Corso di Laurea in Scienze e Tecnologie Agrarie

Prof. S. Pascuzzi

Corso di Meccanica e Meccanizzazione Agricola

1  

Organi di propulsione e sostegno

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

RESISTENZA all’AVANZAMENTO (ruote folli e motrici)  

La resistenza all’avanzamento Rr 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).

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

RESISTENZA all’AVANZAMENTO (Rr)

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 rs= raggio sottocarico δ = parametro dell’attrito volvente

δ⋅=⋅= GrRM sr

La forza Rr da applicare al mozzo della ruota

per vincere la resistenza all’avanzamento

risulta: r

sr cG

rGR ⋅=⋅=

δ

sr rc δ=con: coefficiente di resistenza all’avanzamento

Valori medi del coefficiente di resistenza cr per diversi terreni

Tipo di terreno Ruote Cingoli

Strada pavimentata 0.02-0.03 -

Strada in terra battuta

0.04-0.06 0.04-0.05

Stoppie di grano 0.06-0.08 0.05-0.07

Cotica erbosa 0.08-0.10 0.07-0.08

Terreno umido 0.10-0.12 0.08-0.10

Letto di semina 0.12-0.18 0.12-0.13

Nota: con pneumatici a basso rapporto di forma i valori di cr in

campo si riducono mediamente del 5÷7%

Ciò è possibile perché tra gli organi di propulsione e il terreno

si sviluppa una forza di resistenza reciproca, detta aderenza.

ADERENZA

In una ruota motrice (cingolo), il

momento motore (M) derivante dal

semiasse, viene utilizzato per:

• esercitare la forza di trazione Ftr desinata alle MO

• consentire l’avanzamento del trattore, vincendo le resistenze di

attrito Rr (perno ruota, lavoro di deformazione sistema ruota/terreno)

ADERENZA Ad [N] data da: [N] , con: • Ga : forza peso [N] che grava sull’organo di

propulsione, o peso aderente

• Ca : coefficiente di aderenza

aad cGA ⋅=

Tipo di terreno Ruote Cingoli

Strada pavimentata 0.90-1.00 -

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 0.35-0.40 0.50-0.60

Letto di semina 0.30-0.35 0.40-0.50

Valori medi del coefficiente di aderenza ca su diversi terreni

Nota: con pneumatici a basso rapporto di forma i valori di ca in campo aumentano mediamente dell’8÷10%

ADERENZA Ad = Ga.ca [N]

Essendo: [N] , con:

• Ai : superficie dell’impronta dell’organo di propulsione [cm2]; • σ : pressione media dello stesso organo di propulsione sul terreno [bar];

Sostituendo nella: [N] si ha: [N] aad cGA ⋅=

ia AG ⋅⋅= σ10

10⋅⋅⋅= aid cAA σ

Chiamando con rs il raggio sottocarico del pneumatico considerato si ha:

L’aderenza può anche essere definita sulla base della legge di Coulomb-Morin:

Con: cs coesione; tgϕ coefficiente di attrito interno del terreno

M = Ad ⋅ rs =Ga ⋅ca ⋅ rs [N.m]

    ϕtgGcAA asid ⋅+⋅= [N]

   

101010 ⋅⋅⋅=⋅⋅⋅+⋅→⋅⋅⋅=⋅+⋅ aiisiaiasi cAtgAcAcAtgGcA σϕσσϕ

Ga  ϕ

σtgcc s

a +⋅=→ −110

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 (v2)

rispetto alla velocità teorica (v1)

corrispondente all’effettivo numero di

giri delle ruote n1.

n2 esprime il numero di giri teorico delle ruote motrici corrispondente

alla velocità effettiva di avanzamento del trattore v2

   

1

2

1

21

1

2

1

21 11nn

nnns

vv

vvvs −=

−=→−=

−=

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

Forza di trazione Ftr

sapendo che:

Questa forza di trazione si esercita a mezzo sia di ruote sia

di cingoli, che provvedono anche al sostegno del trattore

L’aderenza Ad deve consentire al trattore di esercitare la forza massima

di trazione Ftr, data da: [N] raardtr cGcGRAF ⋅−⋅=−=

ove: 0.65≤k≤0.70 per trattori 2RM;

k=1 per trattori 4 RM e a cingoli

si ottiene:

La relativa potenza di trazione Ptr risulta, essendo va la velocità di avanzamento [km/h]:

    GkGa ⋅=

   

   ( )ratr cckGF −⋅⋅= [N]

3600atr

trvFP ⋅

= [kW]

Forze utili di trazione Ftr per kW di potenza motrice Pm su diversi

terreni di pianura (valori medi orientativi con pneumatici convenzionali)

Tipo di terreno

Trattori a ruote Trattori a cingoli

ca

2 RM 4 RM

ca Ftr Ftr Ftr

[N/kW] % [N/kW] % [N/kW] %

Strada pavimentata

0.95-1.00 320-350 100 450-510 100 - - -

Strada in terra battuta

0.60-0.65 185-205 58 300-330 63 0.90-0.95 500-610 100

Stoppie di grano 0.45-0.50 125-140 41 210-240 45 0.75-0.80 450-490 80

Terreno umido 0.35-0.40 70-85 23 130-160 29 0.50-0.55 300-335 55

Letto di semina 0.30-0.35 35-55 14 90-120 21 0.40-0.45 200-215 35

Cosa fare per aumentare Ftr e quindi Ptr

organi di propulsione

• Pneumatici a basso

rapporto di forma

• Appositi ramponi

   occorre intervenire su: ca k.G

zavorratura tipo di accoppiamento

In fase di lavoro: trasferimento di

carico (q) dall’assale anteriore a

quello posteriore

   

   

[N] ( )ratr cckGF −⋅⋅=3600

atrtr

vFP ⋅= [kW]

Dispositivi per migliorare l’ ADERENZA

EQUILIBRIO STATICO DI UN TRATTORE G = forza peso trattore applicata nel

baricentro

 Ra, Rp = reazioni vincolari del terreno

sugli organi di propulsione trattore

 b = ba + bp = 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

EQUILIBRIO DINAMICO DI UN TRATTORE ESERCITANTE UN TIRO ORIZZONTALE

EQUILIBRIO DINAMICO DI UN TRATTORE ESERCITANTE UN TIRO INCLINATO

è come se il rimorchio trasferisse direttamente sulla ruota motrice

posteriore una forza Frv e dalla ruota anteriore una forza:

• Massa trattrice : kg 2760 • Passo : m 2,225

• Distanza baricentro dall’asse posteriore : bp 0,80 m • Forza di traino orizzontale : kg 1350

• Distanza baricentro dall’asse anteriore : ba =(2.225 - 0,80) = 1,425 m

determinare i carichi sugli assali per 2 possibili altezze del gancio di traino dal suolo:

Esempio

Asse%o  

sta)co  dinamico  

h=0,80  m   h=1,15  m  Ra    [kg]   992   507   294  

-­‐49%   -­‐70%  

Condizioni di impennamento

Ruota costituita da:

- cerchio (o cerchione)

- disco (o flangia)

- pneumatico 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

PNEUMATICI PER RUOTE MOTRICI Flessibili

Bassa pressione sul terreno: ≤1 bar

Soluzioni a base larga , caratterizzate ha H/b ≤ 0.80

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)

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

Cingolo con pattini (o suole)

ü Condizioni di aderenza totale (G=Ga); ü Peso in parti uguali sulle due catene

ü Ripartizione peso su ampia superficie

ü Pressioni sul terreno di 0.3-0.5 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 va≤15 km/h)