Encoder nelle macchine edili

Famiglie di encoder estremamente robusti prodotti da Hengstler

Hengstler, Aldingen. Essendo le moderne macchine da costruzione controllate e movimentate prevalentemente da sistemi idraulici, l'elettronica e le tecnologie di controllo hanno finora svolto solo un ruolo secondario in molte applicazioni. Tuttavia, gli aspetti rilevanti per la sicurezza e le funzioni di assistenza ai conducenti hanno iniziato a imporsi: i sensori, come gli encoder o i potenziometri, sono sempre più utilizzati per fornire all'unità di controllo i dati di posizionamento, angolari e di velocità. In questo segmento, i sensori devono soddisfare standard molto elevati. Il funzionamento all'aperto è soggetto a condizioni climatiche variabili, cioè a fluttuazioni estreme di temperatura e all'influenza di sporco, polvere e liquidi. Le conseguenti esigenze di elevata robustezza e di un alto grado di protezione hanno costituito la base delle nuove famiglie di encoder Hengstler.

Applicazioni tipiche

Gli encoder sono utilizzati per misurare il posizionamento, l'angolazione, la velocità e la lunghezza nelle applicazioni delle macchine edili. Assumono compiti che facilitano il lavoro del conducente e migliorano la produttività, come, ad esempio, il posizionamento diretto dei carichi per le attrezzature di sollevamento o la limitazione delle zone di lavoro per proteggere dalle collisioni. Tuttavia, consentono anche di introdurre funzioni rilevanti per la sicurezza, fornendo segnali di avvertimento al conducente non appena la macchina entra in una situazione critica. I carichi eccessivi che causano l'inclinazione delle attrezzature di sollevamento (gru di sollevamento, escavatori) rappresentano un esempio classico.

Anche nelle applicazioni di macchine agricole e forestali, gli encoder facilitano notevolmente il lavoro automatizzando i processi di molte applicazioni, a partire dalla semina a velocità controllata in agricoltura fino alla misurazione automatica dei tronchi d'albero. I processi automatizzati che aumentano la produttività in agricoltura stanno diventando sempre più sofisticati grazie all'uso di sistemi controllati via satellite. Infine, i macchinari speciali sono utilizzati per la manutenzione dei binari, per il posizionamento delle mole, per la tecnologia mineraria e di perforazione (controllo della velocità di perforazione), nonché per i mezzi di trasporto speciali per oggetti di grandi dimensioni, dove determinano la posizione di sterzata di ciascuna ruota.

In sintesi, gli encoder utilizzati nelle macchine movimento terra dimostrano sempre le loro capacità in condizioni estremamente difficili, fornendo un feedback affidabile sul posizionamento, sugli angoli di escursione o sulle velocità. Le robuste famiglie di encoder prodotte da Hengstler convincono per la loro tecnologia, completamente priva di contatti striscianti, che garantisce un'elevata affidabilità e longevità. Gli encoder assoluti programmabili, in particolare, non richiedono alcuna regolazione rispetto ad altri prodotti tecnologici. Il corretto funzionamento e l'accuratezza dei potenziometri, ad esempio, sono influenzati negativamente dalle fluttuazioni di temperatura e dall'usura. Inoltre, gli encoder offrono una scansione completa a 360°, che consente di ottenere un feedback accurato su un intero giro o anche su più giri. Le versioni multigiro consentono di leggere il numero esatto di giri in qualsiasi momento, anche dopo cali di tensione o interruzioni complete dell'alimentazione.

Encoder in attrezzature di sollevamento mobili, ad esempio escavatori idraulici e gru mobili

Come già detto, gli encoder si prestano a una grande varietà di applicazioni per le macchine edili. Spieghiamo il loro utilizzo sulla base di un esempio tratto dal settore delle macchine di sollevamento, come le gru di sollevamento e gli escavatori idraulici. Innanzitutto, i costruttori di macchine hanno diverse buone ragioni per utilizzare sensori affidabili: i requisiti di legge per la prevenzione degli incidenti o l'immatricolazione dei veicoli per la circolazione stradale sono criteri importanti; il raggiungimento di una maggiore produttività nel lavoro quotidiano è un altro.

Avviso di sovraccarico per un supporto stabile e sicuro dell'attrezzatura di sollevamento:

Secondo la direttiva tedesca sulla prevenzione degli infortuni (VBG 40), un dispositivo di segnalazione del sovraccarico è necessario sia per i sistemi di gru che per gli escavatori idraulici. Esso deve fornire al conducente un segnale di avvertimento non appena viene superato il carico consentito. Per gli escavatori idraulici, questo può essere implementato per mezzo di un elemento di misura che determina la pressione di esercizio nel cilindro a sbalzo (jib) e trasmette un segnale di avvertimento al conducente non appena viene superata una pressione definita. Questa funzione può essere assunta da encoder e persino integrata fornendo un feedback al sistema di controllo. Determinando l'angolo di escursione di ciascun asse rotante del braccio dell'escavatore e della ralla tra il carrello superiore e quello inferiore, è possibile calcolare in qualsiasi momento il carico massimo ammissibile nella benna dell'escavatore o nella sospensione della gru. Il momento di carico appropriato per ogni posizione può essere inserito tramite il software, assistendo così il conducente con segnali di avvertimento o addirittura con un'interferenza attiva con il controllo del motore.

Figura 1: Escavatore idraulico con avviso di sovraccarico

Limitare la zona di lavoro per evitare collisioni:

I lavori di costruzione devono spesso essere eseguiti in aree ristrette, ad esempio vicino a linee elettriche aeree o in cantieri in cui diverse gru di sollevamento possono ostacolarsi a vicenda, o in zone pedonali. Le attrezzature di sollevamento come gli escavatori idraulici, ad esempio, possono essere utilizzate in edifici con soffitti di altezza limitata, o le gru mobili in stazioni di carico ferroviarie con linee elettriche aeree. In questi casi, i sistemi di gru utilizzano un cosiddetto campo di lavoro elettronico di sicurezza (in tedesco: ABB). Un sistema di controllo elettronico protegge dagli ostacoli decelerando la gru quando si avvicina troppo a un ostacolo e impedendole così di scontrarsi con esso. I sistemi anticollisione sono utilizzati anche nei grandi cantieri con più gru. Essi monitorano la posizione di ciascuna gru e impediscono in modo affidabile che si avvicini troppo alla gru vicina. Seguendo il principio sopra descritto, gli encoder determinano l'esatta posizione e l'angolo di escursione della macchina e la trasmettono all'elettronica di controllo.

Posizionamento diretto al punto:

Figura 2 Grande cantiere con utilizzo di più gru. I sistemi anticollisione aiutano a prevenire gli incidenti

Il lavoro degli operatori delle gru sarà molto più semplice se i carichi vengono posizionati direttamente sul punto. A tal fine, un encoder fornisce continuamente all'unità di controllo un feedback sulla posizione e sulla velocità della gru. In questo modo è possibile selezionare i punti di regolazione mediante micro-regolazioni di rotazione e compensare gli effetti causati dal vento o dalle condizioni di carico prevalenti con le opportune contromosse.

Approvazione dell'immatricolazione del veicolo per la circolazione stradale:

Gli escavatori a ruote idrauliche saranno omologati per la circolazione stradale se dotati di un sensore che garantisca l'allineamento del carrello superiore nella direzione di marcia. A questo scopo si utilizzano spesso sensori induttivi. Tuttavia, nuove possibilità, oltre alle funzioni sopra descritte, possono essere implementate fornendo un encoder nel bordo tra il carrello superiore e quello inferiore.

Requisiti del prodotto

I requisiti tecnici essenziali per l'utilizzo degli encoder nelle macchine edili comprendono un elevato grado di protezione, un ampio intervallo di temperatura, un'elevata resistenza agli urti e alle vibrazioni, un'elevata resistenza all'acqua e all'umidità, nonché un'elevata resistenza al carico dell'albero. Gli encoder devono avere un grado di protezione IP67 o addirittura IP69. Un intervallo di temperatura compreso tra -40°C e 100°C garantisce un funzionamento perfetto anche in condizioni ambientali difficili, come l'esposizione diretta alla luce solare e le fluttuazioni di temperatura. Per evitare la formazione di condensa causata dalle fasi interne di riscaldamento e raffreddamento, l'involucro deve essere specificamente sigillato. La resistenza agli urti varia a seconda dell'applicazione, ma deve essere di almeno 1.000m/s2; la resistenza alle vibrazioni deve essere di almeno 100m/s2. Poiché le attrezzature per l'edilizia vengono spesso pulite con pulitori a getto di vapore, è molto importante anche l'elevata resistenza all'acqua compressa.

Con la sua famiglia di prodotti "Heavy Duty", Hengstler offre gli encoder adatti (HSDxx, HDxx, ARxx) per soddisfare o addirittura superare tutti questi requisiti. L'elevatissima robustezza meccanica, ad esempio, è ottenuta grazie all'utilizzo di un disco ottico e di codifica all'avanguardia, realizzato in plastica anziché nel comune vetro, che potrebbe rompersi in condizioni di carico estreme. Questa serie di prodotti è disponibile anche con custodia in acciaio inossidabile conforme alle norme NEMA 4x e 6P con doppia tenuta, per garantire un funzionamento affidabile in ambienti che richiedono un'elevata resistenza a pulitori a vapore ad alta pressione o a sostanze chimiche corrosive. Gli encoder HSDxx e HDxx sono varianti a sicurezza intrinseca e, se utilizzati con la barriera IS appropriata, sono certificati secondo la norma ATEX EEx ia IIB T4. Ciò li rende adatti ad applicazioni in atmosfere corrosive o ad applicazioni che richiedono un'elevata resistenza agli spruzzi e ai picchi d'acqua.

Hengstler offre un'altra famiglia di prodotti estremamente robusti con la serie di encoder magnetici AR-XX. Le sue caratteristiche speciali includono non solo un involucro particolarmente robusto, ma anche cuscinetti a sfera autosufficienti di dimensioni generose, che lo rendono resistente a forti sollecitazioni meccaniche e persino a elevate forze assiali e radiali. La risoluzione a 12 bit consente di raggiungere i tassi di accelerazione più elevati e di operare sott'acqua. Tutti i prodotti sono elettricamente compatibili con gli encoder standard e disponibili con i tipi di interfaccia più comuni (SSI, BiSS, CANopen, analogica o parallela).

Le tecnologie rugged facilitano l'ingresso e l'affermazione dei componenti elettronici nel settore delle macchine movimento terra. Inoltre, rispondono ai requisiti di elevata sicurezza, produttività e comodità per l'operatore. Anche se ci vorranno ancora alcuni anni prima che l'elettronica sostituisca l'idraulica, già ora è evidente che il ruolo della tecnologia dei sensori diventerà sempre più importante.