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I tipi di cinghie di trasmissione con la crescita più rapida negli ultimi anni sono state le cinghie trapezoidali a bordo tagliato, le cinghie multigole (Figura 2) e le cinghie sincrone (Figura 3). Le cinghie trapezoidali a bordo tagliato offrono un’efficienza di trasmissione superiore, una maggiore capacità di trasmissione di potenza, una lunga durata operativa e un elevato risparmio energetico rispetto alle cinghie trapezoidali rivestite. Oltre ai vantaggi propri delle cinghie trapezoidali a bordo tagliato, le cinghie multigole presentano inoltre la flessibilità delle cinghie piane, elevati rapporti di trasmissione e ottime prestazioni ad alta velocità. I sistemi di trasmissione mediante cinghie sincrone rappresentano una combinazione di trasmissioni a cinghia, a catena e a ingranaggi. Di conseguenza, queste cinghie stanno trovando un numero sempre crescente di applicazioni, una tendenza che continuerà a caratterizzare lo sviluppo futuro delle cinghie di trasmissione.
I processi produttivi e le attrezzature per la produzione delle cinghie a V, delle cinghie multigole e delle cinghie sincrone di ultima generazione sono fondamentalmente simili; l’unica differenza risiede in alcune procedure specifiche e nelle ulteriori fasi di lavorazione. La produzione comprende le operazioni relative ai componenti (estrusione di fogli, giunzione di fogli caricati con fibre corte, cucitura di tessuto elastico in nylon, taglio del tessuto), l’assemblaggio, la vulcanizzazione, la rettifica, il taglio e i controlli di qualità (aspetto esteriore, dimensioni, prestazioni).
2.1 Costruzione
Le macchine per la costruzione con un singolo tamburo normalmente producono cinghie trapezoidali a bordo tagliato, cinghie multirighe e cinghie sincrone. Per eliminare l’effetto di torsione del filo di trazione nelle cinghie sincrone, sono necessari due distinti sistemi di tensionamento per posare contemporaneamente fili con direzioni di torsione diverse (cioè torsioni "S" e "Z"). Negli anni iniziali, diversi produttori cinesi importarono macchine per la costruzione della società tedesca SCHOLZ. In quel periodo, essi tendevano ad acquistare macchine per la costruzione multifunzione (macchine universali) a causa dei fattori legati all’investimento. Queste macchine sono utilizzabili nella costruzione di cinghie trapezoidali rivestite, cinghie trapezoidali a bordo tagliato, cinghie multirighe e cinghie sincrone, nonché nel taglio di guaine protettive e nella rettifica della faccia posteriore delle cinghie sincrone, e cinghie trapezoidali e cinghie sincrone all'avanguardia. La macchina è dotata di un gruppo di azionamento principale, un tamburo di costruzione, un tamburo di taglio, un'unità di taglio, un'unità di rettifica, una contropunta, un sistema di svolgimento a quattro stazioni (nastro), un'unità di posizionamento dei fili, un sistema di svolgimento dei fili a due stazioni e un sistema di controllo elettrico.
Integrando o differenziando alcune funzioni della macchina multifunzione per la costruzione di cinghie trapezoidali, sono state realizzate attrezzature specializzate, tra cui macchine per la rettifica/taglio dotate sia della funzione di taglio che di quella di rettifica posteriore, e macchine monofunzione per la costruzione, il taglio e la rettifica posteriore. Queste macchine hanno strutturalmente la stessa configurazione: in sostanza, mantengono i componenti funzionali necessari ed eliminano quelli non richiesti dalla macchina multifunzione per la costruzione di cinghie trapezoidali.
In Cina, la società Qingdao Yilida non è l'unica azienda ad aver intrapreso e portato a termine con successo il progetto nazionale di scienza e tecnologia noto come il Nono Piano Quinquennale, ma anche altri produttori realizzano macchine per la produzione di cinghie trapezoidali, cinghie multigole e cinghie sincrone ad alta tecnologia. Queste macchine si basano su principi operativi piuttosto simili e i loro prodotti sono semplici o sofisticati a seconda del livello di esigenze dell’utente.
2.2 Vulcanizzazione
Le cinghie trapezoidali a bordo tagliato, le cinghie sincrone e le cinghie multigole vengono vulcanizzate nello stesso modo delle cinghie trapezoidali rivestite, utilizzando autoclavi per vulcanizzazione; tutte queste tipologie di cinghie possono essere vulcanizzate in autoclavi verticali per vulcanizzazione con manicotto in gomma. In base al metodo di pressurizzazione, esistono due tipi di autoclavi con manicotto in gomma: quelle con riscaldamento a vapore e pressurizzazione a vapore, e quelle con riscaldamento a vapore e pressurizzazione ad acqua. Attualmente, sia le autoclavi importate sia le autoclavi nazionali DLT sono del tipo con riscaldamento a vapore e pressurizzazione a vapore. Esse utilizzano un controllo PID (Proporzionale, Integrale, Derivativo), garantiscono un’elevata precisione nel controllo della temperatura, un’elevata efficienza produttiva e un’elevata qualità del prodotto, ma richiedono una caldaia a vapore a media o alta pressione.
2.3 Taglio delle cinghie trapezoidali a bordo tagliato
2.3.1 Taglio su tamburo singolo
Nel taglio a tamburo singolo, si utilizza una macchina per il taglio a tamburo singolo, compresa la macchina multifunzionale per la costruzione di cinghie a V descritta sopra. In precedenza, su un tamburo espandibile va tagliata una guaina protettiva di taglio e successivamente rettificata in forma circolare. La guaina è stata tagliata in cinghie a V separate con bordi di taglio mediante due lame circolari a disco. La sezione trasversale della cinghia è omogenea e la capacità produttiva è elevata. Tuttavia, il costo del tamburo espandibile è elevato e l’operazione di realizzazione della guaina protettiva risulta laboriosa e dispendiosa in termini di tempo.
2.3.2 Taglio a doppio tamburo
Nel taglio a doppio tamburo, una macchina per il taglio a doppio tamburo viene utilizzata per tagliare la guaina del cinghio vulcanizzato in cinghie singole, in base a standard di larghezza e angolo. Questa tecnologia è stata inizialmente inventata da Berstorff in Germania. Numerose fabbriche cinesi, ad esempio quelle di Shanghai e Kaifeng, hanno importato progressivamente tali macchine dalla Germania. Questo tipo di attrezzatura è stato sviluppato da aziende nazionali come Qingdao Yilida, Qingdao Moson e Shaoxing Junma. La macchina per il taglio a doppio tamburo è composta da un motore principale, un tamburo di taglio, un tamburo di tensionamento, un dispositivo di taglio e un sistema di controllo. Regolando la distanza tra il tamburo di tensionamento e il tamburo di taglio, è possibile tagliare cinghie con circonferenza interna compresa tra 680 e 3000 mm. La macchina per il taglio a doppio tamburo non richiede un tamburo espandibile né una guaina protettiva per il taglio, riducendo così l’investimento necessario per l’attrezzatura. Tuttavia, offre una minore precisione di taglio e le cinghie tagliate devono essere misurate in lunghezza e rettificate.
2.4 Rettifica delle cinghie multirighe
La guaina della cinghia vulcanizzata multiranfata viene sagomata sulla superficie ranfata mediante una rettificatrice per cinghie multiranfate. Le macchine possono essere classificate in rettificatrici per cinghie multiranfate monobanda e rettificatrici per guaine complete multiranfate, a seconda della modalità di lavorazione.
2.4.1 Rettifica monobanda di cinghie multiranfate
La rettificatrice per cinghie multiranfate monobanda è una macchina composta da un’unità di rettifica, una puleggia motrice, una puleggia di tensionamento e un sistema di controllo elettrico. La cinghia grezza viene tagliata alla larghezza necessaria, avvolta attorno alla puleggia motrice e tesa mediante la puleggia di tensionamento; la rettifica della cinghia avviene grazie alla rotazione ad alta velocità di una mola profilata appositamente. La macchina può essere utilizzata per rettificare le ranfature delle cinghie multiranfate PJ, PK e PL, con circonferenza compresa tra 600 e 2500 mm e larghezza inferiore a 30 mm, alla velocità lineare di rettifica di 30 m/s.
2.4.2 Rettifica di guaine complete multiranfate
Il principio della rettificatrice per cinghie a coste multiple con manicotto intero è il seguente: il manicotto della cinghia vulcanizzata, insieme allo stampo, viene fissato all'albero principale della rettificatrice e ruota insieme ad esso. Una volta rettificata una sezione, l'unità di rettifica viene spostata trasversalmente di una distanza specifica per procedere con la rettifica della sezione successiva, fino a quando l'intero manicotto della cinghia non sarà stato rettificato. La rettificatrice per cinghie a coste multiple è una macchina per manicotti interi che garantisce una maggiore efficienza produttiva e una maggiore precisione dimensionale dei prodotti rispetto alla macchina per singola cinghia. Tuttavia, richiede una maggiore precisione negli equipaggiamenti, negli stampi e nei sistemi di controllo, pertanto comporta un investimento maggiore in termini di attrezzature. Questa macchina può essere utilizzata anche per rettificare il retro delle cinghie sincrone.
3. controllo
L'ispezione complessiva delle cinghie di trasmissione comprende gli aspetti relativi all'aspetto esteriore (dimensioni della sezione trasversale, lunghezza), alle proprietà fisiche e meccaniche e alle prestazioni dinamiche (potenza trasmessa e durata a fatica).
3.1 Misurazione della lunghezza
Dall’attuazione della riforma e dell’apertura della Cina, gli standard cinesi per le cinghie di trasmissione sono stati progressivamente rivisti e aggiornati in linea con le norme internazionali e quelle europee/ statunitensi. La lunghezza delle cinghie di trasmissione è ora regolata secondo il sistema di riferimento (datum system) e il sistema efficace (effective system), anziché secondo il sistema della circonferenza interna, utilizzato in Cina per diversi decenni. Di conseguenza, sono necessari appositi strumenti per la misurazione della lunghezza. A partire dalla metà degli anni ’80, l’Istituto di progettazione e ricerca aeronautica di Shanghai ha progettato una macchina per la misurazione della lunghezza delle cinghie trapezoidali per autoveicoli, al fine di supportare l’elaborazione della norma relativa alle dimensioni delle cinghie trapezoidali per autoveicoli. Tale macchina per la misurazione della lunghezza delle cinghie trapezoidali è diventata un equipaggiamento obbligatorio per i produttori, non appena la nuova norma sulle cinghie trapezoidali è entrata in vigore in Cina.
Le macchine per la misurazione della lunghezza delle cinghie sincrone richiedono prestazioni più precise e adottano generalmente un metodo di misurazione relativo. La Fabbrica di Gomma di Wuxi aveva importato una macchina per la misurazione della lunghezza delle cinghie sincrone da SCHOLZ, in Germania. Anche SEU e QINGDAO MOSON progettano tali macchine di prova.
3.2 Durata a fatica
La prova di durata a fatica può essere classificata in metodi senza coppia e con coppia; il primo è noto come provino flessionale. È stato sviluppato un provino senza coppia per adeguarsi alla nuova norma cinese per le cinghie trapezoidali (GB1174-96). Durante la prova, la cinghia non trasmette potenza, non si verifica slittamento tra le sue facce interna ed esterna rispetto alla puleggia e la sua tensione interna non varia con la rotazione della puleggia. Questa prova simula esclusivamente la flessione della cinghia quando passa sulla puleggia, contando il numero di flessioni e misurando l’allungamento. Tale prova richiede tipicamente da 5 a 7 giorni per essere completata, oppure è possibile accelerare il tasso di usura riducendo il diametro della puleggia o la tensione iniziale. Questo metodo presenta una bassa correlazione con le effettive condizioni operative delle cinghie di trasmissione ed è pertanto più adatto al controllo qualità.
I metodi basati sulla coppia consentono di effettuare, in breve tempo, una valutazione completa e relativamente accurata della qualità della cinghia di trasmissione. Le macchine straniere per il collaudo della durata a fatica delle cinghie trapezoidali per autoveicoli sono state importate in Cina dai produttori di Guiyang, Wuxi e Kaifeng. Le macchine per il collaudo della durata a fatica delle cinghie trapezoidali per autoveicoli utilizzate dall’ex Fabbrica n. 2 di prodotti in gomma di Shanghai erano state progettate da tempo dall’Istituto di Tecnologia di Harbin. Un produttore di Wuxi ha importato una macchina per il collaudo della durata a fatica delle cinghie multirighe per autoveicoli, dotata anche di prestazioni di prova della durata a fatica ad alta temperatura.
Le macchine per la prova di durata a fatica delle cinghie asincrone per autoveicoli sono utilizzate meno in Cina. Wang Jiemin ha progettato la macchina per la prova di durata a fatica delle cinghie asincrone per autoveicoli per la fabbrica di Liaoyang Jidai sulla base del brevetto "dispositivo dinamico multifunzionale per la prova delle prestazioni delle cinghie di trasmissione" (numero di domanda di brevetto: 99258441), adattata alla norma GB/T18183-2000 (equivalente alla ISO10917:1995) "Metodo di prova della durata a fatica delle cinghie asincrone per autoveicoli". Tale macchina consente di eseguire la prova di durata a fatica con nebulizzazione di acqua ad alta temperatura.
Poiché il mercato automobilistico cinese si sta espandendo sempre più e le prestazioni dei veicoli sono notevolmente migliorate, i requisiti relativi alle prestazioni delle cinghie asincrone per autoveicoli diventano sempre più stringenti. Accelerare lo sviluppo, la produzione e la diffusione in Cina di macchine per la prova di durata a fatica delle cinghie asincrone per autoveicoli è pertanto un compito di grande importanza.
4. Prospettive future
Stato e prospettive degli impianti per la produzione di cinghie di trasmissione in Cina (2005)
Sebbene la produzione delle cinghie di trasmissione sia stata notevolmente potenziata negli anni grazie all’importazione, all’imitazione, all’assimilazione e allo sviluppo indipendente — elementi che riflettono in una certa misura l’attuale livello di sviluppo dell’industria nazionale delle cinghie di trasmissione — persiste tuttavia un divario rispetto ai produttori esteri. Le principali criticità sono le seguenti:
(1) Il livello produttivo delle cinghie di trasmissione all’interno del settore presenta notevoli disparità; gli impianti sono spesso obsoleti e i prodotti di bassa qualità danneggiano gravemente lo sviluppo sano del mercato delle cinghie di trasmissione, in particolare la promozione e l’applicazione di nuove cinghie.
(2) Per quanto riguarda precisione, grado di automazione, integrazione meccatronica e adozione di nuove tecnologie, gli impianti produttivi nazionali presentano ancora un divario rispetto a quelli dei produttori esteri.
(3) L'attrezzatura per la produzione di alcuni tipi di cinghie di trasmissione non è stata prodotta dall'industria nazionale: attrezzatura per la produzione e tecnologia di processo per cinghie trapezoidali multiple stampate, cinghie di trasmissione dentate bidirezionali, cinghie di trasmissione a polimerizzazione per iniezione, cinghie di trasmissione rinforzate con fibre corte, cinghie di trasmissione dentate elicoidali (o a spina di pesce) e cinghie per variatori continui (CVT).
(4) Praticamente assenza di diritti di proprietà intellettuale indipendenti in alcuni ambiti. Aziende straniere avanzate nel settore della produzione detengono brevetti su tecnologie e attrezzature. Poiché la Cina ha aderito all'OMC e ha rafforzato la tutela della proprietà intellettuale, lo sviluppo sostenibile e la competitività internazionale dell'industria cinese delle cinghie di trasmissione risultano fortemente limitati.
(5) Vecchi metodi di prova e ispezione. I grandi produttori stranieri si concentrano sulla ricerca e sviluppo in termini di prestazioni e controllo qualità; alcuni hanno raggiunto prove online automatiche. Le grandi aziende straniere dispongono di oltre cento tipi di macchine per prove dinamiche, utilizzate per test integrati multiangolari, ciascuna delle quali impiega un proprio metodo di prova. Tuttavia, tra i limitati produttori nazionali, la maggior parte possiede soltanto una o due macchine per la prova della durata a fatica, molte delle quali sono guaste.
Considerando tutti i fatti sopra menzionati, l'autore ritiene che la tendenza futura nello sviluppo della produzione di attrezzature per cinghie di trasmissione dovrebbe essere:
(1) Ulteriore miglioramento dell'accuratezza, dell'affidabilità e del livello di automazione delle attuali attrezzature produttive, mediante l'utilizzo di nuove tecniche informatiche per realizzare l'interazione uomo-macchina.
(2) Sviluppo urgente di attrezzature produttive nazionali, quali macchine per la produzione di cinghie scanalate stampate, presse rotanti per la vulcanizzazione di cinghie trapezoidali e attrezzature per la produzione di cinghie dentate bidirezionali.
(3) Rafforzare la ricerca e lo sviluppo di nuove tecniche e attrezzature, quali cinghie di trasmissione a iniezione con legame reattivo, cinghie di trasmissione rinforzate con fibre corte, cinghie di trasmissione dentate elicoidali (a spina di pesce), cinghie trapezoidali in elastomero termoplastico e cinghie per variatori continui (CVT).
(4) Nazionalizzare le attrezzature per i test, migliorare l'affidabilità delle macchine di prova, in particolare promuovendo la macchina per prove su cinghie multidenza ad alta temperatura, la macchina per prove di resistenza a fatica su cinghie asincrone per autoveicoli con nebulizzazione d'acqua ad alta temperatura e la macchina per prove di resistenza a fatica su cinghie CVT per motocicli.
(5) I produttori che dispongono di condizioni idonee dovrebbero sviluppare attivamente le proprie tecnologie e attrezzature produttive.