Funzionamento e Manutenzione del Freno Idraulico nei Trattori

Il trattore agricolo, per il tipo di impiego e le condizioni ambientali in cui opera, può risultare pericoloso, essendo soggetto al ribaltamento e quindi allo schiacciamento dell’operatore. Anche gli impianti frenanti sono decisivi nell’incremento della sicurezza attiva del trattore agricolo, ed hanno avuto nel tempo una evoluzione enorme.

Evoluzione degli Impianti Frenanti

Si è passati in pochi decenni da macchine molto lente, per le quali erano sufficienti dei freni a nastro presenti sul solo assale posteriore, a macchine che per ottenere l’omologazione a 30 km/h necessitavano in sostanza di installare nei semiassi posteriori dei potenti freni multidisco a bagno d’olio. L’azionamento basico per i freni è di tipo essenzialmente meccanico, ed è ancora utilizzato sui trattori specialistici cingolati, omologati per i 15 km/h di velocità massima.

Gli azionamenti idraulici sono i più vantaggiosi anche perché permettono anche di ripartire in modo semplice la forza frenante sugli assali (quando sull’assale anteriore sono presenti dei freni).

Tipologie di Freni

Oltre ai freni di servizio, utilizzati durante la marcia, sui trattori vi è anche un freno di stazionamento (o di parcheggio) che si utilizza per la sosta in sicurezza del veicolo. Mentre i primi vengono comandati tramite un pedale, per quelli di stazionamento si utilizza di solito una leva manuale o un comando elettroidraulico (che sui trattori più evoluti si aziona automaticamente quando si arresta il motore).

Manutenzione e Controlli Periodici

In entrambi i casi è opportuno effettuare scrupolosi controlli periodici. Riguardo invece ai tubi flessibili, ad una accurata ispezione visiva va aggiunta un attento controllo delle deformazioni interne, che è però difficile da effettuare senza smontare le stesse, e che può comunque essere sostituito da una valutazione di mantenimento della funzionalità pregressa. Nel caso si verifichino delle frenate irregolari, spesso ciò è dovuto agli elementi flessibili che possono col tempo occludersi in alcune posizioni di lavoro.

Evoluzione dei Materiali d'Attrito

I materiali d’attrito hanno avuto anch’essi una notevole evoluzione, dai materiali a base d’amianto - comunemente diffusi fino agli anni ’80 - si è infatti passati a componenti che dovevano assicurare le stesse prestazioni fisico-meccaniche con una tossicità per l’uomo inferiore.

Sistemi Frenanti Moderni

Oggigiorno, dato che in alcuni paesi è già possibile omologare i trattori per velocità di 50, 60 e in alcuni casi 65 km/h, è stato necessario anche introdurre nell’ambito dei trattori agricoli dei sistemi frenanti simili a quelli dei camion, ovvero freni esterni raffreddati quindi dall’aria, ma generosamente dimensionati e talvolta provvisti anche di ABS. Alcuni trattori sono oggi dotati anche del cosiddetto “freno motore”, un dispositivo presente da molto tempo sugli autocarri, e che permette di rallentare senza intervenire sui pedali dei freni di servizio.

Si tratta di un dispositivo che permette di “strozzare” (parzializzare) il flusso dei gas di scarico agendo su di un apposito pedale (o dispositivo a mano) che comanda la chiusura di una valvola a farfalla che causa una diminuzione del regime del motore. Agendo sul comando viene anche chiusa la mandata di combustibile.

Impianti di Frenatura Ausiliaria per Rimorchi

La necessità di trainare rimorchi ed attrezzature caratterizzati da masse sempre maggiori ha portato i costruttori a realizzare impianti di frenatura ausiliaria per il rimorchio sia di tipo pneumatico sia di tipo idraulico. Gli impianti misti di tipo automatico-pneumatico sono prodotti generalmente da ditte specializzate e funzionano con pressioni massime nell’ordine dei 7-8 bar.

Mentre in Italia è molto utilizzata la presa a innesto doppio combinato che utilizza una tubazione di alimentazione collegata all’innesto sinistro e quella di comando che è allocata in quello destro, all’estero sono invece diffusi gli impianti a due vie che prevedono un innesto colorato di giallo per fornire aria al distributore del rimorchio, e un innesto rosso che serve per caricare il serbatoio e alimentare i freni. Quando invece il rimorchio è dotato di un impianto a una sola via si utilizza l’innesto aggiuntivo colorato di nero.

Impianti di Frenatura Idraulica

Per i trattori sono anche disponibili impianti di frenatura dei rimorchi che sfruttano la pressione dell’olio del circuito idraulico di frenatura del trattore. Questi impianti prevedono un’apposita presa che fornisce olio a una pressione di circa 150 bar e assicura un’azione frenante proporzionale alla spinta esercitata dal conducente sui pedali dei freni.

Agri-Power: Innovazione nei Freni Idraulici

La francese Agriest svela al grande pubblico del Sima 2017 un nuovo freno idraulico per rimorchi e operatrici trainate. L’inedito cilindro, denominato Agri-Power e insignito della prestigiosa nomination agli Innovation Awards del salone parigino, è in grado di combinare sia la funzione di freno dinamico azionato dall’apposito pedale che quella di freno di stazionamento. Il segreto della duplice funzione sta nella doppia camera idraulica interna al martinetto.

Funzionamento dell'Agri-Power

Premendo il pedale del freno del trattore, entrambe le camere del cilindro vanno in pressione provocando la compressione della molla. Rilasciando il pedale viene meno la pressione nella prima camera idraulica e l’Agri-Power entra in modalità di frenatura dinamica. Una valvola di non ritorno mantiene in pressione la seconda camera idraulica; il classico comando manuale del freno di stazionamento va ad agire proprio su tale valvola, aprendola e consentendo il passaggio della pressione idraulica dalla seconda camera verso la prima. La molla aiuta poi a mantenere meccanicamente il cilindro in modalità di freno di stazionamento.

L’Agri-Power è concepito per essere montato su qualsiasi tipo di attrezzatura dedicata al trasporto o la lavorazione del suolo, offrendo alle Case costruttrici un’intelligente soluzione per convertire o adeguare le proprie macchine alla frenatura idraulica. L’integrazione delle due funzioni in un unico elemento evita di dover installare complicati sistemi di tiranti e cavi di collegamento tipici del tradizionale freno di stazionamento.

Freni a Inerzia

I freni a inerzia sono un sistema di frenatura progettato principalmente per rimorchi. La costruzione e il funzionamento dei freni a inerzia possono variare leggermente a seconda del design specifico, ma la loro struttura di base e il principio di funzionamento sono generalmente simili.

Accoppiatore: il componente che collega il rimorchio al veicolo trainante.
Pistone o Slitta: all’interno dell’accoppiatore c’è un pistone o una slitta che può muoversi in risposta al movimento relativo tra veicolo e rimorchio.
Sistema di Frenatura: Il Sistema di Frenatura può essere sia meccanico che idraulico. Nel caso di un sistema meccanico, la leva potrebbe spingere direttamente sui freni a tamburo o a disco del rimorchio.
Regolazione: molti freni a inerzia hanno anche un meccanismo di regolazione che permette di settare la sensibilità o la forza con cui i freni vengono applicati in risposta al movimento relativo.
Ritorno e Smorzamento: una volta che la forza frenante non è più necessaria (ad esempio, quando il veicolo trainante accelera o quando la forza d’inerzia diminuisce), un meccanismo di ritorno riporta il pistone o la slitta e la leva alla loro posizione originale.

Quando il veicolo trainante rallenta, l’inerzia del rimorchio cerca di continuare a muoversi alla stessa velocità. L’intensità della frenata del rimorchio dipende dalla forza con cui il rimorchio spinge sul veicolo trainante. Sono generalmente più semplici rispetto ad altri sistemi di frenatura, poiché non richiedono collegamenti elettrici o idraulici complessi tra il veicolo trainante e il rimorchio. Perciò anche se non sono sofisticati, hanno bisogno di meno manutenzione e sono più economici. Inoltre funzionano autonomamente, quindi non necessitano di un’interfaccia o di un controllo esterno per funzionare correttamente. Ma per applicazioni più complesse e che richiedono maggiore controllo e precisione, bisogna cercare altre soluzioni.

Oleodinamica

L’oleodinamica è una tecnica che utilizza i fluidi per generare pressione e convertirla in energia meccanica. I cilindri e le pompe idrauliche consentono di sollevare carichi pesanti con il minimo sforzo. Questi vengono inoltre utilizzati anche nelle frizioni o nei sistemi frenanti dei veicoli commerciali.

La parola oleodinamica è composta da due parole greche: “élaion”, riferito a sostanze dotate di untuosità, e “dynamikós” riferito alla forza e al movimento. Da ciò si può dedurre in cosa consiste un sistema oleodinamico: un fluido viscoso viene immesso in un sistema chiuso dove successivamente viene creata o aumentata una certa pressione per azione meccanica o statica. In entrambi i processi, la pressione che si crea viene trasmessa attraverso tubi o sistemi di tubature fino a innescare la reazione (meccanica) desiderata in un punto specifico.

In virtù del loro semplice funzionamento, gli impianti oleodinamici vengono utilizzati in un’ampia gamma di aree di lavoro. Per il funzionamento di sistemi oleodinamici viene raramente utilizzata l’acqua. Di solito tali impianti vengono azionati con l’aiuto di un olio speciale (olio idraulico). Grazie alle sue proprietà, l’olio è perfettamente idoneo a garantire un funzionamento delicato all’interno della meccanica di precisione di macchine e motori. Come oli oleodinamici si possono utilizzare, a seconda del settore di applicazione, oli minerali, oli vegetali, emulsioni acqua-olio o fluidi sintetici.

I sistemi oleodinamici possono movimentare grandi carichi con una forza facile da gestire. In tale processo sono coinvolti diversi componenti all’interno del circuito oleodinamico. La seguente panoramica passo dopo passo spiega in maniera semplice come funziona l’oleodinamica.

Aumento della pressione La pompa idraulica viene azionata manualmente (ad esempio azionando una leva o un pedale) o tramite un motore. Il movimento del pistone riduce lo spazio per l’olio idraulico. La pressione continua a salire.
Distribuzione del volume o del flusso Il fluido in pressione è chiamato anche volume o flusso. Questo viene distribuito attraverso i tubi idraulici del sistema. Nei sistemi oleodinamici complessi è possibile utilizzare delle valvole per controllare la direzione del flusso volumetrico.
Conversione in energia meccanica Una volta che il fluido si è diffuso attraverso i tubi e ha accumulato una pressione sufficiente, attiva un secondo cilindro o motore idraulico (cilindro idraulico doppio effetto) che è responsabile del processo corrispondente (ad esempio, il sollevamento di una piattaforma o l’attivazione del freno).
Ritorno del fluido idraulico Infine, per abbassare nuovamente la pressione nel caso di sistemi manuali a molla (in un sistema frenante, ad esempio), è sufficiente riposizionare la leva nella sua collocazione iniziale. Sulle macchine edili più grandi o su elevatori idraulici potenti è presente di solito un secondo interruttore che abbassa il pistone e, se necessario, apre una valvola di ritorno in modo che il fluido idraulico venga nuovamente distribuito in maniera uniforme all’interno del sistema.

Nota bene: Il funzionamento della centralina oleodinamica è essenziale per gestire la distribuzione del fluido e il controllo delle valvole, inclusa la valvola di massima pressione. Anche se le modalità di funzionamento sono molto simili, l’oleodinamica presenta alcuni vantaggi rispetto alla pneumatica. I sistemi e gli azionamenti oleodinamici sono estremamente potenti.

Cosa si intende per oleodinamica?

La parola oleodinamica è composta da due parole greche: “élaion”, riferito a sostanze dotate di untuosità, e “dynamikós” riferito alla forza e al movimento. Da ciò si può già dedurre in cosa consiste un sistema oleodinamico: un fluido viscoso viene immesso in un sistema chiuso dove la pressione viene successivamente accumulata per azione meccanica o statica. Tale pressione viene quindi trasmessa tramite tubi o sistemi di tubature fino a quando non innesca la reazione (meccanica) desiderata in un punto specifico. In tal modo è possibile generare grandi forze con un apporto energetico relativamente ridotto, e tali forze possono, a loro volta, essere utilizzate per movimentare carichi, azionare macchine o spostare determinati componenti.

Quali sono i settori che impiegano l’oleodinamica?

Macchine agricole e da costruzione: accessori per escavatori, gru, trattori e benne ad alto ribaltamento
Officina meccanica: piattaforme di sollevamento, utensili, sollevatori idraulici
Ingegneria automobilistica: frizione, freni, servosterzo, telaio
Ingegneria logistica: carrelli elevatori, transpallet manuali
Impianti di sollevamento
Produzione: presse idrauliche, banchi prova, nastri trasportatori

Quali sono i vantaggi di un sistema oleodinamico?

Elevata trasmissione di potenza
Ingombro relativamente ridotto
Buona adattabilità alle contingenti condizioni di spazio grazie a tubi e collegamenti flessibili
Idoneità anche per macchine di precisione grazie a sequenze di movimento lente e regolabili separatamente
Lunga durata e bassa usura (se mantenuti e utilizzati seguendo le istruzioni)
L’olio idraulico previene l’attrito e allo stesso tempo svolge una funzione refrigerante, aumentando così la durata del sistema

Perché è importante considerare il funzionamento di una centralina oleodinamica?

La centralina oleodinamica è fondamentale per il corretto funzionamento del sistema. Regola la pressione e il flusso del fluido idraulico, garantendo l’efficienza e la sicurezza dell’intero circuito.

Le esigenze di mobilità dell'agricoltura moderna sono sempre più pressanti, con carichi e velocità in gioco continuamente crescenti. L’aspirazione di tutti gli agricoltori (ma soprattutto dei contoterzisti) è poter viaggiare sempre più velocemente e con carichi maggiori, perché notoriamente quelli di trasferimento sono considerati tempi persi, comunque non dedicati al mero lavoro di campo.

Gli impianti di frenatura dei rimorchi possono essere meccanici, idraulici o pneumatici. Per l’efficacia della loro azione, sui modelli di elevata portata le soluzioni idraulica e pneumatica sono praticamente d’obbligo. L’impianto meccanico di frenatura equipaggia tipicamente i rimorchi agricoli di minore portata.

In pratica, l’organo frenante è il ben noto freno a tamburo, di solito azionato manualmente tramite una leva dedicata, collocata di fianco al posto di guida. La criticità di questa soluzione è rappresentata soprattutto dalle modalità di azionamento del comando a leva, che deve essere attivata dal conducente con una mano, contestualmente all’azionamento dei pedali per la frenatura del trattore.

Un’interessante evoluzione delle soluzioni meccaniche per l’arresto delle operatrici trainate è il cosiddetto freno ad inerzia. Si tratta di una tipologia di frenatura diffusa soprattutto in Germania, per attrezzature rimorchiate che non richiedono un collegamento diretto con un impianto montato sulla motrice, come ad esempio nel caso delle mietitrebbiatrici che trainano in autonomia la propria testata di raccolta, su un carrello portabarra.

La nuova normativa europea per la circolazione delle macchine agricole aprirà di fatto nuovi orizzonti a questa soluzione che, seppur da tempo ben conosciuta, non era mai stata seriamente considerata in precedenza, a causa delle preclusioni che le normative attuali ancora impongono.

Il principio di funzionamento dell’impianto è basato su freni a comando meccanico e da un timone telescopico. Attraverso la meccanica di quest’ultimo, quando il trattore frena si genera una forza di inerzia (da qui la denominazione) che per mezzo di opportuni tiranti agisce sull’apparato frenante del rimorchio.

L’efficacia di questa soluzione è strettamente legata al rapporto tra la massa della motrice e quella del rimorchio, che logicamente deve essere sempre decisamente superiore all’unità. Per i trattori la situazione invece si inverte (a volte anche in modo drastico) per cui è necessario un intervento di frenatura attiva (come quella idraulica o pneumatica).

Se l’impianto di frenatura del trattore è di tipo idraulico, la tedesca Bosch Rexroth ha messo a punto un dispositivo ABS che in sostanza agisce sulla modulazione delle valvole che determinano la pressione dell’olio nell’elemento frenante di ogni singola ruota. I problemi principali per la funzionalità dell’intero sistema riguardano il dover assicurare la necessaria velocità di intervento dell’idraulica e la gestione delle varie situazioni critiche.

La frenatura pneumatica del rimorchio è molto diffusa in Italia, piuttosto che quella di tipo idraulico, viceversa popolare in altri Paesi, come ad esempio la Germania. In pratica, un compressore azionato dal motore del trattore accumula dell’aria in pressione in un serbatoio dedicato.

Tramite un regolatore comandato dagli stessi pedali della motrice, l’aria fluisce attraverso un semigiunto al rimorchio, dove un servodistributore provvede ad azionare gli organi frenanti. Diversi costruttori di rimorchi di grande portata offrono già modelli con frenatura pneumatica e idraulica dotati di ABS.

Contrariamente a quanto si potrebbe pensare, l’ABS aumenta di molto la sicurezza in frenata non a pieno carico, quanto piuttosto con il rimorchio vuoto; infatti, se la massa è ridotta, le ruote dell’attrezzatura trainata in frenata si bloccheranno immediatamente, provocando pericolosi sbandamenti, specie nella percorrenza di traiettorie curve. Tale situazione è enfatizzata proprio a causa della tipica regolazione della forza frenate sui rimorchi, che ovviamente viene tarata sempre per il mezzo a pieno carico.

Premiata con la medaglia d’argento all’Agritechnica del 2007, è un’innovazione che garantisce una migliore manovrabilità anche su terreni difficili e condizioni disagevoli con rimorchi a due e 3 assi ravvicinati. In pratica, il raggio di sterzata non è gestito passivamente in modo meccanico come di solito avviene, ma attivamente tramite un giroscopio (montato sul trattore), che trasmette il segnale ad un trasduttore di posizione angolare sull’asse, dove alcuni cilindri idraulici pilotano l’angolo di sterzata ottimale.

I vantaggi sono molteplici, e riguardano: una tenuta di strada migliorata anche su percorsi in pendenza e dissestati; una maggiore stabilità in frenata; una ridotta usura degli pneumatici (specie nelle curve strette); un più alto livello di sicurezza in caso di guida in pendenza; una miglior distribuzione dei pesi a terra tramite gli pneumatici; la possibilità di muoversi sia in marcia avanti che indietro senza problemi anche su dossi o cunette.

La tedesca Knorr-Bremse ha sviluppato nel 2011 per i rimorchi Jumbo di Pöttinger il Trailer-EBS TEBS G2.1, un dispositivo frenante elettronico composto da un insieme di sensori, dalle componenti pneumatiche dell’apparato frenante e dall’immancabile centralina. Il cuore del dispositivo è l’ABS, il noto sistema che evita il bloccaggio delle ruote in caso di sovra-frenata o in presenza di una superficie stradale a scarsa aderenza, impedendo così pericolosi sbandamenti del veicolo.

I rimorchi dotati di TEBS G2.1 possono essere trainati sia da trattori convenzionali che con ABS ed EBS.

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