Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Agrarie Corso di Meccanica e Meccanizzazione Agricola Organi di propulsione e sostegno Prof. S. Pascuzzi 1 Organi di propulsione e sostegno • Organi di propulsione (ruote – cingoli): 1. forniscono energia meccanica al trattore per il suo avanzamento; 2. consentono di esercitare una forza di trazione a servizio delle MO 3. scaricano parte o tutto il peso del trattore sul terreno. • Organi di sostegno o portanti (ruote anter. trattori 2RM): 1. scaricano il peso del mezzo sul terreno RESISTENZA all’AVANZAMENTO (ruote folli e motrici) il rotolamento di una ruota su terreno avverrebbe senza dispersione di energia se ruota e terreno fossero perfettamente elastici Su terreno agrario si opera principalmente fuori dal campo elastico, con elevate deformazioni permanenti del terreno e conseguente spesa di energia per l’avanzamento delle ruote La resistenza all’avanzamento Rr è’ dovuta: 1) alla componente anelastica della deformazione dei corpi a contatto (ruota o cingolo e terreno), generata dal peso complessivo da trasferire; 2) per vincere gli attriti dei vincoli esterni (trascurabili). RESISTENZA all’AVANZAMENTO (Rr) Condizione di equilibrio di una ruota in avanzamento: la deformazione anelastica produce una pressione sul terreno maggiore nella parte anteriore al punto teorico di contatto, generando uno spostamento in avanti della reazione del terreno r = raggio ruota rs= raggio sottocarico δ = parametro dell’attrito volvente M = Rr ⋅ rs = G ⋅ δ La forza Rr da applicare al mozzo della ruota per vincere la resistenza all’avanzamento risulta: con: cr = δ rs Rr = G ⋅ δ rs = G ⋅ cr coefficiente di resistenza all’avanzamento Valori medi del coefficiente di resistenza cr per diversi terreni Tipo di terreno Ruote Cingoli Strada pavimentata 0.02-0.03 - Strada in terra battuta 0.04-0.06 0.04-0.05 Stoppie di grano 0.06-0.08 0.05-0.07 Cotica erbosa 0.08-0.10 0.07-0.08 Terreno umido 0.10-0.12 0.08-0.10 Letto di semina 0.12-0.18 0.12-0.13 Nota: con pneumatici a basso rapporto di forma i valori di cr in campo si riducono mediamente del 5÷7% ADERENZA In una ruota motrice (cingolo), il momento motore (M) derivante dal semiasse, viene utilizzato per: • esercitare la forza di trazione Ftr desinata alle MO • consentire l’avanzamento del trattore, vincendo le resistenze di attrito Rr (perno ruota, lavoro di deformazione sistema ruota/terreno) Ciò è possibile perché tra gli organi di propulsione e il terreno si sviluppa una forza di resistenza reciproca, detta aderenza. ADERENZA data da: Ad [N] Ad = Ga ⋅ ca [N] , con: • Ga : forza peso [N] che grava sull’organo di propulsione, o peso aderente • Ca : coefficiente di aderenza Valori medi del coefficiente di aderenza ca su diversi terreni Tipo di terreno Ruote Cingoli Strada pavimentata 0.90-1.00 - Strada in terra battuta 0.60-0.65 0.85-0.95 Stoppie di grano 0.45-0.50 0.70-0.80 Cotica erbosa 0.40-0.45 0.60-0.70 Terreno umido 0.35-0.40 0.50-0.60 Letto di semina 0.30-0.35 0.40-0.50 Nota: con pneumatici a basso rapporto di forma i valori di ca in campo aumentano mediamente dell’8÷10% ADERENZA Essendo: Ad = Ga.ca Ga = 10 ⋅ σ ⋅ Ai [N] [N] , con: • Ai : superficie dell’impronta dell’organo di propulsione [cm2]; • σ : pressione media dello stesso organo di propulsione sul terreno [bar]; Sostituendo nella: Ad = Ga ⋅ ca [N] si ha: Ad = Ai ⋅ σ ⋅ ca ⋅10 [N] Chiamando con rs il raggio sottocarico del pneumatico considerato si ha: M = Ad ⋅ rs = Ga ⋅ ca ⋅ rs [N.m] L’aderenza può anche essere definita sulla base della legge di Coulomb-Morin: Ad = Ai ⋅ cs + G a ⋅ tgϕ [N] Con: cs coesione; tgϕ coefficiente di attrito interno del terreno Ai ⋅ cs + Ga ⋅ tgϕ = Ai ⋅ σ ⋅ ca ⋅10 → Ai ⋅ cs + 10 ⋅ σ ⋅ Ai ⋅ tgϕ = Ai ⋅ σ ⋅ ca ⋅10 cs −1 → ca = ⋅10 + tgϕ σ Ga SLITTAMENTO (s) L’azione di trazione di una ruota motrice è accompagnata da uno “slittamento” della ruota, che causa una riduzione della velocità di avanzamento ( v 2 ) rispetto alla velocità teorica (v1) corrispondente all’effettivo numero di giri delle ruote n1. v1 − v2 v2 n1 − n2 n2 s= = 1− → s= = 1− v1 v1 n1 n1 n2 esprime il numero di giri teorico delle ruote motrici corrispondente alla velocità effettiva di avanzamento del trattore v2 Per definizione lo slittamento è sorgente di: ü sprechi di tempo: per percorrere una sessa distanza, il n° di giri di ruote necessario aumenta con lo slittamento ü sprechi energetici: lo slittamento incrementa il consumo di combustibile ü usura dei pneumatici ü deterioramento della struttura del terreno Forza di trazione Ftr L’aderenza Ad deve consentire al trattore di esercitare la forza massima di trazione Ftr, data da: sapendo che: si ottiene: Ftr = Ad − Rr = Ga ⋅ ca − G ⋅ cr [N] Ga = k ⋅ G ove: 0.65≤k≤0.70 per trattori 2RM; k=1 per trattori 4 RM e a cingoli a Ftr = G ⋅ (k ⋅ c − cr ) [N] Questa forza di trazione si esercita a mezzo sia di ruote sia di cingoli, che provvedono anche al sostegno del trattore La relativa potenza di trazione Ptr risulta, essendo va la velocità di avanzamento [km/h]: Ftr ⋅ v a Ptr = 3600 [kW] Forze utili di trazione Ftr per kW di potenza motrice Pm su diversi terreni di pianura (valori medi orientativi con pneumatici convenzionali) Trattori a ruote Tipo di terreno ca Trattori a cingoli 2 RM 4 RM Ftr Ftr ca [N/kW] % [N/kW] % Ftr [N/kW] % Strada pavimentata 0.95-1.00 320-350 100 450-510 100 - - - Strada in terra battuta 0.60-0.65 185-205 58 300-330 63 0.90-0.95 500-610 100 Stoppie di grano 0.45-0.50 125-140 41 210-240 45 0.75-0.80 450-490 80 Terreno umido 0.35-0.40 70-85 23 130-160 29 0.50-0.55 300-335 55 Letto di semina 0.30-0.35 35-55 14 90-120 21 0.40-0.45 200-215 35 Cosa fare per aumentare Ftr e quindi Ptr Ftr = G ⋅ (k ⋅ ca − cr ) ca occorre organi di propulsione • P neumatici a basso [N] Ftr ⋅ va Ptr = 3600 intervenire su: zavorratura [kW] k.G tipo di accoppiamento rapporto di forma • Appositi ramponi In fase di lavoro: trasferimento di carico (q) dall’assale anteriore a quello posteriore Dispositivi per migliorare l’ ADERENZA EQUILIBRIO STATICO DI UN TRATTORE G = forza peso trattore applicata nel baricentro Ra, Rp = reazioni vincolari del terreno sugli organi di propulsione trattore b = ba + bp = passo del trattore [1] equilibrio delle forze: la somma algebrica delle forze è nulla [2] equilibrio dei momenti: la somma algebrica dei momenti delle forze rispetto ad un qualsiasi punto del piano è nulla le reazioni di equilibrio fanno riferimento ad un sistema trattrice+rimorchio dotato di moto rettilineo uniforme EQUILIBRIO DINAMICO DI UN TRATTORE ESERCITANTE UN TIRO ORIZZONTALE EQUILIBRIO DINAMICO DI UN TRATTORE ESERCITANTE UN TIRO INCLINATO è come se il rimorchio trasferisse direttamente sulla ruota motrice posteriore una forza Frv e dalla ruota anteriore una forza: Esempio • Massa trattrice : kg 2760 • Distanza baricentro dall’asse posteriore : bp 0,80 m • Passo • Forza di traino orizzontale : m 2,225 : kg 1350 • Distanza baricentro dall’asse anteriore : ba =(2.225 - 0,80) = 1,425 m determinare i carichi sugli assali per 2 possibili altezze del gancio di traino dal suolo: Condizioni di impennamento Asse%o dinamico sta)co h=0,80 m h=1,15 m Ra [kg] 992 507 294 -‐49% -‐70% Ruota costituita da: - cerchio (o cerchione) - disco (o flangia) pneumatico - pneumatico Carcassa: costituita da diversi strati di tela gommata sovrapposta a struttura diagonale o radiale Battistrada: presenta una scolpitura che varia in funzione del tipo di pneumatico e delle sue funzioni prevalenti PNEUMATICI PER RUOTE MOTRICI Flessibili Bassa pressione sul terreno: ≤1 bar Soluzioni a base larga , caratterizzate ha H/b ≤ 0.80 PNEUMATICI PER RUOTE DIRETTRICI Caratteristiche: ü battistrada liscio, con costolature circonferenziali, più rigido per facilitare la guida e mantenere la direzione di marcia ü (a destra) i risalti laterali migliorano la presa in terreni umidi ü pressione media di gonfiaggio: 2 ÷ 3 bar (variabile con il carico) I cingoli consistono di catene articolate senza fine che si svolgono sul terreno Cingolo con pattini (o suole) ü Condizioni di aderenza totale (G=Ga); ü Peso in parti uguali sulle due catene ü Ripartizione peso su ampia superficie ü Pressioni sul terreno di 0.3-0.5 bar A parità di condizioni, rispetto alle ruote, coefficiente di aderenza più elevato, minore slittamento Per contro: ü Reazioni elastiche violente ü Limitata velocità di avanzamento (a norma di legge va≤15 km/h)
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