SOLLEVAMENTO, Apparecchi di

SOLLEVAMENTO, Apparecchi di

Gli apparecchi di sollevamento hanno lo scopo di moltiplicare o di sostituire la forza muscolare dell'uomo nell'innalzamento e trasporto di corpi pesanti.

Lo sviluppo degli apparecchi di sollevamento ha permesso insieme con una maggiore grandiosità delle costruzioni edilizie e meccaniche, anche una maggiore celerità nella lavorazione ed una riduzione della mano d'opera.

I semplici paranchi con movimento a mano e per carichi modesti e le moderne grosse gru a portico adoperate negli scali marittimi sono gli estremi di una numerosa varietà di apparecchi, che per le loro caratteristiche ben si adattano ai bisogni della vita industriale moderna nelle sue molteplici forme. (V. anche: gru).

Una macchina di sollevamento è in generale un insieme di macchine semplici riunite in un unico meccanismo in modo da raggruppare i vantaggi dei singoli elementi costituenti. Questi elementi semplici sono: leve, pulegge per funi e catene, ruote dentate, piani inclinati.

La leva (v.) ha nella pratica parecchie ben conosciute applicazioni come macchina semplice a sé stante; applicazioni che però sono di grande semplicità (per es., binde, tenaglie, pinze, martinetti a leva, ecc.) ma entra come elemento sussidiario negli apparecchi più complessi.

La fig. 1 illustra un apparecchio a leva per sollevare carichi pesanti per grandi corse, con lavoro lungo e a riprese, poiché ogni volta si solleva l'asta di manovra di una divisione, si appoggia all'armatura, si fissa la leva nel foro dell'asta immediatamente più basso.

Simile è l'apparecchio (fig. 2) per tubi di trivellazione. Il tubo viene trattenuto durante il sollevamento mediante un collare ad attrito. La fig. 3 rappresenta un martinetto a leva e ad asta dentata, la quale si innalza di un dente ad ogni abbassamento della leva; è assai usato nei lavori di armamento ferroviario.

Un apparecchio di sollevamento pure ad asta dentata è quello della fig. 4. Il sollevamento è fatto per mezzo di una manovella e di una o più coppie di ingranaggi o vite perpetua a seconda della portata dell'apparecchio, che può raggiungere valori considerevoli.

La carrucola è nelle macchine di sollevamento un elemento molto diffuso. È, nella sua forma più semplice, un disco con una gola alla periferia nella quale scorre una fune. La carrucola ruota intorno ad un perno passante per il suo centro e fissato ad una staffa. Si distinguono la carrucola fissa e la carrucola mobile a seconda che è fissa la staffa o è fisso un estremo della fune (fig. 5). Con la carrucola fissa si ha il solo vantaggio di far agire lo sforzo motore secondo una direzione più conveniente, poiché esso, per l'equilibrio, deve essere eguale alla resistenza. Nella carrucola mobile, siccome i bracci di leva della forza motrice e della resistenza sono uno doppio dell'altro, si ha il vantaggio statico di far equilibrio a un carico con uno sforzo eguale alla sua metà.

La riunione in uno stesso sistema della carrucola mobile e della carrucola fissa costituisce il paranco (fr. palan; sp. polispastos; tedesco Flaschenzug; ingl. pulley blocks), usatissimo apparecchio di sollevamento a mano, o meccanico, che trova applicazione per semplicità di manovra e per sicurezza di funzionamento nelle più svariate evenienze sia per carichi leggieri (paranchi con funi vegetali) sia per pesi rilevanti (paranchi con corde metalliche o catene).

Nella forma più comune il paranco è costituito da due taglie, o gruppi di carrucole su una stessa staffa. Una di esse è munita di un anello per fissare la corda che si avvolge alternativamente sui rulli della taglia fissa e mobile.

Lo sforzo necessario per l'equilibrio, a prescindere dalle resistenze passive, è uguale al peso diviso per il numero dei tratti di fune che lo sostengono.

Si costruiscono paranchi con numero vario di rulli normalmente non superiore a 5 + 5 per carichi fino a 5000 kg. se con fune di canapa e fino a 60 ÷ 65 mila kg. con fune metallica.

I paranchi di carico (detti anche moltiplicatori) sono impiegati oltre che come apparecchi di sollevamento indipendenti, anche accoppiati con gli argani: in tal caso un argano può sollevare un carico notevolmente superiore alla portata diretta del suo tamburo.

I paranchi a mano possono essere muniti di dispositivo d'arresto per permettere al carico di rimanere sospeso.

È molto noto il paranco differenziale Weston (fig. 6) che permette di ottenere con una forma poco ingombrante e un piccolo numero di carrucole un grande rapporto tra la forza motrice e la resistenza. Esso è costituito dalla riunione d'una carrucola mobile e d'una coppia di carrucole fisse di diametro leggermente diverso, forma particolare di un asse differenziale. Su di esse si avvolge una catena senza fine. Nel moto di ascesa la fune di destra della carrucola mobile si avvolge sulla carrucola fissa di diametro maggiore mentre dalla carrucola di diametro minore si svolge la fune di sinistra. Dalla differenza dei due percorsi deriva l'accorciamento della fune di carico. Il rendimento del paranco Weston è inferiore a 0,50 e va decrescendo col diminuire della differenza, dalla quale viene il nome al paranco. Il basso rendimento è causato dalle forti resistenze di attrito, che però hanno la proprietà vantaggiosa di impedire la discesa spontanea del carico. Sono impiegati per il sollevamento di carichi da 250 kg. a 2000 kg. Per carichi maggiori si aggiunge al paranco una ruota motrice sola o con opportuna coppia di ingranaggi che trasmette il movimento all'asse della doppia carrucola di sospensione.

Sui tipi precedenti hanno sicuri vantaggi i paranchi a vite senza fine (paranco a vite di Becker figura 7) con ruota elicoidale, che permettono la migliore utilizzazione della forza adoperata con l'impiego del minor tempo possibile, un arresto sicuro ed istantaneo del carico quando si abbandoni la catena di manovra e inoltre un consumo meno rapido della catena. Si ha una carrucola mobile, sospesa a una catena calibrata o a una catena Galle, che porta il carico. Un estremo della catena è fissato all'incastellatura della coppia elicoidale superiore, mentre l'altro tratto della catena si avvolge su una noce o puleggia a impronta per catene calibrate, oppure su una puleggia a denti. L'apparecchio è messo in azione per mezzo di una catenella fissata sull'asse della vite perpetua. La vite è più frequentemente a due filetti, con inclinazione di 18° ÷ 21° per ottenere un migliore rendimento. L'apparecchio è munito di freno a perno Maxim (v. fig. 7, in basso) che utilizza la pressione assiale sui supporti. Il carico sospeso provoca sulla vite perpetua una pressione longitudinale, che si trasmette per mezzo del suo asse al disco di frizione k₁, alla placca di frizione f, al disco k₂ e alla scatola. I due dischi di frizione k₂ e k₂ sono liberi di scorrere sull'asse della vite perpetua nella direzione longitudinale, ma devono seguirne il movimento di rotazione. La placca di frizione f è munita sulla periferia di denti d'arresto ed è folle sull'asse. Quando si solleva il carico tutto il sistema gira con l'albero della vite perpetua e i denti della placca di frizione scorrono sotto il nottolino; quando invece si abbandona la catena, il nottolino entra in funzione immediatamente, mentre la spinta assiale della vite contro la placca k₂, foggiata a perno, blocca la ruota d'arresto. La coppia d'attrito, che è proporzionale al peso sollevato, si vince azionando opportunamente la puleggia motrice.

I tipi più moderni di paranchi hanno sostituito allo sforzo umano l'energia elettrica. In questi paranchi la fune metallica di sollevamento ha preso il posto della catena con il vantaggio della maggiore durata e del sollevamento e abbassamento del carico senza scosse. Il motore elettrico può essere a corrente continua o alternata e possiede una coppia molto forte all'avviamento per superare facilmente lo spunto. L'apparecchio di manovra nei motori chiusi in corto circuito fino a 2 cav., si riduce a un invertitore del senso di rotazione del motore; in quelli con indotto ad anelli è un piccolo controller che inserisce o toglie le resistenze sul circuito secondario del motore o inverte le fasi per l'inversione del senso di rotazione. In ambo i tipi vi sono molle di ritorno che riconducono a zero l'apparecchio di comando non appena siano abbandonate le catenelle di comando. Il comando oltre che con le catenelle si fa anche a distanza con dispositivi elettrici. Al termine della salita un interruttore automatico provoca l'arresto del motore togliendo la corrente. Questi paranchi sono costruiti per portate da 250 a 10.000 kg., con velocità di sollevamento variabili da 14 a 1,60 m./minuto primo, e assorbono potenza da 1,5 a 6,5 cav. I paranchi descritti si impiegano fissi o sospesi a carrelli scorrevoli che permettono di trasportare il carico senza grave fatica in una direzione determinata. Varî tipi di detti carrelli sono illustrati nella fig. 8.

La vite ha larghissima diffusione come apparecchio di sollevamento. Essa si può pensare come ottenuta avvolgendo ad elica un piano inclinato intorno ad un cilindro. La condizione di equilibrio tra la forza motrice, la quale agisce tangenzialmente alla circonferenza del cilindro, e la resistenza, applicata parallelamente all'asse di rotazione, è stabilita dal rapporto fra il passo della vite e la circonferenza della stessa: ma vi influiscono anche fortemente le resistenze passive. Come apparecchio di sollevamento l'impiego della vite è limitato nell'altezza dalla sua resistenza come solido caricato di punta; le viti di sollevamento sollecitate a trazione si prestano invece anche per far compiere grandi corse al carico, come nel caso di sollevamento di paratoie. La vite di disarmo è molto diffusa col nome di martinetto (fr. vérin; sp. gabo de rosca; ted. Schraubenwinde; ingl. screw jack) la cui varietà di aspetti e di tipi è grandissima e di cui le figg. 9-12 illustrano qualche esemplare.

Hanno un campo d'applicazione assai vario per alzare e spingere macchine, caldaie, vagoni, locomotrici, automobili, ecc., e se ne hanno anche per portate assai varie, che vanno da pochi quintali fino a 30.000 chilogrammi.

I martinetti ad acqua compressa (fig. 13) permettono di ottenere in piccolissimo spazio una trasformazione comunque grande tra carico e sforzo. Con una piccola pompa a stantuffo si comprime l'acqua da un serbatoio S annesso nel cilindro di lavoro C, spingendo così in alto lo stantuffo sollevatore B. La discesa del carico si provoca con l'apertura di un rubinetto che vuota il cilindro.

Il rendimento di questi apparecchi si aggira sul 75% per i grandi carichi, che vanno fino a 300.000 kg. e per alzate massime di 200 ÷ 300 mm. La fig. 14 rappresenta un cavalletto di sollevamento per veicoli ferroviarî. Come si vede si tratta di due viti a filetto quadro collocate fra opportuni montanti e fatte girare con manovella a braccia e ingranaggi intermediarî. Le madreviti portano una traversa sulla quale posa il carico, che le segue nel loro spostamento.

Si è potuto rendere assai rapida e più uniforme la manovra di tali apparecchi azionandoli con motori elettrici. Questi cavalletti si costruiscono per portare da 8000 a 50.000 kg. e per corse massime di sollevamento di mm. 1500 ÷ 2000.

Di larga applicazione negli apparecchi di sollevamento è l'asse della ruota, detto praticamente argano (fr. treuil; sp. torno; ted. Winde; inglese windlass). È basato sul principio di far equilibrio alla resistenza applicata sul tamburo (asse) con una forza motrice tanto più piccola quanto minore è il rapporto fra il raggio del tamburo e quello della ruota, cui si applica la forza motrice.

Gli argani servono a elevare verticalmente un carico con uno sforzo motore relativamente piccolo e possono essere a mano, a trasmissione, idraulici, elettrici. Sono usati semplicemente su cavalletto che può essere scorrevole o applicato a parete; gli argani costituiscono la vera macchina di sollevamento nelle gru, negli ascensori e nei montacarichi.

Per elevare carichi considerevoli è necessario ripartire gli sforzi su sistemi d'ingranaggi e di viti senza fine. Il numero delle coppie di riduzione è determinato dall'entità dei carichi da sollevare, dal rendimento globale dall'argano e dalla velocità di sollevamento che si vuole ottenere.

Quest'ultima varia in relazione alle condizioni di funzionamento e ai differenti movimenti del carico. Per es., gli argani a servizio dei magazzini di deposito e degli ascensori per altezze medie hanno velocità di sollevamento fra 0,5 e 1 m./sec.; per gli ascensori dei grattacieli si arriva anche oltre i 3 m./sec.; per le gru dei porti la velocità è generalmente compresa fra 0,5 e 1,30 m./sec. e per le gru da officina e da fonderia fra 0,50 e 0,70 m./sec.

Il rendimento di un argano è compreso fra 0,90 e 0,70 ed è in relazione al numero degl'ingranaggi e al tipo di fune o catena impiegata.

Nella fig. 15 è illustrato un argano da parete a manovella di sicurezza. Il movimento è trasmesso al tamburo con manovella attraverso due coppie d'ingranaggi. È costruito per portare fino a 1500 kg. La manovella di sicurezza ha lo scopo di evitare infortunî con la sua rapida rotazione, in caso di brusca discesa del carico. Ciò è ottenuto mediante opportuni dispositivi, tensioni di molle o altro, che provocano la liberazione di un freno quando si compie il movimento di ascesa e il suo bloccamento nella posizione di frenatura quando si arresta il carico o si fa il moto discendente.

L'argano della figura 16 è del tipo con incastellatura. Se ne costruiscono per portare fino a 1200 kg., e per velocità di sollevamento di 20 m. al minuto primo. Il movimento può essere a mano o a trasmissione. Un freno a nastro agisce sul tamburo, un altro automatico agente sul contralbero serve per l'arresto del carico a fine corsa e per impedire la caduta in occasione di fortuiti arresti.

Tipi più perfezionati di argani sono quelli a frizione. La fig. 17 mostra un argano a due tamburi con frizione a doppio cono di legno duro di metallo. I tamburi sono tenuti folli a mezzo di molle sugli alberi e ricevono il movimento quando si bloccano le frizioni. I tamburi sono muniti di dentiera e nottolino d'arresto. Il comando della frizione si compie con leve a mano, che, facendo girare una vite a filetto quadro, bloccano i tamburi sulle frizioni provocando il movimento. La corona della frizione è munita di freno di servizio comandato con leva a pedale bilanciata. Oltre al freno di servizio vi è un freno automatico di sicurezza, che interviene arrestando il carico. La portata di questo argano è di 3000 kg. Esso è impiegato nei cantieri di costruzione civili per battipali e per derrick. Due tamburi laterali, sui quali la fune si avvolge in senso opposto comandano la rotazione dei derrick. Con questi argani si raggiungono velocità di sollevamento fino a 100 metri al minuto. Essi possono venire mossi sia con trasmissione sia con motore direttamente accoppiato. Assorbono potenze variabili col carico e con la velocità di sollevamento. L'argano della figura per m. 40 al minuto primo di velocità richiede 30 cavalli, per m. 50 al minuto primo 38 cavalli e per m. 60, 46 cavalli.

Negli argani, e particolarmente in quelli a movimento meccanico, ha molta importanza la perfetta disposizione degli organi di arresto. I freni hanno lo scopo di trattenere il carico in sospensione e di regolare la velocità della sua discesa. I costruttori hanno studiato molte specie di freni: vi sono tipi a frizione, a pressione assiale, ad aria compressa, centrifughi, elettromagnetici, comandati a mano o automaticamente. Le ruote d'arresto sono semplici arpionismi a nottolino e si trovano spesso accoppiati con freni a nastro o a ceppi come è illustrato nella fig. 18, ove è rappresentato il freno fisso tipo Becker. La puleggia del freno essendo folle sull'albero motore, è trattenuta ferma dal nastro durante il sollevamento del carico. Essa viene trascinata invece dalla ruota d'arresto durante il movimento di discesa del carico e con ciò si libera il freno.

I freni centrifughi sono automatici e utilizzano la pressione che opportune masse rotanti esercitano per forza centrifuga sulle pareti interne di una scatola fissa. L'efficacia di tali freni aumenta col crescere della velocità di discesa del carico ed è nulla quando il carico è fermo.

Negli argani comandati con motori elettrici, la frenatura più comoda si ottiene facendo funzionare il motore come generatore oppure comandando freni a nastro o centrifughi con elettrocalamite.

Il cabestano (fr. cabestan; sp. cabrestante; ted. Spill; ingl. capstan) è un tipo speciale di argano che ha il tamburo di avvolgimento della fune verticale, con forma conoidica per impedire che la fune si sposti su esso. È specialmente usato per manovre di veicoli. La fig. 19 mostra un cabestano elettrico per sforzo di trazione da 500 a 5000 kg. con velocità della fune di 80 ÷ 85 m. al minuto primo e con motore da 12 a 18 cav.