Protezione degli alberi cardanici di trasmissione dalla presa di potenza

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1 Protezione degli alberi cardanici di trasmissione dalla presa di potenza Leonardo Vita Marco Pirozzi

2 L albero cardanico L albero cardanico é un organo meccanico atto a trasmettere il moto rotatorio fra due assi non allineati nello spazio anche in presenza di variazioni reciproche della posizione degli assi stessi che intervengano durante il moto, purché tali variazioni siano contenute entro un limite consentito dalle caratteristiche costruttive dichiarate dal costruttore. In agricoltura viene in genere impiegato per la trasmissione della potenza dal trattore: - ad una macchina agricola che lavora in posizione fissa (elevatore, pompa per liquami, ecc.); - a macchine agricole con ruote motrici (rimorchi, ecc.); - a macchine agricole trainate o portate che operano al seguito del trattore stesso.

3 Il giunto cardanico Il rapporto di trasmissione del giunto cardanico è unitario solamente nel caso di assi allineati. In tutte le altre configurazioni il suo valore è diverso dall unità e funzione dell angolo di snodo. In tali configurazioni la velocità di output, a fronte di una velocità di input costante, presenta un andamento sinusoidale la cui frequenza dipende dall angolo di snodo. Tale comportamento determina vibrazioni e rumorosità. Per tali motivi gli angoli di snodo, pur potendo raggiungere i 35, sono soggetti alle seguenti restrizioni: 16 a velocità di rotazione dell albero di ingresso di 540 giri/min e 9 per velocità di rotazione pari a 1000 giri/min.

4 Giunti omocinetici e grandangolari Giunto omocinetico Giunto grandangolare E impiegato per applicazioni che richiedono angoli di lavoro grandi, ma non superiori a 80 Permette la trasmissione del moto in maniera uniforme senza oscillazioni di velocità. Possono essere raggiunti disallineamenti di 40

5 Limitatori di coppia A dischi d attrito. per limitare il momento torcente al valore nominale trasmesso in maniera continua. I dischi slittano uno rispetto all altro se viene superata la coppia massima applicata. A nottolini. Per limitare il momento torcente al valore nominale che viene trasmesso in maniera pulsante. A bullone. per limitare il momento torcente al valore nominale a seguito della tranciatura di un bullone. Una volta intervenuto, il limitatore non trasmette più alcuna coppia se non dopo avere rimpiazzato il bullone.

6 Ruota libera La ruota libera è un dispositivo che consente la trasmissione del movimento solo in una direzione (dal trattore verso la macchina ricevente). E impiegata per proteggere la trasmissione dai ritorni di potenza dovuti a masse rotanti dotate di elevata inerzia.

7 Scudo di protezione GHIERA DI CHIUSURA SCUDO DI PROTEZIONE ALBERO CROCIERE PROTEZIONE

8 UNI EN 12965:2003 Trattori e macchine agricole o forestali Alberi cardanici di trasmissione dalla presa di potenza (p.d.p.) e loro protezioni - Sicurezza La presente norma specifica i requisiti di sicurezza e la loro verifica per la progettazione e la costruzione di alberi cardanici di trasmissione dalla presa di potenza e loro protezioni che collegano macchine semoventi (o trattori) al primo supporto fisso delle macchine riceventi, descrivendo i metodi per eliminare o ridurre i rischi che necessitano di requisiti specifici

9 Termini e definizioni Sistema di trattenuta. Parte della protezione dell albero cardanico di trasmissione dalla p.d.p. che impedisce la rotazione della protezione quando l albero cardanico di trasmissione dalla p.d.p. ruota. Giunto cardanico grandangolare. Giunto omocinetico che consente il funzionamento con un angolo generalmente maggiore di 50. Ruota libera. Dispositivo che consente la trasmissione del movimento solo in una direzione (dal trattore verso la macchina ricevente). La ruota libera è generalmente utilizzata con una macchina ricevente avente massa inerziale elevata. Limitatore di coppia. Dispositivo che interrompe o limita la trasmissione del movimento tra trattore e macchina ricevente quando la coppia raggiunge un valore prefissato.

10 Parti dell albero di trasmissione e della protezione 1. Presa di potenza (p.d.p.) 2. Albero ricettore della macchina (a.r.m.) 3. Forcella esterna del cardano corrispondente alla p.d.p. 4. Forcella esterna del cardano corrispondente alla a.r.m. 5. Estremità della forcella interna del giunto cardanico 6. Giunto cardanico 7. Forcella doppia 8. Estremità della forcella doppia del giunto cardanico 9. Giunto cardanico di trasmissione grandangolare 10. Cono di protezione 11. Tubo di protezione 12. Cuscinetto di protezione 13. Protezione separata del giunto cardanico di trasmissione grandangolare 14. Sistema di trattenuta 15. Protezione dell albero cardanico di trasmissione della p.d.p. 16. Protezione dell albero cardanico di trasmissione grandangolare dalla p.d.p.

11 Ruota libera e limitatore di coppia Ruota libera 1. Albero ricettore della macchina (a.r.m.) 2. Ruota libera Limitatore di coppia 1. Albero ricettore della macchina (a.r.m.) 2. Limitatore di coppia

12 Requisiti e/o misure di sicurezza La protezione deve essere progettata in modo tale da prevenire il contatto con le parti mobili dell albero mentre l albero è in funzione in conformità al manuale di istruzioni e mentre l albero è collegato nel modo appropriato tra un trattore o una macchina semovente e una macchina ricevente. Le parti esterne della protezione non devono girare con l albero di trasmissione. Se è previsto un limitatore di coppia e/o una ruota libera sull albero di trasmissione esso deve essere situato sul lato dell albero ricettore della macchina (a.r.m.). Salvo indicazioni contrarie fornite nella norma, tutte le aperture e le distanze di sicurezza devono essere conformi ai prospetti 1, 3, 4 e 6 della norma EN 294: 1992 (sostituita dalla UNI EN ISO 13857: Sicurezza del macchinario. Distanze di sicurezza per impedire il raggiungimento di zone pericolose con gli arti superiori e inferiori).

13 Giunto cardanico La protezione deve ricoprire l albero di trasmissione almeno fino all estremità della forcella interna del giunto cardanico. Distanza massima tra l estremità dell albero cardanico di trasmissione dalla p.d.p. e l asse del dispositivo di bloccaggio (Dimensioni in millimetri) Tipo di p.d.p. c (max.) Scudo di protezione della presa di potenza del trattore 2. Asse del dispositivo di bloccaggio

14 Giunto cardanico grandangolare L albero di trasmissione deve essere protetto in posizione orizzontale almeno fino all estremità del giunto esterno della forcella doppia Distanza massima tra l estremità dell albero cardanico di trasmissione dalla p.d.p. e l asse del dispositivo di bloccaggio (Dimensioni in millimetri) Tipo di p.d.p. c (max.) Scudo di protezione della presa di potenza del trattore 2. Asse del dispositivo di bloccaggio

15 Giunto cardanico grandangolare Quando un giunto grandangolare è protetto per mezzo di una protezione separata indipendente dalla protezione di altre parti dell albero di trasmissione, la protezione di questo giunto grandangolare deve essere garantita come segue: nella posizione angolare massima dell albero di trasmissione rotante, come indicato dal costruttore nel manuale d uso, la luce risultante dal movimento angolare non deve essere maggiore di 30 mm. 1. Angolo massimo del giunto 2. Luce massima

16 Giunto cardanico grandangolare una sovrapposizione tra la protezione separata e il cono di protezione deve risultare perpendicolare all asse dell insieme dell albero di trasmissione quando si trova nella posizione angolare massima. 1. Angolo massimo del giunto 2. Luce massima

17 Giunto cardanico grandangolare la sovrapposizione tra la protezione separata e il cono di protezione deve essere almeno di 50 mm con l albero motore in posizione allineata Laddove la distanza tra la protezione dell albero e la protezione del giunto grandangolare non è maggiore di 4 mm in qualunque posizione angolare fino a quella massima, la sovrapposizione di 50 mm può essere ridotta a 10 mm nella posizione allineata 1. Scudo di protezione della presa di potenza del trattore 2. Asse del dispositivo di bloccaggio

18 Protezione La protezione deve essere progettata in modo da non poter essere smontata dall albero di trasmissione senza l ausilio di un attrezzo. Per consentire il montaggio e il blocco, o lo smontaggio manuale dell albero di trasmissione dalla p.d.p. e per ottenere una sufficiente sovrapposizione tra lo scudo di protezione della p.d.p. del trattore e la protezione del giunto cardanico o del giunto cardanico grandangolare la dimensione c deve essere max 80 mm per i tipi di p.d.p. 1 e 2 e 90 mm per il tipo 3 di p.d.p. Le dimensioni del cono che protegge i giunti cardanici devono essere tali che il cono non sia danneggiato dal contatto con lo scudo di protezione della p.d.p. del trattore o delle macchine semoventi quando l albero di trasmissione e la sua protezione si trovano nella posizione massima angolare indicata dal costruttore nel manuale di istruzioni. Per verificare tale requisito è prevista l effettuazione di una specifica prova di cui al punto 5.2 della norma EN

19 Punti di intervento e sistema di trattenuta Punti di intervento Se delle operazioni di lubrificazione e/o ingrassaggio sono necessarie, i giunti cardanici e i cuscinetti tra l albero e la protezione devono poter essere lubrificati e/o ingrassati facilmente per mezzo di accessi diretti a tutti i punti di ingrassaggio. Se le operazioni di lubrificazione richiedono la presenza di fori, le loro dimensioni non devono essere maggiori di 25 mm. Sistema di trattenuta Deve essere previsto un sistema di trattenuta per prevenire la rotazione della protezione con l albero. La/e parte/i del sistema di trattenuta (per esempio una catena o una fune metallica) deve/devono essere accuratamente fissata/e alla protezione e munita/e di un aggancio che le/gli consenta di essere fissata a una parte fissa della macchina senza poter esserne staccata se non volontariamente, per esempio un gancio con una molla a chiusura automatica o un anello di trazione. Il sistema di fissaggio non deve essere utilizzato come sostegno dell albero.

20 Rischi residui Rischio: condizioni di lavoro limite quali angoli eccessivi, brusche sterzate, superamento di fossi. Ciò può determinare usure eccessive o rotture di pezzi e loro proiezione. Rischio: Azionamento accidentale della macchina durante le fasi di aggancio sgancio dell albero cardanico alla p.d.p., manutenzione della macchina, disimpigliamento o altro.

21 Brevetto ISPESL Per ridurre tali rischi residui l VIII Unità Funzionale del Dipartimento di Tecnologie di Sicurezza dell ISPESL ha progettato e brevettato un dispositivo di protezione interbloccato per alberi cardanici di trasmissione dalla p.d.p.

22 Brevetto ISPESL - funzionamento Protezione albero cardanico Cuffie mobili

23 Brevetto ISPESL - funzionamento Raggiungimento angolo limite Apertura della protezione Arresto della presa di potenza

24 UNI EN ISO 5674:2004 Trattrici e macchine agricole e forestali Protezioni per alberi cardanici di trasmissione dalla presa di potenza (p.d.p.) Prove di usura e resistenza La norma europea descrive le metodologie di prova ed i criteri di accettabilità per la determinazione della resistenza all'usura, della robustezza e della durata delle protezioni non rotanti per alberi cardanici di trasmissione dalla presa di potenza (p.d.p.) La presente norma sostituisce la UNI EN 1152:1997.

25 Prova di usura Durante tutte le fasi della prova l albero deve ruotare ed essere alternativamente allungato fino alla sua massima lunghezza per 1 min e ridotto alla lunghezza minima per 4 min. All inizio ed alla fine di ogni fase deve essere misurata la coppia necessaria ad immobilizzare le protezioni mentre l albero è posto in rotazione ad una velocità di 1000 giri/min. La sequenza di fasi è la seguente: a) Per 48 h operare a 85 C b) Per 48 h operare a temperatura ambiente c) Per 96 h operare a temperatura ambiente in atmosfera contenente 0.5 kg/m 3 di polvere d) Per 24 h operare a 85 C e) Per 24 h operare a temperatura ambiente f) Per 48 h operare a temperatura ambiente in atmosfera contenente 0.5 kg/m3 di polvere

26 Prove di resistenza

27 Prove di carico delle protezioni

28 Prova di carico assiale a basse temperature

29 Prova di urto a bassa temperatura L energia da impiegare nella prova d urto deve essere la seguente: per alberi con peso superiore a 200 N applicare una energia d urto di 98 J per alberi con peso di 200 N o inferiore applicare una energia d urto espressa in J pari alla metà del peso espresso in N

30 Schema

31 Prove sul dispositivo di fissaggio A temperatura ambiente applicare al dispositivo di fissaggio una forza di 400 N per 60 s, una volta tangenzialmente ed una radialmente, in un piano perpendicolare all albero cardanico. Dopo 60 s incrementare il carico fino a rottura del dispositivo di fissaggio. Il dispositivo deve rompersi in corrispondenza del punto di attacco alla protezione e non in altri punti. La forza a cui si verifica la rottura nel punto più debole deve essere inferiore a 800 N.

32 Raggi UV L allegato B definisce la procedura di prova alla resistenza ai raggi ultravioletti delle protezioni in plastica. Il provino deve essere una sezione dei componenti in plastica della protezione dell albero cardanico. Deve essere provato almeno un campione di dimensioni 10 mm per 10 mm per ogni differente materiale della protezione. Condizioni di prova Temperatura del pannello nero 65 ± 3 C Umidità relativa 65% ± 5% Radiazione UV 505 W/m 2 Durata della prova 1000 h Risultati della prova Verifica del colore: variazioni nella scala dei grigi devono essere in accordo con la ISO 105-A02 Verifiche meccaniche: non devono essere rilevate fratture ad un ingrandimento di 100 x. Il provino deve essere flesso manualmente senza la comparsa di fratture visibili.

33 Criteri di accettazione I criteri di accettazione finali sono i seguenti: a) Aver applicato la completa sequenza di prove alle protezioni ed ai sistemi di bloccaggio. b) I pittogrammi devono essere ancora presenti e leggibili. c) La protezione deve essere ancora funzionante dopo la sequenza di test e non deve presentare rotture, incrinature o separazioni di parti. Non vi devono essere fori o deformazioni tali da lasciare scoperte parti dell albero normalmente protette. d) La protezione non deve essersi spostata sull albero cardanico di trasmissione rispetto alla sua posizione iniziale.