Cilindro Pneumatico Che Rimbalza! - Cilindro utilizzato nel sollevamento di un piano basculante

[OscarB]

Salve a tutti,

sono un laureando in ingegneria meccanica al Politecnico di Torino e, in una parte della mio lavoro di tesi, dovrei risolvere un problema relativo ad un sollevamento di un piano basculante: quando il piano basculante scende, il cilindro comincia a "rimbalzare", probabilmente a causa del fatto che il cilindro per il primo tratto della corsa è in trazione e successivamente passa in compressione. Anche se questo cambiamento avviene con regolarità (senza un gradino di forza), credo che questa sia la causa del movimento non lineare.

Per risolverlo vorrei utilizare un controllo di posizione in anello chiuso, ma utilizzando delle valvole digitali comandate in PWM, perchè il meccanismo deve essere economico (non è possibile utilizzare una servovalvola nè un elettrocilindro).

La forza passa da 15000 N a -12000 N in circa 15 secondi per una corsa di circa 600 mm, eventualmente variabili spostando il punto di incernieramento del cilindro (la diminuzione di uno a discapito dell'altro).

Secondo voi la soluzione del controllo mi risolverebbe il problema? Oppure avreste altre soluzioni "economiche" da consigliarmi?

Grazie mille per chi possa consigliarmi (potrò rispondere solo nell'orario serale)

Oscar

[Babydriver]

Benvenuto collega!

Utilizzi degli strozzatori per regolare la velocità di discesa del cilindro?

Le forze che hai in gioco sono notevoli per un sistema pneumatico, puoi valutare l'adozione di un cilindro oleodinamico?

Così, senza saper nè leggere nè scrivere, potrebbe anche essere il cilindro leggermente sottodimensionato, hai provato ad aumentare leggermente la pressione di alimentazione?

Aspettiamo ansiosi più particolari!

[OscarB]

Vengono utilizzati degli strozzatori posti sullo scarico dello camere, mentre l'alimentazione è diretta.

L'adozione di un cilindro oleodinamico è troppo costosa, in quanto sarebbe necessario installare un'apposita centralina.

Di un sistema oleopneumatico non ho ancora valutato i costi, ma non credo possa risolvere il mio problema...

Non ho ancora provato ad aumentare la pressione di alimentazione, devo chiedere se è possibile provare (attualmente è alimentato a 6 bar che è la pressione di rete).

[Babydriver]

Come sono collegati gli strozzatori? hai provato a far compiere il ciclo senza strozzatori?

Secondo me è li il problema..

[OscarB]

comunque non credo possa essere un problema di sottodimensionamento, in quanto quando rimbalza è alimentata la camera che spinge nella stessa direzione della forza opponente.

[OscarB]

Gli strozzatori sono collegati in modo tale da strozzare lo scarico, mentre in parallelo ad essi ci sono delle valvole di non ritorno per l'alimentazione.

Non ho provato a toglierli, in quanto si avrebbe una velocità troppo elevata del piano e, dato che è utilizzato per il sollevamento di lastre di vetro da 500kg... e poi non ho molte possibilità di intervenire direttamente sulla macchina.

Ma il controllo non credi possa risolvere il problema?

[Babydriver]

Hai bisogno di una precisione notevole, o vuoi solo ridurre il fenomeno? Lavorando con un comprimibile le prestazioni in termini di precisione sono sempre piuttosto basse, come saprai certamente;

EDIT

Praticamente hai risposto nel messaggio precedente alle domande che ti stavo facendo in questo messaggio!

Ripensandoci, dato per buono che gli strozzatori sono utilizzati nel modo corretto, appoggio la tua tesi: evindentemente il problema è nel fatto che la forza varia in direzione e in modulo;

Non sono molto esperto di sistemi di controllo, dovresti (tramite valvole proporzionali controllate come piace a te) regolare la pressione in modo tale da avere forza costante al variare del carico (compresa la direzione del carico, visto che il cilindro oppone a parità di pressione, una forza in trazione diversa da quella in spinta);

Se mi viene in mente qualcosa di più semplice ti faccio sapere, anche perchè con valvole proporzionali e sistemi di controllo (al momento mi vengono in mente solo plc che lavorano in analogico), si sale notevolmente di costo;

Modificato: 10 marzo 2009 da Babydriver

[OscarB]

Si tratta di un piano basculante per il caricamento di lastre di vetro su una macchina di taglio.

Mi serve solo ridurre il + possibile questo fenomeno che è pericoloso ed antiestetico.

Il problema è che in un tratto l'aria di alimentazione si oppone alla forza peso, mentre nell'altro aiuta la forza peso e dall'altra c'è lo strozzatore e credo che nel passaggio da una situazione all'altra vada a comprimere molto l'aria creando un effetto molla.

Probabilmente con il controllo potrei anche fare in modo di chiudere l'alimentazione oltrepassata una certa posizione...

[Babydriver]

Ho modificato il messaggio precedente, dagli un occhiata!

Forse stiamo pensando alla stessa cosa; io pensavo di chiudere l'alimentazione ad una camera e far scende il piano basculante solo con il peso proprio, laminando l'aria in uscita per regolarne la velocità, a questo punto dovresti solo verificarne la fattibilità (praticamente che togliendo alimentazione il cilindro vada dove vuoi te);

Una curiosità: un cilindro di quelle dimensioni che genera quella forza ha bisogno certamente di una bella quantità di aria, hai controllato che lo strozzatore possa effettivamente elaborare quella portata di aria?

[OscarB]

Non utilizzerei una valvola proporzionale, ma valvole digitali comandate ad alta frequenza (PWM) con cui si ottengono risultati simili ad una valvola proporzionale, il tutto controlato dal processore che è già presente sulla macchina.

La portata di aria che serve al cilindro non è elevata, in quanto l'estensione (o il rientro) avviene in 15 secondi.

[RosTro72]

Ciao,

Babydriver mi ha anticipato,anche secondo me la velocità di discesa del cilindro potrebbe essere troppo alta.

La via sugerita mi pare quella giusta.

Ciao e in bocca al lupo per la tesi

Rosario

[OscarB]

Crepi il lupo, comunque non posso agire molto sulla velocità del cilindro, in quanto si vuole un ciclo di circa 15 secondi.

Ho già anche pensato di mettere una molla per contrastare quel problem di cambio di verso della forza opponente, ma una molla crea sempre problemi legati alla sicurezza.

[Babydriver]

A livello accademico potresti comunque provare ad installare e far lavorare la macchina con le valvole PWM, è sempre esperienza che acquisisci

Per tagliare l'alimentazione ti riferisci alla stessa cosa che ti ho suggerito nel messaggio precedente? Cioè di far scendere il tutto per peso proprio?

Stai facendo tirocinio pre laurea in una ditta? come ti trovi? Sono più o meno nella stessa tua condizione; la laurea è triennale o specialistica?

Ciao!

[OscarB]

Perchè a livello accademico???

Non ho ancora valutato bene come controllarlo, ma credo che un controllo di posizione che vada anche solo a lavorare sulla camera di scarico possa essere sufficiente, perchè lo facessi lavorare sulla camera di alimentazione potrebbe crearmi dei problemi di stick slip.

Un problema è che il carico è molto variabile, il piano potrebbe anche essere scarico...

Si, sto facendo il tirocinio in una ditta, ma ho cominciato da due giorni, ma a questo problema ci stavo già lavorando prima. Laurea specialistica, te?

Per il controllo, i parametri del regolatore devo trovarli per tentavi secondo te, perchè la vedo dura modellizzare tutto il sistema.

[Babydriver]

A "livello accademico", più che altro per studiarne il funzionamento, capirne i pregi e difetti, forse ho usato una terminologia leggermente impropria

Modellizzare il tutto? Non ho mai fatto qualcosa di simile, non so quali potrebbero essere le difficoltà, nè l'accuratezza dei risultati che si potrebbe raggiungere sotto determinate ipotesi; se ti può interessare c'è un altro ragazzo nostro collega (anzi, tuo collega visto che io devo ancora prendere la triennale ) che è alle prese con un software di simulazione di schemi pneumatici (Amesim), se lo ritieni opportuno ti ci metto in contatto;

La soluzione di regolare la portata in uscita dalla camera in scarico con la valvola pwm mi piace, ritengo sia la soluzione al momento migliore, nè troppo semplicistica come il togliere l'alimentazione facendo scendere il piano per gravità, nè troppo complessa come la soluzione delle valvole proporzionali con annesso sistema di controllo;

Come mai scegli un controllo di posizione? Hai delle motivazioni particolari? Perchè non un controllo sulla pressione?

Per scegliere i parametri a cosa ti riferisci? Se ho capito bene vuoi realizzare un sistema con loop che ti modifica la portata in uscita in base alla posizione (o pressione?)

Comunque prendi con le pinze quello che ti dico io, senti sempre il tuo prof o il tutor aziendale....

[batta]

quando il piano basculante scende, il cilindro comincia a "rimbalzare", probabilmente a causa del fatto che il cilindro per il primo tratto della corsa è in trazione e successivamente passa in compressione

Non capisco bene cosa intendi con "probabilmente a causa del fatto che il cilindro per il primo tratto della corsa è in trazione e successivamente passa in compressione".

Semplicemente, dovrebbe essere in pressione una camera del cilindro per effettuare e mantenere il sollevamento, e si manda in pressione l'altra camera per il movimento inverso.

Se il sistema pneumatico è correttamente dimensionato (a proposito, la dimensione del cilindro?) e se non vi sono problemi di attriti irregolari, con normalissimi componenti pneumatici (una elettrovalvola 5/2 e due regolatori di flusso) si dovrebbe ottenere un movimento fluido senza problemi. Questo se il tuo sistema prevede fermate solo nelle posizioni tutto alto e tutto basso. Se invece hai bisogno di fermarti in posizioni intermedie, l'aria non è certo il fluido ideale.

Il rimbalzo ad inizio corsa mi fa pensare che la camera inferiore del cilindro, al momento della commutazione, non sia in pressione. Quando mandi in pressione la camera superiore (per effettuare la discesa), il cilindro parte subito veloce, poi comprime l'aria presente nella camera inferiore e rimbalza.

[OscarB]

Il fatto è che il piano ha la forma di una L rovesciata, quindi quindi per un tratto il baricentro cade a sx del punto di incernieramento e nel movimento finisce a destra. Perciò, quando il baricentro passa da una parte all'altra, la camera che che non compie lavoro non è in pressione, quindi il cilindro scende veloce e la schiaccia, come dicevi esattamente te BATTA. Crede che la strada che sto intraprendendo sia corretta?

X babydriver: ho scelto un controllo di posizione perchè un sensore di posizione è + economico credo e poi il carico sul cilindro può variare moltissimo. Per i parametri intendo il regolatore del sistema ad anello chiuso.

[Divietri]

Ciao a tutti,

secondo me dovresti montare un regolatore di pressione sul ramo che fa la discesa. Esistono dei regolatori di pressione che hanno l'aspetto di un regolatore di flusso e vanno montati sull'uscita della valvola. Parti con la pressione minima e poi aumenti fino a che trovi un buon risultato. Parecchie case li costruiscono ; se ti serve la sigla di qualche marca che preferisce te la posso indicare.

Buon lavoro.

Di Vietri

[batta]

Ma in un cilindro pneumatico non ci deve MAI essere una camera NON in pressione, salvo quando il cilindro ha percorso tutto il movimento.

Insomma, quando comando il movimento di salita metto in pressione una camera e la mantengo in pressione.

Quando devo invertire il movimento, contemporaneamente metto in scarico la camera ora in pressione (con interposto però un regolatore di flusso) e mando in pressione l'altra camera.

[Divietri]

Certamente Batta,

ma posso benissimo fare la salita a 6 bar e la discesa a 3. Sopratutto nei casi in cui ho un carico da sollevare che quando viene giù diventa attivo, cioè spinge in giù il pistone.

Poi ci sono anche i cilindri a semplice effetto , detti tuffanti, che tornano in posizione per effetto del carico.

Comunque per il caso specifico secondo me ecc....ecc... come ho scritto sopra.

Di Vietri

[FabrizioVA]

Io credo che con la pura pneumatica non se ne cavi molto.

Metterei un cilindro (o piu' di uno se sono diversi) oleopneumatico di modo che con gli strozzatori regoli l' olio e non l'aria.

Con la soluzione attuale :

gli strozzatori devono regolare lo scarico del fluido dal cilindro e non la mandata verso le camere, possibilmente li monterei sulle stesse bocche del cilindro di modo da ridurre il cuscino d'aria che crea l'effetto molleggio.

Anche la vavola direzionale e' meglio sia posizionata il piu' possibile vicina all'attuatore.

Eventualmente si puo' alimentare la valvola direzionale tramite un'altra (3/2 con pilotaggio indipendente) che commuti due pressioni diverse, da comandarsi tramite la logica della macchina in base al punto di cambio della direzione del carico ma e' un esperimento da farsi coi componenti "volanti" e vedere che succede.

Un regolatore idraulico puo' essere montato in parallelo al cilindro esistente, sia connettendone lo stelo a questo che facendolo lavorare con dei suoi propri supporti a cerniera ( cosa + complessa visto che la meccanica e' gia' stata fatta).

[MABE]

Ciao

io abbinerei al cilindro pneumatico un regolatore idraulico di velocitò, ciò ti permetterebbe di regolare ed uniformare la velocità senza dover ricorrere a sistemi di controllo con valvole in PWM.

ti conviene prendere un regolatore a regolazione doppia (così puoi regolare la velocità sia in spinta che in trazione)

[Babydriver]

Sinceramente al cilindro oleopneumatico con la regolazione effettuata in uscita sull'olio non ci avevo pensato, bisogna a questo punto solo verificarne l'installabilità a bordo macchina;

Per Fabrizio: questa

gli strozzatori devono regolare lo scarico del fluido dal cilindro e non la mandata verso le camere

è la prima cosa alla quale ho pensato anche io, ma poi Oscar ci ha chiarito che

Gli strozzatori sono collegati in modo tale da strozzare lo scarico

Per Batta: la mia soluzione (facendo l'esempio della corsa di rientro del cilindro) con la camera superiore in scarico, e la camera inferiore con flusso in uscita regolato da strozzatore, sarebbe concettualmente sbagliata in quanto dici

Ma in un cilindro pneumatico non ci deve MAI essere una camera NON in pressione, salvo quando il cilindro ha percorso tutto il movimento.

Sinceramente non ho mai incontrato nulla di simile e sicuramente non risolverebbe il problema di Oscar, ma non capisco perchè in condizioni particolari non potrei utilizzarla, facendo rientrare il cilindro con il solo peso del carico applicato; potresti chiarirmi dove sbaglio, quali sono le conseguenze che potrebbe portare una simile configurazione errata? Grazie!

Per Divietri: potresti postare comunque le caratteristiche o il link al regolatore al quale ti riferisci? Da catalogo SMC ho trovato solo un componente che loro chiamano "regolatore di scarico silenziato", montato direttamente sull'uscita della valvola, permette oltre di ridurre il rumore di scarico, di regolare (tramite vite) la velocità di uscita dell'aria, praticamente come uno strozzatore solo che montato sulla valvola anzichè sulla linea in prossimità dell'attuatore;

Modificato: 11 marzo 2009 da Babydriver

[Divietri]

Ciao a tutti,

per Babydriver, Quello che nomini fa sempre parte della famiglia dei regolatori di flusso. Io parlo di un vero e proprio regolatore di pressione che però è fatto a raccordo, con tanto di innesto rapido per il tubo. Va montato di solito sulla valvola ( bocca 2 o 4 a secondo del ramo che vuoi ridure).

Alcuni costruttori fanno anche la versione montata sul cilindro, per esempio Metalwork e Cimatic. Alcuni li fanno anche in linea, cioè con attacco rapido per il tubo da ambo i lati. Chiaramente vanno montati in un verso ben preciso (oltre al simbolo c'è anche una freccia stampata di solito)

Quelli classici sono Legris o Parker. Ma non so sè sto facendo pubblicità.

Di Vietri

[FabrizioVA]

Oscar, se possa esserti utile :

http://www.bonesipneumatik.it/it/cil_pneu_cont_idra/home.htm

Cilindri con regolatore di velocita' idraulico messo in parallelo li fanno in molti, Generalmeccanica andava oltre ed ora la sua gamma e' commercializzata da chi ha comprato quella piccola azienda.

Forse puoi risolvere senza un controllo di posizione, valvola modulante e complicazioni varie.

Con l' oleodinamica sarebbe certo piu' semplice , e forse chi ha fatto il caricatore basculante poteva prevedere un contrappeso meccanico per far si che il sistema rimanesse bilanciato salvo poi che il carico spostandosi ha da dire la sua ma solo a fine corsa di ribaltamento e questa fase non pare essere un problema.

Cosi' avrai molte cose su cui ingegnarti, auguri