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GEOMETRIE DEL SOLLEVATORE: COME INFLUENZANO IL TRATTORE
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purin

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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:48:14    Oggetto:  GEOMETRIE DEL SOLLEVATORE: COME INFLUENZANO IL TRATTORE
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Innanzitutto si vuole specificare che quanto segue non è certo una spiegazione esaustiva dell’interazione tra il trattore, la distribuzione dei carichi e la geometria del sollevatore, su argomenti simili sono stati pubblicati parecchi libri e l’argomento non è nemmeno esaurito, in queste righe si vorrebbe cercare di dare una spiegazione relativamente semplice del comportamento dinamico del corpo macchina-sollevatore.

Innanzitutto quando si parla di geometria del sollevatore si intende un insieme abbastanza complesso di corpi rigidi (per questo tipo di analisi si possono tranquillamente trascurare le deformazioni elastiche dei corpi): il telaio, rappresentato dal trattore, con le parallele inferiori (per questa analisi non ha importanza la conformazione dei tiranti verticali e le parallele superiori del corpo sollevatore, che invece rivestono grande importanza ad esempio nella capacità di sollevamento, che qui non viene presa in analisi) e il terzo punto oltre che, e spesso vien trascurato questo particolare, l’attrezzo collegato all’attacco a tre punti.

Nella trattazione si parlerà del comportamento di un attrezzo collegato all’attacco a tre punti del trattore, considerando un carico laterale nullo,come nullo è il carico torcente rispetto all’asse longitudinale del trattore, questo per semplificare la trattazione, ma senza perdere generalità, in quanto eventuali casi di carichi non simmetrici non nulli possono essere trattati come sovrapposizioni di effetti.
Per evitare di complicare ulteriormente l’argomento, già non facile, non si prenderanno in esame casi di attrezzi semiportati.

Bene, adesso che ci siamo sorbiti un po’ di termini tecnici, cerchiamo di liberarcene in fretta e di cercare di vedere in maniera pratica cosa succede.

(CONTINUA)


Ultima modifica di purin il 17 Nov 2012 12:53:16, modificato 1 volta in totale
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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:48:14    Oggetto: Adv






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purin

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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:49:11    Oggetto:  
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Di particolare importanza sono le posizioni dei perni di attacco dei bracci del sollevatore e del terzo punto, sia dal alto trattore che dal lato attrezzo, oltre che le lunghezze dei tre bracci.
Tutti questi dati sono ad esempio misurati durante i test effettuati dai laboratori dell’Università del Nebraska come si vede nella figura qui sotto:
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Perché queste misure sono così importanti nel funzionamento del sollevatore?
Innanzitutto distinguiamo il funzionamento del sollevatore in due fasi, quella statica (sollevatore fermo) e quella dinamica (ad esempio durante l’utilizzo in sforzo controllato).


Quando il sollevatore è bloccato il sollevatore porta il peso dell’attrezzo (possiamo paragonare le due parallele inferiori a due travi incastrate nel loro perno lato trattore, anche se ai fini del dimensionamento a rigidezza e a snervamento la cosa è ben diversa) e che l’attrezzo sia libero di ruotare sulle sue rotule: in questo caso il terzo punto, che è una biella, cioè trasmette solo carico assiale, ne impedisce al rotazione.

Di tutti il sistema il terzo punto è sicuramente l’elemento più semplice da comprendere, infatti a seconda delle configurazioni esso lavora come un puntone (viene schiacciato dalle forze alle estremità) o come un tirante (viene tirato) ma non vien mai sottoposto a flessione.

Nel caso di attrezzo sollevato, il cui baricentro è più distante dal trattore rispetto all’attacco a tre punti, il terzo punto lavora come una catena (in alcuni utilizzi viene proprio sostituito con una catena) e la sua inclinazione fa sì che porti parte del carico dell’attrezzo (se sul trattore ha un attacco più alto che sull’attrezzo) o che aggravi il carico sul sollevatore (nella quasi totalità delle configurazioni di lavoro).

Sembrerebbe un controsenso avere un terzo punto che vada ad aumentare il carico che il sollevatore deve portare, ma vedremo in seguito che il tutto ha una ragione ben precisa.

In questa configurazione il peso dell’attrezzo tende a sbilanciare il trattore, e ciò che ne risulta è che l’asse anteriore sarà più scarico, e il carico si trasferirà (oltre al peso dell’attrezzo) sulle ruote posteriori.
In questa configurazione, oltre ad avere un sollevatore corto che cerchi di tenere il baricentro dell’attrezzo più vicino possibile al trattore, non si può fare molto.


(CONTINUA)
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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:49:58    Oggetto:  
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Nel caso di sollevatore non bloccato (flottante) possiamo paragonare a delle bielle sia il terzo punto che le parallele inferiori: in questo caso il sollevatore è libero di muoversi, e il moto dell’attrezzo è di traslazione (alto-basso) ma ha anche una rotazione, pensiamo ad esempio quando si alza un attrezzo, a sollevatore tutto calato e tutto alzato solitamente ha due inclinazioni diverse.
Senza entrare troppo nel tecnico, esiste un punto, detto “centro di istantanea rotazione”, puramente teorico (può anche essere fuori dalla macchina) dove possiamo immaginare che, per un piccolo spostamento, la rototraslazione dell’attrezzo sia una rotazione attorno appunto a questo centro.
È detto centro di rotazione istantanea in quanto sappiamo bene che non c’è una semplice rotazione, in quanto l’attrezzo trasla, ma per ogni istante è come se ruotasse attorno a quel punto.
Basta osservare la traiettoria di un qualsiasi attrezzo in nostro possesso ed attaccato al sollevatore, non è assolutamente circolare, a meno che non utilizziamo attrezzi con attacco a due punti, dove possiamo individuare facilmente il centro di rotazione.

Per ogni posizione del sollevatore (ed anche in funzione dell’attrezzo utilizzato, se non segue le normative dell’attacco a tre punti) esiste un centro di istantanea rotazione, se andiamo a disegnarlo per ogni posizione del sollevatore otterremo una traiettoria, detta polare, che ha alcune caratteristiche interessanti.

Non serve molta fatica per trovare il centro di istantanea rotazione, per un attacco formato da due bielle (sollevatore visto lateralmente) esso è semplicemente il punto dove si incontrano i prolungamenti delle parallele inferiori e del terzo punto.

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Ultima modifica di purin il 17 Nov 2012 12:56:27, modificato 2 volte in totale
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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:51:13    Oggetto:  
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Per capire meglio il funzionamento del sollevatore, possiamo immaginarlo come un attacco a due punti incernierato proprio nel centro di istantanea rotazione, che ricordo cambia la sua posizione durante il movimento del sollevatore.

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Adesso che siamo riusciti ad avere un modello semplificato del nostro sollevatore, immaginiamo di impiegarlo, ad esempio, in aratura: quando appoggiamo il nostro aratro a terra, desideriamo che si interri rapidamente, oltre che per il suo peso e per la forma del versoio, anche perché è il nostro trattore a tirarlo verso il basso.

Per fare questo è necessario che il centro di istantanea rotazione sia più basso rispetto all’attacco dell’aratro, ricordando che le forze scambiate lungo questo teorico attacco a due punti sono parallele allo stesso (in realtà le forze trasmesse sono leggermente più complesse, lungo le parallele inferiori e il terzo punto, ma la loro somma ha esattamente lo stesso effetto, questo è il vantaggio del modello semplificato).

Mano a mano che l’aratro si interra è necessario che la componente della forza che lo tira verso il basso diminuisca (ricordiamo che è una forza che alleggerisce il nostro trattore e ne riduce l’aderenza) fino a quando, con aratro in posizione di lavoro, si annulli.

In realtà il nostro sollevatore non è semplicemente un tirante, in quanto può essere alzato da un sistema meccanico (comandato dall’operatore, oppure dallo sforzo controllato), ma che non può essere spinto verso il basso (a parte in alcuni casi, il sollevatore è a semplice effetto) e perciò conviene che in posizione di lavoro i perni inferiori dell’attrezzo siano leggermente più alti che dal lato trattore, creando un piccolo sbilanciamento di forze che tende a far piantare l’attrezzo ed alleggerire il trattore, ma che viene compensato dalla forza di alzata del sollevatore.

In questa configurazione, agendo sul sollevamento possiamo alzare l’attrezzo, mentre lasciando flottante il sollevatore l’aratro tende naturalmente ad interrarsi maggiormente.


(CONTINUA)


Ultima modifica di purin il 17 Nov 2012 12:56:08, modificato 1 volta in totale
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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:51:38    Oggetto:  
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In operazioni come l’aratura è molto utile lo sforzo controllato, come può influenzare la geometria del sollevatore il suo funzionamento?

Ritorniamo al nostro aratro, ed immaginiamo che durante il lavoro si incontri una vena di terreno più tenace, questo farà attivare lo sforzo controllato, che richiamerà leggermente il sollevatore verso l’alto. Come detto prima, possiamo immaginare che il nostro attrezzo (per piccoli spostamenti) ruoti attorno al centro di istantanea rotazione: questa sua rotazione farà si che la leggera forza che tirava l’attrezzo verso il basso non ci sia più, anzi, cercando di sollevare leggermente l’aratro il trattore si caricherà anche del peso dello stesso e del terreno soprastante.
Il trattore avrà così un peso “istantaneo” molto maggiore, e quindi una maggior aderenza, che permetterà di superare il tratto più tenace, ma in tutto questo discorso la posizione del centro di istantanea rotazione cosa conta?

Conta parecchio, perché durante questo istante nel quale il sollevatore richiama l’attrezzo, per effetto dell’inerzia del complesso attrezzo+terreno, che può essere anche molto maggiore di quella del trattore, in realtà è il trattore che tende a ruotare leggermente rispetto a questo centro di istantanea rotazione, ed avendo una certa rigidezza ed il terreno una certa portanza, questa rotazione si tradurrà in un maggior carico a terra.


(CONTINUA)

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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:52:16    Oggetto:  
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Facciamo adesso alcuni esempi limiti per capire l’importanza del centro di istantanea rotazione: se questo è posizionato esattamente sull’asse posteriore, possiamo immaginare che il trattore ruoti attorno ad esso, quindi, oltre al caricamento dell’asse posteriore dovuto al peso dell’attrezzo (e alleggerimento dell’asse anteriore) abbiamo anche un effetto di impennamento del trattore: nel caso di sollevamento vero e proprio dell’asse anteriore sull’asse posteriore avremo quindi il peso del trattore e dell’attrezzo e terreno, rispetto al caso del solo peso di parte del trattore senza l’effetto dello sforzo controllato.

Questo caso potrebbe essere auspicabile nei trattori a trazione semplice, in quanto tutto il carico disponibile va sull’asse motrice, anche se in realtà non si arriva ad avere una soluzione così estrema, per problemi di comfort, di portanza del terreno e a volte anche strutturali.
Se poi consideriamo che i trattori 2wd oggigiorno sono dei DT con un ponte semplificato, vediamo che non è possibile avere una geometria del sollevatore dedicata ai trazione semplice, per motivi di standardizzazione.
Va anche detto che oggi si usano sempre meno i trattori ST per lavori di traino pesante, e su terreni cedevoli una soluzione simile porterebbe al sicuro impantanamento delle ruote posteriori.

Ipotizziamo una seconda soluzione, opposta alla prima, con il centro di istantanea rotazione posto sull’asse anteriore: l’effetto dello sforzo controllato, con il peso dell’attrezzo tenderebbe ad alleggerire l’anteriore e caricare il posteriore (per comprendere ben questi fenomeni potrebbe essere utile leggere l’articolo sull’influenza del passo nei trattori) e gli effetti inerziali tenderebbero a caricare il posteriore ma, ruotando il trattore proprio attorno all’asse anteriore, senza alleggerire le ruote davanti.
Il trattore avrebbe quindi un carico molto più bilanciato, più adatto a configurazioni a quattro ruote motrici.

Senza rifare tutto lo stesso discorso, se il centro di istantanea rotazione fosse più avanti del ponte anteriore, si avrebbe un aumento del carico dovuto alla rotazione su entrambi gli assi.


(CONTINUA)

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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:52:55    Oggetto:  
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Pensando di porre il centro di rotazione ad infinito, avremmo uno schiacciamento a terra di entrambi gli assi in ugual maniera, ciò potrebbe essere ottenuto facilmente costruendo una geometria del sollevatore che in posizione di lavoro abbia parallele inferiori e terzo punto perfettamente paralleli tra loro.

Non abbiamo considerato configurazioni che abbiano il centro di istantanea rotazione posti dietro il trattore: risulta evidente che non avrebbero molto senso nell’ottica di utilizzare lo sforzo controllato per caricare il trattore, in quanto una configurazione simile tenderebbe a ridurre o annullare il carico dato dal peso dell’attrezzo e del terreno.
Vi chiedete come si potrebbe realizzare una configurazione simile? Ricordate quando vi ho detto che un terzo punto inclinato a scendere verso l’attrezzo più del sollevatore ha un grosso problema? È proprio questo.

Anche l’altezza del centro di istantanea rotazione, oltre alla sua posizione longitudinale, ha molta importanza, facilmente comprensibile: più alto è il centro di istantanea rotazione maggiore sarà lo sbilanciamento (trasferimento di carico al posteriore) durante il lavoro.

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Tutto questo discorso non tiene però conto di altre esigenze che nascono nella progettazione di un attrezzo: si vorrebbe che nell’ultima fase di alzata del sollevatore l’attrezzo tenda a ruotare in avanti, per evitare che attrezzi lunghi tocchino terra, ci sono altre esigenze telaistiche e strutturali, si deve avere un buon comportamento del mezzo con vari attrezzi e necessità, il tutto porta ad avere un centro di istantanea rotazione posizionato solitamente tra i due assi, ma sulla posizione si può agire, scegliendo ad esempio diverse posizioni sui fori di trattore ed attrezzo per il terzo punto.


(CONTINUA)


Ultima modifica di purin il 17 Nov 2012 12:57:03, modificato 1 volta in totale
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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:53:44    Oggetto:  
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L’argomento è ancora molto vasto, esistono applicazioni (soprattutto nel campo degli aratri) di ruote o talloni azionati dallo sforzo controllato per massimizzare quest’effetto di rotazione, come anche le scelte fatte dalle Case Costruttrici di trattori molto diverse in termini di geometria del sollevatore, dovute ad esigenze diverse, come anche costruttori di attrezzi che (pur essendo gli attacchi a tre punti normati) creano soluzioni proprie per cercare di ovviare a problemi riscontrati.

Interessante può essere la soluzione DRP di SDF, che ha puntato molto sullo studio del centro di istantanea rotazione per il big di casa, Same Diamond ed omologhi, come anche alcune soluzioni artigianali al problema.

Certo, l’argomento non è affatto semplice, io spero di aver chiarito qualche dubbio, invece di aver (magari) creato ulteriore confusione sull’argomento.

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italy
MessaggioInviato: 17 Nov 2012 12:55:14    Oggetto:  
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Ovviamente posso aver commesso degli errori (di battitura, di ortografia ed anche peggiori): segnalatemeli, e comunque contribuite anche voi alla discussione..

magari se dovete quotare una parte del messaggio limitatevi a quella parte, anzichè a tutto il papiro..


ciao

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Simone

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MessaggioInviato: 17 Nov 2012 20:12:04    Oggetto:  
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Purin non ti preoccupare degli errori di battitura, quelli si fa sempre in tempo a correggerli, quello che conta è la sostanza! e qui ce n'è parecchia Mr. Green
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fox

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MessaggioInviato: 27 Nov 2012 19:31:41    Oggetto:  
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Qui da noi i diamond hanno avuto il problema che la fusione della cassa dove erano attaccati i bracci superiori del sollevatore cedeva e si staccavano gli stessi. Che sia magari una errata configurazione del famoso e citato calcolo
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MessaggioInviato: 07 Dic 2012 19:22:07    Oggetto:  
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fox ha scritto:
Qui da noi i diamond hanno avuto il problema che la fusione della cassa dove erano attaccati i bracci superiori del sollevatore cedeva e si staccavano gli stessi. Che sia magari una errata configurazione del famoso e citato calcolo


Si è rotta la cassa dove alloggiavano i braccetti superiori o la fusione bassa dove sono attaccate le parallele inferiori? io avevo sentito (non visto di persona) un caso di rottura della fusione dove si attaccavano le parallele inferiori, ma per un difetto di fabbricazione (soffiatura) che avava ceduto per lo sforzo di traino..

la geometria del sollevatore non c'entra nulla con i cedimenti, al massimo si può trattare di errata progettazione..


ciao
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MessaggioInviato: 16 Giu 2013 23:23:54    Oggetto:  
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incredibile finalmente dopo varie ed estenuanti letture ho capito come è il discorso dello sforzo controllato che carica il posteriore e dello spostamento dei cir......grande purin una trattazione davvero esaustiva e chiara.....
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angelo

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MessaggioInviato: 06 Set 2013 20:49:01    Oggetto:  
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Domanda: Di norma l'attacco (dove si incerniera il perno nello snodo...) del terzo punto lato attrezzo, si trova sulla stessa verticale degli attacchi delle parallele, se per un motivo qualsiasi l'attacco del terzo punto fosse più indietro di un 15-20 cm aumentando di fatto la lunghezza di A che si vede nella seconda immagine che avete postato, alzando e abbassando l'attrezzo esso assume la stessa posizione come se il terzo punto fosse della dimensione giusta oppure ruota in modo diverso?
Non so se mi sono spiegato in modo chiaro.
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italy
MessaggioInviato: 06 Set 2013 22:13:46    Oggetto:  
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otterresti che quando alzi l'attrezzo questo non tende a "ruotare in avanti" come succede normalmente e quindi aumenta l'altezza da terra ma se l'allungamento è importante rispetto al reasto delle dimensioni potresti addirittura avere che l'attrezzo tende a "ruotare indietro"..

potresti compensare in parte utilizzando un terzo punto incenierato alto sull'attrezzo e più basso sul trattore..


come mai vorresti fare un sistema con un terzo punto molto lungo?


ciao

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