Caterpillar 797F - Tesina

Tesi di maturità di Pellegrinelli Mattia

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Corso di meccanica Cl. 5^MB a.s. 2012/2013 1

Indice

• Introduzione
• 1. Caterpillar:
• 1.1. La storia
• 1.2. Caterpillar oggi
• 2. Movimento terra:
• 2.1. Generalità
• 2.2. Macchine movimento terra
• 3. Il CAT 797F:
• 3.1. Produzione del camion
• 3.2. Dati tecnici
• 3.3. Motore C175-20
• 3.3.1. Progetto della biella:
  • A. La biella
  • B. Calcolo di verifica
• 3.4. Il cassone in acciaio Hardox
• 4. Plasma welding 2

Introduzione

Le macchine che caratterizzano il mondo denominato “movimento terra” suscitano interesse e curiosità presso un vasto pubblico di osservatori. Gli elevati contenuti tecnologici impiegati nelle diverse applicazioni per gestire le attrezzature operative e le potenze dei mezzi meccanici catturano l’attenzione non solo di quelle persone che sono inserite nello specifico campo di utilizzazione ma anche di quelle che risultano completamente estranee alle attività del settore.

Ai margini della gamma delle macchine impiegate nel mondo del movimento terra vi è una famiglia di mezzi che pur mantenendo fede, nella quasi totalità delle applicazioni, alle più tradizionali soluzioni tecniche, ha subito un tale processo di sviluppo delle proprie capacità operative da far registrare un’impennata degli usuali parametri caratteristici come pesi, ingombri dimensionali, potenze ecc…

L’ambito di applicazione di questi ultimi mezzi è quello dell’estrazione e del trasporto del materiale grezzo nelle vaste miniere a cielo aperto.

Tra questi giganti meccanici si distingue sicuramente il CAT 797F, un dumper prodotto da Caterpillar e presentato per la prima volta nel 2008 alla MINExpo International di Las Vegas.

Oggi si presenta sicuramente come il miglior camion nel suo settore per le tante innovazioni che Caterpillar ha apportato su di esso, riguardo a efficienza, durata e rispetto ambientale.

che ho deciso di affrontare all’interno della mia tesina questo argomento, che ha

È per questo

suscitato in me grande passione e attenzione.

Per quanto riguarda l’organizzazione ho diviso l’intero testo in 4 capitoli.

Nel capitolo iniziale parlo della storia di Caterpillar, leader mondiale nella produzione delle macchine movimento terra, arrivando a toccare il fatturato record nel 2008 di ben 51,3 miliardi di dollari americani.

Nel secondo capitolo introduco quelli che sono gli aspetti principali del movimento terra, affrontando inoltre le più importanti macchine usate in questo campo.

Il terzo capitolo è il più specifico. Analizzo, infatti, vari aspetti del CAT 797F: la produzione, i principali dati tecnici, il recente motore C175-20 con relativo progetto della biella e gli innovativi acciai Hardox usati per la produzione del cassone.

Nel quarto capitolo e ultimo capitolo ho spiegato, in inglese, in cosa consiste la saldatura al plasma, usata per il cassone del 797F ma non solo.

Per concludere questa breve introduzione sottolineo come il CAT 797F sia uno straordinario esempio di dove si può spingere l’ingegneria meccanica.

Spero, una volta concluso il mio percorso scolastico, di approfondire le mie conoscenze riguardanti questo campo e di poter contribuire allo sviluppo di queste enormi macchine. 3

1. Caterpillar

1.1. La storia

Nel 1890, Benjamin Holt e Daniel Best testarono diversi tipi di trattori a vapore da utilizzare ognuno con un’impresa diversa.

per la coltivazione. Fecero ciò in maniera separata,

Nel 1904, fu realizzato il primo trattore a vapore di Holt, mentre nel 1906 nacque il primo modello a gas. Nel 1915 il modello di trattore “Caterpillar” venne utilizzato dagli Alleati nella I Guerra mondiale, con risultati strabilianti.

Nel 1931, venne prodotto il primo trattore Diesel nelle linee di assemblaggio in Est Peoria, con una nuova, efficiente fonte di potenza per i trattori.

Nel 1940, la gamma di prodotti Caterpillar includeva motor grader, grader elevatori, aratri per terrazzamento e gruppi elettrogeni.

Nel ’42 oltre ai prodotti precedenti si realizzava un motore speciale per i carri armati M4 utilizzati dagli Stati Uniti nella II Guerra mondiale.

Nel 1950, venne creata la Caterpillar Tractor Co. Ltd con sede in Gran Bretagna, questa fu la prima di numerose operazioni oltreoceano, realizzate per favorire la gestione della scarsezza di scambi commerciali, delle tariffe e dei controlli sulle importazioni, e per offrire un servizio migliore ai clienti nel mondo. 4

Nel ’31 la compagnia creò un gruppo separato di vendite per il mercato dei motori diesel rispetto agli altri prodotti. Questo gruppo fu sostituito nel 1953, da una divisione separata di marketing e vendite, per servire meglio le necessità di un’ampia gamma di clienti di motori.

Le vendite di motori a questo punto ammontavano, approssimativamente, ad un terzo delle vendite totali e dei ricavi. Nel 1963, Caterpillar e Mitsubishi Heavy Industries Ltd. danno vita a una delle prime joint ventures in Giappone per includere parzialmente la proprietà USA.

Caterpillar Mitsubishi Ltd. Iniziò a produrre nel 1965, è stata rinominata Shin Caterpillar Mitsubishi Ltd. ed è ora la seconda produttrice di macchinari da costruzione e mining in Giappone.

Nel 1981-83, la recessione globale ebbe effetti catastrofici su Caterpillar, che perse circa 1 milione di dollari al giorno e questo causò una drammatica riduzione del numero di dipendenti.

Nel 1983, Caterpillar Leasing Company si espanse per offrire ai clienti nel mondo diverse opzioni di finanziamento e venne rinominata Caterpillar Financial Services Corporation. Nel 1985 la gamma di prodotti continuò a diversificarsi per incontrare le esigenze del maggior numero di clienti possibili. Al momento, erano offerti più di 300 prodotti, più del doppio rispetto a quelli dell’81.

Nel 1987, un programma di modernizzazione degli impianti da 1.8 miliardi di dollari fu lanciato per allineare il processo di produzione.

Nel 1990, la compagnia decentralizzò la sua struttura, riorganizzandola per business units responsabili del return on asset e della customer satisfaction.

Nel 1997, la compagnia continuò ad espandersi, acquisendo la Perkins Engines con base in U.K. Con l’aggiunta della tedesca Mak Motoren, l’anno precedente, Caterpillar divenne leader mondiale nella produzione di motori diesel. 5

Nel 1998, il più grande dumper del mondo per trasporto fuori strada - il 797 - debutta al Cat Proving Ground in Arizona.

Nel 1999, Caterpillar presenta una nuova linea di macchine da costruzione compatte al CONEXPO, il più grande evento al mondo riguardo alle macchine da costruzione, per rispondere alle nuove esigenze dei clienti, ovvero riduzione dimensioni e maggiore versatilità delle macchine.

Nel 2000, Caterpillar celebra il 75° anniversario.

Nel 2001, Caterpillar è la prima azienda a lanciare a livello globale il 6 Sigma ed a recuperare già nel primo anno i costi d’implementazione.

Nel 2003, Caterpillar diventa il primo produttore di motori a offrire una linea completa di motori diesel, rispondenti in pieno alla normativa antinquinamento e certificati dall’ente USA Environmental Protection Agency (EPA). La rivoluzionaria tecnologia Caterpillar per il controllo delle emissioni, ACERT®, è stata studiata per assicurare la conformità alle norme EPA senza andare a scapito delle prestazioni, dell’affidabilità o dei bassi consumi di carburante.

1.2. Caterpillar oggi

Caterpillar (CAT) è oggi il più importante produttore, su scala mondiale, di attrezzature per la costruzione e per l’estrazione mineraria, di motori diesel ed a gas naturale e di turbine a gas per uso industriale. Cat è anche una delle imprese tecnologicamente più evolute, sia nella produzione che nel servizio. Caterpillar, inoltre, ha come obiettivo nel 2020 di diventare leader

L’organizzazione nel suo complesso conta circa

per ogni classe di prodotto in ogni continente.

102.000 lavoratori, 500 stabilimenti in 50 diversi paesi e più di 500 prodotti venduti in ogni continente.

È stata annoverata tra le 100 aziende più importanti degli USA e tra le 500 più importanti del mondo. Cat ha ottenuto un fatturato di 44,96 miliardi di dollari nel 2007 e nel 2010 attorno ai 60 miliardi di dollari, passando ad un profitto per azione di 5,37 $ nel 2007 contro uno di 5,17 $ nel 2006.

Di seguito si riportano due tabelle che forniscono un’immagine della crescita e della solidità economico-finanziaria di Caterpillar. 6

Grafico 1 - Progresso di CAT in termini di ricavi e guadagni

Figura 1 - Dati riassuntivi bilancio CAT

Infine la leadership tecnologica, la qualità e l’orientamento alla soddisfazione del cliente, sono sottolineati dagli elevati investimenti in ricerca e sviluppo, che nel 2007 hanno toccato 1,4 miliardi di dollari.

Per quanto riguarda struttura operativa ed organizzativa, in Caterpillar vi sono tre principali aree di business:

• Macchinari
• Motori
• Servizi:
  • Logistica
  • Prodotti finanziari
  • Rigenerazione dell’usato
  • Rail-related 7

I prodotti materiali realizzati da Caterpillar sono una gamma vastissima, per semplificarne la gestione sono stati suddivisi in diverse famiglie:

• Trattori
• Escavatori
• Camion
• Ruspe
• Backhoe loaders
• Motor graders
• Prodotti per la pavimentazione
• Attrezzature compatte per la costruzione
• Motori 8

La torta riportata di seguito individua come sono ripartite le vendite tra le diverse famiglie di prodotto:

Figura 2 - Segmentazione per tipologia di prodotto.

Per quanto riguarda il gruppo servizi, la funzione più importante è senza dubbio la logistica, che fin dal 1987 ha permesso a Caterpillar di implementare soluzioni e servizi al fine di ottenere una supply chain integrata tra più di 60 società. Il servizio logistico conta 107 stabilimenti in 23 paesi nei 6 continenti ed una forza lavoro di 12.000 uomini, che conoscono 20 lingue diverse.

L’impegno profuso per il

Infine, per descrivere a pieno Caterpillar, è importante sottolinearne

miglioramento e il progresso, che è trasversale a tutte le funzioni. Ogni giorno vengono investiti 5 milioni di dollari in ricerca e sviluppo, per un totale di 1,4 miliardi di dollari, nel solo 2007.

Il segreto, dietro al progresso della Cat, è il lavoro di centinaia di scienziati e più di 2100

valore, l’impegno nel

neolaureati, la diffusione di una cultura basata sulla creazione di

miglioramento della qualità e nel servizio al cliente.

Tutto questo è favorito da un network composto da 1606 dealer per il noleggio dei macchinari, 1858 dealer per la vendita ed un servizio al cliente 24 ore su 24. 9

Figura 3 - Luoghi in cui Caterpillar è presente.

La figura seguente, mostra uno spaccato della presenza di Caterpillar nei diversi continenti, dati del 2006, che individua per ciascuna area geografica il fatturato nelle macroaree di business, il numero di operatori ed il numero di dealer. Questi valori sono fondamentali, per comprendere quelle che sono le basi, sulle quali Caterpillar fa perno per espandersi e consolidarsi nella produzione, così come nelle vendite, in modo da divenire entro il 2020 leader incontrastato sull’intero globo. 10

2. Movimento terra

2.1. Generalità

Per movimento terra s’intende, secondo la definizione di Nichols, l’insieme delle attività atte a strutturare geometricamente un ambito di territorio (o parte di questo) generalmente allo stato naturale, al fine di renderlo atto ad accogliere, secondo indirizzo progettuale, uno o più manufatti funzionali modificandone morfologia, relazioni e destinazione d’uso.

La lavorazione e la movimentazione delle terre, nelle moderne operazioni di cantiere, viene effettuata unicamente mediante l’utilizzo di mezzi meccanici; risulta, quindi, di fondamentale importanza, per la riuscita di un lavoro, predisporre ed attivare un cantiere meccanizzato per la lavorazione delle terre che sia funzionalmente rispondente alle esigenze tecnico-economiche del lavoro da eseguire.

Al fine d’impiantare correttamente un cantiere deve essere allora avviata una progettazione sulla base di una attenta valutazione degli elementi noti e di uno studio accurato delle condizioni specifiche del lavoro, in modo che la soluzione del problema possa consentire di arrivare alle seguenti conclusioni:

• Scelta dei singoli mezzi meccanici occorrenti per ogni lavorazione, determinandone le relative caratteristiche: tipo, potenza, quantità o numero;
• Determinazione del ciclo di lavoro delle singole macchine e del ciclo delle lavorazioni effettuate da più macchine fra loro interdipendenti;
• Predisposizione di diagrammi di lavorazione da cui derivare lo schema dell’organizzazione generale del cantiere.

Gli elementi, che occorre preventivamente valutare e definire sono generalmente i seguenti:

• Lavorazioni da eseguire;
• Natura delle terre da lavorare e caratteristiche delle medesime;
• Volume delle terre da lavorare;
• Volume di terre di opportuna qualità e di materiali lapidei da aggiungere alle terre disponibili al fine di correggerne le caratteristiche;
• Livelli di produzione delle macchine nelle varie lavorazioni e rendimento dei cicli di lavoro;
• Distanze di trasporto delle terre e dei materiali lapidei;
• Tempi di lavorazione disponibili.