CARATTERIZZAZIONE ACUSTICA E VIBRAZIONALE DELLE MACCHINE UTENSILI PORTATILI

 

Tesi di laurea di Claudio Fontana

Relatore: Prof. Ing. Roberto Pompoli

 

Il progetto MUTI

Il lavoro riportato nella tesi si colloca nell’ambito del progetto MUTI (Macchine Utensili Trasportabili Insonorizzate), avviato dal Dipartimento di Ingegneria dell’Università di Ferrara e svolto in collaborazione con una azienda produttrice di macchine utensili. Lo scopo del progetto è la riduzione del rumore e delle vibrazioni emesse da due apparecchiature portatili, una smerigliatrice angolare e una troncatrice.

               

Il percorso del progetto è stato articolato in una serie di fasi successive:

Il lavoro eseguito durante il periodo di tesi ha riguardato le prime due fasi del progetto, ovvero caratterizzare l’emissione di rumore e di vibrazioni da parte delle apparecchiature in esame e proporre interventi progettuali finalizzati alla riduzione di tali emissioni.

Il problema affrontato è importante, perché le macchine utensili portatili sono molto usate, in modo particolare nei settori dell’industria e dell’edilizia, ed espongono gli operatori ad elevati livelli di rumore e di vibrazioni. L’esposizione prolungata può causare seri danni alla salute degli addetti: il rumore induce una progressiva diminuzione della capacità uditiva, le vibrazioni trasmesse dalle impugnature al sistema mano-braccio provocano disturbi di vario genere (vascolari, neurologici e muscolo-scheletrici) a carico degli arti superiori.

L’unico rimedio è costituito dalla riduzione dei livelli di esposizione per gli operatori, che si può ottenere seguendo due strade differenti:

 

Misure acustiche

La caratterizzazione acustica delle macchine è stata ottenuta determinando il livello di pressione sonora al posto operatore, il livello di potenza sonora e individuando le principali sorgenti di rumore secondo due diverse modalità: per sottrazione progressiva di componenti e al variare della velocità di rotazione del motore elettrico.

I risultati delle misure hanno evidenziato gli elevati livelli emessi da entrambe le apparecchiature, sia nel funzionamento a vuoto che in quello a carico.

                    

Nel caso della smerigliatrice, il livello pesato A di pressione sonora al posto operatore è di 97.1 dB(A) a vuoto, mentre in lavorazione arriva fino a 110.3 dB(A), a seconda della forza che l’addetto esercita sull’apparecchiatura. Il livello di potenza sonora, misurato con due tecniche differenti (metodo intensimetrico e metodo della pressione sonora), raggiunge valori molto elevati, pari a 103 dB.

I rilievi hanno messo in luce che nel funzionamento a vuoto prevale il rumore aerodinamico prodotto dalla ventola di raffreddamento, mentre a carico la sorgente principale è costituita dal contatto fra il disco abrasivo e il materiale in lavorazione. Pertanto sono stati proposti i seguenti interventi progettuali, mirati sia a contenere l’emissione che a proteggere l’operatore:

Nel caso della troncatrice, il livello pesato A di pressione sonora al posto operatore è di 90.8 dB(A) a vuoto, mentre in lavorazione arriva fino a 92.7 dB(A). Il livello di potenza sonora, misurato con le due tecniche, raggiunge i 98.9 dB.

I rilievi hanno evidenziato che nel funzionamento a vuoto le principali sorgenti di rumore sono: la ventola di raffreddamento, che fornisce il contributo più importante, la lama e, in misura marginale, gli organi di trasmissione. Gli elevati livelli misurati durante l’operazione di taglio sono dovuti per la maggior parte agli effetti della ventola e della lama. Perciò sono state suggerite le seguenti modifiche:

 

Misure di vibrazioni

L’emissione delle vibrazioni a carico del sistema mano-braccio dell’operatore e l’individuazione delle sorgenti più importanti, sono state ottenute mediante rilievi di accelerazione sulle impugnature delle due macchine.

                    

I risultati delle misure hanno evidenziato l’alto rischio da vibrazioni dovuto all’uso della smerigliatrice, e quello quasi inesistente nel caso della troncatrice.

L’accelerazione ponderata in frequenza di 1.4 m/s², indicata come soglia di rischio per un’esposizione giornaliera di otto ore, viene superata dopo soli otto minuti di lavorazione nel caso della smerigliatrice, mentre sono necessari ben 1500 interventi di taglio per la troncatrice.

La causa principale delle vibrazioni trasmesse al sistema mano-braccio da parte della smerigliatrice è lo sbilanciamento del disco abrasivo, sia nel funzionamento a vuoto che in quello a carico. Pertanto sono stati proposti alcuni interventi, mirati a ridurre le vibrazioni alla fonte e la loro trasmissione alle impugnature: