Protezione alberi cardanici_09_dts

Dipartimento Tecnologie di Sicurezza
Protezione degli alberi cardanici di
trasmissione dalla presa di potenza
Leonardo Vita
[email protected]
Marco Pirozzi
[email protected]
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.
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L’albero 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.
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Il giunto cardanico
Giunti omocinetici e grandangolari
Permette la trasmissione del
moto in maniera uniforme senza
oscillazioni di velocità. Possono
essere raggiunti disallineamenti di
40°
Giunto grandangolare
E’ impiegato per applicazioni che
richiedono angoli di lavoro grandi,
ma non superiori a 80°
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Giunto omocinetico
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.
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Limitatori di coppia
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.
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Ruota libera
SCUDO DI PROTEZIONE
GHIERA DI
CHIUSURA
ALBERO
CROCIERE
PROTEZIONE
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Scudo di protezione
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
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UNI EN 12965:2003
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.
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Termini e definizioni
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.
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Parti dell’albero di trasmissione e
della protezione
Ruota libera e limitatore di coppia
Ruota libera
1. Albero
ricettore
macchina (a.r.m.)
2. Ruota libera
della
Limitatore di coppia
1. Albero ricettore della
macchina (a.r.m.)
2. Limitatore di coppia
• 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: 2008 Sicurezza del macchinario. Distanze di sicurezza per impedire il
raggiungimento di zone pericolose con gli arti superiori e inferiori).
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Requisiti e/o misure di sicurezza
Giunto cardanico
La protezione deve ricoprire l’albero di trasmissione almeno fino
Distanza massima tra l’estremità dell’albero cardanico di trasmissione
dalla p.d.p. e l ’asse del dispositivo di bloccaggio (Dimensioni in
millimetri)
1. Scudo di protezione della presa di
potenza del trattore
2. Asse del dispositivo di bloccaggio
Tipo di p.d.p.
c (max.)
1
80
2
80
3
90
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all’estremità della forcella interna del giunto cardanico.
Giunto cardanico grandangolare
L’albero di trasmissione deve essere protetto in posizione orizzontale
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.
1
2
3
c (max.)
80
80
90
1. Scudo di protezione della presa
di potenza del trattore
2. Asse del dispositivo di bloccaggio
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almeno fino all’estremità del giunto esterno della forcella doppia
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
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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
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Giunto cardanico grandangolare
Giunto cardanico grandangolare
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
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• la sovrapposizione tra la protezione separata e il cono di
• 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 12965.
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Protezione
Punti di intervento e sistema di trattenuta
• 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.
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Punti di intervento
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.
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Rischi residui
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.
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Brevetto ISPESL
Brevetto ISPESL - funzionamento
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Cuffie mobili
Protezione albero cardanico
Brevetto ISPESL - funzionamento
Apertura della protezione
Arresto della presa di potenza
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Raggiungimento angolo limite
UNI EN ISO 5674:2004
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.
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Trattrici e macchine agricole e forestali
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/m3 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
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Prova di usura
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Prove di resistenza
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Prove di carico delle protezioni
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Prova di carico assiale a basse temperature
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
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Prova di urto a bassa temperatura
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Schema
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.
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Prove sul dispositivo di fissaggio
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/m2
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.
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Raggi UV
Criteri di accettazione
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.
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I criteri di accettazione finali sono i seguenti: