Un avvolgitubo funziona avvolgendo un tubo flessibile attorno a un tamburo rotante e controllando il modo in cui il tubo viene dispiegato, immagazzinato e ritratto. Sebbene il principio di funzionamento sia relativamente semplice, un avvolgitubo industriale è un gruppo meccanico coordinato che comprende tamburo, albero, cuscinetti, giunto girevole, tubo flessibile, meccanismo di riavvolgimento, guida del tubo e struttura di montaggio.
La bobina deve consentire al tubo di muoversi mantenendo un collegamento continuo all'alimentazione del fluido o del gas. Allo stesso tempo, deve controllare la flessione del tubo, il movimento rotatorio e la forza di retrazione.
Diversi avvolgitubo raggiungono questo obiettivo attraverso diversi meccanismi di azionamento. Gli avvolgitori a molla-, a mano-a manovella, a motore-e ad azionamento idraulico utilizzano tutti lo stesso concetto di base di tamburo-e-tubo flessibile, ma il modo in cui generano e controllano la rotazione del tamburo è diverso.
Comprendere il funzionamento di un avvolgitubo è importante quando si selezionano attrezzature per aria compressa, acqua, olio idraulico, grasso, carburante, liquidi detergenti e altre applicazioni industriali.
1. Qual è il principio di funzionamento di base di un avvolgitubo?
Il principio di funzionamento fondamentale è lo stoccaggio rotazionale.
Invece di lasciare il tubo sciolto sul pavimento o di arrotolarlo manualmente, il tubo viene avvolto attorno a un tamburo cilindrico. Il tamburo ruota attorno ad un albero centrale, consentendo di estrarre o riavvolgere il tubo.
Il ciclo operativo può essere suddiviso in tre fasi:
L'operatore tira l'estremità libera del tubo. La forza di trazione fa ruotare il tamburo nella direzione di pagamento.
Mentre il tubo è esteso, il fluido fluisce dalla linea di alimentazione fissa attraverso il collegamento rotante della bobina e nel tubo.
Dopo l'uso, il meccanismo di riavvolgimento fa ruotare il tamburo nella direzione opposta, riportando il tubo al tamburo.
Il problema ingegneristico chiave è che il tamburo ruota mentre il collegamento di alimentazione rimane fermo. Questo è il motivo per cui il gruppo girevole è una parte fondamentale di un avvolgitubo industriale.
2. Cosa succede all'interno di un avvolgitubo?
Un tipico avvolgitubo industriale può essere inteso come l'insieme di diversi sistemi meccanici che lavorano insieme.
| Componente | Funzione primaria |
|---|---|
| Tamburo | Conserva il tubo e ruota durante l'apertura/retrazione |
| Lancia | Supporta e trasferisce i carichi rotazionali |
| Cuscinetti | Consentono la rotazione controllata del tamburo |
| Girevole | Mantiene il collegamento del fluido mentre il tamburo ruota |
| Meccanismo di riavvolgimento | Fornisce la forza per la retrazione del tubo |
| Guida del tubo | Controlla l'ingresso del tubo e la direzione di avvolgimento |
| Tappo del tubo | Definisce la posizione finale del tubo |
| Telaio | Supporta l'intero gruppo bobina |
| Staffa di montaggio | Collega la bobina alla struttura di installazione |
La configurazione precisa varia in base alle dimensioni del tubo, alla pressione, al mezzo, alla posizione di installazione e al metodo di riavvolgimento.
3. Come ruota il tamburo?
Il tamburo è montato su un albero supportato da cuscinetti o altri supporti rotanti.
Quando il tubo viene tirato verso l'esterno, la forza applicata al tubo crea un momento di rotazione attorno all'asse del tamburo.
Coppia=Forza × Raggio effettivo
Quando il tubo viene tirato, il tamburo ruota e rilascia il tubo aggiuntivo.
Quando il tubo viene retratto, il senso di rotazione del tamburo si inverte.
La coppia richiesta non è costante durante l'intero processo di avvolgimento. Man mano che il tubo si accumula sul tamburo, il raggio di avvolgimento effettivo aumenta. Di conseguenza, il rapporto tra la tensione del tubo e la coppia del tamburo cambia con la quantità di tubo rimanente sulla bobina.
Ciò è particolarmente importante per gli avvolgitori a molla- perché la molla deve fornire una coppia adeguata per tutta la lunghezza utilizzabile del tubo.
4. Come fa il tubo a rimanere collegato mentre il tamburo ruota?
Questo è il ruolo del giunto girevole.
Un lato dell'avvolgitubo è collegato alla linea di alimentazione fissa. L'altro lato ruota con il tamburo. Una connessione rigida convenzionale si torcerebbe durante la rotazione del tamburo.
Uno snodo consente il movimento rotatorio mantenendo un passaggio sigillato per il mezzo di lavoro.
Un percorso di flusso semplificato è:
Il girello svolge quindi due funzioni contemporaneamente:
- ■Permette il movimento rotatorio.
- ■Mantiene il percorso del fluido-contenente la pressione.
Per le applicazioni industriali, lo snodo deve essere selezionato in base alla pressione di esercizio, alla temperatura, alla compatibilità dei fluidi, alle dimensioni della connessione e alle prestazioni di rotazione richieste.
La pressione massima di una bobina non deve essere determinata soltanto dalla struttura del tamburo. Il tubo flessibile, il giunto girevole, i raccordi, le guarnizioni e gli altri componenti-che sopportano la pressione devono essere considerati insieme.
5. Come funziona un avvolgitubo-azionato a molla?
Un avvolgitubo azionato a molla- utilizza l'energia meccanica immagazzinata per ritrarre il tubo.
All'interno del mulinello è presente una molla precaricata collegata al tamburo.
Quando l'operatore tira il tubo verso l'esterno:
Quando l'operatore consente il ritorno del tubo:
Questo è il motivo per cui gli avvolgitori a molla possono restituire automaticamente il tubo senza una fonte di alimentazione elettrica o idraulica esterna.
La molla non "tira semplicemente il tubo"
La molla produce una coppia di rotazione sul tamburo. Questa coppia viene convertita in retrazione lineare del tubo attraverso la circonferenza del tamburo.
Le caratteristiche della molla richieste dipendono da:
- ✔Lunghezza del tubo
- ✔Diametro del tubo
- ✔Peso del tubo
- ✔Diametro del tamburo
- ✔Orientamento dell'installazione
- ✔Attrito
- ✔Forza di retrazione desiderata
Una molla troppo debole potrebbe non riuscire a ritrarre completamente il tubo. Una molla eccessivamente resistente può rendere difficile l'apertura del tubo e causare una retrazione aggressiva.
6. Come funziona un avvolgitubo-a manovella?
Un mulinello a manovella- sostituisce la retrazione automatica della molla con una trasmissione meccanica azionata manualmente.
La manovella è collegata al tamburo tramite un albero o una disposizione di ingranaggi.
Quando l'operatore gira la manovella:
Per distribuire il tubo, l'operatore tira il tubo dal tamburo, consentendo al tamburo di ruotare nella direzione opposta.
I sistemi a manovella-forniscono il controllo diretto sul processo di avvolgimento.
Sono particolarmente utili quando:
- ✔Il tubo è lungo.
- ✔Il tubo è pesante.
- ✔Non è necessario che la retrazione sia automatica.
- ✔L'operatore ha bisogno di un controllo preciso dell'avvolgimento.
- ✔La bobina è installata su apparecchiature mobili.
Un meccanismo a manovella può anche fornire un vantaggio meccanico, riducendo la forza manuale necessaria per gestire un tubo pesante.
7. Come funziona un avvolgitubo-azionato a motore?
Gli avvolgitubo-azionati a motore utilizzano una fonte di alimentazione esterna per ruotare il tamburo.
A seconda dell'applicazione, l'azionamento può essere:
- ■Elettrico
- ■Idraulico
- ■Pneumatico
La sequenza operativa di base è:
La configurazione motorizzata- viene generalmente presa in considerazione quando il tubo è troppo lungo o pesante per il funzionamento pratico a molla o manuale oppure quando è necessaria una retrazione automatizzata frequente.
Ad esempio, un avvolgitubo idraulico montato su un veicolo di servizio può utilizzare un motore idraulico collegato al sistema idraulico del veicolo.
I sistemi motorizzati introducono ulteriori considerazioni ingegneristiche, tra cui:
- Coppia del motore
- Velocità di rotazione
- Riduzione dell'ingranaggio
- Frenata
- Sistema di controllo
- Fonte di energia
- Tensione del tubo
- Arresto di emergenza
8. Come funziona una guida per tubi?
La guida del tubo controlla il modo in cui il tubo entra ed esce dalla bobina.
Senza una guida adeguata, il tubo può avvicinarsi al tamburo con un angolo sfavorevole, producendo un carico laterale e un avvolgimento irregolare.
Una guida può utilizzare rulli o altre superfici a basso-attrito per controllare il movimento del tubo.
Durante il funzionamento:
Durante la retrazione:
Una guida progettata correttamente aiuta a distribuire il tubo attraverso il tamburo invece di consentirne l'accumulo in un'unica posizione.
Ciò diventa sempre più importante quando l'operatore tira il tubo da diverse angolazioni.
9. Come si avvolge il tubo sul tamburo?
L'avvolgimento del tubo è molto più che la semplice rotazione del tamburo.
Per molte bobine, il tubo deve essere distribuito su tutta la larghezza del tamburo per mantenere uno stoccaggio organizzato.
Se il tubo entra ripetutamente nello stesso punto, localmente potrebbero accumularsi più strati. Questo può creare:
- ■Avvolgimento irregolare
- ■Aumento del diametro locale
- ■Carichi laterali più elevati
- ■Capacità del tubo disponibile ridotta
- ■Maggiore attrito
- ■Distribuzione difficile
Alcuni modelli di bobine incorporano quindi un meccanismo di guida che sposta il tubo lateralmente mentre il tamburo ruota.
Lo schema di avvolgimento dipende da:
- Diametro esterno del tubo
- Larghezza del tamburo
- Diametro del tamburo
- Rigidità del tubo
- Disposizione della guida
- Numero di strati di tubo
Per le bobine ad alta-capacità, questi fattori diventano particolarmente importanti perché più strati possono modificare in modo significativo il raggio effettivo del tamburo.
10. Perché è importante il diametro del tamburo?
Il diametro del tamburo influenza direttamente la flessione imposta al tubo.
Quando un tubo è avvolto attorno a un tamburo, subisce una curvatura. Se il tamburo è troppo piccolo per il tubo, l'avvolgimento ripetuto può sottoporre il tubo a una flessione eccessiva.
Ecco perché nella scelta dell'avvolgitore è necessario considerare il raggio minimo di curvatura previsto per il tubo.
La questione è particolarmente importante per:
- ✔Tubi idraulici
- ✔Tubi flessibili ad alta-pressione
- ✔Tubi rinforzati
- ✔Tubi flessibili-di diametro grande
- ✔Tubi sottoposti a cicli frequenti
Una bobina adatta deve fornire un diametro di avvolgimento compatibile con il raggio di curvatura consentito del tubo.
11. Cosa determina la forza di ritrazione dell'avvolgitubo?
Per gli avvolgitori automatici, la forza di retrazione è un parametro prestazionale critico.
Il mulinello deve superare diverse resistenze:
Forza di retrazione richiesta ≈ peso del tubo + attrito + resistenza dell'avvolgimento + effetti dell'installazione
Il comportamento effettivo dipende dal design della bobina e dalla posizione operativa.
Ad esempio, una bobina montata verticalmente può avere requisiti di tensione del tubo diversi rispetto a un sistema montato orizzontalmente poiché la gravità influisce sul tubo.
In un mulinello a molla-, anche la coppia disponibile cambia in base allo stato della molla.
Pertanto, specificare semplicemente una bobina a molla in base alla lunghezza del tubo non è sufficiente. Il peso e il diametro esterno del tubo sono ugualmente importanti.
12. Come funziona la capacità dell'avvolgitubo?
La capacità della bobina si riferisce alla quantità di tubo che può essere immagazzinata su un particolare tamburo.
La capacità dipende principalmente da:
- Diametro del tamburo
- Larghezza del tamburo
- Diametro esterno del tubo
- Numero di strati di avvolgimento
- Volume di archiviazione disponibile
Il diametro esterno del tubo è particolarmente importante.
Ad esempio, un tubo da 20 m con un diametro esterno piccolo può occupare un volume del tamburo significativamente inferiore rispetto a un tubo da 20 m con un diametro esterno grande.
Ciò significa che la selezione della bobina dovrebbe utilizzare il diametro esterno effettivo del tubo, anziché solo la lunghezza del tubo o il diametro interno.
13. Cosa succede durante un ciclo operativo completo dell'avvolgitubo?
Un tipico mulinello industriale-azionato a molla può essere descritto attraverso il ciclo seguente.
Fase 1 - Posizione memorizzata
Il tubo viene avvolto attorno al tamburo e l'estremità libera rimane accessibile all'operatore.
Fase 2 - Distribuzione dei tubi
L'operatore tira il tubo. Il tamburo ruota e la molla immagazzina ulteriore energia meccanica.
Fase 3 - Posizione di lavoro
Viene distribuita la lunghezza necessaria del tubo. A seconda del modello della bobina, un meccanismo a cricchetto o di bloccaggio può trattenere il tubo nella posizione selezionata.
Ritiro della fase 4 -
Il meccanismo di bloccaggio viene rilasciato oppure l'operatore avvia la retrazione. La molla fa ruotare il tamburo nella direzione opposta.
Fase 5 - Avvolgimento controllato
Il tubo passa attraverso la guida e ritorna al tamburo.
Fase 6 - Posizione completamente retratta
Il tappo del tubo o il raccordo terminale raggiungono la posizione designata, lasciando la bobina pronta per il ciclo operativo successivo.
Questo ciclo ripetitivo è il motivo per cui la durata del ciclo è una considerazione importante per le bobine industriali utilizzate più volte al giorno.
14. Qual è il ruolo del tappo del tubo?
Il tappo del tubo determina la distanza di ritrazione del tubo.
Su un avvolgitore automatico, impedisce all'estremità del tubo di scomparire completamente nel gruppo avvolgitore.
Stabilisce inoltre un comodo punto di presa per l'operazione successiva.
Il tappo deve essere compatibile con il diametro del tubo e la configurazione della bobina. La sua posizione può anche influenzare la quantità di tubo disponibile all'esterno della bobina quando è completamente retratta.
15. Come si confrontano i diversi meccanismi di avvolgitubo?
| Tipo di riavvolgimento | Principio di funzionamento | Uso tipico |
|---|---|---|
| Spinto dalla primavera- | La coppia della molla immagazzinata fa ruotare il tamburo | Distribuzione manuale frequente del tubo |
| Manovella- | L'operatore ruota la manovella | Tubi lunghi/pesanti, avvolgimento controllato |
| Motore elettrico | Il motore elettrico aziona il tamburo | Funzionamento automatizzato o frequente |
| Motore idraulico | Il sistema idraulico aziona il tamburo | Macchine mobili e attrezzature di servizio |
| Motore pneumatico | L'aria compressa aziona il tamburo | Alcuni ambienti industriali |
Il meccanismo corretto non dipende solo dalla comodità. È necessario valutare il peso, la lunghezza, la frequenza operativa, la potenza disponibile, l'ambiente di installazione e il controllo richiesto del tubo flessibile.
16. Come funziona un avvolgitubo con diversi tubi industriali?
Il principio di funzionamento rimane simile, ma la configurazione dell'avvolgitore cambia a seconda dell'applicazione del tubo.
Avvolgitubo per aria
Un avvolgitubo fornisce aria compressa da una rete d'aria fissa agli utensili pneumatici o alle postazioni di lavoro.
La pressione nominale e l'ID del tubo sono particolarmente importanti perché il tubo deve mantenere un flusso adeguato verso l'attrezzatura collegata.
Avvolgitubo per acqua
Gli avvolgitori ad acqua vengono spesso utilizzati per la pulizia delle attrezzature, il lavaggio industriale e la manutenzione.
Per le applicazioni con acqua calda-, è necessario considerare la resistenza alla temperatura oltre alla pressione.
Avvolgitubo idraulico
Le applicazioni idrauliche richiedono un'attenta considerazione della pressione, del rinforzo del tubo, del raggio di curvatura, dei raccordi e della protezione meccanica.
La bobina stessa non deve imporre condizioni di flessione che superino le specifiche del produttore del tubo.
Avvolgitubo per grasso
Gli avvolgitori per grasso possono funzionare a pressioni considerevolmente più elevate rispetto al normale servizio idrico o aereo.
Di conseguenza, il gruppo girevole, il tubo flessibile, i raccordi e la bobina devono avere una pressione- adeguata.
17. Perché gli avvolgitubo utilizzano snodi, cuscinetti e guarnizioni insieme?
Questi componenti svolgono diverse funzioni.
Cuscinettisostenere il tamburo rotante e ridurre la resistenza alla rotazione.
Girevolimantenere la connessione fluida tra i componenti fissi e rotanti.
Sigillievitare che il mezzo trasportato fuoriesca attraverso l'interfaccia rotante.
I tre sistemi devono lavorare insieme.
Un mulinello può avere un tamburo meccanicamente robusto, ma se lo snodo viene selezionato in modo errato per la pressione o il mezzo, l'intero gruppo potrebbe comunque non essere adatto all'applicazione.
Questo è il motivo per cui la progettazione degli avvolgitubo industriali è fondamentalmente un problema di ingegneria del sistema piuttosto che un semplice problema di stoccaggio dei tubi.
18. Quali sono le cause dei problemi durante il funzionamento dell'avvolgitubo?
I problemi operativi più comuni possono spesso essere ricondotti a una selezione, installazione o manutenzione errata.
| Problema | Possibile causa |
|---|---|
| Il tubo non si ritrae completamente | Coppia della molla insufficiente, peso eccessivo del tubo, attrito |
| La ritrazione è troppo aggressiva | Eccessiva forza della molla o scarso controllo della velocità |
| Il tubo si avvolge in modo non uniforme | Allineamento della guida o angolo di trazione dell'operatore non corretto |
| Il tubo è difficile da tirare | Eccessiva tensione della molla, resistenza meccanica |
| Perdita all'ingresso | Problema alla guarnizione girevole o al collegamento |
| Danni al tubo vicino alla bobina | Piegatura eccessiva, cattivo allineamento della guida, tamburo non adatto |
| Movimento della bobina durante il funzionamento | Montaggio inadeguato |
| Capacità del tubo ridotta | Diametro esterno del tubo maggiore rispetto alle specifiche di progettazione della bobina |
La risoluzione dei problemi dovrebbe quindi iniziare con l'intero sistema operativo piuttosto che con la sostituzione dei singoli componenti senza identificare la causa sottostante.
19. Quali parametri devono essere controllati prima di selezionare un avvolgitubo?
Una selezione tecnicamente appropriata dovrebbe includere almeno i seguenti parametri:
| Parametro | Perché è importante |
|---|---|
| Lunghezza del tubo | Determina la capacità di archiviazione richiesta |
| ID tubo | Influenza il flusso e le dimensioni della connessione |
| Diametro esterno del tubo | Determina la capacità del tamburo |
| Peso del tubo | Determina la coppia di riavvolgimento |
| Pressione di esercizio | Determina la valutazione della pressione |
| Temperatura di lavoro | Determina l'idoneità del materiale |
| Mezzo fluido | Determina la compatibilità dei materiali |
| Raggio minimo di curvatura | Determina il diametro del tamburo adatto |
| Metodo di riavvolgimento | Determina il meccanismo operativo |
| Posizione di montaggio | Influisce sulla tensione del tubo e sulla struttura della bobina |
| Frequenza operativa | Influenza i requisiti di durabilità |
| Condizioni ambientali | Determina i requisiti di materiale e protezione |
La bobina deve essere selezionata in base alle effettive condizioni operative piuttosto che a una dimensione generica della bobina.
20. Avvolgitubo industriale: un sistema meccanico, non solo un dispositivo di stoccaggio
Il modo più semplice per comprendere un avvolgitubo è:
Ma le applicazioni industriali richiedono molta più ingegneria dietro questa semplice sequenza.
- ■Il tamburo gestisce lo stoccaggio del tubo.
- ■L'albero e i cuscinetti supportano la rotazione.
- ■Lo snodo mantiene il percorso del fluido durante la rotazione.
- ■Il meccanismo di riavvolgimento fornisce forza di retrazione.
- ■La guida controlla il movimento del tubo.
- ■Il telaio e il sistema di montaggio resistono ai carichi operativi.
Quando questi componenti sono abbinati correttamente alla lunghezza, al diametro, alla pressione, alla temperatura, al mezzo, al raggio di curvatura e alla frequenza operativa del tubo, la bobina può fornire un'implementazione controllata del tubo e uno stoccaggio ripetibile per molti cicli operativi.
Per questo motivo la scelta di un avvolgitubo industriale dovrebbe partire da una domanda fondamentale:
Una volta stabiliti questi parametri, è possibile determinare sistematicamente la capacità appropriata del tamburo, le specifiche di rotazione, il meccanismo di riavvolgimento, la configurazione di montaggio e la costruzione della bobina.
