Evoluzione e innovazioni tra realtà e futuro

Evoluzione e innovazioni tra realtà e futuro

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[ SPECIALE TRATTORI ]
n. 22/2011
4 giugno 2011
Evoluzione e innovazioni
tra realtà e futuro
[ DI MICHELE MATTETTI
E GIOVANNI MOLARI* ]
I
Come è cambiato
il trattore:
l trattore agricolo fin dalle sue origini è stato
da macchina
concepito come una “centrale mobile di po­
tenza” ed è diventato nel corso degli anni la
utilizzata solo
macchina più diffusa in agricoltura. In oltre 100
anni di storia il trattore è stato sviluppato fino a
per lavorazioni
essere oggi una macchina versatile e adatta per
differenti impieghi, dall’utilizzo in campo a quel­
in campo a mezzo
lo stradale. Recentemente, l’incremento della di­
mensione delle aziende da un lato e dell’impiego
[ Sospensione idraulica Independent Link
usato anche
di contoterzisti per i lavori agricoli dall’altro ha
Suspension (Ils) montata da John Deere
favorito l’aumento della richiesta di macchine
sulla Serie 8030.
per il trasporto
sempre più potenti e nello stesso tempo versatili,
in modo da consentire il collegamento con diffe­
renti attrezzature e aumentare di conseguenza il grado di automa­
totalità dei casi sono dotati di sospensioni di tipo idropneumatico
zione delle lavorazioni, riducendone parallelamente i costi.
con un comportamento simile a quello di una molla progressiva.
Tali sospensioni, a differenza di quelle tradizionali con molla e
[ VELOCITÀ FINO A 60 KM/H
smorzatore, si adattano meglio alle variazioni di carico. La rigidez­
Il trattore viene inoltre impiegato sempre più come mezzo di
za della sospensione aumenta all’aumentare del carico che agisce
trasporto sia di attrezzature che di prodotti, ma la conseguente
sulla sospensione stessa e può essere incrementata anche in funzio­
richiesta di elevate velocità di avanzamento è anche favorita dalla
ne della superficie di percorrenza, garantendo così una sospensio­
necessità di raggiungere le zone di lavoro in tempi ridotti. In questi
ne rigida durante l’utilizzo stradale, per migliorarne la guidabilità,
anni le principali ditte costruttrici di trattori hanno messo in com­
e cedevole durante l’uso in campo, in modo da migliorare il
mercio modelli in grado di raggiungere i 50 e 60 km/h. Ma per
comfort, incrementare la trazione del mezzo, ridurre il compatta­
poter raggiungere tali velocità senza compromettere la funzionali­
mento del terreno e infine ridurre i consumi.
tà e la sicurezza delle macchine, hanno introdotto sospensioni
Tali sospensioni sono costituite da una componente sia pneu­
sull’assale anteriore. L’assale anteriore oscillante tradizionalmente
matica che idraulica. Nella versione più semplice sono composte
previsto sulle trattrici, infatti, mostra ad alte velocità limiti di
da una sfera cava avvitata a un martinetto idraulico collegato
stabilità laterale e conseguente­
direttamente alla scocca. Il pi­
mente impone un limite sulla
stone del martinetto viene inve­
velocità massima di percorren­
ce collegato all’elemento mobile
za di una curva. L’introduzione
della sospensione. Ciascun ci­
delle sospensioni ha inoltre in­
lindro è alimentato da un serba­
crementato il comfort del con­
toio d’olio mantenuto in pres­
ducente e parallelamente favo­
sione da una pompa a cilindrata
rito un aumento della produtti­
variabile. La sfera è divisa in
vità.
due parti da una membrana
I trattori agricoli nella quasi
flessibile. Nella parte superiore
è presente azoto in pressione,
mentre in quella inferiore è pre­
[ Ad Agritechnica 2009
sente olio. L’elemento smorzan­
Cnh ha presentato
te della sospensione è posizio­
un trattore dotato di Abs che
nato tra la sfera e il cilindro,
può raggiungere i 60 km/h.
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[ Sistema di controllo attivo della sospensione anteriore
del Fendt 900 Vario: riduce il rollio in curva, stabilizzando
il veicolo a elevate velocità.
mentre l’elemento elastico della sospensione è costituito dal gas
contenuto nel volume della sfera. Quando la sospensione si accor­
cia, il pistone invia olio alla sfera, comprimendo così l’azoto. La
componente idraulica della sospensione può essere controllata
attraverso un sensore che registra l’abbassamento della sospensio­
ne e una centralina che comanda la pompa e favorisce l’afflusso di
olio nel martinetto.
Tale sistema può essere utilizzato anche in versione attiva per
consentire alle ruote di replicare le asperità del terreno e garantire
così al trattore una trazione ottimale in ogni condizione, oltre a
migliorare il comfort e la stabilità in curva, riducendo il rollio.
Simili sistemi sono utilizzati nella serie Fendt 900 Vario dove,
durante la marcia in curva ad alta velocità, la sospensione esterna
viene allungata, mentre quella interna viene accorciata in modo
tale da ridurre il rollio. Molti costruttori adottano invece sospensio­
[ Schema del sistema centralizzato di gonfiaggio
degli pneumatici installato nel Fendt Serie 900 Vario.
[ SPECIALE TRATTORI ]
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1
Videocamera
Valvola di sterzo
elettro­idraulica
Ricevitore GPS
Sensore
inerziale
Controllo guida
computerizzato
Sensore
di posizione
delle ruote
ni con bracci lunghi, in modo da garantire un’ampia escursione
della sospensione, con l’obiettivo di mantenere la ruota il più
possibile perpendicolare al suolo e avere sempre un buon appog­
gio del battistrada sul suolo. Il gruppo Cnh ha proposto recente­
mente un trattore che può raggiungere i 60 km/h dotato del solo
assale oscillante convenzionale e di sospensione sull’assale.
[ L’IMPIANTO FRENANTE
I trattori con elevate velocità di avanzamento necessitano di un
impianto frenante idoneo, che consenta di smaltire una notevole
energia in un tempo ridotto. Anche se tali velocità non solo partico­
2
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[ 1­ Schema dei sensori
installati in un trattore
automatizzato.
[ 2 ­ Valtra RoboTrac, prototipo
di trattore semi­automatizzato
progettato per eseguire operazioni
programmate in vigne, frutteti,
vivai e piantagioni di caffè.
[ 3 ­ Il filtro antiparticolato
in grado di trattenere le particelle
PM10.
[ 4 ­ New Holland NH2, prototipo
di trattore a idrogeno.
larmente elevate, se paragonate a quelle delle autovetture, la massa
delle trattrici, la presenza di rimorchi e le differenti condizioni nelle
quali le trattici lavorano rendono la frenatura particolarmente deli­
cata. Un eventuale bloccaggio delle ruote può, infatti, causare il
ribaltamento del trattore.
Recentemente per ridurre tali rischi sono stati introdotti dispo­
sitivi Abs, dotati di sensori in grado di misurare il numero di giri di
ogni singola ruota e di intervenire su ciascuna ruota rilasciando il
freno, qualora si registrino velocità anomale, ed evitare così il
bloccaggio della ruota stessa. Il primo trattore con sistema Abs
introdotto nel mercato è stato il Jcb Fastrac. Tale modello presenta
[ SPECIALE TRATTORI ]
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Catalizzatore
ossidativo
Filtro
fuliggine
un impianto frenante dotato di dischi freno esterni, simile a quello
usato dagli autocarri. Attualmente solo Fendt e Cnh hanno presen­
tato un sistema Abs con dischi freno posti all’interno dell’assale
come quelli tipicamente usati nei trattori.
[ PRESSIONE PNEUMATICI SEMPRE SOTTO CONTROLLO
Grande attenzione viene posta dai costruttori sulla sicurezza delle
macchine e sulla riduzione dei consumi della trattrice. Tra le diffe­
renti caratteristiche di una trattrice che influenzano queste due
variabili vi è certamente la pressione di gonfiaggio degli pneumati­
ci. Ricerche recenti hanno infatti dimostrato come un’errata pres­
sione degli pneumatici può aumentare i consumi del 10%, soprat­
tutto in terreni particolarmente soffici.
Tuttavia, durante le lavorazioni in campo sono richieste basse
pressioni degli pneumatici per contenere il compattamento del
terreno, mentre durante la marcia in strada, in particolare alle alte
velocità, devono essere gonfiati a pressioni elevate. Solitamente
vengono utilizzate pressioni di compromesso. Recentemente sono
stati introdotti sistemi di gonfiaggio degli pneumatici (Fendt Serie
900 Vario) in grado di variare la pressione con un comando in
cabina. Tale sistema offre indubbi vantaggi sia in termini di produt­
tività che in termini di durata del pneumatico.
[ MOTORI: EGR, SCR, ELETTRICO, IDROGENO
Nell’ottica di una riduzione delle emissioni di inquinanti, anche i
trattori sono soggetti alla normativa che impone una forte riduzio­
ne degli ossidi di azoto (NOx) e del particolato (PM). Tale normati­
va ha costretto i costruttori a utilizzare sistemi innovativi in grado
di abbattere le emissioni inquinanti. La maggior parte dei produt­
tori, almeno per i trattori di grande potenza, hanno preferito la
soluzione con riduzione selettiva catalitica (Scr), che consente di
ridurre la quantità di NOx introducendo una soluzione a base di
urea nei gas di scarico in modo da ottenere azoto e vapore acqueo.
Il sistema impone un serbatoio supplementare per la miscela di
urea, un ingombrante catalizzatore che ha reso necessarie modifi­
che nel layout del trattore, la presenza di temperature elevate che
possono portare a malfunzionamenti del sistema e infine la neces­
sità di periodici rifornimenti di urea.
Altri costruttori, in particolare John Deere, hanno preferito l’uti­
lizzo della valvola di ricircolo dei gas di scarico (Egr) e del filtro
antiparticolato per raggiungere i limiti di legge. Il sistema Egr
trasferisce in camera di combustione una parte dei gas di scarico
dopo averli raffreddati. Viene così abbassata la temperatura in
camera di combustione e quindi la quantità di NOx prodotti. Il
filtro antiparticolato è un dispositivo che permette di intrappolare
il particolato prodotto dalla combustione. Nonostante tale sistema
sia più semplice, ha come inconveniente principale quello di un
aumento dei consumi. La riduzione dei consumi passa anche attra­
verso un’attenta gestione del motore: nella maggior parte delle
applicazioni gli organi ausiliari, quali ventole dell’impianto di raf­
freddamento, compressore dell’impianto di climatizzazione ecc.,
vengono azionati attraverso un collegamento diretto con l’albero
motore, con conseguente assorbimento continuo di potenza dal
motore.Tuttavia, non sempre l’azionamento di tali dispositivi è
necessario e il loro distacco potrebbe portare a considerevoli rispar­
mi di energia. Recentemente John Deere ha previsto nella serie E­
Premium un motore elettrico di 20 kW in grado di azionare tali
dispositivi, che possono essere disattivati ogni qualvolta non è
richiesto il loro funzionamento.
Al Sima 2009 New Holland ha presentato un prototipo dotato di
un motore a celle di combustibile. Tale trattore usa infatti una cella
di combustibile in grado di produrre elettricità per alimentare un
motore elettrico. Il sistema è dotato di un motore con un rendimen­
to maggiore di quello di un motore endotermico, tuttavia presenta
diverse problematiche. In primo luogo non è disponibile la tecnolo­
gia idonea per una produzione commerciale delle celle di combu­
stibile e in più l’idrogeno non è disponibile libero in natura, pertan­
to deve essere prodotto con un conseguente utilizzo di energia.
L’idrogeno può essere prodotto da uno stabilimento e stoccato nel
trattore in serbatoio o in alternativa può essere prodotto diretta­
mente dal mezzo. Certamente il prototipo realizzato proietta il
trattore verso il futuro, anche se è difficile prevedere un reale
utilizzo di questa soluzione in tempi brevi.
[ GUIDA AUTOMATICA
Nonostante l’introduzione delle strutture che proteggono il condu­
cente delle trattrici in caso di ribaltamento (Rops) abbia notevol­
mente ridotto le morti sul lavoro causate dal ribaltamento dei
trattori, avvengono ancora numerosi incidenti mortali causati dal­
l’impiego delle trattrici e numerosi sono anche gli infortuni. Alla
luce di ciò numerosi sono stati i tentativi di automatizzare i lavori
più impegnativi e tra questi numerosi sono i prototipi di trattori a
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[ SPECIALE TRATTORI ]
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Catalizzatore
Filtro
Catalizzatore Catalizzatore
[ Schema di funzionamento
guida automatica. Numerosi
ossidativo anti­particolato
SCR
ossidativo NH3
Gas di
sono tuttavia i problemi che de­
della riduzione selettiva
scarico
vono essere affrontati, in parti­
catalitica.
colare la variabilità ambientale
dovuta al suolo, alle piante e al
tica in agricoltura, recentemente
Dosatore filtro
prodotto, la variabilità nell’ese­
sono stati introdotti ausili alla
Dosatore
Serbatoio
carburante
cuzione delle operazioni e, infi­
guida, come ad esempio l’auto­
anti­particolato
ne, le differenti condizioni am­
steering per evitare sovrapposi­
bientali quali polvere, elevate
zioni della trattoria e ridurre lo
temperature e umidità.
spreco di prodotto. Numerosi sono i prototipi di trattrici a guida
Nonostante ciò, sono stati realizzati prototipi di trattrici a guida
automatica, ma la realizzazione di un trattore auto­guidato com­
automatica dotati principalmente di azionamenti di tipo by wire,
merciale è ancora lontana.
con:
In conclusione, il trattore è profondamente cambiato negli ulti­
­ controllori elettro­idraulici che consentono di avere aziona­
mi anni, anche in conseguenza delle richieste degli utilizzatori: non
menti attraverso attuatori comandati da una centralina;
è più solo una macchina per le lavorazioni in campo, ma è sempre
­ sensori di misura della posizione del trattore in termini di
più una macchina impiegata per il trasporto di attrezzature e
coordinate geografiche;
prodotti. L’aumento della velocità ha portato numerose modifiche
­ sistema dotato di videocamere in grado di misurare la posizio­
che hanno migliorato guidabilità e comfort. Numerose sono inoltre
ne relativa della trattrice rispetto agli oggetti circostanti;
le innovazioni introdotte per assecondare le normative per la ridu­
­ piattaforma inerziale per misurare rollio, beccheggio e imbar­
zione delle emissioni inquinanti. Nonostante i tentativi di realizza­
data del veicolo così da identificare correttamente la dinamica ed
re trattori a guida automatica, l’intervento dell’operatore è oggi
effettuare correzioni di traiettoria;
ancora indispensabile e la realizzazione di trattori sicuri e conforte­
­ software di controllo in grado di analizzare i segnali dei diversi
voli è oggi l’obiettivo primario dei costruttori.
n
sensori per il calcolo della traiettoria e modificare di conseguenza i
comandi.
*Deiagra, Università di Bologna
Nonostante le difficoltà che rendono difficile una guida automa­
[email protected]