Area di progetto 5° Meccanici - Motore a vapore singola azione
La mia Tesina realizzata per l'esame di maturità, conseguita all'ITIS G. Marconi di Pontedera, consisteva nell'ideare, progettare, disegnare ed infine costruire un modello completamente funzionante di un motore a vapore a singola azione, come quelli che venivano utilizzati nelle vecchie locomotive.
Dopo l'idea, e l'analisi di fattibilità del progetto, considerando il parco macchine ed il budget a disposizione, nel mese di Gennaio dell'anno scolastico 2009/2010 ho iniziato il progetto del suddetto modello di motore a vapore.
Le immagini seguenti mostrano lo schizzo realizzato a mano per rendere l'idea di come il motore doveva essere costruito.
Di seguito i calcoli eseguiti per dimensionare correttamente gli organi meccanici che compongono il motore a vapore a singola azione. Notare che sono stati acquistati solo i componenti unificati (viti, bulloni, rosette, cuscinetti) ed il pistone; tutto il resto è stato prodotto da pieno per asportazione di truciolo.
Dopo i calcoli progettuali sono stati eseguiti i disegni del complessivo e dei particolari su CAD.
Queste sono alcune delle fotografie che ho scattato durante la realizzazione.
Presentazione motore a vapore singola azione
Il suddetto progetto consiste in un motore alternato che può essere alimentato sia ad aria compressa sia a vapore, ad una temperatura massima di 250 gradi.
Il cinematismo meccanico del motore è simile ai motori endotermici a 4 tempi: è presente un pistone che scorre in un cilindro con un giuoco di 6 centesimi di millimetro; esso è collegato ad una biella realizzata appositamente per questo progetto, che a sua volta muove le due spalle che compongono l’albero motore; il vapore o l’aria vengono immessi dalla testa del motore, e la fasatura di aspirazione e di scarico viene gestita da una camma a 4 diametri collegata sull’albero motore, che regola una valvola a cassetto aprendo e chiudendo il condotto di aspirazione o di scarico.
Il gruppo termico
Esso è composto da cilindro, testa e pistone. Il cilindro è stato realizzato in due parti, accoppiate in seguito con un’interferenza di 2 centesimi di millimetro, con una pressa idraulica da 10 tonnellate. La parte interna, ossia la camicia, è stata ricavata da pieno, come il resto dei particolari, da una billetta di acciaio C55, poiché con i mezzi a disposizione era impossibile fare un riporto galvanico culla canna del cilindro se esso fosse stato un unico pezzo di alluminio; la parte esterna è stata realizzata invece in alluminio, per consentire una miglior dissipazione termica, nel caso il motore sia azionato a vapore. La testa è stata realizzata in alluminio, accoppiata con il cilindro per mezzo di 4 viti M6. La tenuta è garantita da un o-ring fatto di una gomma speciale chiamata “Viton” che resiste ad alte temperature. Come pistone è stato utilizzato un Polini proveniente da un gruppo termico 2 tempi con alesaggio di 47,6 millimetri, opportunamente modificato sul tornio per permettere di inserire al posto della fascia cromata, che avrebbe consumato l’acciaio C55 in pochissimo tempo, un o-ring di opportuna dimensione.
Il movimento biella-manovella
Comprende l’albero motore e la biella. L’albero motore è formato da due parti ed accoppiato tramite una spina cromata di 14 millimetri, su cui scorre una bronzina realizzata al tornio ed alesata al fine di ottenere un accoppiamento H7. L’albero è sorretto da tre appoggi e quindi da tre cuscinetti a sfere, due sulla parte più lunga ed uno sulla parte più corta. La biella è stata realizzata da pieno in alluminio, su una fresatrice manuale di marca Berico. Per la realizzazione è stato impiegato un apparecchio divisore, che ha permesso di sagomare la testa e d il piede di biella.
La camma
Essa gestisce la fasatura del motore, ossia l’immissione del vapore o dell’aria compressa e la relativa espulsione. Per la realizzazione è stato necessario fissare una billetta sul tornio, prima portandola al diametro voluto in modo normale, e poi facendola girare fuori asse, in modo eccentrico, per ottenere diametri diversi e quindi un profilo eccentrico che permettesse di spostare l’asta guida valvola.
La valvola
Creata in ottone, per ridurre l’attrito nella sua sede, realizzata in acciaio. La valvola consiste in un cilindretto che presenta un foro radiale passante, che consente all’aria di entrare nella camera del gruppo termico, e un foro ad “L” ossia metà radiale e metà assiale, che consente all’aria all’interno del cilindro di poter uscire fuori.
Modalità di realizzazione
Il motore è stato realizzato completamente a mano, sulle macchine utensili presenti nell’officina dell’ITIS G. Marconi, senza affidare alcun lavoro ad officine esterne con macchine a controllo numerico. Per questo motivo sono state adottate alcune soluzioni che non sono all’avanguardia nel campo tecnologico, ma che consentissero la completa realizzazione del complessivo all’interno dell’istituto.
Progetto motore a vapore singola azione
Qui sotto, puoi scaricare il progetto motore a vapore completo.
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