Profili estrusi a caldo per bracci di carriponte
Ogni chilogrammo del braccio di una gru viene sostenuto dalla gru stessa prima di sostenere qualsiasi altra cosa, quindi la sezione utilizzata influisce direttamente sul carico utile che la macchina può sollevare. Per questa applicazione Montanstahl ha sviluppato profili speciali estrusi a caldo in acciaio al carbonio S355J2 con spessore di parete variabile lungo la sezione, aggiungendo materiale dove si concentrano le sollecitazioni e togliendolo dove non serve, e con le flange di fissaggio per le sospensioni a fune e i sistemi di carrello ricavate direttamente nella geometria invece di essere saldate in seguito.
Dove i profili standard arrivano al limite
La progettazione delle gru pone esigenze specifiche sia al materiale sia alla geometria, e i profili standard spesso esauriscono le loro capacità quando la luce aumenta, i carichi crescono o le condizioni operative diventano insolite. Nei carriponte una sezione strutturale deve unire capacità portante, peso ridotto e stabilità dimensionale sotto sollecitazioni dinamiche, tre proprietà che una trave a catalogo bilancia solo con compromessi, perché la sua forma è stata ottimizzata per un caso generale e non per questo. Per migliorare efficienza, sicurezza e durata, si sviluppano quindi profili speciali pensati specificamente per le esigenze dell’industria del sollevamento, integrando più funzioni in un’unica geometria ottimizzata anziché costruirle a partire da pezzi separati. Sezioni di questo tipo sono centrali per le macchine e le attrezzature per la movimentazione, dove struttura e meccanismo devono essere progettati insieme.
Quattro esigenze che tirano in direzioni opposte
Garantire prestazioni strutturali affidabili in condizioni gravose significava soddisfare quattro requisiti contemporaneamente. Il braccio deve sopportare carichi elevati, sia i carichi concentrati applicati dal carrello ovunque si fermi, sia le forze dinamiche generate quando il carico viene sollevato, accelerato e frenato. Il peso deve essere ottimizzato, perché una struttura più leggera è più facile da montare e lascia una quota maggiore della portata nominale al carico utile anziché alla gru stessa. La rigidezza torsionale deve essere sufficiente perché la gru resti stabile al massimo sbraccio, dove un carico eccentrico torce il braccio attorno al proprio asse. Infine il profilo deve essere economico da produrre, perché una sezione che funziona perfettamente ma costa troppo non arriva mai in produzione. Resistenza, rigidezza e leggerezza sono in diretto conflitto, e l’unico modo per soddisfarle tutte è spostare il materiale dove lavora di più.
Contesto applicativo
Ottimizzazione della geometria e scelta del materiale hanno risolto insieme il conflitto. Gli spessori di parete sono stati variati lungo il profilo, con rinforzi dove la sezione è più sollecitata e materiale rimosso altrove, migliorando il rapporto resistenza/peso senza modificare l’ingombro attorno al quale era stata progettata la gru. Le flange di fissaggio per le sospensioni a fune e il sistema di carrello sono state integrate direttamente nella geometria, così che elementi che altrimenti verrebbero saldati diventano parte della forma estrusa, eliminando giunzioni che rappresentano sia un costo sia un problema di fatica. L’acciaio ad alta resistenza S355 ha fornito la capacità a trazione e compressione per strutture più leggere, capaci di coprire luci maggiori e sollevare di più. L’estrusione a caldo è adatta a questo tipo di sezione perché in un solo passaggio produce in modo economico sottosquadri e spessori di parete variabili, anche in quantità limitate. I profili vengono sviluppati come profili speciali a partire dal disegno del costruttore; i dettagli sono nelle Q&A tecniche.