Il ruolo dei componenti nella movimentazione dei materiali

I sistemi di movimentazione dei materiali necessitano di componenti in grado di risolvere le criticità legate al peso e al mantenimento della continuità del flusso di produzione. R+W offre diverse soluzioni alle esigenze di trasmissione e limitazione della coppia come giunti a soffietto metallico, giunti a elastomero e limitatori di coppia: questi componenti sono in grado, a seconda del caso, di compensare disallineamenti, smorzare impatti e vibrazioni e così via…

di Stefano Vinto

La digitalizzazione delle operazioni di movimentazione delle merci è una delle tappe del percorso verso la smart factory. Secondo Cushman & Wakefield, al termine del primo semestre del 2018, i magazzini e i capannoni per lo stoccaggio e la movimentazione delle merci sono stati oggetto di investimenti importanti, in aumento del 25% rispetto all’anno precedente. Questo, secondo gli esperti, anche grazie ai successi dell’e-commerce e della distribuzione in genere. Anche le transazioni bancarie in Italia, quasi raddoppiate nello stesso periodo, sono la prova di questa crescita.
I sistemi di numerazione dei componenti, quelli di localizzazione, di controllo del magazzino, la standardizzazione, il dimensionamento del lotto, la quantità degli ordini, le riserve di sicurezza, l’etichettatura e le tecniche di identificazione automatica (ad es. codice a barre e QR-code) sono soltanto alcuni dei sistemi richiesti per mantenere una linea di trasporto in movimento all’interno di un impianto industriale.
La movimentazione dei materiali è un fattore determinante nella scelta del layout di un impianto industriale. Infatti quest’ultimo (legato alla particolare tipologia di produzione svolta) e i sistemi di movimentazione dei materiali coinvolti, non possono essere concepiti come due entità separate.

I costi legati alla movimentazione dei materiali
La movimentazione dei materiali non costituisce un valore aggiunto per il prodotto, ma ne fa incrementare i costi di produzione e, di conseguenza, i costi finali.
Mediamente, l’incidenza dei costi di movimentazione dei materiali è pari al 50% dei costi totali di gestione. In alcune industrie, come quella mineraria, tale incidenza arriva fino al 90%, giustificando gli sforzi sia di gestione che di progettazione della relativa impiantistica.
Nella progettazione di una moderna linea di trasporto si possono avere fino a 500 diverse tipologie di sistemi di movimentazione dei materiali. Le esigenze ergonomiche, valutate in fase di progettazione, vanno a determinare le voci di costo, ad esempio, relative all’introduzione di sistemi di sollevamento idraulico o pneumatico o il ricorso a sistemi ad esoscheletro, come vedremo più avanti.

Progettare sistemi di movimentazione all’insegna dell’efficienza e dell’ergonomia
La progettazione dei sistemi di movimentazione dei materiali procede, generalmente, tenendo conto di due aspetti fondamentali: l’efficienza del sistema nel suo complesso e l’ergonomia.
Per quanto riguarda il primo, i fattori fondamentali da tenere in considerazione sono i seguenti: le proprietà del materiale; le caratteristiche e il layout della sede aziendale; il flusso di produzione; i costi; la natura dei processi di produzione; i fattori ingegneristici e l’affidabilità.
I sistemi più diffusi per la movimentazione dei materiali possono essere raggruppati in due categorie: i sistemi a percorsi fisso e i sistemi a percorso variabile.
I primi includono trasportatori, dispositivi monorotaia, scivoli e sistemi a cinghia. Un’eccezione è data dai carriponte; sebbene operanti su un’area di azione limitata, non hanno vincoli di percorso. I secondi includono carrelli industriali, muletti, gru mobili.
Consideriamoli, uno per uno. Nei trasportatori è di fondamentale importanza una corretta scelta degli accoppiamenti cinematici i quali, a seconda delle tipologie scelte, forniscono apposite funzionalità di rigidezza torsionale. È il caso dei nastri trasportatori continui nel settore minerario. Tale esigenza non è presente nei trasportatori manuali o a gravità come quello della Foto 1.
I carrelli industriali possono essere del tipo transpallet (a timone manuale o elettrico) o del tipo ad elevatore (muletto). I muletti generalmente sono caratterizzati da una grande flessibilità, legata alla possibilità di montare diversi tipi di attrezzaggio a seconda delle esigenze di movimentazione dei materiali. Nella Foto 2 è mostrato un carrello elevatore di tipo elettrico.
Gru e sollevatori consentono la movimentazione sospesa dei materiali (ad es. gru e carriponte). Sebbene abbiano degli spazi di manovra contenuti, possono essere adattati a produzioni sia continue che ad intermittenza.
I contenitori, sebbene statici, sono oggetto di una continua attività di ricerca e sviluppo, sia per scopi di funzionalità che di scelta dei materiali (per lo più PP ed HDPE, entrambi riciclabili).
Partendo dai pallet, sempre più migliorati in termini di modularità e di manovrabilità (tramite muletto o transpallet a timone), i pallet box presentano opportune caratteristiche di resistenza strutturale per la loro impilabilità, oltre ad essere pieghevoli.
Infine, i robot impiegati nella movimentazione del materiale non si limitano ad estendere le funzionalità fornite da transpallet, muletti e sollevatori (come, ad esempio, i robot palletizzatori), ma migliorano anche il flusso del materiale in una linea di produzione, integrandosi con i trasportatori. Partendo dai sistemi AGV (veicoli per la movimentazione del materiale a guida automatica), si è arrivati alla concezione dei robot mobili autonomi che combinano le funzionalità dei cobot (robot collaborativi) con la gestione smart della movimentazione dei materiali.
Nell’immagine di apertura viene mostrata una soluzione proposta da KUKA, dove un robot collaborativo è montato su una piattaforma con sistema a guida laser, che ne consente la navigazione in maniera totalmente autonoma. La piattaforma monta inoltre ruote Mecanum, che danno alla stessa la massima agilità e facilità d’uso, caratteristiche fondamentali per impiego ottimale in quelle aziende che rispondono ai requisiti dell’Industria 4.0.
Ma non è solo la robotica collaborativa l’ultimo orizzonte dell’evoluzione del settore.
L’adattamento degli schemi costruttivi degli esoscheletri impiegati in ambito riabilitativo alle mansioni con alti livelli di rischio derivanti dal Disturbo da Trauma Cumulativo (dovuto al sollevamento e all’utilizzo di attrezzature pesanti e vibranti), ha determinato la proposta di soluzioni molto interessanti. Un caso eclatante è dato dalla partnership tra Ekso Bionics e Ford Motor Company, che ha portato alla realizzazione di EksoVest, sistema ad esoscheletro che fornisce un supporto al sollevamento di ben 67N per braccio (Foto 3).

Il ruolo del fornitore di componenti
Un’attività complessa come la progettazione di sistemi di movimentazione materiali trova un valido supporto nei fornitori di componenti. R+W mette la sua esperienza e le sue competenze di produttore di giunti e alberi di trasmissione al servizio dei progettisti. Laddove il trasporto del materiale presenta criticità legata al peso e al mantenimento della continuità del flusso di produzione, R+W può fornire una soluzione alle esigenze di trasmissione e limitazione della coppia: giunti a soffietto metallico, giunti ad elastomero e limitatori di coppia.
I giunti a soffietto metallico BX, per coppie elevate, presentano una rigidità torsionale e sono privi di gioco.
Hanno un design semplice e compatto, un sistema di montaggio e smontaggio facilitato e un’elevata composizione dei disallineamenti. Sono disponibili in diverse lunghezze.
I giunti a elastomero EK combinano elevata flessibilità e buona resistenza. Smorzano vibrazioni e impatti compensando i disallineamenti degli alberi. Molti elementi condizionano la progettazione dei giunti a elastomero: da fattori quali il carico, l’avviamento e la temperatura dipende la durata dell’inserto. L’elemento elastomerico è disponibile in diverse durezze shore, per trovare sempre un compromesso adatto fa le proprietà di smorzamento, la rigidità torsionale e la correzione dei disallineamenti per la maggior parte delle applicazioni.
I limitatori di coppia ST uniscono robustezza e precisione, come nel caso del modello ST 1 con fissaggio con chiavetta, dal design semplice e compatto, torsionalmente rigido e munito di cuscinetto integrato per carichi derivanti da pulegge o pignoni, o il modello STR, in acciaio temprato ad alta resistenza (con brunitura superficiale di protezione). Nella parte motrice è presente il mozzo del giunto con collegamento a chiavetta (e profilo scanalato a richiesta), mentre nella parte condotta è presente la flangia d’attacco con filettatura di fissaggio e cuscinetti integrati. I moduli di comando, disposti sul perimetro, sono regolabili entro i valori del range di taratura.

(Stefano Vinto è giornalista freelance specializzato nel campo del FEM).