Nel settore minerario, gli impianti di lavorazione sono generalmente costruiti nel sito di estrazione. Il minerale estratto viene trasportato all’impianto da camion per carichi super pesanti, dove viene frantumato in pezzi più piccoli prima di essere accumulato o trasportato all’esterno del sito per un’ulteriore lavorazione.
Oltre al minerale, la miniera deve movimentare tipicamente un sovraccarico pari al quadruplo del minerale stesso. Le grandi miniere tipicamente devono movimentare 700.000 t di materiale al giorno. Mano a mano che la miniera si ingrandisce, i camion devono percorrere distanze maggiori per depositare il loro carico, cosa che si traduce in significativi aumenti dei costi di carburante e manutenzione dei veicoli.
Per risolvere questo problema, FLSmidth si è affidata ai servizi del team Engineering Solutions di Maplesoft (www.maplesoft.com) – in Italia Teoresi (www.teoresi.it) – per sviluppare tool di progettazione e analisi che la aiutassero a progettare un Dual Truck Mobile Sizer (DTMS), una macchina innovativa che può essere riallocata all’interno di un progetto, all’aumentare delle distanze di trasporto.
Il DTMS incrementa l’efficienza della frantumazione in miniera grazie alla sua configurazione a doppio cassone. Un camion entra in retromarcia in un cassone fino a raggiungere un cordolo di limitazione sul pavimento. Dopo avere versato il suo carico sul fondo del cassone, avanza lentamente, abbassa il pianale ed esce. Quando il camion è uscito completamente dal cassone, il cassone viene sollevato e versa il materiale dal suo lato di scarico per depositarlo nella tramoggia per l’alimentazione a grembiule.
A mano a mano che il materiale viene introdotto nell’alimentatore grembiule, viene convogliato verso la stazione di cernita, dove è frantumato nelle dimensioni appropriate. Dopo essere stato frantumato, il materiale viene depositato sul convogliatore per lo scarico, che lo trasferisce al nastro trasportatore. Questo processo viene eseguito mentre un altro camion deposita materiale nel doppio cassone, incrementando quindi il numero di cicli dei camion.
Per creare i tool che hanno aiutato FLSmidth a progettare questa apparecchiatura innovativa, il team Maplesoft ha dovuto in primo luogo capire a fondo la dinamica del sistema a cassoni. Il team ha cominciato a sviluppare un modello totalmente parametrizzato del cassone utilizzando MapleSim, l’avanzata piattaforma di modellazione e simulazione.
Sfruttando le capacità di modellazione multidominio di MapleSim, il team è riuscito a creare un modello ad alta fedeltà che incorporava tutti i componenti chiave del cassone, dalla sua struttura geometrica al funzionamento meccanico, ai circuiti idraulici e ai controllori.
“Il DTMS è una macchina molto grande e complessa”, afferma Willem Fourie, Global Product Line Manager, Mobile Sizer Stations, presso FLSmidth. “La capacità di modellare tutti gli aspetti del suo funzionamento durante la fase di progettazione usando MapleSim ci ha dato la sicurezza che il prodotto che stavamo costruendo avrebbe subito funzionato correttamente. Non riusciamo nemmeno a valutare ciò che questo ha significato per noi”.
L’approccio di modellazione di MapleSim non solo fa fronte ai requisiti fondamentali della simulazione dinamica multi domini, ma, grazie all’accesso perfetto alle equazioni simboliche sottostanti, permette all’utente di creare rapidamente i tool di progettazione richiesti mediante il motore di calcolo simbolico ad alte prestazioni di Maple.
La creazione del modello del cassone è stata completata con lo sviluppo di più tool di progettazione che facilitano la messa a punto del modello per ottenere il comportamento desiderato. Uno di questi tool di progettazione è il Geometric Design Evaluation, che offre la possibilità di valutare le modifiche delle dimensioni del progetto del cassone e il loro effetto sulla dinamica del sistema.
Questo tool utilizza Maple – il tool per il calcolo simbolico di Maplesoft – per eseguire una scansione dei parametri, eseguendo simultaneamente delle simulazioni utilizzando i diversi valori dei parametri forniti. Maple presenta quindi i risultati disponendoli in una singola finestra di plottatura per facilitare il confronto e la valutazione. Fra gli altri tool sviluppati vi sono tool per il dimensionamento della parte idraulica e dei relativi componenti, la progettazione del profilo di moto, lo studio del carico dinamico sui cuscinetti e la stima del carico del flusso di materiale.
Durante lo sviluppo e il collaudo del modello del cassone, il team tecnico Maplesoft ha valutato il progetto per identificare le sorgenti di vibrazioni e i loro effetti. Il team ha sviluppato un approccio per eseguire l’analisi di stabilità, resa possibile grazie al modello del cassone che ha permesso un facile accesso alle caratteristiche geometriche chiave e alle proprietà dinamiche del progetto. L’approccio all’analisi di stabilità è stato illustrato usando uno studio analitico nel quale è stata variata la posizione del sensore di feedback. L’analisi ha identificato un potenziale problema già nella fase di progettazione, permettendo agli ingegneri di FLSmidth di sviluppare un progetto più robusto.
“L’analisi di stabilità eseguita dal team Maplesoft è stata molto approfondita”, afferma Fourie. “Conoscere in anticipo un potenziale problema ci ha permesso di tenerlo presente durante la progettazione, anziché dovere tornare indietro e modificare il nostro progetto in uno stadio successivo. Ciò ci ha aiutato a mantenere la tabella di marcia e ci permetterà di risparmiare milioni di dollari in futuro”. L’approccio progettuale basato sull’analisi della stabilità e tutti gli altri tool di analisi sviluppati da Maplesoft sono stati consegnati a FLSmidth, che potrà applicarli nei suoi progetti futuri.
Quando la modellazione e il collaudo del sistema di cassoni sono stai completati, durante le fasi seguenti del progetto, lo staff Maplesoft ha proseguito con lo sviluppo del modello del telaio e, infine, dell’intero DTMS. Sono stati creati molti altri tool di progettazione, offrendo la possibilità di valutare la flessibilità dei giunti, le variazioni del centro di massa durante il sollevamento e l’abbassamento del cassone e anche la modellazione del terreno, per poter studiare la dislocazione verticale del sistema con tipi di terreni diversi.
“Dall’inizio alla fine, Maplesoft ci ha fornito un servizio veramente competente e professionale”, conclude Fourie. “Il suo team ha lavorato instancabilmente per rispettare il nostro programma e la potenza del toolset Maplesoft non è seconda a nessuno. Il livello di dettaglio del progetto e l’approfondimento che abbiamo raggiunto ci hanno permesso di rivoluzionare la frantumazione sul posto attraverso lo sviluppo del DTMS. Senza i servizi del team Engineering Solutions di Maplesoft non saremmo riusciti a farlo”.