Appunti di Macchine motrici agricole

Macchine motrici agricole

Christian Ferraris - A.A. 2022-2023

Indice

2. Classificazione del trattore ..............................................................................................................5

Ingombri caratteristici ..............................................................................................................................6

Regolazione della massa ...........................................................................................................................6

Regolazione della carreggiata ...................................................................................................................7

Regolazione della luce da terra .................................................................................................................8

Pneumatici ...............................................................................................................................................9

Gamma di trattori ..................................................................................................................................10

Configurazioni ruote ...............................................................................................................................10

3. Prestazioni delle trattrici ..............................................................................................................11

Condizioni operative ...............................................................................................................................11

Catena cinematica ..................................................................................................................................11

4. Motori diesel .................................................................................................................................16

Requisiti di un motore agricolo ..............................................................................................................16

Riserva di coppia ....................................................................................................................................19

Ausiliari motore ......................................................................................................................................21

Emissioni ................................................................................................................................................22

Potenza ...................................................................................................................................................22

5. Trasmissione .................................................................................................................................22

Cambio di velocità ..................................................................................................................................23

6. Trasmissioni a variazione continua (CVT) ....................................................................................27

CVT idrodinamico ..................................................................................................................................28

CVT idrostatico .....................................................................................................................................28

CVT idromeccanico ................................................................................................................................29

7. Sollevatore ....................................................................................................................................32

Prove OCSE ...........................................................................................................................................38

Modalità di funzionamento .....................................................................................................................38

8. Organi di collegamento .................................................................................................................39

Ganci di traino .......................................................................................................................................39

Presa di potenza (PTO) .........................................................................................................................42

Distributori ausiliari ..............................................................................................................................45

9. Stabilità ........................................................................................................................................47

Stabilità longitudinale - statico ..............................................................................................................47

Stabilità longitudinale - dinamico ..........................................................................................................48

Stabilità trasversale ................................................................................................................................49

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10. Circuito idraulico ...........................................................................................................51

Pompe ..........................................................................................................................................53

Trasmissione idrostatica ...............................................................................................................53

Circuito di potenza ......................................................................................................................54

Circuito di controllo .....................................................................................................................55

Problematiche circuito idraulico ...................................................................................................55

11. Rendimenti .....................................................................................................................56

Rendimento al gancio - 2WD .......................................................................................................56

Rendimento al gancio - 4WD .......................................................................................................61

12. Sterzo e freni ..................................................................................................................63

Sterzo ...........................................................................................................................................63

Freni .............................................................................................................................................68

13. Vibrazioni ......................................................................................................................72

14. Bonifica e contenimento delle vibrazioni ........................................................................77

Riduzione del livello alla sorgente ................................................................................................77

Riduzione della trasmissibilità sorgente-operatore .......................................................................77

15. Trazione .........................................................................................................................83

16. Field test accelerati ........................................................................................................88

Target loads e test schedule .........................................................................................................88

Field loads ....................................................................................................................................91

Modello di danneggiamento..........................................................................................................92

Rainflow .......................................................................................................................................95

Test accelerato .............................................................................................................................98

17. Sicurezza ......................................................................................................................100

18. Altezza da terra del baricentro ....................................................................................103

Metodo della culla oscillante ......................................................................................................103

Metodo della culla statica ..........................................................................................................104

Metodo delle pesate ....................................................................................................................105

19. Macchine operatrici ......................................................................................................107

Trinciastocchi .............................................................................................................................107

Lavorazione del terreno ..............................................................................................................108

Rimozione degli infestanti ..........................................................................................................114

Macchine combinate ...................................................................................................................115

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Classificazione del trattore

Il trattore è costituito da una serie di sistemi. Visto dall’esterno abbiamo:

• Cofano motore;
• Cabina, dove è situato l’operatore;
• Ruote;
• Zavorra, appoggiata ai supporti e rimovibile.

Sotto il cofano e la cabina abbiamo:

• Motore;
• Trasmissione;
• Due assali;
• Cabina, sopra la trasmissione.

È una architettura utilizzata dalla medio-alta potenza in giù, 300 cavalli, dove il motore è portante come tutta la scatola della trasmissione. Il motore e tutta la scatola del cambio fungono da supporto strutturale.

Per i trattori ad alta potenza si usa una architettura più “americana”, a telaio portante. Quindi il motore e la trasmissione poggiano su un telaio a longheroni, architettura usata in Europa su trattori superiori a 300 cavalli.

I vantaggi di un telaio portante sono due: il primo è che la trasmissione non è sollecitata a flessione, e il secondo è che con il telaio portante è possibile avere una maggiore modularità, quindi è possibile costruire a costi ridotti diverse famiglie di prodotti.

Per un costruttore globale che fa numerose varianti, un trattore a telaio portante è un’architettura vantaggiosa. Uno svantaggio del motore portante è che, essendo tutta la struttura soggetta a flessione, in talune circostanze può capitare che a lungo andare ci siano problemi fra motore-trasmissione-tenute.

Un trattore si trova ad operare in un contesto molto variabile. Se per esempio deve lavorare in un frutteto di actinidia, kiwi, si trova in una struttura a pergolato con la vegetazione in alto che forma un “tetto”, quindi serve un trattore basso che stia sotto e che evita contatti con la coltura.

Oppure in una architettura a spalliera lo spazio fra le colture è bassa e serve una larghezza del trattore molto bassa. In un ambiente forestale si ha un suolo sodo ma con pendenze molto elevate, è necessario che il trattore sia stabile lateralmente per evitare ribaltamento.

In campo aperto invece si può avere un terreno senza ostacoli, qui non abbiamo limiti dimensionali. Si possono usare trattori molto grossi con grosse macchine da trainare.

In campo un trattore può avere svariati utilizzi diversi. Trasportare in strada colture dopo il raccolto fino allo stoccaggio, lavorare il terreno con grossi attrezzi a basse velocità e grandi forze di tiro. Oppure per una lavorazione più fine si possono usare velocità più alte e forze di tiro più basse.

Globalmente un trattore non fa lavori semplici e ciclici come macchine a movimento terra, però le sollecitazioni sono molto importanti. Le condizioni del terreno sono completamente diverse in cui si può operare con un trattore e con i più svariati attrezzi.

Per questo il trattore deve essere stabile in ogni condizione di terreno e in ogni condizione di massa.

I requisiti di un trattore sono:

• Evitare il contatto con la coltura;
• Elevata manovrabilità;
• Essere stabile a tutte le possibili distribuzioni di massa operative;
• Possibilità di poter lavorare in condizioni estreme, pendenze molto elevate;
• Deve garantire una buona mobilità su terreni molto bagnati, bisogna fare in modo che il trattore galleggi sul suolo e non affondi, per esempio sgonfiando le gomme;
• Evitare il compattamento del terreno, altrimenti la coltura non riesce a sviluppare le radici;
• Essere robusto, efficiente e con una manutenzione limitata.

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Ingombri caratteristici

• A: Altezza del tubo di scarico
• B: Altezza del cofano
• C: Passo, dà la stabilità longitudinale
• D: Lunghezza massima, capacità di svolta del trattore
• E: Luce libera da terra
• F: Carreggiata anteriore
• G: Carreggiata posteriore
• H: Altezza della cabina

Cofano a “V”.

Il trattore deve muoversi in un ambiente reso complicato dalla morfologia e dalla presenza della coltura. L’operatore deve riuscire a muoversi in sicurezza pertanto è fondamentale la visibilità, per capire dove stanno andando le ruote anteriori e posteriori.

I progettisti dedicano molta attenzione nel progettare il trattore in modo che la visibilità sia massimizzata. Una particolarità, raggiunta con lo sviluppo negli anni, sono i cofani a “V”, più stretti nella parte vicino alla cabina e che si allarga verso la parte anteriore.

Regolazione della massa

La massa del trattore va regolata in funzione dell’applicazione operativa installando opportunamente una zavorra.

La massa va regolata in:

• Distribuzione: posizione del baricentro per stabilizzare il trattore con grandi attrezzi;
• Quantità: per erogare la massima forza di trazione e per galleggiare sul terreno.

Solitamente la distribuzione è regolata per la stabilità, invece la quantità la si regola per poter svolgere lavorazioni pesanti.

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Con un supporto zavorra davanti inserisco un pacco zavorra modulare (1), cioè costituito da diversi dischi da montare insieme. Questa soluzione si usa però solo per trattori piccoli siccome per i trattori grossi si usa una zavorra monolitica o una zavorra scomponibile in due pezzi.

L’opzione (2) è fatta da zavorre che si agganciano direttamente negli assali anteriori e posteriori. È una soluzione dove la zavorra può essere caricata e manovrata semplicemente con un muletto.

L’opzione (3) utilizzata principalmente nel Mediterraneo, Spagna, Italia, Portogallo e molto meno comune nel nord Europa, prevede di gonfiare le ruote con l’acqua. Ha un vantaggio rispetto alle zavorre in quanto il carico non grava sugli assali ma viene scaricato direttamente a terra, però ho lo svantaggio che non posso gonfiare interamente lo pneumatico con acqua ma fino alla valvola, circa 75%. L’acqua però all’interno si può muovere e non fa molto bene agli assali.

Regolazione della carreggiata

L’operatore deve evitare che ci siano interferenze tra coltura e pneumatici, inoltre la distanza fra colture è fondamentale e differente dal tipo di ciascuna di esse. Alcune colture necessitano tanto spazio fra le file mentre altre no, il trattore deve pertanto avere una certa possibilità di regolare la carreggiata.

Esistono diverse soluzioni:

• Assali trascinati, due ruoti motrici: allargo o stringo le ruote tramite una guida prismatica e un bloccaggio;
• Assali traenti: sono presenti dei cerchioni scomponibili costituiti di due pezzi, flangia/campana, canale. Cambiando la posizione relativa della campana rispetto all’assale e del canale rispetto alla campana è possibile cambiare la carreggiata mantenendo fissi la flangiatura che c’è tra assale e campana.

Notare che l’occhiello si trova in una posizione decentrata rispetto alla simmetria del canale.

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Posso agire in diversi modi:

• Variando la posizione della campana: ovvero se la posiziono con la concavità rivolta verso l’esterno o verso l’interno;
• Variando la posizione dell’occhiello: verso l’interno o esterno;
• Variando il collegamento relativo fra campana e occhiello: all’esterno del trattore o interno del trattore.

In totale posso ottenere 8 opzioni di modifica della carreggiata.

La carreggiata minima la ottengo con:

• Campana rivolta verso l’interno;
• Occhiello del cerchio all’esterno;
• Collegamento tra canale e campana all’esterno.

La carreggiata massima la ottengo con:

• Campana rivolta verso l’esterno;
• Occhiello del cerchio all’interno;
• Collegamento tra canale e campana all’interno.

I trattori moderni possono raggiungere velocità superiori ai 40 km/h. Al di sopra di tale velocità i trattori non possono montare cerchioni scomponibili, in quanto non vengono equilibrate le masse come nelle automobili.

Presentano quindi cerchioni fissi, con campana saldata al canale. Con tali cerchioni non si possono effettuare regolazioni fini come con i cerchioni scomponibili. Pertanto esistono diverse soluzioni per la regolazione della carreggiata.

Questo tipo di architettura viene chiamata a mozzi scorrevoli o bar axle, dove si può far scorrere il cerchione rispetto all’assale come se fosse una coppia prismatica. Si può ottenere una regolazione molto fine e pratica.

Regolazione della luce da terra

Si effettua utilizzando pneumatici di raggio differente. In questo modo a seconda della configurazione posso ottenere differenti velocità del trattore.

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Pneumatici

Se devo usare il trattore per una lavorazione in pieno campo è necessario utilizzare gomme larghe in modo da galleggiare e da poter applicare grandi forze di trazione. Se invece devo passare nelle file delle orticole sono necessari pneumatici stretti.

1. Battis