Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Agrarie

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Giovanni Giuliano
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1 Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Agrarie Corso di Meccanica e Meccanizzazione Agricola Organi di propulsione e sostegno Prof. S. Pascuzzi 1

2 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

consentono di esercitare una forza di trazione a servizio delle MO 3.

3 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 R r 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).

conseguente spesa di energia per l avanzamento delle ruote La resistenza all avanzamento R r è dovuta: 1) alla componente anelastica della deformazione

4 RESISTENZA all AVANZAMENTO (R r ) 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 r s = raggio sottocarico δ = parametro dell attrito volvente M = R r = G δ La forza R r da applicare al mozzo della ruota r s con: c r = δ r s per vincere la resistenza all avanzamento risulta: R r δ = G = G c r coefficiente di resistenza all avanzamento s r

r = raggio ruota r s = raggio sottocarico δ = parametro dell attrito volvente M = R r = G δ La forza R r da applicare al mozzo della

5 Valori medi del coefficiente di resistenza c r per diversi terreni Tipo di terreno Ruote Cingoli Strada pavimentata Strada in terra battuta Stoppie di grano Cotica erbosa Terreno umido Letto di semina Nota: con pneumatici a basso rapporto di forma i valori di c r in campo si riducono mediamente del 5 7%

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.

6 ADERENZA In una ruota motrice (cingolo), il momento motore (M) derivante dal semiasse, viene utilizzato per: esercitare la forza di trazione F tr desinata alle MO consentire l avanzamento del trattore, vincendo le resistenze di attrito R r (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.

le resistenze di attrito R r (perno ruota, lavoro di deformazione sistema ruota/terreno) Ciò è possibile

7 ADERENZA A d [N] A = G data da: d a a [N], con: G a : forza peso [N] che grava sull organo di propulsione, o peso aderente c C a : coefficiente di aderenza Valori medi del coefficiente di aderenza c a su diversi terreni Tipo di terreno Ruote Cingoli Strada pavimentata Strada in terra battuta Stoppie di grano Cotica erbosa Terreno umido Letto di semina Nota: con pneumatici a basso rapporto di forma i valori di c a in campo aumentano mediamente dell 8 10%

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.

8 ADERENZA A d = G a. c a [N] G = 10 σ Essendo: [N], con: a A i A i : superficie dell impronta dell organo di propulsione [cm 2 ]; 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 r s il raggio sottocarico del pneumatico considerato si ha: M = A d r s = G a c a r s [N. m] L aderenza può anche essere definita sulla base della legge di Coulomb-Morin: A A d = A c + G tgϕ [N] i s a Con: c s coesione; tgϕ coefficiente di attrito interno del terreno i c s + G a tgϕ = A i c σ c a cs 10 σ 1 a = + 10 A c + 10 σ A tgϕ = A σ c 10 tgϕ i s G a i i a

propulsione sul terreno [bar]; Sostituendo nella: Ad = Ga ca [N] si ha: Ad = Ai σ ca 10 [N] Chiamando con r s il raggio sottocarico del pneumatico considerato

9 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 (v 1 ) corrispondente all effettivo numero di giri delle ruote n 1. s = v v v = 1 s = = 1 1 v v 1 n n n 1 n n 2 1 n 2 esprime il numero di giri teorico delle ruote motrici corrispondente alla velocità effettiva di avanzamento del trattore v 2

all effettivo numero di giri delle ruote n 1.

10 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

lo slittamento ü sprechi energetici: lo slittamento incrementa il consumo

11 Forza di trazione F tr L aderenza A d deve consentire al trattore di esercitare la forza massima di trazione F tr, data da: F tr = A d R r = G a c a G c r [N] sapendo che: G a = k G ove: 0.65 k 0.70 per trattori 2RM; k=1 per trattori 4 RM e a cingoli si ottiene: F tr ( k c c ) = G [N] a r 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 P tr risulta, essendo v a la velocità di avanzamento [km/h]: P tr Ftr va = [kw] 3600

70 per trattori 2RM; k=1 per trattori 4 RM e a cingoli si ottiene: F tr ( k c c ) = G [N] a r Questa forza di trazione si esercita

12 Forze utili di trazione F tr per kw di potenza motrice P m su diversi terreni di pianura (valori medi orientativi con pneumatici convenzionali) Trattori a ruote Trattori a cingoli Tipo di terreno 2 RM 4 RM c a F tr F tr c a F tr [N/kW] % [N/kW] % [N/kW] % Strada pavimentata Strada in terra battuta Stoppie di grano Terreno umido Letto di semina

battuta 0.95-1.00 320-350 100 450-510 100 - - - 0.60-0.65 185-205 58 300-330 63 0.90-0.95 500-610 100 Stoppie di grano 0.45-0.

13 Cosa fare per aumentare F tr e quindi P tr F tr = G ( k c c ) a r [N] P tr Ftr v 3600 a = [kw] c a occorre intervenire su: k. G organi di propulsione Pneumatici a basso rapporto di forma Appositi ramponi zavorratura tipo di accoppiamento In fase di lavoro: trasferimento di carico (q) dall assale anteriore a quello posteriore

G organi di propulsione Pneumatici a basso rapporto di forma Appositi ramponi

14 Dispositivi per migliorare l ADERENZA

15 EQUILIBRIO STATICO DI UN TRATTORE G = forza peso trattore applicata nel baricentro R a, R p = reazioni vincolari del terreno sugli organi di propulsione trattore b = b a + b p = 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

algebrica delle forze è nulla [2] equilibrio dei momenti: la somma algebrica dei momenti delle forze rispetto ad un

16 EQUILIBRIO DINAMICO DI UN TRATTORE ESERCITANTE UN TIRO ORIZZONTALE

17 EQUILIBRIO DINAMICO DI UN TRATTORE ESERCITANTE UN TIRO INCLINATO è come se il rimorchio trasferisse direttamente sulla ruota motrice posteriore una forza F rv e dalla ruota anteriore una forza:

18 Esempio Massa trattrice : kg 2760 Distanza baricentro dall asse posteriore : b p 0,80 m Passo : m 2,225 Forza di traino orizzontale : kg 1350 Distanza baricentro dall asse anteriore : b a =( ,80) = 1,425 m determinare i carichi sugli assali per 2 possibili altezze del gancio di traino dal suolo:

baricentro dall asse anteriore : b a =(2.

19 Condizioni di impennamento Asse%o sta)co dinamico h=0,80 m h=1,15 m R a [kg] % - 70%

20 Ruota pneumatico costituita da: - cerchio (o cerchione) - disco (o flangia) - 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

sovrapposta a struttura diagonale o radiale Battistrada: presenta una

21 PNEUMATICI PER RUOTE MOTRICI Flessibili Bassa pressione sul terreno: 1 bar Soluzioni a base larga, caratterizzate ha H/b 0.80

22 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)

23 I cingoli consistono di catene articolate senza fine che si svolgono sul terreno

24 Cingolo con pattini (o suole) ü Condizioni di aderenza totale (G=G a ); ü Peso in parti uguali sulle due catene ü Ripartizione peso su ampia superficie ü Pressioni sul terreno di 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 v a 15 km/h)

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