IMPIANTO IDRAULICO IDROGUIDA ELETTRONICA PROGETTO 5^ A SERALE

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1 IMPIANTO IDRAULICO IDROGUIDA ELETTRONICA PROGETTO 5^ A SERALE RESPONSABILE COORDINAMENTO PROGETTO: prof. Orles FERRETTI. COLLABORATORI ESECUTIVI parte oleodinamica e meccanica: prof. Giuseppe PROFETA, prof. Zeno PANARARI. Collaboratori Esecutivi parte Elettrica: prof. Daniele SIRONI, prof Flavio MONTICELLI. DITTE: WALVOIL S.p.A. via ADIGE 13/D REGGIO EMILIA (fornitore valvola). REGGIANI e MONZALI via F.lli GUERRA REGGIO EMILIA (fornitore tubi flessibili). BARANI NATALE E FIGLI S.p.A. via CAFIERO 24/A REGGIO EMILIA (fornitore filtro e raccorderia oleodinamica). OLEODINAMICA RUBIERESE via BRUNELLESCHI RUBIERA REGGIO EMILIA (fornitore raccorderia oleodinamica).

2 Software utilizzato: LabVIEW Control Componentistica utilizzata: a)alimentatore di potenza a 24V per la valvola; b)alimentatore di potenza a 5V per i potenziometri; c)scheda di acquisizione dati NATIONAL INSTRUMENT 6009 USB. d)due basette con relè per invio segnale di potenza alla valvola di scambio e)una basetta con due diodi per invio segnale modulante a valvola proporzionale.

3 SISTEMA STERZANTE Nell ipotesi che il carico e il peso proprio siano ripartiti in parti uguali sulle quattro ruote, un veicolo sarà in grado di percorrere regolarmente una curva e cioè senza scorrimenti trasversali, se le quattro ruote rotolano senza strisciare. Questa condizione è soddisfatta quando le ruote percorrono archi di cerchio concentrici. In tal caso le traiettorie descritte dai centri delle quattro ruote sono archi di circonferenze paralleli e gli assi delle ruote s incontrano in un punto C che è il centro d istantanea rotazione del complesso. Mentre il veicolo percorre la curva, le ruote posseggono un movimento di rotazione attorno al proprio asse e un moto di rivoluzione attorno al centro istantaneo. Evidentemente questo centro, dovendo essere comune agli assi delle ruote, verrà a trovarsi nel punto d incontro dei prolungamenti degli assali. La distanza del centro istantaneo C dal centro dell assale posteriore varia in funzione dell angolo di sterzatura. La convergenza degli assi di rotazione in un unico centro i istantaneo è sempre realizzata quando il veicolo è provvisto di assale anteriore girevole attorno ad un perno centrale o ralla, come accade sui carri a trazione animale e per i rimorchi, che sono muniti di un timone per la direzione ed il traino.

4 E chiaro che un veicolo con assale girevole non può essere realizzato in quanto provocherebbe una insufficiente stabilità dello stesso nelle curve strette perché il poligono di appoggio delle ruote si restringe aumentando l angolo di sterzatura fino al ribaltamento. Tali problematiche si eliminano impiegando un assale rigido fisso, ciò comporta però che esso dovrà essere composto da supporti per i fuselli delle ruote sterzanti. Anche nel caso dell assale fisso, per evitare scorrimenti e sbandamenti del veicolo in curva, gli assi di rotazione delle quattro ruote debbono convergere, durante la sterzatura, in un unico centro istantaneo di rotazione. Ciò non avviene se le ruote anteriori deviano dello stesso angolo, perché in tal caso gli assi dei rispettivi fuselli incontrano l asse delle ruote posteriori in due punti distinti C1 e C2. Il Sistema possiede dunque due centri di rotazione e per questo si verifica uno scorrimento laterale e pertanto il veicolo sbanderà.

5 SOLUZIONE COL QUADRILATERO DI ACKERMAN JEANTAUD La soluzione del problema sta in questa definizione : Affinché gli assi di rotazione delle quattro ruote s incontrino in un unico punto è necessario che le ruote direttrici siano sterzate di angoli diversi. Come dimostra la figura che segue, l angolo di sterzatura della ruota interna deve essere maggiore di quello della ruota esterna a>b. In questo caso le traiettorie percorse dai baricentri delle ruote sono circonferenze concentriche e il veicolo si dice a volta corretta. La soluzione viene attribuita al tecnico tedesco Ackerman che nel 1810 inventò un sistema dello sterzo a quadrilatero articolato, ma non è il solo a cui viene attribuita la soluzione, nel 1878 il tecnico francese Jeantaud approda ad una soluzione approssimata del problema sempre con un sistema a quadrilatero articolato. Per permettere alle ruote anteriori di spostarsi in base al principio di Ackermann, i bracci dello sterzo delle ruote anteriori sono inclinati in modo che due rette immaginarie passanti per essi si incontrino al centro dell'assale posteriore.

6 Grazie all utilizzo di programmi per il disegno automatico (cad) possiamo riprodurre il quadrilatero di Jeantaud e mostrarvene il funzionamento e quindi l applicazione pratica dell angolo di Ackerman. La figura seguente ne mostra il sistema ed il funzionamento durante la sterzata. Allorché la ruota interna Ri viene sterzata dell angolo a, la levetta B D, ruotando attorno al perno B si sposta in B E, provocando, tramite la barra di accoppiamento, la rotazione della levetta A F che viene spostata in A G deviando la ruota esterna Re di un angolo B. Risulta evidente dalla figura che l angolo B di cui è stata deviata la ruota esterna è minore dell angolo a di deviazione della ruota interna. Da questa figura e desumibile anche il valore del raggio di sterzata determinato dalla lunghezza del segmento che congiunge il centro dell assale posteriore con il punto C centro di istantanea rotazione dell intero veicolo durante la fase di sterzata.

7 IMPIANTO IDRAULICO IDROGUIDA ELETTRONICA SEQUENZA CICLO DI FUNZIONAMENTO α)la pompa 1, protetta dalla valvola di massima 2, alimenta di olio tutto il circuito, la pressione di funzionamento e mostrata dal manometro 11. β)l olio in pressione entra nel blocco valvola e attraversa il compensatore 3 dove viene smistato, a seconda della pressione di funzionamento, alla valvola proporzionale 4 o all idroguida meccanica 5. Se la valvola proporzionale 4 è chiusa la pressione sul compensatore è alta e l olio va all idroguida meccanica 5. Se la valvola proporzionale 4 è aperta (attivazione elettronica) la pressione sul compensatore è bassa e l olio continua il suo cammino dentro il blocco valvola. γ)l olio entra nella valvola proporzionale 4, attivata elettronicamente, e in questo luogo ne viene regolata la portata da inviare al cilindro di sterzo 8. L olio supera il collegamento con la valvola di massima pressione 6 che protegge il circuito dai ritardi di apertura della valvola di scambio 7. δ)nella valvola di scambio 7 l olio vine indirizzato sul lato sinistro o destro del cilindro a doppio effetto 8. In questo modo io regolo la direzione di sterzatura (sterzatura a destra o a sinistra). ε)l olio entra nella valvola di blocco overcenter 9 che impedisce al fluido di uscire dal cilindro in caso di interruzione dell alimentazione elettrica o idraulica. ζ)l olio entra nel cilindro di sterzo 8 che, con la traslazione dello stelo, determina la rotazione dei mozzi di sterzo posti sulle due estremità dell assale. Ciò consente la sterzatura.

8 BLOCCO VALVOLA 8-Cilindro di sterzo 9-Valvola di blocco overcenter 7-Valvola di scambio 6-Valvola di massima 4-Valvola proporzionale 5- Idroguida meccanica 3-Compensatore 1-Pompa 11- Manometro 2-Valvola di massima Filtro Serbatoio

9 IMPIANTO ELETTRICO IDROGUIDA ELETTRONICA SEQUENZA CICLO DI FUNZIONAMENTO α)l alimentatore a 5 V fornisce energia elettrica ai potenziometri di manovra e di posizione. β)dal potenziometro di manovra esce un segnale di tensione che dipende dalla sterzata impostata dall operatore. γ)dal potenziometro di posizione montato sul mozzo esce un segnale di tensione che dipende dalla posizione raggiunta dal mozzo durante la sterzatura. δ)i due segnali di tensione vengono acquisiti periodicamente dalla scheda USB 6009 e trasmessi al software LABVIEW che li elabora. ε)il principio con cui avviene l elaborazione dei due segnali consiste nel calcolare l errore presente tra quello di manovra e quello di posizione. ζ)in base al valore e al segno dell errore si stabilisce se inviare tensione a una delle due porte analogiche di uscita per trasmettere sempre il segnale alla valvola proporzionale e il segnale al circuito che alimenta i due solenoidi della valvola di scambio. Una porta analogica di uscita modula la valvola proporzionale e il solenoide che consente la sterzatura a sinistra, l altra porta analogica di uscita modula la valvola proporzionale e il solenoide che consente la sterzatura a destra. η)alla valvola proporzionale arriva il segnale modulante dalla scheda e il segnale di potenza dall alimentatore a 24V. θ)alla valvola di scambio arrivano i due segnali di potenza erogati da due relè attivati dalla corrente che esce da una o dall altra porta analogica di uscita. Da una porta esce un segnale che attiva il relè che provoca la sterzata a sinistra, dall altra porta esce un segnale che attiva il relè che provoca la sterzata a destra. ι)tutto questo avviene in un anello chiuso dove il segnale è presente all uscita della scheda USB 6009 solo in presenza di un errore, maggiore di un certo valore prefissato, tra la tensione proveniente dal potenziometro di manovra e la tensione proveniente dal potenziometro di posizione. In questo caso il complesso valvola è attivato e il dispositivo sterza. κ)se l errore, tra la tensione proveniente dal potenziometro di manovra e la tensione proveniente dal potenziometro di posizione, è minore di un certo valore prefissato non ho alcun segnale in uscita alla scheda USB In questo caso il complesso valvola è disattivato e il dispositivo non sterza.

10 MODELLO A BLOCCHI DELL IMPIANTO AI0 = ingresso segnale analogico 0; AI1 = ingresso segnale analogico 1; AO0 = uscita segnale analogico 0 azionamento valvola proporzionale e valvola di scambio destra; AO1 = uscita segnale analogico 1 azionamento valvola proporzionale e valvola di scambio sinistra; Elettrovalvola proporzionale ( regola la portata di flusso d olio) con a seguito valvola di scambio (regola la direzione del flusso d olio destra sinistra). Relè di trasmissione segnale di potenza ai solenoidi della valvola di scambio Alimentatore segnale di potenza 24VDC AO0 AO1 Scheda di acquisizione dati USB 6009 NATIONAL ISTRUMENTS Personal computer con programma di automazione per gestione scheda LABVIEW AI0 AI1 Alimentatore sensori 5V DC Potenziometro di manovra Potenziometro di posizione

11 formato LabVIEW

12 Modello trattore con ruote isodiametriche in condizione di non sterzata. Modello trattore con ruote isodiametriche in condizione di sterzata.

13 Modello cinematico trattore con ruote isodiametriche in condizione Di non sterzata. Modello cinematico trattore con ruote isodiametriche in condizione Di sterzata.

14 Cilindro Supporto Ufficio Tecnico prof. Giuseppe Mattina Il Dirigente Scolastico prof. Valerio Messori