Progettazione innovativa di una macchina molitoria vibrante

This thesis is developed within the framework of the re-engineering of a vibrating machine employed in a milling plant during the preliminary grain cleaning and separation stage. The machine under investigation, belonging to the category of destoners, exploits the combined action of mechanical vibrations and air flows to separate impurities from the grain based on differences in size and density, ensuring the proper continuation of the production process and protecting the equipment involved in the subsequent processing stages. Following repeated structural failures observed during the machine operation, the company carried out several corrective interventions over time based on empirical approaches, without a complete understanding of the root causes behind the observed failures. Therefore, the present work aims to develop a representative numerical model of the machine capable of analysing its dynamic behaviour and providing an engineering-based foundation for its design improvement. The geometry of the system was reconstructed using Ansys SpaceClaim software, adopting suitable simplification and modelling criteria aimed at accurately reproducing the structural behaviour of the machine. The subsequent implementation of the finite element model in Ansys Mechanical allowed a modal analysis to be performed in order to identify the natural frequencies and corresponding mode shapes of the structure. The obtained results made it possible to identify the most significant vibration modes and correlate the associated deformation patterns with the areas most prone to structural damage. Particular attention was devoted to the first natural mode of the structure and its possible interaction with the excitation conditions imposed by the vibratory motors, assessing the influence of dynamic phenomena on the fatigue life of the most critical components. Based on the evidence provided by the modal analysis, a re-engineering process aimed at the structural optimisation of the machine was initiated by introducing modifications in the most critical areas. To complete the study, a detailed finite element analysis was performed on a particularly stressed component, identified as the flange connecting the vibratory motors to the structure, in order to thoroughly evaluate the local stress state and support the definition of possible design modifications. The work demonstrates how the use of numerical simulation tools can represent an effective support for understanding complex damage mechanisms and for transitioning from experience-based corrective interventions to a design approach driven by rigorous engineering criteria.

La presente tesi si inserisce nell’ambito della reingegnerizzazione di una macchina vibratoria impiegata in un impianto molitorio per la fase preliminare di pulizia e selezione del cereale. La macchina in oggetto, appartenente alla categoria degli spietratori, sfrutta l’azione combinata di vibrazioni meccaniche e flussi d’aria per separare dal grano le impurità di diversa dimensione e densità, garantendo il corretto proseguimento del processo produttivo e la salvaguardia delle apparecchiature poste nelle fasi successive dell’impianto. A seguito di ripetuti fenomeni di danneggiamento strutturale riscontrati durante il funzionamento della macchina, l’azienda ha effettuato nel corso del tempo diversi interventi correttivi di natura empirica, senza una completa comprensione delle cause alla base dei cedimenti osservati. Il presente lavoro nasce quindi con l’obiettivo di sviluppare un modello numerico rappresentativo della macchina, in grado di analizzarne il comportamento dinamico e fornire una base ingegneristica per il suo miglioramento progettuale. La geometria del sistema è stata ricostruita mediante il software Ansys SpaceClaim, adottando opportuni criteri di semplificazione e schematizzazione volti a rappresentare in maniera accurata il comportamento strutturale della macchina. La successiva implementazione del modello agli elementi finiti in Ansys Mechanical ha permesso di eseguire un’analisi modale finalizzata all’individuazione delle frequenze proprie e delle corrispondenti forme modali della struttura. I risultati ottenuti hanno consentito di individuare i modi di vibrazione maggiormente significativi e di correlare le deformazioni associate alle zone maggiormente soggette a danneggiamento. Particolare attenzione è stata rivolta al primo modo proprio della struttura e alla sua possibile interazione con le condizioni di eccitazione imposte dai motovibratori, valutando l’influenza dei fenomeni dinamici sulla vita a fatica dei componenti più critici. Sulla base delle evidenze emerse dall’analisi modale, è stato quindi possibile avviare un processo di reingegnerizzazione mirato all’ottimizzazione strutturale della macchina, intervenendo sulle zone più critiche criticità. A completamento dello studio, è stata condotta un’analisi agli elementi finiti di dettaglio su un componente particolarmente sollecitato, identificato nella flangia di collegamento dei motovibratori, al fine di valutare in maniera approfondita lo stato tensionale locale e supportare la definizione di eventuali modifiche progettuali. Il lavoro svolto dimostra come l’utilizzo di strumenti di simulazione numerica possa rappresentare un valido supporto nella comprensione di fenomeni di danneggiamento complessi e nel passaggio da interventi correttivi basati sull’esperienza ad un approccio di progettazione guidato da criteri ingegneristici.