Riassunto analitico
L’aspettativa di vita di un componente sottoposto a ciclo affaticante ha assunto, negli ultimi anni, una importanza sempre crescente soprattutto per l’intensificarsi delle normative inerenti la sicurezza (UNI EN ISO 13849-1/2 ISO 12100).
Per poter dare al progettista e al collaudatore metodologie sempre più efficienti, sono in evoluzione metodi progettuali e di verifica quali progettazione a vita sicura (Safe-life), progettazione sicura rispetto al danno (Fail-safe), Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) e Main Time To Failure (MTTF); tali metodologie pongono in relazione le sollecitazioni con il numero di cicli affaticanti, al fine di prevedere il comportamento del componente durante la sua vita.
La previsione di vita a fatica, però, può divenire difficile quando gli elementi da testare richiedono un grosso impiego di energia (potenze, consumi, pressioni e coppie) e di tempo (cicli intensi, ma di numero elevato).
Ereditando l’esperienza delle grandi macchine idrauliche per applicazioni civili, con il lavoro svolto durante questo dottorato si è voluto verificare se un downsizing dei componenti eseguito seguendo i dettami dell’analisi secondo la similitudine idraulica potesse rappresentare un percorso metodologico utile per ottenere indicazioni valide, ai fini della sicurezza a fatica ciclica, ma perseguendo un importante risparmio energetico.
L’opportuna selezione di cicli affaticanti, influenza i progettisti per veicolare ai componenti una potenza idraulica pulsante a medio bassa frequenza, ha reso possibile il confronto tra componenti simili per tipologia, geometria e qualità della lavorazione meccanica.
Tra i tanti parametri operativi disponibili, la valutazione degli effetti della fatica ciclica sulla prestazione dei componenti è stata condotta in riferimento a grandezze univocamente definite: il rendimento volumetrico per le macchine motrici ed operatrici considerate, il tempo di commutazione per i distributori elettro-idraulici, l’errore di regolazione o la capacità di tenuta per le valvole a sede.
L’analisi dei risultati ottenuti dimostra come, indipendentemente dalla dimensione del componente, la perdita di performance abbia una tendenza ricostruibile già dai primi
250000-300000 cicli, mentre i fenomeni che comportano la failure tendono a manifestarsi nei primi 150000-220000 cicli, avvalorando l’ipotesi che il risparmio energetico possa derivare sia dal downsizing del componente, sia da un’opportuna progettazione del ciclo di lavoro affaticante.
|
Abstract
The life expectancy of a component affected by fatigue cycle has taken, in recent years, an increasing importance especially for the intensification of the safety legislation (UNI EN ISO 13849-1 / 2 ISO 12100).
In order to give to the designer and tester a more efficient methodology, the design and verification methods are evolving, such the Safe-life, Fail-safe and Failure Modes and Effects Analysis (FMEA) and Main Time To Failure (MTTF); these methodologies connect the stresses with the number of fatigue cycles, in order to predict the behavior of the component during the working life.
The prediction of fatigue life, however, it may be difficult when the components under test require a high energy demand in terms of electric power consumption, high pressures and torque, as well as a large testing time due to the high number of intensive cycles.
Inheriting the experience from large hydraulic machinery for civil applications, the work done during this Ph.D.’s period has investigated if a downsizing of the components by following the dictates of the hydraulic similarity could be a useful methodological approach to determine valid results for the safety to cyclic fatigue and achieve a significant reduction of the energy demand.
The selection of fatigue cycles is decisive parameter for the tester that have to supply the hydraulic power with a pulse characterized by a medium-low frequency to the component under test, the correct fatigue cycle ensures the comparison between similar components by typology, geometry and quality of machining.
Between the many operating parameters available, the assessment of the cyclic fatigue effects on the performance of the components was carried out in reference to parameters univocally defined: the volumetric efficiency for the pumps and hydraulic motors, the switching time for the electro-hydraulic distributors, the calibration error or the leakages for pressure valves.
The analysis of the results shows that the loss of performance has a trend that can be reconstructed within 250000-300000 cycles, while the phenomena which lead to the failure occur within 150000-220000 cycles, regardless of the size of the components. the results obtained confirm the hypothesis that the reduction of the energy demand can be derived from both, the downsizing of the components and an appropriate selection of the fatigue cycles.
|
