DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE E AMBIENTALI

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1 Corso : MECCANIZZAZIONE ED IMPIANTISTICA AVANZATA PER LA VITICOLTURA E L ENOLOGIA The ROPS (Roll-Over Protective Structure) Le strutture di sicurezza in caso di capovolgimento dei trattori agricoli Prof. Domenico Pessina

2 Incidenti per ribaltamento - cause caratteristiche del trattore: - centro di massa elevato; - sviluppo di coppie molto alte; caratteristiche operative: - elevati carichi posteriori ed anteriori a sbalzo; inerzia di macchine trainate non frenate; - errate manovre su terreni declivi (es. svolte verso valle); - partenza in salita con traino gravoso; caratteristiche del suolo caratteristiche del suolo: - terreno cedevole (es. ripe fossi, fondi instabili); - buche o avvallamenti incontrati da ruote a valle cunette da ruote a monte;

3 Incidenti per ribaltamento - conseguenze coricamento laterale (rotazione < 180 ) rotolamento continuo (rotazione <180 )

4 Ribaltamenti dei trattori: statistiche ribaltamento laterale: ~ 75 % impennamento: ~ 20 % rovesciamento anteriore:~ 5 % In realtà, molti incidenti comportano un ribaltamento combinato (latero-anteriore; latero-posteriore)

5 Approccio al problema all inizio degli anni 50: prevenzione attiva (prevenire o impedire il ribaltamento) 1 - segnalazione ottica e/o acustica al raggiungimento di pendenze laterali eccessive; 3 - introduzione di modelli ad assi snodati o autolivellanti; 2 - interruzione della mandata di combustibile o stacco del moto alle ruote; 4 - applicazione di puntoni laterali ad espulsione automatica Problemi: * precisione di intervento (1, 2, 4) * applicabilità (2, 4) * affidabilità (1, 2, 4) * accettazione da parte degli agricoltori (2, 4) * costo (3) Risultato: rapido abbandono di questi sistemi!

6 Approccio successivo (~1955): prevenzione passiva (lasciare che il ribaltamento avvenga e minimizzarne le conseguenze) Strutture di protezione costruite intorno all abitacolo. Le prime sperimentazioni prevedevano prove reali su pendii inerbiti. Problemi: lunga preparazione, elevato costo, bassa ripetibilità, risultati aleatori Si passò quindi a: Simulare le sollecitazioni meccaniche sulla struttura di protezione in caso di ribaltamento tramite una serie di urti inferti con una massa animata di moto pendolare oppure di carichi (quasi) statici esercitati ad es. con un cilindro idraulico

7 Con l aumento delle esperienze internazionali e definizione di alcuni problemi nell effettuazione delle prove dinamiche: - scarsa riproducibilità tra diverse stazioni di prova; - scarsa ripetibilità (variabili procedurali); - scarse o nulle indicazioni progettuali al costruttore per il miglioramento della struttura di sicurezza in caso di insuccesso Soluzione: introduzione codici di prove (quasi) statiche (in alternativa a quelle dinamiche): in sostituzione degli urti, si applicano carichi statici, tramite un cilindro idraulico, nei medesimi punti d impatto del pendolo (max velocità di avanzamento 5 mm/s)

8 -Definizione e diffusione di Codici di prova sovranazionali: (es. CEE, OCSE, ISO, SAE, OSHA). In Italia: obbligo sui trattori nuovi dall (Circ. Min. Lav. 201/73) Tipologia delle prove previste (definite: DINAMICHE) e significato della simulazione: A-urto (carico)posteriore B-urto (carico) laterale C-urto (carico) anteriore D-compressione Legame della severità della singola prova (=verifica della robustezza della struttura) in funzione di: probabilità statistica di accadimento del tipo di ribaltamento connesso; dinamica del ribaltamento, carichi in gioco e conseguenti prevedibili sollecitazioni meccaniche della struttura di sicurezza Requisiti di base iniziali richiesti per l approvazione della struttura di sicurezza: 1 - assenza di rotture 2 - rispetto della zona di sicurezza impennamento ribaltamento laterale rovesciamento in avanti rotolamento continuo (tutta la massa del trattore grava sulla sommità della struttura di sicurezza)

9 Problematiche: Urto posteriore:trattori a passo lungo o passo corto Equivalenza effetti di urti/carichi corrispondenti (~ 50 % di energia non assorbita durante gli urti e dissipata dai pneumatici e dai cavi di ancoraggio)

10 Differenze procedurali Confronto vantaggi/svantaggi:

11 Peculiarità della prova statica - curve carico-deformazione per il calcolo dell energia assorbita dalla struttura - ammissibilità delle rotture e introduzione della prova di sovraccarico (sia per i carichi longitudinali che per le compressioni)

12 Tipologie delle strutture di protezione a - roll-bar posteriore a due montanti; b e c - roll-bar anteriore a due montanti abbattibile; d - telaio a quattro montanti senza piattaforma; e - telaio a quattro montanti con piattaforma; f - cabina sospesa e insonorizzata

13 Prove (OCSE) di strutture per trattori a carreggiata stretta (carreggiata minima <1150 mm) Problematiche svariate tipologie notevolmente diverse tra di loro dimensioni ridotte (anche del posto di guida) frequente operatività su terreni in pendenza necessità di operare in colture specializzate (frutteti e vigneti, serre e vivai, ecc.) Soluzioni - Due codici (Standard) differenti di prova per strutture montate: dietro al posto di guida (roll-bar posteriore fisso, telaio a 4montanti o cabina) Cod. OCSE 7 (87/402/CEE) davanti al posto di guida (roll-bar anteriore abbattibile) Cod. OCSE 6 (86/298/CEE)

14 Particolarità dei Codici (Standard) per i trattori a carreggiata stretta Cod. OCSE 6 e 7 - larghezza zona di sicurezza ridotta a 400 mm (invece di 500 mm) - formule per il calcolo dell altezza di caduta del pendolo o dell energia da far assorbire alla struttura differenziate in funzione della massa del trattore e di alcune sue caratteristiche geometriche Cod. OCSE 6 - zona di sicurezza ridotta (guidatore prono sul volante e 400 mm di larghezza) - prove preliminari di ammissibilità al test di resistenza: 1) stabilità laterale del trattore a 38 ; 2) rotolamento non continuo su una pendenza di 33

15 Possibile evoluzione futura verso l esecuzione di prove simulate su PC 1 - disegno della struttura (discretizzazione, ad es. tramite CAD) 2 - applicazione del metodo degli elementi finiti (FEM) e modellazione 3 - analisi (applicazione delle energie e delle forze) 4 - output (grafico, numerico)

16 Evoluzione, innovazione e problemi non ancora risolti Estensione della simulazione a strutture di grandi (mietitrebbistrici, vendemmiatrici, ecc.) e piccole (trattorini da giardino) macchine operatrici semoventi in conformità alle disposizioni della Direttiva Macchine in tema di protezione del posto di guida Materiali utilizzati: acciai differenti tra loro tra quelli del prototipo e quelli della produzione in serie. Acciai effervescenti e calmati e acciai a differente contenuto di carbonio. Requisiti di resilienza richiesti da alcuni codici di prova? ROPS?

17 Telai per trattori usati standard: linee guida ISPESL 2006 /telai_indice.asp) ( ispesl/sitodts/linee_guida/telai_indice.asp Principale obiettivo: individuare i requisiti costruttivi dei dispositivi di protezione in caso di capovolgimento e fornire le relative istruzioni e procedure per la loro realizzazione ed applicazione ai trattori agricoli o forestali già immessi sul mercato delle seguenti categorie: 1. trattori a ruote a carreggiata stretta 2. trattori a ruote standard 3. trattori a cingoli

18 1. individuazione delle tipologie di trattori e loro suddivisione in classi di massa; 2. definizione e quantificazione dei parametri di interesse ai fini della progettazione; 3. conformazione e dimensionamento dei telai e dei dispositivi di attacco; 4. realizzazione di un modello agli elementi finiti per la simulazione delle prove statiche di cui alle specifiche direttive UE.

19 Tipologie di telaio 2 montanti anteriore 2 montanti posteriore 4 montanti

20 Scheda tecnica Sono state preparate numerose schede tecniche, ognuna comprendente i seguenti elementi di base necessari alla realizzazione dei telai: 1. materiali da utilizzare; 2. numero, dimensioni e spessori dei tubolari; 3. numero, dimensioni e spessori delle piastre; 4. numero, tipologie e classi di viti/bulloni. Telai a tubi: piegati saldati

21 Montaggio (sostituzione) del sedile e del sistema di ritenzione del conducente (cintura di sicurezza) La protezione di un telaio o di una cabina in caso di ribaltamento non è effettiva se il conducente non rimane solidale al sedile di guida tramite un sistema di ritenzione. Per i trattori usati, spesso è necessario sostituire anche il sedile, perché non predisposto o adatto all accoppiamento con una cintura di sicurezza, che deve essere ancorata: - al sedile di guida, se questo è mobile, in senso orizzontale, verticale o per quanto riguarda la sua rotazione; - al sedile di guida o ad altri parti fisse del trattore, se non è prevista la possibilità di movimenti. Il tipo di cintura più utilizzata è quella addominale, a due punti di attacco