Schema Idraulico del Trattore: Funzionamento e Ottimizzazione

Le prese di forza (PTO, Power Take-Off) dei trattori sono componenti cruciali che consentono di trasferire la potenza meccanica dal motore del trattore ad attrezzature agricole e industriali. Il movimento rotatorio dell’albero della presa di forza viene quindi trasmesso all’attrezzatura collegata tramite un albero di trasmissione, una cinghia o un’altra forma di trasmissione.

Tipi di Presa di Forza (PTO)

PTO a 540 giri/min: Questo è il tipo più comune di PTO utilizzato sui trattori agricoli.
PTO a 1.000 giri/min: Questa PTO ruota a una velocità di 1.000 giri/min ed è più comune nei trattori di dimensioni maggiori o ad alte prestazioni.

Materiali dei Dischi Frizione nelle PTO

Nelle frizioni delle PTO sono usati dischi di frizione rivestiti con materiali che offrono buone caratteristiche di attrito e resistenza all’usura.

Rivestimento sinterizzato: Questo è uno dei materiali più utilizzati per i dischi delle PTO. Il rivestimento sinterizzato è costituito da particelle metalliche sinterizzate che creano una superficie dura e resistente all’usura. Questo permette al disco frizione di mantenere le sue prestazioni anche in condizioni di utilizzo intensivo e prolungato nel tempo.

La scelta del materiale dipende dalle esigenze specifiche dell’applicazione, dalla potenza del trattore e dall’uso previsto dell’attrezzatura.

Riduzione dei Consumi di Carburante

La riduzione dei consumi di carburante è uno degli obiettivi principali nello sviluppo di nuovi trattori, in quanto comporta una riduzione delle emissioni, dei costi operativi e di conseguenza una maggiore soddisfazione dei clienti. Negli ultimi trent’anni, il consumo specifico dei motori per trattori (cioè la quantità di carburante bruciato per generare 1 kWh di energia) è stato ridotto di più del 20% e questo obiettivo è stato raggiunto grazie a una continua ottimizzazione.

Infatti, man mano che aumenta il carico motore, ad esempio agendo sull’acceleratore, il motore risulta essere più efficiente. Supponendo che una macchina operatrice abbia un assorbimento di 35 CV, il motore può erogare questa potenza a bassi regimi con un alto carico motore o ad alti regimi con un carico motore basso.

Dalle precedenti affermazioni si può arrivare alla considerazione che i motori a combustione interna sono particolarmente efficienti quando vengono utilizzati quasi al limite e pertanto è importante evitare di utilizzare macchine eccessivamente potenti rispetto alla richiesta di potenza della lavorazione. Quando al motore è richiesta una potenza ben inferiore a quella massima che può erogare, è necessario che l’operatore faccia lavorare il motore nel modo giusto.

Nello specifico è consigliabile operare con rapporti lunghi e alto carico motore piuttosto che usare rapporti corti con bassi carichi. Questa regola è applicabile per le lavorazioni con macchine passive (ad esempio gli aratri) o per i trasporti, mentre per le operazioni che richiedono l’uso della presa di potenza (come ad esempio l’irrorazione), l’operatore è costretto a far operare il motore a determinati regimi in modo che la presa di potenza ruoti a una delle velocità nominali (540 o 1.000 rpm).

La presa di potenza economica viene usata al fine di risparmiare carburante e infatti si possono ridurre i consumi fino al 18%. Il posizionamento delle velocità nominali è ottimale per le attrezzature più pesanti, ma in quelle più leggere, come ad esempio le macchine spandiconcime e le seminatrici, l’operatore è obbligato a far lavorare il motore a regimi eccessivamente alti e quindi con bassi carichi motore. In tali circostanze, il motore opera in un punto di lavoro non efficiente.

Per diminuire il consumo specifico sarebbe opportuna una trasmissione tra motore e presa di potenza con una minore riduzione oppure un cambio di velocità della presa di potenza con un maggiore numero di rapporti per ciascuna velocità nominale. Tuttavia, tale soluzione non è stata mai proposta da alcun costruttore, probabilmente perché avrebbe richiesto modifiche importanti alla scatola della trasmissione che, tra l’altro, in molti trattori funge da elemento portante.

Azionamento Idraulico come Alternativa

Recentemente, alcuni costruttori di attrezzature hanno proposto spandiconcime e seminatrici azionati dai distributori idraulici del trattore invece che dalla presa di potenza. Questa soluzione consente all’operatore una maggiore libertà nel fissare il regime motore durante una lavorazione e quindi di poter far operare il motore a un regime inferiore di quello della massima coppia se le condizioni operative lo consentono.

I nuovi trattori, invece, hanno pompe e scambiatori che sono capaci di gestire potenze idrauliche considerevoli. A titolo d’esempio, in un moderno trattore da 140 CV i distributori erogano una portata d’olio di 90 l/min e una potenza idraulica di quasi 45 CV.

Tuttavia, maggiore è la portata massima erogabile dal circuito idraulico, minore è il regime motore necessario per erogare la portata richiesta dall’attrezzatura e quindi maggiore è il risparmio di carburante ottenibile dall’azionamento idraulico rispetto a quello meccanico. È risaputo che una trasmissione idraulica è meno efficiente di una meccanica; infatti, il 95% della potenza al motore è disponibile alla presa di potenza, mentre non più dell’85% è disponibile ai distributori idraulici. Tuttavia, l’ottimizzazione del punto di funzionamento del motore può controbilanciare le maggiori perdite dell’azionamento idraulico. Infatti, i benefici sono tanto maggiori quanto più la richiesta di potenza dell’attrezzatura è bassa.

La riduzione dei consumi di carburante non è l’unico vantaggio dell’azionamento idraulico. Possiamo annoverare anche una migliore sicurezza per l’operatore e una migliore funzionalità del trattore. È noto che l’albero cardanico è un’importante fonte di rischio visto che, se non ben protetto, può aggrapparsi a lembi o cinghie di tute di lavoro causando incidenti quasi sempre letali.

Infine, l’assenza dell’albero cardanico lascia all’operatore maggiore libertà nelle manovre, come compiere sterzate strette col trattore o sollevare l’attrezzatura con l’albero cardanico in rotazione senza doversi curare che questo possa danneggiarsi. Per i motivi illustrati in questo articolo, si stanno proponendo da tempo soluzioni che consentono di non usare l’albero cardanico per l’azionamento di attrezzature.

L’azionamento idraulico è sicuramente una soluzione disponibile in commercio per alcune attrezzature, ma che in futuro potrà essere sostituita dagli azionamenti elettrici come già proposto dalla New Holland e Nobili.

Il Sollevatore Idraulico

Nell'arco della loro vita, le trattrici lavorano con attrezzature trainate, portate o semi-portate. Il sollevatore è indispensabile per gestire le attrezzature portate e semi-portate poiché, usando l'energia accumulata sotto forma di pressione dall'olio e generata da una pompa idraulica, permette il loro sollevamento durante le svolte a bordo campo e nel passaggio al trasporto su strada.

Nella pratica, il sollevatore idraulico si occupa di trasmettere lo sforzo di trazione all'implement, alzarlo o abbassarlo per mantenere una determinata posizione e regolare gli sforzi trasmessi da esso al trattore. La pompa eroga un flusso di olio con una pressione fino a 180-200 bar nel circuito.

Se la pompa a ingranaggi fornisce una portata fissa, quella a pistoni a cilindrata variabile - più complessa e in genere installata sulle alte potenze - offre una portata regolabile in funzione delle esigenze del sistema. Realizzato in acciaio, ogni cilindro idraulico ospita un pistone che scorre grazie al flusso d'olio in pressione e agisce su una leva calettata sull'albero per il comando dei bracci del sollevatore.

L'attacco a 3 punti comprende due bracci inferiori, un terzo punto (regolabile in inclinazione e lunghezza), tiranti meccanici e catene registrabili per la riduzione dell'oscillazione laterale. Solo un attacco a 3 punti con geometria ben definita consente un corretto accoppiamento degli attrezzi.

La prima modalità permette il mantenimento delle attrezzature in una posizione fissa rispetto alla superficie del terreno - come nel caso di spandiconcime, barre irroratrici, falciatrici a dischi - o a una determinata profondità nel suolo (attrezzi per la lavorazione).

Diversamente, con lo Sforzo controllato è possibile mantenere costante il tiro richiesto al trattore cambiando in automatico la profondità operativa degli attrezzi al variare delle condizioni del terreno. Infine, la modalità Flottante evita l'intervento del sollevatore durante il lavoro e consente alle attrezzature con ruote o slitte (trinciatrici, coltivatori, alcuni erpici a denti, sarchiatrici, rincalzatrici, alcune falciatrici) di appoggiarsi liberamente sul terreno, seguendone il profilo.

Se inizialmente i sollevatori erano controllabili solo per via meccanica, ora i modelli più recenti ed evoluti possono essere gestiti tramite elettronica. Il conducente controlla un sollevatore meccanico con una leva di posizione e una dello sforzo.

In modalità Sforzo controllato, si usa la leva dello sforzo per impostare l'ampiezza dell'intervallo in cui il tiro deve rimanere costante. Se l'ampiezza stabilita è elevata, il controllo dello sforzo manterrà costante il tiro del trattore per ampie variazioni della profondità.

Un sollevatore elettronico è gestibile con interruttori e potenziometri, raggruppati sul bracciolo a lato del posto guida, e dotato di sensori - detti estensimetri - per il controllo dello sforzo. In alcuni casi i costruttori optano per la produzione interna di sollevatori, concentrando gli sforzi di sviluppo sul miglioramento della gestione e sull'aumento della capacità di sollevamento.

Il sollevatore anteriore permette il lavoro con attrezzi frontali che - combinati con quelli posteriori - assicurano maggiore produttività oraria, minori costi di gestione e ridotto calpestio del terreno. I sollevatori anteriori sono generalmente a doppio effetto e gestiti da distributori meccanici o elettronici a seconda del modello e dell'allestimento.

Possono lavorare in doppio effetto, semplice effetto, flottante oppure bloccati, attraverso selettori di tipo meccanico o elettronico. Non è previsto lo Sforzo controllato, ma alcune Serie offrono il controllo automatico della posizione degli implement tra 2 punti di minimo e di massimo.

In generale, è consigliabile scegliere un sollevatore anteriore montato di fabbrica per la precisione nell'assemblaggio da parte di personale qualificato. Si ha la certezza di avere un accessorio perfettamente integrato con il trattore e gestibile in modo ottimale dalla cabina senza inconvenienti.

I sollevatori dei trattori da vigneto e frutteto si distinguono da quelli da campo aperto per il comando generalmente meccanico, la capacità di sollevamento inferiore e la maggiore compattezza. L'esigenza di maggiore compattezza si riflette nel montaggio di un attacco a 3 punti di categoria più bassa: 1 o 2 per trattori fino a 100 cavalli.

Frenatura Idraulica

La francese Agriest ha presentato un nuovo freno idraulico per rimorchi e operatrici trainate. L’inedito cilindro, denominato Agri-Power, 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. 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. Il settaggio della potenza del cosiddetto freno a mano avviene tramite una semplice regolazione della tensione della molla.

tag: #Idraulico