Cenni Onorio

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STRUTTURA MECCANICA PER LA ROTAZIONE E

L’ELEVAZIONE DI UN ANTENNA PARABOLICA 

Realizzazione e dettagli costruttivi

 

                                Prima parte

Premessa

La struttura che andrò a descrivere per movimentare un antenna parabolica del diametro di circa 2 metri (foto n.1) è stata realizzata in un arco temporale che comprende l’inizio della prima emergenza Covid-19 fino alla successiva emergenza innescata dalla seconda ondata della pandemia. Anche io, come del resto tutti, mi sono improvvisamente ritrovato a dover rimanere chiuso in casa e di conseguenza avere una maggiore disponibilità di tempo libero che, in condizioni normali, non avrei potevo avere. Così ho cercato di fare in modo che questa maggior disponibilità di tempo si potesse trasformare in una “opportunità” in modo da potermi dedicare a quelle autocostruzioni che solitamente avrei praticato nei brevi ritagli di tempo. Con questa “opportunità” sono riuscito a portare a termine questo progetto superando anche quelle difficoltà che nei periodi di massima restrizione impedivano l’acquisto dei componenti, costringendomi ad utilizzare solamente  il materiale che avevo disponibile in casa in quel momento.

Il progetto è stato abbastanza complesso sia per la quantità dei componenti necessari, che per la sua realizzazione e per il tempo occorrente, però fortunatamente molti componenti sono facilmente reperibili. Volendo adottare alcune soluzioni impiegate in questo progetto il lavoro potrebbe risultare meno impegnativo e più sbrigativo anche in termini di ore impiegate. Sicuramente alcune soluzioni saranno note ma ritengo che poterle condividere sulle pagine della nostra rivista possano essere utili per ricavarne spunti e soluzioni da applicare in altre simili realizzazioni e soprattutto cercare di migliorarle.

La descrizione che seguirà fa riferimento solamente alla parte hardware del sistema antenna citato, senza tenere conto di tutto quello che occorre per completare tutta la catena di ricezione e di trasmissione.

La struttura, nel suo complesso, è stata realizzata per la movimentazione di una parabola sia sul piano orizzontale che su quello verticale (figura n.1)


per essere utilizzata in un impianto di medie dimensioni che richiede l’impiego di apparecchiature affidabili e durature dal punto di vista delle prestazioni meccaniche ed elettroniche. Come noto la maggior parte dei rotori e dei relativi control-box disponibili in commercio sono in grado di soddisfare le normali applicazioni in quanto consentono la rotazione completa del sistema di antenna  in circa un minuto con una risoluzione sul puntamento di solamente 5 gradi. Con queste caratteristiche rotori del genere non sono assolutamente adatti per eseguire la movimentazione di antenne paraboliche che richiedono invece un puntamento molto più preciso a causa del fascio di ricezione/trasmissione molto stretto. Inoltre le stesse antenne paraboliche richiedono rotazioni molto lente e quindi con tempi di rotazioni più lunghi e letture dei gradi di posizionamento più precise, con la lettura almeno di 1 grado. L’autocostruzione, resta una ottima soluzione che, oltre a farci risparmiare sui costi nei confronti dei prodotti commerciali pronti all’uso, ci gratifica con soddisfazione ed apprendimento. In questo progetto il rotore presenta una bassa velocità di rotazione ed una buona precisione sulla lettura dei gradi di posizionamento della parabola, inoltre sono stati eliminati i “giochi meccanici” che solitamente si riscontrano fra gli accoppiamenti delle parti in movimento. Le prestazioni meccaniche risultano piuttosto elevate dal momento che è stato utilizzato, per la rotazione, una vite senza fine direttamente collegata al palo di rotazione. Gli ingranaggi a vite senza fine sono in grado di garantire una elevata resistenza alla torsione e conseguentemente una maggiore affidabilità di tutto il sistema. Inoltre per questo rotore è stata prevista la possibilità di ridurre la velocità di rotazione con lo scopo di avere un puntamento più facile e preciso della parabola.      

La prima parte di questa descrizione prende in esame il rotore di direzione azimutale, detto (AZ) ed il suo dispositivo di fine corsa. Nella seconda parte viene  trattato  il rotore di elevazione, detto (EL) con i relativi circuiti di comando ed il dispositivo di rivelazione della posizione digitale per terminare, nella terza parte, con la taratura del control-box , la descrizione del palo carrellato e della procedura di installazione della parabola.       

 

Rotore di direzione (AZ)

Per la costruzione di  questo rotore (foto n.2)

 

 

ho utilizzato un riduttore provvisto di ingranaggio a vite senza fine con gli alberi di rotazione sfasati fra di loro di 90°. Questi riduttori sono utilizzati, in unione a dei motori elettrici, in impianti sottoposti generalmente a condizioni gravose  con continuativi ed elevati regimi di rotazione. La loro costruzione è di ottima fattura ed il gruppo di riduzione essendo realizzato ad “ingrassaggio a vita” è praticamente indistruttibile. In Italia ci sono parecchie aziende che producono questi gruppi di rotazione che si possono quindi acquistare presso i centri di ricambi di materiale industriale, oppure in vendita on-line. I prezzi di vendita sono in linea con la qualità dei prodotti forniti.  Questi gruppi di riduzione si possono comunque reperire anche usati in condizioni pari al nuovo, presso i centri di demolizione di materiali ferrosi. Il riduttore che ho usato in questo progetto è stato reperito in uno di questi centri ed è stato pagato circa la metà del suo costo riferito al prodotto nuovo.

L’impiego di un tale riduttore si presta molto bene come parte componente per la realizzazione di un rotore preciso ed affidabile. Per la completa costruzione del rotore servono solamente pochi altri componenti da abbinare al riduttore. Questi componenti da aggiungere sono un motore elettrico ed un dispositivo di fine corsa che sia  in grado di bloccare la rotazione del motore quando il dispositivo da azionare abbia compiuto una rotazione completa e, per ultimo, serve un “sensore” che sia in grado di rilevare la direzione assunta dall’antenna.

 

 

Il riduttore a vite senza fine che ho utilizzato (foto n.3) è marcato dalla SITI e presenta un rapporto di riduzione di 15/1 vale a dire che per avere un giro dell’albero condotto sono necessari 15 giri sull’albero di presa. Questo riduttore è dotato di una flangia per essere fissato al motore che provvedere a trasferire la sua forza motrice. L’albero di presa è quello che va collegato al motore mentre l’albero condotto è quello che mediante un adeguato accoppiamento va fissato al palo che provvede alla rotazione dell’antenna. Lungo l’asse dell’albero è presente una piccola scanalatura che mediante una chiavetta da incastrare nei suoi incavi provvede a bloccare i dispositivi ad essi collegati. Come tutti gli ingranaggi a vite senza fine, il moto di rotazione è irreversibile ovvero l’albero di presa può far girare l’albero condotto, come è giustamente logico che sia, ma non è possibile il contrario e per questo motivo il riduttore agisce in maniera efficace da freno meccanico, poiché quando il rotore è fermo il sistema è autobloccante. L’elevata resistenza e la coppia di torsione è in funzione del tipo di riduttore utilizzato con valori che possono spaziare da qualche centinaio fino a qualche migliaio di Nm. Un aspetto molto importante è che l’albero condotto, che si può intravedere nella cavità inferiore della flangia, dispone di un foro del diametro di 7 mm ed una vite laterale esagonale che servirà per bloccare il dispositivo di rivelazione della direzione. Il dispositivo che ho utilizzato per avere l’indicazione della posizione dell’antenna è un potenziometro multigiri.  Il potenziometro dovrà avere un valore di 10 kohm e 10 giri di rotazione: vanno bene anche altri similari che sono facilmente reperibili dai rivenditori di elettronica, come pure può essere acquistato anche on-line come ho fatto io. Il potenziometro, mediante la sua vite, andrà fissato sotto la flangia mentre il perno andrà infilato nel foro dell’albero condotto e con questo reso solidale stringendo la vite laterale. E’ molto importante proteggere il potenziometro dalle infiltrazioni di acqua e per questo ho realizzato una copertura di alluminio a forma di bicchiere che lo avvolge tutto attorno (foto n.4). Il cavo tripolare collegato ai terminali del potenziometro deve fuoriuscire dalla parte laterale dello stesso bicchiere. Sul fondo del bicchiere deve essere praticato un piccolo foro per evitare, al suo interno, la formazione di condensa.

 


Per quanto riguarda il motore che andremo ad utilizzare per movimentare il gruppo vite senza fine è necessario conoscere il numero dei giri dello stesso motore che andremo ad impiegare. Partendo dal presupposto che l’antenna debba compiere un giro completo di 360° in un tempo di un minuto cioè 1 rpm ( vedremo di seguito poi come modificare il giro completo in un tempo maggiore) e sapendo che il rapporto di riduzione del nostro riduttore è di 15/1, il motore da impiegare dovrà  avere un regime di rotazione pari a 15 rpm. Sicuramente non sarà facile  poter disporre di un motore che abbia questo preciso valore ma avremo comunque la possibilità di poter arrivare a questo valore partendo anche da valori differenti. Il motore che ho reperito per questo scopo (foto n.5) era utilizzato per azionare il tergicristallo di una automobile ed è stato recuperato presso un centro di demolizioni auto.

 


Questo motore funziona in corrente continua con una tensione nominale di 12 V. Risulta importante accertarsi che il conduttore di alimentazione negativa non sia collegato alla carcassa metallica del motore. Nel caso lo fosse occorre fare in modo di scollegarla. Il motore è provvisto di un riduttore di giri in grado di garantire una notevole forza di rotazione poiché è impossibile fermarlo con le mani. Questo motore, quando è alimentato a 12 V, ha un regime di rotazione è di circa 60 rpm, valore che può essere diminuito riducendo la tensione di alimentazione senza avvertire perdite di potenza. Non essendo possibile ridurre la sua velocità al valore di  15 rpm, la soluzione che ho adottato è stata quella di fissare un piccolo ingranaggio sul perno del motore ed un ingranaggio di dimensioni maggiori con rapporto di 1/4 sul perno dell’albero di presa: i due ingranaggi risultano perfettamente allineati fra loro e ruotano assieme per mezzo di una piccola catena protetta da un “carter” (foto n.6). 

 


Questa soluzione partendo da 60 rpm consente di ridurre la velocità di rotazione al valore di 15 rpm e pari al numero di giri che serve per l’albero di presa affinché l’albero condotto possa fare 1 rpm.  Dall’unione di queste parti si ottiene praticamente il rotore: ora dobbiamo realizzare l’accoppiamento fra l’albero condotto ed il palo che deve far ruotare l’antenna. Questo si ottiene con l’impiego di un giunto elastico che è particolarmente indicato per gli impianti di antenne di grandi dimensioni. Questo giunto permette un corretto accoppiamento meccanico del rotore con il mast o palo di supporto delle antenne e serve per compensare inevitabili spostamenti assiali, radiali ed angolari degli stessi. Inoltre ammortizza in maniera eccellente i fortissimi urti provocati da raffiche di vento o dalla partenza o inversione di rotazione e frenata del rotore, oltre a prevenire le inevitabili rotture a fatica delle parti meccaniche in movimento (foto n.7). 


 

La stella dentata elastica utilizzata è di media durezza e si innesta da una parte nell’albero condotto mentre dalla parte opposta entra con precisione all’interno di un palo zincato da 1 pollice e mezzo: queste parti sono bloccate con una vite passante di acciaio inox da 5mm.    

 

 

Dispositivo di fine corsa

Il dispositivo di fine corsa, di tipo elettromeccanico, è stato realizzato con due diodi e due microswitch inseriti all’interno di un piccolo contenitore Teko mod. P/1.2 delle dimensioni 85 x 56 x 35,5 mm (foto n.8). 


Il contenitore è posizionato in corrispondenza dell’albero motore dato che una levetta ad esso collegata dovrà azionare, nei punti prestabiliti, l’apertura dei contatti dei corrispondenti microswitch in modo da interrompere l’alimentazione al motore e bloccarne la rotazione. Questo dispositivo deve essere inserito in serie al motore (figura n.2) poiché i diodi ed i microswitch, opportunamente collegati, permetteranno al motore in corrente continua di essere alimentato, sia in un verso che nell’altro così da poter ruotare indifferentemente in una direzione o nell’altra.

 


Il funzionamento avviene in questo modo: premendo il pulsante di sinistra P2A, posto sul pannello frontale del control-box, alimenteremo il pin 2 del motore con una tensione positiva. Il motore inizierà a ruotare in senso antiorario fino a quando la levetta posta sull’albero motore andrà ad azionare, in corrispondenza del fine corsa prestabilito, l’apertura del contato del microswitch M2 per interrompere l’alimentazione al motore. Successivamente premendo il pulsante di destra P2B, posto sul pannello frontale del control-box, alimenteremo dal pin 1 il motore con una tensione positiva essendo chiuso il contatto del microswitch M1 mentre il contatto M2 essendo momentaneamente aperto si trova ad essere bypassato dal diodo D2 in stato di conduzione. In questo modo il motore inizierà a ruotare in senso orario fino a quando la levetta, posta sull’albero motore, si troverà in corrispondenza dell’altro fine corsa per azionare l’apertura del contato M1 ed interrompere l’alimentazione al motore stesso. La rotazione del motore in senso antiorario riprenderà premendo nuovamente il pulsante P2A che alimenterà nuovamente il pin 2 con una tensione positiva, essendo chiuso il contatto M2 mentre l’altro contatto M1 essendo momentaneamente aperto sarà bypassato dal diodo D1 in stato di conduzione.

 

La presente descrizione è stata pubblicata su Radio Kit Elettronica del mese di ottobre 2021 a pag. 10 

Continua.........

 

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