Appunti di Macchine motrici agricole

Appunti di macchine motrici agricole

Dalle lezioni del professore Michele Mattetti

Sommario

• 1 Introduzione ........................................................................................................................................ 9
• 2 La classificazione dei trattori ...............................................................................................................13
• 2.1 I sistemi del trattore ....................................................................................................................13
• 2.2 I sottosistemi del trattore ............................................................................................................14
• 2.3 Le condizioni di lavoro .................................................................................................................15
• 2.4 Gli ingombri caratteristici del trattore ..........................................................................................16
• 2.5 La visibilità dall’interno della cabina ............................................................................................17
• 2.6 La regolazione della massa del trattore ........................................................................................19
• 2.7 La regolazione della carreggiata e dell’altezza della luce da terra .................................................21
• 2.8 Gli pneumatici .............................................................................................................................24
• 2.9 La classificazione dei trattori ........................................................................................................26
• 3 Le prestazioni di un trattore ................................................................................................................33
• 3.1 Il powertrain di un trattore ..........................................................................................................34
• 3.2 La forza di trazione erogata dal trattore .......................................................................................35
• 3.2.1 Esempio pratico ...................................................................................................................38
• 3.2.2 Curva caratteristica dell’attrezzatura e della macchina operatrice ........................................41
• 4 Il motore .............................................................................................................................................45
• 4.1 Le curve caratteristiche del motore .............................................................................................46
• 4.1.1 Le curve caratteristiche boosterizzate ..................................................................................47
• 4.2 La mappa del consumo specifico e di funzionamento del motore ................................................48
• 4.3 La stabilità del punto di funzionamento del motore .....................................................................50
• 4.4 I servizi ausiliari del motore .........................................................................................................53
• 4.5 Le emissioni .................................................................................................................................54
• 4.6 Le normative per la dichiarazione della potenza del motore ........................................................56
• 5 Il circuito idraulico del trattore ............................................................................................................57
• 5.1 I componenti di base di un circuito idraulico ................................................................................58
• 5.2 La valvola di sicurezza ..................................................................................................................59
• 5.3 Il distributore e le elettrovalvole ..................................................................................................62
• 5.4 La pompa ....................................................................................................................................63
• 5.5 I circuiti idrostatici .......................................................................................................................64
• 5.6 L’idroguida del trattore: cenni .....................................................................................................67
• 5.7 Il ramo di load sensing .................................................................................................................68
• 5.8 Il circuito e la valvola di unload ....................................................................................................71
• 5.9 I circuiti idraulici del trattore .......................................................................................................71
• 6 La trasmissione ...................................................................................................................................75
• 6.1 Il cambio a innesti power-shift .....................................................................................................78
• 6.2 I gruppi del cambio di velocità .....................................................................................................79
• 6.3 Le tipologie di cambi di velocità ...................................................................................................81
• 6.4 I diagrammi di velocità ................................................................................................................82
• 6.5 Il cambio a doppia frizione ...........................................................................................................83
• 6.6 La coppia conica e il differenziale.................................................................................................84
• 6.7 Il riduttore finale .........................................................................................................................86
• 7 Le trasmissioni CVT .............................................................................................................................87
• 7.1 La trasmissione idrodinamica CVT................................................................................................87
• 7.2 La trasmissione meccanica CVT....................................................................................................88
• 7.3 La trasmissione idrostatica CVT ...................................................................................................88
• 7.4 La trasmissione idromeccanica CVT .............................................................................................90
• 7.5 Vantaggi e svantaggi delle trasmissioni CVT .................................................................................96
• 8 Gli organi di collegamento...................................................................................................................97
• 8.1 Il gancio di traino .........................................................................................................................97
• 8.1.1 Esempio di calcolo di condizioni di funzionamento del trattore ..........................................103
• 8.2 La presa di potenza (PTO, power take off) .................................................................................104
• 8.3 I distributori ausiliari..................................................................................................................110
• 9 Il sollevatore .....................................................................................................................................113
• 9.1 L’attacco a tre punti...................................................................................................................113
• 9.1.1 I tiranti ...............................................................................................................................114
• 9.1.2 Il terzo punto .....................................................................................................................114
• 9.1.3 I bracci inferiori ..................................................................................................................115
• 9.1.4 Gli stabilizzatori .................................................................................................................116
• 9.2 L’azionamento del sollevatore ...................................................................................................116
• 9.3 Le dimensioni e regolamentazione dell’attacco a tre punti ........................................................117
• 9.4 Le convergenze e il centro di istantanea rotazione .....................................................................121
• 9.5 Le prove OCSE per test di attacchi a tre punti ............................................................................123
• 9.6 Le modalità di funzionamento del sollevatore ...........................................................................126
• 10 Il sistema di sterzo .........................................................................................................................129
• 10.1 La sterzatura nei trattori a cingoli ..............................................................................................129
• 10.2 La sterzatura dei trattori articolati .............................................................................................130
• 10.3 La sterzatura dei trattori a ruote ................................................................................................130
• 11 Il sistema frenante ........................................................................................................................137
• 11.1 Il layout dell’impianto frenante .................................................................................................137
• 11.2 I dischi dei freni .........................................................................................................................139
• 11.3 Le pompe dell’impianto frenante ...............................................................................................139
• 11.4 Il freno rimorchio.......................................................................................................................140
• 11.5 L’ABS nei trattori .......................................................................................................................141
• 12 Le vibrazioni e le sospensioni per bonifica e contenimento............................................................143
• 12.1 La riduzione delle vibrazioni ......................................................................................................145
• 12.1.1 Riduzione alla sorgente ......................................................................................................146
• 12.1.2 Riduzione della trasmissibilità tra sorgente e operatore .....................................................146
• 12.1.3 Sospensione della cabina ...................................................................................................149
• 12.1.4 Sospensione del sedile .......................................................................................................150
• 13 Macchine e attrezzature per la lavorazione del terreno .................................................................151
• 13.1 La trinciastocchi .........................................................................................................................151
• 13.2 La lavorazione del terreno .........................................................................................................152
• 13.2.1 L’aratro ..............................................................................................................................153
• 13.2.2 Il chisel ..............................................................................................................................156
• 13.2.3 Il ripuntatore .....................................................................................................................156
• 13.2.4 La zappatrice .....................................................................................................................156
• 13.2.5 L’erpice a dischi .................................................................................................................157
• 13.2.6 L’erpice rotante .................................................................................................................157
• 13.2.7 Il vibrocoltivatore...............................................................................................................159
• 13.2.8 La sarchiatrice ....................................................................................................................159
• 13.2.9 Le macchine combinate .....................................................................................................159
• 13.3 La seminatrice ...........................................................................................................................160
• 14 I rendimenti del trattore................................................................................................................161
• 14.1 Il rendimento al gancio di un trattore 2WD ................................................................................167
• 14.2 Il rendimento al gancio di un trattore 4WD ................................................................................171
• 15 La stabilità del trattore ..................................................................................................................177
• 15.1 L’equilibrio longitudinale del trattore in condizioni statiche .......................................................177
• 15.2 La stabilità longitudinale del trattore in condizioni dinamiche ....................................................178
• 15.3 L’equilibrio laterale del trattore in condizioni statiche ...............................................................180
• 15.4 L’equilibrio laterale del trattore in condizioni dinamiche ...........................................................182
• 15.5 Parametri di progetto per agire sulla stabilità del trattore .........................................................184
• 16 Determinazione dell’altezza da terra del baricentro ......................................................................185
• 16.1 Il metodo della culla oscillante ...................................................................................................185
• 16.2 Il metodo della culla statica .......................................................................................................187
• 16.3 Il metodo delle pesate ...............................................................................................................188
• 17 La sicurezza ...................................................................................................................................191
• 18 Field test accelerati per la validazione delle macchine agricole ......................................................197
• 18.1 Il profilo di missione ..................................................................................................................198
• 18.2 I field loads ................................................................................................................................199
• 18.3 Le misure e la load data analysis (LDA).......................................................................................199
• 18.3.1 Pulizia ................................................................................................................................200
• 18.3.2 Calcolo del carico ...............................................................................................................200
• 18.3.3 Modello di danneggiamento ..............................................................................................201
• 18.3.4 Statistica ............................................................................................................................206
• 18.4 I target loads .............................................................................................................................207
• 18.5 Il test accelerato ........................................................................................................................209
• 18.5.1 Calcolo della durata del test per un caricamento monoassiale ...........................................210
• 18.5.2 Calcolo della durata del test per un caricamento complesso ..............................................211
• 18.5.3 Calcolo della durata del test per un riduttore .....................................................................212
• 18.5.4 Calcolo della durata di un test mediante un solutore .........................................................213

1 Introduzione

La meccanizzazione dell’agricoltura consiste nell’automazione di tutte le operazioni che vanno dalla preparazione del terreno, alla semina e alla raccolta. Ovviamente permarranno sempre operazioni che non saranno automatizzabili, ma tutto ciò che può ridurre lo sforzo fisico, nonché rendere più efficace ed efficiente il lavoro, è obiettivo della meccanizzazione e automazione del settore agrario.

I lavori che si effettuano a carico di un campo agricolo dipendono dalla fase dell’anno e dal tipo di coltura che si intende produrre. Tra giugno e ottobre si è nella fase di pre-raccolta (1), in cui il campo è rigogliosamente popolato dalla coltura; durante questo periodo, avviene la raccolta e il campo agricolo entrerà nella fase di post-raccolta (2), ovvero popolato dai residui della coltura, molto compattato e secco, il tutto a causa di mesi con piogge scarse e al passaggio della mietitrebbia che ha effettuato la raccolta, la quale è una delle macchine agricole più pesanti.

Successivamente il terreno viene lavorato e reso pronto per la semina (3), in un periodo che va da luglio a febbraio; la fase di semina avviene tra ottobre e marzo e la nuova coltura comincia a fiorire (4). Un problema delle colture è che non crescano “in competizione” con erbe cattive (5) che sottraggono nutrimento alle prime, le quali sono distribuite lungo file distanziate reciprocamente di una quantità fissata, ma anche distanziate tra loro all’interno della stessa fila, in base al tipo della pianta stessa sia per fare in modo che crescano al meglio possibile che per permettere alle macchine, solitamente un trattore collegato ad una macchina operatrice, di passarvici in mezzo senza danneggiarle.

Le macchine agricole sono molteplici e ciascuna è realizzata per effettuare uno ed un solo compito. Ad esempio, le mietitrebbie sono macchine adibite alla raccolta, e in particolare sono macchine motrici siccome non neces