Progettazione e realizzazione di una torre di caduta per test dinamici

Accanto alle più comuni macchine per eseguire test in trazione statici e dinamici, molte aziende realizzano e commercializzano al giorno d’oggi anche differenti tipologie di macchinari per l’esecuzione di test di caduta, solitamente su componenti in lamiera per testarne le capacità di resistenza ed assorbimento dell’urto. Nella quasi totalità dei casi l’energia di impatto è ottenuta per semplice conversione dell’energia potenziale gravitazionale in energia cinetica, a patto delle perdite per attrito, pertanto tra i modelli commercialmente disponibili, possono essere impiegati, a seconda dei casi, pesi fino a 40 kg, così da poter testare anche i materiali più resilienti. Tali macchinari presentano talvolta la possibilità di montare, sul componente impattante, un punzone strumentato o un altro dispositivo ad esso analogo con lo scopo di effettuare test mirati di impatto e causare, nell’oggetto in studio, delle deformazioni ben precise attraverso le quali ricostruire ed analizzare le dinamiche di impatto. Alcuni di questi macchinari presentano un’apposita camera di impatto che ricopre diverse funzioni, quali: proteggere e separare la camera di impatto dall’ambiente occupato dagli operatori, effettuare il test in presenza di gas ignifughi o meno ed alterare la temperatura e umidità della stessa allo scopo di riprodurre differenti condizioni ambientali per il test. Il punzone impattante è quindi collegato ad un solido blocco in acciaio che costituisce la quasi totalità della massa di impatto, tale blocco viene fatto scorrere lungo due guide lineari e parallele in modo da garantire la massima stabilità strutturale. Questa tipologia di sistemi risulta essere estremamente precisa ed efficace quanto purtroppo costosa. Nel corso di questo lavoro di tesi è stato realizzato un sistema che risulti più semplice ed economico dei rivali commerciali ma che possa comunque essere impiegato a scopo dimostrativo e per effettuare delle valutazioni qualitative tramite l’esecuzione di test di caduta. Nonostante le semplificazioni del caso, risulterà sempre possibile in futuro strumentare ulteriormente il sistema realizzato mediante l’implementazione di una cella di carico, un accelerometro posto sulla massa impattate o un rilevatore di velocità del grave, questo allo scopo di ottenere anche delle misure quantitative sui fenomeni studiati. L’idea alla base è stata quella di cercare di realizzare un progetto che fosse facilmente riproducibile e che non richiedesse l’impiego di lavorazioni particolarmente laboriose. Per tale motivo si è cercato di reperire il maggior numero possibile di componenti in ferreamente o negozi locali, cercando di mantenere il costo contenuto. In primo luogo, è stato realizzato un progetto approssimativo tramite disegni e schizzi su carta per poi formalizzare il progetto tramite l’elaborazione di un modello CAD 3D che permettesse di entrare maggiormente nei dettagli progettuali. Una volta raccolti tutti componente richiesti si è proceduto al loro assemblaggio realizzando quindi l’incudine, la struttura e la torre di caduta, infine sono state assemblate le carrucole, gli occhielli, il sistema di sgancio ed il filo in acciaio. Il risultato ottenuto può dirsi soddisfacente in quanto il sistema risulta esente da vibrazioni o giochi eccessivi tra le parti, inoltre l’energia dispersa per via degli attriti si mantiene contenuta facendo sì che la restante parte sia più che sufficiente per impattare su piccoli oggetti come lattine, nonostante il peso dell’incudine si aggiri a poco più di 4,5 kg.