. Sia i riduttori a grasso che quelli ad olio hanno perdite diverse non solo a freddo e a caldo, ma anche al variare della velocita' e soprattutto alla variazione del carico.

Ciao

Mario

[bit]

Ciao Mario!

Beh, il mio era solo un esemio teorico, tanto per imparare qualcosa in più... Comunque credo che Livio nell'ultima risposta mi abbia chiarito le idee. I sostanza aumentando il rapporto di riduzione diventa sempre più imprecisa la regolazione ad anello aperto, diventando estremamente critica se non impossibile con riduttori irreversibili. Grazie del chiarimento!

Ciao a tutti!