Appunti di Macchine motrici agricole

A RIDUZIONE DELLE VIBRAZIONI

Per ridurre queste oscillazioni si possono, innanzitutto, distinguere tre approcci in base alla zona in cui si preferisce agire:

1. Riduzione alla sorgente
2. Riduzione della trasmissibilità tra sorgente ed operatore
3. Riduzione del tempo di esposizione

12.1.1 Riduzione alla sorgente

Secondo questo approccio, è necessario identificare dapprima la fonte del forzante vibrante e pensare a stratagemmi per ridurre l'intensità dello stesso. Le possibilità sono numerose e dipendono fortemente dal caso in esame, ma alcune sono solitamente adottate.

Ad esempio, è emblematico il caso di una trasmissione mediante ruote dentate; uno dei principali difetti dei rotismi, ordinari ed epicicloidali, è proprio la rumorosità nel momento in cui i denti siano dritti, e dunque si adottano spesso ingranaggi a denti elicoidali che, grazie al contatto graduale tra i denti e che avviene su un punto, anziché su una linea, si

ottiene una minor rumorosità.

Un secondo esempio è quello di tutti quegli organi rotanti che, in virtù delle loro imperfezioni massive, presentano delle eccentricità, anche minime, che generano vibrazioni. Allora, è senz’altro importante agire sul processo produttivo e sui controlli per ottenere rotori ben equilibrati, sia staticamente che dinamicamente, in modo tale da ridurre le vibrazioni che, altrimenti, genererebbero.

Si può anche pensare al motore a combustione interna del trattore, e in generale di un qualunque veicolo dotato di questo sistema. Il motore è una sorgente enorme di vibrazioni dovute alle forze inerziali del motore non equilibrate; dunque, nel caso in cui in fase di progetto non sia stata prevista una perfetta equilibratura del motore, si può prevedere la stesura di un pannello isolante all’interno del cofano motore, oppure porlo sospeso, per ridurre, direttamente alla sorgente, l’entità del

forzante.12.1.2 Riduzione della trasmissibilità tra sorgente e operatore

Questo tipo di approccio si basa sulla progettazione di sospensioni efficaci e sullo sfruttamento delle proprietà degli pneumatici.

Ora, una sospensione, in gergo veicolistico, indica il collegamento tra le ruote e tutte le masse sospese del veicolo, ma in realtà è un qualunque sistema atto a ridurre la trasmissione di un forzante da un corpo all'altro.

Ad esempio, le sospensioni sono fondamentali in ambito civile ed edile per isolare sismicamente gli edifici.

Nel caso specifico dei trattori, si può prevedere una sospensione sia tra le ruote che il corpo veicolo che tra quest'ultimo e la cabina di pilotaggio, similmente a quello che avviene nel campo dei trasporti pesanti.

Le sospensioni possono essere di diverso tipo, ma la loro schematizzazione è sempre quella di un corpo elastico ed uno smorzatore che lavorano in parallelo. Mentre l'elemento smorzante è,

Solitamente, un cilindro idraulico con, all'interno, un olio, può esserci arbitrarietà nella scelta dell'elemento elastico; quest'ultimo, nel caso delle autovetture, è costituito da una molla, ma nel caso dei trattori è tipico individuare un elemento pneumatico. Si parla di sospensioni idropneumatiche.

Il vantaggio di una sospensione idropneumatica è quello della possibilità di variare la rigidezza e dello smorzamento della sospensione; questa variazione avviene mediante un sistema di controllo implementato per via elettronica.

Le caratteristiche della sospensione idropneumatica, paragonata ad una classica meccanica, sono le seguenti:

In termini costruttivi, è presente un martinetto idraulico che, insieme all'involucro esterno della sospensione, forma una camera in cui è contenuto olio. In più è presente un serbatoio con un gas in pressione, solitamente azoto; anche questo è contenuto in una

camera dedicata, delimitata dal serbatoio e da una membrana. All'olio è permesso di fluire verso il serbatoio del gas; quindi, nel momento in cui la ruota incontra un'asperità, il martinetto comprime l'olio, il quale è però un fluido incomprimibile. Allora fluisce verso la membrana, comprimendo l'azoto nella sua camera in pressione. Ovviamente, la pressione del gas funziona come rigidità della sospensione. L'elemento smorzante è una valvola dosatrice del flusso che parzializza la luce attraverso la quale l'olio si trova a fluire; quanto maggiore è l'ostruzione del passaggio tanto maggiore sarà lo smorzamento delle oscillazioni della sospensione. Il sistema è corredato da un sensore e da una pompa che permette di regolare l'altezza da terra. In base all'altezza da terra necessaria del trattore, o in funzione di una variazione desiderata, la pompa invia olio in pressione.

All'interno della camera del cilindro idraulico, ovvero tra cilindro e martinetto. Essendo l'olio incomprimibile, la dimensione della camera aumenta allontanando il martinello dalla testa del cilindro, quindi distanziando i due uniball estremali, uno connesso al cilindro e l'altro allo stantuffo.

Una sospensione tradizionale è passiva dal momento che è presente una molla che reagisce unicamente con una forza uguale e contraria a quella che l'ha deformata, mentre le sospensioni idropneumatiche possono essere:

• Sospensioni attive, attive nel momento in cui si immette energia nel sistema per controllare la configurazione delle sospensioni e fare in modo che sia sempre mantenuta nelle condizioni ideali; la sospensione è dotata di attuatori che esercitano forze indipendenti sulla sospensione, ovvero non dovute alla reazione della stessa a causa di asperità del fondo sul quale si marcia, per garantire comfort o prestazioni

Sospensioni semiattive, o sospensioni adattive, più diffusa rispetto a quella attiva e differisce dal fatto che la forza di reazione della sospensione è sempre attiva rispetto al forzante che la sollecita, similmente alle sospensioni passive, ma con la possibilità di modulare questa forza di reazione variando lo smorzamento o la rigidezza mediante variazione, rispettivamente, della strozzatura di passaggio dell'olio o della pressione della componente pneumatica.

La differenza principale tra sospensioni attive e semiattive è che nelle prime, a differenza delle ultime, si ha immissione di energia nel sistema.

Le sospensioni attive possono essere distinte in base alla loro attuazione, ovvero in base a come l'energia viene immessa nel sistema:

• Attuazione idraulica, in cui la centralina riceve continuamente dati da trasduttori di posizione sistemati in punti specifici del veicolo, e in base ai dati comanda un servomeccanismo idraulico che, mediante un corpo pompante,

elabora olio in modo tale da garantire una forza specifica di reazione della sospensione in funzione delle prestazioni da ottenere, memorizzate in termini di altezze da terra o di forza target di reazione del sistema sospensivo

Attuazione elettromagnetica, che ricorrono a motori elettrici lineari per il controllo dell'altezza da terra; tuttavia, sono diffuse prevalentemente su veicoli militari

Dal canto loro, le sospensioni semiattive si dividono in:

Azionamento a valvola solenoidale, che mediante un segnale elettrico inviato dalla centralina in base ai dati che elabora continuamente e provenienti da trasduttori di posizione, comanda una valvola azionata elettronicamente mediante una bobina elettrica che permette di modificare il flusso del fluido interno alla sospensione per modificare la sua reazione; si intuisce che ciò che viene variato è il coefficiente di smorzamento del sistema

Ammortizzatore magnetoreologico, il cui principio è del tutto simile a

quello di una sospensione attuata mediante una valvola solenoidale, ma l'attuazione del controllo non avviene mediante una valvola ma, bensì, mediante un elettromagnete che, eccitato, genera un campo magnetico e varia le proprietà fisiche del fluido dell'ammortizzatore, fluido nel quale sono immerse particelle metalliche che si orientano in maniera differente in base al campo magnetico generato dall'elettromagnete e modificano il coefficiente di smorzamento dell'ammortizzatore.

La sospensione anteriore di un trattore è solitamente costituita, nella sua versione di base, da un assale rigido oscillante rispetto al telaio mediante una coppia rotoidale; il moto relativo permesso è quello di una rotazione relativa tra assale e telaio. La sospensione anteriore si divide in:

• Assale anteriore oscillante non sospeso, nel caso in cui si tratti di un corpo rigido e connesso rigidamente ai portamozzi delle ruote
• Assale rigido sospeso, con uno o due cilindri

Osserviamo due particolarità tipologie:

• Sistema di sospensione della cabina standard, in cui tra questa e il telaio del trattore sono frapposti dei tamponi in gomma, nella zona anteriore, ed un sistema meccanico, pneumatico o addirittura asmorzamento controllato per la sospensione della zona posteriore della cabina
• Sistema di sospensione della cabina a quattro punti, in cui tutti i quattro vertici della cabina sono montati su sospensioni a molla e ammortizzatore e anche interconnesse con barre antirollio

12.1.4 Sospensione del sedile

Infine, oltre al veicolo e alla cabina, viene posto come massa sospesa anche il sedile. Le caratteristiche tipiche della sospensione sono:

• Due gradi di libertà, ovvero due traslazioni, una longitudinale nella direzione dell'asse longitudinale del trattore e una ortogonale a quest'ultima e alla seduta
• Corsa limitata per evitare l'allontanamento dai comandi, limitata a 5 cm
• Frequenza naturale verticale minore di 2 Hz

Sistema con una molla meccanica, molla pneumatica o sospensione attiva, scelto e dimensionato in base alla massa, compresa tra 55 kg e 135 kg.