STUDIO DI FATTIBILITA' DI UNA NUOVA GAMMA DI GRUPPI ELETTROGENI

MONOCLINDRICI A 3000 rpm

CANDIDATO:Alberto Brugnettini

REALTORE:Chiar.mo Prof. Ing. Luca Piancastelli

INDICE

● INTRODUZIONE● CAPITOLO 1 Accoppiamenti motore-alternatore● CAPITOLO 2 Calcolo ingombri● CAPITOLO 3 Dimensionamento telaio● CAPITOLO 4 Accessori telaio● CAPITOLO 5 Verifica saldature telaio● CAPITOLO 6 Costi● CONCLUSIONI

INTRODUZIONEQuesto progetto di tesi nasce dall'esigenza della ditta Green Power s.r.l. di aumentare la competitività sul mercato della gamma di gruppi elettrogeni con motore monocilindrico a 3000 rpm.A tal fine abbiamo dovuto trovare delle soluzioni per ridurre i costi di produzione e per rendere il prodotto più vicino alle esigenze dei clienti.

Nel nostro studio dovremmo cercare di:- eliminare il quadretto bordo macchina con prese e strumenti;- adattare il telaio a diversi accoppiamenti motore-alternatore;- predisporre il telaio per il montaggio di diversi accessori;- ridurre le dimensioni del prodotto e permetterne la facile movimentazione;

Si partirà quindi dalla scelta dei motori, degli alternatori e dell'allestimento prese di quest'ultimi. Si calcoleranno poi gli ingombri degli accoppiamenti grazie ai quali si passerà poi allo studio del tipo e delle dimensioni del telaio. Si troveranno le soluzioni per l'adattabilità del telaio ai vari modelli, per il bloccaggio della batteria e per la predisposizione ai vari accessori.Vedremo le possibili configurazioni ottenibili montando sul telaio ciascun accessorio.Si effettuerà una verifica delle saldature degli organi più importanti, e si studieranno infine i costi totali.

CAPITOLO 1Accoppiamenti motore - alternatore

I modelli della nostra gamma di gruppi elettrogeni differiscono per tipo di motore, tipo di alternatore, allestimento prese sull'alternatore.

I motori montati sui nostri modelli sono:● GX200 / GX270 / GX390, Honda a benzina● CH270 / CH395 / CH440, Kohler a benzina● 15LD350 / 15LD440, Lombardini diesel● L70AE / L100AE, Yanmar diesel

Si può scegliere per ogni motore la versione ad avviamento manuale o elettrico.Nella versione ad avviamento elettrico si dovrà provvedere a munire il gruppo di una batteria a 12V 55Ah.

I motori scelti saranno accoppiati in base alla potenza erogabile agli alternatori della Linz Electric:● SP10SE da 3,5 kVA monofase● SP10MG da 5 kVA monofase● E1C10MG da 7 kVA monofase● E1S10MH da 7 kVA trifase

Si sceglierà poi l'allestimento delle prese e degli strumenti in base agli allestimenti più richiesti sul mercato, effettuando il controllo dell'amperaggio :

A = PNOM / V

Gli ampère ottenuti dal rapporto potenza nominale fratto voltaggio del gruppo, devono essere inferiori o uguali all'ampèraggio delle prese montate.

Le prese e gli strumenti che saranno presenti nei nostri gruppi sono:● presa schuko (monofase)● presa CEE (16A – 230V) (monofase)● presa CEE (16A – 400V) (trifase)● presa CEE (32A – 230V) (monofase)● voltmetro● protezioni per le prese:

- breaker ( per prese monofase)- magnetotermico tripolare (per prese trifase)

CAPITOLO 2Calcolo ingombri

Utilizzando i disegni e le schede tecniche dei motori e degli alternatori siamo riusciti a calcolarci e schematizzare:

● gli ingombri massimi● la posizione degli interassi dei fori per il fissaggio al telaio ● la posizione del cono d'accoppiamento ● la massa totale

Ovviamente per i motori abbiamo effettuato i calcoli facendo riferimento alle versioni ad avviamento elettrico, nei modelli che presentano anche quella ad avviamento manuale, in quanto quest'ultima risulta essere più piccola.

Calcolati e disegnati gli ingombri dei vari motori e alternatori abbiamo poi accoppiato i due blocchi per trovare gli ingombri totali e gli interassi dei fori di fissaggio dei vari modelli.

Qui di seguito a titolo di esempio riportiamo l'accoppiamento del modello GP 4000 XMH tra motore GX200 e alternatore SP10SE .

Grazie a questo accoppiamento virtuale abbiamo osservato che:- i vari accoppiamenti a seconda del motore che montano hanno l'alternatore spostato sulla destra o sulla sinistra; - il piano di appoggio del motore è posto più in basso di quello dell'alternatore.

Legenda:

➔ Assi cono d'accoppiamento➔ Assi fori di fissaggio al

telaio

CAPITOLO 3Dimensionamento telaio

Abbiamo progettato questo tipo di telaio in due versioni: T04 con dim. 780x620x570 (misure in mm) per tutti i modelli T03 con dim. 610x460x550 (misure in mm) per i 4000 benzina

La differenza tra i due telai sta nelle dimensioni totali e nella foratura della traversa lato alternatore che è anche più stretta ( non vi è la batteria).

La struttura portante è in tubo mobilio Ø30x2 mm, le due traverse sono in lamiera da 2 mm in Fe360 e le bande laterali in lamiera da 1 mm in Fe360.

Le due traverse, lato motore e lato alternatore, sono la vera forza di questo telaio. Le loro forature opportunamente studiate permettono l'adattabilità del telaio a tutti i modelli. Le sue piegature permettono di mantenere la struttura portante rialzata da terra, consentendone la facile movimentazione.

Altre importanti caratteristiche sono le forature della struttura portante e degli appoggi a terra per la predisposizione degli accessori.Struttura portante

T04

Traversa lato motore

Traversa lato alternatore

L'imballaggio del gruppo, questo deve assicurare una giusta protezione del prodotto. Allo stesso tempo deve essere compatto, economico e applicabile nel minor tempo possibile. Abbiamo così deciso di utilizzare una scatola di cartone, aperta sotto, che si possa infilare da sopra e poi essere bloccata al telaio con delle reggette in materiale polimerico.

Visto che il cono d'accoppiamento del motore non è centrato sull'asse del telaio, ma spostato a destra o a sinistra a seconda della marca, l'alternatore risulterà spostato di conseguenza.Dovremmo predisporre il posizionamento di due batterie, una sul lato destro e una sul lato sinistro. Poi per i modelli a benzina si posizionerà la batteria a destra dell'alternatore, mentre per quelli diesel si posizionerà a sinistra.Abbiamo studiato così un metodo di fissaggio della batteria economico e semplice da applicare come in figura.

CAPITOLO 4Accessori telaio

Il telaio è stato predisposto per il montaggio di diversi kit accessori, attraverso le forature sulla struttura portante e sugli appoggi delle traverse.Gli accessori previsti sono: ● kit barellabile● kit carrellabile● kit quadro automatico● kit tettuccio● kit serbatoio maggiorato.

PREDISPOSIZIONE KIT BARELLABILE

PREDISPOSIZIONE KIT TETTUCCIO E KIT SERBATOIO MAGGIORATO

PREDISPOSIZIONE KIT CARELLABILE

Il KIT BARELLABILE prevede il montaggio di 4 maniglie

Il KIT CARRELLABILE prevede il montaggio di 2 maniglie, 1 piedino, 2 semiassi più ruota

Il KIT QUADRO AUTOMATICO prevede il montaggio di una banda laterale con foro per connettore

Il KIT SERBATOIO MAGGIORATO prevede il montaggio di un serbatoio maggiorato

Il KIT TETTUCCIO prevede il montaggio di un tettuccio

CAPITOLO 5Verifica saldature traverse

Per verificare le saldature delle traverse sul telaio abbiamo scelto di utilizzare come accoppiamento il modello che ha l'alternatore più grande e il motore diesel più pesante e più richiesto dal mercato. La scelta di un motore diesel invece di un benzina sta nel fatto che le vibrazioni all'avvio del primo sono maggiori rispetto a quelle all'avvio del secondo, essendo proprio questo transitorio il più gravoso sulla resistenza delle saldature.

Calcolata la massa e tenuto conto del montaggio su antivibranti, il motore genera una forza alternata F = 3,5*g*massa = 2472,12 N, con g = 9,81 m/s2.

Ora assimiliamo l'accoppiamento montato ad una trave appoggiata dove gli appoggi sono i due collegamenti motore-traversa (A), alternatore-traversa (B).Andando a calcolare le reazioni otteniamo che la traversa lato motore è quella più sollecitata con una forza RA= 2145 N.

La traversa lato motore è saldata con due cordoni di spessore 4 mm e lunghezza 40 mm con un passo di 39 mm.La reazione RA si scaricherà alternamente sulle saldature di destra e su quelle di sinistra. Per calcolare le forze che agiscono su ogni singolo cordone assimiliamo un lato della traversa ad una trave appoggiata in cui gli appoggi (C e D) sono i cordoni stessi.Calcolando le reazioni otteniamo che il cordone più sollecitato è quello più interno C con RC = 1287 N

Per effettuare la verifica statica e a fatica considereremo il caso peggiore in cui tutto il carico alternato RA vada a gravare sul solo cordone C. Assumeremo quindi RC = RA = 2145 N.Il nostro giunto è a sovrapposizione con cordone di spigolo.

Troviamo ora le tensioni normali e tangenziali:σ

n = RC / (l*a) = 2145/(32*4) = 16,76 N/mm2

σt = 0 N/mm2

Per calcolare la tensione ideale avremo bisogno di trovare prima le tensioni agenti sulla sezione di gola ribaltata :σ

┴ = τ

┴ = σ

n /√2 = 11,85 N/mm2

σid

= √(σ┴2 + 3 τ

┴2) = 23,7 N/mm2

La condizione di resistenza statica è determinata dalla relazione :σ

id ≤ α σ

o amm → 23,7

N/mm2

≤ 136 N/mm2 , con α = 0.85 (giunto di II classe) e σ

o amm(Fe360)= 160 N/mm2

Quindi il cordone è staticamente verificato.

La resistenza a fatica del nostro cordone si verifica grazie alle Formule di Wöhler nel caso di un ciclo all'inversione, σi = - σ

s .

La tensione ammissibile a fatica si calcola:σ

amm = σ

o amm ( ⅔ + ⅓ ( σ

i / σ

s )) = ⅓ σ

o amm = 53,33 N/mm2

La condizione di resistenza a fatica sarà data dalla relazione:σ

id ≤ α σ

amm→ 23,7 N/mm2 ≤ 45,33 N/mm2

Quindi il cordone è verificato anche a vita illimitata.

CAPITOLO 6Costi

MARCA MODELLO CONO AVVIAMENTO COSTOmm €

HONDA

GX200 19 MANUALE 186GX270 25,4 MANUALE 290GX270 25,4 ELETTRICO 487GX390 25,4 MANUALE 327GX390 25,4 ELETTRICO 561

KOHLER

CH270 19 MANUALE 130CH395 25,4 MANUALE 225CH395 25,4 ELETTRICO 330CH440 25,4 MANUALE 260CH440 25,4 ELETTRICO 350

LOMBARDINI

15LD350 25,4 MANUALE 53015LD350 25,4 ELETTRICO 67515LD440 25,4 MANUALE 63515LD440 25,4 ELETTRICO 770

YANMAR

L70AE 25,4 MANUALE 530L70AE 25,4 ELETTRICO 632L100AE 25,4 MANUALE 648L100AE 25,4 ELETTRICO 775

ARTICOLO UM QUANTITA' COSTO cad COSTO€ €

ANTIVIBRANTI 3 0,52 1,56STAFFA 1 1 1

DISTANZIALI 2 1 2OLIO l 1,8 2,5 4,5

GASOLIO l 5 0,85 4,25COSTO ARTICOLI MOT ALT 13,31

MARCA MODELLO CONO COSTOmm €

LINZ

SP10SE 19 84SP10SE 25,4 84SP10MG 25,4 97E1C10MI 25,4 156E1S10MH 25,4 229

TELAIO T04ARTICOLO UM QUANTITA' COSTO cad COSTO

€ €TUBO PIEGATO 2 7,5 15

TRAVERSA LATO MOT. 1 3 3TRAVERSA LATO ALT. 1 4 4

BANDA LATERALE 2 1 2RIVETTI 4 0,2 0,8ADESIVI 2 0,75 1,5

VERNICIATURA 1 7 7MANODOPERA min 20 0,6 12

COSTO TOTALE T04 (ric. 0,9) 50,33

TELAIO T03ARTICOLO UM QUANTITA' COSTO cad COSTO

€ €TUBO PIEGATO 2 6 12

TRAVERSA LATO MOT. 1 3 3TRAVERSA LATO ALT. 1 2,4 2,4

BANDA LATERALE 2 1 2RIVETTI 4 0,2 0,8ADESIVI 2 0,75 1,5

VERNICIATURA 1 5,5 5,5MANODOPERA min 20 0,6 12

COSTO TOTALE T03 (ric. 0,9) 43,56

IMBALLAGGIOARTICOLO UM QUANTITA' COSTO cad COSTO

€ €SCATOLONE 1 3 3REGGETTE 2 1 2

COSTO MIBALLAGGIO 5

Si riportano i costi dei motori, articoli di corredo al motore,

alternatori, telaio T04 e T03, imballaggio.

MOT+ALT+TEL+IMB (+BAT) MANODOPERAMODELLO COSTO TEMPO VALORE COSTO COSTO GRUPPO STD

€ min €/min € €GP4000 XM-HM 331,87 90 0,5 45 376,87GP6000 XM-HM 455,64 90 0,5 45 500,64GP8000 XM-HM 551,64 90 0,5 45 596,64GP8000 XT-HM 624,64 90 0,5 45 669,64GP6000 XM-HE 685,18 120 0,5 60 745,18GP8000 XM-HE 831,49 120 0,5 60 891,49GP8000 XT-HE 904,49 120 0,5 60 964,49

GP4000 XM-KM 275,87 90 0,5 45 320,87GP6000 XM-KM 390,64 90 0,5 45 435,64GP8000 XM-KM 484,64 90 0,5 45 529,64GP8000 XT-KM 557,64 90 0,5 45 602,64GP6000 XM-KE 528,18 120 0,5 60 588,18GP8000 XM-KE 607,18 120 0,5 60 667,18GP8000 XT-KE 680,18 120 0,5 60 740,18

GP4000 XM-LM 682,64 90 0,5 45 727,64GP6000 XM-LM 800,64 90 0,5 45 845,64GP6000 XT-LM 932,64 90 0,5 45 977,64GP4000 XM-LE 860,18 120 0,5 60 920,18GP6000 XM-LE 968,18 120 0,5 60 1028,18GP6000 XT-LE 1100,18 120 0,5 60 1160,18

GP4000 XM-YM 682,64 90 0,5 45 727,64GP6000 XM-YM 813,64 90 0,5 45 858,64GP6000 XT-YM 945,64 90 0,5 45 990,64GP4000 XM-YE 817,18 120 0,5 60 877,18GP6000 XM-YE 973,18 120 0,5 60 1033,18GP6000 XT-YE 1105,18 120 0,5 60 1165,18

Per ottenere i costi dei gruppi standard abbiamo sommato i costi motore, articoli motore, alternatore, telaio, eventuale batteria e imballaggio. A questi abbiamo sommato il costo della manodopera necessaria per l'accoppiamento, il montaggio, il collaudo e l'imballaggio.

CONCLUSIONICon il nostro studio di fattibilità abbiamo raggiunto gli obiettivi che ci eravamo prefissati all'inizio del lavoro. Grazie agli alternatori Linz già muniti di prese e strumenti abbiamo eliminato il quadretto bordo macchina sul telaio.Studiando opportunamente le forature delle traverse e del tubo piegato siamo riusciti ad avere un telaio adattabile ai diversi modelli e già predisposto per l'eventuale batteria e per gli accessori maggiormente richiesti dalla clientela. Infine, grazie alle dimensioni ridotte e alle opportune piegature delle traverse che fungono da appoggio, abbiamo ottenuto un telaio che rende il nostro prodotto facilmente trasportabile e movimentabile.Tutti questi diversi obiettivi concorrono di pari passo al raggiungimento dello scopo primario, quale l'abbattimento dei costi di produzione.Andando a fare un confronto tra la nuova e la vecchia gamma, abbiamo ottenuto una non trascurabile diminuzione dei costi.Nei modelli con motori diesel, si ha addirittura una riduzione media del 14%, mentre nei modelli con motori a benzina, il risparmio si ferma intorno all'8%. Si potranno poi ottenere dei vantaggi aggiuntivi con il raggiungimento di importanti numeri di produzione, che determineranno un ulteriore risparmio nell'acquisto dei vari componenti.I risultati ottenuti ci daranno la possibilità di rendere più competitivo sul mercato il nuovo listino dei gruppi elettrogeni con motori monocilindrici a 3000 rpm.Saranno poi il tempo e la clientela a confermare la qualità e l'efficienza del lavoro svolto.

GRAZIE PER L'ATTENZIONE

Alberto Brugnettini