Macchine con sospensioni idrauliche: funzionamento e vantaggi

Le sospensioni pneumatiche auto sono dei dispositivi che sono presenti sia di serie che come optional ed offrono un comfort di marcia elevato, garantendo una guida più efficace. Sempre più automobilisti scelgono di acquistare questo tipo di sospensioni per gli innumerevoli vantaggi che comporta. Il mondo delle sospensioni, al pari del resto della meccanica agricola, non è immutabile: subisce l’effetto del progresso tecnologico e, in qualche modo, anche delle mode.

Sospensioni pneumatiche: come funzionano?

Innanzitutto, è bene specificare che le sospensioni pneumatiche lavorano in modo diverso ed assicurano un maggior comfort di marcia rispetto a quelle tradizionali. Infatti, la principale differenza risiede nel meccanismo: si utilizzano soffietti in gomma riempiti con aria compressa che consentono di impostare il livello di altezza dell'auto.

Il funzionamento di questo tipo di sospensioni è molto semplice: a differenza di quanto accade con le sospensioni tradizionali, non è presente la molla, che invece è sostituita da un soffietto ad aria, che mantiene il vostro veicolo a una determinata altezza. Si tratta di una sorta di “polmone” piuttosto resistente fatto in elastomero, al cui interno viene conservata una variabile quantità di aria. I compiti del soffietto sono i medesimi della molla, mentre l’ammortizzatore pneumatico smorza le sollecitazioni tipiche della strada, così come un tradizionale ammortizzatore a olio o a gas.

La sospensione pneumatica risulta un po’ più complessa rispetto a quella tradizionale, in quanto l’assetto e lo smorzamento di quest’ultima è connessa alla reazione meccanica della molla. Infatti, la quantità d’aria presente nella molla ad aria viene regolata da un sistema elettronico, che agisce in base all’assetto di cui si necessita e al terreno che si attraversa. Parliamo quasi di una molla regolabile, capace di assumere forme diverse rispetto alle necessità, così da adattare al meglio la vettura allo stile di guida del conducente e alla strada.

Le auto dotate di sospensioni pneumatiche garantiscono sensazione di stabilità a bordo anche con l’aumentare della velocità e con un incremento di rigidità delle molle che in curva o in frenata riduce efficacemente il rollio. L’importanza delle sospensioni ad aria è dovuta principalmente al fatto che garantiscano una sicurezza maggiore mentre si è alla guida. Tutti i vantaggi che si traggono dal loro acquisto, infatti, hanno come obiettivo quello di assicurare un tipo di guida migliore, migliorando il comfort.

Tipologie di sospensioni

L’obiettivo che accomuna tutte le tipologie di sospensioni è di mantenere sospesa la massa del veicolo che grava sugli pneumatici, con assetto neutro, così da eliminare beccheggio e rollio il più possibile, indipendentemente dalle asperità della strada e dalle condizioni di guida. Le sospensioni pneumatiche sono una particolare tipologia di sospensioni, caratterizzate dalla possibilità di essere alimentate da una pompa elettrica o da un compressore a motore.

Esistono quattro tipologie di sospensioni pneumatiche che si regolano in modo automatico attraverso il sistema di controllo elettronico integrato nella centralina:

• Attive: sono costituite da sistemi automatici che controllano il movimento delle masse sospese e quelle non sospese in maniera costante. Tali tipologie di sospensioni gestiscono le molle pneumatiche in maniera più rigida o morbida in base alle condizioni della strada o dell’assetto, consentendo di selezionare l’altezza. Non sono dotate di molla tradizionale, quindi è possibile regolarle in termini di smorzamento e rigidezza.
• Passive: sono quella tipologia in cui il movimento delle masse sospese e della ruota è condizionato solamente dal terreno. Parliamo, dunque, del sistema molla-ammortizzatore, in cui le diverse caratteristiche di questi due componenti sono fisse e non è possibile regolarle in nessun modo successivamente, come capacità di smorzamento, rigidezza della molla e numero di spire.
• Adattative o semiattive: rappresentano una sorta di via di mezzo tra le passive e le attive, considerando che sono dotate di una molla convenzionale, la cui rigidezza è immodificabile, e di un ammortizzatore ad olio, che è controllabile attraverso la regolazione della sezione di passaggio dei fori, quindi è possibile cambiare lo smorzamento.
• Selettive: sono la tipologia più semplice, in quanto permettono di modificare lo smorzamento in base alle condizioni della superficie stradale, ma, a causa della presenza della molla elicoidale, la rigidezza è fissa.

Citroën e le sospensioni con Progressive Hydraulic Cushions® (PHC)

A partire dal 2017, Citroën ha introdotto nella propria gamma le sospensioni con Progressive Hydraulic Cushions® (PHC), tecnologia coperta da ben 20 brevetti internazionali. Si tratta di una sospensione che prevede due fine corsa idraulici, uno in compressione e uno in estensione, con un particolare sistema di smorzamento progressivo.

Ciò significa che la forza di intervento dei tamponi idraulici varia a seconda dell’escursione verticale della ruota e non solo a seconda della velocità di azionamento. Man mano che l’ammortizzatore si avvicina a fine corsa, in compressione o in estensione, lo smorzamento idraulico dell’ammortizzatore andrà progressivamente ad aumentare. L’aumento dello smorzamento è ottenuto tramite una progressiva occlusione dei fori di passaggio dell’olio all’interno dell’ammortizzatore.

Il sistema è interamente idraulico e meccanico, senza alcun componente elettrico, quindi è economico e affidabile, e introduce un peso decisamente trascurabile. Grazie a questa tecnologia, Citroën può adottare sui propri veicoli molle più morbide, con una frequenza di risonanza che passa da 1,2 ÷1,4 Hz di una sospensione convenzionale a circa 1 Hz ÷ 1,1 Hz, a vantaggio di un elevato comfort sulle piccole asperità.

Schema della sospensione con tamponi di fine corsa progressivi

In figura 1 è raffigurato lo schema della sospensione con tamponi di fine corsa progressivi, oggetto del brevetto Progressive Hydraulic Cushions® di Citroën. Il sistema fa uno step in avanti rispetto alla classica sospensione con tamponi idraulici, introducendo il concetto di progressività di intervento.

Innanzitutto la molla principale è una molla a flessibilità variabile (17b) composta da tre sezioni (17b1, 17b2 e 17b3). Per piccole escursioni, la molla presenta una costante di rigidezza inferiore rispetto a una molla tradizionale, consentendo la riduzione della frequenza di risonanza verticale della carrozzeria del veicolo, che passa da 1,2 ÷1,4 Hz a circa 1 Hz ÷ 1,1 Hz. Inoltre, il valore di smorzamento dell’ammortizzatore è più basso.

Sono presenti due fine corsa meccanici (7b - tampone poliuretanico e 16b - molla di contrasto) e due fine corsa idraulici (15b e 9b). Per compensare la ridotta rigidezza dalla molla di sospensione 17b, il sistema di sospensione idraulica presenta un tampone poliuretanico (7b) più corto, mentre il tampone idraulico (9b) di compressione ha un’ampiezza di movimento più elevata, compresa tra 40 e 60 mm.

Inoltre, la struttura del cilindro (10b) comprende nella sua parete una pluralità di fori radiali passanti (13), che consentono l’ingresso o l’uscita del fluido idraulico dalla camera di compressione (4) del cilindro dell’ammortizzatore. Pertanto, man mano che il cilindro (10b) del tampone di fine corsa (9b) si sposta attorno al corrispondente pistone (11b) verso la parete di fondo inferiore del cilindro dell’ammortizzatore, un numero crescente di fori passanti (13) viene occluso, riducendo così la sezione complessiva dei fori passanti, in modo che la forza di smorzamento esercitata dal tampone idraulico aumenti, per una velocità di spostamento costante.

Per movimenti di bassa e media energia, la sezione complessiva di fori passanti (13) attraverso il cilindro (10b) è sufficientemente elevata da garantire una frenata dolce del pistone dell’ammortizzatore. Per deflessioni di maggiore entità, la sezione complessiva di passaggio diminuisce, perché un numero crescente di fori passanti (13) viene otturato dal pistone (11b): questo garantisce una più brusca frenatura del pistone dell’ammortizzatore, per proteggere la scocca e il telaio del veicolo.

Per compressioni ancora maggiori, il tampone poliuretanico (7b) viene compresso e partecipa al rinforzo della frenatura del pistone dell’ammortizzatore. Anche il fine corsa di estensione è più lungo. Il pistone flottante dell’ammortizzatore idraulico in estensione (15b) presenta un’ampiezza di movimento attorno allo stelo dell’ammortizzatore compresa tra 40 e 80 mm.

L’allungamento dell’ampiezza di movimento del fine corsa in estensione (15b) consente di ridurre la rigidezza della molla (16b), in modo che contribuisca poco alla frenatura del pistone dell’ammortizzatore in estensione. Inoltre, la parte superiore della camera di espansione (5) del cilindro dell’ammortizzatore comprende una parete (2b) di forma troncoconica, la cui sezione trasversale decresce in direzione superiore verso la parete (8) dell’ammortizzatore.

Pertanto, la forza esercitata dal tampone idraulico (15b) aumenta molto gradualmente con la corsa del pistone flottante (15b). Man mano che il pistone flottante si sposta verso la parete terminale superiore del cilindro dell’ammortizzatore lungo la parete troncoconica (2b), l’asola e lo spazio anulare (23b) del pistone flottante (15b) si chiudono gradualmente, riducendo così la sezione di passaggio del fluido idraulico.

Soglie di intervento dei sistemi di tamponatura idraulici e meccanici

Il grafico di Figura 2 è utile per comprendere meglio le soglie di intervento dei sistemi di tamponatura idraulici e meccanici. La scala verticale rappresenta la corsa in millimetri del pistone dell’ammortizzatore, durante la corsa della ruota del veicolo. In alto ci sono i movimenti di compressione rispetto alla posizione di riferimento, mentre in basso i valori negativi rappresentano le estensioni.

La corsa zero (zero millimetri) sull’asse delle ascisse corrisponde invece alla situazione in cui la sospensione non è soggetta ad alcuna forza diversa da quella esercitata dalla massa del veicolo. Nel caso in cui l’ammortizzatore sia inclinato rispetto alla verticale, le deflessioni della ruota non corrispondono a quelle dell’ammortizzatore ma sono ovviamente maggiori.

Dal grafico di Figura 2 si può notare come le soglie di intervento dei fine corsa idraulici siano molto vicine al livello zero, quando la sospensione è caricata solo della massa propria del veicolo. Significa che intervengono già per corse molto ridotte dell’ammortizzatore. Inoltre, si evidenziano rampe di intervento graduali, cioè con curve verticali nel diagramma forza-corsa.

Già con corse di compressione di 10 mm (parte alta del grafico) viene provocato il movimento del cilindro (10b) attorno al suo corrispondente pistone del tampone idraulico di compressione (9b). Il numero di fori passanti attraverso il cilindro (10b) diminuisce man mano che la corsa aumenta, aumentando progressivamente lo smorzamento. Inoltre, è ben visibile come il tampone poliuretanico (7b) intervenga soltanto per escursioni molto elevate in compressione, oltre a 50 mm.

Lo smorzamento aggiuntivo esercitato dall’arresto idraulico consente di controllare la velocità e l’ampiezza delle deflessioni di media ed alta energia, senza tuttavia avvertire la discontinuità generata dal contatto di un arresto meccanico.

Vantaggi delle sospensioni pneumatiche

Le sospensioni pneumatiche sono una particolare tipologia utilizzata soprattutto nei marchi automobilistici di fascia alta, come Audi, BMW, Mercedes, Land Rover e Tesla. I vantaggi relativi all’impiego di sospensioni pneumatiche sono innegabili.

• Permettono la regolazione dell’altezza da terra del veicolo, in base alle condizioni di carico, che variano in base al modello.
• Offrono un migliore comfort di guida, con l’auto che subirà di meno le conseguenze delle asperità del terreno, riducendo i sobbalzi.
• Garantiscono un miglior rendimento in frenata e la maggiore tenuta di strada, grazie alla continua regolazione dell’assetto, così da godere di più sicurezza.

Sospensioni integrali Volvo: un esempio

Aumentando la velocità potrai ridurre notevolmente la durata del ciclo di lavoro. Potrai completare il lavoro più rapidamente con enormi vantaggi a livello di produttività. Adottando sospensioni integrali, potrai fare lo stesso lavoro con meno macchine e diminuire quindi considerevolmente il costo totale di proprietà. Gli operatori adorano le sospensioni integrali Volvo. E non c'è da stupirsi. Eliminano infatti le sollecitazioni, le vibrazioni e il rumore normalmente associato ai percorsi fuori strada. Otterrai dunque una guida più confortevole, evitano lesioni da stress ripetitivo e rimarrai concentrato e in pieno controllo per tutta la giornata di lavoro.

I dumper con sospensioni integrali Volvo sono equipaggiati di serie con il sistema OBW di pesatura di bordo. Un sistema che ti aiuterà a caricare rapidamente la maggiore quantità possibile di materiale senza rischio di superare la capacità di carico massima del dumper ed evitare così di consumare inutilmente i pneumatici. Infine, il sistema di livellamento automatico provvede a stabilizzare in modo continuo il carico durante la marcia per ridurre al minimo il rischio di fuoriuscite.

Le sospensioni integrali sono basate su un sistema completamente idraulico. Funzionano alimentando con olio idraulico i cilindri delle sospensioni. L'olio può entrare e uscire liberamente dal serbatoio secondo necessità, a differenza dei cilindri pneumo-idraulici. Le sospensioni anteriori comprendono due cilindri idraulici e due accumulatori.

Esempio pratico
Questo esempio riguarda una flotta di 16 dumper articolati, con un ciclo di trasporto totale di 3,1 chilometri. Poiché i dumper con sospensioni integrali possono andare più forte su strade di servizio, potrai ridurre il ciclo di lavoro medio di quasi 5 minuti. In questo esempio, grazie alla possibilità di completare un numero superiore di cicli di lavoro all'ora, la flotta di dumper può essere ridotta da 16 a 13 unità. Con una flotta di dumper ridotta del 18% e cicli di lavoro più brevi del 20%, il costo totale per tonnellata e il costo totale di proprietà verrà ridotto del 13%.

Numerose aziende del settore minerario ed estrattivo di tutto il mondo apprezzano questa speciale tecnologia per i vantaggi che offre a livello di produttività e di comfort di guida, offrendo al tempo stesso, una durata e affidabilità pari a quelle offerte dalle sospensioni tradizionali.

KW HLS: Più spazio da terra con un pulsante

Con il sistema idraulico HLS puoi alzare la tua auto sportiva in caso di ostacoli come dossi, binari ferroviari, entrate in parcheggi o garage, lavori in corso e poi ribassarla in modo sicuro. A seconda della versione del sistema d'innalzamento HLS il veicolo può essere idraulicamente sollevato all'asse anteriore o su entrambi gli assi di fino a 45 mm. Con questo kit si prevengono danni ai componenti aerodinamici o al sottoscocca o alla coppa dell'olio delle vetture molto basse.

Il kit d'innnalzamento è disponibile come soluzione specifica sia con assetto a ghiera KW che con assetto a ghiera originale a seconda del modello di auto. Se non trovi un sistema KW HLS per la tua auto nella nostra lista prodotti i nostri ingegneri hanno sviluppato anche un sistema HLS universale.

Il kit idraulico HLS è disponibile come soluzione specifica per le auto super sportive ma anche per auto di uso quotidiano. Incluso nel kit vengono forniti anche i tubi idraulici, la pompa idraulica e tutti gli accessori necessari per il montaggio e adattabili perfettamente a quelli originali della tua auto sportiva. Non importa se si vuole combinare il kit HLS con le sospensioni originali o con gli ammortizzatori a ghiera KW unici sul mercato, la scelta è vostra.

Il kit "HLS 2" rialza solo l'asse anteriore. Il kit "HLS 4" permette di alzare entrambi gli assi. L'unità col cilindro idraulico viene installato sul montante nella parte filettata tra il piattello molla e la molla. Il vantaggio del sistema idraulico è la mancanza di compressione dell'unità cilindro evitando movimenti involontari pericolosi durante la guida.

Ogni kit d'innalzamento HLS viene fornito con una unità di controllo connessa all'unità di controllo originale dell'auto. Il veicolo si abbasserà automaticamente raggiungendo una certa velocità e la guida continuerà con le caratteristiche standard del proprio sistema di sospensioni KW o originali.

I dossi di rallentamento sono i nemici naturali delle auto ribassate. Attraversamenti ferroviari o uscite dai garage sono una minaccia per spoiler e sotto scocca. Colpire simili ostacoli può portare a grossi graffi o addirittura parti strappate. Il sistema d'innalzamento KW HLS alza la tua auto con la semplice pressione di un pulsante fino a 45 mm per evitare gli ostacoli senza problemi, cosa non possibile con l'auto ad altezza originale.

Sospensioni per macchine agricole

Sebbene vi siano diversi produttori di mezzi agricoli che realizzano in proprio le sospensioni, o almeno una parte di esse, si tende a considerare che questi dispositivi siano ormai materia che richiede una competenza specifica. Dunque, che siano prodotti da ditte specializzate in sospensioni o perlomeno in assali.

Sospensioni meccaniche

Le sospensioni meccaniche, che sono ovviamente le più semplici e meno costose, si basano sul principio dell’elasticità dei metalli. Sfruttano, infatti, per ammortizzare i sobbalzi e gli urti ricevuti dal terreno, molle d’acciaio a strati sovrapposti, vale a dire le arcinote balestre. Variabili per numero e larghezza delle lamine (foglie, in gergo), possono ammortizzare pochi quintali come pure decine di tonnellate.

Se la resistenza è senza dubbio una loro caratteristica specifica, lo stesso non si può dire del comfort: le sospensioni a balestra assorbono i contraccolpi più violenti, ma ne trasmettono parecchi al telaio. Le sospensioni a balestra si differenziano in base al sistema utilizzato per fissarle al telaio. Si possono così avere attacchi a balestra semplice, bogie, bilanciere a ruote indipendenti, tandem o tridem.

• Bogie: è un tipo di sospensione oscillante nel senso di marcia, adatta a carichi gravosi e terreni particolarmente difficili, proprio per la capacità dell’attacco di muoversi rispetto al telaio.
• Tandem e tridem: sono invece sistemi di fissaggio multiplo delle sospensioni, pensati per carri a due e tre assi. Nell’attacco tandem, i due estremi più esterni delle balestre sono fissati al telaio, mentre le due estremità contigue poggiano su un supporto comune. Nel tridem avviene la stessa cosa, con la differenza che le balestre poste in linea sono tre (quella centrale, quindi, è fissata da entrambi i lati alle due balestre esterne). Di solito l’aggancio è di tipo a bilanciere. Il quale, tuttavia, è presente anche in versione a ruote indipendenti.

Sospensioni idrauliche e pneumatiche in agricoltura

Le sospensioni idrauliche sono indubbiamente più evolute di quelle meccaniche e rappresentano una soluzione di maggior efficienza (e costo), largamente utilizzata sulle macchine semoventi (trattori, macchine da raccolta e simili), ma anche sui rimorchi di alta gamma. Nel primo caso, le due ruote dell’asse restano collegate e se una di esse finisce in una buca, anche l’altra ne risente. Se gli ammortizzatori idraulici sono invece fissati su semiassi indipendenti, ogni ruota è completamente autonoma.

Da qualche anno, infine, anche in agricoltura stanno prendendo piede le sospensioni pneumatiche. Che, sostanzialmente, estremizzano il concetto della sospensione idraulica: in questo caso non si ha un cilindro pieno di fluido, ma direttamente un ammortizzatore riempito d’aria. Le pareti di quest’ultimo sono in gomma e tela, a tenuta stagna, e l’azione di smorzamento di urti e vibrazioni è assicurata dall’aria presente al suo interno. In pratica, quindi, il mezzo poggia su cuscinetti d’aria.

Produttori e tecnologie

• Adr: propone una gamma completa di ammortizzatori, dai meccanici al Tecnoax 2.0, un assale connesso che permette di variare la pressione di lavoro in base alle condizioni del carico e monitorare l’usura degli pneumatici e dei freni.
• Fad Assali: opera in collaborazione con produttori specializzati in sistemi di ammortizzamento. Insieme a Dbd ha sviluppato Sidra, un sistema a semiassi con sospensioni indipendenti sulle ruote, e Syka Free, che ricalca il principio del Sidra ma lo abbina a un assale unico. Recentemente ha lanciato Apeiron, la prima sospensione pneumatica progettata esclusivamente per l’ambiente agricolo, con un soffietto in caucciù speciale a tre anse con rinforzi interni e stabilità superiore.
• Ror (Assali Stefen): specializzato in prodotti per l’industria e il trasporto pesante, offre ammortizzatori pneumatici standard montati su un assale rigido, con caratteristiche superiori rispetto a un assale agricolo.

Costi e durata delle sospensioni pneumatiche

Passiamo ora alla questione economica, che non è assolutamente da sottovalutare, considerando che le sospensioni pneumatiche costituiscono un impianto ben più complesso rispetto a quelle meccaniche, quindi, in caso di rottura, aspettatevi delle spese non indifferenti.

I prezzi dei vari componenti, quindi gruppo valvole, compressore, ammortizzatori e soffietti, cambiano in base alla marca e al modello di auto sui cui montarli.

Chiaramente, se intendi acquistare dei ricambi originali, dovrai necessariamente rivolgerti a un concessionario e mettere in preventivo che le suddette cifre saranno raddoppiate se non quadruplicate.

Le sospensioni pneumatiche sono in grado di garantirvi una certa longevità, che si aggira intorno agli 80.000 km. Le parti di gomma sono quelle soggette più velocemente all’usura, infatti tendono ad asciugarsi e, successivamente, creparsi, risultando più fragili nel lungo periodo. Se ciò si verifica, è importante sostituire le molle pneumatiche al più presto. Per accorgersi di questa necessità, è bene fare attenzione a una serie di segnali, come un andamento poco confortevole o una scarsa manovrabilità.

Naturalmente, è importante sapere ogni quanto è necessario cambiare questo tipo di sospensioni: in generale, per evitare una sua rottura, si deve evitare la rottura delle molle e fare una revisione regolare degli ammortizzatori. Per accorgersi se le molle sono rotte basterà valutare l’altezza dell’auto da terra: la loro rottura, infatti, comporta il fatto che il veicolo non riesca più a mantenere l’elevazione. Nel caso della revisione degli ammortizzatori, invece, è fondamentale che vengano sostituiti prima che il veicolo percorra i 60 mila chilometri. Il prezzo per la sostituzione di un singolo ammortizzatore si aggira intorno ai settanta euro.

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