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De Paulis-Manfredi
Costruzione di Macchine
SOLUZIONE ESERCIZI CAPITOLO 1
1.1 Scrivere la specica tecnica per un parafango posteriore smontabile di una
bicicletta
mountain bike 1 .
Svolgimento
Introduzione
La presente specica riguarda la realizzazione di un parafango posteriore per una
bicicletta che normalmente ne è priva.
Questo parafango, se montato correttamente, non deve ridurre le prestazioni della
bicicletta.
Il parafango deve potere essere facilmente montato e smontato dall'utente in qualsiasi momento, senza usare attrezzi né danneggiare la nitura della bicicletta.
Il parafango deve essere intrinsecamente sicuro, ovvero non deve presentare alcun
pericolo di lesioni o danni alla salute per l'utente nè richiedere appositi dispositivi
o segnalazioni per accrescerne la sicurezza.
L'utente deve potere portare con se' il parafango smontato senza particolare impaccio.
Si deve facilitare la realizzazione di varianti del parafango per adattare il prodotto
a vari tipi di bicicletta.
Si prevede una produzione in media serie da iniziare in tempi brevi, da denire
quantitativamente.
Deve essere possibile vendere questo prodotto ad un prezzo concorrenziale rispetto
a quello di prodotti similari.
Caratteristiche e prestazioni
Grado di protezione
per il ciclista
rispetto a schizzi di acqua o fango: non inferiore
a quello oerto da una mantella impermeabile indossata.
Forze richieste al ciclista per il montaggio e lo smontaggio, con parafango infangato:
assumere
Fm ≤ 50
N.
Tempo attivo richiesto per l'installazione o lo smontaggio: il più breve possibile e
comunque
t ≤ 5
minuti primi.
Azioni dell'acqua, fango o ghiaia proiettati dalla ruota in movimento: assumere
che sul parafango agisca una pressione equivalente
p ≤ 0, 1
2
N/mm .
Forze impulsive applicate accidentalmente al parafango; assumere
Fe ≤ 150
N in
un singolo punto qualsiasi con qualsiasi direzione e verso. Tale forza può causare
1
Questo problema è trattato in modo assai più ampio in D.Ullman The Mechanical Design
Process, McGraw-Hill.
2
il distacco del parafango ma non deve romperlo né deformarlo permanentemente.
Accelerazione massima dovuta al moto della bicicletta:
amax = ±
1 g.
Ampiezza dell'accelerazione variabile periodicamente, su percorso accidentato:
aa ≤
0,25 g.
Frequenza propria di oscillazione: è desiderabile che sia maggiore della frequenza
di rotazione della ruota con velocità da zero no a 50 km/h.
Ciclo di funzionamento tipico: consiste in montaggio, percorso di un'ora su strada
accidentata, smontaggio.
Durata: non minore di 5 anni oppure di 5000 ore si funzionamento, come detto
sopra.
Adabilità: considerando tutti i modo di guasto (rottura, mancato collegamento
o distacco spontaneo dal telaio, ecc.), la probabilità di guasto stimata deve essere
F ≤ 0, 001
sulla durata nelle condizioni d'uso normale previste.
Esercizio 1.1
Pesi ed ingombri
Massa del parafango: la minore possibile e comunque:
m ≤ 1
kg.
Ingombri: il parafango deve occupare uno spazio non superiore ai limiti di ingombro indicati in...[
allegato ]....
citare gli estremi d'identicazione del disegno, che deve essere qui
inoltre, non devono essere superati i limiti trasversali e longitudinali
della sagoma della bicicletta di qualsiasi tipo previsto.
Interfacce
Nei disegni ..... [
citare gli estremi d'identicazione degli allegati ]....
sono indicate
le biciclette su cui deve potere essere montato il parafango; per ciascuna di esse
sono indicati:
i dettagli del telaio in prossimità della zona di attacco;
3
gli accessori (es.: freni) presenti nelle zone in cui il parafango deve essere collegato
al parafango;
i pneumatici, per i quali si devono considerere maggiorazioni di ingombro corrispondenti alle peggiori condizioni di marcia (neve, fango).
Condizioni ambientali
Temperature all'ombra comprese tra
−20◦
e
70◦
C. Umidità da 10 a 95%. Presenza
sulla strada di acqua, neve, fango, ghiaia o sabbia durante l'uso.
Normative applicabili
....[
citare, eventualmente ]........
Manutenibilità
Il prodotto non deve richiedere alcuna manutenzione sulla durata prevista.
Non deve essere ostacolata la normale manutenzione della bicicletta (es.: registrazione dei freni) quando il parafango è collegato al telaio.
Trasporto e immagazzinamento
Il prodotto deve essere spedito alla rete di distribuzione in scatole con imballaggio
standard. Non sono previste condizioni di trasporto diverse da quelle standard.
E' desiderabile che sia facilitato il trasporto del parafango da parte dell'utente in
una sacca da montagna o in altro contenitore analogo.
L'utente dovrà potere conservare il prodotto al chiuso con temperature e tasso di
umidità pari ai valori suindicati.
Costo di fabbricazione
Non deve superare Euro ...[
indicare costo ]...
ad esemplare, con la serie di produ-
zione prevista.
1.2 Tracciare l'albero delle funzioni di un comune trapano manuale; considerare
sia la alimentazione con presa di corrente elettrica, sia tramite batterie.
Svolgimento
Nella seguente gura in (a) è indicato l'albero delle funzioni per la versione con
presa di corrente elettrica ed in (b) quello per la versione alimentata da batterie.
Ogni funzione indicata nell'albero in gura può essere ulteriormente espansa. Si
può così giungere, se si vuole, al livello delle funzioni elementari (es.:
aerrare
utensile).
Per ciascuna funzione deve essere ideata una o più soluzioni concettuali. Le soluzioni prescelte devono essere compatibili tra loro.
1.3 Descrivere le interfacce siche e funzionali per i due tipi di trapano manuale
dell'esercizio precedente.
Svolgimento
In generale si possono individuare interfacce:
4
Esercizio 1.2
•
con ciò che forma l'oggetto della funzione principale del componente o della
macchina: qui l'utensile;
•
con la fonte di energia: qui la presa di corrente dalla rete oppure le batterie;
•
con l'ambiente: qui si tratta non solo della zona di lavoro, ma anche del luogo
e dei modi di conservazione del trapano quando non utilizzato.
•
con la/le persone: qui l'utente del trapano, ma anche l'eventuale manutentore/riparatore.
Le interfacce siche qui sono costituite dai codoli degli utensili, che avranno
varie dimensioni; dalle forme e dimensioni della presa di corrente elettrica o del
pacco di batterie standard; le minime distanze ammissibili per le pareti o per gli
altri ostacoli vicini alla zona da forare; dai limiti minimi, massimi e medi di prensilità manuale da parte degli utenti.
Le interfacce funzionali sono costituite dalle forze, coppie e pressioni di serraggio che gli utensili possono trasmettere al trapano; dal voltaggio, amperaggio,
5
frequenza di alimentazione in c.a. della fonte di energia; dalle forze e coppie che
l'utente può esercitare in condizioni confortevoli e dai massimi valori di forze e
coppie che l'utente o altri operatori possono esercitare occasionalmente.
1.4 Elencare le funzioni di un ventilatore da tavolo, distinguendo tra funzioni
basilari, accessorie e di apprezzamento.
Svolgimento
Funzioni basilari
•
fornire energia
•
trasformare energia (da elettrica in altra forma)
•
creare corrente aria
•
indirizzare corrente d'aria
•
fornire sensazione di refrigerio.
Funzioni accessorie
•
collegarsi a fonte energia
•
inserire/distaccare usso energia
•
dare supporto (tanto ai componenti che ed all'assieme)
•
racchiudere i componenti
•
trasmettere energia alla corrente d'aria
•
regolare la corrente d'aria
•
variare direzioni della corrente d'aria (in modo continuo oppure no).
•
essere d'uso sicuro
•
ridurre perdite energetiche
•
dissipare energia perduta
•
essere poco rumoroso
•
essere adabile
Notare che non si è indicato fare ruotare la ventola ma trasmettere energia
alla corrente d'aria, in modo da lasciare libero il progettista di adottare la soluzione convenzionale con ventola, quella basata sul principio di funzionamento degli
eiettori (vedi: http://www.dyson.it/landing/fans.asp) od un'altra ancora.
Funzioni di apprezzamento
6
•
avere aspetto gradevole
•
essere di facile pulizia
•
non creare turbolenza d'aria
•
essere leggero
•
costare poco.
1.5 Elencare le funzioni connesse con le interfacce e con la manutenibilità di un
telefono cellulare.
Svolgimento
•
scambiare segnali con le celle della rete telefonica
•
ricevere comandi tramite tastiera
•
trasmettere informazioni visive
•
trasmettere informazioni auditive
•
consentire collegamento ad auricolare
•
collegarsi saltuariamente alla fonte d'energia elettrica
•
collegarsi occasionalmente alla Rete informatica
•
connettersi con scheda SIM
•
agevolare la sostituzione della scheda SIM
•
ricevere energia dalla batteria
•
agevolare la sostituzione della batteria
•
facilitare la pulizia dello schermo e altre parti interne
•
consentire la diagnostica di malfunzionamenti.
1.6 Tracciare la matrice della decisione (o di
Pugh ) per confrontare la soluzio-
ne con presa di corrente e quella tramite batterie del trapano di cui all'esercizio 1.2.
Svolgimento
La soluzione con alimentazione elettrica dalla rete è presa come riferimento.
Si assume un limitato numero di requisiti (nella pratica il loro numero può essere
molto superiore).
7
Requisiti
Sicurezza
Potenza
Continuità d'uso
Leggerezza
Ingombro
Versatilità
Adabilità
Indipendenza
Costo d'acquisto
Costo d'esercizio
con batterie
dalla rete
+
−
−
−
−
+
S
+
−
−
S
S
S
S
S
S
S
S
S
S
Tabella 1: Esercizio 1.6
1.7 Sono disponibili tre soluzioni, funzionalmente analoghe, per le quali tra
grandezze in entrata
x
ed in uscita
y
valgono relazioni del tipo
y = a + bxc
con
c
rispettivamente maggiore, uguale o minore dell'unità. Quale delle tre soluzioni è
la più robusta?
Svolgimento
Esercizio 1.7
Si assume che il disturbo possa essere rappresentato tramite un certo campo di
x in ingresso.
c = 1 vi è proporzionalità tra la variazioni di y
variazione della grandezza
Posto
y = a + bxc
con
e questo tipo
di disturbo.
Se
c > 1
il disturbo provoca una variazione di
y
maggiore (o assai maggiore) che
negli altri due casi.
Se
c < 1
il disturbo provoca invece una variazione di
y
minore (o assai minore)
8
che negli altri due casi.
Ad esempio, si vuole che sia
y
= 2 quando
x = 1.
mere casualmente valori compresi entro l'intervallo:
variazione complessivo
∆x
x possa assu0, 9 ≤ x ≤ 1, 1. Il campo di
Si ipotizza che
è quindi pari al 20% del valore medio.
Si suppone che alle tre soluzioni corrispandono le relazioni
y = f (x)
illustrate in
gura ed individuate come segue:
a = 1; b = 1; c = 1, 8 → 1, 83 ≤ y ≤ 2, 19. In questo
variazione di y è pari al 18% del suo valore nominale, ovvero è
1)
caso il campo di
all'incirca pari a
quella del disturbo.
2)
a = 1; b = 1; c = 1 → 1, 9 ≤ y ≤ 2, 1 la variazione di y
è pari al 10%, ovvero
alla metà, di quella del disturbo.
3)
a = 1; b = 1; c = 0, 2 → 1, 98 ≤ y ≤ 2, 02
ovvero
un quinto
la variazione di
y
è pari al 2%,
di quella del disturbo.
La soluzione (3) a cui corrisponde
c < 1
è quindi la più robusta.
1.8 Scrivere la relazione che riassume la condizione di similitudine dinamica (o
di
Newton )
tra due sistemi meccanici realizzati con rapporto di scala geometrica
Γ = l2 /l1 .
Svolgimento
La teoria dei modelli considera i rapporti esistenti tra le grandezze siche (in
particolare quelle meccaniche) misurabili in un certo sistema
modello
S1
ed in un suo S2 .
Si presuppone che tra i due sistemi (es.: tra due meccanismi) vi sia similitudine
geometrica. In altre parole, detta l1 la lunghezza di una qualunque parte del sistema
di riferimento ed l2 l'equivalente lunghezza misurata sul sistema simile, è ovunque
vericato il rapporto geometrico di scala:
l2
=Γ.
l1
Tra le altre condizioni di similitudine, tra cui quella di
Newton,
vi sono le se-
guenti.
•
Similitudine
cinematica,
per cui, se
Γ
è indipendente dal tempo, in istanti
corrispondenti le traiettorie dei moti sono simili nei due meccanismi, le velocità
le accelerazioni
v
e
a corrispondenti sono ugualmente orientate e tra i moduli di queste
grandezze esistono i rapporti:
v2
= Γ τ −1 ,
v1
a2
= Γ τ −2 ,
a1
dove:
τ =
t2
t1
9
rappresenta la scala dei tempi (es.: rapporto tra i periodi di equivalenti rotazioni
nei due sistemi).
• Similitudine meccanica, per cui, detta ρ la densità e V
il volume di una parte,
esiste tra tutte le masse di parti corrispondenti un determinato rapporto:
µ =
•
Similitudine
dinamica
(o di
ρ2 V2
ρ2 3
=
Γ .
ρ1 V1
ρ1
Newton),
per cui le forze di inerzia:
Fi = −m a
agenti in istanti corrispondenti sono ugualmente orientate e tra loro esiste un
rapporto costante pari a:
Φi =
ρ2 4 −2
ρ 2 V 2 a2
=
Γ τ
ρ 1 V 1 a1
ρ1
1.9 L'adabilità di un componente diminuisce col tempo di funzionamento
−t/M T BF .
secondo la legge: R = e
l'adabilità si riduce al 90%?
Se
M T BF
= 10000 h, dopo quanto tempo
t
t
Svolgimento
La situazione descritta corrisponde ad un rateo di guasto costante. Cio' si verica (soprattutto nei sistemi elettronici) durante la cosiddetta vita utile, dopo una
eventuale prima fase in cui il rateo di guasto si riduce, per la graduale sparizione
dei componenti difettosi, e prima che, a causa del deterioramento ed invecchiamento dei componenti, vi sia un aumento del rateo di guasto (ne vita).
In questi
casi, durante la vita utile, l'adabilità sul periodo di impiego decresce con legge
esponenziale.
R = e−t/M T BF
R = 0, 9:
La
si può scrivere:
ln R = −t / M T BF .
Quindi, ponendo
t ≤ −M T BF ln R = −10000 · (−0, 1054) = 1054 h .
Mean
Come si nota la durata media dell'intervallo di tempo tra successivi guasti (
Time Between Failures
MTBF) è, in questo caso, di un ordine di grandezza supe-
riore al periodo di uso previsto
t.
Se si richiede un'adabilità più elevata il divario tra MTBF ed il tempo di impiego
aumenta. Ad esempio, per ottenere che l'adabilità sullo stesso periodo d'uso sia
R0
= 0,999 (una probabilità di guasto su mille), sarebbe necessario un intervallo
medio di tempo tra i guasti:
M T BF 0 =
−t
= 1, 053 · 106 h .
lnR0
10
1.10 Tracciare la tabella FMEA per la trasmissione a catena (dai pedali no
alla ruota) di una bicicletta da città adoperata normalmente.
Svolgimento
La funzione principale consiste nel trasformare il moto impresso alla pedaliera in una rotazione della ruota posteriore.
comprendono:
Le funzioni basilari da assolvere
sostenere la pedaliera, consentire la rotazione della pedaliera,
interfacciarsi con i piedi del ciclista, e così via.
Failure Mode and Eect
Per eseguire l'analisi dei modi e degli eetti dei guasti (
Analysis ) e tracciare la corrispondente tabella si prende in considerazione la seguente funzione: trasmettere il moto dei pedali alla ruota, con rapporto di trasmissione
sso (bicicletta priva di cambio). Il guasto corrispondente è Trasmissione del moto (dai pedali alla ruota) assente o difettosa.
Questa funzione è assolta tramite i seguenti componenti essenziali e ausiliari (questi
ultimi posti tra parentesi):
•
pedali
•
collegamento articolato tra pedali e pedivelle
•
pedivelle
•
collegamento sso tra pedivelle ed alberino
•
cuscinetti dell'alberino pedaliera
•
ghiere di registrazione dei cuscinetti
•
cannotto che sostiene i cuscinetti
•
collegamento sso tra corona ed alberino
•
corona dentata
•
catena a rulli
•
(copricatena)
•
rocchetto dentato della ruota
•
innesto a ruota libera
•
collegamento tra ruota libera ed albero della ruota
•
cuscinetti della ruota
•
ruota posteriore
•
unione smontabile tra albero della ruota e telaio.
11
I modi di guasto generici (rottura, ecc.) e generali (funzionamento irregolare, ecc.)
si individuano passando in rassegna questi componenti.
Gli eetti dei modi di
guasto possono interessare sia il sistema bicicletta, sia altri componenti.
Per
brevità questi aspetti non sono analizzato compiutamente nel seguito.
Per condurre l'analisi FMEA si considera una condizione di esercizio ordinaria (ad
esempio, non si considera la presenza di abbondante fango).
La tabella FMEA,
strutturata nel modo indicato nel libro trmite l'esempio 1.4, può essere compilata
come segue, considerando gli eetti peggiori (es.: se si rompesse improvvisamente
sotto sforzo un pedale o una pedivella il ciclista potrebbe cadere).
N.
Modi di guasto
Cause
Individuab.
Eetti
1
Rottura singolo pedale
Fatica materiale
Minima
Catastroci
2
Separazione pedale/pedivella
Svitamento, usura
Evidente
Grave malfunz.
3
Articolaz. pedale difettosa
Usura, lubricaz.
Evidente
Lieve malfunz.
4
Articolazione pedale impedita
Grippaggio, rotture
Limitata
Grave malfunz.
5
Rottura singola pedivella
Fatica materiale
Minima
Catastroci
6
Disunione pedivella /alberino
Svitamento
Evidente
Lieve malfunz.
7
Rottura alberino pedaliera
Fatica materiale
Minima
Catastroci
8
Rotazione pedaliera difettosa
Registr./usura cuscin.
Evidente
Lieve malfunz.
9
Rotazione pedaliera rumorosa
Contatto copricatena
Evidente
Lieve malfunz.
10
Rotazione pedaliera impedita
Grippaggio cuscin.
Evidente
Funzion. impedito
11
Disunione corona/alberino
Svitamento
Evidente
Grave malfunz.
12
Rottura singolo dente corona
Usura, fatica
Osservabile
Lieve malfunz.
13
Rottura corpo corona dentata
Fatica materiale
Minima
Funzion. impedito
14
Ingranamento catena difettoso
Usura, disallineamento
Evidente
Grave malfunz.
14
idem c.s.
Pretensionamento
idem c.s.
idem c.s.
15
Rottura catena dentata
Usura, fatica
Osservabile
Funzion. impedito
16
Rotazione ruota difettosa
Registr./usura cuscin.
Evidente
Lieve malfunz.
17
Rotazione ruota impedita
Grippaggio cuscin.
Evidente
Funzion. impedito
18
Ruota libera inecace
Guasto innesto
Evidente
Grave malfunz.
Tabella 2: Esercizio 1.10
Failure Mode Eect and Criticality Analysis, FME-
Nell'analisi della criticità (
CA), occorrerebbe aggiungere due colonne a questa tabella, la prima relativa alla
probabilità od alla frequenza del vericarsi di ogni modo di guasto su un dato periodo di esercizio, la seconda alla severità delle conseguenze. Ad esempio la rottura
di una pedivella o dell'intero corpo della corona è un evento che pò avere gravi
conseguenze ma che è molto improbabile/infrequente. Al contrario, i difetti di articolazione del pedale o di ingranamento della catena saranno probabili/frequenti.
Nell'analisi FMECA qualitativa ci si riferisce ad una stima della probabilità, in
quella quantitativa alla frequenza di eventi simili osservati su un dato campione.
L'individuabilità e la severità delle conseguenze sono valutate in un modo quanto
più possibile oggettivo e denite opportunamente in entrambe le analisi.
12
1.11 Si vuole costruire l'albero dei guasti relativo ad un ventilatore da tavolo
in modo da evidenziare la catena di eventi che possono dare origine al mancato
avviamento.
Svolgimento
Esercizio 1.11
L'evento mancato avviamento, o piuttosto: motore non ruotante, dipende
faults ) nel funzionamento sia dei componenti
L'analisi dell'albero dei guasti (Fault Tree Analysis
da eventi classicabili come errori (
elettrici che di quelli meccanici.
FTA) corrispondente è riportato sulla parte di sinistra della gura, che comprende
anche gli errori che impediscono di produrre un usso d'aria a causa di difetti
della girante o della griglia di protezione. Per questo motivo, per l'evento radice si
è indicato ventilatore non funzionante.
Gli eventi dipendenti sono qui legati a quelli iniziatori dalla condizione logica OR.
In altre parole, è suciente che uno qualsiasi degli eventi iniziatori si manifesti
perchè avvenga anche quello dipendente. Questa situazione è tipica di sistemi nei
quali i componenti sono funzionalmente in serie.
La condizione logica AND si presente invece quando i componenti sono funzionalmente in parallelo. Ciò avviene nei sistemi con componenti ridondanti attivi,
come negli aerei plurimotori, o provvisoriamente inattivi, come nell'argano di una
gru provvisto di un secondo freno di sicurezza, in grado di sostituirsi - nell'occorrenza - al freno principale.
Alberi dei guasti caratterizzati da un prevalere di legami logici AND sono inoltre
tipici delle previsioni o ricostruzioni degli
incidenti.
Ad esempio i disastri navali
od aerei dipendono di regola da più eventi, ciascuno dei quali di per sé non fatale,
13
che combinandosi insieme hanno determinato l'evento catastroco (es.: naufragio)
indicato come evento radice.
Negli albero FTA la descrizione degli eventi iniziatori elementari è racchiusa in un
cerchio. Di questi eventi potrebbe essere nota la probabilità. In questo caso, tramite le regole logiche booleane, può essere determinata anche la probabilità degli
eventi dipendenti e di quello radice.
Alcuni eventi, come quelli qui indicati con: energia elettrica assente e griglia
intasata, dipendono da eventi esterni non analizzati, ma che potrebbero essere
oggetto di separate analisi FTA.
1.12 Eseguire l'analisi di sicurezza per un trapano manuale alimentato con bat-
terie.
Svolgimento
L'analisi di sicurezza comprende i seguenti punti:
1. individuazione di criteri e requisiti signicativi;
2. individuazione di limiti sici e funzionali;
3. denizione delle procedure o delle normative applicabili;
4. analisi destinata ad individuare ogni pericolo presente;
5. valutazione del rischio connesso con ogni pericolo;
6. interventi tesi all'eliminazione dei pericoli o alla riduzione del rischio;
7. denizione delle esigenze di segnalazione dei pericoli residui e documentazione.
Per quanto riguarda il punto (a) si tratta di realizzare un prodotto sicuro da
tutti i punti di vista, per quanto è possibile, tenendo conto che è destinato anche
ad utenti privi di addestramento o di formazione specica.
Secondo quanto prevede il punto (b), occorre denire limiti circa: materiali e
lavorazioni su di esso fattibili con l'utensile considerato; coppie, forze e vibrazioni trasmissibili dall'utensile a colui/colei che lo adopera senza danni per questi in
qualsiasi circostanza (es.: arresto accidentale della rotazione dell'utensile); durata
dei periodi di impiego (uso professionale, semiprofessionale o non professionale); limiti (ore di funzionamento) di durata sicura garantita; limiti di prensilità da parte
dell'operatore; limiti ambientali (es.: presenza o meno di schizzi d'acqua); distanze
di sicurezza (es.: in considerazione della possibile proiezione di frammenti o polveri
dirette verso il viso dell'operatore); limiti del livello di vibrazioni e di rumorosità
ammissibile.
14
Normativa specica (punto c).
D. Lgs.
19 Settembre 1994, n.
626 - Attuazione di direttive comunitarie per il
miglioramento della sicurezza e della salute nei luoghi di lavoro.
CEI 61-150;V4 CEI EN 60335-1/A14:2010-11 - Sicurezza degli apparecchi elettrici
d'uso domestico e similare - Sicurezza - Parte 1: Norme generali.
CEI 107-118;V2 CEI EN 60745-2-1/A12:2010-11 - Sicurezza degli utensili elettrici
a motore portatili - Parte 2: Prescrizioni particolari per trapani e trapani a percussione.
EN 50144-1 - Sicurezza degli utensili elettrici a motore portatili. Parte 1: Norme
generali.
EN 50144-2-1 - Sicurezza degli utensili elettrici a motore portatili. Parte 2: Norme
particolari per trapani.
ISO 28927 - Macchine utensili portatili - Metodi di prova per la valutazione dell'emissione vibratoria - Parte 5: Trapani e trapani a percussione.
Data la bassa tensione di alimentazione, i pericoli (punto d) connessi con l'uso
corretto del trapano sono prevalentemente di natura meccanica. Si tratta di:
•
1) rottura dell'utensile con violenta proiezione dei frammenti;
•
2) contatto con parti abrasive, taglienti o perforanti dell'utensile, che durante
la rotazione ed in minor misura durante il montaggio possono causare gravi
ferite;
•
3) impigliamento e trascinamento di indumenti o capelli durante la rotazione
del mandrino o dell'utensile;
•
4) urti provocati dalla messa in rotazione dell'oggetto in lavorazione, se non
opportunamente ssato;
•
5) proiezione di trucioli di materiale lavorato o di polvere, con particolare
pericolo per gli occhi;
•
6) contatto con parti surriscaldate del trapano, in particolare quando la griglia
di raredamento è ostruita;
•
7) riduzione della forza prensile e perdita della destrezza manuale per eetto
delle vibrazioni (trapano a percussione);
•
2 a causa del guasto
8) urti o ferite per l'impossibilità di arrestare il trapano
dell'interruttore.
Vi sono inoltre pericoli connessi con l'uso improprio ragionevolmente prevedibile,
quali:
•
9) violenta proiezione della chiave di serraggio, se non rimossa prima dell'avviamento;
2
Si ricordi l'esigenza di riportarsi a condizioni di energia zero.
15
•
10) contatto della punta dell'utensile, durante la lavorazione, con parti elettriche in tensione;
•
11) perforazione di pareti di tubi o recipienti contenenti uidi in pressione,
tossici, inammabili;
•
12) caduta del trapano, in particolare quando è funzionante;
•
13) utilizzo del trapano per altri scopi (sono documentati incidenti in cui
trapani od avvitatori erano usati come motori per comandare argani di sollevamento o altri meccanismi).
L'analisi del rischio (punto e: combinazione di probabilità e severità delle conseguenze di un evento) è qui condotta servendosi dell'indice di rischio (
Number
Risk Priority
RPN) denito nel libro al punto 1.4.4.
Pericolo Severità
Esposizione Evitabilità Probabilità
RPN
1
seria
limitata
inevitabile
bassa
4
2
seria
limitata
evitabile
media
5
3
seria
limitata
evitabile
bassa
3
4
seria
limitata
evitabile
bassa
3
5
seria
limitata
evitabile
alta
7
6
modesta
limitata
evitabile
bassa
1
7
modesta
limitata
inevitabile
media
4
8
seria
limitata
evitabile
-
-
-
-
bassa
Totale
3
30
Tabella 3: Esercizio 1.12
Non si prevedono qui interventi per diminuire il rischio nell'uso normale (punto
f ). Infatti si tratta di un prodotto maturo anche dal punto di vista della sicurezza,
come è dimostrato dal fatto che il maggiore indice di rischio (RPN = 7 relativo al
pericolo proiezione di trucioli di materiale lavorato o di polvere) non è particolarmente elevato.
Il pericolo ragionevolmente prevedibile dovuto alla dimenticanza della chiave di
serraggio nel mandrino potrebbe tuttavia comportare un rischio maggiore rispetto
ai trapani con alimentazione a lo, dove si usa vincolare la chiave al cavo di alimentazione.
Per quanto riguarda il punto (g), si tenga presente che nella documentazione
rientrano non solo il manuale d'uso e manutenzione, ma anche le immagini sulla
scatola con la quale è venduto il prodotto ed i pittogrammi indelebili riportati sul
prodotto stesso.
E' perciò opportuno mostrare con chiare immagini, sia sopra che all'interno della scatola o della custodia del trapano, i pericoli sopra elencati ed indicare con
semplici pittogrammi le procedure di buona pratica destinati ad attenuarli. In particolare: se si usano utensili bene alati si riduce il pericolo di vibrazioni eccessive
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e di rotture degli stessi.
1.13 Elencare le soluzioni progettuali ed i dispositivi orientati alla sicurezza di
oggetti di uso comune, quali un ventilatore o una pentola a pressione.
Svolgimento
Esercizio 1.13 (a)
In un ventilatore tradizionale con girante ad elica, i pericoli e le corrispondenti
scelte progettuali, ripari o dispositivi di sicurezza sono essenzialmente i seguenti:
•
rottura della girante e proiezione di frammenti; in parte evitabile realizzando
la girante in un solo pezzo di materiale resistente ma avente densità e rigidezza
limitate, in modo da non presentare unioni critiche, essere poco sollecitata,
possedere un'energia cinetica ridotta ed eventualmente ammortizzare l'urto,
limitando le forze impulsive conseguenti; introduzione di un riparo resistente,
costituito da una gabbia traforata non rimovibile accidentalmente.
•
urto di parti del corpo con la girante; attenuabile realizzando la girante avente
rigidezza ed energia cinetica limitate e con forme lisce e non taglienti; presenza del riparo resistente e non rimovibile, la gabbia deve essere traforata
e posizionata in modo tale da impedire al dito di un bambino di giungere a
contatto con la girante.
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•
avvolgimento attorno all'asse della girante, con trascinamento di capelli, cravatte o sciarpe; attenuabile limitando la coppia del motore e l'inerzia delle
parti rotanti; presenza del riparo costituito da una gabbia traforata; eventuale collegamento della girante al suo albero tramite un'unione od un innesto
che impedisca di trasmettere una coppia superiore al valore d'uso normale.
•
taglio, abrasione: evitabile eliminando spigoli vivi e realizzando superci lisce
con basso attrito.
•
caduta: evitabile realizzando una supercie d'appoggio adeguata e favorendo
la solida presa manuale del ventilatore tramite ogni sua parte esterna.
•
folgorazione: attenuabile limitando la tensione di alimentazione (220 V), evitabile racchiudendo le parti elettriche in una carcassa costruita con materiale
3
isolante (plastica) ed usando cavi ed altri dispositivi elettrici a norma .
•
incendio e produzione di fumi tossici, indotto da scintillìo o da surriscaldamento di parti elettriche o meccaniche: evitabile realizzando adeguate aperture di rareddamento non facilmente ostruibili ed usando materiali ignifughi
a norma.
Esercizio 1.13 (b)
In una pentola da cucina a pressione, i pericoli e le corrispondenti scelte progettuali e dispositivi di sicurezza sono essenzialmente i seguenti:
•
scoppio, con proiezione di frammenti e di uido caldo in pressione; a livello
progettuale si adottano materiali, forme e spessori idonei a sostenere con ampio margine la pressione massima specicata; i dispositivi di sicurezza sono
3
Le Norme del Comitato Elettrotecnico Italiano (CEI, http://www.ceiweb.it/) sono prescrizio-
ni tecniche per prodotti, processi e impianti da realizzare a regola d'arte, in modo da soddisfare
anche ciò che è richiesto per Legge.
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costituiti da più valvole disposte
funzionalmente
in parallelo (basta una sola
di esse per scaricare vapore e ridurre la pressione quando si superi il livello di
sicurezza); per queste valvole si adottano principi sici di funzionamento non
passivo 4
comuni di guasto.
solo di tipo
ma anche dierenti tra loro, in modo da
evitare cause
La valvola principale, detta anche valvola di cottura, si basa sul peso proprio
dell'organo di chiusura o su una combinazione tra peso ed azione elastica di
una molla; la seconda valvola di sicurezza è costituita da un tappo deformabi-
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le , questo tappo non solo non può essere proiettato via in caso di sovrapressione, ma presenta anche un'apertura minore chiusa da un materiale a basso
punto di fusione. Per limitare il livello di energia in gioco si prescrive inne
di non superare un dato volume di uido, segnalando in modo indelebile il
livello di riempimento sicuro.
•
imperfetta chiusura, con fuoriuscita di uido caldo in pressione: soluzione
preferibilmente autorinforzante per la tenuta principale (in altre parole, la
pressione interna aumenta l'ecacia della tenuta); la guarnizione è posta sul
corpo della pentola ed è trattenuta nella sua sede, in modo da non potere
essere omessa per errore;
•
apertura accidentale del coperchio con fuoriuscita di uido caldo in pressione. Comunemente si impedisce la manovra accidentale della leva di apertura
quando il uido è in pressione tramite un dispositivo di arresto ad azione
meccanica positiva (contatto tra parti rigide) azionato dalla pressione interna; la presenza di pressione interna è inoltre segnalata all'udito ed alla vista
del leggero rilascio di uido tramite la valvola di sicurezza principale.
•
taglio, abrasione: evitabile eliminando spigoli vivi e realizzando superci lisce
con basso attrito.
•
caduta: in parte evitabile realizzando manici resistenti e solidali con il corpo
della pentola; è preferibile che questi manici siano isolati termicamente. In
tale caso l'isolante deve essere unito solidamente ai manici. Sia l'isolante sia
l'unione di questo con i manici non devono deteriorarsi né divenire inecaci
a causa dell'esposizione alla fonte di calore, che può essere superiore al livello
ordinario.
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Un dispositivo di sicurezza è passivo quando non dipende da sensori, attuatori, fonte di energia
esterna o da altro ancora al ne di agire ecacemente in una data condizione di emergenza.
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Nei grandi recipienti in pressione si usa allo stesso scopo un diaframma, che si frattura sotto
l'azione di una pressione dierenziale prestabilita; altre soluzioni concettualmente simili sono
illustrate nel Capitolo 13.