circuito idraulico, i cavalli fanno la differenza

TECNICA
CIRCUITO IDRAULICO, I CAVALLI
FANNO LA DIFFERENZA
Soluzioni diversificate
in base alla potenza
del trattore.
Cambiano anche
dimensioni, portata
e tipo dei componenti
di Giovanni Molari
e Stefano Pagliarani
DEIAGRA, Dipartimento di
Economia e Ingegneria Agrarie,
Università di Bologna.
[email protected]
aumento di richiesta di
potenza idraulica e di
azionamenti idraulici in un trattore ha incrementato considerevolmente l’uso di componenti e
parallelamente ha incrementato
le dimensioni e le funzioni dei
circuiti. Oggi il circuito idrauli-
L’
Fig. 1 - Schema di massima di un
circuito idraulico.
50
co di un trattore deve, infatti,
svolgere diverse funzioni quali
l’azionamento di numerosi servo-meccanismi, la generazione
di potenza, la lubrificazione di
componenti della trasmissione.
Di seguito verranno descritti i
principali componenti di un circuito idraulico ed analizzate le
loro funzioni, per poi mettere in
luce le caratteristiche che differenziano i circuiti idraulici di
un trattore di potenza mediobassa da quelli dei trattori di
elevata potenza.
Il principio
di funzionamento
In Fig. 1 vengono riportati i
componenti che consentono di
descrivere il principio di funzionamento del circuito idraulico di un trattore. La pompa,
collegata tramite ingranaggi all’albero motore, ha la funzione
di convertire la potenza meccanica in potenza idraulica aspirando olio dal serbatoio che
nella maggior parte dei casi è
costituito dalla scatola della
trasmissione. Sulla linea di
aspirazione è presente un filtro
che consente di ripulire l’olio
da inevitabili residui presenti
nella trasmissione, mentre sulla linea di mandata si trovano
tutti i vari componenti del circuito. Tra questi sono presenti
una valvola di non ritorno, una
valvola limitatrice di pressione,
per evitare che eventuali picchi
di pressione danneggino gli altri componenti del circuito, lo
scambiatore di calore per controllare la temperatura dell’olio. Sono quindi presenti distributori che consentono di azionare tutti i servocomandi del
trattore, i cilindri che convertono potenza idraulica in potenza
meccanica o i distributori ausiliari che forniscono direttamente potenza idraulica a utilizzatori esterni. Il distributore rap-
Fig. 2 - Componenti dei circuiti di alta e bassa pressione.
Fig. 3 - Idroguida e relativo circuito.
In rosso la mandata (P) proveniente dalla pompa, in blu il ritorno in serbatoio (T) ed in
giallo i condotti (L) ed (R) che portano l’olio ai cilindri di sterzo delle ruote. Il distributore
rotante, collegato meccanicamente al volante, consente di aprire le luci per il passaggio
dell’olio in pressione verso (L) in caso di sterzata a sinistra e verso (R) in caso di sterzata a destra. Quando il volante è fermo, il distributore invia l’olio proveniente dalla pompa
direttamente verso lo scarico (T).
presentato in Fig. 1 è di tipo
meccanico e consente di azionare un cilindro idraulico a
doppio effetto, che converte la
potenza idraulica ricevuta in
potenza meccanica. Quando il
distributore non è azionato, ed
è quindi in posizione di neutro,
l’olio viene mandato in scarico
e torna nel serbatoio. Sui cirm&ma
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teriore, l’innesto della
presa di forza e l’innesto delle frizioni idrauliche del cambio oltre
al circuito di lubrificazione.
La prima utenza che si
incontra nel circuito di
alta pressione è l’idroguida. È collegata al
piantone del volante ed
ai cilindri di sterzo dell’assale anteriore (Fig.
3), e consente di rendere più agevole la sterzatura da parte del conduFig. 4 - Sollevatore idraulico
Fig. 7 - Esempio di bloccaggio
cente. Tale utenza, a Fig. 6 - Circuito di bassa pressione.
a controllo elettronico.
del differenziale con frizione
In figura sono visibili il pannello di controllo
norma di legge, ha la
multidisco.
montato in cabina (A), il sensore di sforzo (B)
priorità nel circuito di alta pres- sospensione idraulica del ponte L’olio in pressione fa spostare il pistone e
e quello di posizione (C), la centralina (D), la
a pacco i dischi, vincolando uno dei
valvola di controllo (E) ed infine i pulsanti per
sione, in modo da garantire il anteriore e la regolazione del- manda
due semiassi alla corona e bloccando di conl’aggancio e lo sgancio degli attrezzi situati
seguenza il differenziale.
controllo dello sterzo del veico- l’attacco a tre punti.
sui parafanghi posteriori (F).
lo anche in condizioni di ridot- Il circuito di bassa pressione ilcuiti di scarico sono solitamen- ta portata di olio nel circuito. In lustrato in Fig. 6, alimenta tutti apposito circuito posto a valle
te previste diramazioni per con- alcuni trattori è possibile trova- i dispositivi di attuazione degli di quello di bassa pressione.
sentire la lubrificazione degli re un circuito indipendente per organi che possono essere inseingranaggi, dei cuscinetti e de- l’idroguida con una pompa spe- riti o disinseriti in un trattore e Trattori di alta
gli altri organi della trasmissio- cifica. La seconda utenza prio- cioè il bloccaggio del differen- e bassa potenza
ritaria del circuito di alta pres- ziale (Fig. 7), l’innesto della
ne.
sione è la valvola del freno ri- trazione anteriore, l’innesto Sostanziali sono le differenze
morchio che consente di azio- della presa di forza (Fig. 8) e tra i circuiti idraulici dei trattoI principali componenti
nare il freno di un eventuale ri- l’innesto delle frizioni idrauli- ri di elevata potenza e quelli di
Il circuito idraulico di un trat- morchio trainato. A valle delle che del cambio. È costituito in potenza medio-bassa, non solo
tore si può suddividere in due due utenze prioritarie vi sono primo luogo da una valvola re- per la portata di olio movimenparti: il circuito di alta pressio- tutte le altre ed in particolare il golatrice di pressione che con- tata e le dimensioni del circuine, con pressioni di esercizio sollevatore idraulico per la mo- sente di mantenere costante la to, ma soprattutto per la tipolodi circa 180-200 bar e quello di vimentazione degli attrezzi pressione nel circuito e garanti- gia di circuito e per le pompe
bassa pressione, che lavora a portati ed i distributori ausilia- re così la corretta attuazione dei installate. Nei trattori di poten18-20 bar (Fig. 2). Nel circui- ri, che consentono di trasmette- vari meccanismi e da un’elet- za elevata vengono infatti utito di alta pressione sono pre- re potenza idraulica ad eventua- trovalvola per ogni utenza. Le lizzate soluzioni che portano ad
senti l’idroguida, la valvola per li utilizzatori esterni al trattore. elettrovalvole vengono aziona- un migliore sfruttamento della
il freno dell’eventuale rimor- Il sollevatore idraulico può es- te direttamente dalla centralina potenza idraulica a fronte di un
chio, il sollevatore idraulico ed sere ad azionamento meccani- e consentono di collegare il maggiore costo. Ed è proprio il
i distributori ausiliari. Mentre co oppure a controllo elettroni- condotto di mandata con quel- maggior costo di queste solunel circuito di bassa pressione co. Nel caso di azionamento lo per l’azionamento dei vari zioni che ne rende difficile
sono presenti tutti i dispositivi meccanico la valvola di con- organi. Infine, l’eccesso d’olio l’impiego nei trattori di piccola
di attuazione degli organi qua- trollo che invia l’olio ai cilindri che si ha nel circuito viene uti- potenza.
li il bloccaggio del differenzia- di sollevamento è collegata di- lizzato per la lubrificazione In un trattore di bassa potenza
le, l’innesto della trazione an- rettamente alla leva posta in ca- della trasmissione mediante un sono generalmente previste due
bina. Nel caso di
controllo elettronico (Fig. 4)
la centralina pilota l’elettrovalvola e di conseguenza la valvola del sollevatore. In Fig. 5 è riportata la sezione di un distributore ausiliario
ad azionamento
meccanico. Nei
trattori di elevata potenza vi
Fig. 5 - Sezione di un distributore ausiliario.
possono essere
Il condotto di alimentazione (P) invia olio al centro del distributopoi altre utenze
re; (A) e (B) sono le due porte per gli innesti rapidi, (T) le luci di
scarico e (5) la valvola di non ritorno. La spola (1) è stata aziocollegate al cirnata in modo da mettere (A) in comunicazione con la mandata
cuito di alta
della pompa e (B) in collegamento con lo scarico. Quando inve8 - Presa di forza con innesto mediante frizione idraulica.
ce il distributore non è azionato la spola è in posizione di neutro,
pressione, ed in Fig.
l’olio proveniente da (P) viene mandato in scarico ed i condotti
In arancione i condotti per la lubrificazione della frizione, in azzurro quello per l’innesto
particolare
la
(A) e (B) sono chiusi e isolati tra loro.
della frizione.
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Fig. 9 - Pompa a ingranaggi.
In blu l’aspirazione e in rosso la mandata.
Fig. 10 - Schema di un distributore
ausiliario a centro aperto.
Quando la spola è in posizione centrale le
porte (A )e (B) degli innesti rapidi sono isolate e l’olio fluisce direttamente dalla mandata
(P) allo scarico (T).
pompe a ingranaggi (Fig. 9)
montate in tandem, con l’aggiunta di una eventuale terza
pompa qualora si voglia dotare
la macchina di maggiore potenza idraulica. Le pompe sono
tutte a cilindrata fissa e sono
trascinate direttamente dal motore, con la conseguenza di avere una portata di olio funzione
del regime di rotazione e non
della portata effettiva richiesta
delle utenze. I circuiti sono
quindi a centro aperto, per consentire all’olio eccedente, rispetto a quello richiesto dagli
utilizzatori, di ritornare al serbatoio (Fig. 10). Il circuito
idraulico è relativamente semplice, ma la potenza dissipata
(proporzionale alla portata
complessiva elaborata dalla
pompa e alla pressione di mandata) è quella necessaria per
mantenere tutta la portata d’olio alla pressione desiderata e
non solamente quella richiesta.
Nel circuito di alta pressione
dei trattori di elevata potenza,
vengono installate invece pompe a pistoni a cilindrata variabile (Fig. 11). In questo caso la
regolazione della portata elaborata viene fatta in base alle ef-
Fig. 12 - Distributore a centro
chiuso.
A e B sono le porte per gli innesti rapidi, P la
mandata della pompa e T lo scarico.
Fig. 11 - Pompa a pistoni
a cilindrata variabile.
In blu l’aspirazione in rosso la mandata.
fettive esigenze del circuito,
variando l’inclinazione del
piattello della pompa. Le utenze sono del tipo a centro chiuso, come il distributore ausiliario schematizzato in figura 12.
Se il distributore non è azionato (configurazione di neutro) la
spola è in posizione centrale, la
mandata della pompa è bloccata e la portata di olio nulla a
meno dei trafilamenti, con conseguenti assorbimenti di potenza molto ridotti. Nei circuiti a
centro chiuso viene inoltre in-
stallata una rete di rilevazione
del carico che trasmette ai regolatori della pompa a pistoni le
effettive richieste di pressione e
portata degli utilizzatori. Tuttavia le pompe a pistoni sono
molto più costose di quelle ad
ingranaggi, sono più sensibili
alla contaminazione dell’olio e
richiedono spesso una pompa
di precarica. La maggior complessità del sistema, la presenza di una rete di rilevamento del
carico ed i conseguenti costi di
installazione, rendono conveniente questo tipo di applicazione solo nei trattori di elevata potenza, dove la riduzione
percentuale delle perdite di po■
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