Componenti motore da trenta tonnellate: pulizia al limite della scala

Panoramica

Un blocco motore marino di grandi dimensioni pesa più di un’automobile. Nella fascia superiore, un singolo blocco o albero motore può raggiungere le trenta tonnellate; a tale dimensione, il problema della pulizia non riguarda più il semplice raggiungimento delle superfici con getti d’acqua, ma piuttosto l’introduzione del componente in una camera, la sua rotazione per consentire lo scolo dell’acqua da ogni faccia e la rimozione dell’acqua da cavità che ne contengono decine di litri.

I parametri del processo appaiono familiari: pulizia a spruzzo, immersione o entrambe, seguita da soffiatura e asciugatura. Ciò che cambia è il rapporto tra il componente e tutto ciò che lo circonda. Il componente non può essere spostato rapidamente, non può essere ruotato da un meccanismo interno alla camera e non può essere ispezionato mentre è in corso la pulizia.

Big Bird Industrial (in precedenza Shimada Big Bird Industrial) costruisce sistemi per la pulizia e la sbavatura di componenti del powertrain automobilistico dal 2001; le configurazioni descritte qui provengono da programmi per motori marini pesanti, inclusi modelli esportati in Giappone, e non da linee automobilistiche.

1. Perché la scala modifica il processo

Tre proprietà cambiano simultaneamente all’aumentare della massa del pezzo, e ciascuna influenza una diversa parte della progettazione.

La massa modifica la movimentazione

Con una massa di trenta tonnellate, il pezzo viene spostato mediante gru e carrello motorizzato, non mediante nastro trasportatore né robot. Questo unico fatto determina la disposizione della camera, la struttura del ciclo e il concetto di sicurezza. Una macchina progettata per accettare un pallet non può ricevere un pezzo che arriva su un carrello e deve essere spinto manualmente all’interno.

Il volume modifica l’essiccazione

Una fusione di grandi dimensioni trattiene l’acqua in canali misurati in metri. Il soffiaggio rimuove l’acqua dalle superfici raggiungibili, ma il volume interno di una giacca d’acqua di tale dimensione non si scaricherà in un breve ciclo senza rotazione e non evaporerà senza calore o vuoto. L’essiccazione diventa la fase che determina il tempo di ciclo, anziché quella che lo conclude.

2. Caricamento di un componente misurato in tonnellate

La configurazione del caricamento è la parte in cui si concentra la maggior parte dello sforzo ingegneristico su una macchina di questa classe ed è anche quella in cui risiede la maggior parte del rischio operativo.

Ingresso del carrello e trasferimento lento

Su un’unità da trenta tonnellate, il componente entra nella camera su un carrello che avanza lentamente, poiché un trasferimento rapido di una massa simile genererebbe un carico dinamico che la struttura dovrebbe assorbire senza alcun vantaggio. La porta della camera, il pavimento e le rotaie sono dimensionati per sopportare tale carico, non solo il peso del componente.

Accesso per interventi manuali

A questa dimensione, una parte della pulizia viene eseguita da un operatore con una lancia o una spazzola, poiché nessun sistema automatico riesce a raggiungere ogni superficie di una fusione così grande in un tempo ragionevole. La specifica per una macchina di questo tipo include quindi piattaforme di accesso, illuminazione e una sequenza definita in cui lavoro manuale e lavoro automatico si alternano.

3. Rotazione e drenaggio

Ruotare il pezzo è il metodo più economico per rimuovere l’acqua intrappolata nelle cavità; per i pezzi pesanti, l’escursione angolare di rotazione costituisce essa stessa un parametro specificato.

Perché l’escursione angolare è importante

Un dispositivo di fissaggio che ruota di duecento gradi può esporre la maggior parte delle facce di un blocco, ma non ne consente l’inversione, lasciando quindi il piano superiore (deck) e il carter dell’olio (sump) in orientamenti fissi. Un dispositivo che ruota di trecentosessanta gradi può esporre ogni faccia e può orientare qualsiasi apertura di cavità verso il basso in un determinato punto del ciclo. Nei blocchi per applicazioni marittime, dove il carter dell’olio e le camere di raffreddamento (jackets) sono particolarmente ampi, l’escursione completa permette alla forza di gravità di svolgere il proprio compito.

Tenere un componente da trenta tonnellate mentre lo si ruota

La forza di serraggio deve essere sufficiente per tenere il componente contro la rotazione e contro la reazione del getto, ed essere applicata in punti che non deformino una fusione le cui pareti sono sottili rispetto alle sue dimensioni. Questa combinazione implica solitamente che il dispositivo di fissaggio sia progettato attorno alle caratteristiche più rigide del componente stesso, piuttosto che attorno a superfici comode.

4. Dove sopravvive il lavoro manuale

Su componenti marini pesanti, alcune operazioni rimangono manuali, e un buon design della macchina lo riconosce esplicitamente, anziché fingere il contrario.

Spruzzatura di scansione più intervento puntuale

Una spruzzatura automatica di scansione copre le superfici accessibili mentre il carrello si muove o la lancia percorre la superficie. Le aree critiche vengono quindi pulite da un operatore con una lancia, poiché tali aree sono definite dalla funzione e non dalla geometria, e un programma fisso non può sapere quale parte di una fusione è rilevante per questo particolare motore.

Asciugatura mediante soffiaggio e conferma manuale

Il soffiaggio di scansione abbinato al soffiaggio manuale delle aree chiave è il metodo pratico di asciugatura per questa dimensione, perché una camera a vuoto per un componente da trenta tonnellate rappresenterebbe un investimento molto elevato. Il criterio di accettazione deve quindi essere formulato in base a quanto tale combinazione è in grado di ottenere, piuttosto che in base a quanto potrebbe ottenere una fase a vuoto su un componente più piccolo.

5. Pulizia di un componente marino

Il requisito di pulizia per un motore marino è espresso per zona, come avviene per i componenti automobilistici, ma le zone sono più estese e la tolleranza è diversa.

Un grande albero a gomiti marino pulito in un singolo ciclo può avere una massa residua complessiva pari a novanta milligrammi, con i fori dell’olio limitati a dieci, e un blocco generatore con un limite di particelle di centocinquanta micrometri. Questi valori appaiono simili a quelli automobilistici, ma descrivono un’area superficiale molto maggiore, il che significa che il processo deve rimuovere una quantità di materiale superiore di un ordine di grandezza per raggiungerli.

6. Cosa specificare

Una specifica per questa categoria di macchina deve indicare la gamma di massa, il metodo di sollevamento e inserimento, l’escursione di rotazione, le operazioni manuali e il limite di pulizia per zona. Deve inoltre indicare la prova di accettazione, poiché una macchina che pulisce un singolo componente molto grande all’ora non può essere validata eseguendone cento.

L'accettazione pratica per lavorazioni marine pesanti prevede un numero ridotto di componenti, misurati in dettaglio, più una dimostrazione che la sequenza di trasferimento e rotazione raggiunge ogni cavità. Ciò differisce dalla serie di cento componenti utilizzata sulle linee automobilistiche, e tale differenza va concordata prima dell’ordine, non dopo.

7. Sicurezza su una macchina di queste dimensioni

Un componente da trenta tonnellate che ruota all’interno di una camera rappresenta una riserva di energia, e il concetto di sicurezza deve presupporre il possibile guasto del sistema di fissaggio, del sistema di azionamento o del sistema di serraggio.

Il guasto rilevante

Lo scenario che determina la progettazione è lo scivolamento del componente nel sistema di fissaggio durante la rotazione. A questa massa, la conseguenza non è un componente rovinato, bensì un danno alla macchina; pertanto la progettazione prevede arresti meccanici, una velocità di rotazione limitata finché il componente non è completamente serrato e dispositivi di interblocco che impediscono la rotazione con la camera aperta.

Regole di accesso

La pulizia manuale di un componente di queste dimensioni richiede un operatore che lavori all’interno della camera con una lancia. La procedura di accesso prevede quindi l’isolamento della pompa, il blocco del fissaggio e l’ingresso nella camera esclusivamente sotto permesso definito, una disciplina diversa rispetto a una macchina caricata e scaricata da un singolo operatore.

Domande frequenti

Perché il ciclo è misurato in decine di minuti?

Perché il componente deve essere spostato lentamente, ruotato più volte e asciugato per fasi, e perché il volume interno trattiene acqua che non può essere evaporata rapidamente. La pulizia vera e propria costituisce solo una frazione del ciclo.

È possibile pulire un componente da trenta tonnellate in un tunnel?

Raramente. Un tunnel presuppone un flusso continuo di componenti di dimensioni simili; a questa massa il componente viene spostato individualmente e la camera è una stanza a stazione singola.

Come si asciuga una grossa fusione senza vuoto?

Ruotandola in modo che le cavità si svuotino, soffiandovi sopra con ugelli a scansione e manuali, e applicando calore là dove la geometria lo consente. Il criterio di asciugatura è formulato in base a quanto tale procedura riesce effettivamente a ottenere.

La pulizia scala con le dimensioni del pezzo?

La tolleranza non scala, ma la quantità di materiale da rimuovere sì. Un pezzo con un’area superficiale dieci volte maggiore deve rimuovere dieci volte la contaminazione per raggiungere lo stesso valore in milligrammi.

Conclusione

Con una massa di trenta tonnellate, la macchina è definita più dalla movimentazione e dallo scarico che dalla pressione. Il pezzo entra su un carrello, compie una rotazione completa affinché ogni cavità possa svuotarsi e viene asciugato mediante una combinazione di soffiatura a scansione e intervento manuale.

Una specifica per questa categoria di attrezzature dovrebbe descrivere il trasferimento, l’escursione di rotazione, le operazioni manuali e un test di accettazione realistico. Una macchina di queste dimensioni viene validata misurando correttamente alcuni pezzi, non cento pezzi misurati in fretta. Questa differenza nel metodo di accettazione va concordata fin dall’inizio, poiché influenza l’intero cronoprogramma del progetto relativo alla macchina. Una serie da cento pezzi, impossibile su questo tipo di attrezzatura, non dovrebbe mai comparire in un contratto per semplice abitudine.