Soluzioni costruttive, simili ma molto diverse nel funzionamento

In una cesoia a ghigliottina il portalama mobile deve scendere con precisione, mantenendo costante il gioco tra la lama mobile e quella fissa. Le guide hanno quindi un compito decisivo: impedire che il portalama si inclini, si sposti lateralmente o si allontani dalla lama fissa durante il taglio.

Due soluzioni comunemente adottabili sono:

• il sistema prismatico, con tre superfici di guida per ciascun lato;
• il sistema semplificato, con una guida posteriore piana e una guida anteriore inclinata per ciascun lato.

La seconda soluzione utilizza meno componenti, ma non è necessariamente più semplice nel funzionamento, nella costruzione e nella manutenzione.

Le forze che agiscono sul portalama

Durante il taglio il portalama non è sottoposto soltanto alla forza verticale necessaria per tranciare il materiale, si producono anche altre azioni:

• una forza trasversale che tende ad allontanare la lama mobile dalla lama fissa;
• una forza laterale, dovuta principalmente all’inclinazione della lama;
• un momento causato dalla posizione non coincidente della forza di taglio e della reazione del materiale;
• un ulteriore momento quando il taglio avviene lontano dal centro della lama.

Questi momenti tendono a inclinare o torcere il portalama. Di conseguenza, le pressioni sulle guide non rimangono uniformi: aumentano in alcune zone e diminuiscono in altre.

Nel caso più gravoso, una guida può caricarsi fortemente mentre un’altra può arrivare a perdere il contatto.

Il sistema a tre guide prismatiche per lato

Nel sistema prismatico ogni lato del portalama dispone generalmente di:

Ciò semplifica:

• la comprensione del percorso delle forze;
• il calcolo delle pressioni;
• la registrazione dei giochi;
• il controllo dell’usura;
• la ricerca delle cause di un eventuale disallineamento.

Il sistema presenta però un numero maggiore di superfici lavorate e può essere potenzialmente iperstatico. Questo significa che, se troppe superfici vengono registrate contemporaneamente senza sufficiente precisione, il carico può distribuirsi in modo diverso da quello previsto.

Le guide sono contatti scorrevoli che possono trasmettere compressione, ma non trazione. L’iperstaticità deriva dalla presenza di più contatti contemporaneamente attivi.

Il sistema con due guide per lato

La soluzione alternativa elimina la guida laterale dedicata.

Ogni lato dispone di:

Le due direzioni di carico risultano quindi accoppiate.

L’importanza dell’angolo

L’angolo della guida inclinata determina quanto efficacemente essa riesce a contrastare le due direzioni di carico.

Per esempio, con un angolo di 30 gradi, per ottenere una componente laterale di 100 kN occorre una reazione normale sulla guida di circa 200 kN. La stessa reazione genera anche una componente trasversale di circa 173 kN.

Nel sistema prismatico, invece, la guida laterale sopporterebbe direttamente i 100 kN senza generare automaticamente quel carico trasversale aggiuntivo.

Un piccolo angolo rende quindi la guida inclinata poco efficace nella direzione laterale e aumenta:

• la reazione normale;
• la pressione di contatto;
• il carico sul lardone;
• il carico sui dispositivi di registrazione;
• il rischio di scaricare la guida posteriore.

Aumentando l’angolo, diminuisce il contributo trasversale generato dal carico laterale, ma aumenta il contributo laterale prodotto dal carico trasversale. Non esiste quindi un angolo che elimini l’accoppiamento: cambia soltanto il rapporto fra le due componenti.

Il possibile scarico della guida posteriore

La guida inclinata contribuisce a contrastare anche la forza che tende ad allontanare le lame. La guida posteriore deve quindi sopportare soltanto il carico rimanente.

Questo può sembrare vantaggioso, ma esiste un limite importante: una guida di contatto può spingere, non tirare.

Se la componente trasversale prodotta dalla guida inclinata supera il carico da equilibrare, il calcolo richiederebbe una reazione negativa sulla guida posteriore. Fisicamente ciò significa che la guida posteriore perde il contatto.

Da quel momento cambia completamente la distribuzione delle forze e il calcolo deve essere ripetuto considerando soltanto i contatti ancora attivi.

Lavorazioni meccaniche

Il sistema con due guide elimina una superficie laterale e sembra richiedere meno lavorazioni e quindi costi di costruzione inferiori rispetto al sistema di guide prismatico. Tuttavia introduce una difficoltà diversa.

La guida inclinata del portalama e la relativa controguida devono avere:

• lo stesso angolo;
• elevata planarità;
• elevato parallelismo;
• posizione coerente sulle due spalle;
• rigidezza sufficiente a limitare le deformazioni.

Non basta controllare il semplice gioco di accoppiamento. Anche un piccolo errore angolare produce una variazione del gioco lungo l’altezza della guida.

Nel sistema prismatico le superfici sono generalmente ortogonali e le diverse direzioni possono essere lavorate e controllate separatamente. Le superfici sono più numerose, ma geometricamente più semplici.

Registrazione e usura

Nel sistema prismatico l’usura della guida laterale può essere compensata senza modificare direttamente la registrazione delle guide anteriori e posteriori.

Nel sistema inclinato, invece, avvicinare un lardone modifica contemporaneamente:

• il gioco trasversale;
• il centraggio laterale;
• la pressione sulla guida posteriore;
• la posizione del portalama rispetto alle lame.

Se l’usura non è uniforme, il semplice avvicinamento del lardone può non essere sufficiente. Può essere necessario ripristinare l’angolo, rettificare le superfici o sostituire guida e controguida come coppia.

Differenze di angolo, deformazioni, impurità o registrazioni eccessive possono inoltre favorire un comportamento a cuneo. L’inclinazione non provoca automaticamente il bloccaggio, ma rende il sistema più sensibile agli errori geometrici e all’usura.

Manutenzione sul posto

La differenza tra i due sistemi diventa particolarmente evidente quando occorre sostituire tutte le guide con la cesoia installata, magari in un cantiere dove i mezzi a disposizione non sono idonei e rendono complesso l’intervento.

Rimuovendo le guide inclinate e il portalama si perdono contemporaneamente:

• il riferimento trasversale;
• il centraggio laterale;
• la posizione angolare;
• la relazione geometrica con la lama fissa.

Il rimontaggio richiede riferimenti indipendenti e permanenti, come superfici lavorate, spine, chiavette, spessori calibrati e attrezzature di centraggio.

Nel sistema prismatico le funzioni separate consentono più facilmente una sostituzione progressiva e una registrazione per direzioni successive. Anche in questo caso il portalama deve essere sostenuto con attrezzature progettate e certificate, ma la geometria risulta generalmente più facile da ricostruire.

Quale sistema è migliore?

La guida inclinata non è una soluzione sbagliata. Può risultare valida quando:

• i carichi laterali sono limitati;
• le superfici di contatto sono ampie;
• la struttura è molto rigida;
• gli angoli sono lavorati con precisione;
• giochi e precarichi sono controllati;
• la manutenzione dispone di riferimenti e attrezzature adeguati.

Il sistema prismatico richiede più superfici e una registrazione accurata, ma separa meglio le funzioni e rende più prevedibile il comportamento sotto carichi variabili.

Per una cesoia pesante destinata a lavorare rottami, dove sono frequenti tagli decentrati, urti, usura e condizioni di manutenzione difficili, il sistema prismatico offre generalmente maggiore robustezza, leggibilità del funzionamento e facilità di ripristino.

La soluzione con guida inclinata è più compatta, ma la riduzione del numero delle guide viene pagata con una maggiore complessità nel percorso delle forze, nelle lavorazioni, nella registrazione e nella manutenzione.

In conclusione, la scelta non dovrebbe basarsi soltanto sul numero dei componenti. Una guida in meno non significa necessariamente una macchina più semplice: talvolta significa concentrare sulla stessa superficie funzioni che, nel sistema prismatico, rimangono chiaramente separate.

Vantaggi e svantaggi