Gruppi elettrogeni monocilindrici a 3000 rpm

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
INTRODUZIONE
Questo 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 1
Accoppiamenti 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 2
Calcolo 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 .
Legenda:
➔
➔
Assi cono d'accoppiamento
Assi fori di fissaggio al
telaio
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.
CAPITOLO 3
Dimensionamento 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).
T04
Traversa lato motore
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
Traversa lato alternatore
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.
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.
CAPITOLO 4
Accessori 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 TETTUCCIO E
KIT SERBATOIO
MAGGIORATO
PREDISPOSIZIONE
KIT BARELLABILE
PREDISPOSIZIONE
KIT CARELLABILE
Il KIT
CARRELLABILE
prevede il montaggio
di 2 maniglie, 1
piedino, 2 semiassi
più ruota
Il KIT BARELLABILE prevede
il montaggio di 4 maniglie
Il KIT QUADRO
AUTOMATICO
prevede il montaggio
di una banda laterale
con foro per
connettore
Il KIT TETTUCCIO
prevede il montaggio di
un tettuccio
Il KIT SERBATOIO MAGGIORATO
prevede il montaggio di un serbatoio
maggiorato
CAPITOLO 5
Verifica 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:
σn = 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┴ = σn /√2 = 11,85 N/mm2
σ = √(σ 2 + 3 τ 2) = 23,7 N/mm2
id
┴
┴
La condizione di resistenza statica è determinata dalla relazione :
σ ≤ασ
→ 23,7 N/mm2 ≤ 136 N/mm2 , con α = 0.85 (giunto di II classe) e σ
id
o amm
(Fe360)= 160 N/mm2
o amm
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 = - σs .
La tensione ammissibile a fatica si calcola:
σ = σ
( ⅔ + ⅓ ( σ / σ )) = ⅓ σ
= 53,33 N/mm2
amm
o amm
i
s
o amm
La condizione di resistenza a fatica sarà data dalla relazione:
σ ≤ασ
→
23,7 N/mm2 ≤ 45,33 N/mm2
id
amm
Quindi il cordone è verificato anche a vita illimitata.
CAPITOLO 6
Costi
MARCA
MODELLO
AVVIAMENTO
HONDA
GX200
GX270
GX270
GX390
GX390
CONO
mm
19
25,4
25,4
25,4
25,4
MANUALE
MANUALE
ELETTRICO
MANUALE
ELETTRICO
COSTO
€
186
290
487
327
561
KOHLER
CH270
CH395
CH395
CH440
CH440
19
25,4
25,4
25,4
25,4
MANUALE
MANUALE
ELETTRICO
MANUALE
ELETTRICO
130
225
330
260
350
LOMBARDINI
15LD350
15LD350
15LD440
15LD440
25,4
25,4
25,4
25,4
MANUALE
ELETTRICO
MANUALE
ELETTRICO
530
675
635
770
YANMAR
L70AE
L70AE
L100AE
L100AE
25,4
25,4
25,4
25,4
MANUALE
ELETTRICO
MANUALE
ELETTRICO
530
632
648
775
Si riportano i costi dei
motori, articoli di
corredo al motore,
alternatori, telaio T04 e
T03, imballaggio.
ANTIVIBRANTI
STAFFA
DISTANZIALI
OLIO
GASOLIO
UM
QUANTITA'
COSTO cad
€
3
0,52
1
1
2
1
l
1,8
2,5
l
5
0,85
COSTO ARTICOLI MOT ALT
COSTO
€
1,56
1
2
4,5
4,25
13,31
TUBO PIEGATO
TRAVERSA LATO MOT.
TRAVERSA LATO ALT.
BANDA LATERALE
RIVETTI
ADESIVI
VERNICIATURA
MANODOPERA
MARCA MODELLO
SP10SE
SP10SE
SP10MG
E1C10MI
E1S10MH
CONO
mm
19
25,4
25,4
25,4
25,4
COSTO
€
84
84
97
156
229
TUBO PIEGATO
TRAVERSA LATO MOT.
TRAVERSA LATO ALT.
BANDA LATERALE
RIVETTI
ADESIVI
VERNICIATURA
MANODOPERA
ARTICOLO
SCATOLONE
REGGETTE
COSTO cad
€
2
7,5
1
3
1
4
2
1
4
0,2
2
0,75
1
7
min
20
0,6
COSTO TOTALE T04 (ric. 0,9)
TELAIO T03
UM QUANTITA'
ARTICOLO
LINZ
ARTICOLO
TELAIO T04
UM QUANTITA'
ARTICOLO
UM
COSTO cad
€
2
6
1
3
1
2,4
2
1
4
0,2
2
0,75
1
5,5
min
20
0,6
COSTO TOTALE T03 (ric. 0,9)
IMBALLAGGIO
QUANTITA' COSTO cad
€
1
3
2
1
COSTO MIBALLAGGIO
COSTO
€
15
3
4
2
0,8
1,5
7
12
50,33
COSTO
€
12
3
2,4
2
0,8
1,5
5,5
12
43,56
COSTO
€
3
2
5
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.
GP4000 XM-HM
GP6000 XM-HM
GP8000 XM-HM
GP8000 XT-HM
GP6000 XM-HE
GP8000 XM-HE
GP8000 XT-HE
MOT+ALT+TEL+IMB (+BAT)
COSTO
€
331,87
455,64
551,64
624,64
685,18
831,49
904,49
GP4000 XM-KM
GP6000 XM-KM
GP8000 XM-KM
GP8000 XT-KM
GP6000 XM-KE
GP8000 XM-KE
GP8000 XT-KE
275,87
390,64
484,64
557,64
528,18
607,18
680,18
90
90
90
90
120
120
120
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
45
45
45
45
60
60
60
320,87
435,64
529,64
602,64
588,18
667,18
740,18
GP4000 XM-LM
GP6000 XM-LM
GP6000 XT-LM
GP4000 XM-LE
GP6000 XM-LE
GP6000 XT-LE
682,64
800,64
932,64
860,18
968,18
1100,18
90
90
90
120
120
120
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
45
45
45
60
60
60
727,64
845,64
977,64
920,18
1028,18
1160,18
GP4000 XM-YM
GP6000 XM-YM
GP6000 XT-YM
GP4000 XM-YE
GP6000 XM-YE
GP6000 XT-YE
682,64
813,64
945,64
817,18
973,18
1105,18
90
90
90
120
120
120
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
45
45
45
60
60
60
727,64
858,64
990,64
877,18
1033,18
1165,18
MODELLO
MANODOPERA
TEMPO
VALORE COSTO
min
€/min
€
90
0,5
45
90
0,5
45
90
0,5
45
90
0,5
45
120
0,5
60
120
0,5
60
120
0,5
60
COSTO GRUPPO STD
€
376,87
500,64
596,64
669,64
745,18
891,49
964,49
CONCLUSIONI
Con 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