2 Taglio della vegetazione - Intro Page - Università degli Studi di ...
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UNIVERSITA’ DEGLI STUDI DI GENOVA<br />
FACOLTA’ DI INGEGNERIA<br />
_________<br />
TESI DI LAUREA<br />
PROGETTAZIONE DEL MODULO<br />
DI TAGLIO-VEGETAZIONE<br />
PER UN ROBOT DI SMINAMENTO UMANITARIO<br />
RELATORE: Chiar.ma Prof. Ing. Rezia Molfino<br />
CORRELATORI: Ing. Emanuela Elisa Cepolina<br />
Ing. Matteo Zoppi<br />
ALLIEVO: Paolo Silingar<strong>di</strong><br />
A.A. 2004-2005
A mio nonno<br />
Giuliano Giuliani
Ringraziamenti<br />
I miei più sentiti ringraziamenti vanno innanzitutto a chi con i suoi consigli ha dato un<br />
contributo inestimabile alla realizzazione <strong>di</strong> questo lavoro: la professoressa Molfino<br />
sempre, stoicamente, alla guida del laboratorio, Emanuela, correttrice attenta e minuziosa<br />
del mio troppo “aulico” linguaggio, il mitico Matteo, vera anima del PMAR, l’ingegner<br />
Pinza <strong>della</strong> Grillo, sempre <strong>di</strong>sponibile e professionale, e il grande Nic, il guru <strong>di</strong> Visual<br />
Basic.<br />
Un grazie particolare va inoltre a tutti coloro che, nel corso <strong>degli</strong> anni, hanno contribuito<br />
alla mia formazione, tecnica e non; a chi con le sue parole e i suoi silenzi mi ha supportato<br />
(e sopportato) durante questo lungo cammino; a chi mi ha spronato senza stressarmi e a chi<br />
mi ha stressato senza spronarmi ma lo ha fatto armato delle migliori intenzioni.<br />
E infine, last but not least, grazie ai miei genitori senza l’aiuto dei quali nulla <strong>di</strong> tutto<br />
questo sarebbe stato possibile.<br />
Genova 17 Marzo 2006
Abstract<br />
The goal of the thesis is to design a vegetation cutting module to be attached to a<br />
humanitarian demining robot, currently under studying at the PMAR lab, specifically<br />
designed to work in the Vanni region in Sri Lanka.<br />
The robot is adapted from a power tiller and it is designed to be economic, robust and easy<br />
to repair. The vegetation cutter has to cut light and me<strong>di</strong>um vegetation, constituted by<br />
grass and bushes, as well as heavy vegetation constituted by palm leaves (the Sri Lankan<br />
law forbids to cut palm trees). The vegetation cutting module has also to cut tripwires<br />
activating fragmentation anti personnel landmines.<br />
The module designed is composed by three cutting bars supported by a frame attached to<br />
the power take off of the power tiller. Two of the three bars are hold vertically for cutting<br />
palm leaves and bushes on the side, one is hold by the frame horizontally for cutting grass.<br />
Each bar is actuated by a double effect oil cylinder: cylinders are connected in series.<br />
A double effect cylinder moved by an eccentric wheel connected to the power take off<br />
provides pressure to three actuators.<br />
A navigation software for the robot has also been created.<br />
II
Presentazione<br />
Lo scopo dello sminamento umanitario è quello <strong>di</strong> rendere agibile una porzione <strong>di</strong><br />
territorio da parte <strong>della</strong> popolazione. Perché questo avvenga è necessario rimuovere dalla<br />
zona oggetto dello sminamento qualsiasi or<strong>di</strong>gno esplosivo presente sulla superficie e nel<br />
terreno fino ad una profon<strong>di</strong>tà assegnata dagli organi locali competenti.<br />
Il Laboratorio <strong>di</strong> Progettazione Meccanica Applicata alla Robotica (PMAR lab), in<br />
collaborazione con il Centro Internazionale per lo Sminamento Umanitario <strong>di</strong> Ginevra<br />
(GICHD) e la Peradeniya University dello Sri Lanka, sta lavorando dal 2005 allo sviluppo<br />
<strong>di</strong> un piccolo robot a basso costo che sia in grado <strong>di</strong> assolvere i compiti si sminamento<br />
richiesti e che possa poi essere utilizzato, a lavoro finito, per normali impieghi agricoli.<br />
A seguito <strong>di</strong> un’accurata indagine condotta con il personale operante nella regione Vanni<br />
in Sri Lanka, si è scelto <strong>di</strong> utilizzare come base <strong>di</strong> partenza una piccola macchina agricola<br />
opportunamente mo<strong>di</strong>ficata cui vengano collegati due moduli deputati uno al taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> ed uno alla rimozione delle mine interrate.<br />
Obiettivo <strong>della</strong> tesi è stato quello <strong>di</strong> progettare interamente il modulo i taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong>; tale modulo, posto anteriormente al robot, deve essere in grado <strong>di</strong> tagliare la<br />
<strong>vegetazione</strong> a terra, <strong>di</strong> tagliare le foglie <strong>di</strong> palma e <strong>di</strong> neutralizzare eventuali fili <strong>di</strong><br />
attivazione <strong>di</strong> mine a frammentazione. La necessità <strong>di</strong> tagliare le foglie <strong>di</strong> palma nasce<br />
dall’ obbligo, in ottemperanza alle leggi locali, <strong>di</strong> preservare dall’abbattimento gli alberi <strong>di</strong><br />
palma in quanto essi costituiscono un’importante risorsa economica per la popolazione del<br />
paese.<br />
Dopo una raccolta <strong>di</strong> dati generali sui campi minati, sulle mine e sui sistemi meccanici <strong>di</strong><br />
sminamento si è proceduto all’analisi dei sistemi attualmente <strong>di</strong>sponibili sul mercato per il<br />
taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>, sia in applicazioni specifiche <strong>di</strong> sminamento sia in normali<br />
applicazioni agricole.<br />
Sono state elaborate, con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido Pro Engineer, alcune soluzioni<br />
costruttive; è stato quin<strong>di</strong> scelto <strong>di</strong> utilizzare una struttura modulare composta da tre barre<br />
falcianti commerciali. Come fornitore <strong>di</strong> tali barre è stata selezionata la Grillo S.p.A. che<br />
ha messo a <strong>di</strong>sposizione per gli esperimenti il suo modello Mulching 650 e ha fornito, nella<br />
persona dell’Ing. Pinza, utili informazioni e suggerimenti.<br />
Dopo aver condotto alcune prove pratiche e un’analisi qualitativa delle capacità <strong>di</strong> taglio in<br />
relazione alle caratteristiche <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>, si è quin<strong>di</strong> proceduto alla progettazione<br />
vera e propria.<br />
La barra falciante Mulching da 650 mm, destinata al taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> a terra, e la<br />
sua gemella da 1050 mm, destinata al taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> ai lati e dei fili <strong>di</strong> attivazione<br />
delle mine a frammentazione, sono state mo<strong>della</strong>te con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido.<br />
Dopo aver esaminato i principali sistemi <strong>di</strong> attuazione <strong>di</strong>sponibili, è stato deciso <strong>di</strong> adottare<br />
un sistema idraulico per la movimentazione delle barre. Si è quin<strong>di</strong> condotto uno stu<strong>di</strong>o<br />
III
che ha analizzato <strong>di</strong>verse architetture per il sistema idraulico al fine <strong>di</strong> stabilire quale<br />
soluzione consentisse <strong>di</strong> raggiungere gli scopi prefissi al costo minimo e con la maggiore<br />
semplicità possibili.<br />
Per la semplicità, la robustezza e il basso costo <strong>della</strong> soluzione, è stato scelto <strong>di</strong> utilizzare<br />
un cilindro a doppio effetto che, ricevendo il movimento da un eccentrico, lo trasmette a<br />
tre cilindri in serie che movimentano, con uguale legge <strong>di</strong> moto, le tre barre falcianti.<br />
I cilindri a doppio effetto sono stati <strong>di</strong>mensionati e la loro realizzazione è stata affidata alla<br />
Commercio Oleo<strong>di</strong>namica Pneumatica Elettronica S.r.l. che fornisce anche i giunti sferici<br />
per il collegamento alla macchina. Sono stati scelti inoltre l’olio idraulico Agip OSO 15 ed<br />
i tubi FlexIT/SC216 <strong>della</strong> Intertraco (Italia) S.p.A.<br />
La scelta <strong>della</strong> restante componentistica minore per l’impianto idraulico è stata lasciata, per<br />
motivi logistici ed economici, al personale in Sri Lanka.<br />
Si è quin<strong>di</strong> proceduto alla progettazione del telaio che sostiene e collega le tre barre<br />
falcianti e che alloggia il cilindro motore e l’eccentrico.<br />
Dopo aver mo<strong>della</strong>to con il software Pro Engineer alcune soluzioni costruttive, sono stati<br />
condotti opportuni confronti tra le stesse versioni realizzate in alluminio e in acciaio; per<br />
tale operazione è stato utilizzato il pacchetto <strong>di</strong> analisi statica agli elementi finiti del<br />
mo<strong>della</strong>tore solido.<br />
Nonostante il peso maggiore è stato scelto <strong>di</strong> utilizzare come materiale l’acciaio in quanto<br />
più rigido e facile da saldare. E’stata quin<strong>di</strong> progettata la versione definitiva del telaio e ne<br />
è stato analizzato il comportamento statico in risposta alle sollecitazioni possibili sul<br />
campo.<br />
Dopo aver assemblato, sempre con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido, il telaio e le barre<br />
falcianti si è proceduto alla progettazione <strong>di</strong> due attacchi che consentissero <strong>di</strong> collegare i<br />
cilindri attuatori alle barre falcianti.<br />
Sono state infine descritte le operazioni <strong>di</strong> montaggio e manutenzione ed è stata progettata<br />
un’unica chiave speciale che consente da sola <strong>di</strong> assemblare il modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> in ogni sua parte.<br />
In aggiunta alla progettazione meccanica del modulo <strong>di</strong> taglio è stato implementato, con il<br />
linguaggio <strong>di</strong> programmazione Visual Basic .NET, il software <strong>di</strong> navigazione del robot<br />
sminatore. Tale software consente <strong>di</strong> inserire una mappa del campo minato sud<strong>di</strong>visa in<br />
quadrati elementari delle <strong>di</strong>mensioni del robot. L’utente provvede ad assegnare ad ogni<br />
quadrato un peso che tiene conto <strong>della</strong> sua importanza strategica all’interno del campo<br />
minato e <strong>della</strong> probabilità che al suo interno possa trovarsi una mina.<br />
Il software, attraverso una sequenza <strong>di</strong> regole elaborate in cascata, guida quin<strong>di</strong> il robot<br />
ottimizzandone il percorso.<br />
IV
In<strong>di</strong>ce<br />
1 <strong>Intro</strong>duzione 1<br />
1.1 Campi minati, mine e or<strong>di</strong>gni inesplosi 1<br />
1.2 Impatto socio-economico delle mine 3<br />
1.3 Le mine in Sri Lanka 5<br />
1.3.1 Type 72 6<br />
1.3.2 P4 Mk1 7<br />
1.3.3 Comparazione 8<br />
1.3.4 Jony-95 8<br />
1.3.5 Claymore 10<br />
1.4 Sistemi <strong>di</strong> sminamento 12<br />
1.4.1 Sminamento manuale 12<br />
1.4.2 Sminamento con animali addestrati 14<br />
1.4.3 Sistemi meccanici <strong>di</strong> sminamento 15<br />
2 <strong>Taglio</strong> <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> 22<br />
2.1 Ausilio <strong>della</strong> tecnologia nelle operazioni <strong>di</strong> sminamento 22<br />
2.2 Vegetazione 23<br />
2.3 <strong>Taglio</strong> <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> 24<br />
2.4 Sicurezza 25<br />
2.5 Efficienza 25<br />
2.6 Sistemi meccanici <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> 26<br />
2.7 Obiettivo <strong>della</strong> tesi 31<br />
3 Analisi preliminari 34<br />
3.1 Considerazioni preliminari 34<br />
3.2 Requisiti <strong>della</strong> macchina 34<br />
3.3 Scelta <strong>di</strong> massima <strong>della</strong> macchina e sue caratteristiche 35<br />
3.4 Tipologia del territorio e requisiti <strong>di</strong> taglio 36<br />
3.5 Requisiti tecnici 38<br />
3.5.1 Basso costo 38<br />
3.5.2 Robustezza 39<br />
3.5.3 Minima manutenzione 39<br />
3.5.4 Facilità <strong>di</strong> montaggio e smontaggio 39<br />
3.5.5 Facilità <strong>di</strong> riparazione 39<br />
3.5.6 Modularità 39<br />
3.6 Stato dell’arte 40<br />
3.6.1 Decespugliatori 40<br />
3.6.2 Rasaerba 41<br />
3.6.3 Trinciaerba o trinciatutto 42<br />
3.6.4 Barre falcianti 44<br />
3.7 Architetture esaminate 45<br />
3.7.1 Soluzione 1 45<br />
3.7.2 Soluzione 2 46<br />
3.7.3 Soluzione 3 47<br />
3.8 Scelta dell’architettura e del sistema <strong>di</strong> taglio 48<br />
V
4 La barra falciante 49<br />
4.1 Scelta <strong>della</strong> barra falciante 49<br />
4.2 Descrizione <strong>di</strong> massima <strong>della</strong> barra falciante 49<br />
4.3 Cinematica <strong>della</strong> barra falciante 51<br />
4.4 Dinamica <strong>della</strong> barra falciante 53<br />
4.5 Denti 54<br />
4.6 Modelizzazione <strong>della</strong> barra falciante 56<br />
5 Il sistema <strong>di</strong> attuazione 59<br />
5.1 Considerazioni preliminari 59<br />
5.2 Requisiti <strong>di</strong> base 59<br />
5.3 Attuazione elettrica 60<br />
5.4 Attuazione meccanica 61<br />
5.5 Attuazione pneumatica 61<br />
5.6 Attuazione idraulica 62<br />
5.7 Conclusioni 63<br />
6 Architettura dell’impianto idraulico 64<br />
6.1 Scelta dell’architettura <strong>di</strong> movimentazione 64<br />
6.2 Soluzione Pompa – Pistone 64<br />
6.3 Soluzione Pompa-Motore idraulico 65<br />
6.4 Soluzione Cilindro-Cilindro 66<br />
6.5 Schema a impianti in<strong>di</strong>pendenti 67<br />
6.6 Schema con cilidri attuatori in parallelo 70<br />
6.7 Schema con cilindri in serie 73<br />
6.8 Schemi misti 76<br />
6.8.1 Schema con barre verticali in parallelo 77<br />
6.8.2 Schema con barre vericali in serie 78<br />
6.9 Conclusioni 78<br />
7 Progettazione impianto idraulico 79<br />
7.1 Dimensionamento impianto 79<br />
7.1.1 Calcolo <strong>della</strong> pressione <strong>di</strong> colpo d'ariete 79<br />
7.1.2 Calcolo <strong>della</strong> pressione <strong>di</strong> esercizio dell'impianto 81<br />
7.1.3 Pressione massima dell'impianto 85<br />
7.2 Scelta dei cilindri 85<br />
7.3 Scelta dei collegamenti a telaio 86<br />
7.4 Scelta dei tubi flessibili 87<br />
7.5 Scelta dell'olio idraulico 88<br />
7.6 Componenti vari 89<br />
8 Progettazione del telaio 90<br />
8.1 Requisiti <strong>di</strong> base 90<br />
8.2 Forze e sollecitazioni 91<br />
8.3 Soluzioni scartate e relative analisi 92<br />
8.4 Soluzione definitiva 95<br />
8.4.1 Considerazioni preliminari e descrizione generale 95<br />
VI
8.4.2 Calcolo delle sollecitazioni 97<br />
8.4.3 Analisi delle sollecitazioni e delle deformazioni 98<br />
8.5 Conclusioni 106<br />
9 Montaggio e manutenzione 107<br />
9.1 Attrezzatura 107<br />
9.2 Montaggio 108<br />
9.2.1 Assemblaggio delle barre falcianti 109<br />
9.2.2 Fissaggio delle barre falcianti alla struttura 111<br />
9.2.3 Collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti 111<br />
9.2.4 Collegamento del cilindro motore al telaio e all’eccentrico 113<br />
9.3 Smontaggio 113<br />
9.4 Manutenzione 114<br />
9.4.1 Regolazione dei registri premilama 114<br />
9.4.2 Verniciatura 114<br />
9.4.3 Lubrificazione 115<br />
10 Simulatore del sistema <strong>di</strong> navigazione 116<br />
10.1 Procedura <strong>di</strong> sminamento in uso 116<br />
10.2 Obiettivi del sistema <strong>di</strong> navigazione 117<br />
10.3 Strategia <strong>di</strong> navigazione del robot 117<br />
10.4 Logica <strong>di</strong> navigazione del robot 118<br />
10.5 Costruzione <strong>della</strong> mappa del campo minato 119<br />
10.6 Analisi del funzionamento 121<br />
11 Conclusioni e sviluppi futuri 126<br />
11.1 Conclusioni 126<br />
11.2 Sviluppi futuri 128<br />
11.2.1 Taglia-<strong>vegetazione</strong> 128<br />
11.2.2 Software <strong>di</strong> navigazione 129<br />
12 Bibliogafia 131<br />
13 Siti Internet 133<br />
14 Produttori consultati 134<br />
A Disegni costruttvi 138<br />
B Co<strong>di</strong>ce sorgente del software <strong>di</strong> navigazione 142<br />
VII
Abstract<br />
The goal of the thesis is to design a vegetation cutting module to be attached to a<br />
humanitarian demining robot, currently under studying at the PMAR lab, specifically<br />
designed to work in the Vanni region in Sri Lanka.<br />
The robot is adapted from a power tiller and it is designed to be economic, robust and easy<br />
to repair. The vegetation cutter has to cut light and me<strong>di</strong>um vegetation, constituted by<br />
grass and bushes, as well as heavy vegetation constituted by palm leaves (the Sri Lankan<br />
law forbids to cut palm trees). The vegetation cutting module has also to cut tripwires<br />
activating fragmentation anti personnel landmines.<br />
The module designed is composed by three cutting bars supported by a frame attached to<br />
the power take off of the power tiller. Two of the three bars are hold vertically for cutting<br />
palm leaves and bushes on the side, one is hold by the frame horizontally for cutting grass.<br />
Each bar is actuated by a double effect oil cylinder: cylinders are connected in series.<br />
A double effect cylinder moved by an eccentric wheel connected to the power take off<br />
provides pressure to three actuators.<br />
A navigation software for the robot has also been created.<br />
II
Presentazione<br />
Lo scopo dello sminamento umanitario è quello <strong>di</strong> rendere agibile una porzione <strong>di</strong><br />
territorio da parte <strong>della</strong> popolazione. Perché questo avvenga è necessario rimuovere dalla<br />
zona oggetto dello sminamento qualsiasi or<strong>di</strong>gno esplosivo presente sulla superficie e nel<br />
terreno fino ad una profon<strong>di</strong>tà assegnata dagli organi locali competenti.<br />
Il Laboratorio <strong>di</strong> Progettazione Meccanica Applicata alla Robotica (PMAR lab), in<br />
collaborazione con il Centro Internazionale per lo Sminamento Umanitario <strong>di</strong> Ginevra<br />
(GICHD) e la Peradeniya University dello Sri Lanka, sta lavorando dal 2005 allo sviluppo<br />
<strong>di</strong> un piccolo robot a basso costo che sia in grado <strong>di</strong> assolvere i compiti si sminamento<br />
richiesti e che possa poi essere utilizzato, a lavoro finito, per normali impieghi agricoli.<br />
A seguito <strong>di</strong> un’accurata indagine condotta con il personale operante nella regione Vanni<br />
in Sri Lanka, si è scelto <strong>di</strong> utilizzare come base <strong>di</strong> partenza una piccola macchina agricola<br />
opportunamente mo<strong>di</strong>ficata cui vengano collegati due moduli deputati uno al taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> ed uno alla rimozione delle mine interrate.<br />
Obiettivo <strong>della</strong> tesi è stato quello <strong>di</strong> progettare interamente il modulo i taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong>; tale modulo, posto anteriormente al robot, deve essere in grado <strong>di</strong> tagliare la<br />
<strong>vegetazione</strong> a terra, <strong>di</strong> tagliare le foglie <strong>di</strong> palma e <strong>di</strong> neutralizzare eventuali fili <strong>di</strong><br />
attivazione <strong>di</strong> mine a frammentazione. La necessità <strong>di</strong> tagliare le foglie <strong>di</strong> palma nasce<br />
dall’ obbligo, in ottemperanza alle leggi locali, <strong>di</strong> preservare dall’abbattimento gli alberi <strong>di</strong><br />
palma in quanto essi costituiscono un’importante risorsa economica per la popolazione del<br />
paese.<br />
Dopo una raccolta <strong>di</strong> dati generali sui campi minati, sulle mine e sui sistemi meccanici <strong>di</strong><br />
sminamento si è proceduto all’analisi dei sistemi attualmente <strong>di</strong>sponibili sul mercato per il<br />
taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>, sia in applicazioni specifiche <strong>di</strong> sminamento sia in normali<br />
applicazioni agricole.<br />
Sono state elaborate, con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido Pro Engineer, alcune soluzioni<br />
costruttive; è stato quin<strong>di</strong> scelto <strong>di</strong> utilizzare una struttura modulare composta da tre barre<br />
falcianti commerciali. Come fornitore <strong>di</strong> tali barre è stata selezionata la Grillo S.p.A. che<br />
ha messo a <strong>di</strong>sposizione per gli esperimenti il suo modello Mulching 650 e ha fornito, nella<br />
persona dell’Ing. Pinza, utili informazioni e suggerimenti.<br />
Dopo aver condotto alcune prove pratiche e un’analisi qualitativa delle capacità <strong>di</strong> taglio in<br />
relazione alle caratteristiche <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>, si è quin<strong>di</strong> proceduto alla progettazione<br />
vera e propria.<br />
La barra falciante Mulching da 650 mm, destinata al taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> a terra, e la<br />
sua gemella da 1050 mm, destinata al taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> ai lati e dei fili <strong>di</strong> attivazione<br />
delle mine a frammentazione, sono state mo<strong>della</strong>te con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido.<br />
Dopo aver esaminato i principali sistemi <strong>di</strong> attuazione <strong>di</strong>sponibili, è stato deciso <strong>di</strong> adottare<br />
un sistema idraulico per la movimentazione delle barre. Si è quin<strong>di</strong> condotto uno stu<strong>di</strong>o<br />
III
che ha analizzato <strong>di</strong>verse architetture per il sistema idraulico al fine <strong>di</strong> stabilire quale<br />
soluzione consentisse <strong>di</strong> raggiungere gli scopi prefissi al costo minimo e con la maggiore<br />
semplicità possibili.<br />
Per la semplicità, la robustezza e il basso costo <strong>della</strong> soluzione, è stato scelto <strong>di</strong> utilizzare<br />
un cilindro a doppio effetto che, ricevendo il movimento da un eccentrico, lo trasmette a<br />
tre cilindri in serie che movimentano, con uguale legge <strong>di</strong> moto, le tre barre falcianti.<br />
I cilindri a doppio effetto sono stati <strong>di</strong>mensionati e la loro realizzazione è stata affidata alla<br />
Commercio Oleo<strong>di</strong>namica Pneumatica Elettronica S.r.l. che fornisce anche i giunti sferici<br />
per il collegamento alla macchina. Sono stati scelti inoltre l’olio idraulico Agip OSO 15 ed<br />
i tubi FlexIT/SC216 <strong>della</strong> Intertraco (Italia) S.p.A.<br />
La scelta <strong>della</strong> restante componentistica minore per l’impianto idraulico è stata lasciata, per<br />
motivi logistici ed economici, al personale in Sri Lanka.<br />
Si è quin<strong>di</strong> proceduto alla progettazione del telaio che sostiene e collega le tre barre<br />
falcianti e che alloggia il cilindro motore e l’eccentrico.<br />
Dopo aver mo<strong>della</strong>to con il software Pro Engineer alcune soluzioni costruttive, sono stati<br />
condotti opportuni confronti tra le stesse versioni realizzate in alluminio e in acciaio; per<br />
tale operazione è stato utilizzato il pacchetto <strong>di</strong> analisi statica agli elementi finiti del<br />
mo<strong>della</strong>tore solido.<br />
Nonostante il peso maggiore è stato scelto <strong>di</strong> utilizzare come materiale l’acciaio in quanto<br />
più rigido e facile da saldare. E’stata quin<strong>di</strong> progettata la versione definitiva del telaio e ne<br />
è stato analizzato il comportamento statico in risposta alle sollecitazioni possibili sul<br />
campo.<br />
Dopo aver assemblato, sempre con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido, il telaio e le barre<br />
falcianti si è proceduto alla progettazione <strong>di</strong> due attacchi che consentissero <strong>di</strong> collegare i<br />
cilindri attuatori alle barre falcianti.<br />
Sono state infine descritte le operazioni <strong>di</strong> montaggio e manutenzione ed è stata progettata<br />
un’unica chiave speciale che consente da sola <strong>di</strong> assemblare il modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> in ogni sua parte.<br />
In aggiunta alla progettazione meccanica del modulo <strong>di</strong> taglio è stato implementato, con il<br />
linguaggio <strong>di</strong> programmazione Visual Basic .NET, il software <strong>di</strong> navigazione del robot<br />
sminatore. Tale software consente <strong>di</strong> inserire una mappa del campo minato sud<strong>di</strong>visa in<br />
quadrati elementari delle <strong>di</strong>mensioni del robot. L’utente provvede ad assegnare ad ogni<br />
quadrato un peso che tiene conto <strong>della</strong> sua importanza strategica all’interno del campo<br />
minato e <strong>della</strong> probabilità che al suo interno possa trovarsi una mina.<br />
Il software, attraverso una sequenza <strong>di</strong> regole elaborate in cascata, guida quin<strong>di</strong> il robot<br />
ottimizzandone il percorso.<br />
IV
In<strong>di</strong>ce<br />
1 <strong>Intro</strong>duzione 1<br />
1.1 Campi minati, mine e or<strong>di</strong>gni inesplosi 1<br />
1.2 Impatto socio-economico delle mine 3<br />
1.3 Le mine in Sri Lanka 5<br />
1.3.1 Type 72 6<br />
1.3.2 P4 Mk1 7<br />
1.3.3 Comparazione 8<br />
1.3.4 Jony-95 8<br />
1.3.5 Claymore 10<br />
1.4 Sistemi <strong>di</strong> sminamento 12<br />
1.4.1 Sminamento manuale 12<br />
1.4.2 Sminamento con animali addestrati 14<br />
1.4.3 Sistemi meccanici <strong>di</strong> sminamento 15<br />
2 <strong>Taglio</strong> <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> 22<br />
2.1 Ausilio <strong>della</strong> tecnologia nelle operazioni <strong>di</strong> sminamento 22<br />
2.2 Vegetazione 23<br />
2.3 <strong>Taglio</strong> <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> 24<br />
2.4 Sicurezza 25<br />
2.5 Efficienza 25<br />
2.6 Sistemi meccanici <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> 26<br />
2.7 Obiettivo <strong>della</strong> tesi 31<br />
3 Analisi preliminari 34<br />
3.1 Considerazioni preliminari 34<br />
3.2 Requisiti <strong>della</strong> macchina 34<br />
3.3 Scelta <strong>di</strong> massima <strong>della</strong> macchina e sue caratteristiche 35<br />
3.4 Tipologia del territorio e requisiti <strong>di</strong> taglio 36<br />
3.5 Requisiti tecnici 38<br />
3.5.1 Basso costo 38<br />
3.5.2 Robustezza 39<br />
3.5.3 Minima manutenzione 39<br />
3.5.4 Facilità <strong>di</strong> montaggio e smontaggio 39<br />
3.5.5 Facilità <strong>di</strong> riparazione 39<br />
3.5.6 Modularità 39<br />
3.6 Stato dell’arte 40<br />
3.6.1 Decespugliatori 40<br />
3.6.2 Rasaerba 41<br />
3.6.3 Trinciaerba o trinciatutto 42<br />
3.6.4 Barre falcianti 44<br />
3.7 Architetture esaminate 45<br />
3.7.1 Soluzione 1 45<br />
3.7.2 Soluzione 2 46<br />
3.7.3 Soluzione 3 47<br />
3.8 Scelta dell’architettura e del sistema <strong>di</strong> taglio 48<br />
V
4 La barra falciante 49<br />
4.1 Scelta <strong>della</strong> barra falciante 49<br />
4.2 Descrizione <strong>di</strong> massima <strong>della</strong> barra falciante 49<br />
4.3 Cinematica <strong>della</strong> barra falciante 51<br />
4.4 Dinamica <strong>della</strong> barra falciante 53<br />
4.5 Denti 54<br />
4.6 Modelizzazione <strong>della</strong> barra falciante 56<br />
5 Il sistema <strong>di</strong> attuazione 59<br />
5.1 Considerazioni preliminari 59<br />
5.2 Requisiti <strong>di</strong> base 59<br />
5.3 Attuazione elettrica 60<br />
5.4 Attuazione meccanica 61<br />
5.5 Attuazione pneumatica 61<br />
5.6 Attuazione idraulica 62<br />
5.7 Conclusioni 63<br />
6 Architettura dell’impianto idraulico 64<br />
6.1 Scelta dell’architettura <strong>di</strong> movimentazione 64<br />
6.2 Soluzione Pompa – Pistone 64<br />
6.3 Soluzione Pompa-Motore idraulico 65<br />
6.4 Soluzione Cilindro-Cilindro 66<br />
6.5 Schema a impianti in<strong>di</strong>pendenti 67<br />
6.6 Schema con cilidri attuatori in parallelo 70<br />
6.7 Schema con cilindri in serie 73<br />
6.8 Schemi misti 76<br />
6.8.1 Schema con barre verticali in parallelo 77<br />
6.8.2 Schema con barre vericali in serie 78<br />
6.9 Conclusioni 78<br />
7 Progettazione impianto idraulico 79<br />
7.1 Dimensionamento impianto 79<br />
7.1.1 Calcolo <strong>della</strong> pressione <strong>di</strong> colpo d'ariete 79<br />
7.1.2 Calcolo <strong>della</strong> pressione <strong>di</strong> esercizio dell'impianto 81<br />
7.1.3 Pressione massima dell'impianto 85<br />
7.2 Scelta dei cilindri 85<br />
7.3 Scelta dei collegamenti a telaio 86<br />
7.4 Scelta dei tubi flessibili 87<br />
7.5 Scelta dell'olio idraulico 88<br />
7.6 Componenti vari 89<br />
8 Progettazione del telaio 90<br />
8.1 Requisiti <strong>di</strong> base 90<br />
8.2 Forze e sollecitazioni 91<br />
8.3 Soluzioni scartate e relative analisi 92<br />
8.4 Soluzione definitiva 95<br />
8.4.1 Considerazioni preliminari e descrizione generale 95<br />
VI
8.4.2 Calcolo delle sollecitazioni 97<br />
8.4.3 Analisi delle sollecitazioni e delle deformazioni 98<br />
8.5 Conclusioni 106<br />
9 Montaggio e manutenzione 107<br />
9.1 Attrezzatura 107<br />
9.2 Montaggio 108<br />
9.2.1 Assemblaggio delle barre falcianti 109<br />
9.2.2 Fissaggio delle barre falcianti alla struttura 111<br />
9.2.3 Collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti 111<br />
9.2.4 Collegamento del cilindro motore al telaio e all’eccentrico 113<br />
9.3 Smontaggio 113<br />
9.4 Manutenzione 114<br />
9.4.1 Regolazione dei registri premilama 114<br />
9.4.2 Verniciatura 114<br />
9.4.3 Lubrificazione 115<br />
10 Simulatore del sistema <strong>di</strong> navigazione 116<br />
10.1 Procedura <strong>di</strong> sminamento in uso 116<br />
10.2 Obiettivi del sistema <strong>di</strong> navigazione 117<br />
10.3 Strategia <strong>di</strong> navigazione del robot 117<br />
10.4 Logica <strong>di</strong> navigazione del robot 118<br />
10.5 Costruzione <strong>della</strong> mappa del campo minato 119<br />
10.6 Analisi del funzionamento 121<br />
11 Conclusioni e sviluppi futuri 126<br />
11.1 Conclusioni 126<br />
11.2 Sviluppi futuri 128<br />
11.2.1 Taglia-<strong>vegetazione</strong> 128<br />
11.2.2 Software <strong>di</strong> navigazione 129<br />
12 Bibliogafia 131<br />
13 Siti Internet 133<br />
14 Produttori consultati 134<br />
A Disegni costruttvi 138<br />
B Co<strong>di</strong>ce sorgente del software <strong>di</strong> navigazione 142<br />
VII
1 <strong>Intro</strong>duzione<br />
1.1 Campi minati, mine e or<strong>di</strong>gni inesplosi<br />
Un campo minato è una porzione <strong>di</strong> territorio caratterizzata dalla presenza <strong>di</strong> or<strong>di</strong>gni<br />
esplosivi, le mine. Le mine sono attivate da persone o veicoli e sono costruite in modo da<br />
esplodere provocando danni al soggetto che le attiva. Le mine sono posizionate in modo<br />
tale da inibire l’utilizzo del territorio e il transito da parte <strong>di</strong> persone e/o veicoli.<br />
L’obiettivo <strong>di</strong> un campo minato è quello <strong>di</strong> proteggere posizioni strategiche e inibirne<br />
l’accesso al nemico.<br />
I campi minati, una volta cessate le ostilità nel territorio, permangono per il tempo<br />
necessario a rimuovere le mine, in genere anni. Ciò determina un ostacolo permanente alla<br />
riqualificazione <strong>della</strong> zona.<br />
A causa dell’utilizzo strategico delle mine i campi minati spesso impe<strong>di</strong>scono l’acceso alle<br />
porzioni più importanti del territorio. Queste zone sono infatti più contese e vengono<br />
spesso a trovarsi in posizione <strong>di</strong> frontiera tra gli schieramenti nemici. Tipicamente queste<br />
zone sono terreni agricoli, canali <strong>di</strong> irrigazione, strade, sponde <strong>di</strong> fiumi, rovine <strong>di</strong> industrie,<br />
<strong>di</strong> complessi residenziali o <strong>di</strong> bunker.<br />
“Una mina è un oggetto posizionato sopra o sotto il terreno o qualunque superficie<br />
concepito per esplodere con la semplice presenza, la vicinanza o il contatto <strong>di</strong> una persona<br />
o un veicolo.” 1 .<br />
Una mina comprende una determinata quantità <strong>di</strong> materiale esplosivo in un involucro <strong>di</strong><br />
plastica, metallo o legno ed un meccanismo <strong>di</strong> innesco e detonazione dell’esplosivo. La<br />
mina esplode in presenza del soggetto cui è destinata, tipicamente un veicolo o una<br />
persona.<br />
E’ possibile in<strong>di</strong>viduare due tipi principali <strong>di</strong> mine:<br />
• Mine Anticarro AT (Anti Tank) o antiveicolo. Sono progettate per esplodere al<br />
passaggio <strong>di</strong> un veicolo e l’attivazione può avvenire per pressione (oltre 100 kg) o<br />
me<strong>di</strong>ante controllo remoto o magnetico. La carica esplosiva è solitamente compresa tra<br />
i 5 e i 10 kg ed il <strong>di</strong>ametro è <strong>di</strong> 300 - 350 mm.<br />
• Mine Antiuomo AP (Anti Personal). Sono progettate per esplodere in presenza,<br />
vicinanza o contatto <strong>di</strong> una persona e l’attivazione avviene per una pressione compresa<br />
tra i 3 e i 20 kg nel caso <strong>di</strong> mine a pressione o per trazione <strong>di</strong> un filo nel caso <strong>di</strong> mine a<br />
frammentazione. La carica esplosiva è <strong>di</strong> 80 – 250 g e il <strong>di</strong>ametro è compreso tra 70 e<br />
150 mm.<br />
Per la loro destinazione le mine anticarro hanno <strong>di</strong>mensioni maggiori delle mine antiuomo<br />
e contengono una quantità <strong>di</strong> esplosivo superiore.<br />
A causa delle elevate pressioni <strong>di</strong> attivazione le mine anticarro risultano innocue per le<br />
persone a pie<strong>di</strong>.<br />
1 Cepolina E., 2003, Progetto <strong>di</strong> un <strong>di</strong>spositivo per la localizzazione <strong>di</strong> mine anti-uomo, <strong>Università</strong><br />
<strong>degli</strong> stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> Genova, Genova.<br />
1
Si <strong>di</strong>stinguono inoltre due tipi <strong>di</strong> mine, caratterizzati da due <strong>di</strong>versi sistemi <strong>di</strong> attivazione:<br />
• A frammentazione. L’obiettivo <strong>di</strong> questo tipo <strong>di</strong> mine è <strong>di</strong> creare danni in un ampio<br />
raggio (30 – 100 m) al loro intorno me<strong>di</strong>ante la proiezione <strong>di</strong> frammenti metallici. La<br />
quantità <strong>di</strong> moto dei frammenti è tale da penetrare spessori <strong>di</strong> acciaio <strong>di</strong> alcuni<br />
millimetri, quando il raggio è sufficientemente ridotto.<br />
Mina a<br />
frammentazione<br />
Si <strong>di</strong>stinguono due tipi fondamentali <strong>di</strong> mine a frammentazione.<br />
(Disegno: cortesia del Prof. J. Trevelyan)<br />
Le mine a picchetto sono fissate nel terreno con il filo d’attivazione teso all’altezza del<br />
ginocchio. La mina esplode appena la vittima inciampa nel filo <strong>di</strong> attivazione.<br />
Le mine a espulsione sono invece seppellite nel terreno. Quando il filo <strong>di</strong> attivazione<br />
viene sollecitato la mina salta fuori esplodendo e proiettando i frammenti metallici tutto<br />
intorno a sé, all’altezza <strong>della</strong> cintura.<br />
• Mine a pressione. Questo tipo <strong>di</strong> mina viene seppellita nel terreno. La mina esplode<br />
quando calpestata. L’esplosione porta alla <strong>di</strong>struzione del piede e <strong>di</strong> parte <strong>della</strong> gamba.<br />
(Disegno: cortesia del Prof. J. Trevelyan)<br />
Il suo rilevamento avviene me<strong>di</strong>ante metal detector tranne nei casi <strong>di</strong> mine cosiddette<br />
“metal free”. Le mine metal free sono così dette perché contengono una quantità <strong>di</strong> metallo<br />
così bassa da rendere inefficace l’uso del metal detector.<br />
2
Per rendere più complesso lo sminamento, questi due tipi <strong>di</strong> mine sono spesso combinate;<br />
ciò avviene specialmente nei campi minati <strong>di</strong>fensivi in cui le mine a pressione sono<br />
posizionate vicino a quelle a frammentazione; queste infatti sono più efficaci ma anche più<br />
visibili perché non interrate.<br />
Oltre alle mine vere e proprie è infine possibile in<strong>di</strong>viduare un’altra vasta categoria, quella<br />
<strong>degli</strong> or<strong>di</strong>gni inesplosi UXO (UneXploded Ordnance). Questa categoria include tutti quegli<br />
or<strong>di</strong>gni progettati per esplodere al contatto col suolo o con l’obiettivo cui mirano ma che<br />
per qualche motivo rimangono inesplosi. Questi or<strong>di</strong>gni sono bombe, proiettili, granate…<br />
La percentuale <strong>di</strong> fallimento può variare da valori dal 1 %, fino al 40 % in relazione all’età,<br />
alle con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> stoccaggio, alla metodologia <strong>di</strong> utilizzo, alla situazione ambientale in cui<br />
si trovano gli or<strong>di</strong>gni 2 .<br />
Allo stato attuale manca una definizione formale per gli UXO nella legislatura<br />
internazionale; l’International Mine Action Standards (IMAS) pubblicato dalle Nazioni<br />
Unite descrive gli UXO come: “explosive ordnance that has been primed, fuzed, armed or<br />
otherwise prepared for use or used. It may have been fired, dropped, launched or<br />
projected yet remains unexploded either through malfunction or design or for any other<br />
reason 3 ”.<br />
1.2 Impatto socio-economico delle mine<br />
Il 18 ottobre 1997 è stata ratificata la “Convenzione sul <strong>di</strong>vieto <strong>di</strong> uso, immagazzinamento,<br />
produzione e traffico delle mine antiuomo e sulla loro <strong>di</strong>struzione”, nota come trattato <strong>di</strong><br />
Ottawa. Alla convenzione hanno aderito fino ad ora 146 paesi e 130 l’hanno convalidata.<br />
Il numero <strong>di</strong> vittime decedute a causa delle mine documentato dal Landmine Monitor<br />
Report 4 nel periodo 1999-2004 è <strong>di</strong> 42.500 in 75 Paesi. Il numero <strong>di</strong> vittime sopravvissute<br />
fino ad ora è tra le 300.000 e le 400.000.<br />
Nel 2003 il Landmine Monitor ha potuto documentare 8.065 nuovi casi accertati <strong>di</strong> vittime<br />
da mine (il 23% dei quali bambini) in 66 paesi. Considerazioni sulla scarsa affidabilità dei<br />
sistemi <strong>di</strong> registrazione in molti dei paesi affetti da mine portano tuttavia ad una stima<br />
superiore del numero delle vittime e compresa tra le 15.000 e le 20.000 all’anno.<br />
A livello mon<strong>di</strong>ale, nel 2003 sono stati bonificati da mine ed or<strong>di</strong>gni inesplosi 149 milioni<br />
<strong>di</strong> metri quadrati <strong>di</strong> terreno, e sono state <strong>di</strong>strutte 174.167 mine antipersona, 9.330 mine<br />
anticarro e 2.570.000 or<strong>di</strong>gni inesplosi <strong>di</strong> vario tipo (dei quali quasi la metà nel solo<br />
Afghanistan).<br />
2 Geneva International Centre for Humanitarian Demining, 2003, A guide to mine action<br />
3 “or<strong>di</strong>gno esplosivo che è stato caricato, munito <strong>di</strong> innesco, armato o altrimenti preparato per l’uso<br />
o usato. Può essere stato sparato, lasciato cadere, lanciato o proiettato e tuttavia rimane inesploso per<br />
malfunzionamento o progettazione o per qualunque altra ragione”, IMAS 04.10 Second E<strong>di</strong>tions, 1 January<br />
2003, Standard 3.218.<br />
4 Organo <strong>di</strong> censimento annuale delle mine e delle loro conseguenze nel mondo<br />
3
A tutto il 2004, 83 paesi nel mondo risultano affetti da mine. Nel corso dell’anno è stato<br />
documentato da organi governativi l’utilizzo <strong>di</strong> mine in 4 paesi: Birmania, Nepal, Georgia<br />
e Russia mentre in altri 16 il loro uso è avvenuto da parte <strong>di</strong> gruppi armati non statali.<br />
(Disegno: Landmine Monitor Report,2004, http://www.icbl.org )<br />
Nel 2004 gli stati membri sono arrivati a 140 ma rimangono esclusi ancora i più importanti<br />
produttori mon<strong>di</strong>ali <strong>di</strong> mine: USA, Russia, Ucraina e Cina.<br />
I risultati conseguiti dalle organizzazioni che si occupano <strong>di</strong> sminamento nel mondo, a<br />
partire dall’entrata in vigore del trattato <strong>di</strong> Ottawa fino a tutto il 2004, sono stati molti e<br />
significativi:<br />
• Sono stati <strong>di</strong>strutti 37 milioni <strong>di</strong> mine.<br />
• L’uso <strong>di</strong> mine si è ridotto drasticamente, anche negli stati che non hanno ratificato il<br />
trattato.<br />
• La produzione <strong>di</strong> mine è scesa in modo significativo; 36 paesi hanno cessato la<br />
produzione.<br />
• Il traffico <strong>di</strong> mine si è quasi universalmente interrotto e anche gli stati produttori al <strong>di</strong><br />
fuori del trattato hanno imposto opportune moratorie.<br />
• Nei 50 stati che hanno <strong>di</strong>chiarato <strong>di</strong> essere affetti da mine sono iniziate operazioni <strong>di</strong><br />
bonifica. Dette operazioni si sono già concluse in Bulgaria, Costa Rica, Honduras e<br />
Gibuti.<br />
• Lo stanziamento <strong>di</strong> fon<strong>di</strong> destinati alla bonifica dei territori, all’assistenza delle vittime<br />
e alle attività correlate è stato <strong>di</strong> oltre un bilione <strong>di</strong> dollari USA, <strong>di</strong> cui 190 milioni<br />
stanziati dai paesi affetti.<br />
• Il numero delle vittime è ridotto <strong>di</strong> una percentuale che, in alcune zone, arriva al 67%.<br />
4
La maggior parte dei paesi colpiti <strong>di</strong>spone <strong>di</strong> varie forme <strong>di</strong> assistenza alle vittime <strong>di</strong> mine;<br />
queste tuttavia risultano spesso inadeguate, specialmente nelle zone rurali (dove si verifica<br />
la maggior parte <strong>degli</strong> incidenti).<br />
La presenza <strong>di</strong> mine con<strong>di</strong>ziona <strong>di</strong>rettamente e in<strong>di</strong>rettamente l’economia dei paesi affetti<br />
in vari mo<strong>di</strong>:<br />
• col danno derivante dall’impossibilità <strong>di</strong> utilizzare i territori minati<br />
• col costo sociale delle vittime in termini <strong>di</strong> assistenza sanitaria e ausili <strong>di</strong> invali<strong>di</strong>tà<br />
• col costo derivante dalla per<strong>di</strong>ta <strong>di</strong> mano d’opera e capacità operative. Un elevato<br />
numero <strong>di</strong> vittime appartiene infatti alla fascia d’età produttiva (18-65 anni) e potrebbe<br />
contribuire positivamente al Prodotto Interno Lordo (in un paese in via <strong>di</strong> sviluppo il<br />
contributo è stimato intorno ai 750 US$) 5 .<br />
La situazione è inoltre resa più grave dal fatto che il 34% delle vittime è sotto i 18 anni 6 .<br />
I processi <strong>di</strong> bonifica sono infine lunghi e costosi. Un’ulteriore complicazione è data dai<br />
mutamenti del territorio in seguito a mo<strong>di</strong>fiche <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>, movimenti dei terreni,<br />
innondazioni etc. che rendono inatten<strong>di</strong>bili eventuali mappe dei campi minati.<br />
Nello Sri Lanka la già pesante situazione economica si è ulteriormente aggravata in seguito<br />
allo Tsunami del 26 <strong>di</strong>cembre 2004. I rapporti del personale operante sul posto riferiscono<br />
che, per fortuna, il numero <strong>di</strong> mine portate in superficie dall’ondata <strong>di</strong> marea è del tutto<br />
trascurabile (soltanto due avvistate), ciò a <strong>di</strong>spetto <strong>di</strong> quanto <strong>di</strong>ffuso dalla maggioranza<br />
<strong>degli</strong> organi <strong>di</strong> stampa. Le operazioni <strong>di</strong> bonifica <strong>degli</strong> anni passati avevano infatti<br />
riguardato soprattutto le zone costiere.<br />
1.3 Le mine in Sri Lanka<br />
La situazione politica in Sri Lanka ha visto contrapporsi per più <strong>di</strong> 20 anni <strong>di</strong> sanguinosa<br />
guerra civile l’esercito governativo contro l’esercito delle “Tigri Tamil”, il Liberation<br />
Tamil Tiger Eclam (LTTE). La situazione delle mine nello Sri Lanka si presenta complessa<br />
per la gran varietà <strong>di</strong> or<strong>di</strong>gni utilizzati nei vari perio<strong>di</strong> e nelle varie regioni.<br />
Al fine <strong>di</strong> concentrare al meglio gli sforzi progettuali e rendere più efficiente il lavoro si è<br />
quin<strong>di</strong> scelto <strong>di</strong> esaminare solamente la regione <strong>di</strong> Vanni, cui il sistema <strong>di</strong> sminamento<br />
oggetto del presente lavoro è destinato.<br />
Un accurato censimento nella regione <strong>di</strong> Vanni ha permesso <strong>di</strong> circoscrivere la varietà <strong>di</strong><br />
mine utilizzate alle mine a pressione Type 72, P4 Mark1 e, in misura molto minore, alle<br />
Jony-95 <strong>di</strong> fabbricazione artigianale locale. Sono state inoltre trovate mine a<br />
frammentazione <strong>di</strong> tipo Claymore.<br />
5 Study Report: Socio-economic Impact of Mine Action in Afghanistan (SIMAA), 2001.<br />
6 Socio-Economic Impact Study of Landmines and Mine Action Operations in Afghanistan (SEIS), 1999.<br />
5
1.3.1 Type 72<br />
La mina antiuomo Type 72, nelle sue varianti A, B e C, è un or<strong>di</strong>gno <strong>di</strong> fabbricazione<br />
cinese estremamente <strong>di</strong>ffuso in Sri Lanka grazie al basso costo (3 $ nella versione A, più<br />
semplice dal punto <strong>di</strong> vista costruttivo e più economica) e alla sua facile reperibilità data la<br />
vicinanza alla Cina.<br />
La Type 72 è una piccola mina antiuomo a esplosione in plastica verde oliva dalla forma<br />
circolare progettata per ferire gli arti inferiori <strong>della</strong> vittima<br />
(Foto: cortesia del Prof. J. Trevelyan)<br />
Il <strong>di</strong>ametro alla base risulta leggermente minore <strong>di</strong> quello superiore dove la mina presenta<br />
una membrana in plastica che ricopre una piastra <strong>di</strong> pressione a sezione completa, in grado<br />
cioè <strong>di</strong> assicurare l’innesco in<strong>di</strong>pendentemente dalla zona calpestata.<br />
Il largo coperchio è centrato nella parte inferiore <strong>della</strong> mina e contiene il detonatore e<br />
l’esplosivo. La vite previene i contatti incidentali tra la parte superiore e quella inferiore.<br />
La Type 72A, identica nell’aspetto alle sue varianti B e C, ha un semplice meccanismo <strong>di</strong><br />
attuazione a pressione che utilizza una molla <strong>di</strong> Belleville come sistema <strong>di</strong> innesco e può<br />
essere riconosciuta dal suo perno circolare <strong>di</strong> armamento. Nel momento in cui il perno<br />
viene rimosso una molla ra<strong>di</strong>ale provvede a ruotare tre alette cui ne corrispondono altre tre<br />
nel piatto <strong>di</strong> pressione e che fungono da <strong>di</strong>stanziatori: una volta ruotate, le alette inferiori<br />
non sono più in opposizione con quelle superiori ma sono libere <strong>di</strong> incastrarsi tra esse<br />
permettendo quin<strong>di</strong> al piatto <strong>di</strong> pressione <strong>di</strong> scendere sotto il peso del soggetto che la attiva<br />
e la mina risulta pertanto armata. Una pressione sufficiente (circa 5 kg) sulla membrana<br />
superiore provoca la rotazione <strong>della</strong> molla <strong>di</strong> Belleville che va a colpire un percussore il<br />
quale a sua volta innesca il detonatore e quin<strong>di</strong> la carica esplosiva principale.<br />
Le versioni B e C risultano più complesse in quanto hanno un funzionamento elettrico con<br />
sistema <strong>di</strong> armamento ritardato e meccanismo antimanipolazione. L’alimentazione è a<br />
batteria, ciò ne limita la durata operativa a 3 mesi. La versione C presenta inoltre un<br />
sistema sensibile alle <strong>di</strong>storsioni del campo magnetico che ne provocano la detonazione in<br />
presenza <strong>di</strong> metal detector.<br />
Una volta armate tutte le versioni hanno lo stesso aspetto esteriore ma la Type A risulta <strong>di</strong><br />
più <strong>di</strong>fficile rilevamento poiché il suo basso contenuto metallico la rende praticamente<br />
invisibile ai metal detector. L’assenza <strong>della</strong> batteria protrae inoltre l’operatività <strong>della</strong> Type<br />
A per un tempo teoricamente infinito.<br />
6
1.3.2 P4 Mk1<br />
Oltre a quella delle Type 72 è stata inoltre rilevata la presenza <strong>di</strong> P4 Mk1, mine a pressione<br />
<strong>di</strong> costruzione Pakistana. La loro <strong>di</strong>ffusione, come per le Type 72 A, è dovuta al basso<br />
costo e alla vicinanza con il paese <strong>di</strong> produzione.<br />
La P4 Mk1 è una mina antiuomo in plastica <strong>di</strong> forma circolare e <strong>di</strong> colore marrone scuro<br />
con segni gialli stampigliati sopra.<br />
(Foto: http://ndmic -cidnm.forces.gc.ca)<br />
La mina ha un involucro <strong>di</strong> plastica con un piatto <strong>di</strong> pressione centrale che sporge dalla<br />
superficie superiore. Nella parte inferiore il piatto <strong>di</strong> pressione ha un pistone che spinge su<br />
un sistema <strong>di</strong> percussione libero <strong>di</strong> muoversi.<br />
(Disegno: http://ndmic -cidnm.forces.gc.ca)<br />
Il sistema <strong>di</strong> percussione è caricato a molla ed è dotato <strong>di</strong> un percussore a spillo trattenuto<br />
da un filo metallico che passa al centro del collare e vi gira intorno per essere quin<strong>di</strong><br />
giuntato alle due estremità. Al centro <strong>della</strong> base vi è un serbatoio filettato e munito <strong>di</strong><br />
innesco che accoglie il detonatore; quest’ultimo è posizionato imme<strong>di</strong>atamente sotto al<br />
percussore ed è a sua volta circondato dall’esplosivo principale, 30 grammi <strong>di</strong> Tetrile.<br />
Durante il trasporto è presente un tappo <strong>di</strong> sicurezza che impe<strong>di</strong>sce <strong>di</strong> premere il piatto <strong>di</strong><br />
pressione. Quando viene rimosso la mina è innescata; a quel punto una pressione maggiore<br />
<strong>di</strong> 10 kg sul piatto <strong>di</strong> pressione fa si che il filo metallico venga tranciato. A questo punto la<br />
molla è libera e spinge con violenza il percussore che, impattando con la carica detonante,<br />
innesca l’esplosione.<br />
La P4 Mk1 non può essere rilevata da metal detector nella maggior parte dei terreni.<br />
Il suo <strong>di</strong>sarmo si ottiene svitando il sistema <strong>di</strong> detonazione dalla parte inferiore del corpo<br />
<strong>della</strong> mina o avvitando un tappo <strong>di</strong> sicurezza sulla parte superiore.<br />
7
1.3.3 Comparazione<br />
Come si nota dalla seguente tabella comparativa le due mine sono molto simili sotto tutti i<br />
punti <strong>di</strong> vista e si possono adottare strategie comuni per il loro sminamento.<br />
Type 72 A P4 Mk1<br />
Paese <strong>di</strong> origine Pakistan Cina<br />
Azionamento A pressione A pressione<br />
Materiale Plastica Plastica<br />
Forma Circolare Circolare<br />
Colore Verde Verde; Sabbia<br />
Peso (grammi) 150 95<br />
Contenuto <strong>di</strong> esplosivo 34 g <strong>di</strong> TNT oppure 30 g <strong>di</strong> tetrile<br />
Altezza (mm): TNT/RDX 37 (50/50) 45<br />
Diametro (mm):<br />
Sistemi speciali<br />
78 72<br />
Anti-sollevamento NO NO<br />
Auto-neutralizzazione NO NO<br />
Auto-<strong>di</strong>struzione NO NO<br />
Innesco Primario Meccanismo a pressione Meccanismo a pressione<br />
Innesco Secondario<br />
Rilevamento<br />
No No<br />
A vista No No<br />
Metal Detector Difficile Difficile<br />
Pungolo Si Si<br />
Cani<br />
Sminamento<br />
Sconosciuto Sconosciuto<br />
Manuale Si Si<br />
Meto<strong>di</strong> esplosivi Si Si<br />
Aratro Si Si<br />
Rulli Si Si<br />
1.3.4 Jony-95<br />
Anche conosciuta come Johny-95, Jonny-95 e RANGAN 95, questa mina antiuomo a<br />
esplosione è stata costruita in Sri Lanka dalla fazione Tamil.<br />
Il fatto che abbia un’etichetta stampata e che ne siano state trovate molte implica che ci sia<br />
una produzione locale.<br />
8
La mina è costituita da una scatola <strong>di</strong> legno <strong>di</strong> 105 x 67 mm con un foro <strong>di</strong> 53 mm <strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>ametro praticato nella base dentro il quale viene pressato l’esplosivo al plastico.<br />
(Foto: cortesia del Dott. Andy Smith)<br />
In un altro buco su un fianco <strong>della</strong> mina viene inserita una batteria da 9 Volt. Un filo<br />
collega la batteria al piatto <strong>di</strong> fondo e questo ultimo al labbro superiore del corpo <strong>della</strong><br />
mina attraverso un altro foro.<br />
Un altro filo è collegato ad un piatto metallico nel coperchio <strong>della</strong> mina che è tenuto<br />
sollevato da una cinghia <strong>di</strong> gomma nera perché si mantenga aperto.<br />
107 mm<br />
67 mm<br />
(Foto: cortesia del Dott. Andy Smith)<br />
I <strong>di</strong>segni precedenti mostrano la mina da entrambi i lati; sono visibili lo scomparto <strong>della</strong><br />
batteria, la cinghia <strong>di</strong> gomma e il piatto metallico <strong>di</strong> fondo <strong>della</strong> mina, originariamente<br />
assicurato con due chio<strong>di</strong> corti.<br />
La pressione del coperchio fa si che le parti metalliche tocchino gli elettro<strong>di</strong> chiudendo il<br />
circuito che innesca un detonatore elettrico affondato nell’esplosivo al plastico.<br />
E’ stato stimato che la mina possa contenere tra i 120 e i 150 g <strong>di</strong> esplosivo. I campioni<br />
esaminati erano fortemente deteriorati in quanto il legno, non trattato, era stato mangiato<br />
dagli insetti e la batteria era corrosa e completamente scarica.<br />
9
1.3.5 Claymore<br />
La Claymore è una mina a frammentazione <strong>di</strong>rezionale lunga 216 mm, larga 35 mm e alta<br />
83 mm, del peso <strong>di</strong> 1.6 kg. La mina contiene 700 sfere d’acciaio da 0.7 g e 700 g <strong>di</strong><br />
esplosivo C4.<br />
(Disegno: www.fas.org)<br />
La Claymore è nata principalmente come arma <strong>di</strong> <strong>di</strong>fesa ma ha le stesse prerogative <strong>di</strong> base<br />
delle mine antiuomo ed è stata spesso utilizzata in molte delle applicazioni nelle quali sono<br />
state impiegate le mine antiuomo tra<strong>di</strong>zionali.<br />
La mina ha un involucro rettangolare in plastica ricurvo e contiene uno strato <strong>di</strong> composto<br />
esplosivo C3. E’ dotata <strong>di</strong> un lato <strong>di</strong> frammentazione con sfere d’acciaio.<br />
Il lato anteriore contenente le sfere d’acciaio è progettato per produrre una raffica <strong>di</strong><br />
frammenti con una rosata che può essere <strong>di</strong>rezionata sull’area bersaglio prescritta.<br />
(Disegno: www.fas.org)<br />
10
La Claymore, quando attivata, proietta una raffica <strong>di</strong> sfere d’acciaio in una rosata arcuata<br />
<strong>di</strong> 60° in un piano orizzontale. I proiettili vengono sparati ad un’altezza massima <strong>di</strong> 2 m e<br />
ad una <strong>di</strong>stanza massima <strong>di</strong> 100 m anche se la pericolosità massima si ha in un raggio <strong>di</strong><br />
50 m. Nella letteratura militare è tuttavia prescritta una <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> sicurezza <strong>di</strong> 250 m.<br />
In mancanza <strong>di</strong> protezioni, è da considerare pericolosa anche l’area <strong>di</strong>etro alla mina per un<br />
raggio <strong>di</strong> 16 m; inoltre, schegge secondarie possono essere proiettate in un raggio <strong>di</strong> 100 m<br />
sul retro e ai lati <strong>della</strong> mina.<br />
Le caratteristiche <strong>della</strong> mina sono le seguenti:<br />
• Armamento: manuale<br />
• Testata: a frammentazione <strong>di</strong>rezionale<br />
• Meccanismi anti-manipolazione: assenti<br />
• Auto<strong>di</strong>struzione: assente<br />
• Peso dell’esplosivo: 700 g<br />
• Tipo <strong>di</strong> esplosivo: C4<br />
• Peso <strong>della</strong> mina: 1.6 kg<br />
(Disegno: www.fas.org)<br />
11
1.4 Sistemi <strong>di</strong> sminamento<br />
Esistono due <strong>di</strong>versi tipi <strong>di</strong> sminamento, quello militare e quello umanitario.<br />
Lo sminamento militare è finalizzato a scopi militari per favorire le manovre belliche<br />
tramite l'apertura <strong>di</strong> passaggi per i mezzi e per rendere sicure le aree utilizzate dai<br />
contingenti stessi.<br />
Lo sminamento umanitario è invece finalizzato alla completa agibilità da parte <strong>della</strong><br />
popolazione, con lo scopo <strong>di</strong> permettere la ripresa in piena sicurezza <strong>degli</strong> spostamenti,<br />
delle attività sociali, educative, ricreative, agricole e altrimenti produttive, economiche.<br />
Dura spesso anni ed è realizzato metro quadro per metro quadro.<br />
Mentre lo sminamento militare è eseguito principalmente con grossi veicoli bellici, lo<br />
sminamento umanitario è prevalentemente manuale. Esistono comunque <strong>di</strong>versi meto<strong>di</strong> <strong>di</strong><br />
sminamento umanitario, in cui <strong>di</strong>verse tecnologie vengono affiancate allo sminamento<br />
manuale.<br />
1.4.1 Sminamento manuale<br />
Lo sminamento manuale prevede la ricerca e la successiva rimozione delle mine in modo<br />
manuale.<br />
Gli sminatori sono provvisti <strong>di</strong> uno specifico equipaggiamento in genere costituito da:<br />
• un sensore per la localizzazione delle mine (l’unico sensore vero e proprio usato sul<br />
campo è, fino ad ora, il metal detector)<br />
• vari attrezzi per la rimozione <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> come il falcetto e le cesoie<br />
• equipaggiamento <strong>di</strong> protezione personale (Personal Protective Equipment, PPE)<br />
Ogni sminatore una volta indossato l’equipaggiamento <strong>di</strong> protezione personale, costituito<br />
essenzialmente da una visiera per proteggere il viso, una veste antiproiettile per il corpo e<br />
speciali scarpe, procede allo sminamento lungo un corridoio <strong>di</strong> 1 m <strong>di</strong> larghezza. In<br />
sequenza le operazioni effettuate sono: la rimozione <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> per permettere al<br />
sensore <strong>di</strong> lavorare il più possibile vicino al terreno, l’utilizzo del sensore, la rimozione<br />
<strong>della</strong> terra per scoprire dove è la mina in<strong>di</strong>viduata dal sensore e la rimozione <strong>della</strong> mina.<br />
Nel caso non si possa usare il metal detector in presenza <strong>di</strong> terreni ferrosi, per evitare<br />
troppi falsi allarmi, si può usare il prodder, una bacchetta che viene infilata nel terreno per<br />
tastarlo e rilevare la presenza <strong>di</strong> mine meccanicamente oppure non usare nessun sensore e<br />
procedere al vaglio <strong>di</strong> tutto il terreno fino alla profon<strong>di</strong>tà specificata dalle organizzazioni<br />
locali.<br />
La profon<strong>di</strong>tà a cui bisogna garantire che il terreno sia libero da mine, il tipo <strong>di</strong> mine<br />
presenti sul territorio e in generale tutti gli standard operativi sono stabiliti localmente da<br />
apposite organizzazioni.<br />
In Sri Lanka, dove il terreno è ferroso, si procede al vaglio <strong>di</strong> tutto il terreno con comuni<br />
rastrelli con il manico allungato fino a 2 m, per scavare la terra fino alla profon<strong>di</strong>tà stabilita<br />
<strong>di</strong> 15 cm.<br />
12
La <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> 2 m tra la possibile mina e l’operatore è considerata sufficientemente sicura.<br />
In genere gli sminatori lavorano a gruppi <strong>di</strong> 30 e puliscono corridoi <strong>di</strong> 1 m <strong>di</strong>stanziati tra<br />
loro <strong>di</strong> 25 m per motivi <strong>di</strong> sicurezza.<br />
La procedura avviene in genere nella seguente sequenza:<br />
1. Si procede per corridoi larghi 1 m.<br />
2. Si rimuove la <strong>vegetazione</strong> e si rilevano eventuali fili <strong>di</strong> attivazione <strong>di</strong> mine a<br />
frammentazione.<br />
3. L’operatore ispeziona il terreno col metal detector e contrassegna le zone sospette.<br />
4. Quando il metal detector rileva la presenza <strong>di</strong> metallo si procede allo scavo <strong>della</strong><br />
superficie fino a raggiungere la profon<strong>di</strong>tà stabilita dallo Standar Operational<br />
Procedures (SOP); nel terreno molle è anche possibile utilizzare una sottile bacchetta<br />
come sonda.<br />
5. Quando l’operatore trova un frammento metallico lo rimuove e ricontrolla la zona col<br />
metal detector.<br />
Nel caso invece che venga trovata una mina il corridoio viene chiuso fino a quando<br />
l’or<strong>di</strong>gno non viene rimosso o <strong>di</strong>strutto me<strong>di</strong>ante una carica esplosiva dal capo-squadra.<br />
Quando il suolo si può ritenere sgombro da mine per la profon<strong>di</strong>tà stabilita l’operatore può<br />
avanzare alla porzione <strong>di</strong> territorio successiva.<br />
I problemi dello sminamento manuale sono i seguenti:<br />
• Il pericolo e le con<strong>di</strong>zioni faticose <strong>di</strong> lavoro cui sono esposti gli sminatori, spesso<br />
costretti a lavorare in climi e terreni ostili, oppressi dal caldo e dagli indumenti<br />
protettivi.<br />
• La lentezza estrema con cui viene portato avanti il processo: si è calcolato che nei<br />
campi minati afgani, ad esempio, la <strong>di</strong>stribuzione delle mine è tale che uno sminatore<br />
può lavorare per mesi senza trovarne nemmeno una.<br />
• L’affidabilità dei metal detector può talvolta <strong>di</strong>mostrarsi insufficiente, come nel caso <strong>di</strong><br />
mine “metal free”, cioè contenenti una bassa quantità <strong>di</strong> metallo. Un altro fattore che<br />
<strong>di</strong>minuisce l’efficacia del metal detector è la presenza <strong>di</strong> terreno ferroso. In questi casi<br />
è necessario procedere allo scavo dell’intera superficie da sminare.<br />
13
1.4.2 Sminamento con animali addestrati<br />
Cani<br />
Viene sfruttato il fiuto <strong>di</strong> cani addestrati per in<strong>di</strong>viduare gli or<strong>di</strong>gni esplosivi.<br />
La tecnica prevede le seguenti fasi:<br />
1. Si pulisce un corridoio <strong>di</strong> circa un metro <strong>di</strong> larghezza intorno alla zona da controllare<br />
2. Un cane addestrato con un guinzaglio lungo quanto il corridoio (tipicamente da 8 a 15<br />
metri) percorre il corridoio fiutando la presenza <strong>di</strong> esplosivi<br />
3. Quando il cane avverte l’odore del TNT si ferma<br />
4. La zona sopravvento viene ricontrollata da un secondo cane e, ove l’esito sia positivo,<br />
viene contrassegnata<br />
5. La zona viene sminata manualmente.<br />
Dopo che una certa porzione <strong>di</strong> territorio è stata ripulita un secondo cane procede per<br />
maggior sicurezza ad un ulteriore controllo.<br />
(Disegno: Prof.J.Trevelyan)<br />
Nel caso in cui ci siano <strong>di</strong>scordanze tra i due cani interviene un operatore che procede<br />
manualmente alla localizzazione o meno dell’or<strong>di</strong>gno.<br />
L’uso <strong>di</strong> cani addestrati risulta più economico rispetto allo sminamento manuale (il costo a<br />
metro quadro è <strong>di</strong> meno <strong>di</strong> un quarto).<br />
L’utilizzo <strong>di</strong> cani addestrati presenta tuttavia i seguenti inconvenienti:<br />
• L’addestramento richiesto è lungo e costoso (tra i 10.000$ e i 100.000$)<br />
• L’addestramento va ripetuto al variare <strong>di</strong> alcuni parametri delle mine.<br />
• Poiché i cani vedono il processo <strong>di</strong> sminamento come un gioco non è possibile imporre<br />
loro più <strong>di</strong> un certo numero <strong>di</strong> ore al giorno, tipicamente quattro.<br />
• E’ <strong>di</strong>fficile quantificare l’affidabilità dei cani al variare delle caratteristiche del<br />
territorio.<br />
14
Galline<br />
Si tratta <strong>di</strong> una nuova tecnica, ancora in fase sperimentale, che consiste nell’addestrare<br />
delle galline a localizzare le mine in modo olfattivo. Quando la gallina localizza l’or<strong>di</strong>gno<br />
esplosivo vi si mette sopra e comincia a covare. Grazie al peso ridotto dell’animale la mina<br />
non esplode e la gallina è libera <strong>di</strong> deporvi un uovo. Al fine <strong>di</strong> consentire la localizzazione<br />
dell’uovo, viene somministrato alla gallina uno speciale mangime che rende l’uovo<br />
fosforescente e quin<strong>di</strong> facile da in<strong>di</strong>viduare.<br />
Tale tecnica sta dando buoni frutti ma presenta l’inconveniente che le galline, in<br />
determinati perio<strong>di</strong>, <strong>di</strong>ventano aggressive e attaccano chiunque si avvicini alla loro cova.<br />
1.4.3 Sistemi meccanici <strong>di</strong> sminamento<br />
Lo sminamento con sistemi meccanici prevede l’impiego <strong>di</strong> macchine. Esistono <strong>di</strong>versi tipi<br />
<strong>di</strong> macchine che vengono impiegate in <strong>di</strong>versi mo<strong>di</strong> ma sempre a fianco dello sminamento<br />
manuale, eccetto che per le macchine che scavano che possono essere considerate le uniche<br />
vere macchine sminatrici.<br />
Flail<br />
Questo sistema risale alla prima guerra mon<strong>di</strong>ale ma è stato riportato alla ribalta nel suo<br />
sviluppo solo a partire dagli anni ’90 con l’emergenza dello sminamento umanitario.<br />
Il sistema si basa, nelle sue molteplici varianti, sul principio comune <strong>di</strong> colpire la mina<br />
interrata me<strong>di</strong>ante un sistema rotante “a perdere”.<br />
In pratica il sistema, montato nella parte anteriore <strong>di</strong> un trattore o <strong>di</strong> un apposito veicolo, è<br />
costituito da un’asse cui sono attaccate, per tutta la larghezza, delle catene con un peso<br />
all’estremità.<br />
(Foto: www.gichd.ch)<br />
Dette catene, poste in rotazione, percuotono il terreno sul quale la macchina sta avanzando.<br />
15
Quando la catena impatta la mina, a seconda dell’impatto, si possono verificare tre eventi:<br />
la rottura, l’espulsione o l’esplosione dell’or<strong>di</strong>gno con conseguente <strong>di</strong>struzione <strong>della</strong><br />
catena.<br />
C)<br />
B)<br />
Senso del moto<br />
(Disegno: www.gichd.ch)<br />
Questo tipo <strong>di</strong> macchine è principalmente usato in fase <strong>di</strong> verifica: dopo che un campo è<br />
stato sminato manualmente, una flail machine viene guidata sul campo in modo da<br />
neutralizzare mine eventualmente sfuggite agli operatori. Se delle mine sono attivate, la<br />
zona viene <strong>di</strong> nuovo controllata manualmente.<br />
Vantaggi:<br />
• Questo sistema assicura una rapida e completa pulizia del terreno non solo da mine a<br />
pressione tra<strong>di</strong>zionali ma anche da mine a frammentazione e UXO.<br />
• Il margine <strong>di</strong> sicurezza è facilmente elevabile me<strong>di</strong>ante l’aumento del numero <strong>di</strong><br />
passate.<br />
Svantaggi:<br />
• E’ possibile che l’espulsione <strong>di</strong> una mina dal terreno porti quest’ultima a ricadere su<br />
una traccia già pulita: in questo caso, ove sia possibile accorgersi dell’accaduto, è<br />
conveniente procedere alla sua rimozione me<strong>di</strong>ante operatore piuttosto che affidare la<br />
sua <strong>di</strong>struzione ad una nuova passata sulla traiettoria<br />
• Le possibilità <strong>di</strong> impiego <strong>di</strong> questo tipo <strong>di</strong> macchine sono limitate da <strong>di</strong>versi fattori<br />
ambientali:<br />
− terreno troppo roccioso con sassi <strong>di</strong> grosse <strong>di</strong>mensioni o troppo paludoso<br />
− presenza <strong>di</strong> alberi fittamente <strong>di</strong>stribuiti<br />
− salite <strong>di</strong> elevata pendenza.<br />
• Su terreni fortemente rocciosi si ha inoltre il pericolo che le mine, invece <strong>di</strong> essere<br />
rimosse o <strong>di</strong>strutte, vengano spostate in anfratti nascosti tra le rocce, questo problema<br />
ha portato al <strong>di</strong>vieto <strong>di</strong> utilizzo in alcune zone come il sud del Libano.<br />
• Le <strong>di</strong>mensioni e la complessità del macchinario ne rendono <strong>di</strong>fficile la logistica e la<br />
gestione in scenari <strong>di</strong>sagiati (come accade per molti paesi interessati da progetti <strong>di</strong><br />
sminamento umanitario e nello Sri Lanka particolarmente) in cui la mancanza <strong>di</strong> strade<br />
e infrastrutture possono rendere un problema il semplice spostamento o la riparazione<br />
in officina specializzata.<br />
A)<br />
A) Impatto <strong>di</strong>struttivo<br />
B) Impatto esplosivo<br />
C) Impatto espulsivo<br />
16
Tiller<br />
Il sistema tiller, solitamente montato su gran<strong>di</strong> trattori, carri armati o veicoli specifici,<br />
consiste in un tamburo rotante fornito <strong>di</strong> denti o punte in acciaio legato.<br />
Il tamburo viene calato nel terreno ad una profon<strong>di</strong>tà compresa tra 0 e 40 cm, messo quin<strong>di</strong><br />
in rotazione comincia il suo lavoro <strong>di</strong> triturazione.<br />
Nel suo avanzamento i denti macinano tutto ciò che incontrano sul loro percorso, nel caso<br />
specifico mine (anche anticarro ove previsto) e piccoli UXO<br />
(Foto: www.gichd.ch)<br />
Quando una mina entra in contatto con il tamburo esso ne provoca la <strong>di</strong>struzione<br />
l’espulsione o l’esplosione.<br />
Il meccanismo <strong>di</strong> funzionamento è illustrato in figura:<br />
Esplosione<br />
Espulsione<br />
Avanzamento<br />
Distruzione<br />
(Disegno: www.gichd.ch)<br />
I flail non colpiscono un bersaglio solo <strong>di</strong>rettamente ma anche con l’onda <strong>di</strong> pressione<br />
attraverso una certa porzione <strong>di</strong> terreno; i tiller limitano invece la loro azione al contatto<br />
<strong>di</strong>retto e la loro efficacia si annulla al <strong>di</strong> sotto <strong>della</strong> profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> passata impostata.<br />
Test condotti dallo Swe<strong>di</strong>sh Explosive Ordnance Disposal and Demining Centre<br />
(SWEDEC) hanno evidenziato alcuni fenomeni che possono portare a un deca<strong>di</strong>mento<br />
delle prestazioni del tiller:<br />
• Grumi <strong>di</strong> detriti tra il tamburo e il terreno sottostante possono inglobare mine<br />
permettendo loro <strong>di</strong> sfuggire alla <strong>di</strong>struzione con danni conseguenti da ininfluenti a<br />
gravi; il fenomeno può essere limitato riducendo la velocità <strong>di</strong> rotazione.<br />
17
• Si può avere seppellimento delle mine nel suolo ad una profon<strong>di</strong>tà maggiore <strong>di</strong> quella<br />
<strong>di</strong> passata; ciò dovrebbe però accadere, secondo il SWEDEC, solo per mine fuori uso o<br />
interrate troppo in profon<strong>di</strong>tà in quanto quelle operative dovrebbero essere portate ad<br />
esplodere dalla grande massa del macchinario sovrastante.<br />
• Rigonfiamenti grumosi del suolo intorno al tamburo possono nascondere all’interno<br />
or<strong>di</strong>gni invisibili ad occhio nudo.<br />
• Si può avere l’espulsione delle mine in <strong>di</strong>rezione del moto, ciò è possibile nel caso in<br />
cui il tamburo, per limitare il seppellimento, ruoti in senso opposto a quello del moto;<br />
<strong>di</strong> solito l’or<strong>di</strong>gno viene poi intercettato più avanti.<br />
• Si possono formare davanti al tamburo delle onde <strong>di</strong> terreno che possono trascinare con<br />
sé mine poco profonde, queste mine scivolano sull’onda come un surf senza mai venire<br />
intercettate se non in un secondo tempo da un esame <strong>degli</strong> accumuli <strong>di</strong> terreno alla fine<br />
delle corsie ripulite.<br />
I sistemi tiller presentano il vantaggio <strong>di</strong> una grande profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> passata (che sod<strong>di</strong>sfa<br />
ampiamente le richieste <strong>degli</strong> standard internazionali).<br />
Anche per i tiller valgono tuttavia le limitazioni già viste per i flails:<br />
• limitate pendenze superabili (non oltre i 30°)<br />
• caduta <strong>di</strong> prestazioni su terreni rocciosi o troppo molli<br />
• gran<strong>di</strong> ingombri<br />
Quest’ultimo <strong>di</strong>fetto è insormontabile in quanto le masse in gioco (fino ad oltre 50<br />
tonnellate) sono necessarie per fornire il peso necessario a mantenere il tamburo alla<br />
profon<strong>di</strong>tà desiderata ed assorbire le onde d’urto delle esplosioni delle mine.<br />
I tiller, pur essendo destinati alla rimozione <strong>di</strong> mine antiuomo, possono tuttavia resistere<br />
quasi sempre (tranne un modello attualmente in commercio) anche all’esplosione <strong>di</strong> una<br />
mina anticarro. Per migliorare questa capacità e preservare meglio il tamburo alcuni tiller 7<br />
combinano il sistema a denti con un sistema a catene <strong>di</strong> tipo flail; quest’ultima soluzione<br />
presenta inoltre il vantaggio, già visto precedentemente, <strong>di</strong> poter <strong>di</strong>struggere o far<br />
esplodere una mina anche me<strong>di</strong>ante la sola onda d’urto, senza un contatto <strong>di</strong>retto.<br />
Scavo meccanico<br />
Il sistema <strong>di</strong> scavo è il più semplice ed è anche quello che offre maggiori garanzie nella<br />
rimozione <strong>degli</strong> or<strong>di</strong>gni. Una pala montata su un buldozer, una macchina da lavoro o un<br />
qualunque veicolo ad uso civile adatto allo scopo raccoglie una determinata quantità <strong>di</strong><br />
terreno potenzialmente minato e la trasferisce in luogo a<strong>di</strong>bito a compiere un’ispezione<br />
completa. La terra e i detriti, una volta ripuliti da or<strong>di</strong>gni pericolosi, vengono quin<strong>di</strong><br />
riportati al loro posto.<br />
Il processo <strong>di</strong> sminamento con scavo meccanico consta <strong>di</strong> quattro fasi principali:<br />
1. Viene in<strong>di</strong>viduato e delimitato il perimetro dell’area da sminare<br />
2. Il terreno potenzialmente minato viene scavato con macchine <strong>di</strong> uso comune ponendo<br />
attenzione a non caricare le pale oltre il 75% <strong>della</strong> loro capienza (circa 2.5 mc) per<br />
evitare tracimamenti <strong>di</strong> terreno. Alcuni macchinari sono in grado <strong>di</strong> compiere già il<br />
7 Il Rheinmetall Landsysteme Rhino e il STS MineWolf<br />
18
processo <strong>di</strong> separazione del terreno dalle mine in loco mentre percorrono la loro<br />
traiettoria all’interno <strong>della</strong> zona pericolosa.<br />
3. Il terreno scavato viene processato in vari mo<strong>di</strong>: me<strong>di</strong>ante un setaccio montato<br />
<strong>di</strong>rettamente sulla pala o in una zona a<strong>di</strong>acente al terreno, me<strong>di</strong>ante ispezione da parte<br />
<strong>di</strong> un operatore o, infine, me<strong>di</strong>ante un trituratore meccanico che sbriciola il terreno<br />
preventivamente ripulito, me<strong>di</strong>ante metal detector, da UXO e mine anticarro.<br />
4. Il terreno processato viene a questo punto abbandonato sul posto oppure ri<strong>di</strong>stribuito;<br />
ciò avviene in maniera automatica quando il setaccio è a bordo <strong>della</strong> macchina.<br />
I macchinari utilizzati sono spesso macchinari <strong>di</strong> uso comune più o meno mo<strong>di</strong>ficati;<br />
alcuni buldozer vengono ad esempio dotati <strong>di</strong> una griglia davanti alla pala per garantire la<br />
protezione dalle mine anticarro, altri scavatori sono muniti <strong>di</strong> setacci…<br />
Per migliorare la logistica dello sminamento si tende a ridurre quanto possibile la <strong>di</strong>stanza<br />
tra la zona <strong>di</strong> scavo e la zona <strong>di</strong> ispezione. Le caratteristiche delle macchine <strong>di</strong> scavo<br />
permettono, rispetto a flail e tiller, una maggiore flessibilità nel superamento <strong>di</strong> ostacoli<br />
come fossi, macerie etc.<br />
Quando la macchina non è in grado <strong>di</strong> eseguire da sola le operazioni <strong>di</strong> setaccio è<br />
necessario adottare un altro macchinario per provvedervi in zona <strong>di</strong> ispezione. Allo scopo<br />
si utilizzano i sistemi Land Mine Disposal System (LMDS); il Mineworm <strong>della</strong> Redbus, ad<br />
esempio, vede integrati in una stessa macchina sia il sistema <strong>di</strong> scavo che il quello <strong>di</strong><br />
setaccio: è infatti presente un magnete in grado <strong>di</strong> trattenere i pezzi metallici più gran<strong>di</strong>; il<br />
terreno ripulito viene poi rilasciato dal retro.<br />
(Foto: www.gichd.ch)<br />
La tecnica <strong>di</strong> scavo presenta i seguenti vantaggi economici rispetto alle tecniche usate nelle<br />
macchine flail e tiller:<br />
• I macchinari <strong>di</strong> scavo sono spesso <strong>di</strong>sponibili facilmente essendo mo<strong>di</strong>ficabili da altri<br />
<strong>di</strong> uso civile<br />
• Una volta concluso il lavoro i macchinari possono essere riconvertiti alla loro funzione<br />
originale.<br />
• Il processo assicura una maggiore affidabilità in termini <strong>di</strong> mine neutralizzate in<br />
rapporto al totale <strong>di</strong> mine presenti.<br />
19
Il trituratore – setacciatore è costruttivamente più complesso e <strong>di</strong> più <strong>di</strong>fficile reperibilità<br />
rispetto ai semplici escavatori.<br />
La maggiore lentezza del proce<strong>di</strong>mento rispetto a flail e tiller è compensata dalla qualità<br />
superiore e dall’accuratezza del processo.<br />
Anche questo tipo <strong>di</strong> macchine hanno il <strong>di</strong>fetto <strong>di</strong> avere gran<strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni che ne limitano<br />
l’utilizzo in zone impervie o <strong>di</strong>fficilmente raggiungibili da mezzi pesanti.<br />
Sistema a rotolamento<br />
Consistono in un insieme <strong>di</strong> <strong>di</strong>schi o ruote d’acciaio <strong>di</strong> massa elevata collegati ad un asse<br />
flessibile e posti in rotazione. La macchina avanza calpestando le mine antiuomo (non è<br />
generalmente in grado <strong>di</strong> resistere a mine anticarro) provocandone, ove attive, l’esplosione.<br />
(Foto: www.gichd.ch)<br />
La limitazione fondamentale consiste nel fatto che si possono <strong>di</strong>struggere solo le mine<br />
attive e la cui profon<strong>di</strong>tà ne permette l’innesco. Questo sistema risulta essere dunque utile<br />
non tanto per lo sminamento vero e proprio quanto per la rilevazione dei confini <strong>di</strong> un<br />
campo minato o la verifica dell’effettiva bonifica <strong>di</strong> un’area sminata con altri meto<strong>di</strong><br />
Questa machina ha la qualità <strong>di</strong> essere semplice nell’architettura tanto che molte versioni<br />
sono fatte in modo quasi artigianale nei luoghi <strong>di</strong> utilizzo.<br />
Un’alternativa è quella <strong>di</strong> montare ruote in acciaio su veicoli pesanti commerciali e a<strong>di</strong>biti<br />
ad utilizzi <strong>di</strong>versi.<br />
(Foto: www.gichd.ch)<br />
20
Questa soluzione ha tuttavia il <strong>di</strong>fetto <strong>di</strong> lasciare del tutto inesplorato lo spazio tra le ruote<br />
rendendo lenta l’operazione <strong>di</strong> controllo.<br />
La parte logistica risulta in questo caso semplificata in quanto è sufficiente raggiungere il<br />
luogo <strong>di</strong> lavoro con il veicolo attrezzato con normali ruote gommate e con a bordo le ruote<br />
in acciaio; queste vengono quin<strong>di</strong> montate, utilizzate e smontate a lavoro effettuato.<br />
21
2 <strong>Taglio</strong> <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong><br />
2.1 Ausilio <strong>della</strong> tecnologia nelle operazioni <strong>di</strong> sminamento<br />
Il largo uso che si è fatto negli anni passati delle mine anti-uomo e anti-veicolo e la<br />
presenza <strong>di</strong> UXO (Unexploded Ordnance, Munizioni Inesplose) sui territori <strong>di</strong> guerra rende<br />
estremamente vasta l’estensione delle zone da sminare e mettere in sicurezza.<br />
Ancora oggi la tecnica principale <strong>di</strong> sminamento è manuale: l’operatore provvede in prima<br />
persona alla rimozione <strong>degli</strong> or<strong>di</strong>gni.<br />
Questo rende le operazioni <strong>di</strong> rimozione <strong>di</strong> materiale esplodente da un territorio lente<br />
(0.0037 m/s nella regione Vanni dello Sri Lanka) e potenzialmente pericolose per gli<br />
operatori.<br />
Appare quin<strong>di</strong> evidente come compito <strong>della</strong> tecnologia sia quello <strong>di</strong> fornire al personale<br />
operante nel settore nuovi sistemi per renderne i compiti più facili, veloci e sicuri.<br />
La tecnologia che viene messa a <strong>di</strong>sposizione <strong>degli</strong> addetti allo sminamento deve<br />
rispondere a determinate caratteristiche tali da renderla preferibile al sistema tra<strong>di</strong>zionale.<br />
Tali caratteristiche sono le seguenti:<br />
• Deve avere un costo così ridotto da poter essere competitiva con il sistema<br />
manuale. Lo stipen<strong>di</strong>o <strong>di</strong> uno sminatore, in Sri Lanka, è <strong>di</strong> 100 $.<br />
• Deve essere più rapida del sistema manuale. Ciò comporta una velocità <strong>di</strong> processo<br />
superiore a 0.0037 m/s.<br />
• Deve avere grado <strong>di</strong> sicurezza ed efficienza paragonabile a quello del sistema<br />
manuale.<br />
• Deve essere adeguata, nel suo livello <strong>di</strong> sofisticazione, alle capacità e alle<br />
conoscenze <strong>degli</strong> operatori. Questo comporta la possibilità <strong>degli</strong> stessi <strong>di</strong> poterla<br />
utilizzare senza tempi <strong>di</strong> addestramento eccessivi; <strong>di</strong> poterla riparare senza dover<br />
fare ogni volta ricorso a strumenti e conoscenze <strong>di</strong> cui non siano in possesso; <strong>di</strong><br />
poterla infine utilizzare avendo completa fiducia nelle sue capacità<br />
Da uno stu<strong>di</strong>o condotto dal PMARlab nell’ambito del progetto Europeo EUDEM2 durante<br />
il 2004, risulta che gli operatori sentono la necessità <strong>di</strong> una macchina in grado <strong>di</strong> rimuovere<br />
la <strong>vegetazione</strong> e sono unanimi nel richiedere che tale macchina sia <strong>di</strong> peso e <strong>di</strong>mensioni<br />
contenute. Tale macchina deve inoltre avere le seguenti caratteristiche:<br />
• Deve essere facile da utilizzare nella maggior parte delle con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> lavoro per<br />
cui è stata pensata: una macchina considerata poco ergonomica o complicata da<br />
utilizzare tende infatti a restare inutilizzata essendogli preferiti i sistemi<br />
tra<strong>di</strong>zionali.<br />
• Deve essere robusta ed affidabile in tutte le con<strong>di</strong>zioni operative per la quale è stata<br />
progettata: una macchina soggetta a guasti frequenti risulta costosa e fa rallentare il<br />
processo <strong>di</strong> sminamento.<br />
Il sistema che ci si propone <strong>di</strong> sviluppare dovrà quin<strong>di</strong> rispondere a queste caratteristiche e<br />
dovrà quin<strong>di</strong> essere economico, veloce, facile da utilizzare e da mantenere e <strong>di</strong> concezione<br />
così semplice da poter essere facilmente accettato e utilizzato dagli operatori sul campo.<br />
22
2.2 Vegetazione<br />
I campi minati sono spesso ricoperti da fitta <strong>vegetazione</strong>.<br />
Un campo minato, in quanto tale, rimane inoltre inaccessibile per lungo tempo e la<br />
<strong>vegetazione</strong> è quin<strong>di</strong> libera <strong>di</strong> crescere incontrastata.<br />
Se si guarda inoltre alla figura <strong>di</strong> pag. 4 che riporta la mappa delle aree minate del pianeta,<br />
si noterà come molte <strong>di</strong> esse si trovino in zone climatiche tali fa favorire in modo<br />
particolare la crescita <strong>di</strong> una fitta <strong>vegetazione</strong>: alcune zone del centro America, l’Africa<br />
sub-sahariana, i paesi dell’ex Jugoslavia, il sud est asiatico…<br />
Nella foto seguente, scattata al confine tra Bosnia e Repubblica Serba, si può notare quanto<br />
sia cresciuta la <strong>vegetazione</strong> in soli 8 anni.<br />
(Foto: Prof. J. Trevelyan)<br />
Nelle due fotografie seguenti, sempre scattate nell’ex-Jugoslavia, si intravede una casa<br />
minata abbandonata per un uguale periodo.<br />
(Foto: Prof. J. Trevelyan)<br />
Il processo <strong>di</strong> sminamento è fortemente ostacolato dalla presenza <strong>di</strong> <strong>vegetazione</strong>.<br />
In paesi come la Croazia e la Cambogia, dove la <strong>vegetazione</strong> cresce molto velocemente, la<br />
rimozione <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> assorbe il 75% del tempo totale <strong>di</strong> sminamento.<br />
I sensori, per assolvere al loro compito in modo ottimale, hanno bisogno <strong>di</strong> essere<br />
posizionati quanto più vicini possibile al suolo. Anche i cani possono lavorare meglio se la<br />
<strong>vegetazione</strong> consente loro <strong>di</strong> avvicinare il più possibile il naso al terreno e se non ne<br />
ostacola i movimenti.<br />
23
Il compito <strong>di</strong> rimuovere la <strong>vegetazione</strong> spetta spesso agli stessi operatori che procedono<br />
manualmente all’operazione.<br />
(Foto: Prof.J.Trevelyan)<br />
L’operazione viene condotta progressivamente col procedere dello sminamento e presenta<br />
rischi elevati soprattutto in presenza <strong>di</strong> mine a frammentazione attivate da filo.<br />
Una mina a frammentazione è un or<strong>di</strong>gno esplosivo posato sul terreno in grado <strong>di</strong><br />
scagliare, esplodendo, proiettili metallici in tutte le <strong>di</strong>rezioni o in una <strong>di</strong>rezione stabilita per<br />
un raggio che raggiunge i 150 m.<br />
Questa mina è attivata dalla trazione <strong>di</strong> un filo e ciò può avvenire, durante il taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong>, anche per il semplice movimento <strong>di</strong> un cespuglio.<br />
Il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>, pur non essendo un‘operazione <strong>di</strong> sminamento in senso stretto,<br />
aggiunge ulteriori tempo, rischio e fatica a quelli già spesi dagli operatori per la rimozione<br />
vera e propria delle mine.<br />
Appare quin<strong>di</strong> evidente come sia opportuno che i sistemi meccanici <strong>di</strong> ausilio allo<br />
sminamento siano equipaggiati con un sistema che provveda innanzitutto alla rimozione<br />
<strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>.<br />
2.3 <strong>Taglio</strong> <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong><br />
Il presente lavoro è focalizzato sulla progettazione <strong>di</strong> un sistema <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong><br />
da applicare ad un robot sminatore <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni comandato da operatore o in<br />
remoto.<br />
La progettazione e lo sviluppo <strong>di</strong> tale robot sono condotti dal Laboratorio <strong>di</strong> Progettazione<br />
Meccanica Applicata alla Robotica PMAR Lab dell’<strong>Università</strong> <strong>degli</strong> stu<strong>di</strong> <strong>di</strong> Genova.<br />
Il modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> oggetto <strong>della</strong> tesi deve processare la <strong>vegetazione</strong> in<br />
modo tale che essa non costituisca intralcio per il lavoro <strong>di</strong> sminamento del robot. Ciò vuol<br />
24
<strong>di</strong>re che esso dovrà essere in grado sia <strong>di</strong> tagliare la <strong>vegetazione</strong> sia <strong>di</strong> rimuoverla o <strong>di</strong><br />
spostarla ove questo sia necessario all’avanzamento e al lavoro del robot.<br />
Tale <strong>di</strong>spositivo è destinato ad essere impiegato nella regione Vanni in Sri Lanka; per<br />
questo motivo, nonostante la sua struttura possa consentirne l’impiego anche in scenari<br />
<strong>di</strong>fferenti, esso è progettato espressamente per essere utilizzato con il tipo <strong>di</strong> <strong>vegetazione</strong> <strong>di</strong><br />
questa regione.<br />
2.4 Sicurezza<br />
Le mine antiuomo sono or<strong>di</strong>gni progettati allo scopo <strong>di</strong> mutilare più che <strong>di</strong> uccidere il<br />
soggetto che ne provoca l’attivazione: questo perché in uno scenario bellico è più utile<br />
ferire un soldato nemico piuttosto che ucciderlo. Un soldato ferito ha infatti bisogno <strong>di</strong> un<br />
me<strong>di</strong>co che lo assista o <strong>di</strong> uno o due soldati che si prendano cura del suo trasporto al più<br />
vicino centro <strong>di</strong> assistenza e questo moltiplica il danno prettamente numerico che viene<br />
inflitto al nemico dall’or<strong>di</strong>gno esplodente.<br />
Ogni sistema che preveda un controllo <strong>di</strong>retto da parte dell’operatore deve quin<strong>di</strong> fare in<br />
modo che lo stesso si venga a trovare dalla mina ad una <strong>di</strong>stanza superiore a quella minima<br />
<strong>di</strong> sicurezza, <strong>di</strong>versa a seconda del luogo e stabilita dalle organizzazioni non governative<br />
presenti in loco sulla base dei tipi <strong>di</strong> mina presenti.<br />
Molte delle mine in circolazione sono costruite in modo da frantumarsi in schegge che,<br />
proiettate intorno dall’esplosione, feriscano conficcandosi nel corpo delle vittime.<br />
Analogamente, gli UXO se sollecitati con forti pressioni o sottoposti a movimenti bruschi<br />
come quelli che può indurre una macchina, si comportano come mine a frammentazione,<br />
espellendo a velocità molto elevate frammenti dell’involucro in metallo.<br />
Il sistema <strong>di</strong> sminamento deve quin<strong>di</strong> provvedere ad un’adeguata protezione dell’operatore<br />
me<strong>di</strong>ante blindatura o schermatura <strong>della</strong> sua postazione a bordo del mezzo.<br />
Questi accorgimenti non sono necessari nel caso in cui la macchina sia controllata<br />
dall’operatore in remoto o sia autonoma.<br />
2.5 Efficienza<br />
Il sistema <strong>di</strong> sminamento deve essere in grado <strong>di</strong> rimuovere la totalità <strong>degli</strong> or<strong>di</strong>gni<br />
esplosivi presenti nell’area in cui opera alla profon<strong>di</strong>tà stabilita. Il valore <strong>di</strong> tale profon<strong>di</strong>tà<br />
varia ed è caratteristico <strong>di</strong> ogni paese<br />
Il tempo necessario a portare a termine l’operazione deve essere inferiore a quello<br />
impiegato da un operatore che processi il terreno manualmente (0.0037 m/s).<br />
Il costo dell’operazione deve essere inferiore al costo che avrebbe la stessa nel caso che<br />
fosse condotta manualmente.<br />
25
2.6 Sistemi meccanici <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong><br />
Il problema del taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> interessa ogni macchina che si debba muovere in<br />
un territorio caratterizzato da una <strong>vegetazione</strong> tale da annullare o <strong>di</strong>minuire l’efficacia <strong>della</strong><br />
stessa.<br />
Nel corso <strong>degli</strong> anni sono state proposte varie tecnologie per la rimozione <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong>. Le più recenti utilizzano tutte un cilindro rotante munito <strong>di</strong> coltelli o martelli<br />
tipo trinciatutto in grado <strong>di</strong> rimuovere sia la <strong>vegetazione</strong> sia un certo strato <strong>di</strong> terreno<br />
superficiale.<br />
Di seguito ne sono illustrati alcuni dei più recenti, tratti dal Mechanical Demining<br />
Equipment Catalogue 2004.<br />
BDM 48 Brusher Deminer<br />
Descrizione generale<br />
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)<br />
Il BDM48 è montato su un escavatore cingolato Case 9040 con blindatura <strong>di</strong> protezione<br />
per il braccio e per l’operatore. Presenta un sistema <strong>di</strong> smorzamento che utilizza valvole a<br />
rilascio rapido nel circuito idraulico per proteggere il braccio dai contraccolpi dovuti alle<br />
esplosioni.<br />
Il motore primo ha un’apposita cabina <strong>di</strong>segnata per resistere all’esplosione <strong>di</strong> mine<br />
anticarro e proiettili d’artiglieria fino a 105 mm.<br />
La macchina fornisce le seguenti caratteristiche generali <strong>di</strong> progetto:<br />
• Sicurezza per l’operatore che opera in area già pulita<br />
• Rimuove la <strong>vegetazione</strong> preparando il terreno per altre operazioni <strong>di</strong> sminamento<br />
• Elimina la minaccia <strong>di</strong> fili d’attivazione<br />
• Elimina o riduce la minaccia <strong>di</strong> mine antiuomo neutralizzando gli or<strong>di</strong>gni.<br />
26
Metodologia <strong>di</strong> lavoro<br />
Il Pro Mac BDM 48 Brushcutter Deminer è un sistema a cilindro rotante che rimuove<br />
cespugli e canne <strong>di</strong> bambù. E’ inoltre in grado <strong>di</strong> frantumare mine anti-uomo fino a una<br />
profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> 200 mm. Il raggio d’azione massimo a livello del terreno è <strong>di</strong> 9 m.<br />
Il tamburo ruota con le sue 23 lame ad una velocità <strong>di</strong> 2300 giri/min e copre una larghezza<br />
<strong>di</strong> lavoro <strong>di</strong> 1220 mm.<br />
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)<br />
Vantaggi:<br />
• L’attrezzo combina il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> con la capacità <strong>di</strong> eliminare<br />
puntualmente le mine anti-uomo.<br />
• Penetra attraverso ra<strong>di</strong>ci e terreno accidentato.<br />
• Lavora intorno agli ostacoli<br />
• Ha la capacità <strong>di</strong> <strong>di</strong>struggere tutte le mine fino ad una profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> 200 mm.<br />
Svantaggi:<br />
• Il BDM 48 non è progettato per la neutralizzazione <strong>di</strong> mine anti-carro.<br />
• Il sistema completo, con l’escavatore corazzato, pesa 34 tonnellate: per trasporti su<br />
lunghe <strong>di</strong>stanze è necessario un rimorchio.<br />
• La profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> passata è limitata a 200 mm.<br />
• E’ necessario un operatore <strong>di</strong> grande esperienza.<br />
• La produttività è limitata dalla necessità <strong>di</strong> operare da un’area sicura.<br />
27
Digger D-1<br />
Descrizione generale<br />
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)<br />
Il Digger D-1 è un taglia-<strong>vegetazione</strong> leggero, controllato in remoto, sviluppato dalla ONG<br />
Svizzera Digger DTR (Demining Technologies Research) con esperienza <strong>di</strong> sminamento in<br />
Croazia e in Cambogia.<br />
Il veicolo consiste in un guscio blindato la cui forma a V aiuta a ridurre i danni causati<br />
dall’esplosione <strong>di</strong> mine anti-uomo o <strong>di</strong> or<strong>di</strong>gni inesplosi.<br />
L’attrezzo <strong>di</strong> taglio, che può essere sia un flail che un trinciatutto, è applicato nella parte<br />
anteriore del veicolo.<br />
Il sistema è controllato fino ad una <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> 300 m da un operatore posizionato <strong>di</strong>etro<br />
uno scudo in linea visiva.<br />
Secondo il costruttore il sistema flail è in grado <strong>di</strong> neutralizzare mine antiuomo in<br />
superficie. E’ <strong>di</strong>mostrato inoltre che l’attrezzo <strong>di</strong> taglio è in grado <strong>di</strong> rimuovere, se li<br />
incontra, eventuali fili <strong>di</strong> attivazione.<br />
Nonostante il suo aspetto robusto la macchina non può operare in aree in cui è sospettata la<br />
presenza <strong>di</strong> mine anticarro.<br />
Metodologia <strong>di</strong> lavoro<br />
Il rotore sull’unità <strong>di</strong> taglio opera approssimativamente a 500 giri/min e utilizza 44<br />
scalpelli regolabili per rimuovere <strong>vegetazione</strong> fitta ed alberi. La massima profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong><br />
taglio è <strong>di</strong> 2 cm sopra il livello del terreno.<br />
Per incrementare la profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> taglio è stata sviluppata, dopo test preliminari in Albania,<br />
un’unità flail. Il rotore opera a 500 giri/min utilizzando 40 catene <strong>di</strong> 50 cm con martelli <strong>di</strong><br />
acciaio indurito alle estremità. La profon<strong>di</strong>tà è regolabile manualmente da 5 cm sopra il<br />
livello del terreno a 5 cm sotto il livello del terreno.<br />
Questo concetto <strong>di</strong> attrezzo multiplo è destinato ad essere applicato alla nuova evoluzione<br />
<strong>della</strong> macchina. Per il Digger 2 sono stati progettati una pala e vari attrezzi per la riduzione<br />
delle aree minate che conferiranno alla macchina la possibilità <strong>di</strong> effettuare una grande<br />
varietà <strong>di</strong> compiti <strong>di</strong> sminamento.<br />
28
Vantaggi:<br />
• La macchina è manovrabile e facile da trasportare.<br />
• Il trasporto può avvenire in un container da 6 metri munito <strong>di</strong> una piccola officina.<br />
• Capacità superiore alla me<strong>di</strong>a <strong>di</strong> operare su pendenze elevate.<br />
• Disegno leggero e robusto.<br />
• Versatilità <strong>di</strong> impiego (con gli altri accessori).<br />
Svantaggi:<br />
• Il sistema è progettato per operare in aree dove siano presenti esclusivamente mine<br />
antiuomo.<br />
• Difficoltà ad operare a <strong>di</strong>stanze superiori a 200 m.<br />
Komatsu PC60 Vegetation Cutter<br />
Descrizione generale<br />
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)<br />
Il Komatsu PC 60 Vegetation Cutter combina il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> con il livellamento<br />
del terreno. La macchina è dotata <strong>di</strong> una pesante blindatura per la cabina dell’operatore, il<br />
serbatoio del carburante, il serbatoio dell’impianto idraulico e il motore.<br />
Il sistema non è in grado <strong>di</strong> sopportare l’esplosione <strong>di</strong> una mina anti-carro; test condotti<br />
utilizzando mine potenti come OZM3 e M18A1 confermano invece la capacità del sistema<br />
<strong>di</strong> resistere all’esplosione <strong>di</strong> mine anti-uomo.<br />
A causa del peso complessivo elevato (10.000 kg) la macchina risulta poco pratica per<br />
l’utilizzo in aree mancanti <strong>di</strong> un’efficiente rete stradale.<br />
Il basso consumo me<strong>di</strong>o <strong>di</strong> carburante e l’architettura robusta sono pensati per ridurre i<br />
costi operativi <strong>della</strong> macchina.<br />
29
Metodologia <strong>di</strong> lavoro<br />
L’unità <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> taglia arbusti con <strong>di</strong>ametro fino a 100 mm con una<br />
larghezza <strong>di</strong> lavoro <strong>di</strong> 1000 mm. Il cilindro rotante dell’unità <strong>di</strong> taglio è fissato su un<br />
braccio a comando idraulico con raggio d’azione <strong>di</strong> 6.7 m.<br />
Vantaggi:<br />
• Una rete <strong>di</strong> spe<strong>di</strong>zioni internazionali fornisce accesso ai pezzi <strong>di</strong> ricambio<br />
Svantaggi:<br />
• Il peso è elevato.<br />
• Gli spostamenti a me<strong>di</strong>e e gran<strong>di</strong> <strong>di</strong>stanze sono con<strong>di</strong>zionate dall’efficienza <strong>della</strong> rete<br />
stradale del territorio<br />
• La macchina non è in grado <strong>di</strong> resistere a mine anti-carro.<br />
• La capacità <strong>di</strong> taglio è limitata a tronchi <strong>di</strong> 100 mm <strong>di</strong> <strong>di</strong>ametro.<br />
Hydrema M1220 Light Armoured e R1820<br />
Descrizione generale<br />
(Foto: Mechanical Demining Equipment Catalogue 2004)<br />
La macchina Hydrema M1220 Light Armoured è basata su un escavatore commerciale<br />
Hydrema. Il braccio è <strong>di</strong>sponibile nella versione a uno o a due segmenti. Nel ruolo <strong>di</strong><br />
escavatore la macchina può essere dotata <strong>di</strong> tre <strong>di</strong>fferenti benne. La cabina dell’operatore è<br />
dotata <strong>di</strong> blindatura in grado <strong>di</strong> resistere a esplosioni, frammenti e proiettili fino a 7.62 mm<br />
(NATO). La cabina è montata al telaio tramite una piattaforma in gomma per ridurre i<br />
rumori. La macchina è a 4 ruote motrici permanenti con una marcia in grado <strong>di</strong> farle<br />
raggiungere una velocità <strong>di</strong> 30 km/h su strade pavimentate.<br />
La versione Hydrema R 1820 è invece un potente escavatore con capacità fino a 18-20<br />
tonnellate. E’ dotato <strong>di</strong> configurazione a due bracci per estendere raggio d’azione, altezza e<br />
raggio <strong>di</strong> rotazione frontale bassa. La macchina può essere equipaggiata con vari tipi <strong>di</strong><br />
cingoli a seconda delle caratteristiche del terreno. La cabina è dotata <strong>di</strong> blindatura in grado<br />
<strong>di</strong> resistere a frammenti e proiettili <strong>di</strong> livello C4 in accordo alla normativa DIN 52290.<br />
Una strumentazione computerizzata fornisce all’operatore informazioni come il tempo <strong>di</strong><br />
marcia e la programmazione <strong>degli</strong> interventi manutentivi.<br />
30
Metodologia <strong>di</strong> lavoro<br />
Il M1220 Light Armoured è usato principalmente per il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>. Il<br />
decespugliatore ha una larghezza <strong>di</strong> lavoro <strong>di</strong> 1000 mm con 18 lame montate su un cilindro<br />
rotante <strong>di</strong> 100 mm <strong>di</strong> <strong>di</strong>ametro. Il braccio del Hydrema può portare il decespugliatore da<br />
392 kg fino ad una <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> 8,5 m. Con la benna scavatrice il braccio può estendere il<br />
suo raggio d’azione fino a 9,4 m. Il M1220 ha un peso <strong>di</strong> 7.000 kg.<br />
Il R1820 è una macchina multifunzione che può essere usata anche per il taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong>.<br />
Vantaggi e svantaggi non sono resi noti dalla casa produttrice ma è possibile assimilare le<br />
caratteristiche generali dell’Hydrema M1220 Light Armoured e dell’Hydrema R1820 a<br />
quelle del BDM 48 Brusher Deminer e del Komatsu PC 60 Vegetation Cutter per quanto<br />
riguarda la facilità <strong>di</strong> trasporto e l’impiego da parte <strong>di</strong> personale specializzato.<br />
2.7 Obiettivo <strong>della</strong> tesi<br />
L’idea del progetto proposto nell’ambito <strong>di</strong> questa tesi nasce da una approfon<strong>di</strong>ta analisi<br />
dei sistemi <strong>di</strong> sminamento usati attualmente, prima svolta su dati <strong>di</strong>sponibili in internet da<br />
<strong>di</strong>verse fonti e poi svolta sul campo durante lo stu<strong>di</strong>o eseguito per Eudem2.<br />
Uno dei motivi fondamentali che hanno generato l’interesse a compiere questo stu<strong>di</strong>o è<br />
stato il fatto che nonostante siano molte le macchine proposte per sminare, poche siano<br />
quelle davvero utilizzate sul campo.<br />
Nei quattro paesi visitati, nelle 9 organizzazioni intervistate, in genere le macchine<br />
<strong>di</strong>sponibili erano 1 o 2 unità a organizzazione, solo MgM in Namibia ne usava 9.<br />
Le macchine usate dalla Organizzazione Non Governativa (ONG) MgM sono state tutte<br />
prodotte localmente con l’aiuto dell’esperienza dei fondatori dell’organizzazione,<br />
riadattando allo scopo umanitario tecnologie già mature presenti in loco, mentre le<br />
macchine usate dalle altre organizzazioni sono state specificatamente progettate per lo<br />
sminamento in paesi sviluppati e poi trasferite nei paesi affetti da mine.<br />
Molte delle macchine comprate sul mercato dalle organizzazioni visitate, al momento dello<br />
stu<strong>di</strong>o erano ferme per manutenzione, aspettando che o i pezzi <strong>di</strong> ricambio o gli esperti con<br />
le conoscenze necessarie arrivassero dall’estero.<br />
Essendo ristretto il mercato internazionale <strong>di</strong> macchine per lo sminamento, il costo <strong>di</strong> una<br />
unità è elevato: una piccola macchina flail <strong>di</strong>sponibile sul mercato costa circa 250.000 €.<br />
L’elevato costo è la prima causa dello scarso utilizzo <strong>di</strong> macchine nelle organizzazioni che<br />
si occupano <strong>di</strong> sminamento. Il costo effettivo <strong>di</strong> queste macchine è poi molto maggiore del<br />
costo <strong>di</strong> acquisto perché include anche i pezzi <strong>di</strong> ricambio, la loro spe<strong>di</strong>zione in loco e tutta<br />
la logistica necessaria per far arrivare le macchine sul luogo <strong>di</strong> lavoro. Questo è uno dei<br />
fattori critici perché le macchine sono in genere molto grosse e pesanti e non sono adatte<br />
ad essere trasportate sulle infrastrutture dei paesi in via <strong>di</strong> sviluppo, che sono spesso<br />
fatiscenti e incomplete.<br />
31
La tesi si inserisce all’interno <strong>di</strong> un progetto in corso al Laboratorio <strong>di</strong> Progettazione<br />
Meccanica Applicata alla Robotica (PMARlab) dell’<strong>Università</strong> <strong>di</strong> Genova, dal 2005.<br />
Lo scopo principale del progetto è quello <strong>di</strong> riuscire a realizzare una macchina utile agli<br />
sminatori, funzionante sul campo in 3 anni, specificatamente progettata per operare nella<br />
regione Vanni dello Sri Lanka.<br />
Essendo la comunità internazionale molto chiusa e tra<strong>di</strong>zionalmente poco incline alla<br />
sperimentazione <strong>di</strong> nuove tecniche, forse anche per il fatto che la ricerca finanziata negli<br />
ultimi anni non ha mai prodotto risultati praticamente sfruttabili e la tecnica principale <strong>di</strong><br />
sminamento è ancora quella manuale, grande importanza è stata attribuita a proporre<br />
qualcosa <strong>di</strong> attraente e cre<strong>di</strong>bile, anche se non propriamente <strong>di</strong> alto livello <strong>di</strong> ricerca.<br />
Quin<strong>di</strong> il target del progetto è stato definito come quello <strong>di</strong> sviluppare una macchina<br />
piccola capace <strong>di</strong> tagliare la <strong>vegetazione</strong> e lavorare il terreno portando le mine antiuomo in<br />
superficie. La macchina dovrebbe preparare il terreno allo sminatore in modo da<br />
velocizzare l’attività <strong>di</strong> sminamento complessiva: l’operatore ha il compito <strong>di</strong> controllare il<br />
terreno processato dalla macchina e neutralizzare le mine esposte dalla macchina.<br />
Insieme, più macchine dello stesso tipo possono essere anche impiegate in fase <strong>di</strong> verifica<br />
<strong>della</strong> pulizia <strong>di</strong> un campo minato.<br />
Per la progettazione <strong>della</strong> macchina è stato scelto un approccio <strong>di</strong> tipo modulare, top down.<br />
A partire dalle esigenze raccolte <strong>di</strong>rettamente dagli utilizzatori, gli sminatori <strong>della</strong> ONG<br />
Norwegian People’s Aid (NPA) con cui abbiamo stretto un rapporto <strong>di</strong> collaborazione, è<br />
stato definito il compito che la nuova macchina dovrà assolvere e sono stati concepiti i<br />
moduli meccanici capaci <strong>di</strong> eseguire il compito.<br />
La macchina avrà struttura modulare in quanto a fianco dell’unità motrice saranno<br />
sviluppati 2 end-effector integrabili tra loro, uno de<strong>di</strong>cato al taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> e<br />
l’altro alla lavorazione del terreno e alla rimozione delle mine.<br />
Il progetto riguarda quin<strong>di</strong> la progettazione meccanica <strong>di</strong> tre moduli:<br />
• l’unità motrice<br />
• il modulo per tagliare la <strong>vegetazione</strong><br />
• il modulo per processare il terreno<br />
Inoltre il progetto prevede lo sviluppo del controllo <strong>della</strong> macchina che dovrà essere<br />
eseguito remotamente.<br />
La macchina deve presentare le seguenti caratteristiche:<br />
• Velocità <strong>di</strong> sminamento superiore a 0.0037 m/s<br />
• Peso minore <strong>di</strong> 2000 kg (massimo peso supportato dai veicoli usati generalmente per il<br />
trasporto <strong>di</strong> materiale dal campo <strong>di</strong> accantonamento al campo minato <strong>di</strong> lavoro)<br />
• Dimensioni contenute, minori <strong>di</strong> 5m x 1,8m (<strong>di</strong>mensioni del pianale dei veicoli usati<br />
generalmente per il trasporto <strong>di</strong> materiale dal campo <strong>di</strong> accantonamento al campo<br />
minato <strong>di</strong> lavoro)<br />
32
• Capacità <strong>di</strong> rimuovere gli or<strong>di</strong>gni presenti nell’area <strong>di</strong> impiego alla profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> 15<br />
cm, fissata dalle organizzazioni non governative operanti in loco.<br />
• Capacità <strong>di</strong> rimuovere la <strong>vegetazione</strong> delle zone per la quale è progettata.<br />
• Presenza <strong>di</strong> adeguata protezione per l’operatore.<br />
E’ inoltre auspicabile che risponda per quanto possibile alle seguenti caratteristiche:<br />
• Costo contenuto.<br />
• Facilità <strong>di</strong> utilizzo.<br />
• Semplicità concettuale.<br />
• Semplicità costruttiva.<br />
• Facilità <strong>di</strong> manutenzione or<strong>di</strong>naria e straor<strong>di</strong>naria.<br />
• Robustezza costruttiva.<br />
• Flessibilità <strong>di</strong> utilizzo anche al <strong>di</strong> fuori <strong>di</strong> processi prettamente rivolti allo sminamento.<br />
L’obiettivo specifico del presente lavoro è quello <strong>di</strong> fornire a detto robot un sistema <strong>di</strong><br />
taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> che sia in grado <strong>di</strong> sod<strong>di</strong>sfare i requisiti richiesti.<br />
Nello specifico il modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> in questione deve presentare le<br />
seguenti caratteristiche:<br />
• Capacità <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> <strong>della</strong> regione <strong>di</strong> Vanni in Sri Lanka, cui il robot è<br />
destinato.<br />
• Rispetto delle specifiche richieste al taglio per quanto riguarda la preservazione delle<br />
specie <strong>di</strong> <strong>vegetazione</strong> protette.<br />
• Robustezza<br />
• Facilità <strong>di</strong> intervento nel caso <strong>di</strong> manutenzione or<strong>di</strong>naria e straor<strong>di</strong>naria<br />
• Costo ridotto.<br />
33
3.1 Considerazioni preliminari<br />
3 Analisi preliminari<br />
Lo Sri Lanka è un paese in via <strong>di</strong> sviluppo che basa, al momento, gran parte <strong>della</strong> sua<br />
economia sull’agricoltura. La maggioranza <strong>della</strong> popolazione vive nelle zone rurali.<br />
Le popolazioni delle regioni rurali vivono quasi esclusivamente <strong>di</strong> agricoltura e spesso<br />
provvedono autonomamente al proprio fabbisogno.<br />
E’ necessario quin<strong>di</strong> liberare dalle mine nuovi spazi al fine <strong>di</strong> renderli fruibili per<br />
l’agricoltura. E’ inoltre necessario che i mezzi <strong>di</strong> sminamento siano quanto più economici<br />
possibile.<br />
L’obiettivo del lavoro è dunque quello <strong>di</strong> progettare una macchina multi-funzione in grado<br />
non solo <strong>di</strong> aiutare gli sminatori nelle operazioni <strong>di</strong> rimozione <strong>di</strong> mine e UXO, ma anche <strong>di</strong><br />
assolvere ad altre funzioni <strong>di</strong> uso comune nell’agricoltura.<br />
Dopo un attento esame delle strade e dei mezzi <strong>di</strong> trasporto nella regione si è notato come<br />
la funzionalità dei trasporti interni, che avvengono principalmente su gomma, sia limitata<br />
essenzialmente dalle con<strong>di</strong>zioni <strong>della</strong> rete stradale.<br />
Le strade nella regione sono trafficate. Il manto stradale è in con<strong>di</strong>zioni precarie e spesso<br />
sterrato. Le carreggiate sono strette e rendono poco agevole il passaggio <strong>di</strong> mezzi <strong>di</strong> gran<strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>mensioni.<br />
La macchina dovrà pertanto essere compatta e facile da trasportare.<br />
Il trasporto dovrà essere possibile anche con mezzi <strong>di</strong> ridotte <strong>di</strong>mensioni quali furgoni o<br />
pick-up o carrelli trainati.<br />
3.2 Requisiti <strong>della</strong> macchina<br />
L’obiettivo del progetto in corso al PMARlab è quello <strong>di</strong> progettare una macchina che<br />
possa assolvere al processo <strong>di</strong> sminamento e che possa essere convertita, a lavoro ultimato,<br />
in una macchina agricola.<br />
Il lavoro si è quin<strong>di</strong> orientato verso la realizzazione <strong>di</strong> un end-effector modulare, da<br />
applicarsi ad una comune macchina agricola che risponda a requisiti <strong>di</strong> economicità e<br />
versatilità nelle coltivazioni <strong>della</strong> regione.<br />
Sono state attentamente vagliate le richieste specifiche <strong>degli</strong> operatori sul campo. E’ stato<br />
operato un lungo lavoro preliminare <strong>di</strong> raccolta dati svolto nella regione.<br />
34
Tale lavoro è consistito nell’intervistare il personale civile e militare appartenente alle<br />
organizzazioni che si occupano dello sminamento <strong>della</strong> regione. I dati raccolti sono stati<br />
quin<strong>di</strong> analizzati approfon<strong>di</strong>tamente al fine <strong>di</strong> ottener le principali specifiche <strong>di</strong> progetto.<br />
Gli operatori intervistati hanno espresso il desiderio <strong>di</strong> avere a <strong>di</strong>sposizione piccole<br />
macchine capaci <strong>di</strong> aiutarli nei compiti più noiosi e <strong>di</strong>fficili del loro lavoro: il<br />
<strong>di</strong>ssodamento e la lavorazione del terreno ed il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>.<br />
Ci si è quin<strong>di</strong> orientati allo sviluppo <strong>di</strong> un end-effector costituito da due moduli integrabili<br />
far loro: uno per il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> ed uno per processare il terreno. L’end- effector<br />
sarà applicato su una piccola macchina agricola <strong>di</strong>sponibile in loco.<br />
Nella progettazione particolare attenzione sarà de<strong>di</strong>cata al contenimento dei costi<br />
massimizzando il numero <strong>di</strong> pezzi commerciali <strong>di</strong> larga <strong>di</strong>ffusione che risultano<br />
decisamente più economici e <strong>di</strong> più semplice reperimento rispetto a pezzi costruiti ad hoc;<br />
si cercherà inoltre <strong>di</strong> rendere quanto più facile possibile la manutenzione del mezzo.<br />
La macchina dovrà prestarsi a riparazioni in loco per ridurre le interruzioni nel processo <strong>di</strong><br />
sminamento e per evitare il trasporto verso l’officina meccanica più vicina.<br />
La macchina dovrà infine essere riconvertibile nel suo uso agricolo il più facilmente<br />
possibile; sarà necessario dunque minimizzare costi e tempi <strong>di</strong> lavoro per procedere a tale<br />
operazione. Questo obiettivo è raggiungibile operando sulla macchina <strong>di</strong> base il minor<br />
numero possibile <strong>di</strong> alterazioni.<br />
Sarà inoltre necessario minimizzare l’impiego <strong>di</strong> componenti ad alto contenuto tecnologico<br />
in quanto questi dovranno essere smontati prima <strong>di</strong> procedere alle lavorazioni agricole,<br />
lunghe e gravose, per le quali non sono necessari.<br />
3.3 Scelta <strong>di</strong> massima <strong>della</strong> macchina e sue caratteristiche<br />
E’ stato deciso <strong>di</strong> utilizzare come macchina agricola <strong>di</strong> base un motocoltivatore cui venga<br />
applicato un end-effector composto da due moduli principali: un sistema <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> e un sistema <strong>di</strong> estrazione delle mine dal terreno.<br />
La scelta del motocoltivatore sod<strong>di</strong>sfa le caratteristiche richieste e precedentemente<br />
elencate ma presenta tuttavia alcuni aspetti delicati quali la potenza e la motricità.<br />
Il presente lavoro è in<strong>di</strong>rizzato esclusivamente alla progettazione del modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> senza tuttavia poter prescindere dai problemi <strong>di</strong> interfaccia con il resto <strong>della</strong><br />
macchina e dalla potenza assorbita al sistema complessivo.<br />
La scelta dell’architettura del sistema <strong>di</strong> taglio è quin<strong>di</strong> vincolata non solo al completo<br />
assolvimento delle proprie funzioni ma anche a considerazioni <strong>di</strong> tipo energetico che<br />
devono ridurre quanto più possibile la potenza totale assorbita alla macchina.<br />
35
3.4 Tipologia del territorio e requisiti <strong>di</strong> taglio<br />
Il territorio <strong>della</strong> regione è pianeggiante. Il terreno è argilloso e compatto con forti<br />
presenze ferrose che rendono impossibile l’utilizzo del metal detector per rilevare la<br />
presenza <strong>di</strong> or<strong>di</strong>gni interrati. Non sono presenti rocce <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni apprezzabili.<br />
La <strong>vegetazione</strong> è composta quasi esclusivamente da erba:<br />
o arbusti legnosi <strong>di</strong> <strong>di</strong>ametro inferiore ai 3 mm:<br />
36
Unica eccezione è la presenza <strong>di</strong> palme le cui <strong>di</strong>mensioni possono variare dai piccoli<br />
cespugli <strong>di</strong> piante ancora giovani ad alberi <strong>di</strong> gran<strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni con fusti dritti e sottili <strong>di</strong><br />
decine <strong>di</strong> metri.<br />
La presenza <strong>di</strong> pietre è ridotta: si tratta principalmente <strong>di</strong> blocchetti compatti <strong>di</strong> terra<br />
argillosa e <strong>di</strong> pietre <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni.<br />
Il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> deve garantire la rimozione delle sole foglie e non del fusto delle<br />
palme. La legislatura dello Sri Lanka salvaguarda infatti tutte le palme, in<strong>di</strong>pendentemente<br />
dall’età e dalle <strong>di</strong>mensioni, impedendone l’abbattimento e il danneggiamento.<br />
La pianta risulta infatti essere una delle principali fonti <strong>di</strong> red<strong>di</strong>to per la popolazione che ne<br />
utilizza i frutti e le foglie.L’unica operazione <strong>di</strong> taglio ammessa dalla legislazione vigente è<br />
il taglio delle foglie vicino al fusto. Tale operazione al momento avviene esclusivamente a<br />
mano: gli operatori procedono con una sega a al taglio delle foglie, una ad una. Tale<br />
operazione avviene fino ad un’altezza considerata sufficiente per procedere al lavoro.<br />
37
Bisogna infine considerare la presenza, seppur rara, <strong>di</strong> or<strong>di</strong>gni a frammentazione.<br />
I fili <strong>di</strong> attivazione sono costituiti <strong>di</strong> plastica trasparente con un <strong>di</strong>ametro inferiore al<br />
millimetro; tipicamente viene utilizzato del comune filo da pesca.<br />
Il sistema <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> deve quin<strong>di</strong> essere in grado <strong>di</strong> tagliare:<br />
• erba<br />
• arbusti (<strong>di</strong> <strong>di</strong>ametro inferiore a 3 mm)<br />
• foglie <strong>di</strong> palma<br />
• fili <strong>di</strong> attivazione <strong>di</strong> or<strong>di</strong>gni a frammentazione.<br />
Il taglio dell’erba è atto ad eliminare la <strong>vegetazione</strong> a terra nella quale potrebbe impigliarsi<br />
la macchina causando inceppamenti. La rimozione non è necessaria in quanto, una volta<br />
tagliata e adagiata sul terreno, l’erba non costituisce più un problema.<br />
Gli arbusti, una volta tagliati, possono essere spostati me<strong>di</strong>ante un’opportuna carenatura<br />
del taglia-<strong>vegetazione</strong>.<br />
Il taglio delle foglie <strong>di</strong> palma deve consentire il passaggio senza intoppi <strong>della</strong> macchina in<br />
tutta la sua altezza. Anche in questo caso non è necessario rimuovere le foglie asportate ma<br />
è sufficiente spostarle dalla traiettoria in modo tale che non vadano ad impigliarsi nel<br />
sistema si sminamento vero e proprio o in altre parti <strong>della</strong> macchina.<br />
Il taglio del filo a frammentazione non richiede forza apprezzabile ma è assolutamente<br />
necessario che avvenga in modo netto e preciso. Il taglio deve inoltre avvenire sul limite<br />
estremo <strong>della</strong> larghezza <strong>della</strong> macchina in modo tale che il filo, adagiandosi sul terreno,<br />
non rischi <strong>di</strong> impigliarsi nelle parti imme<strong>di</strong>atamente posteriori al taglia-<strong>vegetazione</strong>.<br />
3.5 Requisiti tecnici<br />
Valgono le considerazioni generali relative alla scelta <strong>della</strong> macchina complessiva.<br />
Il modulo <strong>di</strong> taglio deve possedere alcune caratteristiche fondamentali.<br />
3.5.1 Basso costo<br />
E’ necessario evitare per quanto possibile l’utilizzo <strong>di</strong> materiali pregiati o, comunque,<br />
costosi.<br />
I componenti dovranno avere forme semplici, tali da minimizzare i tempi <strong>di</strong> lavorazione e,<br />
quin<strong>di</strong> il costo.<br />
Le tolleranze <strong>di</strong> lavorazione devono essere le più ampie possibili compatibilmente con il<br />
corretto funzionamento <strong>della</strong> macchina.<br />
Il numero dei <strong>di</strong>versi componenti dovrà essere il minimo e il più unificato possibile (tutti i<br />
coltelli uguali, pochi tipi <strong>di</strong> viti etc.) al fine <strong>di</strong> contenere il numero totale delle lavorazioni e<br />
i volumi <strong>di</strong> spe<strong>di</strong>zione dei pezzi <strong>di</strong> ricambio.<br />
38
3.5.2 Robustezza<br />
I materiali impiegati devono essere robusti, compatibilmente con le limitazioni sui costi<br />
<strong>degli</strong> stessi.<br />
Ogni parte dovrà essere opportunamente sovra<strong>di</strong>mensionata compatibilmente con le<br />
esigenze funzionali e cercando comunque <strong>di</strong> limitare il peso <strong>della</strong> macchina essendo essa<br />
destinata a lavorare a sbalzo.<br />
3.5.3 Minima manutenzione<br />
La lubrificazione delle parti mobili dovrà essere per quanto possibile ridotta o, ad<strong>di</strong>rittura,<br />
assente.<br />
La scelta dei materiali dovrà essere tale da minimizzare le usure delle parti.<br />
Le finiture superficiali e le vernici dovranno essere tali da prevenire il più possibile la<br />
formazione <strong>di</strong> ruggine o incrostazioni.<br />
3.5.4 Facilità <strong>di</strong> montaggio e smontaggio<br />
Il montaggio e lo smontaggio <strong>della</strong> macchina dovranno essere i più agevoli possibili in<br />
modo tale da poter avvenire in tempi brevi e senza l’ausilio <strong>di</strong> utensili particolari.<br />
Ogni parte dovrà essere, per quanto possibile, accessibile da parte dell’operatore.<br />
L’obiettivo ultimo è quello <strong>di</strong> creare una macchina <strong>di</strong> semplicità tale da poter essere<br />
interamente smontata e rimontata con un'unica, apposita, chiave.<br />
3.5.5 Facilità <strong>di</strong> riparazione<br />
Il funzionamento <strong>della</strong> macchina deve essere per quanto possibile semplice in modo da<br />
consentire la riparazione anche a personale non qualificato.<br />
I pezzi dovranno essere per quanto possibile unificati (coltelli uguali etc.) in modo tale da<br />
poter provvedere con pochi componenti <strong>di</strong> ricambio ad un numero elevato <strong>di</strong> sostituzioni.<br />
I materiali dovranno essere facili da saldare o da incollare nel caso si rendano necessarie<br />
riparazioni “<strong>di</strong> fortuna”.<br />
3.5.6 Modularità<br />
La macchina deve essere composta, se possibile, da moduli integrabili tra loro.<br />
Nello specifico è auspicabile che si abbiano due <strong>di</strong>versi moduli de<strong>di</strong>cati al taglio dell’erba<br />
e al taglio delle foglie <strong>di</strong> palma e dei fili <strong>di</strong> attivazione; ciò renderebbe possibile, in caso <strong>di</strong><br />
prati aperti in cui si abbia la certezza dell’assenza <strong>di</strong> or<strong>di</strong>gni a frammentazione, <strong>di</strong> operare<br />
con il solo modulo per l’erba riducendo così la potenza assorbita e l’usura dei moduli<br />
inutilizzati.<br />
39
3.6 Stato dell’arte<br />
Volendo contenere il più possibile i costi ed in mancanza <strong>di</strong> dati sperimentali<br />
sufficientemente precisi riguardanti le caratteristiche strutturali <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> nella<br />
regione, si è deciso <strong>di</strong> esaminare le soluzioni <strong>di</strong>sponibili in commercio per apportarvi<br />
quin<strong>di</strong> le dovute mo<strong>di</strong>fiche in una fase successiva.<br />
3.6.1 Decespugliatori<br />
Il motore mette in rotazione un asse alla cui estremità è fissato un filo <strong>di</strong> plastica o dei<br />
coltelli <strong>di</strong> metallo. Questi ruotano su un piano orizzontale, parallelo al terreno, tagliando <strong>di</strong><br />
netto i fili d’erba o gli arbusti <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni. La velocità <strong>di</strong> rotazione è elevata per<br />
garantire un taglio netto e deciso; nel caso che venga utilizzato il filo <strong>di</strong> plastica come<br />
tagliente, la velocità provvede anche, attraverso la forza centrifuga generata, a mantenere<br />
teso il filo.<br />
Asse<br />
verticale<br />
I decespugliatori vengono utilizzati per piccole porzioni <strong>di</strong> terreno e sono <strong>di</strong> solito<br />
trasportati dall’operatore tramite una cinghia a tracolla.<br />
Nel caso venga utilizzato il filo flessibile, i decespugliatori presentano il vantaggio <strong>di</strong> poter<br />
operare vicino ad ostacoli resistenti come muri o pietre <strong>di</strong> gran<strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni in quanto il<br />
filo, a contatto con essi, si piega facilmente senza trasmettere all’asse contraccolpi<br />
pericolosi.<br />
40
Questo permette <strong>di</strong> pulire anche gli angoli più nascosti e consente una precisione che<br />
nessun altro sistema possiede. Per contro il filo si rompe facilmente e deve essere sostituito<br />
frequentemente.<br />
La <strong>di</strong>mensione <strong>degli</strong> arbusti che è possibile tagliare è inoltre molto ridotta. Anche la<br />
larghezza <strong>della</strong> passata è ridotta e non supera i 30 cm.<br />
La potenza assorbita e <strong>di</strong> circa 1 kW e il prezzo è intorno ai 350 €.<br />
3.6.2 Rasaerba<br />
Il principio costruttivo prevede uno o due coltelli affiancati posti in rotazione intorno ad un<br />
asse verticale. Il principio <strong>di</strong> funzionamento è uguale a quello del decespugliatore.<br />
Asse<br />
verticale<br />
Asse<br />
verticale<br />
I rasaerba vengono utilizzati per il taglio <strong>di</strong> erba tenera su prati all’inglese <strong>di</strong> me<strong>di</strong>e<br />
<strong>di</strong>mensioni.<br />
Il sistema è tipicamente posizionato sotto la macchina che viene spinta dall’operatore<br />
41
I coltelli o il filo si trovano in posizione me<strong>di</strong>ana tra gli assi delle ruote: il sistema, nella<br />
sua normale architettura risulta quin<strong>di</strong> inutilizzabile sui campi minati. La sua eventuale<br />
applicazione è vincolata pertanto a pesanti mo<strong>di</strong>fiche che gli permettano <strong>di</strong> lavorare a<br />
sbalzo anteriormente alla macchina.<br />
Esistono in commercio numerosi modelli.<br />
La potenza minima richiesta da questo tipo <strong>di</strong> macchine si aggira intorno ai 3 kW. La<br />
larghezza <strong>di</strong> taglio è <strong>di</strong> circa 50 cm e il prezzo è nell’or<strong>di</strong>ne dei 300 €.<br />
3.6.3 Trinciaerba o trinciatutto<br />
Si tratta <strong>di</strong> un sistema <strong>di</strong> <strong>di</strong>versa concezione rispetto ai precedenti. In questo caso si ha un<br />
asse orizzontale cui sono fissati per tutta la lunghezza dei coltelli <strong>di</strong> forma particolare. Tali<br />
coltelli sono fissati all’asse me<strong>di</strong>ante anelli metallici che li lasciano quin<strong>di</strong> liberi <strong>di</strong><br />
muoversi. Quando l’asse viene messo in moto la forza centrifuga <strong>di</strong>stende i coltelli che<br />
vanno quin<strong>di</strong> a colpire la <strong>vegetazione</strong>.<br />
Asse<br />
orizzontale<br />
In questo caso si sostituisce alla forma classica dei coltelli una forma più complessa, ad<br />
esempio a Y; questi coltelli si comportano come dei veri e propri martelli colpendo la<br />
<strong>vegetazione</strong> ad alta velocità. Inoltre il loro peso è elevato in modo da sfruttare la grande<br />
inerzia negli urti con arbusti più coriacei.<br />
Il tipo <strong>di</strong> vincolo tra lame e asse le lascia libere <strong>di</strong> arrestare la loro rotazione nel caso<br />
vengano colpite pietre o altri ostacoli duri<br />
42
Invece <strong>di</strong> essere tagliata la <strong>vegetazione</strong> viene completamente sminuzzata e può essere<br />
abbandonata sul posto eliminando quin<strong>di</strong> l’eventuale problema <strong>di</strong> smaltimento.<br />
Nella forma più semplice la macchina viene spinta a mano dall’operatore e presenta<br />
caratteristiche <strong>di</strong> ingombro simili ad un rasaerba con una larghezza <strong>di</strong> passata nell’or<strong>di</strong>ne<br />
<strong>di</strong> 50 cm.<br />
Al contrario delle macchine precedenti, il trinciaerba è in grado <strong>di</strong> tagliare anche cespugli<br />
legnosi e stocchi <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni ma richiede d’altra parte una potenza maggiore,<br />
circa 5 kW ed ha un prezzo molto più elevato: circa 2300 €.<br />
L’attrezzo, simile nel concetto ma profondamente <strong>di</strong>verso nelle <strong>di</strong>mensioni e nel livello <strong>di</strong><br />
evoluzione, può anche essere montato su trattori <strong>di</strong> tutte <strong>di</strong>mensioni, posteriormente, per<br />
piccole macchine, o su un braccio comandato idraulicamente per macchine <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni<br />
più gran<strong>di</strong>.<br />
Quest’ultimo sistema consente <strong>di</strong> operare anche in zone <strong>di</strong>fficili da raggiungere come i<br />
fossi o i pen<strong>di</strong>i scoscesi a lato delle strade.<br />
In questo caso i prezzi salgono ad un or<strong>di</strong>ne <strong>di</strong> grandezza <strong>di</strong>fferente e le potenze in gioco, a<br />
partire da 20 kW circa rendono la soluzione del tutto inattuabile.<br />
43
3.6.4 Barre falcianti<br />
La barra falciante consiste in due schiere dritte <strong>di</strong> denti piatti in grado <strong>di</strong> traslare l’una<br />
rispetto all’altra in moto alternato con un funzionamento analogo a quello <strong>di</strong> una forbice.<br />
Piano orizzontale<br />
Questo sistema è in grado <strong>di</strong> tagliare sia la normale erba sia arbusti <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni.<br />
Rispetto alle soluzioni precedenti, si ha in questo caso una maggiore modularità: la barra<br />
può essere infatti applicata anteriormente ad un normale motocoltivatore come accessorio e<br />
non necessita <strong>di</strong> una macchina costruita ad hoc.<br />
Il meccanismo risulta inoltre semplice dal punto <strong>di</strong> vista costruttivo. Ciò favorisce la<br />
manutenzione e conferisce una grande flessibilità poiché la lunghezza e il montaggio<br />
possono essere variati semplicemente sostituendo i due telai che supportano le due schiere<br />
<strong>di</strong> denti.<br />
La potenza me<strong>di</strong>amente richiesta da una barra falciante è <strong>di</strong> circa 4 kW per una lunghezza<br />
<strong>di</strong> circa 120 cm. Il prezzo del solo attrezzo è <strong>di</strong> circa 500 € comprensivo <strong>della</strong> barra e del<br />
telaio con la trasmissione da attaccare alla macchina.<br />
44
3.7 Architetture esaminate<br />
Prima <strong>di</strong> procedere alla scelta definitiva <strong>di</strong> un’architettura per il taglia-<strong>vegetazione</strong> in<br />
oggetto, si è preferito impostare una soluzione costruttiva per ciascuno dei tre principali<br />
sistemi <strong>di</strong> taglio esaminati.<br />
Attraverso l’utilizzo del mo<strong>della</strong>tore solido si sono pertanto immaginate tre architetture<br />
possibili che, sebbene solamente impostate, hanno fornito utili informazioni per la scelta<br />
progettuale definitiva.<br />
Di seguito sono brevemente riportate le figure dei modelli soli<strong>di</strong> costruiti e le<br />
considerazioni effettuate.<br />
3.7.1 Soluzione 1<br />
La prima soluzione presa in considerazione è stata quella <strong>di</strong> procedere al taglio me<strong>di</strong>ante<br />
fili controrotanti come nel decespugliatore o me<strong>di</strong>ante coltelli come per il rasaerba.<br />
La figura si riferisce solamente al taglio orizzontale ma il telaio è progettato per accogliere<br />
facilmente i due moduli per il taglio verticale delle foglie <strong>di</strong> palma.<br />
Si noti come il filo o i coltelli ruotino intorno alla copia <strong>di</strong> assi Ac; per evitare la presenza<br />
<strong>di</strong> zone morte si adotta una piccola sovrapposizione, <strong>di</strong> qui la necessità <strong>di</strong> avere gli assi<br />
controrotanti.<br />
Ac<br />
Ac<br />
45
Questa soluzione presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:<br />
Vantaggi:<br />
• La potenza assorbita è ridotta<br />
• La macchina tende a triturare la <strong>vegetazione</strong> favorendone lo smaltimento<br />
• Nel caso <strong>di</strong> filo, questo non si rompe a contatto con pietre anche grosse e piantate nel<br />
terreno<br />
• Nel caso <strong>di</strong> coltelli, questi non devono essere sostituiti frequentemente ma è sufficiente<br />
un’affilatura perio<strong>di</strong>ca.<br />
Svantaggi:<br />
• La cinematica <strong>della</strong> macchina è più complessa nella <strong>di</strong>stribuzione dei moti rispetto ad<br />
altre soluzioni.<br />
• La macchina deve essere costruita “ad hoc”<br />
• I moduli per il taglio verticale devono essere costruiti “ad hoc”.<br />
• Nel caso <strong>di</strong> filo, la sua sostituzione può essere problematica e non può avvenire<br />
frequentemente: sarebbe meglio che non fosse necessaria per almeno tutta la giornata<br />
• Nel caso <strong>di</strong> coltelli, questi possono rompersi al contatto con pietre grosse o<br />
parzialmente interrate.<br />
3.7.2 Soluzione 2<br />
Questa soluzione prevede <strong>di</strong> trasmettere il moto ad un asse orizzontale Ac provvisto <strong>di</strong><br />
coltelli o catene che triturano erba ed arbusti al loro passaggio, come nel caso del<br />
trinciaerba.<br />
Ac<br />
46
Questa soluzione presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:<br />
Vantaggi<br />
• La cinematica è semplice<br />
• La macchina è robusta<br />
• La macchina può essere utilizzata in una grande varietà <strong>di</strong> scenari perché può<br />
<strong>di</strong>struggere arbusti anche grossi<br />
• La <strong>vegetazione</strong> viene completamente triturata eliminando del tutto il problema dello<br />
smaltimento<br />
Svantaggi:<br />
• La potenza richiesta è molto elevata.<br />
• La macchina deve essere costruita “ad hoc” e l’impiego <strong>di</strong> parti in commercio è<br />
limitato.<br />
• Il peso è elevato<br />
3.7.3 Soluzione 3<br />
Questa soluzione prevede <strong>di</strong> utilizzare una barra falciante per il taglio orizzontale e due<br />
barre falcianti per il taglio verticale con assemblaggio modulare.<br />
47
In questo caso si <strong>di</strong>spongono tre barre falcianti come in figura: una orizzontale e due<br />
verticali che provvedano al taglio dell’erba e delle foglie <strong>di</strong> palma rispettivamente.<br />
Le lunghezze delle barre possono variare a seconda delle esigenze e <strong>degli</strong> ingombri <strong>della</strong><br />
macchina.<br />
Questa soluzione presenta i seguenti vantaggi e svantaggi:<br />
Vantaggi<br />
• Ottima modularità<br />
• Ridotte potenze assorbite.<br />
• E’ in grado <strong>di</strong> tranciare nettamente i fili <strong>di</strong> attivazione delle mine a frammentazione<br />
senza provocarne l’esplosione<br />
• Va bene anche per <strong>vegetazione</strong> resistente<br />
• Si può usare anche nel taglio verticale per le foglie <strong>di</strong> palma<br />
• Taglia in modo netto<br />
Svantaggi<br />
• Rottura dei denti nel caso <strong>di</strong> impatto con pietre <strong>di</strong> me<strong>di</strong>o/grosse <strong>di</strong>mensioni o interrate.<br />
• Cinematica più complicata per ottenere il moto alternativo.<br />
3.8 Scelta dell’architettura e del sistema <strong>di</strong> taglio<br />
Alla luce delle considerazioni sopra esposte è stata deciso <strong>di</strong> adottare la barra falciante<br />
come sistema <strong>di</strong> taglio.<br />
Infatti, uno dei requisiti più importanti nella scelta del sistema <strong>di</strong> taglio è che esso assorba<br />
la minima potenza possibile in quanto la macchina <strong>di</strong> partenza, il motocoltivatore, <strong>di</strong>spone<br />
<strong>di</strong> un motore <strong>di</strong> potenza ridotta (10 kW) che va quin<strong>di</strong> impiegata con la massima<br />
oculatezza.<br />
Inoltre, il sistema a barra falciante è l’unico in grado <strong>di</strong> assicurare un taglio netto e preciso<br />
dei fili <strong>di</strong> attivazione delle mine a frammentazione.<br />
Al contrario <strong>di</strong> tutti gli altri sistemi, infatti, la barra falciante è costituita da due lame in<br />
movimento relativo contrario. Il filo non subisce pertanto spostamenti nel piano ortogonale<br />
alla sua <strong>di</strong>rezione e non vengono quin<strong>di</strong> esercitate forze <strong>di</strong> trazione tali da attivare<br />
l’or<strong>di</strong>gno.<br />
Un’altra importante considerazione nasce dalla grande modularità del sistema che permette<br />
<strong>di</strong> avere barre falcianti <strong>di</strong> <strong>di</strong>verse lunghezze semplicemente variando il telaio e il numero <strong>di</strong><br />
denti.<br />
La barra falciante è infine costituita da poche varietà <strong>di</strong> componenti in numero elevato (i<br />
denti e i loro fissaggi) e risponde quin<strong>di</strong> alle esigenze economiche e <strong>di</strong> manutenzione<br />
prefissate.<br />
48
4.1 Scelta <strong>della</strong> barra falciante<br />
4 La barra falciante<br />
Una volta operata la scelta <strong>di</strong> utilizzare la barra falciante come sistema <strong>di</strong> base si è resa<br />
necessaria un’accurata indagine per selezionare, tra i tanti in commercio, il modello che<br />
meglio sod<strong>di</strong>sfacesse alle esigenze del progetto, principalmente per quanto riguardava la<br />
robustezza e la semplicità costruttiva.<br />
Si sono pertanto valutate le opzioni a <strong>di</strong>sposizione avvalendosi <strong>della</strong> collaborazione <strong>di</strong><br />
esperti del settore che hanno messo a <strong>di</strong>sposizione la loro esperienza e le loro competenze.<br />
E’ stato inoltre deciso <strong>di</strong> preferire aziende me<strong>di</strong>o - gran<strong>di</strong> in grado <strong>di</strong> garantire un adeguato<br />
servizio <strong>di</strong> assistenza. Sono state quin<strong>di</strong> selezionate alcune aziende produttrici <strong>di</strong> barre<br />
falcianti e sono stati contattati i rispettivi uffici tecnici per proporre una collaborazione.<br />
Per la competenza e la <strong>di</strong>sponibilità <strong>di</strong>mostrate è infine stata scelta la Grillo S.p.A. <strong>di</strong><br />
Cesena che, nella persona dell’Ing. Andrea Pinza, ha cortesemente offerto le sue<br />
competenze e i suoi consigli. La Grillo S.p.A. ha inoltre messo a <strong>di</strong>sposizione del progetto<br />
una sua barra falciante Mulching da 650 mm con trasmissione ad eccentrico <strong>della</strong> quale<br />
sono state analizzate le caratteristiche tecniche e <strong>della</strong> quale è stato elaborato un modello<br />
solido con il software Pro Engineer.<br />
Per il taglio verticali sono state invece scelte due barre falcianti dello stesso modello ma <strong>di</strong><br />
lunghezza 1050 mm. Tali barre falcianti risultano assolutamente identiche in ogni pezzo<br />
alle barre da 650 mm e <strong>di</strong>fferiscono solamente per la presenza <strong>di</strong> quattro registri premilama<br />
anziché due e per i due telai, fisso e traslante.<br />
4.2 Descrizione <strong>della</strong> barra falciante<br />
La barra falciante Mulching da 650 mm con trasmissione ad eccentrico ha una larghezza <strong>di</strong><br />
650 mm con due schiere <strong>di</strong> 13 denti che traslano in moto relativo tra loro.<br />
49
Una schiera <strong>di</strong> denti, posizionata in basso, è fissa. Su questa, scorre un’altra schiera <strong>di</strong><br />
denti mobile:<br />
La schiera <strong>di</strong> denti traslante è movimentata da un eccentrico che trasmette il movimento ai<br />
denti me<strong>di</strong>ante una guida solidale con l’elemento traslante:<br />
La barra falciante è inoltre provvista <strong>di</strong> appositi registri che regolano la pressione esercitata<br />
dai denti mobili sulla superficie dei denti fissi. Questo impe<strong>di</strong>sce che si formino giochi tra<br />
le due schiere e che l’erba si infili <strong>di</strong> conseguenza in questi spazi:<br />
50
La barra falciante è infine provvista <strong>di</strong> slitte che le consentono <strong>di</strong> non impuntarsi in<br />
eventuali ostacoli presenti sul terreno:<br />
Tutte le componenti sono in acciaio: questo permette, in caso <strong>di</strong> rottura, <strong>di</strong> provvedere ad<br />
una riparazione <strong>di</strong> fortuna me<strong>di</strong>ante saldatura.<br />
4.3 Cinematica <strong>della</strong> barra falciante<br />
Si veda adesso la legge <strong>di</strong> moto con cui l’eccentrico trasmette il movimento all’elemento<br />
mobile <strong>della</strong> barra falciante.<br />
L’eccentrico viene messo in rotazione da un albero <strong>di</strong> trasmissione <strong>di</strong>rettamente collegato<br />
alla presa <strong>di</strong> forza del motocoltivatore.<br />
Il perno dell’eccentrico è impegnato nella guida solidale all’elemento mobile e scorre al<br />
suo interno.<br />
La posizione e la velocità dell’elemento mobile e <strong>della</strong> guida corrispondono alla posizione<br />
e alla velocità del perno proiettata nel piano sul quale si muove l’elemento mobile.<br />
Dal numero <strong>di</strong> giri <strong>della</strong> presa <strong>di</strong> forza si ricava la velocità V dell’elemento mobile <strong>della</strong><br />
barra falciante.<br />
P<br />
R<br />
a<br />
x<br />
51
La posizione dell’elemento mobile è:<br />
e la sua velocità è:<br />
x= R⋅ cosα<br />
[m] (4.1)<br />
dx dα<br />
V = =−R⋅sinα ⋅ =−R⋅ω⋅ sinα<br />
[m/s]<br />
dt dt<br />
(4.2)<br />
In considerazione delle caratteristiche del fenomeno è logico comunque considerare il<br />
modulo <strong>della</strong> velocità prescindendo dalla sua <strong>di</strong>rezione.<br />
La velocità ω in rad/s si ottiene facilmente da quella ωgm in giri/min:<br />
2π 2π<br />
ω = ⋅ ωgm<br />
= ⋅ 900 = 94.24 [rad/s]<br />
60 60<br />
e la velocità dell’elemento mobile risulta pertanto:<br />
(4.3)<br />
V = R⋅ω⋅ sinα = 0.03⋅94.24⋅ sinα<br />
[m/s] (4.4)<br />
Per fornire una prestazione ottimale in termini <strong>di</strong> efficacia nella rimozione <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> la barra falciante Mulching 650 deve poter assicurare un numero minimo <strong>di</strong><br />
battute Bm per metro <strong>di</strong> avanzamento del motocoltivatore.<br />
Si calcoli a questo punto il valore <strong>di</strong> Bm nel caso in cui la barra venga utilizzata in<br />
abbinamento con un motocoltivatore Grillo, per cui è costruita.<br />
Si calcolano innanzitutto le battute <strong>di</strong> taglio Bt nell’unità <strong>di</strong> tempo.<br />
Considerato che ad ogni giro corrispondono due battute, una <strong>di</strong> andata ed una <strong>di</strong> ritorno, si<br />
avrà:<br />
B 2 ⋅ ω = 2 ⋅ 900 = 1800 [battute/min] = 30 [battute/s] (4.5)<br />
t<br />
= gm<br />
Si può quin<strong>di</strong> calcolare il numero minimo <strong>di</strong> battute per metro <strong>di</strong> avanzamento Bm sapendo<br />
che il motocoltivatore ha una velocità massima Va = 3 km/h; rimanendo costante la<br />
velocità dell’elemento mobile, infatti, il numero minimo <strong>di</strong> battute per metro si ha quando<br />
la velocità del motocoltivatore è massima.<br />
Considerando la velocità massima del motocoltivatore espressa in secon<strong>di</strong>, Vas = 0.8 m/s, si<br />
ha:<br />
B<br />
m<br />
Bt<br />
30<br />
= ⋅= = 37.5 [battute/m]<br />
V 0.8<br />
as<br />
(4.6)<br />
Il robot ha tuttavia una velocità molto minore <strong>di</strong> Vas (0.1 m/s) e questo assicura un numero<br />
<strong>di</strong> battute per metro decisamente più elevato e, <strong>di</strong> conseguenza, un lavoro più efficace.<br />
52
4.4 Dinamica <strong>della</strong> barra falciante<br />
Prima <strong>di</strong> procedere alla scelta <strong>di</strong> un azionamento adeguato è necessario procedere ad<br />
un’analisi <strong>di</strong> massima delle forze in gioco.<br />
Le considerazioni seguenti sono <strong>di</strong> carattere esclusivamente qualitativo in quanto non è<br />
stato possibile acquisire informazioni quantitative a causa <strong>della</strong> mancanza <strong>di</strong> dati sulle<br />
caratteristiche <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> nella regione.<br />
Per simulare le con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> taglio, nella con<strong>di</strong>zione peggiore rappresentata dal taglio<br />
delle foglie <strong>di</strong> palma, si sono effettuate delle prove <strong>di</strong>namiche sulla barra falciante al fine<br />
<strong>di</strong> capire innanzitutto se il fissaggio dei denti avesse la resistenza sufficiente per resistere<br />
all’urto del dente contro una foglia <strong>di</strong> palma e quin<strong>di</strong> per capire se la coppia <strong>di</strong>sponibile<br />
alla presa <strong>di</strong> forza fosse sufficiente a fornire la forza <strong>di</strong> taglio necessaria.<br />
Per condurre le prove si sono scelte foglie <strong>di</strong> palma con <strong>di</strong>mensioni simili a quelle delle<br />
foglie presenti nella regione <strong>di</strong> impiego del robot; tali valutazioni sono state possibili<br />
attraverso l’osservazione del gran numero <strong>di</strong> fotografie <strong>di</strong>sponibili.<br />
Si è supposto quin<strong>di</strong> che le caratteristiche del materiale fossero uguali e si è proceduto alla<br />
prima prova.<br />
Tale prova è consistita nel colpire l’elemento traslante con un martello dopo aver<br />
posizionato una foglia <strong>di</strong> palma nella zona <strong>di</strong> taglio; in questo modo ci si è assicurati che il<br />
fissaggio dei denti fosse sufficientemente resistente per non rompersi nell’impatto <strong>di</strong> questi<br />
con le foglie <strong>di</strong> palma<br />
Si è quin<strong>di</strong> proceduto al taglio <strong>di</strong> alcune foglie <strong>di</strong> palma con il motocoltivatore in moto; per<br />
la prova è stato utilizzato un motocoltivatore da 7 kW.<br />
Dalle analisi sperimentali condotte si è quin<strong>di</strong> potuto operare le seguenti considerazioni:<br />
• Barra falciante orizzontale: è chiamata ad eseguire un compito poco gravoso rispetto<br />
alle con<strong>di</strong>zioni peggiori per le quali è stata progettata. La<br />
barra falciante prescelta in accoppiamento con un<br />
motocoltivatore delle caratteristiche richieste è in grado <strong>di</strong><br />
tagliare arbusti <strong>di</strong> spessori fino a 3 mm, come richiesto<br />
dalle specifiche progettuali. Sovraccaricando <strong>di</strong> arbusti la<br />
barra falciante ed osservando come questo non abbia<br />
comunque portato al bloccaggio dell’elemento mobile, si è<br />
potuto ragionevolmente ipotizzare che la forza richiesta dal<br />
taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> a terra assorba meno <strong>di</strong> un terzo<br />
<strong>della</strong> forza totale a <strong>di</strong>sposizione.<br />
• Barra falciante verticale: con procedura analoga alla precedente ed utilizzando tre<br />
foglie <strong>di</strong> palma al posto <strong>degli</strong> arbusti, si è arrivato a supporre<br />
che la forza richiesta alla macchina per il taglio <strong>di</strong> una singola<br />
foglia <strong>di</strong> palma è inferiore ad un terzo <strong>della</strong> forza totale<br />
<strong>di</strong>sponibile.<br />
53
Si può inoltre ragionevolmente supporre che:<br />
• Ogni barra falciante verticale tagli una sola foglia <strong>di</strong> palma alla volta: la possibilità che<br />
due foglie impegnino i denti nello stesso istante è infatti statisticamente tanto remota da<br />
poter essere trascurata. Nel caso comunque che questo avvenga, si verificherà al più<br />
uno spegnimento <strong>della</strong> macchina o uno slittamento del giunto limitatore <strong>di</strong> coppia che<br />
verrà montato sull’albero che trasmette il moto dalla presa <strong>di</strong> forza all’eccentrico.<br />
• Non si verifichi mai il caso che entrambe le barre falcianti verticali si trovino<br />
impegnate nello stesso istante; anche questa evenienza è infatti piuttosto remota e, nel<br />
caso si verificasse, si avrebbero gli stessi effetti del caso precedente.<br />
Da queste considerazioni consegue che la coppia <strong>di</strong>sponibile all’eccentrico è sufficiente a<br />
movimentare tutte e tre le barre falcianti prese singolarmente senza impuntamenti e senza<br />
che si determinino spegnimenti del motore.<br />
4.5 Denti<br />
I denti sono seghettati in modo tale da trattenere arbusti e fili d’erba. Nel nostro caso,<br />
questo facilita anche il taglio dei tripwires che altrimenti tenderebbero a scivolare lungo il<br />
filo dei denti.<br />
Si veda lo schema delle forze in gioco:<br />
V<br />
a<br />
Fa<br />
Fat<br />
F<br />
a<br />
Fn<br />
Ft<br />
54
La forza <strong>di</strong> taglio dà origine ad una forza tangenziale Ft:<br />
Ft = F ⋅sin(<br />
α)<br />
(4.7)<br />
che tende ad allontanare il filo d’erba o il tripwire dalla zona <strong>di</strong> taglio.<br />
A questa forza si oppone la componente tangenziale Fat <strong>della</strong> forza <strong>di</strong> avanzamento Fa:<br />
F F ⋅cos(α)<br />
(4.8)<br />
at<br />
= a<br />
determinata dall’avanzamento <strong>della</strong> macchina. Tale forza <strong>di</strong>pende dalla rigidezza del filo<br />
d’erba ed è <strong>di</strong>fficilmente quantificabile ma è sicuramente <strong>di</strong>versi or<strong>di</strong>ni <strong>di</strong> grandezza<br />
minore <strong>di</strong> Ft e può essere trascurata.<br />
Per contrastare la forza Ft e mantenere fermi i fili d’erba o i tripwire durante il taglio si<br />
sono provvisti i denti fissi <strong>di</strong> un profilo seghettato come in figura.<br />
Si veda lo schema <strong>di</strong> taglio <strong>di</strong> un filo <strong>di</strong> attivazione:<br />
Tripwire<br />
Il filo, sottilissimo, viene imprigionato dalla seghettatura dei denti fissi; risulta quin<strong>di</strong><br />
impe<strong>di</strong>ta la traslazione nel piano <strong>di</strong> taglio e, <strong>di</strong> conseguenza, non si hanno trazioni<br />
longitu<strong>di</strong>nali.<br />
In molte delle barre falcianti in commercio anche i denti traslanti sono dotati <strong>di</strong> una<br />
seghettatura <strong>di</strong> piccole <strong>di</strong>mensioni. In questo caso si ha però il problema che, quando i<br />
denti vengono affilati, la seghettatura si perde progressivamente.<br />
Considerato lo scarso vantaggio che deriva dalla seghettatura dei denti traslanti e tenendo<br />
conto che, per le con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> impiego e la situazione economica del paese, i denti delle<br />
barre falcianti saranno sottoposti verosimilmente a molti cicli <strong>di</strong> affilatura, prima <strong>di</strong> venire<br />
sostituiti, si è deciso <strong>di</strong> adottare denti traslanti a profilo liscio.<br />
55
4.6 Modellizzazione <strong>della</strong> barra falciante<br />
Per la progettazione del sistema è stato deciso <strong>di</strong> utilizzare il software <strong>di</strong> mo<strong>della</strong>zione<br />
solida Pro Engineer. Il software è in grado sia <strong>di</strong> creare un modello matematico dei vari<br />
componenti al fine <strong>di</strong> verificare ingombri, <strong>di</strong>mensioni e soluzioni <strong>di</strong> montaggio sia <strong>di</strong> fare<br />
un’analisi statica dei pezzi e <strong>degli</strong> assemblaggi, grazie ad un modulo <strong>di</strong> calcolo ad elementi<br />
finiti.<br />
Tale funzionalità si è resa particolarmente utile nella progettazione del telaio <strong>della</strong><br />
macchina consentendo un’analisi sia qualitativa che quantitativa delle sue sollecitazioni e<br />
delle sue deformazioni. Inoltre sono risultati notevolmente facilitati la progettazione delle<br />
soluzioni <strong>di</strong> montaggio dei vari componenti e il calcolo dei pesi delle varie parti.<br />
Al fine <strong>di</strong> procedere alla progettazione vera e propria è stato necessario creare un modello<br />
solido <strong>di</strong> ogni parte <strong>della</strong> barra falciante da 650 mm che è poi stata assemblata<br />
virtualmente.<br />
Con Pro Engineer è quin<strong>di</strong> stato creato il modello solido <strong>della</strong> barra falciante da 1050 mm<br />
con la semplice ripetizione, come avviene anche nella realtà, dei moduli principali<br />
costituiti dai coltelli e dai loro registri.<br />
Di seguito sono riportati, a titolo <strong>di</strong> esempio, i modelli soli<strong>di</strong> dei componenti principali<br />
confrontati con le foto dei componenti reali.<br />
Modulo fisso da due denti:<br />
Modulo traslante da due denti:<br />
56
Registro:<br />
Piastra traslante <strong>di</strong> riscontro del registro:<br />
Slitta:<br />
57
Il modello solido <strong>della</strong> barra falciante da 650 mm si presenta dunque nel modo seguente:<br />
58
5.1 Considerazioni preliminari<br />
5 Il sistema <strong>di</strong> attuazione<br />
Il compito del sistema <strong>di</strong> attuazione è dare movimento agli elementi mobili delle tre barre<br />
falcianti con la legge <strong>di</strong> moto richiesta.<br />
Come si è visto nell’analisi cinematica <strong>della</strong> barra falciante, la legge <strong>di</strong> moto normalmente<br />
utilizzata è <strong>di</strong> tipo sinusoidale. Tale legge <strong>di</strong> moto deriva dal tipo <strong>di</strong> meccanismo utilizzato<br />
per convertire il moto rotatorio in moto alternato.<br />
In generale, ove si debba convertire il moto rotatorio in alternato, l’utilizzo <strong>di</strong> un eccentrico<br />
che generi una legge <strong>di</strong> moto sinusoidale è la soluzione più semplice e <strong>di</strong>ffusa ma è<br />
comunque ammissibile che il moto alternato risponda a leggi <strong>di</strong>verse ove questo risulti<br />
vantaggioso ai fini <strong>della</strong> realizzazione del sistema.<br />
La scelta tra un moto alternato con legge sinusoidale e moto alternato con legge non<br />
sinusoidale <strong>di</strong>pende soprattutto dal tipo <strong>di</strong> attuazione utilizzata.<br />
5.2 Requisiti <strong>di</strong> base<br />
I requisiti principali del sistema <strong>di</strong> attuazione, oltre ovviamente alla capacità <strong>di</strong> generare il<br />
moto correttamente, sono i seguenti<br />
• Robustezza e affidabilità: il sistema <strong>di</strong> attuazione deve essere robusto in ogni suo<br />
componente e deve essere in grado <strong>di</strong> assorbire gli urti senza<br />
compromettere la sua funzionalità. La barra orizzontale, in<br />
particolare, può essere soggetta a bruschi impuntamenti<br />
dovuti ai sassi che si possono introdurre tra i denti.<br />
• Basso costo: sia il sistema <strong>di</strong> attuazione che la sua parte <strong>di</strong> controllo devono avere un<br />
costo quanto più basso possibile, sia in costo <strong>di</strong> costruzione, sia in costo <strong>di</strong><br />
manutenzione.<br />
• Compattezza e leggerezza: il sistema <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> è montato a sbalzo sul<br />
motocoltivatore. Il motocoltivatore, per la presenza <strong>di</strong> un<br />
solo asse <strong>di</strong> trasmissione a terra del moto, risulta essere <strong>di</strong><br />
per sé una macchina in equilibrio instabile. Il peso e le<br />
<strong>di</strong>mensioni del sistema <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> dovranno<br />
essere pertanto quanto più contenuti possibile al fine <strong>di</strong><br />
minimizzare gli effetti del momento sulla <strong>di</strong>namica <strong>della</strong><br />
macchina.<br />
59
• Modularità: l’idea fondamentale del progetto è quella <strong>di</strong> poter riutilizzare la base del<br />
robot, ovvero il motocoltivatore, per applicazioni agricole, una volta che<br />
abbia esaurito il suo compito <strong>di</strong> sminamento. Il modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> deve pertanto poter essere rimosso ed eventualmente<br />
rimontato con facilità e in tempi brevi. La sua posizione rispetto al<br />
motocoltivatore deve inoltre poter essere variata per accogliere i sistemi <strong>di</strong><br />
sminamento veri e propri. Le tre barre, infine, dovrebbero poter essere, se<br />
possibile, in<strong>di</strong>pendenti tra loro ed in grado <strong>di</strong> lavorare ognuna senza la<br />
presenza delle altre.<br />
• Semplicità costruttiva: per consentire la manutenzione del sistema da parte <strong>degli</strong><br />
operatori e contenere i costi è necessario che il sistema <strong>di</strong><br />
attuazione sia il più possibile semplice. Sono da evitare pertanto<br />
i componenti complessi e <strong>di</strong>fficilmente accessibili da parte <strong>degli</strong><br />
addetti alla manutenzione. Si devono evitare inoltre le parti<br />
piccole che richiedono, per essere rimosse e maneggiate, un<br />
ambiente pulito e or<strong>di</strong>nato come un officina mentre si accordano<br />
invece male con i prati e gli arbusti dei campi minati.<br />
• Resistenza all’ambiente esterno: il sistema deve resistere, oltre che alla polvere e agli<br />
agenti atmosferici tipici dei campi minati in generale,<br />
anche all’elevata temperatura (fino a 40°) e<br />
all’umi<strong>di</strong>tà (intorno al 100%) tipiche dello Sri Lanka.<br />
5.3 Attuazione elettrica<br />
Se si prende in considerazione l’ipotesi dell’attuazione elettrica, l’opzione più semplice<br />
risulta quella <strong>di</strong> utilizzare un motore elettrico munito <strong>di</strong> eccentrico per convertire il moto<br />
da rotatorio in alternato.<br />
Vantaggi:<br />
• Il sistema è leggero.<br />
• Il sistema è semplice da realizzare dal punto <strong>di</strong> vista costruttivo.<br />
• Il sistema consente la massima liberà <strong>di</strong> posizionamento in quanto i motori sono legati<br />
alla macchina esclusivamente dai cablaggi elettrici.<br />
Svantaggi:<br />
• I motori elettrici non sono affidabili nelle con<strong>di</strong>zioni ambientali <strong>della</strong> zona: l’umi<strong>di</strong>tà e<br />
la povere mettono infatti a dura prova tutte le componenti elettriche.<br />
• I motori necessitano <strong>di</strong> un alternatore collegato al motore a scoppio.<br />
• Il sistema è costoso.<br />
• In caso <strong>di</strong> impuntamento il motore, bloccato, rischia <strong>di</strong> bruciarsi.<br />
• In caso <strong>di</strong> guasti, i motori sono <strong>di</strong>fficili da riparare<br />
60
5.4 Attuazione meccanica<br />
Nel caso <strong>di</strong> attuazione meccanica è necessario pre<strong>di</strong>sporre tre <strong>di</strong>versi meccanismi ad<br />
eccentrico ed inoltre un sistema <strong>di</strong> rinvii meccanici che possano trasferire il moto ai tre<br />
eccentrici.<br />
In alternativa è possibile azionare la barra orizzontale me<strong>di</strong>ante eccentrico e quin<strong>di</strong><br />
trasferire il moto alternativo alle barre verticali me<strong>di</strong>ante un sistema <strong>di</strong> leveraggi e<br />
bilancieri.<br />
Vantaggi:<br />
• Entrambi i meccanismi sono semplici da riparare.<br />
• Entrambi i meccanismi hanno buona resistenza alle con<strong>di</strong>zioni ambientali.<br />
Svantaggi:<br />
• Il meccanismo è complicato dal punto <strong>di</strong> vista sia concettuale che realizzativo.<br />
• La modularità è praticamente nulla.<br />
• Entrambe le soluzioni sono pesanti.<br />
• Le catene cinematiche sono complicate e quin<strong>di</strong> ingombranti.<br />
• Entrambe le soluzioni risultano costose da realizzare.<br />
5.5 Attuazione pneumatica<br />
L’attuazione pneumatica prevede un impianto ad aria compressa con un cilindro a doppio<br />
effetto per ciascuna delle barre falcianti che provveda al movimento alternato delle barre<br />
falcianti.<br />
A supporto dei cilindri risulta inoltre necessario un compressore, un impianto <strong>di</strong><br />
depurazione dell’aria e un complesso <strong>di</strong> valvole in grado <strong>di</strong> regolare il movimento dei<br />
cilindri secondo la legge <strong>di</strong> moto richiesta.<br />
Vantaggi:<br />
• Il sistema è robusto, specialmente per quanto riguarda gli elementi più vicini al terreno,<br />
più <strong>di</strong>fficili da proteggere contro agenti esterni ed eventuali esplosioni.<br />
• Il sistema permette <strong>di</strong> trasferire il moto facilmente consentendo una grande libertà <strong>di</strong><br />
posizionamento <strong>degli</strong> elementi.<br />
• Il sistema consente la completa modularità dei vari elementi del taglia-<strong>vegetazione</strong>.<br />
Svantaggi:<br />
• L’impianto è complicato perché dotato <strong>di</strong> numerosi accessori.<br />
• L’impianto è ingombrante, soprattutto per la presenza del serbatoio <strong>di</strong> pressione che,<br />
fungendo da volano fluido, deve avere comunque una <strong>di</strong>mensione minima elevata.<br />
• Il fluido <strong>di</strong> lavoro è comprimibile. Questo porta a gravi problemi per quanto riguarda la<br />
conservazione <strong>della</strong> legge <strong>di</strong> moto in quanto un impuntamento <strong>della</strong> barra o anche solo<br />
61
il semplice contraccolpo dovuto al taglio delle foglie <strong>di</strong> palma instaura delle<br />
oscillazioni <strong>di</strong> pressione nel fluido <strong>di</strong>fficili da controllare.<br />
• In caso <strong>di</strong> impatto <strong>della</strong> lama con una foglia <strong>di</strong> palma gran parte dell’energia cinetica<br />
dell’elemento mobile si traduce in una compressione del fluido e non viene invece<br />
scaricata sulla foglia come dovrebbe.<br />
• L’utilizzo <strong>di</strong> aria come fluido <strong>di</strong> lavoro rende necessario un complesso impianto <strong>di</strong><br />
filtrazione: è necessario infatti rimuovere sia un gran numero <strong>di</strong> impurità corpuscolari<br />
come povere e pollini, sia deumi<strong>di</strong>ficare un’aria che, specialmente nel territorio in<br />
questione, risulta essere molto umida.<br />
• Le valvole ed il compressore sono elementi piuttosto complicati e pregiati, <strong>di</strong> <strong>di</strong>fficile<br />
manutenzione.<br />
5.6 Attuazione idraulica<br />
Si sono analizzate due soluzioni fondamentali: la prima prevede un impianto simile a<br />
quello pneumatico con una pompa e un serbatoio a pressione ambientale anziché il<br />
compressore e il serbatoio in pressione. Le barre possono quin<strong>di</strong> essere movimentate sia da<br />
cilindri a doppio effetto comandati da valvola sia da motori idraulici che mettono in<br />
rotazione un sistema biella-manovella per linearizzare il moto.<br />
Una seconda soluzione è quella <strong>di</strong> ottenere il moto alternato del fluido <strong>di</strong>rettamente tramite<br />
cilindri a doppio effetto collegati a una biella in rotazione.<br />
Vantaggi:<br />
• Il sistema è robusto, soprattutto gli elementi più vicini al terreno, più <strong>di</strong>fficili da<br />
proteggere contro agenti esterni ed eventuali esplosioni.<br />
• L’attuazione oleoidraulica permette, rispetto alle altre soluzioni, <strong>di</strong> trasferire una<br />
grande potenza a parità <strong>di</strong> ingombri.<br />
• Il sistema permette <strong>di</strong> trasferire il moto facilmente consentendo una grande libertà <strong>di</strong><br />
posizionamento <strong>degli</strong> elementi.<br />
• Il sistema consente la completa modularità dei vari elementi del taglia-<strong>vegetazione</strong>.<br />
• La seconda soluzione è la più semplice tra tutte le soluzioni analizzate.<br />
• La seconda soluzione è la più compatta tra tutte le soluzioni analizzate.<br />
• La seconda soluzione è la più economica tra tutte le soluzioni analizzate.<br />
Svantaggi:<br />
• Nel caso <strong>della</strong> prima soluzione si ha un impianto complicato perché dotato <strong>di</strong> numerosi<br />
accessori.<br />
• Nel caso <strong>della</strong> prima soluzione si ha un impianto ingombrante per la presenza <strong>di</strong> pompa<br />
e serbatoio.<br />
• Nel caso <strong>della</strong> prima soluzione, si hanno elementi, le valvole, la pompa e gli eventuali<br />
motori, piuttosto complicati e pregiati, <strong>di</strong> <strong>di</strong>fficile manutenzione e <strong>di</strong> costo elevato.<br />
62
5.7 Conclusioni<br />
Confrontando vantaggi e svantaggi delle soluzioni proposte si è deciso <strong>di</strong> optare per<br />
l’attuazione oleoidraulica, essenzialmente per la sua robustezza e per la sua capacità <strong>di</strong><br />
trasmettere elevate potenze in modo semplice e flessibile.<br />
Dall’osservazione <strong>di</strong> un gran numero <strong>di</strong> macchine operatrici è stato inoltre notato come<br />
questo tipo <strong>di</strong> attuazione venga utilizzato nella grande maggioranza delle applicazioni<br />
pesanti in ambienti ostili.<br />
63
6 Architettura dell’impianto idraulico<br />
6.1 Scelta dell’architettura <strong>di</strong> movimentazione<br />
Avendo deciso <strong>di</strong> adottare l’attuazione oleoidraulica rimane ora la scelta dell’architettura<br />
che meglio sod<strong>di</strong>sfi i requisiti richiesti.<br />
Si possono in<strong>di</strong>viduare tre soluzioni alternative principali. Tali soluzioni <strong>di</strong>fferiscono<br />
notevolmente tra loro per complessità, costi e ingombri.<br />
Di seguito sono analizzate in dettaglio le varie soluzioni ipotizzando, per semplicità, <strong>di</strong><br />
dover movimentare una sola barra falciante.<br />
Si tenga tuttavia presente che il problema si complica notevolmente nel momento in cui si<br />
introducono anche le altre barre falcianti: il flusso va infatti ripartito su tre linee ed è<br />
inoltre necessario controllare attentamente la propagazione nell’intero circuito delle onde<br />
<strong>di</strong> sovrapressione indotte dagli urti dei denti con pietre o foglie <strong>di</strong> palma.<br />
6.2 Soluzione Pompa – Pistone<br />
Tale soluzione prevede <strong>di</strong> ottenere il moto <strong>di</strong> traslazione me<strong>di</strong>ante un cilindro a doppio<br />
effetto controllato da una valvola meccanica che alterni opportunamente i due flussi.<br />
La portata e la pressione sono fornite da una pompa azionata dalla presa <strong>di</strong> forza che pesca<br />
in un serbatoio opportunamente <strong>di</strong>mensionato per assicurare ad essa la continuità <strong>di</strong><br />
afflusso <strong>di</strong> fluido richiesta.<br />
Lo schema dell’impianto è, in prima approssimazione, il seguente:<br />
PF<br />
64
Considerando <strong>di</strong> azionare la barra con legge <strong>di</strong>versa da quella sinusoidale si potrebbe<br />
utilizzare, come valvola, un semplice <strong>di</strong>stributore con un sistema meccanico che provveda<br />
automaticamente alla sua commutazione.<br />
Questa soluzione presenta l’inconveniente <strong>di</strong> essere ingombrante a causa <strong>della</strong> presenza del<br />
serbatoio. Bisogna inoltre tenere presente che sia la pompa che il <strong>di</strong>stributore sono<br />
componenti costose e delicate la cui manutenzione necessita <strong>di</strong> un’officina attrezzata.<br />
La presenza del serbatoio pone inoltre dei problemi inerenti alla possibilità che si verifichi<br />
una deflagrazione: deve essere pertanto opportunamente protetto e blindato con un<br />
conseguente ulteriore aumento <strong>di</strong> peso per il sistema.<br />
6.3 Soluzione Pompa-Motore idraulico<br />
Tale soluzione consiste nell’ottenere il moto <strong>di</strong> traslazione me<strong>di</strong>ante un motore rotativo cui<br />
è calettato un eccentrico che movimenta l’elemento mobile.<br />
La portata e la pressione sono fornite da una pompa, azionata dalla presa <strong>di</strong> forza, che<br />
pesca in un serbatoio opportunamente <strong>di</strong>mensionato per assicurare ad essa la continuità <strong>di</strong><br />
afflusso <strong>di</strong> fluido richiesta.<br />
Lo schema dell’impianto è, in prima approssimazione, il seguente:<br />
PF<br />
Questa soluzione assicura il moto alternativo con la legge richiesta. Anche in questo caso<br />
sono tuttavia presenti due componenti costosi e delicati come la pompa e il motore.<br />
65
Bisogna inoltre tenere conto che questa soluzione prevede il montaggio del motore<br />
<strong>di</strong>rettamente sulla barra falciante. In campo puramente agricolo tale soluzione è<br />
comunemente impiegata e non presenta problemi.<br />
Nel caso <strong>di</strong> un campo minato, tuttavia, la <strong>di</strong>stanza <strong>di</strong> pochi centimetri tra il terreno e il<br />
motore che movimenta la barra falciante orizzontale espongono quest’ultimo a rischi<br />
inaccettabili. A questo problema si aggiunge quello, già visto, <strong>della</strong> presenza del serbatoio<br />
dell’olio.<br />
6.4 Soluzione Cilindro-Cilindro<br />
Questa soluzione consiste nel sostituire alla pompa un semplice cilindro a doppio effetto<br />
che, azionato da un eccentrico collegato alla presa <strong>di</strong> forza, trasferisce il moto ad un altro<br />
cilindro a doppio effetto. Il cilindro motore fornisce pertanto un segnale <strong>di</strong> pressione e<br />
portata pulsante.<br />
Adottando un eccentrico uguale nelle <strong>di</strong>mensioni a quello che originariamente azionava le<br />
barre si ottiene una conservazione perfetta sia <strong>della</strong> frequenza <strong>di</strong> taglio, sia <strong>della</strong> forza<br />
applicata alla barra.<br />
Appare subito chiaro come questa soluzione sia più semplice, compatta ed economica delle<br />
precedenti.<br />
La pompa viene sostituita da un cilindro a doppio effetto e non sono necessarie né valvole<br />
né motori idraulici. Si ha pertanto il vantaggio <strong>di</strong> non avere componenti costosi o delicati.<br />
Il cilindro a doppio effetto è infatti un componente semplice e robusto, facile da montare,<br />
manutenere ed eventualmente sostituire<br />
Il sistema è inoltre più compatto rispetto ai precedenti poiché utilizza componenti piccoli e<br />
non necessita <strong>di</strong> un serbatoio per l’olio. L’assenza del serbatoio rappresenta un ulteriore<br />
vantaggio in quanto si eliminano i problemi derivanti da possibili esplosioni vicino ad esso.<br />
I costi sono notevolmente inferiori e possono essere ulteriormente ridotti se si utilizzano<br />
tutti i cilindri uguali. Ciò, qualora fosse possibile, porterebbe anche ad una notevole<br />
semplificazione del magazzino dei pezzi <strong>di</strong> ricambio.<br />
Tenendo conto <strong>di</strong> quanto detto si può quin<strong>di</strong> procedere alla scelta dello schema <strong>di</strong> impianto<br />
più efficace analizzando varie combinazioni <strong>di</strong> montaggio con cilindri in serie e in<br />
parallelo, soluzioni miste e soluzioni, infine, con un numero variabile <strong>di</strong> cilindri motori.<br />
66
6.5 Schema a impianti in<strong>di</strong>pendenti<br />
Costituisce la soluzione più semplice in assoluto: si hanno tre cilindri motori; ad ogni<br />
cilindro motore è collegato un cilindro attuatore. In pratica il circuito ha esclusivamente il<br />
compito <strong>di</strong> trasferire il moto dalla zona dei motori alle tre barre.<br />
Prescindendo dall’angolazione tra i cilindri motori, lo schema è il seguente:<br />
Appare subito chiaro come la caratteristica principale <strong>di</strong> questa soluzione sia quella <strong>di</strong><br />
avere ben tre cilindri fissati all’eccentrico.<br />
Il montaggio deve prevedere un certo sfalsamento tra i piani dei cilindri e il sistema, nel<br />
suo complesso, può essere assimilabile ad un classico motore a scoppio, con i suoi<br />
ingombri e le sue configurazioni (a V, in linea, Boxer, stellato…).<br />
E’ necessario a questo punto, prima <strong>di</strong> procedere oltre, soffermarsi ad analizzare quelle che<br />
saranno le <strong>di</strong>mensioni minime dei cilindri a doppio effetto (DE) utilizzati.<br />
Si noti come questa configurazione permetta la massima libertà nella scelta delle<br />
<strong>di</strong>mensioni dei cilindri utilizzati.<br />
Unico vincolo è dato infatti dalla corsa dei cilindri attuatori che dovrà essere <strong>di</strong> 60 mm,<br />
uguale cioè all’escursione dell’elemento mobile; le aree interne e, <strong>di</strong> conseguenza i loro<br />
rapporti possono invece variare rispettando comunque il vincolo che le due camere in<br />
comunicazione possano contenere lo stesso volume <strong>di</strong> fluido.<br />
67
Si veda lo schema in figura:<br />
Fa<br />
Perché i volumi delle camere affacciate siano uguali si deve avere:<br />
Aa ⋅ ca = Am⋅ cm<br />
e aa ⋅ ca = am ⋅ c<br />
(6.1)<br />
m<br />
dove:<br />
Aa, Am = Aree maggiori del pistone attuatore e del pistone motore<br />
aa, am =Aree minori del pistone attuatore e del pistone motore<br />
ca, cm = Corse del pistone attuatore e del pistone motore<br />
Il bilancio delle forze in gioco è il seguente:<br />
ove:<br />
p1, p2 = pressioni sulle due linee<br />
Si definiscono i rapporti:<br />
⎧F<br />
+ p ⋅ a = p ⋅A<br />
⎨<br />
⎩F<br />
+ p ⋅ a = p ⋅ A<br />
m 2 m 1 m<br />
a 2 a 1 a<br />
a<br />
A<br />
m k = e<br />
m<br />
k ' =<br />
a<br />
A<br />
a<br />
a<br />
(6.2)<br />
(6.3)<br />
I valori <strong>di</strong> k e k’ sono normalmente uguali all’interno <strong>della</strong> produzione <strong>di</strong> uno steso<br />
costruttore o <strong>di</strong>fferiscono comunque <strong>di</strong> un valore trascurabile. E’ quin<strong>di</strong> possibile, nel<br />
seguito, considerare per semplicità k = k’.<br />
Si ha pertanto:<br />
cioè, infine:<br />
aa Aa Am am<br />
⎧F<br />
⎨<br />
⎩F<br />
m<br />
a<br />
= p ⋅ A − k ⋅ p ⋅ A = A<br />
1<br />
= p ⋅ A − k ⋅ p ⋅ A = A ⋅<br />
1<br />
ca<br />
m<br />
a<br />
2<br />
2<br />
a<br />
p1<br />
p2<br />
m<br />
F A<br />
=<br />
F A<br />
m m<br />
a a<br />
a<br />
m<br />
⋅ ( p )<br />
1 − k ⋅ p2<br />
( p − k ⋅ p )<br />
1<br />
cm<br />
2<br />
Fm<br />
(6.4)<br />
(6.5)<br />
68
Il rapporto tra le forze esercitate dai due cilindri è dunque uguale al rapporto tra le aree.<br />
Vale a questo punto ricordare come la coppia <strong>di</strong>sponibile all’albero sia in grado <strong>di</strong> generare<br />
una forza sufficiente (salvo in casi molto rari) a movimentare le tre barre falcianti<br />
contemporaneamente.<br />
L’adozione un’area del cilindro motore AmAa porterebbe a una pericolosa<br />
riduzione delle forze <strong>di</strong>sponibili alle barre: la forza <strong>di</strong>sponibile alla presa <strong>di</strong> forza potrebbe<br />
in questo caso risultare insufficiente e si potrebbe avere, in alcune con<strong>di</strong>zioni, il bloccaggio<br />
<strong>della</strong> macchina con conseguente spegnimento del motore. I vantaggi che ne deriverebbero<br />
non sarebbero comunque rilevanti.<br />
L’adozione <strong>di</strong> cilindri <strong>di</strong> uguali <strong>di</strong>mensioni rappresenta invece un equo compromesso tra<br />
forza <strong>di</strong>sponibile alla presa <strong>di</strong> forza e forza trasmessa alle barre ed ha inoltre svariati<br />
vantaggi <strong>di</strong> or<strong>di</strong>ne pratico.<br />
• Consente una riduzione dei costi <strong>di</strong> acquisto dei componenti<br />
• Consente una maggiore semplicità <strong>di</strong> assemblaggio e <strong>di</strong> manutenzione<br />
• Riduce le <strong>di</strong>mensioni del magazzino dei pezzi <strong>di</strong> ricambio<br />
• Riduce i costi del magazzino dei pezzi <strong>di</strong> ricambio<br />
Analizzando i cataloghi <strong>di</strong> alcuni tra i maggiori produttori <strong>di</strong> cilindri a doppio effetto si<br />
nota come il cilindro più piccolo in commercio con corsa <strong>di</strong> 60 mm abbia un <strong>di</strong>ametro<br />
esterno <strong>di</strong> circa 40 mm e una lunghezza a stelo completamente retratto <strong>di</strong> circa 180 mm.<br />
Bisogna inoltre tener conto dell’ingombro dell’eccentrico: considerando un raggio <strong>di</strong><br />
manovella <strong>di</strong> 30 mm e un perno <strong>di</strong> circa 20 mm <strong>di</strong> <strong>di</strong>ametro si avranno le <strong>di</strong>mensioni in<br />
figura:<br />
5 mm<br />
10 mm<br />
30 mm<br />
45 mm<br />
Se ne deduce che l’eccentrico ha, in prima approssimazione, un <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> 90 mm.<br />
69
Supponendo <strong>di</strong> posizionare i cilindri sul piano frontale <strong>della</strong> macchina, questa soluzione<br />
dovrà prevedere un raggio <strong>di</strong> ingombro <strong>di</strong> almeno 450 mm e una profon<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> circa 120<br />
rispetto al piano su cui ruota la ruota con l’eccentrico.<br />
450 mm<br />
Il sistema così concepito appare pertanto un po’ ingombrante e vale quin<strong>di</strong> la pena <strong>di</strong><br />
analizzare altre soluzioni concettualmente meno semplici ma che possano contenere<br />
maggiormente pesi e <strong>di</strong>mensioni dell’impianto.<br />
6.6 Schema con cilindri attuatori in parallelo<br />
120 mm<br />
Al fine <strong>di</strong> ottenere una maggiore compattezza nella zona <strong>della</strong> struttura si analizzi la<br />
possibilità <strong>di</strong> utilizzare un solo cilindro motore e tre cilindri attuatori in parallelo secondo<br />
lo schema seguente:<br />
F1 F2 F3<br />
AT1 AT2 AT3<br />
p2<br />
p1<br />
Fm<br />
M<br />
70
Si suppongano uguali i tre cilindri attuatori, in<strong>di</strong>cati con AT1, AT2, AT3.<br />
Con le notazioni già viste:<br />
Uguagliando i volumi <strong>di</strong> fluido:<br />
⎧A<br />
= A = A = A<br />
1 2 3<br />
⎪<br />
⎨a1<br />
= a2 = a3 = aa<br />
⎪<br />
⎩c1<br />
= c2 = c3 = ca<br />
⎧A<br />
⋅ c + A ⋅ c + A ⋅ c = A ⋅c<br />
1 1 2 2 3 3<br />
⎨<br />
⎩a1⋅<br />
c1 + a2 ⋅ c2 + a3 ⋅ c3 = am ⋅cm<br />
a<br />
m m<br />
considerando le uguaglianze e sapendo che a= k⋅Asi ha:<br />
⎧3⋅A<br />
⋅ c = A ⋅c<br />
a a m m<br />
⎨<br />
⎩3⋅k⋅<br />
Aa⋅ ca = k⋅ Am ⋅cm<br />
Le due equazioni sono equivalenti e conducono alla relazione:<br />
Si veda ora il bilancio delle forze per gli attuatori:<br />
(6.6)<br />
(6.7)<br />
(6.8)<br />
3⋅Aa⋅ ca = Am ⋅ c<br />
(6.9)<br />
m<br />
⎧F<br />
+ p ⋅ a = p ⋅A<br />
⎪<br />
⎨F<br />
+ p ⋅ a = p ⋅A<br />
⎪<br />
⎩F<br />
+ p ⋅ a = p ⋅A<br />
1 2 a 1 a<br />
2 2 a 1 a<br />
3 2 a 1 a<br />
Sommando e introducendo k come in precedenza:<br />
Σ F+ 3⋅ p ⋅k ⋅ A = 3⋅<br />
p ⋅ A<br />
2 a 1 a<br />
dove si è posto Σ F = F1 + F2 + F3.<br />
Risolvendo rispetto a Σ F si ha:<br />
( p − k )<br />
Per quanto riguarda il cilindro motore si ha invece:<br />
che, risolvendo rispetto a F m fornisce:<br />
1<br />
2<br />
(6.10)<br />
(6.11)<br />
Σ F = 3⋅ Aa<br />
⋅ ⋅ p<br />
(6.12)<br />
F + p ⋅ a = p ⋅ A<br />
(6.13)<br />
m 2 m 1 m<br />
( p − k ⋅ p )<br />
Fm = Am<br />
⋅<br />
(6.14)<br />
1 2<br />
71
Eguagliando Σ F e F m si ha, dalla (6.11) e dalla (6.13):<br />
che, considerando la (6.9), fornisce:<br />
A = 3⋅<br />
A<br />
(6.15)<br />
m a<br />
cm = c<br />
(6.16)<br />
a<br />
Si nota quin<strong>di</strong> che il cilindro motore ha la stessa corsa dei cilindri attuatori (60 mm) e aree<br />
del pistone triple.<br />
Si calcoli ora il <strong>di</strong>ametro del pistone.<br />
Dalla (6.15) si ha:<br />
D D<br />
π ⋅ = 3π<br />
⋅<br />
4 4<br />
2 2<br />
m a<br />
ove:<br />
Dm, Da = Diametri dei cilindri motori e attuatori<br />
Da cui si ottiene:<br />
m<br />
a<br />
(6.17)<br />
D = 3 ⋅ D<br />
(6.18)<br />
Ipotizzando che il <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> un cilindro attuatore sia <strong>di</strong> 25 mm, il più piccolo in<br />
commercio, si ottiene quin<strong>di</strong> un <strong>di</strong>ametro interno del cilindro motore <strong>di</strong> circa 45 mm; il<br />
<strong>di</strong>ametro esterno sarà pertanto <strong>di</strong> circa 70 mm.<br />
L’utilizzo <strong>di</strong> un unico cilindro motore porta a ridurre notevolmente le <strong>di</strong>mensioni del<br />
blocco motore consentendo, oltre ad ingombri minori, una maggiore libertà nella<br />
progettazione <strong>della</strong> struttura e nel posizionamento del cilindro.<br />
Ponendo, come prima, un cilindro <strong>di</strong> lunghezza 180 mm con stelo completamente retratto e<br />
un <strong>di</strong>ametro <strong>della</strong> ruota <strong>di</strong> circa 90 mm, si avranno gli ingombri in figura:<br />
270 mm<br />
80 mm<br />
72
Bisogna d’altra parte tenere conto <strong>di</strong> due svantaggi non trascurabili.<br />
Il primo svantaggio è la presenza nella macchina <strong>di</strong> due tipi <strong>di</strong> cilindri <strong>di</strong>versi, con gli<br />
inconvenienti che ciò comporta in termini <strong>di</strong> costi <strong>di</strong> produzione, <strong>di</strong> manutenzione e <strong>di</strong><br />
immagazzinamento dei pezzi <strong>di</strong> ricambio.<br />
Un’altra e ben più grave <strong>di</strong>fficoltà nasce invece dal fatto che le linee <strong>di</strong> pressione sono<br />
solamente due: ogni cilindro attuatore è in comunicazione quin<strong>di</strong> non solo con il cilindro<br />
motore ma anche con gli altri cilindri attuatori.<br />
Ne consegue che le onde <strong>di</strong> pressione conseguenti all’urto <strong>di</strong> un cilindro con arbusti o<br />
foglie <strong>di</strong> palma si propagano agli altri cilindri compromettendo la sincronizzazione dei<br />
movimenti e, <strong>di</strong> conseguenza, il corretto funzionamento <strong>della</strong> macchina.<br />
Per questi motivi la soluzione con cilindri in parallelo è inattuabile e deve pertanto essere<br />
scartata.<br />
6.7 Schema con cilindri attuatori in serie<br />
Per ottenere compattezza nella zona <strong>della</strong> struttura senza tuttavia avere gli inconvenienti<br />
dello schema in parallelo si è analizzata la possibilità <strong>di</strong> utilizzare un cilindro motore e tre<br />
cilindri attuatori in serie, secondo lo schema seguente:<br />
Fm<br />
p1<br />
F1<br />
AT1<br />
p4<br />
p2 p3<br />
F2<br />
AT2<br />
F3<br />
AT3<br />
73
Si noti che il verso <strong>di</strong> F2 è lo stesso <strong>di</strong> F1 e F3 per considerare il sistema nel caso più<br />
sfavorevole possibile.<br />
Si suppongano uguali i tre cilindri attuatori,in<strong>di</strong>cati con AT1, AT2, AT3.<br />
Con le notazioni già viste:<br />
Uguagliando i volumi <strong>di</strong> fluido:<br />
⎧A<br />
= A = A = A<br />
1 2 3<br />
⎪<br />
⎨a1<br />
= a2 = a3 = a<br />
⎪<br />
⎩c1<br />
= c2 = c3 = c<br />
⎧A<br />
⋅ c = A ⋅c<br />
m m 1 1<br />
⎪<br />
⎪a1⋅<br />
c1 = a2 ⋅c2<br />
⎨<br />
⎪A2⋅<br />
c2 = A3 ⋅c3<br />
⎪<br />
⎩a3⋅<br />
c3 = am⋅cm che, considerando le (6.3) e le (6.19), si riducono alla:<br />
Le equazioni dell’equilibrio sono:<br />
che, introducendo k, forniscono:<br />
(6.19)<br />
(6.20)<br />
Am ⋅ cm= Ac ⋅ (6.21)<br />
⎧A<br />
⋅ p = a ⋅ p + F<br />
⎪<br />
⎪A⋅<br />
p1 = a⋅ p2 + F1<br />
⎨<br />
⎪A⋅<br />
p3 = a⋅p2 −F2<br />
⎪<br />
⎩A⋅<br />
p3 = a⋅ p4 + F3<br />
m 1 m 4 m<br />
⎧A<br />
⋅ p = k⋅A ⋅ p + F<br />
⎪<br />
⎪A⋅<br />
p1 = k⋅A⋅ p2 + F1<br />
⎨<br />
⎪A⋅<br />
p3 = k⋅A⋅p2 −F2<br />
⎪<br />
⎩A⋅<br />
p3 = k⋅A⋅ p4 + F3<br />
m 1 m 4 m<br />
(6.22)<br />
(6.23)<br />
74
Dividendo per Am e A rispettivamente:<br />
⎧<br />
Fm<br />
⎪ p1 = k⋅ p4<br />
+<br />
Am<br />
⎪<br />
⎪<br />
F1<br />
p1 = k⋅ p2<br />
+<br />
⎪<br />
A<br />
⎨<br />
⎪<br />
F2<br />
⎪<br />
p3 = k⋅ p2<br />
−<br />
A<br />
⎪<br />
⎪<br />
F3<br />
p3 = k⋅ p4<br />
+<br />
⎪⎩<br />
A<br />
Eguagliando le prime due e le ultime due si ha:<br />
Sottraendo la seconda alla prima si ha:<br />
⎧ F1<br />
Fm<br />
⎪k⋅<br />
p2 + = k⋅ p4<br />
+<br />
⎪ A Am<br />
⎨<br />
⎪ F2<br />
F3<br />
k⋅p2 − = k⋅ p4+<br />
⎪⎩ A A<br />
F1 F2<br />
FmF3 + = −<br />
A A A A<br />
Tenendo infine presente che Σ F = F1 + F2 + F3<br />
si ha:<br />
m<br />
Σ F F<br />
=<br />
A A<br />
Ma poiché, nel caso più sfavorevole, Fm=Σ F,<br />
come visto in precedenza, si ha:<br />
e, dalla (6.21):<br />
m<br />
m<br />
(6.24)<br />
(6.25)<br />
(6.26)<br />
(6.27)<br />
Am= A<br />
(6.28)<br />
cm= c<br />
(6.29)<br />
Si deduce pertanto che il cilindro motore ha le stesse <strong>di</strong>mensioni dei cilindri attuatori.<br />
Ipotizzando, come prima, che il <strong>di</strong>ametro interno <strong>di</strong> un cilindro sia <strong>di</strong> 25 mm ne consegue<br />
che il <strong>di</strong>ametro esterno sarà circa 40 mm.<br />
Si pone inoltre che la lunghezza del cilindro sia circa 180 mm e che l’eccentrico abbia un<br />
<strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> 90 mm.<br />
75
Si hanno pertanto gli ingombri in figura:<br />
270 mm<br />
Anche in questo caso la soluzione ha un solo cilindro motore. Rispetto alla soluzione<br />
precedente si hanno tuttavia alcuni vantaggi non trascurabili.<br />
Le <strong>di</strong>mensioni del cilindro motore e, quin<strong>di</strong>, dell’intero blocco motore sono inferiori<br />
rispetto alla soluzione in parallelo con una conseguente riduzione <strong>degli</strong> ingombri.<br />
I cilindri sono tutti uguali; da ciò ne conseguono i già visti vantaggi in termini <strong>di</strong> costi e<br />
manutenzione.<br />
Svantaggiata risulta invece la modularità: si noti infatti che, perché siano sod<strong>di</strong>sfatte le<br />
con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> uguaglianza dei volumi delle camere <strong>di</strong>rettamente connesse, non è possibile<br />
eliminare un solo cilindro dallo schema.<br />
Se si eliminasse infatti il cilindro AT3 si avrebbe:<br />
a c A ⋅ = ⋅ (6.30)<br />
m m c<br />
che, considerando la (6.29), le (6.3) e la (6.28), e che k < 1 per definizione, risulta<br />
impossibile.<br />
La modularità è pertanto possibile a con<strong>di</strong>zione <strong>di</strong> eliminare due cilindri alla volta; ad<br />
esempio è possibile eliminare le due barre verticali per operare su prati sgombri da palme.<br />
6.8 Schemi misti<br />
50 mm<br />
Allo scopo <strong>di</strong> migliorare la modularità <strong>della</strong> macchina si è anche valutata la possibilità <strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>videre l’impianto in due linee <strong>di</strong>stinte in modo tale da consentire una rapida rimozione<br />
delle barre verticali nel caso si debba operare su campi sgombri da palme.<br />
A tale scopo si sono analizzate due soluzioni <strong>di</strong> concezione simile a quelle viste<br />
precedentemente limitando però l’analisi alle sole barre verticali presupponendo per la<br />
barra falciante orizzontale un impianto separato come <strong>di</strong>scusso nel paragrafo 6.5.<br />
76
6.8.1 Schema con barre verticali in parallelo<br />
Lo schema che prevede le sole barre verticali in parallelo è del tutto analogo a quello visto<br />
nel paragrafo 6.6:<br />
In questo caso la (6.15) <strong>di</strong>venta:<br />
Mentre la (6.18) <strong>di</strong>venta invece:<br />
A = 2 ⋅ A<br />
(6.31)<br />
m<br />
m<br />
a<br />
D = 2 ⋅D<br />
(6.32)<br />
Ipotizzando ancora una volta un cilindro attuatore con alesaggio 25 mm si deduce che<br />
l’alesaggio del cilindro motore sarà circa 50 mm.<br />
La soluzione è quin<strong>di</strong> più ingombrante rispetto allo schema con tutti i cilindri in serie,<br />
soprattutto per la presenza <strong>di</strong> due cilindri anziché uno.<br />
Si riscontrano inoltre gli stessi problemi dovuti alle linee in parallelo con la propagazione<br />
delle onde d’urto da una linea all’altra.<br />
D’altra parte non si riscontrano risultati apprezzabili in quanto a modularità. Il tempo <strong>di</strong><br />
smontaggio dell’impianto verticale è anzi più lungo rispetto alla soluzione in serie in<br />
quanto rispetto a questa si devono non solo smontare le barre verticali ma anche il cilindro<br />
motore che le movimenta.<br />
Tale soluzione è pertanto da scartare.<br />
F1<br />
AT1<br />
p2<br />
p1<br />
Fm<br />
a<br />
M<br />
F2<br />
AT2<br />
77
6.8.2 Schema con barre verticali in serie<br />
Lo schema ipotizzato si presenta come in figura:<br />
Tale soluzione appare imme<strong>di</strong>atamente inammissibile in quanto affaccia una camera senza<br />
stelo ad una con lo stelo determinando quin<strong>di</strong> due volumi <strong>di</strong>fferenti.<br />
Anche tale soluzione è quin<strong>di</strong> da scartare.<br />
6.9 Conclusioni<br />
p1<br />
F1<br />
AT1<br />
Dall’analisi dei vari schemi <strong>di</strong> funzionamento e dalle considerazioni riguardanti le loro<br />
principali caratteristiche appare evidente come la soluzione migliore sia quella <strong>di</strong> adottare<br />
un impianto in serie con quattro cilindri uguali <strong>di</strong> cui uno motore e tre attuatori.<br />
Tale soluzione è infatti non solo quella che meglio sod<strong>di</strong>sfa le specifiche tecniche richieste<br />
ma anche quella più semplice, compatta, leggera ed economica.<br />
p3<br />
p2<br />
F2<br />
AT2<br />
78
7 Progettazione dell’impianto idraulico<br />
7.1 Dimensionamento dell’impianto idraulico<br />
Avendo scelto lo schema dell’impianto (riportato sotto) è ora possibile procedere al suo<br />
<strong>di</strong>mensionamento.<br />
Fm<br />
Al fine <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensionare i cilindri e le condotte percorse dall’olio si considera l’ipotesi in<br />
cui la barra falciante sia improvvisamente bloccata nel suo moto da un corpo estraneo che<br />
essa non sia in grado <strong>di</strong> tagliare, tipicamente una pietra. In questo caso si ha un colpo<br />
d’ariete che si ripercuote lungo il circuito fino ai cilindri.<br />
Nel seguito per il cilindro verrà considerato un <strong>di</strong>ametro <strong>di</strong> 15 mm. La motivazione <strong>della</strong><br />
scelta <strong>di</strong> un <strong>di</strong>ametro così piccolo (inferiore agli alesaggi minimi <strong>di</strong>sponibili normalmente<br />
sul mercato) sarà considerata più avanti in questo capitolo.<br />
Per il <strong>di</strong>mensionamento <strong>degli</strong> elementi si è utilizzata la procedura seguente.<br />
7.1.1 Calcolo <strong>della</strong> pressione <strong>di</strong> colpo d’ariete<br />
p1<br />
F1<br />
1. Si considera la velocità massima dell’elemento mobile. Dalla (4.4) a pag. 52 si ha:<br />
p4<br />
p2 p3<br />
F2<br />
V max = 0.03⋅ 94.24 = 2.83 [m/s] (7.1)<br />
F3<br />
79
2. Si calcola la portata volumetrica <strong>di</strong> olio nella condotta supponendo un alesaggio D del<br />
cilindro <strong>di</strong> 15 mm:<br />
D 0.015<br />
Q A V V<br />
4 4<br />
2 2<br />
−4<br />
max = cil ⋅ max = π ⋅ ⋅ max = π ⋅ ⋅ 2.83= 510 ⋅ [m 3 /s]<br />
(7.2)<br />
3. Si calcola la velocità massima nella condotta Vc ricavandola dalla portata e conoscendo<br />
il <strong>di</strong>ametro <strong>della</strong> condotta. Come scelta iniziale per la condotta si prenda un tubo<br />
commerciale con <strong>di</strong>ametro Dc = 7.93 mm (corrispondenti a 5/16”) e spessore s = 3.575<br />
mm; tale scelta andrà successivamente verificata e, eventualmente, mo<strong>di</strong>ficata<br />
compiendo una seconda iterazione <strong>della</strong> procedura:<br />
V<br />
c<br />
Q 4⋅ Q 4510 ⋅ ⋅<br />
= = = = 10.1 [m/s]<br />
−4<br />
max max<br />
A<br />
2<br />
π ⋅Dc 2<br />
π ⋅0.00793<br />
(7.3)<br />
4. Da Vc con le equazioni del colpo d’ariete si ricava la massima sovrappressione ΔPca<br />
nell’impianto.<br />
Si assuma come fluido l’acqua: questa ipotesi risulta cautelativa in quanto l’olio è in<br />
realtà più viscoso e produce quin<strong>di</strong> uno smorzamento maggiore sull’onda d’urto.<br />
Nel caso <strong>di</strong> chiusura repentina (durata nulla) si ha:<br />
dove, per acqua:<br />
con:<br />
c = celerità<br />
cV ⋅<br />
g<br />
C Δ Pca<br />
= [mH2O]<br />
c =<br />
1420<br />
ε D<br />
1+<br />
⋅<br />
E s<br />
c<br />
[m/s]<br />
Dc = <strong>di</strong>ametro <strong>della</strong> condotta = 7.93 mm<br />
s = spessore <strong>della</strong> condotta = 4.33 mm<br />
E = modulo <strong>di</strong> elasticità del materiale <strong>della</strong> condotta = 15 GPa<br />
ε = modulo <strong>di</strong> elasticità <strong>di</strong> volume del liquido = 2 GPa<br />
(7.4)<br />
(7.5)<br />
Il valore del modulo <strong>di</strong> elasticità del materiale <strong>della</strong> condotta è frutto <strong>di</strong> una stima che<br />
tiene conto <strong>della</strong> duplice natura dei normali tubi flessibili che sono costituiti da<br />
un’anima in gomma e da un rivestimento in tela o maglia metallica. Tale stima è<br />
volutamente abbondante perché ad un maggiore valore <strong>di</strong> E fa fronte una minore<br />
<strong>di</strong>latazione <strong>della</strong> condotta e, quin<strong>di</strong>, un minore smorzamento dell’onda <strong>di</strong> pressione.<br />
80
Il valore <strong>della</strong> celerità c risulta pertanto:<br />
che fornisce:<br />
1420<br />
c = = 1273 [m/s]<br />
2 7.93<br />
1+ ⋅<br />
15 4.33<br />
1273⋅10.1 Δ Pca<br />
= = 1310 [mH2O] = 128.6 [bar]<br />
9.81<br />
(7.6)<br />
(7.7)<br />
Tale valore va aggiunto alla pressione <strong>di</strong> esercizio massima Pc <strong>della</strong> condotta per<br />
determinare la pressione <strong>di</strong> scoppio dell’impianto.<br />
7.1.2 Calcolo <strong>della</strong> pressione <strong>di</strong> esercizio dell’impianto<br />
1. Si determina la pressione Pc presente nel circuito in movimento libero calcolando la<br />
forza necessaria ad applicare all’elemento mobile <strong>della</strong> barra falciante l’accelerazione<br />
aem richiesta, al netto dell’accelerazione <strong>di</strong> gravità g e dell’attrito presente tra<br />
l’elemento mobile e la sua guida fissa.<br />
L’accelerazione dell’elemento mobile è, ricordando la (4.2) a pag. 52:<br />
dV d<br />
a R R<br />
dt dt<br />
2<br />
em = = ⋅ω⋅ sinα = ⋅ω ⋅ cosα<br />
[m/s 2 ]<br />
<strong>Intro</strong>ducendo i valori visti in precedenza:<br />
che risulta massima per α=0°:<br />
( )<br />
2<br />
aem 0.03 94.24 cosα<br />
(7.8)<br />
= ⋅ ⋅ [m/s 2 ] (7.9)<br />
a = ⋅ = [m/s 2 ] (7.10)<br />
2<br />
em 0.03 94.24 266.43<br />
max<br />
Poiché essa deve essere raggiunta anche in verticale, il suo valore deve essere<br />
maggiorato del valore <strong>di</strong> g. L’accelerazione massima richiesta è dunque:<br />
( )<br />
amax = aem + g=<br />
266.43+ 9.81= 276 [m/s max 2 ] (7.11)<br />
2. Per determinare l’attrito si è operata una prova <strong>di</strong>namometrica in laboratorio. E’ stato<br />
in questo modo stabilito che, per una barra falciante da 650 mm, con denti appena<br />
registrati ed in assenza <strong>di</strong> residui <strong>di</strong> <strong>vegetazione</strong> nel meccanismo, la forza minima<br />
(Fa)650 necessaria ad originare il movimento dell’elemento mobile è <strong>di</strong> circa 65 N.<br />
81
Le con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> prova sono da considerare cautelative in quanto, nel corso dell’utilizzo<br />
normale, le vibrazioni portano, dopo un certo tempo, alla per<strong>di</strong>ta <strong>della</strong> registrazione<br />
ottimale dei registri <strong>della</strong> barra e, <strong>di</strong> conseguenza, ad una <strong>di</strong>minuzione dell’attrito tra<br />
questi e l’equipaggio mobile; la <strong>vegetazione</strong> risulta avere inoltre un effetto lubrificante<br />
per le parti in movimento.<br />
Per determinare i valori <strong>della</strong> forza d’attrito per la barra falciante da 1050 mm si è<br />
operata una semplice proporzione:<br />
1050 1050<br />
= ⋅ = ⋅ 65= 105 [N]<br />
650 650<br />
( F ) ( F )<br />
a 1050 a 650<br />
(7.12)<br />
Avendo deciso <strong>di</strong> utilizzare un solo tipo <strong>di</strong> cilindro attuatore per tutte le barre, nel<br />
seguito verrà considerata come forza d’attrito Fa = 105 [N].<br />
3. Il peso dell’elemento mobile <strong>della</strong> barra falciante da 1050 mm è M1050 = 2.75 kg.<br />
Per imprimere all’elemento mobile da 1050 mm l’accelerazione richiesta è pertanto<br />
necessaria una forza:<br />
Fem = M1050⋅ amax<br />
= 2.75⋅ 276= 759 [N] (7.13)<br />
cui va aggiunta la forza necessaria a vincere l’attrito. La forza totale è quin<strong>di</strong>:<br />
( )<br />
F1050 = Fem + Fa<br />
= 759+ 105= 864 [N] (7.14)<br />
1050<br />
La barra falciante da 650 mm è invece orizzontale: in questo caso la forza impressa dal<br />
cilindro corrispondente deve soltanto vincere l’attrito.<br />
4. La forza totale F necessaria a movimentare le due barre verticali da 1050 mm e la barra<br />
orizzontale da 650 mm è dunque:<br />
F = 2⋅ F + F = 2864 ⋅ + 65= 1793 [N] (7.15)<br />
1050 650<br />
La pressione Pc nel circuito necessaria alla movimentazione delle tre barre falcianti è,<br />
per un alesaggio del cilindro <strong>di</strong> 15 mm:<br />
4⋅F Pc<br />
= 2<br />
π ⋅D 41793 ⋅<br />
6<br />
= = 10.2⋅10 [Pa] = 102 [bar]<br />
2<br />
π ⋅0.015<br />
(7.16)<br />
Tale pressione deve essere però maggiorata per tener conto delle per<strong>di</strong>te <strong>di</strong> carico.<br />
5. Si calcoli innanzitutto la per<strong>di</strong>ta <strong>di</strong> carico nella condotta considerando una lunghezza <strong>di</strong><br />
80 cm ed ipotizzando liscia la parete.<br />
E’ necessario a questo punto conoscere le caratteristiche <strong>di</strong> viscosità del fluido <strong>di</strong><br />
lavoro al fine <strong>di</strong> determinarne il regime.<br />
82
In prima approssimazione si può scegliere un comune olio idraulico commerciale. Tale<br />
scelta dovrà comunque essere sottoposta ad un’analisi approfon<strong>di</strong>ta ed eventualmente<br />
sarà necessario ripetere la procedura con un’altra iterazione.<br />
Si considerino al momento le seguenti caratteristiche:<br />
Viscosità = ν = 14.3 mm 2 /s = 1.43·10 -5 m 2 /s<br />
Densità = ? = 0.860 kg/l = 860 kg/m 3<br />
Il numero <strong>di</strong> Reynolds in tali con<strong>di</strong>zioni è:<br />
−3<br />
Vc⋅Dc 10.1⋅7.93⋅10 Re= = = 5600> 2200<br />
−5<br />
ν 1.43⋅10 Il regime è quin<strong>di</strong> turbolento. Si utilizza la legge <strong>di</strong> Blasius:<br />
λtubo<br />
La per<strong>di</strong>ta <strong>di</strong> carico nel tubo è dunque:<br />
(7.17)<br />
−0.25 −0.25<br />
= 0.316⋅ Re = 0.316⋅ 5600 = 0.0365<br />
(7.18)<br />
2 2<br />
L Vc<br />
0.8 10.1<br />
Δ Ptubo<br />
= λtubo ⋅ρ⋅ ⋅ = 0.0365⋅860⋅ = 16.5⋅10 −3<br />
D 2⋅g 7.93⋅10 29.81 ⋅<br />
3<br />
[Pa] = 0.17 [bar]<br />
(7.19)<br />
6. La per<strong>di</strong>ta <strong>di</strong> carico all’innesto <strong>della</strong> condotta nel cilindro considerato un leggero<br />
arrotondamento dell’imbocco è:<br />
V<br />
10.1<br />
2 2<br />
2 2<br />
Δ Pim = 0.25⋅ρ⋅ c = 0.25⋅860⋅ 3<br />
= 11.0⋅ 10 [Pa] 0.11<br />
= [bar]<br />
(7.20)<br />
La per<strong>di</strong>ta <strong>di</strong> carico allo sbocco <strong>della</strong> condotta nel cilindro considerato un suo leggero<br />
arrotondamento è:<br />
V<br />
10.1<br />
2 2<br />
2 2<br />
Δ Psb = 0.25⋅ρ⋅ c = 0.25⋅860⋅ 3<br />
= 11.0⋅ 10 [Pa] 0.11<br />
Le per<strong>di</strong>te totali in ogni tratto <strong>di</strong> tubo risultano quin<strong>di</strong>:<br />
( Pp) Ptubo Pim Psb<br />
0.17 0.11 0.11 0.39<br />
tratto<br />
= [bar]<br />
(7.21)<br />
Δ =Δ +Δ +Δ = + + = [bar] (7.22)<br />
Dallo schema <strong>di</strong> pag. 79 si osserva che i tratti <strong>di</strong> condotta sono quattro; la per<strong>di</strong>ta <strong>di</strong><br />
carico massima del sistema è dunque:<br />
( )<br />
Δ P = 4⋅Δ P = 40.39 ⋅ = 1.56 [bar] (7.23)<br />
p p tratto<br />
83
7. A tale pressione è necessario infine aggiungere la pressione necessaria per<br />
movimentare l’olio nell’impianto.<br />
Tale pressione è data da due contributi: la pressione necessaria ad accelerare l’olio<br />
nella condotta e quella necessaria ad accelerare l’olio nei quattro cilindri.<br />
La massa d’olio Moc presente in una condotta, supponendo una lunghezza <strong>di</strong> 800 mm è:<br />
2 2<br />
Dc<br />
0.00793<br />
Moc = ρ⋅π ⋅ ⋅ l = 860⋅π ⋅ 0.8 = 0.034 [kg]<br />
4 4<br />
Anche nella condotta si ha una legge <strong>di</strong> moto sinusoidale con frequenza ? che si può<br />
determinare introducendo un valore fittizio Rf del raggio <strong>di</strong> manovella:<br />
che ha valore massimo:<br />
Si ha pertanto:<br />
Vc<br />
Rf<br />
=<br />
ω<br />
L’accelerazione aca nella condotta è dunque:<br />
(7.24)<br />
Vcα= Rf<br />
⋅ω⋅ sin( α)<br />
(7.25)<br />
dV d<br />
a R R<br />
dt dt<br />
Vc = Rf ⋅ ω<br />
(7.26)<br />
cα<br />
2<br />
cα= = f ⋅ω⋅ sin( α) = f ⋅ω ⋅ cos( α)<br />
il cui valore massimo ac risulta, sostituendo Rf dalla (7.27) e Vc dalla (7.3):<br />
(7.27)<br />
(7.28)<br />
ac = Vc⋅ ω = 10.1⋅ 94.24= 951.8 [m/s 2 ] (7.29)<br />
La forza Foc necessaria a movimentare l’olio nella condotta è dunque:<br />
Foc = Moc⋅ ac<br />
= 0.034⋅ 951.8= 32.4 [N] (7.30)<br />
cui corrisponde una pressione Poc necessaria ad accelerare l’olio nella condotta:<br />
P<br />
oc<br />
F 4 ⋅ F 432.4 ⋅<br />
= = = = 6.56⋅10 A D<br />
oc oc<br />
c π ⋅<br />
2<br />
c<br />
2<br />
π ⋅0.00793<br />
La massa <strong>di</strong> olio Mo contenuta in un cilindro è invece:<br />
5<br />
[Pa] = 6.56 [bar]<br />
2 2<br />
D<br />
0.015<br />
Mo= ρ⋅π ⋅ ⋅ c=<br />
860⋅π ⋅ 0.06 = 0.009 [kg]<br />
4 4<br />
(7.31)<br />
(7.32)<br />
84
La forza Fo necessaria a movimentare l’olio in un cilindro è quin<strong>di</strong>, dalla (7.10):<br />
o o em<br />
( ) max 0.009 266.43 2.4<br />
F = M ⋅ a = ⋅ = [N] (7.33)<br />
da cui si ha che la pressione Po necessaria ad accelerare l’olio nel cilindro è:<br />
Fo 4 ⋅ Fo<br />
42.4 ⋅<br />
4<br />
Po<br />
= = = = 1.4⋅10 2 2<br />
A π ⋅D π ⋅0.015<br />
[Pa] = 0.14 [bar]<br />
(7.34)<br />
La pressione Pot totale necessaria ad accelerare l’olio nell’impianto è dunque,<br />
considerando quattro cilindri e quattro tratti <strong>di</strong> tubo:<br />
P = 4⋅ P + 4⋅ P = 46.56 ⋅ + 40.14 ⋅ = 28.8 [bar] (7.35)<br />
ot oc o<br />
8. La pressione <strong>di</strong> esercizio del sistema è quin<strong>di</strong>:<br />
Pe = Pc+Δ Pp + Pot<br />
= 102+ 1.56 + 28.8 = 134.4 [bar] (7.36)<br />
7.1.3 Pressione massima nell’impianto<br />
La pressione massima nell’impianto è, a questo punto, per il cilindro sottoposto alla<br />
pressione maggiore:<br />
Pmax = Pe+Δ Pca<br />
= 103.56+ 128.6 = 232 [bar] (7.37)<br />
I cilindri dovranno a questo punto essere <strong>di</strong>mensionati per resistere a tale pressione.<br />
7.2 Scelta dei cilindri<br />
Avendo determinato le pressioni massime nel sistema è ora possibile procedere alla scelta<br />
dei cilindri a doppio effetto.<br />
I cilindri a doppio effetto normalmente presenti sul mercato presentano tutti la<br />
caratteristica <strong>di</strong> avere un sistema <strong>di</strong> ammortizzo <strong>degli</strong> urti che si hanno quando il pistone<br />
arriva alla fine <strong>della</strong> sua corsa con una velocità non nulla.<br />
In questo caso, tuttavia, la legge <strong>di</strong> moto sinusoidale che caratterizza il movimento dei<br />
cilindri attuatori fa si che nei punti <strong>di</strong> fine corsa si abbia invece una velocità nulla, come<br />
evidente dall’analisi cinematica <strong>della</strong> barra falciante.<br />
Al fine <strong>di</strong> contenere i costi e gli ingombri è stato quin<strong>di</strong> deciso <strong>di</strong> adottare cilindri senza<br />
ammortizzatori <strong>di</strong> fine corsa. Tale scelta ha i seguenti vantaggi e svantaggi.<br />
85
Vantaggi:<br />
• Il cilindro è più compatto perché sono assenti gli ammortizzatori <strong>di</strong> fine corsa.<br />
• Il cilindro è più leggero perché sono assenti gli ammortizzatori <strong>di</strong> fine corsa.<br />
• La costruzione del cilindro è più semplice ed economica.<br />
Svantaggi:<br />
• Il cilindro deve essere costruito ad hoc.<br />
Avendo deciso <strong>di</strong> costruire ad hoc i cilindri si è potuto ottenere un ulteriore vantaggio:<br />
l’alesaggio è stato ridotto fino a 15 mm consentendo <strong>di</strong> ridurre ingombri e sollecitazioni.<br />
Lo spessore del mantello è inoltre <strong>di</strong>rettamente <strong>di</strong>pendente dal <strong>di</strong>ametro, a parità <strong>di</strong><br />
pressione interna, e può quin<strong>di</strong> essere ridotto anch’esso con un notevole vantaggio <strong>di</strong> peso,<br />
<strong>di</strong> ingombro e <strong>di</strong> costo.<br />
Per motivi commerciali e progettuali si è deciso <strong>di</strong> demandare la progettazione e la<br />
costruzione dei cilindri ad un’azienda del settore che mettesse a <strong>di</strong>sposizione la propria<br />
esperienza e le proprie conoscenze.<br />
Sono state quin<strong>di</strong> contattate alcune aziende del settore e sono stati richiesti preventivi per<br />
la costruzione <strong>di</strong> cilindri a doppio effetto con le caratteristiche <strong>di</strong>mensionali e strutturali<br />
richieste e soggetti alle velocità volute.<br />
Tra le aziende contattate è stata quin<strong>di</strong> scelta la Commercio Oleo<strong>di</strong>namica Pneumatica<br />
Elettronica S.r.l. che ha fornito un preventivo <strong>di</strong> circa 100 € a cilindro.<br />
7.3 Scelta dei collegamenti a telaio<br />
Per la scelta corretta dei collegamenti dei cilindri al telaio bisogna tenere conto <strong>della</strong> loro<br />
funzione. I cilindri sono deputati esclusivamente alla trasmissione del moto e non hanno<br />
nessuna funzione strutturale.<br />
E’ fortemente consigliato, in tutte le applicazioni, <strong>di</strong> adottare, ove possibile, strutture<br />
isostatiche: in questo caso, infatti, il cilindro non aggiunge con la sua presenza nessun<br />
vincolo strutturale al sistema.<br />
La scelta <strong>di</strong> una struttura <strong>di</strong> insieme isostatica garantisce <strong>di</strong> preservare il cilindro da<br />
sollecitazioni <strong>di</strong> taglio e da momenti che, applicati allo stelo o al mantello potrebbero<br />
sollecitare il cilindro a flessione.<br />
Il cilindro oleoidraulico, infatti, è <strong>di</strong> per se stesso soggetto ai carichi <strong>di</strong> punta nella fase <strong>di</strong><br />
compressione dello stelo.<br />
86
In questo caso la forza normale applicata allo stelo è quantificabile attraverso la pressione<br />
massima che si può verificare nel circuito ed è:<br />
2<br />
2<br />
5 0.<br />
015<br />
= max ⋅ = max ⋅π<br />
⋅ = 232⋅10<br />
⋅π<br />
⋅ = 4100<br />
4<br />
4<br />
D<br />
F P A P<br />
[N]<br />
(7.38)<br />
La combinazione <strong>di</strong> una forza tanto elevata con delle sollecitazioni <strong>di</strong> taglio o <strong>di</strong> momento<br />
flettente porterebbe lo stelo, soprattutto se completamente esteso, a deformarsi<br />
sensibilmente.<br />
Tali deformazioni solleciterebbero le guarnizioni del cilindro con conseguenti effetti <strong>di</strong><br />
surriscaldamento, trafilamento <strong>di</strong> olio e usura delle stesse.<br />
Al fine <strong>di</strong> evitare questo problema è necessario evitare che siano trasmesse al cilindro<br />
sollecitazioni <strong>di</strong>verse dalla semplice tensione normale.<br />
I due vincoli a telaio dovranno pertanto essere realizzati me<strong>di</strong>ante accoppiamento <strong>di</strong> perni<br />
sul telaio e <strong>di</strong> giunti sferici sui cilindri.<br />
Il fissaggio dell’attacco sferico posteriore deve avvenire per saldatura dello stesso sul<br />
fondo del cilindro<br />
Lo snodo sferico anteriore può essere invece <strong>di</strong>rettamente saldato allo stelo o essere<br />
avvitato ad esso dopo che questo sia stato opportunamente filettato.<br />
I cilindri con i rispettivi fissaggi sono stati progettati con il mo<strong>della</strong>tore solido Pro<br />
Engineer e si presentano pertanto come in figura:<br />
7.4 Scelta dei tubi flessibili<br />
Per i tubi flessibili è stato scelto il modello FlexIT/SC216 <strong>della</strong> Intertraco (Italia) S.p.A.<br />
che presenta le seguenti caratteristiche costruttive:<br />
• Tubo interno: gomma nera sintetica resistente all’olio senza saldature.<br />
• Rinforzo: 2 tele in filo metallico per alte tensioni.<br />
• Copertura: gomma nera sintetica resistente ad intemperie, abrasione e ozono.<br />
Ritardante <strong>di</strong> fiamma approvato dal MSHA.<br />
87
• Campo <strong>di</strong> temperature a servizio continuo: da-40°C a 100°C.<br />
• Resistenza ai flui<strong>di</strong>: olii idraulici sia sintetici che “biologici”; olii a base poliglicolica,<br />
emulsioni <strong>di</strong> acqua e olio; acqua.<br />
• Lunghezza: su richiesta.<br />
Le caratteristiche geometriche sono le seguenti:<br />
• Diametro nominale: 7.9 mm (5/16”).<br />
• Diametro esterno: 16 mm.<br />
• Pressione massima <strong>di</strong> lavoro: 350 bar.<br />
• Pressione minima <strong>di</strong> scoppio: 1400 bar<br />
• Raggio minimo <strong>di</strong> curvatura: 57 mm.<br />
• Peso: 330 g/m<br />
Si noti che la pressione massima <strong>di</strong> esercizio è superiore alla pressione massima raggiunta<br />
dal sistema nei casi <strong>di</strong> impuntamenti bruschi. In teoria si sarebbe potuto adottare una<br />
pressione massima <strong>di</strong> esercizio più bassa e considerare gli impuntamenti come “scoppi”;<br />
nella pratica bisogna però considerare che gli impuntamenti o comunque gli urti, non sono<br />
infrequenti e il tubo deve pertanto essere in grado <strong>di</strong> resistere a tali sollecitazioni senza<br />
deteriorarsi.<br />
7.5 Scelta dell’olio idraulico<br />
Tra i molti tipi <strong>di</strong> olii idraulici presenti sul mercato è stato scelto per le sue caratteristiche<br />
<strong>di</strong> viscosità e per la sua particolare attitu<strong>di</strong>ne alle applicazioni ad alte frequenze l’olio Agip<br />
OSO 15.<br />
L’olio idraulico Agip OSO 15 è ottenuto da basi paraffiniche selette e attivate con funzione<br />
antiruggine, antiossidante e antiusura (Classificazione ISO-L-FD).<br />
Tale olio presenta le seguenti caratteristiche:<br />
• Viscosità a 100°C: 3.3 mm 2 /s.<br />
• Viscosità a 40°: 14.3 mm 2 /s.<br />
• In<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> viscosità: 98.<br />
• Punto <strong>di</strong> infiammabilità V.A.: 190°C.<br />
• Punto <strong>di</strong> scorrimento: -30°C.<br />
• Massa volumica a 15°C: 0.860 kg/l<br />
L’olio Agip OSO 15 ha inoltre le seguenti proprietà e prestazioni <strong>di</strong>chiarate dal produttore:<br />
• Oltre che a consentire la trasmissione <strong>di</strong> energia negli impianti che ne prevedono<br />
l’impiego come fluido funzionale provvede anche alla lubrificazione <strong>di</strong> tutti gli organi<br />
in movimento presenti nel circuito idraulico stesso. Esso crea un velo <strong>di</strong> lubrificante<br />
resistente alle notevoli sollecitazioni che si manifestano tra le superfici striscianti,<br />
specialmente negli organi più sollecitati <strong>degli</strong> impianti idraulici ad alta pressione<br />
idrostatica.<br />
88
Tale proprietà non ha rilevanza nel caso presente, in quanto nell’impianto non ci sono<br />
organi che necessitano <strong>di</strong> lubrificazione, ma evidenzia come lo stesso olio si presti<br />
anche alle consuete esigenze <strong>di</strong> lubrificazione.<br />
Tale caratteristica risulta importante perché consente <strong>di</strong> trasportare sul campo un solo<br />
tipo <strong>di</strong> olio semplificando così la logistica.<br />
• E’ dotato <strong>di</strong> notevoli proprietà antiusura come messo in evidenza dalle prove<br />
tecnologiche.<br />
• E’ dotato <strong>di</strong> ottima resistenza all’ossidazione e all’invecchiamento anche quando<br />
sottoposto a notevoli sollecitazioni termiche: contrasta la formazione <strong>di</strong> morchie e<br />
depositi, evita l’intasamento dei condotti, conserva un’adeguata flui<strong>di</strong>tà, riduce le spese<br />
<strong>di</strong> manutenzione e può essere mantenuto in esercizio per lungo tempo.<br />
• L’alto in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> viscosità <strong>di</strong> cui è dotato consente <strong>di</strong> ridurre al minimo le variazioni <strong>di</strong><br />
viscosità dell’olio al variare <strong>della</strong> temperatura <strong>di</strong> esercizio. Il suo utilizzo garantisce<br />
pertanto costanza <strong>di</strong> ren<strong>di</strong>mento e <strong>di</strong> per<strong>di</strong>te <strong>di</strong> carico.<br />
• E’ caratterizzato da un basso punto <strong>di</strong> scorrimento che consente il facile avviamento<br />
dell’impianto idraulico anche a bassa temperatura ambiente (che nel caso presente è<br />
comunque elevata) senza l’insorgere <strong>di</strong> inconvenienti <strong>di</strong> circolazione.<br />
• Il suo particolare potere anticorrosivo ed antiruggine impe<strong>di</strong>sce l’ossidazione delle<br />
superfici interne dei circuiti ed evita gli inconvenienti <strong>di</strong> funzionamento e la<br />
degradazione dell’olio dovuti agli ossi<strong>di</strong> metallici che si formerebbero all’interno dei<br />
circuiti stessi.<br />
• La sua notevole demulsività si oppone alla formazione <strong>di</strong> emulsioni stabili tra l’olio<br />
stesso e l’acqua proveniente da per<strong>di</strong>te o condensazioni ed impe<strong>di</strong>sce il conseguente<br />
degradamento delle proprietà lubrificanti ed anticorrosive del fluido idraulico.<br />
• Le rilevanti proprietà antischiuma e la capacità <strong>di</strong> liberare l’aria trattenuta impe<strong>di</strong>scono<br />
inconvenienti provocati dalla compressibilità delle bolle d’aria.<br />
L’olio Agip OSO 15 sod<strong>di</strong>sfa infine le esigenze previste dalle seguenti specifiche:<br />
• DIN 51524 Teil 2 HLP<br />
• AFNOR NF E 48603 HM<br />
• CETOP RP91 H HM<br />
• DENISON HF 2<br />
• VDMA 24318<br />
• BS 4231 HSD<br />
• ISO L-FD<br />
7.6 Componenti vari<br />
Gli altri componenti del circuito (scambiatori <strong>di</strong> calore, tappi, giunti, spillatori dell’aria…)<br />
sono <strong>di</strong> uso comune e sono semplici da reperire in qualsiasi paese.<br />
La loro scelta è pertanto demandata al personale in Sri Lanka in modo da facilitare il suo<br />
reperimento in caso <strong>di</strong> rotture o sostituzioni programmate.<br />
89
8.1 Requisiti <strong>di</strong> base<br />
8 Progettazione del telaio<br />
Il telaio ha la funzione <strong>di</strong> supportare le barre falcianti tra loro, collegare l’intero sistema al<br />
motocoltivatore e alloggiare l’impianto oleo<strong>di</strong>namnico <strong>di</strong> movimentazione delle barre.<br />
La progettazione <strong>della</strong> macchina è iniziata determinando il peso massimo che può avere il<br />
modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> perché possa essere sostenuto dagli attacchi <strong>della</strong> presa<br />
<strong>di</strong> forza del motocoltivatore.<br />
E’ stato pertanto consultato l’Ing. Pinza <strong>della</strong> Grillo S.p.A.; grazie alla sua consulenza è<br />
stato determinato che gli attacchi <strong>di</strong> forza <strong>di</strong> un motocoltivatore commerciale <strong>di</strong> gran<strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>mensioni sono in grado <strong>di</strong> reggere un peso a sbalzo <strong>di</strong> circa 80 kg.<br />
La barra falciante da 650 mm ha una massa M650 <strong>di</strong> circa 9 kg. La barra falciante da 1050<br />
mm ha una massa M1050 <strong>di</strong> circa 14 kg.<br />
Ne consegue che la massa complessiva delle barre falcianti è:<br />
Mbarre = M650 + 2⋅M⋅= 9+ 214 ⋅ = 37 [kg] (8.1)<br />
La massa totale dell’impianto idraulico Midr è stata stimata essere circa 8 kg. Questo porta<br />
la massa Mbii del complesso barre – impianto idraulico a:<br />
Mbii = Mbarre+ Midr<br />
= 37+ 8= 45 [kg] (8.2)<br />
La massa del telaio e <strong>della</strong> trasmissione dovrà pertanto essere la minore possibile e<br />
comunque al <strong>di</strong> sotto dei 35 kg.<br />
La ricerca dell’ottimizzazione dei pesi porterebbe imme<strong>di</strong>atamente alla scelta <strong>di</strong> un<br />
materiale leggero per la costruzione del telaio ma non bisogna tuttavia <strong>di</strong>menticare le<br />
specifiche fondamentali del progetto.<br />
La scelta <strong>di</strong> una lega molto leggera per il telaio è infatti accompagnata da una serie <strong>di</strong><br />
controin<strong>di</strong>cazioni, prima tra tutte il prezzo, che la rendono inadatta allo scopo.<br />
Una scelta <strong>di</strong> compromesso tra la ricerca <strong>della</strong> leggerezza e il contenimento dei costi<br />
potrebbe essere l’alluminio.<br />
L’alluminio, paragonato all’acciaio, ha un peso specifico minore (circa 2700 kg/m3 contro i<br />
9800 kg/m3 dell’acciaio). Per contro l’acciaio risulta molto più rigido con un modulo <strong>di</strong><br />
Young <strong>di</strong> 210 GPa contro i 69 Gpa dell’alluminio.<br />
Il <strong>di</strong>fetto principale dell’alluminio è tuttavia quello <strong>di</strong> non poter essere saldato se non con<br />
l’ausilio <strong>di</strong> apparecchiature complesse e <strong>di</strong> un’officina particolarmente attrezzata.<br />
L’acciaio, per contro, è molto facile da saldare, anche in con<strong>di</strong>zioni non ideali.<br />
90
La facilità con cui un materiale può essere saldato è una caratteristica estremamente<br />
importante ai fini <strong>della</strong> sua scelta soprattutto nei casi, come questo, in cui si ha a che fare<br />
con pezzi molto complessi e costosi.<br />
Le specifiche <strong>di</strong> taglio richieste e, soprattutto, il tipo <strong>di</strong> azionamento consentono una certa<br />
libertà nel posiziona mento reciproco delle tre barre falcianti; tale posizionamento non<br />
deve infatti essere preciso al millimetro ma può variare, seppur in misura contenuta.<br />
Ciò rende possibile procedere ad una saldatura “<strong>di</strong> fortuna” che, seppure non abbastanza<br />
accurata da ris tabilire la geometria esatta del telaio, sia tuttavia tale da ripristinarne le<br />
caratteristiche strutturali e la resistenza alle sollecitazioni.<br />
Alla luce <strong>di</strong> queste considerazioni appare evidente come sia preferibile, se possibile,<br />
progettare un telaio in acciaio. Risulta tuttavia consigliabile procedere parallelamente ad un<br />
confronto tra le strutture progettate in acciaio e la loro alternativa in alluminio tenendo<br />
conto delle <strong>di</strong>fferenze <strong>di</strong> deformazione e delle eventuali correzioni da apportare per<br />
ottenere prestazioni in termini <strong>di</strong> deformazioni simili a quelle dell’acciaio.<br />
8.2 Forze e sollecitazioni<br />
Come primo passo nella progettazione del telaio è necessario calcolare le forze, trasmesse<br />
dalle barre falcianti, cui sono sottoposte le sue varie parti.<br />
Le forze trasmesse dalle barre falcianti al telaio sono essenzialmente dovute<br />
all’impuntamento <strong>della</strong> macchina in ostacoli che non riescono ad essere tagliati o rimossi<br />
dal sistema. Tipicamente il problema potrebbe essere dovuto alla collisione contro un<br />
roccia, per quanto riguarda la barra orizzontale, o contro un ostacolo posto in alto per<br />
quanto riguarda le barre verticali.<br />
La forza applicata dalle barre è quin<strong>di</strong> uguale alla spinta che il motocoltivatore è in grado<br />
<strong>di</strong> esercitare. Tale spinta è stata valutata essere pari a circa 2000 N.<br />
A queste sollecitazioni vanno aggiunte quelle sui perni derivanti dai colpi d’ariete<br />
trasmessi dagli urti ai cilindri; tali sollecitazioni sono state ricavate dalla (7.26) a pag. 85 e<br />
sono pari a 4100 N.<br />
Per quanto riguarda invece i vincoli si ipotizzerà nel seguito un vincolo ideale sulla<br />
superficie del telaio connessa alla presa <strong>di</strong> forza.<br />
La scelta <strong>di</strong> considerare il vincolo ammissibile nasce dalla considerazione che tali calcoli<br />
sono già stati in precedenza effettuati da chi ha progettato il motocoltivatore e i suoi<br />
attrezzi. E’ stato pertanto scelto <strong>di</strong> conservare anche la misura dei bulloni che vincolano il<br />
sistema al telaio Tale scelta sarebbe comunque stata obbligata dalla necessità <strong>di</strong> consentire<br />
il montaggio ma risulta in questo caso <strong>di</strong> particolare utilità perché consente <strong>di</strong> trascurare<br />
nella progettazione i calcoli inerenti ai bulloni <strong>di</strong> fissaggio.<br />
Tali considerazioni valgono parimenti per tutte le parti delle barre falcianti che non<br />
vengono sottoposte pertanto ad ulteriori analisi strutturali.<br />
91
8.3 Soluzioni scartate e relative analisi<br />
Nella progettazione del telaio <strong>della</strong> macchina sono state esaminate varie soluzioni prima <strong>di</strong><br />
pervenire al <strong>di</strong>segno finale.<br />
A titolo <strong>di</strong> esempio sul tipo <strong>di</strong> lavoro condotto si riporta brevemente <strong>di</strong> seguito<br />
l’evoluzione <strong>di</strong> una delle strutture analizzate.<br />
Si è creato un <strong>di</strong>segno <strong>di</strong> partenza, mo<strong>della</strong>to poi con il mo<strong>della</strong>tore solido:<br />
Si è quin<strong>di</strong> calcolato il momento che l’impuntamento esercita sulle barre verticali, quelle<br />
più critiche, e, quin<strong>di</strong>, sulla struttura.<br />
Tenendo presente che le barre verticali verranno imbullonate ai due fori in figura si è<br />
proceduto al calcolo delle sollecitazioni sui fori schematizzando la barra come in figura:<br />
Si è proceduto quin<strong>di</strong> al calcolo delle reazioni vincolari VA e VB. Per l’equilibrio dei<br />
momenti rispetto al foro A:<br />
da cui:<br />
A<br />
B<br />
975 mm<br />
60 mm<br />
F⋅ 975= V ⋅ 60<br />
(8.3)<br />
975 975<br />
VB= F⋅<br />
= 2000⋅ = 32500 [N]<br />
60 60<br />
B<br />
VA<br />
B<br />
A<br />
F<br />
VB<br />
(8.4)<br />
92
Per l’equilibrio alla traslazione:<br />
VA = F + VB<br />
= 32500+ 2000= 34500 [N] (8.5)<br />
Le forze VA e VB sono state quin<strong>di</strong> applicate ai fori avendo cura <strong>di</strong> invertirne il verso.<br />
Si è quin<strong>di</strong> proceduto all’analisi strutturale del pezzo utilizzando il modulo apposito <strong>di</strong><br />
ProE che implementa tale analisi me<strong>di</strong>ante calcolo agli elementi finiti.<br />
Per un confronto l’analisi è stata sviluppata sia per l’acciaio sia per l’alluminio.<br />
Si vedano nelle figure <strong>di</strong> seguito i risultati prodotti:<br />
Struttura in alluminio Struttura in acciaio<br />
Come si nota dalle figure le deformazioni massime sono rispettivamente <strong>di</strong> 1.93 mm per<br />
l’alluminio e 0.67 mm per l’acciaio mentre i pesi sono 7.9 kg e 22.8 kg.<br />
L’alluminio risulta nettamente più leggero anche se bisogna tener conto che, per ottenere la<br />
stessa rigi<strong>di</strong>tà bisogna aumentare lo spessore dello scatolato basso e del C verticale.<br />
L’entità delle deformazioni dell’acciaio è decisamente ridotta se si pensa che la flessione<br />
all’in<strong>di</strong>etro rispetto al piano <strong>di</strong> taglio definito dalle tre barre falcianti <strong>della</strong> barra verticale<br />
non influenza sostanzialmente né il taglio né l’efficacia del funzionamento <strong>degli</strong> attuatori.<br />
Il passo successivo è stato quin<strong>di</strong> <strong>di</strong> alleggerire il pezzo a scapito <strong>della</strong> sua rigidezza:<br />
Struttura in alluminio Struttura in acciaio<br />
93
In questo caso le deformazioni del telaio in alluminio e in acciaio sono rispettivamente<br />
2.14 mm e 0.74 mm mentre i pesi sono 7.0 kg e 20.5 kg.<br />
Come si nota, anche realizzato in acciaio, il telaio rientra comunque entro i limiti <strong>di</strong> peso<br />
imposti. Nel prosieguo del lavoro si è quin<strong>di</strong> deciso <strong>di</strong> adottare in via definitiva un telaio in<br />
acciaio e <strong>di</strong> mo<strong>di</strong>ficare quin<strong>di</strong> il <strong>di</strong>segno e le <strong>di</strong>mensioni per alleggerirlo quanto possibile.<br />
Di seguito sono riportati i passi successivi <strong>della</strong> progettazione:<br />
Massima deformazione: 0.86 mm<br />
Peso: 19.92 kg<br />
Massima deformazione: 1.62 mm<br />
Peso: 16.84 kg<br />
Massima deformazione: 1.55 mm<br />
Peso: 17.13 kg<br />
Massima deformazione: 0.96 mm<br />
Peso:19.15 kg<br />
Massima deformazione: 1.72 mm<br />
Peso: 16.97 kg<br />
94
Come si nota dalle figure e dalle <strong>di</strong>dascalie, il telaio è stato progressivamente alleggerito a<br />
scapito <strong>della</strong> rigidezza. Si sono inoltre apportate varie mo<strong>di</strong>fiche alla geometria del pezzo<br />
per ottimizzare il rapporto peso – rigi<strong>di</strong>tà.<br />
Una volta ottenuti risultati accettabili per quanto riguarda la rigidezza a impuntamento<br />
delle barre verticali, sono state aggiunte le componenti delle forze dovute ad impuntamento<br />
<strong>della</strong> barra orizzontale e a colpi d’ariete sui cilindri e, quin<strong>di</strong> sui perni.<br />
Ad ogni successivo passaggio sono stati dedotti elementi utili non solo al miglioramento<br />
del pezzo in esame ma alla progettazione in generale del telaio.<br />
8.4 Soluzione definitiva<br />
8.4.1 Considerazioni preliminari e descrizione generale<br />
Come visto in precedenza, il problema maggiore nel <strong>di</strong>mensionamento del telaio è dovuto<br />
all’impuntamento delle barre verticali a causa <strong>di</strong> un ostacolo in un punto alla loro<br />
estremità.<br />
Per ridurre la sollecitazione, essendo costante la forza <strong>di</strong> spinta del motocoltivatore, è<br />
quin<strong>di</strong> necessario ridurre per quanto possibile il braccio del momento.<br />
Per fare questo è necessario posizionare l’attacco delle barre verticali quanto più possibile<br />
vicino al centro <strong>della</strong> barra verticale<br />
La soluzione vista in precedenza aveva l’attacco delle barre verticali in basso ed era<br />
pertanto più svantaggiata. Il confronto tra la progettazione <strong>della</strong> struttura definitiva e quella<br />
del paragrafo precedente esemplifica bene il problema e la sua soluzione.<br />
La soluzione definitiva è la seguente:<br />
95
In trasparenza:<br />
Il pezzo è formato da un profilato a C verticale sul quale è saldato uno scatolato<br />
orizzontale. I lati dello scatolato orizzontale sono leggermente inclinati all’in<strong>di</strong>etro rispetto<br />
al piano <strong>di</strong> taglio per consentire la sovrapposizione <strong>degli</strong> elementi traslanti delle due barre<br />
laterali, come si vede dal particolare in figura:<br />
Alle estremità dello scatolato e del profilato a C sono saldate le piastre <strong>di</strong> attacco delle<br />
barre falcianti.<br />
Al centro <strong>della</strong> parte superiore del profilato a C si ha il foro dell’albero <strong>di</strong> trasmissione e<br />
quattro fori per i bulloni <strong>di</strong> attacco del canotto.<br />
In basso, nel profilato a C, si trova il perno <strong>di</strong> attacco del cilindro motore dell’impianto<br />
oleoidraulico.<br />
Il peso del telaio è 14.09 kg.<br />
96
8.4.2 Calcolo delle sollecitazioni<br />
Sulla struttura agiscono, nel caso più sfavorevole, tre forze:<br />
1. Spinta orizzontale sulla cima delle barre verticali dovuta ad impuntamento del<br />
motocoltivatore.<br />
2. Spinta orizzontale all’estremità <strong>della</strong> barra orizzontale dovuta ad impuntamento del<br />
motocoltivatore.<br />
3. Spinta del cilindro motore sul suo perno quando viene raggiunta la pressione massima.<br />
1. Spinta orizzontale sulla cima delle barre verticali dovuta ad impuntamento del<br />
motocoltivatore.<br />
Lo schema delle forze è il seguente:<br />
Si procede quin<strong>di</strong> al calcolo <strong>di</strong> VA e VB. Per l’equilibrio dei momenti:<br />
da cui:<br />
640 mm<br />
120 mm<br />
Per l’equilibrio alla traslazione:<br />
F⋅ 640 = V ⋅ 120<br />
(8.6)<br />
640 640<br />
VB= F = 2000⋅ = 10666 11000 [N]<br />
120 120<br />
B<br />
(8.7)<br />
VA = F + VB<br />
= 11000+ 2000 = 13000 [N] (8.8)<br />
Le forze VA e VB vanno quin<strong>di</strong> applicate ai fori avendo cura <strong>di</strong> invertirne il verso.<br />
2. Spinta orizzontale all’estremità <strong>della</strong> barra orizzontale dovuta ad impuntamento del<br />
motocoltivatore.<br />
295 mm<br />
100 mm<br />
VA<br />
VS<br />
B<br />
D<br />
A<br />
S<br />
F<br />
VB<br />
F<br />
VD<br />
97
Si procede quin<strong>di</strong> al calcolo <strong>di</strong> VS e VD. Per l’equilibrio dei momenti:<br />
da cui:<br />
Per l’equilibrio alla traslazione:<br />
F⋅ 295 = V ⋅ 100<br />
(8.9)<br />
295 295<br />
VD= F⋅<br />
= 2000⋅ = 5900 [N]<br />
100 100<br />
D<br />
(8.10)<br />
VS = F + VD<br />
= 5900+ 2000 = 7900 [N] (8.11)<br />
Le forze VS e VD vanno quin<strong>di</strong> applicate ai fori avendo cura <strong>di</strong> invertirne il verso.<br />
3. Spinta del cilindro motore sul suo perno quando viene raggiunta la pressione massima.<br />
Tale forza è, come visto nella (7.26), pari a 4100 N.<br />
8.4.3 Analisi delle sollecitazioni e de lle deformazioni<br />
Una volta calcolate le sollecitazioni si può procedere all’analisi strutturale del pezzo.<br />
Innanzitutto è opportuno verificare sollecitazioni e deformazioni del telaio applicando una<br />
sollecitazione per volta.<br />
Si veda l’analisi del telaio sottoposto alla sollecitazione 1:<br />
Forze:<br />
98
Tensioni:<br />
Deformazioni:<br />
La deformazione massima è <strong>di</strong> 1.3 mm nell’angolo superiore <strong>della</strong> piastra che regge la<br />
barra falciante verticale.<br />
99
Particolare <strong>della</strong> deformazione:<br />
Si noti come la deformazione, pur non essendo trascurabile, non abbia comunque effetti<br />
apprezzabili sul taglio delle foglie <strong>di</strong> palma in quanto, come detto, gli attuatori non<br />
risentono <strong>della</strong> mo<strong>di</strong>fica <strong>della</strong> geometria <strong>della</strong> struttura.<br />
Si vedano ora le sollecitazioni dovute al carico 2:<br />
Forze:<br />
100
Tensioni:<br />
Deformazioni:<br />
La deformazione massima è <strong>di</strong> 1.1 mm nell’angolo <strong>della</strong> piastra che regge la barra falciante<br />
orizzontale.<br />
101
Particolare <strong>della</strong> deformazione:<br />
Anche in questo caso la deformazione rimane entro limiti accettabili.<br />
Si vedano a questo punto la gli effetti <strong>della</strong> sollecitazione 3:<br />
Forze:<br />
102
Tensioni:<br />
Deformazioni<br />
La deformazione massima è <strong>di</strong> 0.12 mm e si ha all’estremità del perno.<br />
103
Particolare delle deformazione:<br />
La deformazione è molto ridotta e il suo effetto è in ogni caso trascurabile essendo stato<br />
adottato l’attacco sferico sul corpo del cilindro.<br />
A questo punto si analizza la struttura sottoposta alla composizione <strong>di</strong> tutti e tre i tipi <strong>di</strong><br />
forza. Si noti come sia sulla barra verticale che su quella orizzontale viene applicata una<br />
forza <strong>di</strong> 2000 N, questo in realtà non avviene in quanto la spinta del motocoltivatore è<br />
unica e viene ripartita parzialmente sulla barra verticale e parzialmente su quella<br />
orizzontale.<br />
Forze:<br />
104
Tensioni:<br />
Deformazioni:<br />
La deformazione massima è <strong>di</strong> 1.3 mm nell’angolo superiore <strong>della</strong> piastra che regge la<br />
barra falciante verticale.<br />
105
Vettori <strong>della</strong> deformazione:<br />
Come preve<strong>di</strong>bile la deformazione massima è la stessa che si ha per la sollecitazione 1 da<br />
sola. Le altre sollecitazioni hanno intensità molto inferiore e non influenzano pertanto in<br />
maniera apprezzabile la deformazione del telaio.<br />
8.5 Conclusioni<br />
In conclusione il telaio progettato è in grado <strong>di</strong> rispondere alle specifiche richieste per<br />
quanto riguarda peso e caratteristiche meccaniche.<br />
Le deformazioni assunte sotto l’azione delle forze alle quali può essere sottoposto non<br />
influenzano il suo funzionamento e non mo<strong>di</strong>ficano in modo sostanziale le con<strong>di</strong>zioni<br />
taglio. Un’eventuale inclinazione all’in<strong>di</strong>etro rispetto al piano <strong>di</strong> taglio delle barre verticali,<br />
per quanto minima, tende anzi a favorire il taglio in quanto la foglia viene spinta verso la<br />
zona <strong>di</strong> taglio dal suo peso.<br />
Il materiale, pur avendo un peso elevato, risulta tuttavia ideale per le con<strong>di</strong>zioni <strong>di</strong> impiego<br />
e le richieste del progetto: ha un basso costo <strong>di</strong> realizzazione, è robusto ed è facile da<br />
saldare.<br />
106
9.1 Attrezzatura<br />
9 Montaggio e manutenzione<br />
Uno <strong>degli</strong> obiettivi del progetto del modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> così come<br />
dell’intera macchina era <strong>di</strong> rendere quanto più facile possibile la sua manutenzione<br />
cercando <strong>di</strong> limitare al massimo il ricorso ad un’officina attrezzata.<br />
L’obiettivo è stato raggiunto scegliendo <strong>di</strong> utilizzare un’unica apposita chiave per<br />
effettuare il montaggio completo. E’ stato infatti deciso <strong>di</strong> progettare una chiave apposita<br />
che riunisca tutti gli attrezzi necessari. Questo accorgimento costituisce solo<br />
un’agevolazione al lavoro ma nulla impe<strong>di</strong>sce <strong>di</strong> servirsi <strong>di</strong> attrezzi tra<strong>di</strong>zionali ove la<br />
chiave venisse smarrita o danneggiata.<br />
La chiave progettata è rappresentata nella figura sottostante.<br />
La chiave comprende i seguenti attrezzi:<br />
• Martello<br />
• Chiave inglese da 17 mm<br />
• Brugola da 6 mm<br />
La chiave è costituta da un martello sul cui manico è attaccata la chiave inglese.<br />
Nella testa e nel manico, ad essa solidale, è ricavato un alloggiamento nel quale viene<br />
inserita la chiave a brugola.<br />
La chiave a brugola scompare completamente nel manico e nella testa del martello.<br />
107
Il foro è praticato in modo da creare un accoppiamento leggermente forzato con la chiave,<br />
questo accorgimento è fondamentale per evitare che la chiave venga espulsa quando<br />
l’attrezzo viene usato come martello.<br />
L’estrazione è facilitata da un apposito incavo che consente <strong>di</strong> introdurre un <strong>di</strong>to sotto la<br />
chiave per sollevarla:<br />
9.2 Montaggio<br />
La macchina ha una struttura molto semplice e il suo montaggio non richiede particolari<br />
competenze o accorgimenti.<br />
La modularità del sistema permette <strong>di</strong> in<strong>di</strong>viduare una netta separazione tra i blocchi<br />
funzionali <strong>della</strong> macchina. E’ quin<strong>di</strong> possibile sud<strong>di</strong>videre le istruzioni <strong>di</strong> montaggio in sei<br />
<strong>di</strong>stinte operazioni:<br />
• L’assemblaggio delle barre falcianti<br />
• Il fissaggio delle barre falcianti alla struttura<br />
• Il collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti<br />
• Il collegamento del cilindro motore alla struttura e all’eccentrico.<br />
• Il collegamento dei cilindri tra loro e il montaggio dell’impianto idraulico<br />
• Il collegamento dell’intero modulo <strong>di</strong> taglio al motocoltivatore<br />
Nel seguito verranno esaminate le prime quattro operazioni. Per la quinta è necessaria la<br />
conoscenza <strong>degli</strong> accessori dell’impianto idraulico, che verranno scelti in Sri Lanka,<br />
mentre la progettazione e la realizzazione del collegamento tra il taglia-<strong>vegetazione</strong> ed il<br />
motocoltivatore sono subor<strong>di</strong>nate alla scelta del modello <strong>di</strong> motocoltivatore impiegato.<br />
108
9.2.1 Assemblaggio delle barre falcianti<br />
La barre falcianti sono composte da due parti <strong>di</strong>stinte: quella mobile e quella traslante.<br />
La parte mobile è rappresentata in figura:<br />
Si ha un telaio forato sul quale vengono applicati i denti; sopra i denti vengono fissate le<br />
piastre traslanti <strong>di</strong> riscontro dei registri e il contro-telaio forato cui verrà fissato lo stelo del<br />
cilindro.<br />
Il fissaggio <strong>di</strong> tutte le parti si ottiene me<strong>di</strong>ante i pernetti in figura che vengono ribattuti.<br />
Tutta l’operazione è comunque eseguita in fabbrica e la sua conoscenza è utile solo ai fini<br />
<strong>di</strong> manutenzioni straor<strong>di</strong>narie dovute, ad esempio, alla rottura <strong>di</strong> uno dei pezzi.<br />
La parte fissa si monta invece come in figura:<br />
109
Anche in questo caso si ha un telaio sul quale vengono fissati i denti. Vengono inoltre<br />
fissati i registri premilama nelle posizioni previste, come si nota meglio dal particolare<br />
seguente:<br />
Si tenga presente al primo montaggio, che è previsto dalla Grillo, che le rondelle del<br />
registro premilama si deforma plasticamente fino prendere la forma del registro stesso.<br />
In questo caso il fissaggio avviene me<strong>di</strong>ante bulloni con testa tonda e base del fusto a<br />
pianta quadrata che si impegna nel foro quadrato dei denti.<br />
Una volta assemblate le due parti si introduce l’elemento mobile facendolo scorrere sulla<br />
parte fissa fino a portare i registri a coincidere con i loro riscontri sull’elemento mobile:<br />
Solo a questo punto è possibile procedere alla registrazione dei registri premilama.<br />
110
9.2.2 Fissaggio delle barre falcianti alla struttura<br />
Il fissaggio delle barre falcianti alla struttura è semplicissimo:<br />
E’ sufficiente fissare le barre con due bulloni ciascuna come in figura.<br />
Per l’operazione è sufficiente utilizzare una sola chiave inglese in quanto la presenza del<br />
dado autobloccante assicura il fissaggio <strong>di</strong> questo senza bisogno <strong>di</strong> una seconda chiave per<br />
tenerlo fermo.<br />
9.2.3 Collegamento dei cilindri attuatori alle barre falcianti<br />
E’ necessario innanzitutto montare gli attacchi dei cilindri attuatori, anch’essi progettati<br />
con Pro Engineer, sulle barre falcianti, come in<strong>di</strong>cato nelle due figure sottostanti.<br />
111
Nella figura a sinistra è riportato l’attacco dello stelo del cilindro, in quella a destra<br />
l’attacco <strong>della</strong> base del cilindro.<br />
Il primo trasla insieme all’elemento mobile <strong>della</strong> barra mentre il secondo è solidale alla<br />
parte fissa <strong>della</strong> barra.<br />
Il fissaggio dell’attacco traslante alla parte mobile <strong>della</strong> barra falciante avviene me<strong>di</strong>ante<br />
due brugole. Il fissaggio dell’attacco fisso alla parte fissa <strong>della</strong> barra falciante si realizza,<br />
invece, svitando i da<strong>di</strong> nelle posizioni in<strong>di</strong>cate, inserendo l’attacco e riavvitando i da<strong>di</strong> in<br />
modo da bloccarlo.<br />
A questo punto viene inserita la base del cilindro nel perno dell’attacco fisso avendo<br />
l’accorgimento <strong>di</strong> orientare il cilindro con gli attacchi dei tubi rivolti verso l’alto.<br />
Il cilindro viene quin<strong>di</strong> abbassato sull’attacco traslante fino a far coincidere il foro<br />
dell’attacco con quello del giunto dello stelo:<br />
Lo stelo viene quin<strong>di</strong> bloccato sull’attacco traslante inserendo il perno <strong>di</strong> fissaggio:<br />
Negli appositi fori praticati sui due perni vengono quin<strong>di</strong> fissate due coppiglie per evitare<br />
che il cilindro si sfili. L’utilizzo delle coppiglie risulta particolarmente comodo perché non<br />
necessita <strong>di</strong> attrezzi particolari.<br />
Tale soluzione è consentita dal fatto che il cilindro non presenta nella <strong>di</strong>rezione dei perni<br />
nessuna sollecitazione apprezzabile: le coppiglie servono quin<strong>di</strong> a prevenire gli<br />
spostamenti dovuti a vibrazioni o urti fortuiti.<br />
112
9.2.4 Collegamento del cilindro motore al telaio e all’eccentrico<br />
Il cilindro motore si collega al telaio e all’eccentrico semplicemente inserendo i due<br />
attacchi sferici nei due perni, come in figura.<br />
Anche questo cilindro viene bloccato con due coppiglie.<br />
9.3 Smontaggio<br />
Lo smontaggio <strong>della</strong> macchina è molto semplice e può essere effettuato seguendo al<br />
contrario le istruzioni del capitolo precedente.<br />
L’unica raccomandazione è <strong>di</strong> sostituire le coppiglie quando si procede ad un nuovo<br />
montaggio in quanto la deformazione plastica cui esse vengono sottoposte al primo<br />
montaggio ne potrebbe compromettere la soli<strong>di</strong>tà, qualora venissero utilizzate più volte.<br />
La semplice introduzione nel foro <strong>di</strong> una coppiglia che abbia subito una piegatura ed un<br />
raddrizzamento potrebbe inoltre risultare particolarmente <strong>di</strong>fficile.<br />
Un altro accorgimento è quello <strong>di</strong> smontare le barre falcianti dalla struttura agendo sul<br />
bullone e non sul dado autobloccante; in caso contrario, infatti, la dentatura <strong>di</strong> quest’ultimo<br />
andrebbe ad intaccare la vernice del telaio e potrebbe quin<strong>di</strong> produrre un possibile innesco<br />
per la ruggine.<br />
Per quanto riguarda il collegamento alla macchina e l’impianto idraulico non è possibile<br />
fornire in<strong>di</strong>cazioni specifiche ma si raccomanda comunque <strong>di</strong> fare attenzione affinché i<br />
tubi, quando vengono maneggiati, non assumano mai raggi <strong>di</strong> curvatura inferiori a quelli<br />
minimi prescritti (57 mm).<br />
113
9.4 Manutenzione<br />
Le regole <strong>di</strong> manutenzione da osservare sono quelle generali <strong>di</strong> tutti i sistemi meccanici ma<br />
si raccomandano alcuni accorgimenti.<br />
9.4.1 Regolazione dei registri premilama<br />
Durante il normale utilizzo, a causa delle vibrazioni e dell’usura, il gioco tra le due schiere<br />
<strong>di</strong> denti, fissi e traslanti, tende ad aumentare.<br />
Per mantenere ottimale la pressione <strong>degli</strong> uni sugli altri, le barre falcianti sono provviste <strong>di</strong><br />
appositi registri premilama la cui regolazione si ottiene combinando l’avvitamento e lo<br />
svitamento dei due da<strong>di</strong> che li tengono fissati a telaio e <strong>di</strong> un bullone montato nella loro<br />
parte posteriore.<br />
Particolare attenzione va posta affinché la registrazione non avvenga agendo<br />
esclusivamente sul bullone <strong>di</strong> registrazione perché in quel caso essa, oltre a risultare<br />
inefficace, determinerebbe deformazioni indesiderate dei registri premilama.<br />
9.4.2 Verniciatura<br />
Tutte le parti <strong>della</strong> macchina sono in acciaio e sono pertanto soggette ad ossidazione.<br />
Le con<strong>di</strong>zioni ambientali particolarmente gravose caratterizzate da elevata umi<strong>di</strong>tà e<br />
vicinanza al mare, con conseguente forte salinità dell’aria, rendono il problema<br />
particolarmente delicato.<br />
La verniciatura <strong>di</strong> tutte le parti deve essere quin<strong>di</strong> accurata. E’ inoltre consigliabile<br />
provvedere ad un’ispezione perio<strong>di</strong>ca delle superfici e, ove necessario, ad un eventuale<br />
ritocco <strong>della</strong> verniciatura.<br />
114
Particolare attenzione va de<strong>di</strong>cata al telaio, costoso e <strong>di</strong>fficile da sostituire nel caso in cui<br />
l’ossidazione ne comprometta la soli<strong>di</strong>tà, e agli organi sottoposti a strisciamento, perni e<br />
registri.<br />
9.4.3 Lubrificazione<br />
Per evitare l’usura superficiale <strong>degli</strong> organi sottoposti a strisciamento è necessaria una<br />
perio<strong>di</strong>ca lubrificazione che può anche avvenire, come visto, con lo stesso olio Agip OSO<br />
15 utilizzato per l’impianto idraulico. Si consiglia in particolare <strong>di</strong> lubrificare spesso i perni<br />
su cui sono montati i cilindri al fine <strong>di</strong> evitare, con gli strisciamenti, anche per<strong>di</strong>te<br />
indesiderate <strong>di</strong> potenza.<br />
Per quanto riguarda lo strisciamento dell’elemento mobile ed in particolare dei denti mobili<br />
<strong>della</strong> barra falciante sui denti fissi, la lubrificazione è già assicurata dall’erba che vi rimane<br />
imprigionata e maciullata in mezzo.<br />
115
10 Simulatore del sistema <strong>di</strong> navigazione<br />
10.1 Procedura <strong>di</strong> sminamento in uso<br />
Nella regione Vanni dello Sri Lanka, così come nella maggior parte <strong>degli</strong> altri paesi affetti<br />
da mine antiuomo, lo sminamento avviene essenzialmente manualmente.<br />
Per ragioni <strong>di</strong> storia e <strong>di</strong> <strong>di</strong>versità <strong>di</strong> ambiente naturale, tuttavia, le tecniche <strong>di</strong> sminamento<br />
manuale e le procedure <strong>di</strong>fferiscono da paese a paese e da regione a regione.<br />
Nella regione Vanni dello Sri Lanka, nel corso <strong>degli</strong> anni, si è constatato, procedendo con<br />
la bonifica dei campi minati, che le mine sono state posizionate secondo schemi ricorrenti<br />
ed abbastanza semplici.<br />
Le mine sono state infatti utilizzate da entrambe le fazioni come elemento <strong>di</strong> protezione per<br />
specifici elementi del territorio quali strade, bunker, luoghi sacri, pozzi…<br />
Per queste ragioni le mine sono state sempre <strong>di</strong>sposte in cinture <strong>di</strong> protezione con una<br />
geometria ben definita:<br />
Elemento da<br />
proteggere<br />
Le foto riportate sotto mostrano il tipico pattern secondo cui vengono rinvenute le mine<br />
nella regione Vanni: in gruppi <strong>di</strong> tre, lungo linee <strong>di</strong>fensive.<br />
Napankulam, Vavunya, 19/4/2004: campo minato pulito da FSD.<br />
L’organizzazione FSD utilizza paletti gialli per in<strong>di</strong>care dove sono state trovate le mine antiuomo.<br />
116
Nella regione Vanni, la procedura standard <strong>di</strong> sminamento prevede quin<strong>di</strong> la pulizia <strong>di</strong><br />
corridoi paralleli <strong>di</strong> larghezza 1m <strong>di</strong>stanti 10m uno dall’altro, alla ricerca manuale <strong>di</strong> una<br />
mina; trovata la prima, si procede alla pulizia <strong>della</strong> zona circostante per localizzare altre<br />
mine ed accumulare informazioni sulla forma <strong>della</strong> cintura protettiva. Una volta<br />
in<strong>di</strong>viduata la cintura, si procede trasversalmente alla sua pulizia.<br />
Lo sminamento risulta pertanto facilitato in quanto la conoscenza <strong>della</strong> posizione <strong>di</strong> un<br />
numero limitato <strong>di</strong> mine consente <strong>di</strong> formulare ipotesi plausibili sulla posizione delle mine<br />
restanti.<br />
10.2 Obiettivi del sistema <strong>di</strong> navigazione<br />
Il progetto sullo sminamento in corso al PMARLab prevede anche lo sviluppo del<br />
controllo <strong>della</strong> macchina per la rimozione delle mine e per il taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>. La<br />
macchina sarà controllata remotamente in modalità automatica o via ra<strong>di</strong>o da un operatore.<br />
Nell’ambito <strong>di</strong> questa tesi, oltre che alla progettazione del modulo <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> del robot, si è voluto sviluppare anche una parte <strong>di</strong> controllo, implementando<br />
un sistema automatico <strong>di</strong> navigazione <strong>della</strong> macchina.<br />
Il controllo automatico sarà utilizzato per rinvenire esclusivamente la “prima mina”. Una<br />
volta che questa è stata in<strong>di</strong>viduata il controllo passa all’uomo che ra<strong>di</strong>ocomanda la<br />
macchina nelle fasi successive dell’operazione <strong>di</strong> sminamento.<br />
Il compito del simulatore in oggetto è pertanto quello <strong>di</strong> fornire un supporto alla logica <strong>di</strong><br />
navigazione del robot.<br />
Da quanto detto riguardo alla logica <strong>di</strong> posizionamento delle mine è facile capire come il<br />
robot utilizzato sarà chiamato alla verifica <strong>di</strong> una porzione limitata del territorio e ben<br />
<strong>di</strong>fficilmente arriverà a percorrere l’intera superficie del campo minato.<br />
10.3 Strategia <strong>di</strong> navigazione del robot<br />
L’idea <strong>di</strong> percorrere il campo minato seguendo un classico percorso a serpentina che<br />
assicurerebbe il controllo <strong>di</strong> tutta la superficie del campo minato nel modo più rapido e<br />
razionale, deve essere quin<strong>di</strong> sostituita da una logica più evoluta che minimizzi il tempo <strong>di</strong><br />
rinvenimento <strong>della</strong> “prima mina” sulla base <strong>di</strong> considerazioni tattiche e strategiche evolute.<br />
Il modo più efficace per tradurre tali considerazioni in una forma elaborabile dal software è<br />
quello <strong>di</strong> <strong>di</strong>videre il territorio in porzioni elementari che abbiano <strong>di</strong>mensioni uguali alla<br />
<strong>di</strong>mensione massima del robot (che in prima approssimazione può essere considerato<br />
quadrato) e co<strong>di</strong>ficare l’importanza <strong>di</strong> dette porzioni me<strong>di</strong>ante pesi attribuiti dallo stesso<br />
117
utente ad ogni porzione sulla base <strong>della</strong> sua esperienza personale e <strong>della</strong> sua conoscenza<br />
delle tecniche <strong>di</strong> posa delle mine nella zona.<br />
L’utente andrà pertanto a costruire una mappa pesata del campo minato <strong>di</strong> questo tipo:<br />
e a memorizzarla quin<strong>di</strong> come file <strong>di</strong> testo in modo che sia imme<strong>di</strong>atamente fruibile dal<br />
software.<br />
L’utente ha a <strong>di</strong>sposizione 10 livelli <strong>di</strong> probabilità <strong>di</strong> trovare una mina, da attribuire come<br />
pesi alle porzioni unitarie <strong>di</strong> territorio. Dovrà inoltre contrad<strong>di</strong>stinguere con –1 i quadrati<br />
che fanno parte del corridoio <strong>di</strong> partenza del robot e con –2 tutti gli ostacoli ed i punti che<br />
non possono o non devono essere raggiunti dal robot.<br />
10.4 Logica <strong>di</strong> navigazione del robot<br />
Il programma <strong>di</strong> navigazione automatica, <strong>di</strong> cui il co<strong>di</strong>ce è riportato in appen<strong>di</strong>ce, è stato<br />
scritto con il software Visual Basic .NET. Il programma contiene un’interfaccia grafica che<br />
permette <strong>di</strong> visualizzare il percorso del robot sul campo e un’interfaccia a finestre per<br />
permettere all’utilizzatore <strong>di</strong> inserire il campo minato e i dati relativi al robot.<br />
Il programma provvede alla navigazione seguendo semplici regole preor<strong>di</strong>nate secondo la<br />
priorità con cui devono essere seguite. Le regole prescrivono alla macchina la <strong>di</strong>rezione da<br />
prendere.<br />
118
Tali regole vengono eseguite in cascata: ogni regola restituisce una lista contenente una o<br />
più <strong>di</strong>rezioni consigliate tra quelle possibili.<br />
Nel caso la lista contenga più <strong>di</strong> una <strong>di</strong>rezione consigliata il programma passa alla regola<br />
successiva.<br />
Le regole vengono eseguite in cascata fino a quando una <strong>di</strong> esse non restituisce una sola<br />
<strong>di</strong>rezione consigliata per il robot.<br />
Le regole implementate considerano la posizione attuale del robot e tutto il campo<br />
circostante con i pesi dei vari quadranti.<br />
Dalla posizione attuale:<br />
1. Il robot si <strong>di</strong>rige sul punto a<strong>di</strong>acente avente peso maggiore.<br />
2. Il robot mantiene la sua <strong>di</strong>rezione.<br />
3. Il robot si <strong>di</strong>rige lungo il corridoio la cui somma <strong>degli</strong> elementi positivi sia maggiore<br />
rispetto agli altri corridoi.<br />
4. Il robot si <strong>di</strong>rige verso il semipiano la cui somma <strong>degli</strong> elementi positivi sia maggiore<br />
rispetto agli altri semipiani.<br />
5. Il robot si <strong>di</strong>rige verso il punto da verificare più vicino.<br />
6. In caso si inneschi un loop, il robot sceglie una <strong>di</strong>rezione a caso per uscirne.<br />
Il software itera il processo su tutti i punti <strong>di</strong> partenza possibili fornendo informazioni utili<br />
alla scelta del punto <strong>di</strong> partenza migliore oltre che a fornire una logica <strong>di</strong> guida per il robot.<br />
10.5 Costruzione <strong>della</strong> mappa del campo minato<br />
Per costruire la mappa del campo minato è necessario conoscerne nei dettagli la topografia.<br />
Si prenda una cartina in scala opportuna (particolarmente in<strong>di</strong>cate possono essere le cartine<br />
catastali con scale intorno a 1:200) <strong>della</strong> zona del campo minato e la si sud<strong>di</strong>vida in<br />
quadrati che abbiano una <strong>di</strong>mensione reale <strong>di</strong> un metro per un metro.<br />
Un metodo comodo potrebbe essere, ad esempio, quello <strong>di</strong> sovrapporre alla cartina un<br />
foglio lucido <strong>di</strong> carta millimetrata e rilevare con matite colorate le zone <strong>di</strong>rettamente sulla<br />
carta; il foglio viene quin<strong>di</strong> tolto e si inseriscono manualmente i vari pesi (da 1 a 10 per il<br />
campo, -1 per il corridoio <strong>di</strong> partenza e –2 per gli ostacoli) in base ai colori utilizzati.<br />
Nella sovrapposizione si noterà che alcuni quadrati possono contenere al loro interno una<br />
parte con una zona con un certo peso e un’altra parte con una zona <strong>di</strong> peso <strong>di</strong>fferente; sta a<br />
chi sta costruendo la mappa assegnare un peso piuttosto che un altro al quadrato in<br />
questione.<br />
La mappa del campo minato può essere costruita in modo molto semplice utilizzando un<br />
normale e<strong>di</strong>tor <strong>di</strong> testo.<br />
119
Si veda l’esempio in figura:<br />
Si abbia l’avvertenza <strong>di</strong> inserire una tabulazione (TAB) tra i numeri sulla stessa riga e un<br />
carattere a capo (ENTER) alla fine <strong>della</strong> riga.<br />
Una comoda alternativa è quella <strong>di</strong> utilizzare il foglio <strong>di</strong> calcolo Excel del pacchetto Office<br />
<strong>di</strong> Microsoft:<br />
Nella costruzione del campo minato potrebbe inoltre essere utile assegnare colori <strong>di</strong>versi a<br />
zone con peso <strong>di</strong>verso per avere una percezione grafica migliore.<br />
120
10.6 Analisi del funzionamento<br />
Appena avviato, il programma apre l’interfaccia riportata in figura:<br />
L’interfaccia è essenziale ed è composta dai seguenti bottoni:<br />
• Open File: carica il file <strong>di</strong> testo nel quale è stato creato il campo minato<br />
• Start Simulation: inizia la simulazione<br />
• Next Simulation: passa alla simulazione successiva ovvero al successivo punto <strong>di</strong><br />
partenza ammissibile per il robot<br />
• Quit: esce dal programma<br />
Per evitare errori da parte dell’utente alcuni bottoni vengono alternativamente <strong>di</strong>sabilitati.<br />
Ciccando sul bottone “Open File”, si accede alla finestra <strong>di</strong> apertura del file, che è del tipo<br />
classico dell’ ambiente Windows:<br />
121
Il campo minato viene caricato.<br />
Le zone con <strong>di</strong>verso livello <strong>di</strong> peso vengono contrad<strong>di</strong>stinte da <strong>di</strong>versi colori.<br />
In particolare, sono in<strong>di</strong>cati in:<br />
• nero: gli ostacoli e le zone che non possono essere raggiunte come alberi, stagni ed aree<br />
che rimangono fuori dal campo minato<br />
• verde oliva: il corridoio <strong>di</strong> partenza.<br />
I quadranti dove il robot è già passato saranno in<strong>di</strong>cati in bianco mentre il robot sarà<br />
in<strong>di</strong>cato in blu.<br />
Prima <strong>di</strong> iniziare la simulazione il software richiede <strong>di</strong> inserire la velocità del robot e il<br />
tempo necessario perché esso compia una curva <strong>di</strong> 90°.<br />
Il tempo necessario a curvare è particolarmente importante in quanto la macchina in<br />
questione, pur essendo in grado <strong>di</strong> ruotare sul proprio asse, ha tuttavia dei tempi <strong>di</strong> sterzata<br />
abbastanza lunghi, nell’or<strong>di</strong>ne dei 5-6 secon<strong>di</strong>.<br />
122
Il software tiene già conto <strong>di</strong> questa <strong>di</strong>fficoltà tendendo a conservare, nel corso <strong>della</strong><br />
navigazione, la propria <strong>di</strong>rezione.<br />
La simulazione a questo punto inizia partendo dal punto più in alto a sinistra del corridoio<br />
che circonda il campo minato.<br />
Nel corso e alla fine <strong>della</strong> simulazione è sempre possibile leggere le informazioni<br />
riguardanti la traiettoria scelta, le curve e il tempo impiegato per il percorso.<br />
Come si può vedere nella figura a destra, la logica del programma tende a guidare la<br />
macchina a perlustrare un campo molto vasto procedendo successivamente alla verifica <strong>di</strong><br />
sottocampi più piccoli.<br />
123
Tale tendenza è particolarmente evidente nell’esempio riportato qui in basso che analizza il<br />
comportamento per un campo minato molto vasto, con lato <strong>di</strong> 100 m. Campi <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni<br />
tanto elevate sono molto rari e vengono <strong>di</strong> solito sud<strong>di</strong>visi in sottocampi più piccoli.<br />
Il simulatore provvede anche a questa funzione, in quanto il robot procede alla pulizia <strong>di</strong><br />
un campo lungo corridoi che fanno da perimetri a delle sottoaree. L’utilizzo del<br />
programma per la sud<strong>di</strong>visione <strong>di</strong> un vasto campo minato in sottocampi permette anche <strong>di</strong><br />
definire i perimetri dei sottocampi lungo traiettorie con più alta probabilità <strong>di</strong> trovare una<br />
mina.<br />
Dalle due immagini riportate sopra, si può inoltre notare come in tempi abbastanza brevi,<br />
vengono ripulite le zone <strong>di</strong> maggiore interesse (in questo caso i rettangoli sopra e sotto la<br />
strada).<br />
Osservando la zona in fase <strong>di</strong> sminamento sotto la strada si nota come l’approccio sia<br />
quello <strong>di</strong> ridurre l’area da controllare eseguendo il controllo sui corridoi esterni e<br />
convergendo in maniera concentrica verso la zona centrale.<br />
Nel caso <strong>di</strong> campi minati <strong>di</strong> <strong>di</strong>mensioni più piccole, come nell’esempio successivo, il<br />
simulatore, partendo da un punto <strong>di</strong> partenza favorevole, si <strong>di</strong>mostra estremamente<br />
efficace:<br />
124
Si nota come le zone a peso elevato siano state tutte imme<strong>di</strong>atamente sminate senza toccare<br />
nemmeno un quadrante a peso minore.<br />
Alla fine <strong>della</strong> simulazione il programma si interrompe consentendo <strong>di</strong> leggere ed<br />
eventualmente annotare i relativi dati.<br />
Premendo OK si passa alla simulazione successiva.<br />
In qualunque momento è peraltro possibile passare alla simulazione successiva premendo<br />
il pulsante Next Simulation o uscire dal programma premendo il pulsante Quit.<br />
125
11.1 Conclusioni<br />
11 Conclusioni e sviluppi futuri<br />
Il presente lavoro è stato articolato in varie fasi: dopo aver raccolto i dati sufficienti sui<br />
campi minati, sulle mine presenti sul territorio <strong>della</strong> regione Vanni in Sri Lanka, e sulle<br />
tecniche <strong>di</strong> sminamento più utilizzate nel mondo e specificatamente in Sri Lanka, si è<br />
proceduto ad una valutazione dello stato dell’arte dei sistemi meccanici <strong>di</strong> sminamento e <strong>di</strong><br />
taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> esistenti.<br />
Utilizzando le foto e le informazioni a <strong>di</strong>sposizione si sono quin<strong>di</strong> valutate le<br />
caratteristiche <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> nella regione in modo da procedere ad una selezione<br />
preliminare <strong>della</strong> tecnica <strong>di</strong> taglio da utilizzare.<br />
Sono quin<strong>di</strong> state sviluppate alcune architetture possibili per la macchina e se ne sono<br />
valutati gli aspetti positivi e negativi. Tale valutazione ha permesso <strong>di</strong> selezionare la<br />
tecnica <strong>di</strong> taglio me<strong>di</strong>ante barra falciante tra le varie possibili e scegliere un architettura<br />
che prevedesse l’utilizzo <strong>di</strong> tre barre falcianti <strong>di</strong> cui una orizzontale per il taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> a terra e due verticali per il taglio delle foglie <strong>di</strong> palma e <strong>di</strong> eventuali fili <strong>di</strong><br />
attivazione <strong>di</strong> mine antiuomo a frammentazione.<br />
A questo punto si è proceduto ad un’analisi qualitativa delle forze in gioco e si sono<br />
condotte delle prove <strong>di</strong> taglio utilizzando tipi <strong>di</strong> <strong>vegetazione</strong> con caratteristiche simili a<br />
quella presente nel territorio.<br />
E’ stata quin<strong>di</strong> condotta un analisi approfon<strong>di</strong>ta <strong>di</strong> tutte le possibili alternative per<br />
l’attuazione <strong>della</strong> macchina considerando le caratteristiche <strong>di</strong> ciascuna con particolare<br />
attenzione alla robustezza, al peso, all’affidabilità, alla capacità <strong>di</strong> trasmettere potenze<br />
elevate, alla facilità <strong>di</strong> <strong>di</strong>stribuzione del moto e alla possibilità <strong>di</strong> creare una struttura che<br />
fosse il più possibile modulare.<br />
Tra i vari tipi <strong>di</strong> attuazione è stata scelta quella idraulica che meglio delle altre<br />
sod<strong>di</strong>sfaceva i requisiti richiesti.<br />
Si è proceduto a questo punto alla progettazione dell’architettura dell’impianto idraulico<br />
con un’attenta analisi <strong>di</strong> varie soluzioni possibili. Alla luce <strong>di</strong> numerose considerazioni su<br />
peso, ingombri e forze trasmesse supportate dalle analisi <strong>di</strong>namiche precedentemente<br />
condotte sul taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong>, è stata quin<strong>di</strong> scelta la soluzione che adotta quattro<br />
cilindri in serie <strong>di</strong> cui uno motore, movimentato da un eccentrico <strong>di</strong>rettamente collegato<br />
alla presa <strong>di</strong> forza, e tre attuatori, fissati sulle tre barre falcianti.<br />
Sono stati contattati numerosi produttori <strong>di</strong> barre falcianti per la fornitura <strong>di</strong> un prodotto<br />
che rispondesse in maniera ottimale alle esigenze <strong>di</strong> semplicità costruttiva, robustezza ed<br />
economicità richieste dall’applicazione. Tra le aziende che si sono rese <strong>di</strong>sponibili è stata<br />
126
scelta la Grillo S.p.A. che, oltre ad un’utile consulenza tecnica, ha anche fornito un<br />
esemplare <strong>della</strong> sua barra falciante modello Mulching da 650 mm.<br />
La barra falciante è stata a questo punto smontata in ogni sua parte, sono state prese tutte le<br />
misure dei vari componenti e si è proceduto alla creazione <strong>di</strong> un suo modello solido con il<br />
software <strong>di</strong> mo<strong>della</strong>zione solida Pro Engineer.<br />
Con una valutazione delle velocità e <strong>della</strong> <strong>di</strong>namica e delle modalità <strong>di</strong> taglio nonché delle<br />
caratteristiche generali dell’impianto idraulico da progettare si sono quin<strong>di</strong> calcolate le<br />
pressioni <strong>di</strong> esercizio normale e le pressioni massime in presenza <strong>di</strong> colpi d’ariete dovute a<br />
bruschi impuntamenti delle barre falcianti.<br />
E’ stato a questo punto possibile <strong>di</strong>mensionare l’impianto idraulico e procedere ad una<br />
scelta preliminare dei componenti con particolare attenzione ai cilindri a doppio effetto.<br />
Considerando gli ingombri elevati dei cilindri a doppio effetto presenti sul mercato e<br />
osservando che la legge sinusoidale <strong>di</strong> moto esclude la presenza <strong>di</strong> brusche decelerazioni<br />
nei fine corsa si è tuttavia deciso <strong>di</strong> adottare cilindri appositamente costruiti, privi <strong>di</strong><br />
sistemi <strong>di</strong> smorzamento <strong>degli</strong> urti. E’ stato quin<strong>di</strong> necessario contattare vari produttori per<br />
averne dei preventivi <strong>di</strong> spesa. In base ad essi è stata infine scelta la C.O.P.E. S.r.l. per la<br />
fornitura dei cilindri a doppio effetto.<br />
Si è proceduto quin<strong>di</strong> alla scelta dei fissaggi al telaio dei cilindri a doppio effetto, dei tubi e<br />
dell’olio idraulico; per ragioni pratiche e commerciali la scelta dei componenti minori<br />
dell’impianto è stata demandata agli utilizzatori in Sri Lanka.<br />
Una volta ottenute tutte le informazioni necessarie sugli ingombri e il <strong>di</strong>mensionamento<br />
delle varie parti si è proceduto, con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido, alla progettazione del<br />
telaio che è stata articolata in varie fasi: la progettazione <strong>di</strong> soluzioni <strong>di</strong>verse,<br />
l’ottimizzazione delle soluzioni più convincenti e la selezione <strong>della</strong> soluzione che meglio<br />
rispondesse alle specifiche richieste riguardo al peso, alla rigidezza, al costo <strong>di</strong> costruzione<br />
e alla facilità <strong>di</strong> riparazione e saldatura.<br />
Si è infine proceduto, sempre con l’ausilio del mo<strong>della</strong>tore solido, all’assemblaggio delle<br />
varie parti e ai controlli <strong>di</strong>mensionali<br />
E’ stata infine progettata una semplice chiave universale in grado da sola <strong>di</strong> consentire il<br />
montaggio, lo smontaggio e le riparazioni or<strong>di</strong>narie dell’intera macchina per il taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong>; sono state inoltre elaborate semplici istruzioni <strong>di</strong> montaggio e smontaggio e<br />
sono state elencate alcune in<strong>di</strong>cazioni circa la manutenzione or<strong>di</strong>naria delle varie parti.<br />
Nell’ambito dell’esame <strong>di</strong> Modellistica e simulazione dei sistemi meccanici è stato inoltre<br />
elaborato, con il linguaggio <strong>di</strong> programmazione Visual Basic .NET, un algoritmo <strong>di</strong><br />
navigazione per il robot sminatore che permette <strong>di</strong> ottimizzare sia il punto <strong>di</strong> approccio al<br />
campo minato sia la navigazione all’interno <strong>di</strong> esso.<br />
127
Sono state infine condotte varie analisi sulla macchina dalle quali si è potuto constatare<br />
come siano state sod<strong>di</strong>sfatte le specifiche progettuali richieste:<br />
• <strong>Taglio</strong> <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> sul piano <strong>di</strong> movimentazione <strong>della</strong> macchina<br />
• <strong>Taglio</strong> delle foglie <strong>di</strong> palma<br />
• <strong>Taglio</strong> <strong>di</strong> eventuali fili <strong>di</strong> attivazione <strong>di</strong> mine a frammentazione<br />
• Potenza richiesta minore <strong>della</strong> potenza <strong>di</strong>sponibile<br />
• Peso minore del peso massimo supportato<br />
• Resistenza <strong>della</strong> macchina alle sollecitazioni imposte<br />
Sono stati inoltre raggiunti gli obiettivi auspicabili all’inizio del progetto:<br />
• Basso costo <strong>della</strong> macchina<br />
• Semplicità costruttiva<br />
• Robustezza<br />
• Facilità <strong>di</strong> montaggio<br />
• Facilità <strong>di</strong> manutenzione<br />
• Facilità <strong>di</strong> riparazione me<strong>di</strong>ante saldatura<br />
• Modularità<br />
Dagli esperimenti condotti sul software <strong>di</strong> navigazione si è potuto constatare che esso<br />
sod<strong>di</strong>sfa adeguatamente le richieste <strong>di</strong> base:<br />
• Semplice interfaccia utente<br />
• Rapi<strong>di</strong>tà <strong>di</strong> controllo delle zone ad elevato grado <strong>di</strong> interesse<br />
• Tendenza a ridurre il campo minato in sottocampi circoscritti e separati dal resto del<br />
campo.<br />
• Elevata flessibilità del software<br />
11.2 Sviluppi futuri<br />
11.2.1 Taglia-<strong>vegetazione</strong><br />
A causa dell’attuale mancanza <strong>di</strong> dati sul modello <strong>di</strong> motocoltivatore scelto, sulla sua<br />
interfaccia e su ciò che potrebbe eventualmente essere inserito tra il sistema <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong><br />
<strong>vegetazione</strong> ed il motocoltivatore stesso, nel corso <strong>della</strong> progettazione sono stati tralasciati<br />
due aspetti che dovranno però in futuro essere attentamente stu<strong>di</strong>ati e risolti.<br />
Per quanto riguarda il collegamento del sistema <strong>di</strong> taglio <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> al<br />
motocoltivatore sono necessarie le seguenti operazioni:<br />
• acquisizione dei dati circa la presa <strong>di</strong> forza del motocoltivatore e i suoi attacchi <strong>di</strong> forza<br />
• progettazione e analisi strutturale <strong>di</strong> un canotto per collegare il telaio del taglia<strong>vegetazione</strong><br />
alla macchina<br />
• <strong>di</strong>mensionamento dell’albero alla flessione dovuta alla flessione del canotto e alle<br />
sollecitazioni <strong>di</strong> flessione derivanti da eventuali colpi d’ariete sulla ruota<br />
• <strong>di</strong>mensionamento dell’albero alla torsione<br />
128
• <strong>di</strong>mensionamento dell’albero alla fatica derivante dalle variazioni delle sollecitazioni <strong>di</strong><br />
flessione<br />
• <strong>di</strong>mensionamento dell’eccentrico<br />
• eventuale <strong>di</strong>mensionamento del fissaggio dell’eccentrico all’albero <strong>di</strong> trasmissione nel<br />
caso in cui essa non sia solidale con l’albero stesso<br />
• <strong>di</strong>mensionamento del perno <strong>della</strong> ruota alla flessione dovuta ai colpi d’ariete dei<br />
cilindri<br />
• <strong>di</strong>mensionamento del perno <strong>della</strong> ruota alla fatica dovuta alle variazioni <strong>della</strong> <strong>di</strong>rezione<br />
<strong>della</strong> flessione<br />
• <strong>di</strong>mensionamento e scelta dei cuscinetti, uno normale ed uno reggispinta in modo da<br />
mantenere l’isostaticità <strong>della</strong> struttura.<br />
• progettazione del giunto limitatore <strong>di</strong> coppia<br />
• analisi e taratura del giunto limitatore <strong>di</strong> coppia<br />
Per quanto riguarda la rimozione <strong>della</strong> <strong>vegetazione</strong> sono necessarie le seguenti operazioni:<br />
• progettazione <strong>di</strong> una carenatura opportunamente sagomata per spostare la <strong>vegetazione</strong><br />
rimossa ai lati <strong>della</strong> macchina, passando sotto i supporti del telaio per le barre verticali<br />
• sagomatura <strong>della</strong> carenatura per consentire il passaggio dei tubi flessibili<br />
• scelta dei fissaggi a telaio (si suggeriscono incastri e/o brugole da 6 mm)<br />
11.2.2 Software <strong>di</strong> navigazione<br />
Il software è, allo stato attuale, molto semplice e presenta ampi margini <strong>di</strong> miglioramento.<br />
Si potrebbero aggiungere dei blocchi <strong>di</strong> programma in<strong>di</strong>pendenti tra loro che implementino<br />
le seguenti funzioni:<br />
• Implementazione <strong>di</strong> un’interfaccia grafica che renda più rapida la costruzione <strong>della</strong><br />
mappa del campo minato e l’assegnazione dei pesi alle varie zone.<br />
• Implementazione, in alternativa, <strong>di</strong> un modulo <strong>di</strong> programma che si avvalga <strong>di</strong><br />
algoritmi avanzati <strong>di</strong> riconoscimento e <strong>di</strong> elementi <strong>di</strong> grafica complessa per assegnare<br />
automaticamente i pesi alle zone del campo minato sulla base <strong>di</strong> un’analisi evoluta, con<br />
approccio prevalentemente top-down, <strong>di</strong> foto scattate da satelliti.<br />
Tale sistema dovrebbe avere la capacità <strong>di</strong> analizzare ed integrare vari tipi <strong>di</strong> fotografie<br />
condotte in <strong>di</strong>fferenti campi <strong>di</strong> emissioni luminose, visibili, infrarossi etc. e con spettri<br />
<strong>di</strong>versi in grado <strong>di</strong> determinare vari parametri del suolo come umi<strong>di</strong>tà, consistenza del<br />
terreno etc.<br />
• Implementazione <strong>di</strong> un modulo <strong>di</strong> analisi statistica dei risultati ottenuti dalle<br />
simulazioni al variare del punto <strong>di</strong> partenza. Tale modulo potrebbe, ad esempio,<br />
costruire un grafico che abbia in ascisse il numero progressivo <strong>di</strong> spostamento e in<br />
or<strong>di</strong>ate il corrispondente valore del quadrante raggiunto; la posizione del baricentro e la<br />
sua <strong>di</strong>stanza dall’asse delle orinate fornirebbe a questo punto un’utile in<strong>di</strong>cazione sulla<br />
bontà del punto <strong>di</strong> partenza scelto per l’operazione <strong>di</strong> sminamento.<br />
• Implementazione <strong>di</strong> un modulo che operi una selezione preliminare tra i punti <strong>di</strong><br />
partenza possibili al fine <strong>di</strong> ottimizzarne la scelta.<br />
129
Una volta stabiliti dei parametri univoci per la valutazione <strong>della</strong> bontà dell’algoritmo usato<br />
si potrebbe inoltre provare a cambiare l’or<strong>di</strong>ne delle regole e ad aggiungerne <strong>di</strong> nuove per<br />
ottimizzare l’algoritmo stesso.<br />
Un’ottimizzazione del co<strong>di</strong>ce del programma potrebbe infine portare ad un aumento <strong>della</strong><br />
velocità <strong>di</strong> elaborazione e ad un più razionale utilizzo <strong>della</strong> memoria del calcolatore.<br />
130
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Adopt-A-Minefield, program of the United Nations Association (UNA) Trust,<br />
http://www.landmines.org.uk<br />
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Landmines and Humanitarian Mine Action, Andy Smith, Mine Action Specialist,<br />
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133
14 Produttori consultati<br />
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Costruzioni meccaniche.<br />
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http://www.bcs-ferrari.it/, BCS, Ferrari, Pasquali, Mosa, Macchine agricole<br />
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www.cope-italy.it, C.O.P.E. Commercio Oleo<strong>di</strong>namica. Pneumatica Elettronica s.r.l,<br />
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www.effegisystems.com, EffeGi Systems s.r.l, Cilindri oleoidraulici.<br />
www.enerpac.com, Enerpac S.p.A, Componenti oleoidraulici.<br />
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www.europresspack.com, Euro Press Pack s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.farooleo<strong>di</strong>namica.com, Faro Oleo<strong>di</strong>namica s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
135
www.fluidmec.it, Fluidmec S.p.A, Componenti oleoidraulici e meccanici.<br />
www.gonfiotti.com, Gonfiotti Fabio s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.grices.it, Grices s.r.l, Cilindri oleoidraulici.<br />
www.hydronord.it, Hydro Nord s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.hydroven.com, Hydroven s.r.l, Comopnenti oleoidraulici.<br />
www.lanuovameccanica.com, La Nuova Meccanica s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.mitaoleo<strong>di</strong>namica.com, Mita Oleo<strong>di</strong>namica S.p.A, Componenti oleoidraulici.<br />
www.oleobi.it, OleoBi s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.oleo<strong>di</strong>namicagiannini.it, Oleo<strong>di</strong>namica Giannini s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.martinalli.com, Oleo<strong>di</strong>namica Martinalli s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.oleo<strong>di</strong>namicaseguini.it, Oeo<strong>di</strong>namica Seguini s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.oleotecno.com, Oleotecno s.r.l., Componenti oleoidraulici.<br />
www.orsaeng.it, Orsa Engineering s.r.l, Cilindri oleoidraulici.<br />
www.parker.com, Parker Hannifin S.p.A., Componenti oleoidraulici.<br />
www.somi.it, Somi s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.utensiltecnica.it, Utensil Tecnica s.r.l, Componenti oleoidraulici.<br />
www.univer-cuneo.com, Univer, Componenti oleoidraulici.<br />
http://www.enitecnologie.it/, ENI Tecnologie S.p.A., Olii idraulici.<br />
http://www.utensiltecnica.it/, Utensil Tecnica, Componenti oleoidraulici.<br />
www.dalmar.it/, Dalmar S.p.A., Tubi idraulici.<br />
www.erre<strong>di</strong>srl.it/, Erre.Di s.r.l, Tubi idraulici.<br />
www.imm-hydraulics.it/, I.M.M. Hydraulics S.p.A., Tubi idraulici.<br />
www.intertraco.it, Intertraco (Italia) S.p.A., Tubi idraulici.<br />
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136
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www.unigasket.it, UNI Gasket s.r.l, Tubi idraulici.<br />
www.zecspa.com, ZEC S.p.A., Tubi idraulici.<br />
137
APPENDICE A<br />
Disegni costruttivi
APPENDICE B<br />
Co<strong>di</strong>ce sorgente del software <strong>di</strong> navigazione
Public Class Form1<br />
Inherits System.Windows.Forms.Form<br />
#Region " Windows Form Designer generated code "<br />
Public Sub New()<br />
MyBase.New()<br />
'This call is required by the Windows Form Designer.<br />
InitializeComponent()<br />
'Add any initialization after the InitializeComponent() call<br />
End Sub<br />
'Form overrides <strong>di</strong>spose to clean up the component list.<br />
Protected Overloads Overrides Sub Dispose(ByVal <strong>di</strong>sposing As Boolean)<br />
If <strong>di</strong>sposing Then<br />
If Not (components Is Nothing) Then<br />
components.Dispose()<br />
End If<br />
End If<br />
MyBase.Dispose(<strong>di</strong>sposing)<br />
End Sub<br />
'Required by the Windows Form Designer<br />
Private components As System.ComponentModel.IContainer<br />
'NOTE: The following procedure is required by the Windows Form Designer<br />
'It can be mo<strong>di</strong>fied using the Windows Form Designer.<br />
'Do not mo<strong>di</strong>fy it using the code e<strong>di</strong>tor.<br />
Friend WithEvents OpenFileDialog1 As System.Windows.Forms.OpenFileDialog<br />
Friend WithEvents btnOpenFile As System.Windows.Forms.Button<br />
Friend WithEvents btnStartSimul As System.Windows.Forms.Button<br />
Friend WithEvents btnQuit As System.Windows.Forms.Button<br />
Friend WithEvents Timer1 As System.Windows.Forms.Timer<br />
Friend WithEvents Button1 As System.Windows.Forms.Button<br />
Friend WithEvents Label1 As System.Windows.Forms.Label<br />
Friend WithEvents Label2 As System.Windows.Forms.Label<br />
Friend WithEvents lblMovements As System.Windows.Forms.Label<br />
Friend WithEvents lblRotations As System.Windows.Forms.Label<br />
Friend WithEvents Label4 As System.Windows.Forms.Label<br />
Friend WithEvents lblTime As System.Windows.Forms.Label<br />
Friend WithEvents boxPulsanti As System.Windows.Forms.GroupBox<br />
Private Sub InitializeComponent()<br />
Me.components = New System.ComponentModel.Container<br />
Me.OpenFileDialog1 = New System.Windows.Forms.OpenFileDialog<br />
143
Me.btnOpenFile = New System.Windows.Forms.Button<br />
Me.btnStartSimul = New System.Windows.Forms.Button<br />
Me.btnQuit = New System.Windows.Forms.Button<br />
Me.Timer1 = New System.Windows.Forms.Timer(Me.components)<br />
Me.Button1 = New System.Windows.Forms.Button<br />
Me.Label1 = New System.Windows.Forms.Label<br />
Me.Label2 = New System.Windows.Forms.Label<br />
Me.lblMovements = New System.Windows.Forms.Label<br />
Me.lblRotations = New System.Windows.Forms.Label<br />
Me.lblTime = New System.Windows.Forms.Label<br />
Me.Label4 = New System.Windows.Forms.Label<br />
Me.boxPulsanti = New System.Windows.Forms.GroupBox<br />
Me.boxPulsanti.SuspendLayout()<br />
Me.SuspendLayout()<br />
'<br />
'btnOpenFile<br />
'<br />
Me.btnOpenFile.Location = New System.Drawing.Point(8, 48)<br />
Me.btnOpenFile.Name = "btnOpenFile"<br />
Me.btnOpenFile.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)<br />
Me.btnOpenFile.TabIndex = 0<br />
Me.btnOpenFile.Text = "Open File"<br />
'<br />
'btnStartSimul<br />
'<br />
Me.btnStartSimul.Enabled = False<br />
Me.btnStartSimul.Location = New System.Drawing.Point(120, 48)<br />
Me.btnStartSimul.Name = "btnStartSimul"<br />
Me.btnStartSimul.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)<br />
Me.btnStartSimul.TabIndex = 1<br />
Me.btnStartSimul.Text = "Start Simulation"<br />
'<br />
'btnQuit<br />
'<br />
Me.btnQuit.Location = New System.Drawing.Point(344, 48)<br />
Me.btnQuit.Name = "btnQuit"<br />
Me.btnQuit.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)<br />
Me.btnQuit.TabIndex = 2<br />
Me.btnQuit.Text = "Quit"<br />
'<br />
'Button1<br />
'<br />
Me.Button1.Location = New System.Drawing.Point(232, 48)<br />
Me.Button1.Name = "Button1"<br />
Me.Button1.Size = New System.Drawing.Size(96, 24)<br />
Me.Button1.TabIndex = 3<br />
Me.Button1.Text = "Next Simulation"<br />
'<br />
144
'Label1<br />
'<br />
Me.Label1.Location = New System.Drawing.Point(24, 24)<br />
Me.Label1.Name = "Label1"<br />
Me.Label1.Size = New System.Drawing.Size(80, 16)<br />
Me.Label1.TabIndex = 4<br />
Me.Label1.Text = "Movements:"<br />
'<br />
'Label2<br />
'<br />
Me.Label2.Location = New System.Drawing.Point(168, 24)<br />
Me.Label2.Name = "Label2"<br />
Me.Label2.Size = New System.Drawing.Size(64, 16)<br />
Me.Label2.TabIndex = 5<br />
Me.Label2.Text = "Rotations:"<br />
'<br />
'lblMovements<br />
'<br />
Me.lblMovements.Location = New System.Drawing.Point(112, 24)<br />
Me.lblMovements.Name = "lblMovements"<br />
Me.lblMovements.Size = New System.Drawing.Size(32, 16)<br />
Me.lblMovements.TabIndex = 6<br />
Me.lblMovements.Text = "0"<br />
Me.lblMovements.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleRight<br />
'<br />
'lblRotations<br />
'<br />
Me.lblRotations.Location = New System.Drawing.Point(240, 24)<br />
Me.lblRotations.Name = "lblRotations"<br />
Me.lblRotations.Size = New System.Drawing.Size(40, 16)<br />
Me.lblRotations.TabIndex = 7<br />
Me.lblRotations.Text = "0"<br />
Me.lblRotations.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleRight<br />
'<br />
'lblTime<br />
'<br />
Me.lblTime.Location = New System.Drawing.Point(368, 24)<br />
Me.lblTime.Name = "lblTime"<br />
Me.lblTime.Size = New System.Drawing.Size(48, 16)<br />
Me.lblTime.TabIndex = 9<br />
Me.lblTime.Text = "0"<br />
Me.lblTime.TextAlign = System.Drawing.ContentAlignment.MiddleRight<br />
'<br />
'Label4<br />
'<br />
Me.Label4.Location = New System.Drawing.Point(312, 24)<br />
Me.Label4.Name = "Label4"<br />
Me.Label4.Size = New System.Drawing.Size(64, 16)<br />
145
Me.Label4.TabIndex = 8<br />
Me.Label4.Text = "Time:"<br />
'<br />
'boxPulsanti<br />
'<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.lblRotations)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.lblMovements)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Label2)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Label1)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Button1)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.btnQuit)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.btnStartSimul)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.btnOpenFile)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.Label4)<br />
Me.boxPulsanti.Controls.Add(Me.lblTime)<br />
Me.boxPulsanti.Location = New System.Drawing.Point(0, 384)<br />
Me.boxPulsanti.Name = "boxPulsanti"<br />
Me.boxPulsanti.Size = New System.Drawing.Size(456, 88)<br />
Me.boxPulsanti.TabIndex = 10<br />
Me.boxPulsanti.TabStop = False<br />
'<br />
'Form1<br />
'<br />
Me.AutoScaleBaseSize = New System.Drawing.Size(5, 13)<br />
Me.ClientSize = New System.Drawing.Size(456, 469)<br />
Me.Controls.Add(Me.boxPulsanti)<br />
Me.Name = "Form1"<br />
Me.StartPosition = System.Windows.Forms.FormStartPosition.CenterScreen<br />
Me.Text = "Deminer Simulator"<br />
Me.boxPulsanti.ResumeLayout(False)<br />
Me.ResumeLayout(False)<br />
End Sub<br />
#End Region<br />
Dim CampoDefinito As Boolean = False<br />
'Dim Campo As System.Drawing.Graphics<br />
Private Sub Button1_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)<br />
Handles btnOpenFile.Click<br />
'Apre il file <strong>di</strong> testo con il campo minato e lo trasferisce nella matrce MatriceCampo<br />
Dim LineOfText, AllText, n As String<br />
Dim i, Riga, Col As Integer<br />
Me.OpenFileDialog1.Filter = "Text files (*.txt)|*txt" 'iltra i file visibili all'apertura mostrando solo<br />
i file <strong>di</strong> testo<br />
Me.OpenFileDialog1.ShowDialog() 'Carica la maschera <strong>di</strong> apertura file<br />
If Me.OpenFileDialog1.FileName "" Then 'Prova ad aprire il file solo se è stato selezionato<br />
qualcosa<br />
146
Try 'Prova ad aprire ma tiene conto che si può verificare un errore in apertura<br />
'Conta righe e colonne e crea la stringa dei valori del campo<br />
FileOpen(1, Me.OpenFileDialog1.FileName, OpenMode.Input) 'Apre il file<br />
LineOfText = LineInput(1) 'Inizializza la prima riga <strong>di</strong> testo<br />
AllText = LineOfText & ControlChars.Tab 'Inizializza la stringa che conterrà il file <strong>di</strong> testo<br />
Dim ch() As Char<br />
ch = LineOfText.ToCharArray 'Converte la linea <strong>di</strong> testo in un array <strong>di</strong> caratteri<br />
'Conta le colonne<br />
For Each cc As Char In ch<br />
If cc = ControlChars.Tab Then 'Ad ogni carattere Tab...<br />
c += 1 '...incrementa il conto delle colonne<br />
End If<br />
Next<br />
'Conta le righe<br />
Do Until EOF(1) 'Eswegue il blocco fino alla fine del file<br />
AllText = AllText & LineInput(1) & ControlChars.Tab 'Costruisce una stringa unica<br />
partendo dal testo<br />
r += 1 'Incrementa il contatore delle righe<br />
Loop<br />
ReDim MatriceCampo(r, c) 'Ri<strong>di</strong>mensiona MatriceCampo<br />
'Mette i valori numerici in MatriceCampo<br />
For i = 0 To Len(AllText) - 1 'N.B. Len dà il numero effettivo dei caratteri nella stringa<br />
partendo da 1<br />
If AllText.Chars(i) ControlChars.Tab Then 'Se il carattere non è Tab...<br />
n &= AllText.Chars(i) '...costruisce il numero <strong>della</strong> posizione i-esima<br />
Else<br />
MatriceCampo(Riga, Col) = CType(n, Integer) 'Inserisce n al suo posto in<br />
MatriceCampo<br />
n = "" 'Azzera n<br />
If Col = c Then 'Se a fine riga<br />
Col = -1 'Inizializza Col a -1 perché andrà comunque incrementata al prossimo step e<br />
<strong>di</strong>venterà quin<strong>di</strong> 0<br />
Riga += 1 'Incrementa l'in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> riga<br />
End If<br />
Col += 1 'Incrementa l'incide <strong>di</strong> colonna<br />
End If<br />
Next<br />
Catch<br />
MsgBox("Error opening file") 'Se ci sono problemi ad aprire il file segnala l'errore<br />
Finally<br />
FileClose(1) 'Chiude il file<br />
End Try<br />
147
End If<br />
CampoDefinito = True 'Informa il blocco <strong>di</strong> grafica che il campo è ra definito e si può quin<strong>di</strong><br />
<strong>di</strong>segnare<br />
Me.Refresh() 'Rigenera la Form<br />
Me.btnOpenFile.Enabled = False 'Disabilita il bottone <strong>di</strong> apertura del file per eviare errori<br />
Stoppati = False 'Inizializza come falso il valore <strong>di</strong> stop che permette <strong>di</strong> interrompere la<br />
simulazione<br />
End Sub<br />
Private Sub btnStartSimul_Click( ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)<br />
Handles btnStartSimul.Click<br />
Dim i, j, k, Spostamenti, Curve, Pres, TCurva, Velocità, Time As Integer<br />
Dim PuntoBuono As Boolean<br />
Dim ListaDirezioni As Array<br />
Dim Direzione As Byte<br />
Dim MatriceCampoTemp(r, c) As Integer<br />
Copy(MatriceCampo, MatriceCampoTemp) 'Fa un backup <strong>di</strong> MatriceCampo perché quest'ultima<br />
verrà poi mo<strong>di</strong>ficata nel corso <strong>della</strong> simulazione<br />
Velocità = CInt(InputBox("V [m/s]")) 'Richiede all'utente <strong>di</strong> inserire la velocità del robot in modo<br />
da eseguire calcoli sul tempo impiegato dal processo <strong>di</strong> sminamento<br />
TCurva = CInt(InputBox("Time to rotate of 90°")) 'Richiede all'utente <strong>di</strong> inserire il tempo<br />
necessario al robot per curvare <strong>di</strong> 90° in modo da eseguire calcoli sul tempo impiegato dal processo <strong>di</strong><br />
sminamento<br />
'Seleziona i punti del contorno scgliendoli tra tutti i punti <strong>di</strong> MatriceCampo<br />
For i = 0 To r 'Controlla tutti i punti <strong>di</strong> MatriceCampo<br />
For j = 0 To c<br />
If MatriceCampo(i, j) = -1 Then 'Analizza solo i punti del contorno come punti <strong>di</strong> partenza<br />
'Inizializza e variabili <strong>della</strong> simulazione<br />
PuntoBuono = True<br />
Curve = 0<br />
Spostamenti = 0<br />
Ratt = i 'Inizializza il valore <strong>della</strong> riga attalmente occupata dal robot<br />
Catt = j 'Inizializza il valore <strong>della</strong> riga attalmente occupata dal robot<br />
OldDir = 0 'Convenzionamente si suppone che il robot fosse posizioato verso nord allo<br />
step precedente: questo non dà comunque problemi perché all'inizio non sorgono ambiguità<br />
'Itera il seguente blocco <strong>di</strong> istruzioni fino a quando il campo non è completamente pulito<br />
Do<br />
If Stoppati = True Then Exit Do 'Se viene premuto il tasto <strong>di</strong> interruzione <strong>di</strong> simulazione<br />
esce dal Loop<br />
'Regola 1: Sceglie il quadrato a valore maggiore tra quelli a<strong>di</strong>acenti<br />
ListaDirezioni = Reg1() 'Pone in ListaDirezioni il valore resituito dalla funzione Reg1<br />
148
'Controlla che il punto <strong>di</strong> partenza scelto non sia circondato da valori negativi del<br />
campo, non sia cioè un punto morto.<br />
If ListaDirezioni(1, 0) < 0 Then<br />
PuntoBuono = False<br />
Exit Do<br />
End If<br />
If ListaDirezioni.Length > 2 Or ListaDirezioni(1, 0) = 0 Then 'Elabora le regole<br />
successive solo nel caso <strong>di</strong> ambiguità, se cioè non c'è una scelta univoca da parte <strong>della</strong> Regola 1<br />
'Regola2: Siccome per il motocoltivatore è gravoso cambiare <strong>di</strong>rezione, in caso <strong>di</strong><br />
indecisio ne il robot prova a procedere dritto<br />
Pres = Cerca(ListaDirezioni, OldDir) 'Cerca nella lista delle <strong>di</strong>rezioni ammissibile<br />
quella che sta già percorrendo<br />
If Pres 2 Or ListaDirezioni(1, 0) = 0 Then 'Nel caso ci siano<br />
due <strong>di</strong>rezioni ugualmente buone<br />
'Regola4: Si <strong>di</strong>rige nel semipiano la cui soma dei valori ha valore maggiore<br />
SumSem(ListaDirezioni) 'Calcola la somma dei semipiani rispetto alla posizione<br />
attuale<br />
ListaDirezioni = BestOf(ListaDirezioni) 'Sceglie la <strong>di</strong>rezione (o le <strong>di</strong>rezioni, in<br />
caso <strong>di</strong> ambiguità) migliori<br />
If ListaDirezioni.Length > 2 Then 'Nel caso sussista ancora un'ambiguità...<br />
'Regola 5: l robot si <strong>di</strong>rige verso il punto non controllato (>0) più vicino alla<br />
sua posizione<br />
NewDir = Reg5() 'N.B. In caso <strong>di</strong> due <strong>di</strong>stanze uguali prende semplicemente<br />
la prima<br />
Else<br />
NewDir = ListaDirezioni(0, 0) 'Aggiorna la <strong>di</strong>rezione secondo la Regola 4<br />
End If<br />
Else<br />
NewDir = ListaDirezioni(0, 0) 'Aggiorna la <strong>di</strong>rezione secondo la Regola 3<br />
End If<br />
Else<br />
NewDir = OldDir 'Aggiorna la <strong>di</strong>rezione secondo la Regola 2<br />
End If<br />
Else<br />
NewDir = ListaDirezioni(0, 0) 'Aggiorna la <strong>di</strong>rzione secondo la Regola 1<br />
End If<br />
149
'Se è in circolo vizioso esce in modo casuale<br />
If NewDir = Old2Dir And IsOpposit(OldDir, NewDir) Then 'Nel caso la nuova<br />
<strong>di</strong>rezione sia opposta alla vecchia e uguale a quella <strong>di</strong> due step prima (il robot va avanti e in<strong>di</strong>etro in<br />
circolo vizioso)...<br />
NewDir = Casual() 'Sceglie una <strong>di</strong>rezione casuale per uscire dal circolo vizioso<br />
End If<br />
If NewDir OldDir Then Curve += 1 'Se il valore <strong>della</strong> <strong>di</strong>rezione è cambiato<br />
incrementa il contatore delle curve<br />
Old2Dir = OldDir 'Aggiorna il valore <strong>della</strong> <strong>di</strong>rezione <strong>di</strong> due step precedenti<br />
OldDir = NewDir 'Aggiorna il valore <strong>della</strong> <strong>di</strong>rezione precedente<br />
Draw(Me) 'Disegna la form<br />
'Aggiorna la posizione<br />
Select Case NewDir<br />
Case 0 'Il Robot è andato verso Nord<br />
Ratt -= 1 'Decremente l'in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> riga<br />
Case 1 'Il Robot è andato verso Sud<br />
Ratt += 1 'Incrementa l'in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> riga<br />
Case 2 'Il Robot è andato verso Ovest<br />
Catt -= 1 'Decrementa l'in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> colonna<br />
Case 3 'Il Robot è andato verso Est<br />
Catt += 1 'Incrementa l'in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> colonna<br />
End Select<br />
MatriceCampo(Ratt, Catt) = 0 'Segna come controllato il quadrato su cui si trova il robot<br />
Spostamenti += 1 'Incrementa l'in<strong>di</strong>ce <strong>degli</strong> spostamenti<br />
Campo.FillRectangle(Quad_Actual, 8 + 5 * Catt, 32 + 5 * Ratt, 5, 5) 'Disegna il<br />
quadrato su cui si trova il robot al momento<br />
'Blocco "per<strong>di</strong>tempo" che tiene conto dei tempi <strong>di</strong> aggiornamento dell'immagine<br />
If r * c < 1000 Then 'Interviene solo per MatriciCampo piccole (meno <strong>di</strong> 1000 elementi)<br />
For Time = 0 To 10000000<br />
Math.Sqrt(Time) 'Esegue un calcolo ozioso<br />
Next<br />
End If<br />
'Aggiornamento dei dati significativi<br />
Application.DoEvents() 'Porta la Form in primo piano e la attiva in modo da poterne<br />
schiacciare i bottoni<br />
Me.lblMovements.Text = CStr(Spostamenti) 'Aggiorna il valore <strong>della</strong> casella <strong>di</strong> testo<br />
che visualizza gli spostamenti<br />
Me.lblRotations.Text = CStr(Curve) 'Aggiorna il valore <strong>della</strong> casella <strong>di</strong> testo che<br />
visualizza le curve<br />
Me.lblTime.Text = CStr(Math.Round(Curve * TCurva + Spostamenti / Velocità))<br />
'Aggiorna il valore del tempo in base a velocità, spostamenti e curve<br />
150
Loop While max(MatriceCampo) > 0 'Il loop viene eseguito fino a quando esistno punti<br />
del campo non controllati<br />
Copy(MatriceCampoTemp, MatriceCampo) 'Rigenera MatriceCampo<br />
Stoppati = False 'Previene lo stop <strong>della</strong> simulazione<br />
If PuntoBuono Then MsgBox("Fine simulazione " & CStr(i) & " " & CStr(j)) 'Informa<br />
<strong>della</strong> fine <strong>della</strong> simulazione solo per pnti del contorno accettabili<br />
End If<br />
Next<br />
Next<br />
MsgBox("Fine") 'Informa <strong>della</strong> fine del ciclo completo <strong>di</strong> simulazioni<br />
End Sub<br />
Private Sub btnQuit_Click(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)<br />
Handles btnQuit.Click<br />
End 'Termina il programma<br />
End Sub<br />
Private Sub Form1_Paint(ByVal sender As Object, ByVal e As<br />
System.Windows.Forms.PaintEventArgs) Handles MyBase.Paint<br />
Campo = Me.CreateGraphics 'Crea la grafica del campo minato<br />
If CampoDefinito Then 'Aggiorna la Form solo se il Campo è stato definito<br />
Dim i, j As Integer<br />
If 5 * c > 464 Then Me.Width = 5 * c + 32 'Ri<strong>di</strong>mensiona la Form se il campo da <strong>di</strong>segnare è<br />
più grande <strong>di</strong> un certo valore<br />
Me.boxPulsanti.Location = New Point((Me.Width - Me.boxPulsanti.Width) / 2 - 4, 50 + 5 * r)<br />
'Riposiziona il box che contiene i bottoni<br />
Me.Height = 5 * r + 160 'Ri<strong>di</strong>mensiona l'altezza <strong>della</strong> form tenendo conto delle <strong>di</strong>mensioni del<br />
campo <strong>di</strong>segnato<br />
Me.btnStartSimul.Enabled = True 'Abilita il pulsante <strong>di</strong> inizio simulazione<br />
Draw(Me) 'Disegna la form<br />
End If<br />
End Sub<br />
Private Sub Button1_Click_1(ByVal sender As System.Object, ByVal e As System.EventArgs)<br />
Handles Button1.Click<br />
Stoppati = True 'Interrompe la simulazione<br />
End Sub<br />
End Class<br />
151
Module Funzioni<br />
'Cerca un elemento nella prima riga <strong>di</strong> una lista bi<strong>di</strong>mensionale e restituisce il valore corrispondente<br />
alla seconda riga<br />
Function Cerca(ByVal lista As Array, ByVal elemento As Byte) As Integer<br />
Dim i As Byte<br />
Dim Presente As Integer = -1<br />
For i = 0 To lista.Length / 2 - 1 'Esamina tutti gli elementi N.B. Len è la soma del numero <strong>degli</strong><br />
elementi <strong>di</strong> ciascuna riga<br />
If lista(0, i) = elemento Then 'Se trova l'elemento...<br />
Presente = lista(1, i) '...restituisce il valore corrispondente alla seconda riga<br />
Exit For 'Esce dal ciclo (basta una sola occorrenza dell'elemento)<br />
End If<br />
Next<br />
Return Presente 'Restiruisce il valore<br />
End Function<br />
'Copia una matrice in un altra (in questo caso le <strong>di</strong>mensioni r e c sono note e pubbliche)<br />
Function Copy(ByRef MSorgente As Array, ByRef MDestinazione As Array)<br />
Dim i, j As Integer<br />
For i = 0 To r<br />
For j = 0 To c<br />
MDestinazione(i, j) = MSorgente(i, j) 'Copia elemento per elemento<br />
Next<br />
Next<br />
End Function<br />
'Controlla che la <strong>di</strong>rezione scelta sia ammissibile, cioè che lo spostamento cons eguente possa<br />
avvenire<br />
Function AmmDir(ByVal ListaDir As Array, ByVal matricecampo As Array, ByVal ratt As Integer,<br />
ByVal catt As Integer, ByVal r As Integer, ByVal c As Integer) As Integer<br />
Dim <strong>di</strong>rezione As Integer<br />
Dim ProvaDir As Byte<br />
For ProvaDir = 0 To 3<br />
<strong>di</strong>rezione = ListaDir(1, ProvaDir) 'Controlla le <strong>di</strong>rezioni passate nella lista<br />
Select Case <strong>di</strong>rezione<br />
Case 0<br />
If ratt > 0 AndAlso matricecampo(ratt - 1, catt) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Nord<br />
Case 1<br />
If ratt < r AndAlso matricecampo(ratt + 1, catt) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Sud<br />
Case 2<br />
If catt > 0 AndAlso matricecampo(ratt, catt - 1) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Ovest<br />
Case 3<br />
If catt < c AndAlso matricecampo(ratt, catt + 1) >= 0 Then Exit For 'Controlla a Est<br />
End Select<br />
Next<br />
If ProvaDir < 4 Then 'Se ha trovato una <strong>di</strong>rezione ammissibile la restituisce...<br />
Return <strong>di</strong>rezione<br />
152
Else<br />
Return 4 '...altrimenti restituisce il valore 4<br />
End If<br />
End Function<br />
'Estrae una <strong>di</strong>rezione casuale e controlla che sia ammissibile e <strong>di</strong>versa da quella nuova (che non va<br />
bene)<br />
Function Casual() As Byte<br />
Dim DirezioneCasuale As Single<br />
Do 'Esegue fino a quando non trova una <strong>di</strong>rezione che vada bene<br />
DirezioneCasuale = Math.Round(Rnd(3) * 4) 'Estrae una <strong>di</strong>rezione casuale<br />
Select Case DirezioneCasuale<br />
Case 0<br />
If Nord() >= 0 AndAlso NewDir 0 Then Return 0 'Restituisce Nord<br />
Case 1<br />
If Sud() >= 0 AndAlso NewDir 1 Then Return 1 'Restituisce a Sud<br />
Case 2<br />
If Ovest() >= 0 AndAlso NewDir 2 Then Return 2 'Restituisce a Ovest<br />
Case 3<br />
If Est() >= 0 AndAlso NewDir 3 Then Return 3 'Restituisce a Est<br />
Case 4<br />
Return 4 '4 equivale a un errore<br />
End Select<br />
Loop<br />
End Function<br />
'Restituisce vero se le <strong>di</strong>rezioni all'argomento sono opposte, falso in caso contrario<br />
Function IsOpposit(ByVal old<strong>di</strong>r As Byte, ByVal New<strong>di</strong>r As Byte) As Boolean<br />
If (old<strong>di</strong>r = 0 And New<strong>di</strong>r = 1) Or (old<strong>di</strong>r = 1 And New<strong>di</strong>r = 0) Or (old<strong>di</strong>r = 2 And New<strong>di</strong>r = 3) Or<br />
(old<strong>di</strong>r = 3 And New<strong>di</strong>r = 2) Then Return True<br />
Return False<br />
End Function<br />
'Resituisce una lista bi<strong>di</strong>mensionale delle <strong>di</strong>rezioni con peso massimo.<br />
Function BestOf(ByVal Lista As Array)<br />
Dim i, DimLista As Byte<br />
Dim M As Integer<br />
SortList(Lista) 'Or<strong>di</strong>na la lista bi<strong>di</strong>mensionale delle <strong>di</strong>rezioni secondo il peso <strong>di</strong> ciascuna<br />
<strong>di</strong>rezione, a partire dal maggiore<br />
M = Lista(1, 0) 'Inizializza M, il valore massimo<br />
DimLista = 0<br />
For i = 1 To Lista.Length / 2 - 1 'Itera su tutti gli elementi <strong>della</strong> lista a artire dal secondo<br />
If Lista(1, i) = M Then<br />
DimLista += 1 'Se anche questo elemento ha peso massimo incrementa la lunghezza nuova<br />
lista<br />
Else<br />
Exit For '...altrimenti esce<br />
End If<br />
153
Next<br />
Dim ListaDir(1, DimLista) 'Crea la nuova lista bi<strong>di</strong>mensionale che conterrà solo le <strong>di</strong>rezioni con i<br />
pesi massimi<br />
For i = 0 To DimLista<br />
ListaDir(0, i) = Lista(0, i) 'Aggiunge ala nuova lista la <strong>di</strong>rezione...<br />
ListaDir(1, i) = Lista(1, i) '...e il peso corrispondente (=M)<br />
Next<br />
Return ListaDir 'Resituisce la nuova lista<br />
End Function<br />
'Disegna il campo<br />
Function Draw(ByRef Form1 As Object)<br />
Dim i, j As Integer<br />
Campo = Form1.CreateGraphics 'Inizializza il campo come elemento grafico<br />
For i = 0 To r 'Per ogni elemento...<br />
For j = 0 To c<br />
Select Case MatriceCampo(j, i) 'Assegna il quadrato del colore corrispondente (i colori sono<br />
<strong>di</strong>chiarati tra le variabili pubbliche<br />
Case -2<br />
Campo.FillRectangle(Quad_m10, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case -1<br />
Campo.FillRectangle(Quad_m5, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 0<br />
Campo.FillRectangle(Quad_0, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 1<br />
Campo.FillRectangle(Quad_1, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 2<br />
Campo.FillRectangle(Quad_2, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 3<br />
Campo.FillRectangle(Quad_3, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 4<br />
Campo.FillRectangle(Quad_4, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 5<br />
Campo.FillRectangle(Quad_5, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 6<br />
Campo.FillRectangle(Quad_6, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 7<br />
Campo.FillRectangle(Quad_7, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 8<br />
Campo.FillRectangle(Quad_8, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 9<br />
Campo.FillRectangle(Quad_9, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
Case 10<br />
Campo.FillRectangle(Quad_10, 8 + 5 * i, 32 + 5 * j, 5, 5)<br />
End Select<br />
Next<br />
Next<br />
End Function<br />
154
'Resituisce il massimo tra i valori <strong>di</strong> una matrice<br />
Function max(ByVal matrice As Array) As Integer<br />
Dim i, j, m As Integer<br />
m = matrice(0, 0) 'Inizializza il valore massimo con il valore del primo elemento<br />
For i = 0 To matrice.GetUpperBound(0) 'Le funzioni GetUpperBound rendono la funzione<br />
applicabile a tutte le matrici bi<strong>di</strong>mensionali<br />
For j = 0 To matrice.GetUpperBound(1)<br />
If matrice(i, j) > m Then m = matrice(i, j) 'Se il valore è maggiore del massimo precedente<br />
viene salvato come nuovo massimo<br />
Next<br />
Next<br />
Return m 'Resituisce il valore massimo<br />
End Function<br />
'Utilizza il metodo bouble sort per o<strong>di</strong>nare una lista bi<strong>di</strong>mensionale secondo i vaklori <strong>della</strong> seconda<br />
riga conservando le loro corrispondenze con i valori <strong>della</strong> prima riga<br />
Function SortList( ByRef ListaDir As Array)<br />
Dim Change As Boolean = True 'Inizializza l'in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> avvenuto cambiamento<br />
Dim In<strong>di</strong>ce, TempSomma, TempDir As Integer<br />
Do While Change 'Itera finché ci sono scambi tra elementi<br />
Change = False<br />
For In<strong>di</strong>ce = 1 To ListaDir.Length / 2 - 1 'Esegue il controlo su tutti gli elementi <strong>della</strong> seconda<br />
riga lista<br />
If ListaDir(1, In<strong>di</strong>ce - 1) < ListaDir(1, In<strong>di</strong>ce) Then 'Se un valore <strong>della</strong> seconda riga è<br />
maggiore del precedente li scambia e scambia anche quelli corrispondentti sulla prim riga<br />
TempDir = ListaDir(0, In<strong>di</strong>ce - 1) 'Si usano delle variabili temporaee<br />
TempSomma = ListaDir(1, In<strong>di</strong>ce - 1)<br />
ListaDir(0, In<strong>di</strong>ce - 1) = ListaDir(0, In<strong>di</strong>ce)<br />
ListaDir(1, In<strong>di</strong>ce - 1) = ListaDir(1, In<strong>di</strong>ce)<br />
ListaDir(0, In<strong>di</strong>ce) = TempDir<br />
ListaDir(1, In<strong>di</strong>ce) = TempSomma<br />
Change = True 'L'in<strong>di</strong>ce <strong>di</strong> avvenuto cambiamento è impostato su Vero<br />
End If<br />
Next<br />
Loop<br />
End Function<br />
'Applica la Regola 1<br />
Function Reg1() As Array<br />
Dim DirMat(1, 3) As Integer 'Inizializza la lista con le <strong>di</strong>rezioni e i pesi del quadrato a<strong>di</strong>acente<br />
corrispondente<br />
'Dim ListaDir As Array<br />
DirMat(0, 0) = 0<br />
DirMat(0, 1) = 1<br />
DirMat(0, 2) = 2<br />
DirMat(0, 3) = 3<br />
DirMat(1, 0) = Nord() 'Nella <strong>di</strong>rezione Nord mette il valore del quadrato a Nord<br />
155
DirMat(1, 1) = Sud() 'Nella <strong>di</strong>rezione Nord mette il valore del quadrato a Sud<br />
DirMat(1, 2) = Ovest() 'Nella <strong>di</strong>rezione Nord mette il valore del quadrato a Ovest<br />
DirMat(1, 3) = Est() 'Nella <strong>di</strong>rezione Nord mette il valore del quadrato a Est<br />
Return BestOf(DirMat) 'Resituisc la lista con solo le <strong>di</strong>rezioni con peso maggiore<br />
End Function<br />
'In<strong>di</strong>rizza il robot verso il punto non verificato più vicino<br />
Function Reg5() As Byte<br />
Dim i, j, DistH, DistV, DistMin As Integer<br />
Dim Direzione, DirScelta As Byte<br />
Dim ListaDir(1, 0) As Integer<br />
Dim DistLinMin As Integer<br />
DistMin = r + c 'Inizializza la <strong>di</strong>stanza minima con i lmassimo valore che essa può assumere<br />
DistLinMin = 0<br />
For i = 0 To r 'Controlla tutti i punti su tutte le righe...<br />
For j = 0 To c '... e le colonne<br />
If MatriceCampo(i, j) > 0 Then 'Se il punto in questione deve essere ancora controllato<br />
Dim DimListaDir As Integer = -1 'Inizializza la <strong>di</strong>mensione minima <strong>della</strong> lista dei punti<br />
ammissibili ponendone la <strong>di</strong>mensione a -1 perché essa andrà comunque incrementata<br />
ReDim ListaDir(1, 0) 'Ri<strong>di</strong>mensioa la lista delle <strong>di</strong>rezioni<br />
DistV = i - Ratt 'Calcola la <strong>di</strong>stanza in verticale<br />
DistH = j - Catt 'Calcola la <strong>di</strong>stanza in orizzontale<br />
If Math.Abs(DistH) + Math.Abs(DistV) = 0 And DistV > 0 Then 'Se il punto è a Sud...<br />
DimListaDir += 1 'Incrementa la <strong>di</strong>mensione <strong>della</strong> lista delle <strong>di</strong>rezioni da seguire<br />
ReDim Preserve ListaDir(1, DimListaDir) 'Ri<strong>di</strong>mensiona la lista delle <strong>di</strong>rezioni<br />
preservandone gli elementi<br />
ListaDir(0, 0) = 1 'Inserisce la <strong>di</strong>rezione<br />
ListaDir(1, 0) = DistV 'Inserisce la <strong>di</strong>stanza nella <strong>di</strong>rezione corrispondente<br />
End If<br />
If Ovest() >= 0 And DistH < 0 Then 'Se il punto è a Ovest...<br />
DimListaDir += 1 'Incrementa la <strong>di</strong>mensione <strong>della</strong> lista delle <strong>di</strong>rezioni da seguire<br />
ReDim Preserve ListaDir(1, DimListaDir) 'Ri<strong>di</strong>mensiona la lista delle <strong>di</strong>rezioni<br />
preservandone gli elementi<br />
ListaDir(0, 0) = 2 'Inserisce la <strong>di</strong>rezione<br />
ListaDir(1, 0) = -DistH 'Inserisce la <strong>di</strong>stanza nella <strong>di</strong>rezione corrispondente<br />
End If<br />
156
If Est() >= 0 And DistH > 0 Then 'Se il punto è a Est...<br />
DimListaDir += 1 'Incrementa la <strong>di</strong>mensione <strong>della</strong> lista delle <strong>di</strong>rezioni da seguire<br />
ReDim Preserve ListaDir(1, DimListaDir) 'Ri<strong>di</strong>mensiona la lista delle <strong>di</strong>rezioni<br />
preservandone gli elementi<br />
ListaDir(0, 0) = 3 'Inserisce la <strong>di</strong>rezione<br />
ListaDir(1, 0) = DistH 'Inserisce la <strong>di</strong>stanza nella <strong>di</strong>rezione corrispondente<br />
End If<br />
SortList(ListaDir) 'Or<strong>di</strong>na la lista delle <strong>di</strong>rezioni in base alla <strong>di</strong>stanza<br />
If ListaDir(1, 0) > DistLinMin Then 'Se la <strong>di</strong>stanza massima è maggiore <strong>della</strong> <strong>di</strong>stanza<br />
lineare minima...<br />
DistLinMin = ListaDir(1, 0) 'Imposta la <strong>di</strong>stanza lineare minima alla <strong>di</strong>stanza<br />
massima<br />
DirScelta = ListaDir(0, 0) 'Imposta la <strong>di</strong>rezione scelta <strong>di</strong> conseguenza<br />
DistMin = Math.Abs(DistH) + Math.Abs(DistV) 'Imposta la <strong>di</strong>stanza minima totale<br />
secondo il valore <strong>della</strong> <strong>di</strong>stanza dell'elemento scelto<br />
End If<br />
End If<br />
End If<br />
Next<br />
Next<br />
Return DirScelta 'Restituisce la <strong>di</strong>rezione scelta<br />
End Function<br />
'Resituisce la lista bi<strong>di</strong>mensionale delle somme dei valori nei corridoi nelle <strong>di</strong>rezioni che gli vengono<br />
passate<br />
Function SumDir(ByRef ListaDirezioni As Array) As Integer<br />
Dim i, Direzione As Byte<br />
Dim k, somma As Integer<br />
For i = 0 To ListaDirezioni.Length / 2 - 1 'Controlla ogni <strong>di</strong>rezione che viene passata<br />
somma = 0<br />
Direzione = ListaDirezioni(0, i) 'imposta la <strong>di</strong>rezione al primo elemento <strong>della</strong> lista passatagli<br />
Select Case Direzione<br />
Case 0 'Nel Caso <strong>di</strong> d irezione Nord...<br />
For k = Ratt To 0 Step -1 'L'in<strong>di</strong>ce si muove verso l'alto (le righe vengono decrementate)<br />
If MatriceCampo(k, Catt) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, Catt) 'Aggiorna il<br />
valore <strong>della</strong> somma<br />
Next<br />
Case 1 'Nel Caso <strong>di</strong> <strong>di</strong>rezione Sud...<br />
For k = Ratt To r 'L'in<strong>di</strong>ce si muove verso il basso (le righe vengono incrementate)<br />
If MatriceCampo(k, Catt) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, Catt) 'Aggiorna il<br />
valore <strong>della</strong> somma<br />
Next<br />
Case 2 'Nel Caso <strong>di</strong> <strong>di</strong>rezione Ovest...<br />
For k = Catt To 0 Step -1 'L'in<strong>di</strong>ce si muove verso sinistra (le colonnee vengono<br />
decrementate)<br />
157
If MatriceCampo(Ratt, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(Ratt, k) 'Aggiorna il<br />
valore <strong>della</strong> somma<br />
Next<br />
Case 3 'Nel Caso <strong>di</strong> <strong>di</strong>rezione Est...<br />
For k = Catt To c 'L'in<strong>di</strong>ce si muove verso destra (le colonnee vengono incrementate)<br />
If MatriceCampo(Ratt, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(Ratt, k) 'Aggiorna il<br />
valore <strong>della</strong> somma<br />
Next<br />
End Select<br />
ListaDirezioni(1, i) = somma 'Salva la somma sotto la <strong>di</strong>rezione corrispondente<br />
Next<br />
End Function<br />
'Resituisce la lista bi<strong>di</strong>mensionale delle somme dei valori nei semipiani nelle <strong>di</strong>rezioni che gli<br />
vengono passate<br />
Function SumSem(ByRef ListaDirezioni As Array) As Integer<br />
Dim i, Direzione As Byte<br />
Dim k, j, somma As Integer<br />
For i = 0 To ListaDirezioni.Length / 2 - 1 'Esamina tutte le <strong>di</strong>mansioni<br />
somma = 0 'Inizializza a 0 la posizione<br />
Direzione = ListaDirezioni(0, i) 'Prende la i-esima <strong>di</strong>rezione <strong>della</strong> lista<br />
Select Case Direzione<br />
Case 0 'Controlla a Nord<br />
For j = 0 To c 'Somma tutti gli elementi delle righe<br />
For k = Ratt To 0 Step -1 'Somma solo le righe in alto<br />
If MatriceCampo(k, j) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, j) 'Se l'elemento deve<br />
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'elemento stesso<br />
Next<br />
Next<br />
Case 1 'Controlla a Sud<br />
For j = 0 To c 'Somma tutti gli elementi delle righe<br />
For k = Ratt To r 'Somma solo le righe in basso<br />
If MatriceCampo(k, j) > 0 Then somma += MatriceCampo(k, j) 'Se l'elemento deve<br />
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'elemento stesso<br />
Next<br />
Next<br />
Case 2 'Controlla a Ovest<br />
For j = 0 To r 'Somma tutti gli elementi delle colonne<br />
For k = Catt To 0 Step -1 'Somma solo le colonne a sinistra<br />
If MatriceCampo(j, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(j, k) 'Se l'elemento deve<br />
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'eleme nto stesso<br />
Next<br />
Next<br />
Case 3 'Controlla a Est<br />
For j = 0 To r 'Somma tutti gli elementi delle colonne<br />
For k = Catt To c 'Somma solo le colonne a destra<br />
If MatriceCampo(j, k) > 0 Then somma += MatriceCampo(j, k) 'Se l'elemento deve<br />
essere ancora visitato incrementa la somma con il valore dell'elemento stesso<br />
158
Next<br />
Next<br />
End Select<br />
ListaDirezioni(1, i) = somma 'Salva la somma sotto la <strong>di</strong>rezione corrispondente<br />
Next<br />
End Function<br />
'Resituisce il valore dell'elemento a<strong>di</strong>acente alla posizione attuale nella <strong>di</strong>rezione corrispondente<br />
Function Val(ByVal <strong>di</strong>r As Byte) As Integer<br />
Select Case <strong>di</strong>r<br />
Case 0<br />
Return Nord() 'Restituisce il valore dell'elemento a Nord<br />
Case 1<br />
Return Sud() 'Restituisce il valore dell'elemento a Sud<br />
Case 2<br />
Return Ovest() 'Restituisce il valore dell'elemento a Ovest<br />
Case 3<br />
Return Est() 'Restituisce il valore dell'elemento a Est<br />
End Select<br />
End Function<br />
'Restituisce il valore dell'elemento a Nord<br />
Function Nord() As Integer<br />
If Ratt > 0 Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Nord<br />
Return MatriceCampo(Ratt - 1, Catt) 'Restituisce il valore dell'elemento a Nord<br />
Else<br />
Return -2 'Restituisce il valore <strong>di</strong> quadrato non raggiungibile<br />
End If<br />
End Function<br />
'Restituisce il valore dell'elemento a Sud<br />
Function Sud() As Integer<br />
If Ratt < r Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Sud<br />
Return MatriceCampo(Ratt + 1, Catt) 'Restituisce il valore dell'elemento a Sud<br />
Else<br />
Return -2 'Restituisce il valore <strong>di</strong> quadrato non raggiungibile<br />
End If<br />
End Function<br />
'Restituisce il valore dell'elemento a Ovest<br />
Function Ovest() As Integer<br />
If Catt > 0 Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Ovest<br />
Return MatriceCampo(Ratt, Catt - 1) 'Restituisce il valore dell'elemento a Ovest<br />
Else<br />
Return -2 'Restituisce il valore <strong>di</strong> quadrato non raggiungibile<br />
End If<br />
End Function<br />
159
'Restituisce il valore dell'elemento a Est<br />
Function Est() As Integer<br />
If Catt < r Then 'Controlla che ci possa essere un elemento a Est<br />
Return MatriceCampo(Ratt, Catt + 1) 'Restituisce il valore dell'elemento a Est<br />
Else<br />
Return -2 'Restituisce il valore <strong>di</strong> quadrato non raggiungibile<br />
End If<br />
End Function<br />
End Module<br />
160
Public Module PublicVar<br />
Public MatriceCampo(,) As Integer<br />
Public Ratt, Catt, r, c, Old2Dir, OldDir, NewDir As Integer<br />
Public SchedaSim(4, 0)<br />
Public Stoppati As Boolean<br />
'Definizione <strong>della</strong> parte grafica<br />
Public Campo As System.Drawing.Graphics<br />
'Definizione dei colori dei quadretti<br />
Public Quad_m10 As New SolidBrush(Color.Black)<br />
Public Quad_m5 As New SolidBrush(Color.YellowGreen)<br />
Public Quad_0 As New SolidBrush(Color.White)<br />
Public Quad_1 As New SolidBrush(Color.PaleGreen)<br />
Public Quad_2 As New SolidBrush(Color.Green)<br />
Public Quad_3 As New SolidBrush(Color.LightGreen)<br />
Public Quad_4 As New SolidBrush(Color.Olive)<br />
Public Quad_5 As New SolidBrush(Color.DarkGreen)<br />
Public Quad_6 As New SolidBrush(Color.Brown)<br />
Public Quad_7 As New SolidBrush(Color.Orange)<br />
Public Quad_8 As New SolidBrush(Color.OrangeRed)<br />
Public Quad_9 As New SolidBrush(Color.Violet)<br />
Public Quad_10 As New SolidBrush(Color.Red)<br />
Public Quad_Actual As New SolidBrush(Color.Blue)<br />
End Module<br />
161