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Documento PDF - AMS Tesi di Laurea

1. la necessit di anticipare l inizio dell iniezione per evitare che il ritardo all accensione porti lo sviluppo di energia in corrispondenza della fase di arretramento del pistone con conseguente introduzione di energia a temperature decrescenti Vi per un pericolo ben pi grave all aumentare della velocit di rotazione n del motore diminuisce proporzionalmente il periodo Te richiesto per il completamento di ciascun ciclo e parallelamente il tempo t per la durata dell iniezione In questo caso quando entra l ultima particella neppure la prima ha cominciato a bruciare si ha cio per un certo periodo di tempo tutto il combustibile dentro il motore In questo caso facile intuire che all accendersi delle prime particelle farebbe seguito l accensione di tutte le altre circostanti anche per contatto Ne conseguirebbe uno sviluppo estremamente rapido di energia e non graduale come invece desiderabile Il fenomeno tendenzialmente progressivo ovvero man mano che aumenta la velocit di rotazione del motore diminuisce il tempo di iniezione e la curva che d l andamento della massa bruciate nel tempo diventa progressivamente sempre pi ripida Si provano dunque miscele a varie percentuali di due combustibili uno avente un tempo di ritardo all accensione molto breve il cetano e l altro molto grande l alfametilnaftalene si caratterizza la miscela col numero che costituisce la percentuale di cetano
2. basso rispetto ad una trattrice con ruote Per motivi costruttivi i Cingolati con cingoli in metallo non vantano elevate velocit massime e in ogni caso la velocit massima ammessa per i mezzi cingolati su strada di 15 Km h art 142 C d S e inoltre devono utilizzare adeguati dispositivi applicati alle maglie dei cingoli in modo da non danneggiare il mando stradale Da sottolineare che nella maggioranza dei casi i mezzi cingolati vengono trasportati su strada con l ausilio di adeguati autocarri o rimorchi Oltre ai trattori convenzionali cingolati e snodati ci sono dei trattori definiti Specifici in quanto sono destinati a compiti particolari per cui hanno caratteristiche molto particolari Sono i trattori per FRUTTETO e VIGNETO Questi trattori vengono utilizzati per effettuare lavorazioni su spazi molto stretti e limitati con attrezzi alimentati dalla presa di potenza oppure per eseguire trasporti di prodotti in condizioni sfavorevoli come la collina o la montagna Le differenze rispetto ai trattori convenzionali sono principalmente legate alle dimensioni infatti gli elementi principali che caratterizzano 1 trattori da frutteto e vigneto sono 42 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto e Altezza i trattori da frutteto e vigneto hanno altezze molto ridotte per agevolare il loro passaggio in ogni tipo di campo e con ogni coltura anche se all interno di serre Infatti le altezze che variano sicuramente in
3. sceso a causa dell avvenuta combustione della miscela aria gasolio 4 SCARICO raggiunto il PMI il pistone torna al PMS spingendo fuori i gas di scarico tramite la valvola di scarico che si aperta la valvola di aspirazione ovviamente chiusa fase passiva in quanto non provoca rotazione dell albero motore Come abbiamo precedentemente accennato il motore a diesel alimentato da due sostanze fondamentali che sono l aria e il gasolio L aria una volta entrata nei cilindri viene compressa 18 20 volte aumentando la sua temperatura fino a 800 1000 centigradi il gasolio viene poi introdotto nei cilindri dando vita alla combustione che innalza incredibilmente la pressione spingendo il pistone verso il basso e provocando quindi rotazione dell albero motore Da questo possiamo dedurre che ci sono 2 importanti circuiti nel motore a diesel 47 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto IL CIRCUITO DELL ARIA costituito dai seguenti elementi Il Prefiltro provvede a filtrare e quindi bloccare le particelle di polvere pi grosse Il Filtro s incarica di trattenere le particelle di polvere pi piccole Il Collettore di aspirazione che conduce l aria filtrata e pulita ai cilindri IL CIRCUITO DEL GASOLIO composto dai seguenti componenti Iniettori iniettano il gasolio polverizzandolo all interno dei cilindri Pompa di iniezione invia il gasolio ad elevata pressione verso gli elementi pompanti e qui
4. Ci significa che lo slittamento ridotto al minimo in quanto tutte e quattro le ruote trasmettono continuamente una potenza piena Grazie alla costruzione articolata questi trattori sterzano piegandosi nel punto della cerniera centrale Da qui deriva innanzitutto un elevata manovrabilit ma anche una buona stabilit e una ridotta costipazione del terreno 2 3 Struttura La struttura del trattore la dividiamo in motore trasmissione servizi quattro ruote motrici sterzo elettronica posto di guida e pneumatici 2 3 1 Motore 44 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Fino agli anni 20 quasi tutti i motori applicati sui trattori agricoli erano del tipo ad accensione per scintilla il che portava ad utilizzare combustibili come kerosene e benzina Questo era dovuto al fatto che tutti i trattori venivano prodotti in America dove c era una preferenza per il motore a scoppio Verso il 1925 ditte come Caterpillar in America e Landini in Europa introdussero motori semidiesel o diesel Infatti si verific dopo un paio d anni la prima applicazione in Europa di un motore diesel a 2 tempi su di un trattore agricolo il Cassani da 40 HP Mentre l introduzione del motore a diesel a 4 tempi in America risale al 1931 per opera di Caterpillar Elenchiamo ora gli elementi essenziali costitutivi del motore diesel CILINDRO O MONOBLOCCO costituisce il corpo del motore dove sono contenute le sedi di scorrimento dei pist
5. epoca E nel 1912 il bastimento Selandia compir la prima traversata atlantica con motori Diesel D altronde quando era primo Lord dell Ammiragliato britannico Winston Churchill intu subito le grandi possibilit dei motori Diesel sostenendo tra l altro che Una flotta con motori a gasolio pu rifornirsi direttamente dalle navi cisterna senza dover inviare un quarto dei propri effettivi per caricare carbone nei vari porti Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel E proprio per questo motivo Rudolf Diesel verr segretamente convocato presso lo stesso Ammiragliato britannico per il 30 settembre del 1913 Ma il geniale inventore scomparir misteriosamente dalla nave che lo stava trasportando in Gran Bretagna proprio nella notte antecedente l appuntamento Fino agli anni Venti comunque l impiego della propulsione a gasolio fu circoscritto ai soli motori di grandi dimensioni soprattutto per un motivo l impossibilit cio di miniaturizzare l impianto di iniezione da cui dipendeva in buona parte l efficienza del Diesel pi polverizzato omogeneamente lo spruzzo di carburante introdotto nel cilindro maggiore il rendimento E sui motori delle navi particolarmente grandi e lenti era sufficiente la pi rudimentale iniezione pneumatica messa a punto dallo stesso Diesel gi nei primi esperimenti Nel 1923 tuttavia la Benz di Mannheim riesce a mettere in produzione il primo autocarro al mond
6. Borgward con la sua Hansa 1800 che tuttavia rester in produzione per pochi anni e con scarso successo Tenter anche la Fiat a partire dal 1953 con la sua 1400 D in realt la cilindrata era di 1901 cc di 40 Cv che verr prodotta in neppure 14 mila unit 11 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel durante quattro anni circa Ci prover ancora la britannica Standard con la sua Vanguard azionata da un 4 cilindri di 2088 cc da 40 cavalli presentata nel 1953 ma senza successo E a partire dal 1959 sar poi la volta della francese Peugeot 403 con un quadricilindrico di 1816 cc da 55 Cv Tuttavia l accoglienza riservata dagli automobilisti europei a questi primi modelli Diesel sar nel migliore dei casi appena appena tiepida soltanto i tassisti e i viaggiatori di commercio sembravano apprezzare infatti questo genere di motorizzazione E per lunghi anni il rumore a volte indiscutibilmente fastidioso di quei primi Diesel verr definito da molti automobilisti semplicemente come il rumore della miseria D altra parte non solo la silenziosit faceva difetto a quei vecchi motori l assenza di prestazioni decenti rappresentava per esempio un handicap altrettanto insormontabile Ancora all inizio degli anni 70 non c era neppure un auto con motore Diesel in grado di superare i 135 Km h E logico quindi che la stragrande maggioranza dei pi importanti costruttori automobilistici abbia
7. condotto di scarico di 30 mm La sezione del condotto rimane costante a partire dal collettore fino ad arrivare alla camera di combustione e si sviluppa secondo una geometria con curvatura costante Per ogni cilindro sono presenti quattro valvole due di aspirazione e due di scarico i condotti vengono mantenuti separati fino ai collettori perch ci consente una maggior versatilit quando si andranno ad attaccare i collettori con gli scarichi e con l airbox Avendo a che fare con un motore ad iniezione diretta con sistema common rail gli iniettori devono affacciarsi direttamente all interno dei cilindri e dunque la loro sede deve trovarsi necessariamente all interno della testa 72 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto 2 4 1 3 Guide valvole sedi punterie e sedi alberi a camme Il passo successivo consiste nel posizionare le guide delle valvole e le sedi delle punterie Per questo motore il movimento delle valvole viene conferito per mezzo di punterie a bicchiere con richiamo a molla Aspetto fondamentale per il funzionamento del motore dato dall inclinazione che hanno le valvole rispetto ai condotti la miglior configurazione prevede che l angolo fra l asse delle valvole e l asse del condotto sia ridotto al minimo per avere condotti quasi rettilinei in prossimit delle sedi in modo da ridurre quanto possibile le perdite di carico subite dal fluido Nel caso in esame impossibile disporre valvol
8. dei freni e Alzandoil sollevamento oltre una certa altezza e Girando il volante oltre una certa gradazione IMPIANTI DI FRENATURA A differenza di qualche anno fa quando l impianto frenante aveva una priorit secondaria ora ha acquisito un elevata importanza nella progettazione del trattore Infatti gli utilizzi del trattore su strada si sono notevolmente incrementati negli ultimi 10 15 anni implicando un aumento della sicurezza sotto tutti i punti di vista ma in particolar modo per la frenatura Basti pensare che i trattori prodotti attorno agli anni 80 raggiungevano velocit massime di 30 Km h mentre le moderne trattrici arrivano tranquillamente ai 50 km h I freni a tamburo o a nastro sono stati abbandonati e sostituiti con sistemi di frenatura multidisco a bagno d olio che assicurano una frenata pi efficace e sicura Inoltre con l aumento dei trattori a quattro ruote motrici la frenatura diventata integrale assicurando spazi di frenatura inferiori e maggior aderenza del trattore durante la frenata Addirittura in alcune moderne trattrici in fase di frenatura viene inserita in modo automatico la trazione anteriore al fine di incrementare l azione frenante del trattore 54 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto soprattutto se durante il traino di rimorchi pesanti E proprio in funzione di quest ultimo esempio considerato che le case costruttrici hanno iniziato a distribuire trattrici con gi installato l impi
9. distribuzione in rapporto alla presenza di fenomeni fluidodinamici sia alla necessit di limitare le spinte inerziali negli organi in movimento comporta il diverso andamento del diagramma reale in corrispondenza dei punti morti 1 3 2 Il ciclo Diesel reale n PMI Figura 1 2 Diagramma di indicatore reale 14 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel Nel diagramma di indicatore in figura 1 2 l area in rosso rappresenta il lavoro disponibile ad ogni ciclo mentre l area in azzurro mostra il lavoro perso per l azione di pompaggio dello stantuffo Il diagramma tiene conto delle perdite di carico alla aspirazione e allo scarico e non linearizza le parti di compressione ed espansione dei gas per cui il diagramma rappresenta la migliore approssimazione del ciclo Diesel Esaminiamo pi approfonditamente le differenze sostanziali che intercorrono tra le fasi di un ciclo ideale e le fasi corrispondenti nel diagramma di indicatore reale La fase di aspirazione Nei motori ad accensione spontanea l aspirazione coinvolge il solo comburente che viene introdotto in eccesso rispetto al valore stechiometrico si ricorda che in teoria per la combustione completa di 1 kg di gasolio occorre una massa d aria di circa 14 5 kg ma nella realt si utilizzano valori compresi tra 18 e 22 e solo successivamente si inietta il combustibile Le perdite di carico che il fluido subisce durante le trasformazioni sono un
10. dove vengono collegate attrezzature al sollevamento o ai ganci di traino Nel caso di trattori specialistici possiamo individuare dei distributori idraulici posti lateralmente e anteriormente I distributori idraulici sono posizionati esternamente alla trattrice con attacchi di tipo femmina di dimensioni standardizzate dotati di attacco rapido L attacco di tipo maschio sar quindi incorporato ai cavi di connessione delle attrezzature Esistono varie tipologie di Distributori Idraulici tra cui I Distributori a Doppio effetto alimentano un cilindro idraulico in tutti i suoi movimenti sono infatti i pi usati e I Distributori a Semplice effetto alimentano un cilindro idraulico con movimento attivo in una sola direzione e quindi per tornare alla posizione iniziale viene sfruttato il peso dell attrezzo e I Distributori a effetto Flottante consentono il libero passaggio dell olio tramite un apposita valvola in modo tale da permettere all attrezzo agganciato di seguire l andamento del terreno Questi distributori vengono comandati da delle leve che presentano tre posizioni 57 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto e Sollevamento muove o alza una parte dell attrezzo e Neutra una sorta di folle e Abbassamento muove o abbassa una parte dell attrezzo Va sottolineato che le leve di comando sono dotate di molle di ritorno che le fanno tornare alla posizione Neutra in automatico dopo un eventuale ut
11. flusso di potenza che parte dal motore viene condotto dal sistema di trasmissione e infine va alle ruote Il funzionamento di questi sistemi avviene utilizzando treni di ingranaggi che possono essere innestati sotto carico Questi rimangono costantemente in presa fra di loro e vengono gestiti da pi frizioni idrauliche che controllano la trasmissione di potenza mentre i numerosi ingranaggi trasmettono la potenza Questo sistema di cambio molto utile in quelle operazioni dove un interruzione della marcia vorrebbe dire o Perdere tempo o Rischiare di non riuscire pi a proseguire o Non eseguire correttamente la lavorazione che si sta eseguendo o Rischiare delle rotture o Ridurre la produttivit della trattrice Ne sono l esempio lavorazioni come l aratura lo scavo di fossi lo spostamento e il livellamento della terra il traino di rimorchi pesanti o comunque altri tipi di operazioni gravose in particolare se su terreni con forti variazioni di pendenza o con variabilit della granulometria IL CONVERTITORE DI COPPIA Viene installato in aggiunta o in sostituzione alla frizione ed costituito sostanzialmente da 3 elementi e Girante motrice collegata al volano motore e Girante condotta o turbina collegata all albero primario del cambio e Distributore orienta i fluidi sulle pale della turbina in modo da esercitare su di essa un elevata coppia 52 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Il convertit
12. gasolio iniettato in camera di combustione D altro canto la combustione diffusiva che si ottiene in questi motori necessita di un rapporto stechiometrico locale mentre dal momento che la carica non omogenea non necessita di un opportuno rapporto di miscela globale Questo fatto permette di eseguire la regolazione del motore agendo sulla quantit di combustibile da iniettare senza dubbio migliore della regolazione per quantit dei motori a scintilla che prevedono la presenza di un corpo farfallato a monte dell aspirazione causa di inevitabili perdite Nel campo di funzionamento dei motori Diesel la quantit di combustibile iniettabile limitata dai seguenti fattori e emissioni gassose inquinanti e carichi meccanici agenti sugli elementi strutturali e carichi termici Per fare fronte a tali restrizioni e per non pregiudicare le prestazioni del motore il sistema di iniezione deve essere in grado di svolgere le seguenti operazioni e dosare adeguatamente il combustibile in funzione di carico e regime e rendere la distribuzione di combustibile all interno della camera di combustione il pi uniforme possibile in funzione di carico e regime 31 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel e compiere l iniezione di combustibile durante una opportuna frazione della fase di compressione in funzione di carico e regime e fornire una corretta portata in relazione ai gradienti di pressione nel cilindro e g
13. idonea alle circostanze e poi si dotato l albero motore di una presa di forza cos da poter agganciare il motore a qualsiasi organo in grado di poter sprigionare la sua potenza Introduzione Tutti questi cambiamenti hanno permesso di dare al motore prestazioni migliori e soprattutto una maggior adattabilit alle varie situazioni ed eventualmente a diverse tipologie lavorative L elaborato consta di tre parti un primo capitolo in cui si delinea la storia del motore Diesel e le sue caratteristiche fondamentali Poi un secondo capitolo diviso in due parti una prima parte dove si evidenziano le caratteristiche fondamentali dei mezzi di trazione pesante ed una seconda parte in cui viene messo in risalto lo stato dell arte del progetto Infine il terzo capitolo in cui si inseriscono i cambiamenti degli accessori all interno del motore e ne vengono evidenziate le caratteristiche positive Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel 1 1 Generalit Il motore diesel un motore alternativo a combustione interna mediante il quale l energia termica viene trasformata in energia meccanica grazie al ciclo di modificazioni ciclo termodinamico subite da un fluido attivo o fluido motore che prima accumula energia e poi la trasmette a un sistema meccanico Dal punto di vista teorico il ciclo Diesel differisce dal ciclo Otto per il fatto che la combustion
14. l n feriale logia oi si Diagramma di indicatore reale iii Andamento quantit introdotta rispetto al tempo Curve caratteristiche del motore iii ComnonRillmiarel oa Confronto diagrammi indicatori per motori aspirati e sovralimentati Tr ttore FOrdSOioe eil Trattore Black Ferguson o on nnee noenee beso lane Tr ttore Landini ccnl Testa completd onii iae a e e e TE EE Ea Assemblaggio finale o aa nan noonoo noeneen nesne ner eesse sss ose rer eee Vista frontale sus dale a ag Distribuzione completa ri nse noe nosne nee sss sse oss ooo ree eeere Condizione iniziale albero motore iii Condizione finale albero motore iii Geometria CAMer CAMbl0 siria Riduzione spessore carter cambio iii Inserimento presa di forza e ruota dentata di pezzo Riduzione Spessore ono rei see sss soseer creo Puleggia a due gole ian POMPEO ERIRRRA ARIAS Assieme nale tiene lati Vista frontale assieme finale scure Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag Pag 13 14 23 29 32 35 38 39 40 74 75 77 77 79 79 80 80 81 81 82 82 83 83 Introduzione Introduzione L obiettivo dell elaborato quello di proporre alcune modifiche ad un esistente progetto che ha come tema la progettazione di un motore per
15. o nella maggioranza dei casi idrostatici Inizialmente 1 trattori a 4 ruote motrici avevano angoli massimi di sterzo di 45 ma verso gli anni 80 85 la maggior parte delle trattrici iniziarono ad essere fornite con angoli di sterzo di 50 che per quel tempo risultarono pi che sufficienti Attualmente tutti gli assali sono in grado di offrire angoli massimi di sterzo di almeno 50 anche se comunque la quasi totalit delle attuali trattrici a 4 ruote motrici offre angoli massimi di sterzo variabili dai 55 ai 70 Da ormai qualche anno con l aumentare delle potenze dei trattori sono proporzionalmente aumentate le dimensioni delle trattrici stesse delle attrezzature e dei mezzi trainati come rimorchi cisterne e carrelli Di conseguenza la necessit di angoli di sterzo superiori si fatta notevolmente sentire il che ha portato i costruttori 62 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto ad ideare o adottare sistemi che permettessero di incrementare le doti di sterzo dei nuovi trattori E il caso del sistema utilizzato dai trattori New Holland ovvero il SuperSteer Questo sistema elimina la necessit di aumentare l angolo di incidenza delle ruote anteriori in fase di sterzata massima Ci consente di aumentare al massimo la superfice di contatto dei pneumatici riducendo l usura del battistrada e la costipazione del terreno aumentando l efficacia della sterzata e riducendo al minimo le sollecitazioni a carico dei c
16. potenza richiesta la massa di combustibile iniettata in una carica d aria pressoch inalterata In 29 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel condizioni di funzionamento stazionario i parametri che definiscono il modo di operare del motore sono il regime di rotazione e il carico Solitamente le curve caratteristiche vengono determinate in condizioni di massimo carico in quanto forniscono le prestazioni limite del motore e si rilevano dal regime di rotazione minimo regime per cui il motore in grado di autosostenersi a quello di poco superiore al regime di potenza massima o comunque limitatamente alla resistenza dei materiali La Figura 1 5 mostra le tipiche curve caratteristiche per un motore Diesel sovralimentato i cui andamenti possono essere brevemente illustrati e la curva di coppia presenta un massimo ad un regime di rotazione relativamente basso e poi risulta appiattita per un certo tratto diminuendo sia andando verso i bassi regimi sia verso gli alti ci giustificabile tenendo presente che i parametri che maggiormente la influenzano sono il rendimento totale e il coefficiente di riempimento la curva di potenza si ricava dalla curva di coppia moltiplicando le ordinate per le rispettive ascisse L andamento quindi rapidamente crescente nel primo tratto in quanto aumentano sia il regime che la coppia raggiunto il punto di massima coppia la crescita sempre pi lenta sino a quando il calo di coppia
17. questi parametri vengono trasmessi ad una centralina che elabora e quindi sceglie il rapporto di velocit ideale in quel momento e per il tipo di operazione che si sta svolgendo IL CONTROLLO ELETTRONICO SULLA DOPPIA TRAZIONE IL Innesto automatico in concomitanza di frenata a velocit superiori a 5 Km h variabile in base alla marca del trattore il che favorisce l azione frenante del trattore diminuendo notevolmente lo spazio di frenatura Disinnesto automatico se si supera la velocit di 15 Km h variabile in base alla marca del trattore c comunque la possibilit di mantenere innestata la doppia trazione tramite apposito comando Innesto automatico nel caso si provveda ad attivare il bloccaggio del differenziale senza prima aver inserito la doppia trazione Innesto automatico con angolo di sterzo inferiore a 25 sempre per se in condizioni che ne richiedano l uso disponibile solo per alcune marche di trattrici Disinnesto automatico se il trattore effettua una di sterzata superiore ai 25 disponibile solo per alcune marche di trattrici CONTROLLO ELETTRONICO SUL BLOCCAGGIO DEL DIFFERENZIALE Innesto e disinnesto automatico in funzione della posizione del sollevamento idraulico quando per esempio l operatore arriva a fine solco e solleva l attrezzo 64 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto anche il bloccaggio viene disinserito e a sua volta quando il trattore torner nel solco abbassan
18. seguenti viene riportato il montaggio della distribuzione 76 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Figura 2 7 Vista frontale Figura 2 8 Distribuzione completa 77 Capitolo 3 Modifiche strutturali Capitolo 3 Modifiche strutturali 3 1 Introduzione All interno di questo capitolo andr ad elencare le modifiche attuate le modifiche apportate al motore per trazione pesante obiettivo della mia tesi Dopo la fase di elencazione delle modifiche verr redatto un resoconto finale in cui troveranno spazio le considerazioni ed 1 risultati sulle novit apportate 3 2 Modifiche La prima modifica da me affrontata stata quella di avvicinare il volano al complesso a gomiti del nostro albero Questa necessit nata dal fatto che effettuando un analisi statica su nostro albero si evidenziato uno sbalzo troppo grande tanto da indurre un eccessiva flessione causata dal peso del volano Inoltre la rotazione dell albero e del volano generano un notevole contributo inerziale sugli elementi in gioco creando indiscutibili squilibri e notevoli sollecitazioni vibratorie a tutto il complesso motore Da qui appunto la necessit di avvicinare il volano a tutto il complesso cos da compattare la struttura 78 Capitolo 3 Modifiche strutturali Figura 3 Condizione iniziale albero motore Figura 3 2 Condizione finale albero motore L albero motore alloggiato all interno del blocco
19. trascurato il Diesel finch questo grazie ai progressi della tecnolgia non fosse divenuto realmente adulto E maturando il motore a gasolio non solo ha cominciato a offrire prestazioni e silenziosit degne anche di un propulsore a benzina ma ha addirittura ridotto i suoi gi bassi consumi migliorando allo stesso tempo la tradizionale robustezza e affidabilit E se all inizio degli anni Settanta le auto a gasolio superavano appena in tutta Europa 1 delle vendite totali dieci anni dopo la percentuale era gi aumentata di sette volte con una punta addirittura del 14 in Belgio per raddoppiare ancora all inizio degli anni Novanta Con il nuovo millennio poi nuova scalata ancora per toccare quota 33 un terzo circa delle vendite europee Ma come finir questa cronaca infinita oggi che le vendite delle auto a gasolio sono prossime a raggiungere le antiche rivali a benzina E facile immaginarlo D altronde una storia lunga anzi lunghissima quella del Diesel ma non proprio infinita In molti sono pronti a giurare infatti che alla fine a vincere sar proprio lui il motore a gasolio 12 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel 1 3 Il ciclo termodinamico 1 3 1 Il ciclo Diesel ideale x In tutte le macchine termiche il fluido operatore sottoposto a trasformazioni chimiche e fisiche che ne costituiscono il ciclo operativo Nel caso per dei motori si molto lontano dalle condizioni n
20. trattrici hanno subito molti 40 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto miglioramenti che consentono a coloro che li utilizzano di offrire un ottima qualit del lavoro con un notevole risparmio di tempo ed energie oltretutto queste moderne trattrici forniscono un ampia gamma di potenza variabile dai 30 CV agli oltre 300 CV I trattori Cingolati vengono solitamente considerati come trattori specialistici legati a condizioni del terreno particolarmente sfavorevoli In vari paesi Europei ed Extraeuropei i trattori cingolati vengono associati all utilizzo industriale e alle macchine per movimento terra L Italia ha sempre fatto eccezione in quanto i numerosi costruttori hanno offerto molti modelli cingolati esaltando le caratteristiche di questi trattori basso centro di gravit alte capacit di trazione bassa costipazione del suolo Il sistema Cingolato si costituisce di un carrello portacingolo che comprende la ruota posteriore motrice e la ruota anteriore di rinvio o tendicingolo i rulli portanti che permettono di scaricare uniformemente il peso del trattore sul terreno i rulli sostenitori che guidano e sostengono 1l cingolo nella parte superiore e il telaio di struttura che collega e aggancia il tutto Un trattore cingolato presenta notevoli differenze rispetto ad una trattrice con ruote a 2 o 4 ruote motrici tra cui alcune fondamentali e il modo con cui scarica la potenza sul terreno e il modo con cui effe
21. trazione pesante Per trazione pesante si intende qualunque tipo di motore di tipo Diesel che risulta essere adibito a compiti di traino oppure in alternativa a lavori gravosi che normali motori benzina o Diesel non sarebbero in grado di compiere Pertanto partendo da un motore esistente il compito di questa tesi quello di apportare modifiche di miglioramento su elementi cosiddetti accessori ma che risultano essere estremamente importanti ai fini della buona riuscita del prodotto Pertanto si partir da una tipologia diversa di pompa per l olio ora di tipo trocoidale che risulta essere pi adatta per gli scopi e gli obiettivi richiesti Inoltre per ottimizzare lo spazio e dare pi funzionalit al prodotto si pensato ad una sua nuova collocazione all interno del motore che la fissa direttamente all albero motore in modo da evitare lunghi collegamenti con la catena di ingranaggi gi esistente Altra modifica quella della lunghezza dell albero motore in modo da portare pi vicino all attacco il volano montato a sbalzo cos da evitare grossi difetti di flessione del medesimo Si poi deciso di focalizzare l attenzione anche sul peso del motore e proprio per questo dopo studi ed analisi si deciso di alleggerire il complesso riducendo lo spessore della carcassa del motore cos da rendere pi performante il motore stesso Infine sono stati portati cambiamenti alla puleggia di trasmissione per montarne una pi
22. 0 Kg CV per capire meglio questo concetto facciamo un esempio una trattrice di 120 CV che pesa 5400 Kg avr un rapporto peso potenza di 45 Kg per CV ovvero 5400 120 45 Nell arco di gran parte della prima met del 1900 le industrie italiane trattoristiche e non solo risentivano della scarsa disponibilit di mezzi e capitali dovuta alle problematiche legate alle guerre e quindi alla diffusa povert e miseria Tuttavia le numerose avversit di quegli anni non impedirono lo sviluppo di progetti meritevoli ed originali Tra questi era presente il trattore Pavesi Tolotti 1911 un trattore con 4 ruote motrici di uguali dimensioni e regolabili in altezza con telaio snodato e baricentro particolarmente basso L opera industriale di Ford divenne quella di offrire a tutti gli agricoltori grandi e piccoli sia del Nord che del Sud tanto dell Est come dell Ovest un trattore leggero affidabile manovrabile ma soprattutto economico Da un primo prototipo del 1907 nel 1916 costru i primi esemplari del famoso modello Fordson 37 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto a Fordson Questo trattore ebbe moltissimo successo inizialmente in USA e poi anche in Europa per le sue qualit era infatti una trattrice robusta leggera e soprattutto economica quindi adatta a tutti gli agricoltori del tempo Figura 2 Trattore Fordson PESO 1300 kg POTENZA 20 CV RAPPORTO PESO POTENZA 65 kg HP b Il Cassani Quest
23. 8 per il ciclo Otto tra 1 22 e 1 26 per quello Diesel 19 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel La fase di scarico In corrispondenza del punto E sul diagramma di indicatore avviene l apertura della valvola di scarico operazione che termina l espansione e quindi la fase utile del ciclo I gas residui escono attraverso la luce aperta dalla valvola ad una velocit prossima a quella del suono 550 600 m s generando quindi un notevole rumore Nel primo tratto E F i gas escono per effetto dell alta pressione a cui si trovano mentre nel restante tratto F B il pistone che agendo da pompa spinge fuori i gas residui ad una velocit notevolmente inferiore alla precedente importante la scelta dell anticipo di apertura della valvola di scarico per trovare il giusto compromesso tra la perdita di lavoro utile e la diminuzione di quello di pompaggio Analogamente anche la scelta del ritardo di chiusura della valvola di scarico di basilare importanza in quanto determina la pressione dei gas residui nel cilindro influenzando il rendimento volumetrico Per quanto riguarda lo smorzamento del rumore occorre utilizzare un silenziatore il quale per genera nuove perdite di potenza andando ad aumentare cos la pressione dei gas residui nel cilindro e quindi in definitiva a ridurre il rendimento volumetrico Il ricambio di carica del cilindro pu essere migliorato sfruttando i fenomeni oscillatori che nascono nel condot
24. ALMA MATER STUDIORUM UNIVERSIT DI BOLOGNA SCUOLA DI INGEGNERIA E ARCHITETTURA DIN Dipartimento di Ingegneria Industriale CORSO DI LAUREA IN INGEGNERIA MECCANICA TESI DI LAUREA in Laboratorio CAD OTTIMIZZAZIONE E INSTALLAZIONE ACCESSORI PER UN MOTORE A TRAZIONE PESANTE CANDIDATO RELATORE Gabriele Draghetti Chiar mo Prof Luca Piancastelli Anno Accademico 2012 13 Sessione II Indice latroduzione 2 a E E EAA E E Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel IGO bien 1 2 stona del Diesel rali 1 3 ILciclo termodin Mico rta 1 3 1 Il ciclo Diesel ideale alicell LIZA cielo Di sel reale orisni a a a aa 1 4 Le esigenze per una corretta iniezione o n nss iii EDO MANUELA LAI 1 6 La combustione nel Diesel vpi lara 1 7 Limiti progettuali derivanti dalla combustione L8Jniezone MARCO iaia Ren 1 9 Architetture caratteristiche dei Diesel M ii 1 10 Curve caratteristiche scel TIT Common Rail s eeure a EEE EE E E E 1 12 La sovralimentazione il concetto ed i benefici Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto ZA Storia del t tore dalai 2 2 Tipologie di trattore protrae illa ereere sss ses nei ZI SIMUR iii ra lai 23A MOONE siae Nidi aida aaa 2 3 2 TFASMUSSIONO dirla ii li e ae E 2 3 3 SERVIZI pei toilet alata 2 3 4 Le quattro ruote motrici sii desire ela II nitrati ZIE CO
25. MO Rael Indice Pag 1 Pag 3 Pag 3 Pag 4 Pag 13 Pag 13 Pag 14 Pag 20 Pag 22 Pag 23 Pag 25 Pag 26 Pag 27 Pag 29 Pag 31 Pag 33 Pag 37 Pag 37 Pag 40 Pag 44 Pag 44 Pag 50 Pag 55 Pag 60 Pag 61 Pag 63 23S PR stodr ini te Verte did ate ZIMMER pusran nl EEN e e 2 4 Stato dellarle del prosello s siasi alli 2 4 1 Il modello della testa anale 24AT IVO Mero eno spia 2 4 1 2 Condotti di aspirazione e scarico vi ila 2 4 1 3 Guida valvole sedi punterie e sedi alberi a camme Z4 l4Test a completa ranee na e e E E eia 2 4 1 5 Componenti della testata aonne nennen nesses sss oee serere cee 2 4 2 La distribuzione a cascata degli ingranaggi noo ooe neee 2 4 2 1 Distribuzione a cascata completa iii Capitolo 3 Modifiche strutturali iii SPIRI 611 74 0 MRRCAPCRAI ARR SIRIA A RE OE RITO SMIL Ch e arl e a aaa e aaa ie Conclusioni ineen aa a a lella Bibliobtafi ee LDL Indice Pag 67 Pag 69 Pag 71 Pag 71 Pag 71 Pag 72 Pag 73 Pag 74 Pag 74 Pag 76 Pag 76 Pag 78 Pag 78 Pag 78 Pag 84 Pag 85 Indice Figure Indice Figure Figura 1 1 Figura 1 2 Figura 1 3 Figura 1 4 Figura 1 5 Figura 1 6 Figura 2 1 Figura 2 3 Figura 2 4 Figura 2 5 Figura 2 6 Figura 2 7 Figura 2 8 Figura 3 1 Figura 3 2 Figura 3 3 Figura 3 4 Figura 3 5 Figura 3 6 Figura 3 7 Figura 3 8 Figura 3 9 Figura 3 10 Cielo Diesel ide
26. S o RAPPORTO DI COMPRESSIONE rapporto fra il volume di un cilindro dal PMS al PMI cilindrata pi il volume della camera di combustione diviso il volume della camera di combustione 46 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Il motore a quattro tempi viene cos definito in quanto il pistone deve compiere quattro corse cio quattro tempi per completare il suo ciclo di lavoro E importante sottolineare che mentre l albero motore durante le quattro fasi aspirazione compressione combustione scarico compie due giri completi l albero della distribuzione o albero a camme compie un solo giro in quanto dovr far aprire le valvole di aspirazione e scarico una sola volta I quattro tempi che chiameremo fasi sono 1 ASPIRAZIONE il pistone si abbassa dal PMS al PMI e aspira aria grazie alla valvola di aspirazione che si aperta la valvola di scarico ovviamente chiusa fase passiva in quanto non provoca rotazione dell albero motore 2 COMPRESSIONE il pistone giunto al PMI inizia la risalita comprimendo l aria introdotta durante la fase di aspirazione fase passiva in quanto non provoca rotazione dell albero motore 3 COMBUSTIONE appena introdotto il gasolio per effetto dell elevatissima temperatura dell aria compressa si ha la combustione con un conseguente aumento della pressione all interno del cilindro fase attiva in quanto provoca rotazione dell albero motore derivante dalla spinta del pistone che
27. Tubeless sono pi curati dal punto di vista della tenuta vista la loro particolarit infatti all interno sono rivestiti da uno strato di gomma autostagnante che nei limiti annulla le piccole forature La pressione di gonfiaggio dei pneumatici varia sicuramente in base alla tipologia del trattore del pneumatico ma soprattutto in funzione delle operazioni che si devono eseguire Le pressioni mediamente consigliate sono maggiori uguali a 1 6 bar per trasporto su strada e pressioni inferiori uguali a 1 bar per lavorazioni su campo E comunque consigliato gonfiare i pneumatici alle pressioni indicate sul libretto di uso e manutenzione della trattrice 2 4 Stato dell arte del progetto Dopo aver visto in maniera dettagliata la storia del trattore ed i relativi componenti fondamentali ci dedichiamo ad osservare lo stato attuale del progetto nelle sue due diverse specifiche la testata e la distribuzione degli ingranaggi 2 4 1 Il modello della testa 2 4 1 1 Involucro esterno La prima operazione da svolgere disegnare un modello dell involucro della testa in questa fase si abbastanza liberi di scegliere una forma di base la quale tuttavia deve risultare compatibile con le dimensione del basamento per evitare ingombri eccessivi e nella superficie inferiore deve avere lo spazio sufficiente per alloggiare le camere di combustione ed i fori per il passaggio delle viti di fissaggio La parte superiore dovr essere quanto pi spazios
28. a Wastegate una valvola che regola il flusso dei gas di scarico che azionano il turbocompressore per evitare che ad alti regimi si generino delle pressioni troppo elevate Se il motore gira a regimi bassi medi la valvola resta chiusa in modo che tutti i gas di scarico agiscano sulla turbina girante Quando il motore invece molto alto di giri o al massimo la valvole Wastegate mette in 49 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto comunicazione il collettore di scarico con la marmitta in modo da far scaricare i gas di scarico in eccesso che altrimenti potrebbero danneggiare il motore Questa valvola serve anche per ottenere un incremento di potenza immediato a bassi regimi infatti chiudendo la valvola a bassi giri tutti i gas di scarico verranno utilizzati per alimentare la turbina In tal modo il motore viene sfruttato in tutta la sua potenza anche a bassi regimi 2 3 2 Trasmissione La Trasmissione quel complesso apparato che ha il compito di trasmettere il movimento prodotto dal motore alle ruote I compiti principali dell apparato di trasmissione e Attivare o interrompere il movimento prodotto dal motore tramite la frizione e Permettere il cambiamento di direzione in avanti e in retromarcia tramite l inversore e Aumentare o diminuire la velocit e la coppia in funzione dello sforzo richiesto con il cambio di marcia gamma e schema e Distribuire equamente la potenza alle ruote motrici grazie al differenz
29. a delle cause principali della differenza tra il comportamento ideale e reale del motore Esse possono essere considerate le seguenti e perdite per attrito incontrate dal fluido nel sistema di aspirazione le quali dipendono dalla forma e dalle dimensioni dei condotti che creano una depressione provocando un ulteriore diminuzione della portata massica di aria introdotta in camera di combustione e gas residui rimasti all interno dei cilindri a pressione maggiore a quella atmosferica i quali espandendosi ritardano l inizio dell immissione del comburente e ne diminuiscono la portata e riduzione della densit della carica aspirata dovuta all aumento di temperatura delle pareti del cilindro e dei condotti di aspirazione e fenomeni di risonanza provocati dall apertura simultanea delle valvole di aspirazione e di scarico 15 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel La massa che teoricamente potrebbe entrare nel cilindro pari a Vc 04 dove con pa si indicata la densit dell aria alle condizioni di pressione e temperatura dell ambiente in cui si trova il motore In realt viene aspirata solo una frazione della massa yy ideale La massa M di carica fresca effettivamente aspirata risulta quindi M y Vo Pa dove 7y detto coefficiente volumetrico o coefficiente di riempimento Altro compito dei condotti di aspirazione generare la giusta turbolenza del fluido operatore in camera di combustione
30. a possibile perch dovranno essere montati due alberi a camme e tutto il sistema di comando delle valvole La parte centrale 71 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto invece quella entro la quale si sviluppano i condotti di alimentazione e scarico nonch le guide delle valvole e le sedi degli iniettori dunque dovr essere quanto pi spaziosa possibile Questa zona anche chiamata piscina per il fatto che all interno di essa scorre il fluido di raffreddamento La camera di combustione presenta una forma piatta perch generalmente nei motori diesel la camera si ricava all interno del pistone questa soluzione consente di iniettare il gasolio direttamente all interno della camera ricavata nel pistone facendo s che il carburante acquisti dei moti vorticosi che consentono una miglior miscelazione con l aria aspirata All interno della vasca centrale scorrer il liquido di raffreddamento che andr a lambire i condotti di aspirazione e scarico e le guide della valvole 2 4 1 2 Condotti di aspirazione e scarico Per quanto riguarda le dimensioni e forme dei condotti stata fatta una scelta di primo tentativo senza eseguire analisi fluidodinamiche che potranno essere svolte in seguito in una fase di raffinazione del lavoro I diametri dei condotti sono stati scelti il pi grande possibile compatibilmente con le dimensioni della camera ci significa avere un condotto di aspirazione di 34 mm ed un
31. alette coassiali tra loro una funge da turbina gas in uscita e l altra da compressore aria in entrata Quando i gas in uscita fanno ruotare la girante inserita nel collettore di scarico gira anche quella inserita nel collettore di aspirazione quindi l aria non viene solo aspirata per depressione bens viene spinta nel cilindro I vantaggi apportati dal Turbocompressore 1 Aumento della Potenza Specifica 2 Riduzione della dimensione del motore 3 Miglioramento della qualit di combustione 4 Riduzione del rapporto di compressione Gli svantaggi che porta il Turbocompressore 1 Occorre una maggior lubrificazione degli organi 2 E necessario un miglior raffreddamento del motore 3 Implica una maggior attenzione e manutenzione del motore Il tipo di sovralimentazione con Turbocompressore presenta aumenti di pressione di circa 0 7 0 8 bar con conseguenti incrementi di potenza variabili tra 20 e 25 rispetto ad un motore Aspirato L Intercooler uno scambiatore di calore che raffredda l aria compressa dal turbocompressore Infatti l aria compressa e conseguentemente calda ha un volume maggiore dell aria fredda quindi raffreddandola occuper meno spazio In tal modo ci sar la possibilit di immettere una quantit maggiore d aria e anche di gasolio nel cilindro incrementando notevolmente la potenza del motore Un motore Turbo Intercooler offre incrementi di potenza di circa 20 25 rispetto ad un motore Turbocompresso La valvol
32. altre vetture soprattutto di marche americane Nash Ford Studebaker ecc perch pi adatte a sopportare il maggior peso e le pi elevate vibrazioni di quei primi Diesel E molte di queste auto resteranno a lungo servizio sulle strade inglesi come taxi Tuttavia la prima vettura Diesel destinata alla produzione di serie vedr la luce soltanto nel febbraio del 1936 E al Salone di Berlino di quell anno infatti che la Mercedes presenta in anteprima la sua 260 D una grossa berlina limousine numerose le carrozzerie disponibili derivata dal telaio della 6 cilindri 230 Il motore era un quadricilindrico di 2600 cc da 45 Cv in grado di imprimere all auto una velocit massima di 95 Km h con un consumo medio di circa 10 11 litri per 100 Km cio il 30 per cento in meno del corrispondente modello a benzina E proprio per suo il basso consumo unito alla robustezza del motore una prerogativa decisamente vincente gi allora anche sui piccoli Diesel la 260 D diverr presto l auto preferita dai tassisti tedeschi Nel dopoguerra la Mercedes non riproporr pi il grosso 2600 cc ma a partire dal 1949 un pi piccolo 1700 cc da 38 Cv che andr ad equipaggiare la 170 l unico modello della Casa in produzione subito dopo il conflitto E d altra parte ancora per qualche anno ben poche marche europee vorranno cimentarsi nel difficile settore dell auto a gasolio Ci prover all inizio degli anni Cinquanta la tedesca
33. anto di frenatura per i rimorchi il che consente di avere una frenata efficace anche trainando carichi pesanti 2 3 3 Servizi IL SOLLEVAMENTO Il Sollevamento permette di sollevare o abbassare l attrezzo collegato questo avviene per opera dell olio che messo in pressione riempie la camera dei cilindri idraulici scatenando l innalzamento La maggior parte dei cilindri idraulici installati sui trattori agricoli sono del tipo a semplice effetto questo significa che la discesa del sollevamento nonch dell attrezzo avviene proprio per effetto del peso dell attrezzo E costituito dai seguenti elementi 1 Una pompa idraulica 2 Un circuito idraulico 3 Distributore idraulico 4 Martinetti idraulici 5 Elemento di controllo Il sollevamento con attacco a tre punti deve svolgere queste principali funzioni e Garantire il collegamento fra la trattrice e l attrezzo e Permettere di alzare abbassare e regolare l attrezzo e Gestire gli sforzi e trasmettere le reazioni dell attrezzo al trattore Il sollevamento idraulico ha alcune funzioni che si possono cos sintetizzare Controllo della Posizione permette di alzare abbassare e fissare il sollevamento in un punto adeguato alla lavorazione che si sta affrontando 55 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Controllo dello Sforzo permette di variare in automatico la profondit di lavoro in funzione dello sforzo di trazione della trattrice Esistono poi molte alt
34. arantire una opportuna polverizzazione del gasolio in modo da permettere la formazione di una omogenea miscela combustibile comburente Il sistema common rail ideato per rispondere a queste esigenze composto principalmente da una pompa ad alta pressione che mantiene il combustibile alla pressione di circa 1350 bar e da un distributore comune common rail che alimenta tutti gli iniettori la Figura 1 5 si riferisce ad un sistema common rail per un motore con quattro cilindri in linea Figura 1 5 Common Rail La fasatura e la dosatura che devono variare in funzione di regime e carico sono gestite da una centralina che comanda elettromagneticamente l apertura e la chiusura degli iniettori L adozione di questo sistema di iniezione ha segnato un importante passo in avanti per i motori a combustione interna e si subito affermato grazie agli enormi vantaggi che comporta e la pressione indipendente dalla velocit di rotazione del motore con la conseguenza di poter usufruire di un ottima combustione anche ai bassi regimi e lariduzione della rumorosit degli iniettori 32 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel e gli scarsi vincoli di progetto per posizionamento e dimensione degli iniettori a tutto vantaggio di una semplice architettura della testata e riduzione dei fumi allo scarico in quanto non vi sono pi fluttuazioni di pressione al variare del regime Inoltre tale sistema permette di effettu
35. are pi iniezioni nello stesso ciclo con enormi vantaggi per quanto riguarda il rendimento della combustione e le sue emissioni L iniezione pilota o pre iniezione meno di un milligrammo di gasolio in alcune decine di microsecondi permette il riscaldamento della miscela all interno del cilindro e ci facilita la combustione del combustibile che sar iniettato durante l iniezione principale Inoltre la migliore combustione permette una considerevole riduzione del rumore dovuto a questa fase La post iniezione principalmente utilizzata per ridurre le emissioni di NO e particolato legati fortemente a problemi ambientali molto sentiti negli ultimi decenni 1 12 La sovralimentazione il concetto ed i benefici Per un dato motore a combustione interna di cilindrata V il lavoro ottenibile per ciclo e quindi in definitiva anche la potenza dipende dalla massa d aria e dalla quantit di combustibile che possono essere introdotte nel cilindro L aumento di potenza pu essere ottenuto anche attraverso l aumento di cilindrata o del regime di rotazione fermo restando che tale pratica richiederebbe la progettazione di un nuovo propulsore Infatti un aumento di cilindrata ha come conseguenze l aumento della massa del motore e del relativo ingombro mentre l incremento del regime di rotazione ha come diretta conseguenza oltre ad un chiaro aumento dei consumi di carburante la necessit di irrobustire gli organi in moto alter
36. atore e piazzista di lusso della propria invenzione E questo nonostante avesse ceduto gi nello stesso 1898 per la somma enorme di 3 5 milioni di marchi dell epoca a una societ finanziaria i brevetti e i diritti per lo sfruttamento delle proprie invenzioni Ma il suo controllo era assolutamente necessario perch il motore a combustione per compressione venisse utilizzato non solo in modo corretto ma anche nel pi ampio ventaglio di impieghi possibili E non soltanto come stava avvenendo negli Stati Uniti dopo che la fabbrica di birra Busch aveva acquisito i diritti di sfruttamento del motore Diesel per il Nord America l infatti l impiego sembrava circoscritto alle sole postazioni fisse per produrre cio forza motrice o corrente elettrica come avveniva appunto presso la stessa birreria Busch Ben altri erano per i progetti di Rudolf Diesel Come per esempio sostituire in breve tempo il vecchio motore a vapore su tutte le navi con il suo propulsore quest ultimo era infatti decisamente pi moderno pi parco e anche pi sicuro grazie all eliminazione del fuoco vivo presente nelle caldaie destinate alla produzione di vapore Gi nel 1903 viene avviata in Francia la produzione dei primi Diesel per battelli fluviali mentre a partire dal 1905 l azienda svizzera Sulzer comincer a produrre motori pi grandi per equipaggiare le navi seguita dalla Fiat nel 1908 che diventer presto il maggior produttore dell
37. attore e lo stato dell arte del progetto Per la maggior parte delle trattrici le velocit normalizzate di 540 750 1000 giri minuto vengono fornite con il 90 circa del regime di potenza massima Infatti se guardate sul cruscotto di qualche trattore troverete sull indicatore dei giri motore una voce che indica i giri corretti su cui mantenere il motore per utilizzare la presa di potenza Esistono poi anche le cosidette PTO Economiche in aggiunta a quelle standard che propongono le velocit di 540 750 1000 giri min con il 65 circa del regime di potenza massima il che genera un evidente diminuzione delle spese e della rumorosit in fase di lavoro La Presa di Potenza anteriore l albero della PTO anteriore viene messo in movimento direttamente dal motore attraverso adeguate riduzioni che forniscono velocit standardizzate di 540 1000 giri al minuto solitamente l albero della PTO anteriore viene gestito e quindi comandato con un circuito elettroidraulico E chiaro che la Presa di potenza fa assumere maggior multifunzionalit e dinamicit al trattore incrementando notevolmente la sua produttivit E evidente che la presenza della PTO anteriore implichi la presenza del sollevamento anteriore LA ZAVORRATURA Quando il pneumatico in lavoro non risulta sufficientemente caricato in relazione allo sforzo che la trattrice chiamata a produrre esso slitta facilmente causando perdita di velocit logorio del battistrada e quindi minor rendimen
38. base alla marca e al modello sono comunque comprese fra i 2 10 m e i 2 45 m e Passo rispetto ai normali trattori quelli da frutteto e vigneto hanno un passo corto per agevolare innanzitutto le manovre negli spazi stretti e limitati su cui devono lavorare Diminuendo il passo queste trattrici incrementano l angolo di sterzata che un parametro molto importante soprattutto in questo tipo di applicazioni Il passo di suddetti trattori varia tra 1 90 m e 1 2 22 m quindi di molto inferiore alle normali trattrici e Larghezza forse l elemento che caratterizza maggiormente questa tipologia di trattore infatti le larghezze sono molto ridotte per riuscire a passare agevolmente dappertutto Da sottolineare la possibilit di variazione anche se ridotta della carreggiata Le larghezze variano come di seguito da 954 mm a 1320 mm per i trattori da vigneto da 980 mm a 1666 mm per 1 trattori da frutteto stretti o larghi e Sterzo come precedentemente detto questi trattori vengono progettati con passo corto proprio per favorire la sterzata quindi non necessitano di angoli di sterzo eccessivi per assicurare una comunque ottima manovrabilit Attualmente gli angoli di sterzo per questi trattori variano dai 55 ai 60 che abbinati alla ridotta lunghezza e passo riescono ad offrire doti di manovra eccellenti e Forme morbide una caratteristica molto importante di questi trattori l insieme delle forme prevalentemente tondeggianti e raramente s
39. buon carbone Per non parlare poi dell ancora pi basso rendimento quando al posto del carbone veniva impiegata la legna ed era questo il caso delle locomotive a vapore americane che realizzate con basse tecnologie non avrebbero d altronde tollerato le temperature troppo elevate offerte dalla combustione del carbone Il problema in pratica pu essere cos riassunto un motore a vapore o a combustione esterna detto anche esotermico dove cio la combustione non avviene all interno dello stesso motore ha sempre e comunque un rendimento termico assai pi basso di un motore a combustione interna o endotermico dove invece la combustione avviene all interno del motore stesso Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel E seguendo questo principio sempre pi vincente negli anni a venire il motore ideato e messo a punto dall ingegner Rudolf Diesel sul finire dell Ottocento si riveler decisamente il migliore fra tutti quelli endotermici realizzati a quell epoca Il suo rendimento teorico sarebbe stato infatti addirittura superiore al 70 per cento cio 7 8 volte pi del rendimento di un motore a vapore e il 30 o 40 per cento pi di un motore a benzina Questo almeno in teoria in pratica Rudolf Diesel e molti altri validi tecnici dopo di lui impiegheranno anni per la messa a punto del propulsore quanto mai lenta e laboriosa e alla ricerca di un risultato pratico che si avvicinasse il pi possibile a
40. ce sono incrociate fra di loro oppure di Carcassa Radiale se le tele o fasce sono trasversali e parallele fra di loro con inoltre una serie di rinforzi sempre trasversali e paralleli alle tele I Talloni hanno un elevata importanza in quanto costituiscono l elemento di accoppiamento tra il pneumatico e il cerchio I talloni sono formati da cerchi costituiti da fili di acciaio molto robusti e rivestiti di gomma Su di essi vengono arrotolate le estremit delle fascie o tele che costituiscono la carcassa I Fianchi sono gli elementi di congiungimento fra battistrada e talloni Essi hanno l importante compito di fornire un ammortizzazione al trattore infatti questo elemento deve avere la capacit di adattarsi al peso variabile della trattrice in ogni applicazione e situazione LA CAMERA D ARIA si costituisce di una camera in gomma che andr inserita nella parte interna del pneumatico per essere poi gonfiata Il gonfiaggio e lo sgonfiaggio della camera d aria e quindi del pneumatico avviene tramite un apposita valvola che ha anche il compito di trattenere l aria senza farla fuoriuscire E importante sottolineare che alcuni pneumatici sono di tipo TUBELESS ovvero non necessitano di camera d aria Questa tipologia di pneumatico implica che il cerchio del trattore non presenti ammaccature o sbavature il che pregiudicherebbe un 70 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto calo di pressione pi o meno intenso I pneumatici
41. centrale del motore e nel carter ad esso dedicato Il primo non stato soggetto a modifiche in quanto non interessato dalle modifiche fatte sull albero motore il secondo invece ha subito una rivisitazione della geometria e dello spessore La prima si resa necessaria in quanto il contenuto stato modificato e pertanto si reso necessario cucire sull albero una nuova forma su misura 79 Capitolo 3 Modifiche strutturali La riduzione dello spessore si resa necessaria in quanto da un analisi effettuata si evinto come il peso del motore fosse ingente superiore anche alla relativa applicazione portando quindi ad un eccesso di premura nella costruzione del motore stesso Quindi si potuto lavorare sulla riduzione degli spessori cos da alleggerire il complesso mantenendo sempre la medesima sicurezza degli organi fondamentali Figura 3 3 Geometria carter cambio Figura 3 4 Riduzione spessore carter cambio Nella Figura 3 3 si nota la modifica della geometria del carter cambio mentre in Figura 3 4 possibile notare una notevole riduzione dello spessore rispetto allo stato iniziale del progetto 80 Capitolo 3 Modifiche strutturali SI deciso poi di intervenire anche sui due carter diametralmente opposti rispetto alla posizione di questo Anche qui si lavorato per una riduzione dello spessore per portare il tutto ad una condizione di peso accettabile aggiungendo anche una presa di fo
42. ci Un primo vantaggio molto rilevante dovuto al basso assorbimento di potenza arrecato al motore infatti il cambio meccanico assorbe al motore una potenza variabile dai 12 ai 16 CV e quindi ben inferiore ad altre recenti tipologie di cambi Per consentire cambi di velocit rapidi silenziosi e senza strappi anche in movimento i trattori sono stati forniti di dispositivi detti Sincronizzatori che agevolano i cambi di marcia rendendoli dolci e graduali Elenchiamo ora alcune delle tipologie di cambio dalle pi antiche alle pi recenti e Cambio 3 x 2 6 marce avanti e 2 retromarce e Cambio 4 x 2 8 marce avanti e 4 retromarce e Cambio 4x3 12 marce avanti e 4 retromarce e Cambio 5 x 4 20 marce avanti e 16 retromarce e Cambio 6 x 4 24 marce avanti e 24 retromarce e Cambio 4x2 x 2 16 marce avanti e 8 retromarce e Cambio 4x3 x 2 24 marce avanti e 12 retromarce e Cambio 4x4 x 2 32 marce avanti e 16 retromarce e Cambio 6 x 3 x 2 36 marce avanti e 36 retromarce 51 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Tutte queste tipologie possono essere incrementate con l introduzione del superriduttore e dell inversore di marcia che permettono rispettivamente di raddoppiare le marce disponibili e di avere in retromarcia lo stesso numero di marce presenti per l avanzamento Il cambio marcia sotto carico Consente di passare da una marcia all altra senza disinnestare la frizione principale evitando quindi di interrompere il
43. ciando nello stesso istante in cui avviene la miscelazione con l aria Nei motori ad accensione spontanea la combustione diffusiva si ottiene iniettando combustibile in aria riscaldata dalla compressione ad una temperatura di 770 780 K Tale iniezione come gi detto inizia prima e termina dopo il PMS L angolo descritto dalla manovella tra l inizio dell iniezione e il PMS viene detto angolo di anticipo all iniezione e assume in genere valori compresi tra 22 28 Per quanto riguarda la durata totale della combustione essa pu essere schematizzata in 4 fasi e una fase iniziale da cui comincia l iniezione e corrisponde al periodo di incubazione durante il quale il combustibile si prepara a bruciare e una seconda fase in cui il combustibile iniettato ha avuto tempo di evaporare e formare una miscela con l aria a seguito della quale si ha una rapida combustione e una fase di combustione diffusiva e una fase finale di post combustione che continua durante la fase di espansione dove brucia il combustile non ancora consumato 18 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel La fase iniziale sebbene indispensabile per la buona vaporizzazione e miscelazione da cui dipendono le fasi successive non deve essere eccessivamente lunga poich si introdurrebbe troppo combustibile e si rischierebbe di avere una combustione simultanea che come visto d origine a fenomeni di detonazione Per ridurre la durata di tale
44. cos la pressione a cui vengono espulsi i gas dal cilindro evidente che con la sovralimentazione trovandosi a lavorare con aria che all aspirazione ha una densit maggiore della densit dell aria alla pressione atmosferica il motore aumenta il proprio rendimento organico bene per ricordare che al variare delle condizioni di utilizzo del motore la potenza pu variare 35 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel notevolmente se consideriamo ad esempio il montaggio di un motore su un aereo si riscontreranno a terra certi valori di pressione e densit dell aria diversi da quelli in quota l aria pi rarefatta e caratterizzata da una pressione minore con conseguente calo di potenza del motore Solitamente si parla di sovralimentazione per aumento di potenza o di sovralimentazione di ripristino a seconda dello scopo che si intende raggiungere 36 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto 2 1 Storia del trattore Il trattore nato nel lontano 1892 negli Stati Uniti infatti per i seguenti 15 anni circa gli sviluppi tecnici furono quasi totalmente americani I primi modelli erano poco maneggevoli e molto pesanti infatti avevano dei rapporti PESO POTENZA variabili dai 150 250 Kg CV e quindi 7 8 volte superiori alle trattrici attualmente prodotte Il rapporto peso potenza ritenuto ottimale per una trattrice di 4
45. do l attrezzo il bloccaggio verr reinserito e Innesto automatico sotto la velocit di 15 km h variabile in base alla marca del trattore sempre per se in condizioni che ne richiedano l uso e Disinnesto automatico se la trattrice supera la velocit di 15 km h variabile in base alla marca del trattore e Innesto automatico con angolo di sterzo inferiore a 15 sempre per se in condizioni che ne richiedano l uso disponibile solo per alcune marche di trattrici e Disinnesto automatico se il trattore effettua una di sterzata superiore ai 15 disponibile solo per alcune marche di trattrici e Disinnesto automatico premendo su uno o entrambi i pedali del freno IL CONTROLLO ELETTRONICO SUL SOLLEVAMENTO Col passare degli anni e con l aumentare delle tecnologie anche il sollevamento si evoluto Dal sollevamento meccanico si passati a quello semi elettronico e infine al sollevamento elettronico Ultimamente i sollevamenti elettronici si sono ulteriormente migliorati e perfezionati e comunque in generale un sollevamento con controllo elettronico composto da un pannello di comando numerosi sensori una centralina e altri numerosi organi non meno importanti Il sollevamento elettronico che varia sicuramente in base alla marca al modello e alla fascia di potenza della trattrice a livello generale composto dai seguenti comandi 1 Regolazione dell alzata Regolazione della velocit di discesa Regolazione dei limiti d
46. due 61 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto e la leva di comando possono essere due e le braccia dello sterzo e l asta di accoppiamento Nei trattori agricoli lo sterzo meccanico costituito da una parte fissa che l assale anteriore e da una parte mobile costituita da due leve e una barra di accoppiamento Lo sterzo pu essere di tipo servoassistito dove il volante aziona un cilindro idraulico tramite una pompa alimentata da un serbatoio che a sua volta aziona la o le leve di comando Abbiamo infine lo sterzo di tipo idrostatico nel quale il volante comanda in modo diretto l impianto idraulico che comanda poi il quadrilatero di sterzo Questo tipo di sterzo composto dai seguenti organi principali volante scatola di distribuzione serbatoio dell olio pompa idraulica cilindro idraulico possono essere 2 LO STERZO informazioni tecniche differenze particolarit ed esempi Fino agli anni 65 70 lo sterzo era un apparato del trattore poco considerato e curato da parte dei progettisti e dei costruttori Con l introduzione e la diffusione delle trattrici a 4 ruote motrici le case costruttrici dovettero impegnarsi nel fornire macchine provviste di sterzi funzionali che rendessero facile e piacevole l utilizzo A quei tempi per le trattrici a semplice trazione lo sterzo era ancora quasi totalmente meccanico a differenza dei trattori a doppia trazione ai quali venivano applicati sterzi servoassistiti
47. e con asse verticale a causa della presenza degli iniettori l inclinazione dell asse delle valvole quindi obbligatoria ed anche in questo caso si procede inclinando quanto necessario compatibilmente con gli ingombri degli iniettori e con la futura predisposizione dell albero a camme Fatte queste premesse l inclinazione delle valvole rispetto alla verticale di 12 un valore abbastanza comune per questa tipologia di motori Sul piano superiore della testa si va poi a modellare la sede delle punterie a bicchiere anch esse ovviamente con asse inclinato rispetto alla verticale per essere in linea con le valvole Successivamente si disegna la guida che consente il passaggio dello stelo delle valvole attraverso i condotti Nella parte superiore vanno aggiunti i castelletti che ospiteranno gli alberi a camme queste sedi vengono realizzate direttamente dalla fusione delle testa in pezzo unico evitando cos un loro accoppiamento con organi filettati che risulterebbe meno pratico I castelletti sono disposti in modo che il contatto tra albero a camme e punterie a bicchiere sia centrato Nei paragrafi successivi questa situazione verr chiarita meglio 73 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto 2 4 1 4 Testa completa Ultima operazione quella di aggiungere i fori che consentono il fissaggio per mezzo di viti al basamento superiore Fatto questo e ripetendo le operazioni gi viste per le tre camere di combus
48. e dell ottocento e gi nel 1905 Biichi brevett il principio della sovralimentazione con turbocompressore a gas di scarico Una sovralimentazione realizzata in modo corretto pu portare ad un incremento del rendimento poich la pressione pc all uscita del compressore risulta maggiore della ps dell ambiente in cui scarica il motore 34 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel Motore aspirato p Motore sovralimentato Paim 0 40 80 Volume percentuale Figura 1 6 Confronto diagrammi di indicatori per motori aspirati e sovralimentati L area di scambio del ciclo di lavoro diventa cos positiva ed il lavoro corrispondente viene aggiunto e non sottratto al lavoro compiuto come invece avviene per un motore aspirato La Figura 1 6 evidenza la variazione del lavoro di pompaggio durante le fasi di aspirazione e scarico espresso dalle aree colorate notevolmente ingrandite per meglio essere evidenziate Nel caso del motore aspirato il lavoro compiuto dal pistone che provvede ad espellere i gas combusti ad una pressione mediamente superiore a quella atmosferica mentre aspira la carica fresca ad una pressione mediamente inferiore si tratta quindi di un lavoro negativo AI contrario nel caso del motore sovralimentato il lavoro di scambio gas diventa positivo in quanto la carica fresca viene adesso portata ad una pressione maggiore di quella atmosferica a spese del lavoro di compressione superando
49. e della miscela aria carburante avviene in condizioni di volume costante anzich di pressione costante Anche i motori diesel sono generalmente a quattro tempi ma le varie fasi del ciclo di lavoro sono diverse da quelle che caratterizzano il ciclo Otto Durante la prima corsa o corsa d aspirazione l aria non il combustibile viene aspirata nella camera di combustione attraverso una valvola d ammissione Nella fase successiva o corsa di compressione viene compressa a una piccola frazione del volume iniziale e si riscalda raggiungendo temperature superiori ai 400 C Il combustibile vaporizzato viene quindi iniettato nella camera di combustione dove a causa dell elevata temperatura superiore al punto di infiammabilit ovvero al valore di temperatura a cui il carburante si accende spontaneamente brucia istantaneamente Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel L espansione dei gas di combustione della miscela fa retrocedere il pistone che compie la terza corsa attiva Durante la corsa finale vengono evacuati i gas di combustione Alcuni motori diesel detti comunemente semidiesel sono dotati di sistemi ausiliari d accensione elettrica per bruciare il combustibile all avviamento del motore e sino a quando questo non sufficientemente caldo 1 2 Storia del Diesel Il 23 febbraio del 1892 il trentaquatrenne ingegnere Rudolf Diesel depositava all ufficio brevetti di Berlino il progetto di un singolare motore Un proge
50. e di tutte le sue componenti in modo molto semplice ed immediato Infatti le informazioni possono essere lette su appositi schermi digitali o a cristalli liquidi con la possibilit di comparare i dati con precedenti lavorazioni in modo tale da incrementare la qualit e la quantit del lavoro Sono inoltre presenti sistemi di autodiagnosi che danno la possibilit di monitorare sulle funzioni e sui componenti della trattrice in ogni momento in modo tale da avvisare preventivamente l operatore dell eventuale guasto o malfunzionamento Cos facendo non si rischia di compromettere il corretto funzionamento del trattore e degli attrezzi ad esso collegati 66 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto 2 3 7 Posto di guida Un tempo per i trattori tradizionali non veniva molto considerato il posto di guida e quindi il confort di utilizzo Un esempio sono le scomode leve del cambio in mezzo alle gambe i sedili poco o per niente ammortizzati specchietti retrovisori spesso mancanti rumorosit elevata e via dicendo Questa tipologia di trattore viene definita pedanato o footstep Verso la fine degli anni 70 alcuni costruttori iniziarono ad equipaggiare le trattrici con posti di guida per quel tempo confortevoli soprattutto per macchine di potenza elevata Queste trattrici vengono denomonate plat cio predisposte per essere equipaggiate con cabina il che poteva garantire una bassa rumorosit una buona impermeabilizzazi
51. e per vincere i punti morti infatti durante le fasi passive del motore aspirazione compressione scarico il volano fa ruotare l albero motore in modo uniforme in quanto immagazzina energia durante le fasi attive combustione per poi trasmetterla all albero motore in modo da provocare una rotazione pi lineare Al volano si appoggia il motorino d avviamento e la frizione che trasmette il movimento all apparato di trasmissione COPPA DELL OLIO ha il compito di contenere l olio che provvede a lubrificare e raffreddare il motore che altrimenti si surriscalderebbe data l elevata velocit e attrito degli organi e dei componenti ALBERO DELLA DISTRIBUZIONE ha la funzione di aprire e chiudere al momento giusto le valvole di aspirazione e di scarico Tale albero ha tante camme o eccentrici quante sono le valvole ed fatto ruotare dall albero motore tramite una cinghia dentata o una catena Descritti gli organi principali del motore opportuno illustrare alcuni concetti importanti o PMS punto morto superiore altezza massima raggiunta dal pistone durante la sua corsa nel cilindro o PMI punto morto inferiore altezza minima raggiunta dal pistone durante la sua corsa nel cilindro o ALESAGGIO diametro interno del cilindro o CORSA spazio misurato fra il PMS e il PMI o CILINDRATA volume del cilindro misurato dal PMS al PMI o CAMERA DI SCOPPIO spazio compreso fra la testa del pistone e la testata del motore quando il pistone si trova al PM
52. ecessarie ad un analisi termodinamica in quanto il susseguirsi degli stati che il fluido assume non identifica un percorso termodinamico chiuso e sia la macchina che il fluido il quale subisce variazioni di massa e composizione chimica sono ben lontani da un comportamento ideale Una approssimazione del ciclo ideale che si ottiene rappresentata in Figura 1 1 Diagramma T s Diagramma p v Figura 1 1 Ciclo Diesel ideale Nel ciclo Diesel Figura 1 1 si distinguono sei fasi e una fase di aspirazione e una fase di compressione isoentropica del fluido 13 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel e una trasformazione che rappresenta il processo di combustione nel caso del Diesel si ipotizza che il fluido riceva calore dall esterno a pressione costante e una fase di espansione isoentropica del fluido e una trasformazione che permette la chiusura del ciclo si ipotizza che la cessione di calore all ambiente esterno avvenga a volume costante e una fase di scarico Le differenze fra il ciclo ideale e quello reale sono dovute principalmente ai seguenti fattori e le perdite di carico nei condotti nella fase di aspirazione e di scarico non sono trascurabili e pertanto nelle fasi di pompaggio si sviluppano pressioni variabili e rispettivamente inferiori e superiori a quella esterna e la non istantaneit della apertura e chiusura delle luci delle valvole dovuta sia alla convenienza di ottimizzare la
53. ee prestazioni dall apparato di iniezione e Fasatura e Dosatura e Durata e Polverizzazione e Penetrazione e Diffusione 1 5 L iniezione diretta Nel Diesel la camera di combustione ha dimensioni molto limitate per gli elevati rapporti di compressione necessari in questo spazio ridotto occorre che l iniettore riesca a diffondere quanto pi possibile il combustibile polverizzato Per ottenere tale risultato non si lascia alla camera di combustione una forma dispersa e generica ma si dimensiona in relazione alla forma che viene data al getto Per esempio si pu ricavare una camera di combustione tramite un solco sul cielo del pistone ed in questo caso il getto penetrante ma poco diffondente in quanto l iniettore a lato Se si vuole un iniezione diffondente ma poco penetrante si ricavano sempre dei solchi sul cielo del pistone ma questa volta l iniettore posto perpendicolarmente al cielo del pistone oppure si pu ricavare la camera di combustione sulla testata del motore Le soluzioni fin qui presentate hanno tutte un elemento che le accomuna l iniettore getta il combustibile nella stessa camera di combustione Si tratta della pi semplice soluzione alla quale si d il nome di iniezione diretta proprio per il suo modo caratteristico di operare 22 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel L iniezione diretta stata la prima ad essere adottata ed rimasta anche l unica fin
54. ella cameretta e non nel volume sopra alla sommit del pistone Con la soluzione tecnica ora esposta il combustibile iniettato nella cameretta trova solo una parte del comburente con cui iniziare la reazione che per non pu essere completa proprio perch la restante parte del comburente non li presente Con questa prima combustione si ha uno sviluppo parziale dell energia aumentano temperatura e pressione cos che i prodotti di questa prima parte della reazione fuoriescano con impeto dallo stretto condotto per riversarsi vorticando nella restante parte della camera di combustione sulla testata del motore Qui la restante parte del comburente e pu cos completarsi la combustione che risulta appunto rallentata come si era desiderato 26 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel L architettura presentata porta a favorire la polverizzazione e se ne tiene conto riducendo la pressione di alimentazione degli iniettori dai 150 bar fino ai 70 bar che consente di eliminare molti problemi inerenti al funzionamento ad elevate pressioni L iniezione indiretta ottenuta con varie architetture e se queste danno il vantaggio di una maggior potenza a parit di cilindrata presentano tuttavia alcune contropartite Anzitutto l ingresso e l uscita dell aria e dei prodotti di combustione dal cilindro alla cameretta e viceversa fonte di inevitabili perdite fluidodinamiche che si traducono in un minor rendime
55. emperatura punto di auto combustione la miscela si accende e la combustione inizia simultaneamente in tutti i punti della miscela accelerando man mano che la temperatura aumenta fino al termine della combustione Tale fenomeno prende il nome di detonazione avvertibile dal caratteristico rumore metallico e causa perdite di potenza e gravi danneggiamenti agli organi meccanici 17 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel e combustione progressiva avviene in miscele omogenee di aria e vapori di combustibile ma contrariamente alla combistione simultanea la combustione ha inizio solo in alcuni punti che si trovano nelle condizioni adatte all accensione in seguito il fronte di fiamma si propaga perpendicolarmente alla superficie con una velocit caratteristica detta velocit di fiamma Si hanno quindi due zone nella miscela una bruciata ed una incombusta separate dal fronte di fiamma Tale combustione tipica dei motori ad accensione comandata ma si pu verificare accidentalmente anche nei Diesel e combustione diffusiva avviene in miscele eterogenee di aria e combustibile finemente polverizzato La velocit di combustione particolarmente legata alla durata della vaporizzazione essendo tale fase preponderante rispetto alle fasi di miscelazione e combustione La combustione diffusiva tipica dei motori Diesel nel momento in cui a combustione gi iniziata si inietta ancora combustibile e questo vaporizza bru
56. eriori di diametro superiore alle anteriori equipaggiato con trazione a 4 ruote motrici Le funzioni fondamentali svolte da un assale a quattro ruote motrici sono e rendere motrici le ruote anteriori e direzionare il trattore e ottimizzare la distribuzione del peso del trattore e incrementare la forza di trazione del trattore e migliorare la robustezza stessa del trattore nella parte anteriore e aumentare la produttivit e la dinamicit del trattore Le ruote anteriori di un trattore a 4 ruote motrici sono azionate da un albero di trasmissione centrale posto al di sotto del blocco motore opportunamente coperto e riparato Tale albero prende il movimento a valle del gruppo motore cambio Ormai da qualche anno l albero delle quattro ruote motrici viene posto al centro ma un tempo non era cos infatti esso veniva posto sul lato sinistro del trattore In tal modo c era una diverso bilanciamento di peso una resa globale inferiore e il rischio di farsi male in quanto l albero laterale era ben esposto e non veniva coperto e protetto 60 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto L albero della motrice seguito da una coppia conica pignone e corona da un differenziale anteriore con il suo relativo dispositivo di bloccaggio e due semiassi unitamente a due giunti cardanici L EFFETTO ANTICIPO una tecnica applicata alle trattrici con 4 ruote motrici infatti tutti i dispositivi come frizione coppia conica
57. fase si pu aumentare la temperatura dell aria e migliorare la polverizzazione del combustibile La seconda e la terza fase sono la parte principale della combustione e sono fortemente influenzate dall efficacia della miscelazione ottenuta Per questo motivo i condotti di aspirazione sono modellati a chiocciola in modo che il fluido entri nella camera di combustione con moto rotatorio simile ad un vortice swir Altro accorgimento tipico dei motori ad iniezione diretta lo schiacciamento della carica in uno spazio ristretto ricavato sul cielo del pistone squisch La combinazione del moto di rotazione e dello schiacciamento generano condizioni di turbolenza particolarmente buoni per la miscelazione La fase di espansione L espansione la fase in cui l energia termica sviluppata dal combustibile si trasforma in lavoro meccanico La combustione prosegue anche nella prima parte dell espansione e la temperatura raggiunge il suo massimo dopo l istante di massima pressione Come per la compressione anche per l espansione si considera una politropica ad esponente yg costante Va sottolineato che le perdite di calore che nella fase di compressione riducono l esponente yc nella fase di espansione aumentano l esponente della politropica dato che causano una pi rapida diminuzione della pressione dei gas rendendo quindi pi ripida la curva rappresentata nel diagramma Valori tipici di ng sono compresi tra 1 23 e 1 2
58. i altezza min e max 2 3 4 Regolazione della profondit di lavoro 5 Regolazione della sensibilit 6 Altre regolazioni e comandi specifici 65 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto IL CONTROLLO ELETTRONICO SULLA PRESA DI POTENZA e Innesto progressivo in funzione del carico dell attrezzo per una maggior sicurezza dell operatore e per proteggere attrezzo e trattore dai possibili danni derivanti da un innesto errato e Disinnesto automatico se l attrezzo si bloccato o guastato per evitare di apportare danni alla trattrice e all attrezzo e Disinnesto quando il motore viene spento quindi se l operatore dimentica di disinserirla manualmente ci pensa il sistema elettronico e Disinnesto della frizione se c un abbassamento di pressione nel circuito o la frizione slitta oltre un determinato valore IL CONTROLLO DELLO SLITTAMENTO Durante il lavoro sotto sforzo il computer di bordo elabora i dati inviati dal Radar con un effetto esclusivo di controllo dello slittamento che aumenta la trazione e quindi le prestazioni del trattore Il controllo dello slittamento mantiene alta la qualit del lavoro aumentando al tempo stesso la resa riducendo l usura dei pneumatici e proteggendo la struttura del suolo LA STRUMENTAZIONE ELETTRONICA DEL TRATTORE La strumentazione elettronica che da qualche anno accompagna le trattrici permette all operatore di essere costantemente aggiornato sulle funzioni principali della macchina
59. iale e Rendere motrici le ruote anteriori grazie ad un albero che prende il movimento dall asse posteriore e Fornire il movimento alla o alle Prese di potenza Vediamo ora alcuni organi fondamentali LA FRIZIONE organo importantissimo in quanto consente l innesto e il disinnesto graduale e progressivo del motore con gli organi di trasmissione In sostanza ci permette di fermarci e partire agevolando l inserimento o il disinserimento delle marce E costituita da un disco il quale appoggiandosi al volano e provocando attrito riceve il movimento da esso Si dice che la frizione innestata quando il pedale della frizione sollevato Esistono vari tipi di Frizione che si differenziano in 50 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto base alle dimensioni alla potenza e alla tipologia della trattrice su cui viene applicata Possiamo infatti avere e Frizione a secco e Frizione a bagno d olio e Frizione monodisco e Frizione multidisco IL CAMBIO un altro organo molto importante in quanto permette di variare il rapporto fra velocit e giri motore Esso costituito da un insieme di numerosi ingranaggi opportunamente relazionati fra di loro in modo da garantire al trattore adeguate velocit e di regolare lo sforzo del motore in ogni tipo di lavoro Il cambio meccanico come dice il nome stesso questo un tipo di cambio prettamente meccanico dove tutto avviene tramite azionamenti e collegamenti per l appunto meccani
60. idit soprattutto nei mesi pi caldi e la filtrazione permette di filtrare l aria che dall esterno entra nella cabina tramite l apparato di ventilazione purificandola da polveri o elementi inquinanti e l impermeabilizzazione assicura il mantenimento di un ambiente asciutto e privo di aria inquinata da polveri all interno della cabina e l isolamento acustico riduce di molto i rumori provocati dalla trattrice e dagli eventuali attrezzi migliorando la qualit dell ambiente di lavoro Da sottolineare che alla fine degli anni 70 la rumorosit nelle cabine della maggior parte delle trattrici era superiore a 90 dBa valore che oggi limite massimo ammesso in Europa per le nuove trattrici I nuovi trattori infatti hanno degli indici di rumorosit variabili tra i 75 dBa e gli 85 dBa il che assicura all operatore un ambiente di lavoro ottimale Vediamo ora gli elementi principali che caratterizzano e completano un posto di guida L accesso alla cabina nei trattori moderni dove la maggior parte dei comandi stata collocata sulla parte destra l entrata per eccellenza si spostata sulla porta sinistra Non che dalla porta di destra non si possa accedere alla cabina ma diciamo che molto pi comodo e veloce entrare dall entrata di sinistra I gradini per la salita alla cabina sono di norma larghi circa 30 40 cm e con superfice rugosa antiscivolo abbinati a comode maniglie per non o sbilanciarsi durante la salita Sedile importante compi
61. ilizzo LA PRESA DI POTENZA PTO E un dispositivo costituito da un albero scanalato che fuoriesce dalla parte posteriore del trattore Nelle quasi ormai totalit delle trattrici la PTO totalmente Indipendente dal cambio di velocit infatti il suo azionamento avviene per mezzo di comandi separati il che offre la possibilit di sfruttare la presa di potenza anche a trattrice ferma un esempio eclatante l irrigazione La Presa di potenza prende il moto direttamente dal motore o in certi casi dalla coppia conica E il caso della Presa di potenza Sincronizzata all avanzamento dove si deve avere un regime di rotazione sincronizzato con la velocit delle ruote Questa funzione molto utile per il traino di rimorchi che dispongono di ruote motrici fatte quindi girare tramite il collegamento trattrice rimorchio con apposito albero cardanico Da sottolineare che nelle trattrici pi moderne l innesto della PTO viene controllato elettronicamente Le dimensioni di questo albero possono variare in modo da renderlo compatibile con ogni tipo di attrezzatura e 6 scanalature con un diametro di 35 mm e 6 scanalature con un diametro di 45 mm e 20 scanalature con un diametro di 45 mm e 21 scanalature con un diametro di 35 mm e 27 scanalature con un diametro di 45 mm Oltre alle dimensioni varia anche la Velocit d uscita dell albero della PTO e 540 giri min e 750 giri min non sempre disponibile e 1000 giri min 58 Capitolo 2 Il tr
62. indrata peso 3650 Kg e Landini Velite del 1935 testacalda 30 CV 7222 di cilindrata peso 2400 Kg 39 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto e Landini Velite del 1935 testacalda 30 CV 7222 di cilindrata peso 2400 Kg e Landini Bufalo del 1941 testacalda 40 CV 9118 di cilindrata peso 2800 Kg e Landini L 25 del 1950 semi Diesel 25 30 CV ruote o semicingoli con PTO e Landini L 45 del 1950 semi Diesel 35 40 CV ruote o semicingoli con PTO e Landini L 35 del 1954 semi Diesel 35 40 CV ruote o semicingoli e Landini L SSA del 1954 semi Diesel 55 60 CV ruote o semicingoli 3 MA e 1 RM e Landini L 55B del 1954 semi Diesel 55 60 CV ruote o semicingoli 6 MA e 2 RM e Landini 30 prodotto nella seconda met degli anni 50 e Landini 35 8 prodotto fra il 55 e 60 semi Diesel velocit max 23 Km h e Landini 44 Major prodotto fra il 55 e 60 semi Diesel velocit max 23 Km h e Landinetta del 1956 prima trattrice Diesel prodotta da Landini 20 CV Figura 2 4 Trattore Landini 2 2 Tipologie di trattore Posso avere tre tipologie di trattori Standard Cingolati Specifici e Snodati Vengono definiti Standard o Convenzionali in trattori che svolgono la maggior parte delle operazioni nel campo agricolo e non solo fornendo quindi doti importanti come la dinamicit e la versatilit Proprio per questi motivi essi coprono gran parte del mercato trattoristico Negli ultimi anni queste
63. inimo la catena cinematica di azionamento delle luci ma diventa necessaria una catena di trasmissione del moto dall albero motore nel basamento fino alla testata dove alloggiato l albero a camme Per chiudere l argomento valvole si ricorda che non sar possibile l istantanea apertura e chiusura delle luci ai punti morti volute dalla teoria Ne nascerebbero inaccettabili azioni inerziali e quindi devono esserci aperture e chiusure graduali cos che per avere le luci ben aperte all inizio dell aspirazione e 28 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel poi allo scarico occorre anticiparne l apertura e prima che il pistone raggiunga 1 punti morti Si usano elevati ritardi alla chiusura dell aspirazione per aumentare il riempimento del motore sfruttando l inerzia del fluido nel condotto di aspirazione 1 10 Curve caratteristiche Le curve che caratterizzano il comportamento di un motore sono quelle che esprimono la coppia motrice M e la potenza effettiva P in funzione del regime di rotazione come schematicamente mostrato in Figura 1 4 Figura 1 4 Curve caratteristiche del motore Occorre tenere presente che le condizioni di funzionamento non sono definibili con un solo parametro operativo Ad un dato regime di rotazione infatti un motore pu sviluppare una potenza variabile agendo sull organo di regolazione nel motore Diesel infatti si agisce sulla pompa di iniezione adattando alla
64. ione che si vuol dare all attrezzo Gli attacchi a tre punti hanno delle misure standardizzate che consentono la compatibilit con tutti gli attrezzi proporzionalmente dimensionati ad una trattrice di adeguata potenza poich sarebbe inpensabile agganciare un attrezzo di un trattore da 40 CV ad una trattrice da 300 CV Il sollevamento anteriore questo dispositivo attribuisce al trattore una dinamicit e versatilit maggiore Infatti tale dispositivo permette di utilizzare 56 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto attrezzature agganciate anteriormente alla trattrice il che riduce i tempi di lavorazione anche le spese Normalmente il sollevamento anteriore viene dotato del controllo di sforzo di posizione e altre funzioni di supporto Il sollevamento anteriore apporta alla trattrice alcuni vantaggi ovvero e la possibilit di operare con attrezzi combinati davanti e dietro un esempio la raccolta delle barbabietole e la possibilit di operare con attrezzi che rendono maggiormente se montati sulla parte anteriore e la possibilit di montare e togliere velocemente la zavorratura anteriore I DISTRIBUTORI IDRAULICI Oltre agli utilizzi del circuito idraulico precedentemente descritti vediamo ora la possibilit di utilizzarlo per azionare e regolare attrezzature collegate al trattore tramite i Distributori idraulici Solitamente i distributori idraulici sono posti nella parte posteriore della trattrice
65. la temperatura del fluido tanto quanto nei motori a scintilla Ne consegue che la temperatura media dei gas di scarico dei Diesel pi bassa Ecco perch gli apparati di introduzione del combustibile nei Diesel gli iniettori sono dimensionati tenendo di mira l ottenimento di condizioni tali da richiedere il minimo eccesso di aria possibile condizioni che si concretizzano nel ridurre ai valori pi bassi possibili le dimensioni delle particelle nel combustibile che debbono essere sparpagliate in tutto il comburente presente in camera di combustione e nel modo pi omogeneo evitando cio che in alcune zone scarseggi il comburente ed in altre vi abbondi Ma non sono finite le esigenze per una corretta iniezione Si detto infatti che il combustibile dovrebbe bruciare appena entrato in camera di combustione e che l energia dovrebbe svilupparsi con gradualit Per conseguenza la combustione dovrebbe cominciare nel momento opportuno durando per un definito periodo Il soddisfacimento di queste esigenze viene demandato all apparato di iniezione se vero che il combustibile brucia appena entrato l iniettore che stabilisce il momento giusto nel ciclo la fase giusta cio di inizio oltre che la durata corretta anche in relazione alla quantit di combustibile da introdurre ossia in dipendenza della 21 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel regolazione Sono dunque richieste ben sei diverse e contemporan
66. nate ai lavori pesanti dalle gru alle schiacciasassi Ma con le automobili il lavoro di conquista si rivelato molto pi laborioso E soprattutto pi lento va avanti infatti sin dal lontano 1936 Un tempo lunghissimo tutto sommato in confronto ai 20 30 anni impiegati per esempio dal Diesel per scalzare dal suo posto il vecchio motore a vapore D altronde vero trionfatore della grande rivoluzione industriale esplosa dapprima in Europa e poi negli Stati Uniti tra la fine del Settecento e gran parte dell Ottocento il motore a vapore cominciava a denunciare le sue deficienze gi nella seconda met dell Ottocento E questo prima ancora che i motori a combustione interna sia quelli a benzina come quelli Diesel muovessero i loro primi passi in Germania in Francia o in Italia Ma perch mai il motore a vapore era condannato a chiudere quanto prima la sua esistenza Tralasciando i problemi di natura ecologica l inquinamento era l ultima delle preoccupazioni dei tecnici e dei legislatori dell Ottocento connessi con l alimentazione a carbone di cui il motore a vapore era un vorace consumatore questo genere di propulsore offriva comunque un grande difetto agli occhi dei fisici e degli ingegneri della seconda met dell Ottocento quello di uno scarsissimo rendimento termodinamico In parole povere un motore a vapore poteva sfruttare nelle ipotesi migliori appena 700 800 calorie delle 7 500 offerte da un chilogrammo di
67. nativo a 33 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel causa delle maggiori forze di inerzia dei componenti pi pesanti Aumentando le masse si perviene ad un innalzamento ulteriore delle forze d inerzia innescando cos un processo senza sbocchi Una soluzione tecnica per ottenere l aumento di potenza del motore sta nell aumento del rendimento di carica y La sovralimentazione consiste nell aumentare la pressione dell aria di alimentazione Essendo l aria un fluido comprimibile aumentando la sua pressione al motore sovralimentato inviata una quantit di comburente maggiore di quella resa disponibile per un motore aspirato che riceve l aria a pressione atmosferica con la stessa architettura Il vantaggio dell introduzione di una massa di aria pi elevata per ogni ciclo e per ogni cilindro consiste nel fatto che pi aria significa anche possibilit di bruciare pi combustibile Un motore alternativo sovralimentato pu sviluppare una potenza maggiore dello stesso motore non sovralimentato questo significa che si pu innalzare il rapporto potenza peso del motore senza alterare significativamente le masse Ricordiamo a tal proposito che il problema della riduzione dei pesi di primaria importanza nel campo aeronautico L idea di aumentare la densit dell aria a disposizione del motore introducendo il comburente precedentemente compresso con un apposito compressore risale addirittura alla fin
68. ndata vengono spesso disposte nel modo pi semplice con gli assi paralleli a quello del cilindro le valvole restano in posizione di chiusura per effetto del tiro di apposite molle montate in compressione Per l apertura occorre l azione diretta della camma sullo stelo della valvola mentre la chiusura affidata al richiamo della molla stessa che deve imprimere al corpo valvola la forza d inerzia necessaria per accelerarla nel moto di ritorno La molla dovr essere tanto pi rigida quanto maggiori saranno le azioni inerziali e perci tanto pi alta la velocit di rotazione del motore Quando possibile disporre le due valvole con gli assi paralleli come nei Diesel basta un solo albero a camme a comandarle entrambe Una delle soluzioni pi semplici prevede l alloggiamento nel basamento dell albero a camme trascinato in rotazione dall albero motore con un accoppiamento a ruote dentate che dia luogo ad una riduzione a met della velocit ogni valvola deve aprirsi una sola volta ad ogni ciclo Tenendo l albero a camme nel basamento pi facile la lubrificazione ma diventa inaccettabile al crescere della velocit di rotazione per le azioni d inerzia delle notevoli masse dotate di moto alterno necessarie nella lunga trasmissione dalla camma alla valvola Per motori veloci si trova pi spesso l albero a camme montato sulla testata del motore a comandare direttamente dall alto le valvole in tal modo si riduce al m
69. ndi agli iniettori in modo sincronizzato Filtro del gasolio ha il compito di filtrare il gasolio evitando il passaggio di scorie e impurit Pompa di alimentazione preleva il gasolio dal serbatoio e lo invia con una minima pressione alla pompa d iniezione Serbatoio del combustibile il contenitore del gasolio Parliamo ora del Raffreddamento del motore descrivendo le 2 tipologie principali RAFFREDDAMENTO AD ARIA questo tipo di raffreddamento implica che la testa sia dotata di molte alette le quali hanno il compito far affluire e girare un maggior flusso d aria possibile L aria viene prodotta da una ventola collegata all albero motore per essere poi indirizzata sulla testata grazie ad un convogliatore RAFFREDDAMENTO A LIQUIDO tale sistema di raffreddamento richiede un circuito dedicato composto dai vari componenti un Radiatore una Pompa una Ventola delle Intercapedini una Valvola termostatica e dei Manicotti Il liquido messo in circolo avvolge i cilindri e le testate attraverso le intercapedini cos facendo il liquido assorbe il calore per poi avviarsi al radiatore dove si raffredda e ricomincia il giro E obbligo dire che esistono sul mercato altri sistemi di raffreddamento come il raffreddamento ad olio aria olio acqua olio che hanno spesso avuto un ruolo 48 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto secondario Il Turbocompressore un organo costituito da due giranti a p
70. ngranaggi Il termine distribuzione si riferisce a quegli elementi che consentono il movimento sincronizzato degli organi meccanici che hanno il compito di controllare l entrata e l uscita dei fluidi dal cilindro In genere costituita dai seguenti componenti valvole punterie albero a camme ed organi di comando dell albero a camme In questo paragrafo si far riferimento alla progettazione dell ultimo dei componenti elencati ovvero il sistema di comando degli alberi a camme 2 4 2 1 Distribuzione a cascata completa Le ruote dentate vengono automaticamente generate da Solid Edge sulla base anche dei valori di spessore e diametro del foro del mozzo inseriti manualmente Dopo aver importato queste ruote su SolidWorks ed averle alleggerite si procede con l assemblaggio le due ruote posizionate sugli alberi a camme sono accoppiate tramite linguetta e codolo filettato con dado di serraggio Il pignone invece accoppiato con l albero motore tramite un profilo scanalato e stretto sempre con un dado Per quanto riguarda le ruote folli come dice il nome stesso devono ruotare libere e dunque necessario predisporre un cuscinetto l anello esterno sar accoppiato con il mozzo delle ruote mentre l anello interno viene inserito in un perno direttamente ricavato all interno del carter che contiene la distribuzione e bloccato da una parte con una battuta sul perno stesso e dall altra da anelli elastici seeger per alberi Nel Figure
71. non pi compensato dal regime di rotazione e quindi si raggiunge il massimo per la curva di potenza Nel motore Diesel il regime di potenza massima nettamente inferiore a quello di un motore ad accensione comandata a causa della lentezza con cui si svolge il processo e di combustione e delle maggiori masse degli organi in moto alterno Il regime di rotazione massimo coincide con quello di massima potenza al fine di non sollecitare eccessivamente il motore e garantirne una maggior durata L intervallo tra il numero di giri minimo e quello massimo ammissibile risulta poco ampio ossia ridotto il campo di regimi di pratico impiego di questo tipo di motore e il consumo specifico presenta solitamente un minimo in corrispondenza di un carico elevato 80 90 ad un regime di poco superiore a quello di massima coppia Da questo punto sia con un aumento del regime che con una diminuzione il 30 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel consumo comunque cresce Questo fenomeno dovuto essenzialmente al fatto che agli alti regimi aumentano le perdite energetiche mentre ai bassi cresce la percentuale di calore dissipata 1 11 Common Rail Visto l utilizzo di un combustibile poco pregiato come il gasolio obiettivo principale per ottenere una buona combustione nei motori Diesel quello di una intima miscelazione tra combustibile e comburente la quale pu essere raggiunta solo grazie ad un ottima polverizzazione del
72. nto del motore Dunque il motore Diesel ad iniezione indiretta meno economico pertanto questa soluzione non mai adottata nelle grandi macchine industriali che sono costruite ad iniezione diretta Un ulteriore inconveniente nasce dal maggior sviluppo della superficie della testata cos che d inverno si hanno difficolt quando si vuole avviare il motore poich l aria presente non riesce a scaldarsi a sufficienza per effetto della compressione Per aggirare il problema viene inserita nella testata una candeletta ossia una resistenza elettrica percorsa da corrente per qualche tempo finch il calore introdotto non sia sufficiente per accendere il combustibile Avviato il motore si fa cessare il passaggio di corrente alla candeletta senza altri problemi 1 9 Architetture caratteristiche dei Diesel Gli organi del manovellismo sono pi robusti e pesanti per i maggiori carichi cui vanno soggetti a causa dei pi elevati valori di pressione necessarie per ottenere l accensione spontanea Altra caratteristica peculiare la geometria della testata per il ridotto ingombro che presenta la camera di combustione che spesso assume forme particolari e persino curiose 27 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel Altra caratteristica peculiare la disposizione delle valvole Non avendosi alcuna esigenza speciale al riguardo ed essendovi disponibilit di spazio nella testata le valvole di aspirazione e ma
73. nuire il peso ridurre i costi di produzione e di installazione Per raggiungerlo sono state individuate le criticit pi stringenti e si cercato tramite opportuni modelli matematici di trovare una soluzione logica al problema Si cercato di ridurre lo sbalzo sull albero motore avvicinando il volano al sistema a gomiti questo ha portato ad una riduzione della flessione causata dallo sbalzo stesso che accoppiandosi alle inerzie insite nella geometria stessa dell albero a gomiti avrebbero provocato squilibri ingenti La compensazione del peso e la sua riduzione stata affrontata andando a ridurre innanzitutto lo spessore di alcuni particolari di contenimento quali i carter Questi infatti erano stati progettati con coefficienti di sicurezza molto elevati che hanno portato ad una maggiorazione dello spessore quasi ingiustificata per l applicazione medesima Pertanto sempre utilizzando appositi modelli matematici e fisici si andati a condurre un opera di razionale riduzione degli spessori ed a un complessivo alleggerimento della struttura stessa In pi si deciso di renderlo pi funzionale introducendo una presa di forza che collegata alla cascata di ingranaggi permette una movimentazione migliore ed un ulteriore aggancio verso l esterno Infine si modificata la geometria della pompa dell olio in modo da garantire una iniezione pi fluida al sistema di lubrificazione 84 Bibliografia E Funaioli A Maggi
74. nzina che negli anni a cavallo tra Ottocento e Novecento era Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel talmente preziosa da essere venduta in latte di pochi litri in farmacia o presso qualche rara drogheria E mentre la raffinazione e la lavorazione in generale della benzina richiedeva allora tecnologie evolute e costose il combustibile previsto all inizio da Rudolf Diesel per alimentare il suo motore il cosiddetto olio pesante corrispondeva pressappoco al petrolio grezzo della migliore qualit In pratica un buon light crude poteva gi essere impiegato dopo un semplice filtraggio e una rudimentale raffinazione Per non parlare poi di un altro grande pregio l olio combustibile e il gasolio sono assai meno infiammabili della benzina che gi a una trentina di gradi di temperatura ambientale produce gas esplosivi se messi a contatto con una fiamma o una semplice scintilla Per avviare la gassificazione del gasolio occorre invece una temperatura all incirca doppia E proprio per questo motivo ancora oggi chi vuole andar per mare con maggiore sicurezza sceglie inevitabilmente un motore Diesel per la propria barca Tuttavia sebbene ricco di pregi sin dal suo apparire il motore Diesel mostra subito alcuni grossi inconvenienti che richiederanno lunghi anzi lunghissimi anni di sperimentazioni e messe a punto Una vera e propria storia infinita Ma procediamo per ordine Anche se brevettato all ini
75. o il Cassani da 40 CV del 1927 importante protagonista in quanto fu il primo trattore agricolo dotato di motore diesel bicilindrico a due tempi con ben 12 700 cc di cilindrata Figura 2 2 Trattore Cassani 38 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto c Il Black Ferguson Nel 1933 avvenne la costruzione del primo prototipo di trattore con un sistema particolare chiamato The Ferguson System brevettato nel 1925 il quale permetteva l aggancio di attrezzi alla trattrice con possibilit di regolare la profondit di lavoro Il Black Ferguson era un piccolo trattore con motore Hercules a petrolio da 18 CV Figura 2 3 Trattore Black Ferguson d Landini Landini segn in modo particolare la meccanizzazione agricola con numerosi modelli che riscossero grandi successi rivoluzionando cos l agricoltura del tempo Il Landini 25 30 HP del 1925 era una trattrice di costruzione solida semplice e facile da utilizzare e da riparare Il motore era un monocilindrico a 2 tempi testa calda raffreddato ad acqua con lubrificazione forzata Aveva 4 marce avanti e una retromarcia ed era in grado di trainare un aratro monovomere per lavorare in terreni medi ad una profondit di 45 50 cm e di 30 35 cm in terreni tenaci Furono poi prodotti molti altri modelli dalla Landini e Landini 30 HP prodotto nel 1928 testacalda e Landini 40 HP prodotto nel 1932 testacalda e SuperLandini del 1934 testacalda 48 CV 12200 di cil
76. o con motore a gasolio un quattro cilindri in grado di sviluppare 45 Cv a 1000 giri min che impiegava una rudimentale pompa meccanica di iniezione Sar tuttavia il lavoro di puntigliosa messa a punto svolto dalla Bosch a far decollare definitivamente il Diesel sui motori di minore cilindrata l azienda di Stoccarda infatti avvier a partire dal 1927 la produzione in serie di pompe d iniezione piccole ed efficienti che dischiuderanno finalmente nuovi orizzonti al motore a gasolio Nel frattempo l ingegnere inglese Harry R Ricardo intraprende una lunga serie di approfonditi studi nonch di esperimenti pratici sul rendimento dei motori endotermici esperimenti che lo porteranno a realizzare da un lato le pi evolute camere di combustione per motori a benzina e dall altro lato le prime precamere ad alta turbolenza per motori Diesel Ed solo per merito delle precamere di Ricardo che si sarebbe potuto finalmente impiegare il Diesel anche sulle automobili grazie alla forte riduzione delle vibrazioni e della rumorosit altrimenti presenti nei motori ad iniezione diretta In sostanza a fronte di una non eccessiva perdita in rendimento termico il motore ad iniezione indiretta con precamera tipo Ricardo si riveler decisamente meno ruvido e pi civilizzato e dunque pi automobilistico Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel dell altro dove l iniezione di carburante avveniva direttamente all in
77. o incide su yc in particolare nei motori che presentano un raffreddamento a liquido dove le pareti del cilindro sono pi fredde si riscontrano valori inferiori rispetto ai motori raffreddati ad aria Inoltre yc aumenta con l aumentare del regime di rotazione poich aumenta la temperatura media delle pareti del cilindro le quali non sono pi in grado di smaltire il calore prodotto come invece alle minori velocit e si riducono i tempi di scambio termico Nel caso di motori aspirati a pieno carico l esponente della politropica assume valori compresi tra 1 30 e 1 36 nei motori a ciclo Otto 1 32 e 1 38 nei motori a ciclo Diesel La differenza dovuta al fatto che nei motori a ciclo Otto il carburante continua ad evaporare nella prima parte della compressione La fase di combustione Affinch possa avvenire la combustione del carburante necessario vaporizzare il combustibile liquido e miscelarlo in modo il pi possibile omogeneo con l aria aspirata Nelle miscele eterogenee di aria e combustibile liquido il tempo impiegato per la vaporizzazione e la miscelazione determina la velocit della combustione Nei motori endotermici la combustione pu svilupparsi in tre differenti maniere e combustione simultanea si verifica in presenza di miscele omogenee in composizione e temperatura e si pu manifestare nelle zone periferiche della camera di combustione nei cicli Otto dove il fronte di fiamma arriva in ritardo Raggiunta la giusta t
78. one e un discreto confort generale IL TELAIO DI PROTEZIONE Arriva in Europa fra gli anni 70 e 80 il Telaio di protezione omologato assicura in caso di ribaltamento laterale o longitudinale uno spazio di sopravvivenza dell operatore Il telaio di protezione forniva anche una modesta riparazione dal sole e dalla pioggia LA CABINA E un componente di assoluta importanza nella valutazione di un trattore in quanto questa deve assolvere due importanti funzioni e riparare dal freddo dal caldo dalle intemperie dall inquinamento acustico cio dalla rumorosit e dall inquinamento dell aria dovuto alla polvere e ai gas di scarico della trattrice stessa e garantire in caso di ribaltamento della trattrice una protezione e quindi uno spazio di sopravvivenza per l operatore Unitamente alla cabina con il passare degli anni sono migliorate le condizioni e gli equipaggiamenti all interno di esse Le prime cabine erano sprovviste di impianti di riscaldamento e ventilazione non presentavano dei sistemi di protezione contro 67 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto l inquinamento acustico ed erano poco impermeabilizzate Nelle cabine montate sulle trattrici d oggi invece vengono molto curati i servizi come e il riscaldamento consente di riscaldare l aria e mantenere un adeguata temperatura all interno della cabina e la climatizzazione consente di raffreddare l aria mantenendo un adeguata temperatura e um
79. oni le intercapedini per il raffreddamento e tutti gli elementi che permettono la corretta connessione con testata coppa dell olio apparato di alimentazione di raffreddamento e via dicendo TESTATA costituisce la chiusura superiore del monoblocco nonch la sigillatura del motore tramite adeguate guarnizioni che garantiscono la tenuta di gas aria e acqua PISTONE tale organo scorre nel cilindro con un movimento solitamente verticale dal PMI al PMS e viceversa provocando spostamento della biella con conseguente movimento dell albero motore La perfetta tenuta di pressione fra pistone e cilindro assicurata da delle elastiche chiamate anelli alloggiati nelle apposite scanalature La fascia inferiore invece chiamata raschia olio e ha il compito di asportare l olio in eccesso sulle pareti del cilindro durante la corsa del pistone verso il PMI BIELLA ha il compito di trasmettere il movimento all albero motore Tale movimento viene provocato dai pistoni che dopo l avvenuta combustione scendono violentemente verso il basso ALBERO MOTORE tale organo si trova applicato al monoblocco del motore tramite i perni di banco ed quell albero che riceve il movimento di sali scendi provocato dai Pistoni L albero motore porta tanti gomiti o perni di biella quanti 45 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto sono i pistoni la parte terminale dell albero motore il Volano VOLANO un disco molto pesante che serv
80. ore U Meneghetti Giorgio Minelli Giorgio Minelli Giorgio Minelli R G Budynas J K Nisbett A Strozzi R C Juvinall K M Marshek C Pidatella M Poggi S L Straneo R Consorti Bibliografia Lezioni di Meccanica applicata alle macchine vol I II Patron Editore Macchine Idrauliche Pitagora Editrice Bologna Motori endotermici alternativi Pitagora Editrice Bologna Misure meccaniche Patron Editore 3 Shigley Progetto e costruzione di macchine McGraw Hill Costruzione di macchine Pitagora Editrice Bologna Fondamenti della progettazione dei componenti delle macchine Edizioni ETS Pisa Corso di meccanica vol II III Zanichelli Bologna Disegno di costruzioni meccaniche vol 1 ILII Principato Editore Milano 85
81. ore di coppia offre dei vantaggi ovvero e Partenza morbida con marce basse e alte e Riduzione dell usura degli organi di trasmissione e Semplificazione di guida per l operatore IL DIFFERENZIALE E un organo che permette di trasmettere automaticamente ai due semiassi delle ruote diverse velocit in relazione alla traettoria Il differenziale entra in gioco quando un veicolo precorre una curva oppure percorre un tratto di strada dissestata o comunque quando le due ruote motrici fanno un numero diverso di giri Il differenziale trasferisce quindi i giri da una ruota all altra ad esempio se un veicolo percorre una curva a destra sicuramente la ruota di sinistra far pi giri di quella destra che fa ipoteticamente da perno Il differenziale costituito da 3 elementi principali e I Planetari due ingranaggi paralleli alle ruote e IT Satelliti due o quattro ingranaggi incastrati fra i due planetari e Una scatola che contiene il tutto detta scatola porta treno Quando si percorre un rettilineo i due Planetari fanno lo stesso numero di giri tra di loro e quindi trasferiscono una rotazione uguale alle ruote motrici in tal caso i Satelliti sono fermi sul loro asse e ruotano insieme alla scatola del differenziale trasferendo il movimento ai Planetari Quando invece si percorre una curva 1 due Satelliti ruotano assieme alla scatola del differenziale ma ruotano anche sul loro asse con un numero diverso di giri trasferendo quindi un n
82. otori Diesel industriali che sono obbligati a marciare lentamente per limitare le accelerazioni inerziali non hanno il problema qui in esame in queste macchine non ne consegue alcuna difficolt per la combustione e vi si adotta il pi semplice ed economico sistema di iniezione quello diretto Ma per i motori di medie e piccole dimensioni il problema diventa drammatico e costituisce il fulcro di tutta la ricerca progettuale che ha subito un prepotente impulso 25 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel in questi ultimi tempi da quando cio si sviluppata la tendenza di sostituire i motori benzina con quelli Diesel 1 8 Iniezione indiretta Il vero problema del Diesel quando se ne vuole elevare la velocit di rotazione si localizza nella troppo breve durata della combustione che d luogo ad un funzionamento ruvido del motore con sollecitazioni meccaniche rilevanti che occorre controllare limitando la velocit di rotazione e quindi la potenza del motore Riuscendo a rallentare la combustione di troppo breve durata sarebbe possibile aumentare la potenza del motore in quanto potrebbe ruotare con maggior velocit di rotazione Ebbene l intento ora proposto viene attuato suddividendo il volume della camera di combustione in due parti una delle quali viene a costituire una cameretta collegata alla sommit della testata attraverso un condotto pi o meno ristretto L iniettore proietta il combustibile n
83. per permettere una buona miscelazione aria gasolio In caso di motori a 4 valvole buona norma modellare a questo scopo solo un condotto di aspirazione per evitare che le turbolenze vadano ad interferire tra loro annullando cos gli effetti cercati Il coefficiente volumetrico inoltre fortemente influenzato dal regime di rotazione La fase di compressione Sempre in Figura 1 3 si pu notare che la fase di compressione ideale inizia nel punto C e segue il tratto C 2 linea tratteggiata mentre nella realt la compressione termina nel punto D in cui avviene l iniezione del gasolio il corrispettivo dell accensione della miscela nel ciclo Otto dopo la quale si ha un rapido aumento di pressione Inizialmente il fluido si trova ad una temperatura inferiore rispetto alle pareti del cilindro quindi la temperatura della carica aumenta per il duplice effetto della compressione e dello scambio di calore Quando il fluido raggiunge una temperatura sufficientemente elevata si ha una inversione dello scambio di calore e dato che quest ultima parte ad essere predominante si pu affermare che la compressione sia una trasformazione a sottrazione di calore 16 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel La curva che meglio approssima la compressione quindi una politropica il cui esponente yc considerato costante mentre la politropica stessa dipende dal rapporto di compressione Anche il tipo di raffreddament
84. pie segnali luminose e monitor di tipo analogico digitale o a cristalli liquidi 2 3 8 Pneumatici Il pneumatico l organo incaricato di scaricare la potenza prodotta dal motore al terreno inoltre esso deve svolgere alcune funzioni fondamentali ovvero e Direzionare la trattrice e Sostenere e ammortizzare la trattrice e Garantire una buona adarenza al suolo e Assicurare una lunga durata e resistenza e Garantire un buon confort all operatore sul campo e su strada e Garantire una capacit di adattamento a carichi pesanti e a sforzi di trazione 69 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Il pneumatico e costituito da un rivestimento esterno e da una camera interna che contiene l aria Il rivestimento esterno a sua volta costituito da quattro elementi il Battistrada la Carcassa i Talloni e i Fianchi Il Battistrada la zona che appoggia e gira sul terreno E caratterizzato da un profilo costituito da costolature che variano a seconda del tipo della marca e del modello di pneumatico Infatti negli ultimi anni le case produttrici di pneumatici hanno curato e seguito con grande attenzione la progettazione dei profili dei battistrada in modo da poter offrire una valida risposta in ogni applicazione e condizione di utilizzo La Carcassa la struttura resistente ed costituita da un numero variabile di tele o fascie di tessuto gommato sovrapposte Si parler di Carcassa Diagonale se le tele o fas
85. pigolose questo per evitare che si appiglino rami foglie o reti di protezione I trattori da frutteto e vigneto devono avere dei buoni sistemi idraulici in quanto molte delle attrezzature che utilizzano richiedono l utilizzo di uno o pi distributori idraulici per l innesto o il disinnesto di determinati comandi 43 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto E il caso dei muletti applicati ai trattori oppure delle falciatrici o delle botti azionate idraulicamente e via dicendo Si capisce quindi come il sistema idraulico di questi trattori sia un elemento molto importante nella valutazione del trattore I trattori Snodati definiti anche versatili hanno sempre occupato una piccola parte del mercato trattoristico in quanto gli utilizzi che offrono sono molto particolari Questi trattori sono indicati per appezzamenti di grandi dimensioni dove per ottimizzare i tempi vengono utilizzate attrezzature molto grandi e particolari che potrebbero creare delle limitazioni alle normali trattrici a 4 ruote motrici I principali vantaggi di questi trattori sono l eccezionale trattivit ed aderenza oltre alla grande velocit di lavoro risultati che sono resi possibili grazie a diversi fattori della progettazione e allo schema fondamentale del trattore Nel telaio del trattore il peso concentrato in basso ed opportunamente suddiviso fra fronte e retro quindi quando il trattore sotto sforzo ciascuna ruota tira la sua parte
86. presente Su un motore monocilindrico campione geometricamente e funzionalmente unificato si confronta il comportamento del combustibile in prova con quello di una miscela in opportuna percentuale cetano alfametilnaftalene 24 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel L elemento di confronto si accentra sul rapporto di compressione necessario per avere lo stesso comportamento con il combustibile in prova e con una opportuna miscela di cetano alfametilnaftalene verificata l uguaglianza di comportamento si dir che il combustibile provato ha un numero di cetano dato dalla percentuale di questo componente presente nella detta miscela di confronto 1 7 Limiti progettuali derivanti dalla combustione Si vista la causa per cui nei Diesel al crescere della velocit di rotazione la combustione dura sempre meno fino a diventare inaccettabile Non potendosi accettare combustioni troppo rapide e perci pericolose occorre limitare la velocit di rotazione n che invece uno dei parametri che compaiono nelle espressioni della potenza Se non si prendono provvedimenti speciali per porre un qualche rimedio al problema con il tipo di iniezione diretta pi semplice ed intuitivo finora visto non si riescono a superare velocit di rotazione dell ordine di 1000 1500 giri al minuto circa dipendenti dalle dimensioni del motore I Diesel dunque viaggiano a velocit molto minori dei motori a scintilla I grandi m
87. quello teorico del motore ideato dal geniale ingegnere Se vero infatti che il secondo principio della termodinamica afferma l impossibilit di realizzare un motore il cui rendimento sia pari al cento per cento anche vero tuttavia che Herr Diesel si era avvicinato in modo impressionante a quel livello impossibile Molto di pi soprattutto di quanto si fossero avvicinati i realizzatori dei primi motori a benzina D altra parte sebbene apparentemente simili i due propulsori erano in realt molto diversi Mentre infatti nel motore a benzina l accensione della miscela aria pi benzina deve essere necessariamente provocata da una scintilla nel Diesel l accensione spontanea essa avviene impiegando l alta temperatura 900 gradi raggiunta dall aria sottoposta a fortissima pressione almeno tre volte pi di un benzina all interno del cilindro E proprio in questo risiede la genialit del principio del motore Diesel il comprimere cio ad altissime pressioni gi allora di 210 Kg cmq l aria che raggiunta mediante un iniettore e al momento giusto da una spruzzata di combustibile provocher una sostanziosa esplosione Assai pi violenta e generatrice di forza rispetto allo scoppio offerto dal motore a benzina Senza poi considerare un particolare tutt altro che trascurabile Il motore ideato da Diesel utilizzava e utilizza ancor oggi un combustibile assai meno costoso e nobile della be
88. re funzioni che variano in base alla marca al modello e alla potenza della trattrice Ad esempio ci sono funzioni che permettono di mescolare il controllo di posizione e di sforzo oppure funzioni che permettono all attrezzo di muoversi seguendo l andamento del suolo L attacco a tre punti come dice il nome stesso un apparato costituito da tre punti di attacco che si compone dei seguenti elementi principali 1 Tiranti verticali sono dei prolungamenti che collegano le braccia del sollevamento con le braccia laterali Solitamente il tirante di destra regolabile in altezza in modo manuale con apposita leva oppure idraulicamente con comandi posizionati direttamente in cabina Questa funzione molto utile per regolare l inclinazione dell attrezzo rispetto al terreno 2 Stabilizzatori come dice il nome stesso sono organi che permettono di stabilizzare un attrezzo mantenendolo in una posizione ben precisa evitandone l eccessiva oscillazione Essi sono costituiti da catene nei trattori pi vecchi bracci telescopici per la maggior parte dei casi e martinetti idraulici nelle trattrici pi moderne 3 Terzo punto l attacco centrale pi alto pu essere regolato in lunghezza in modo manuale oppure se la trattrice dotata del terzo punto idraulico idraulicamente Il Terzo punto fissato al trattore tramite un aggancio con spinotto che pu avere differenti posizioni solitamente 2 o 3 in base alla tipologia e alla regolaz
89. riduttori e via dicendo vengono dimensionati e proporzionati in modo tale che la velocit dei mozzi anteriori sia pi elevata del 2 3 rispetto a quelli posteriori questo per migliorare la forza di trazione della trattrice Da questo concetto nasce una considerazione molto importante per l integrit e la duratura del trattore nella sua totalit opportuno montare solamente le misure di pneumatici indicate dal costruttore sul libretto di uso e manutenzione IL DIFFERENTE SFORZO DI TRAZIONE Un trattore esercita uno sforzo di trazione pari al peso che grava sulle ruote e cio gli organi che scaricano la potenza derivante dal motore al terreno Su una trattrice a 2 ruote motrici il peso che grava sull assale posteriore pari al 65 circa di quello totale quindi esaminando un trattore a semplice trazione di 4600 Kg si potr dedurre che lo sforzo di trazione esercitato sar pari a circa 3000 Kg ovvero il 65 circa di 4600 Kg In un trattore a 4 Ruote Motrici invece lo sforzo di trazione esercitato sar pari all intero peso della trattrice e cio 4600 Kg L incremento di prestazioni che offre un trattore a 4 Ruote Motrice rispetto ad un trattore a semplice trazione variabile dal 30 al 40 2 3 5 Sterzo Il sistema di direzione di un trattore costituito da un insieme di comandi meccanici e dallo sterzo I comandi meccanici pi importanti sono e il volante e la scatola dello sterzo e la biella di direzione possono essere
90. rza con ruota dentata di pezzo e collegata alla distribuzione a cascata che permette un ulteriore punto di collegamento con il motore e con l esterno Figura 3 5 Inserimento presa di forza e ruota dentata di pezzo Figura 3 6 Riduzione spessore Ulteriore modifica stata fatta sulla puleggia di trasmissione Inizialmente era di tre gole ma facendo ricerche sui motori da trazione pesante si visto come le pi utilizzate sono a due gole cos da garantire una trasmissione pi 81 Capitolo 3 Modifiche strutturali fluida e soprattutto ingombri inferiori sempre con l obiettivo di compattare dimensioni e peso Figura 3 7 Puleggia a due gole Infine si sentita l esigenza di modificare la pompa dell olio nella configurazione di partenza questa non era in grado di asservire al motore completamente creando dei buchi di fase e momenti in cui la somministrazione di lubrificante poteva essere scarsa Da qui si deciso di inserire una pompa di dimensioni pi sostenute rispetto alla precedente soluzione ma sicuramente in grado di soddisfare le esigenze richieste Figura 3 8 Pompa dell olio 82 Capitolo 3 Modifiche strutturali L assieme finale assume quindi questa configurazione Figura 3 9 Assieme finale Figura 3 0 Vista frontale assieme finale 83 Conclusioni Conclusioni L obiettivo dell elaborato era quello di compattarne le dimensioni per aumentare la resistenza dimi
91. sul finire degli anni 80 quel rendimento termico cui aveva dovuto rinunciare con la precamera di accensione E senza per questo doversi pi privare del confort di marcia Ma torniamo alla fine degli anni Venti Grazie dunque agli studi della Bosch e dll ingegner Ricardo il motore Diesel ormai sufficientemente miniaturizzato e civilizzato da poter essere finalmente adottato anche sulle automobili Dopo alcuni semplici quanto sporadici esperimenti tra cui quelli dell americana Cummins che trasferi su alcune auto i propri Diesel nautici con risultati soddisfacenti e conquistando addirittura un record di velocit 160 Km h i primi tentativi con un minimo seguito commerciale per Dieselizzare un automobile vanno ascritti alla britannica Perkins Sin dal 1932 infatti questa azienda aveva avviato la produzione 10 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel in serie di motori a gasolio con precamera relativamente piccoli e destinati soprattutto a imbarcazioni e trattori Piuttosto compatti e particolarmente veloci la cilindrata era contenuta nei 2 700 cc mentre il regime di rotazione toccava gi 1 3000 giri min questi Diesel finiranno presto per equipaggiare alcune automobili E con ottimi risultati per giunta nel 1933 una Hillman Minx con motore Perkins copr il lungo percorso Londra Mosca consumando meno di 7 litri di gasolio per 100 Km A quella prima Hillman seguiranno presto alcune decine di
92. tanto che non si reso necessario far funzionare i motori alle pi alte velocit di rotazione possibili attualmente l iniezione diretta limitata ai motori lenti che sono anche quelli delle pi grandi dimensioni adatti nell industria e nella propulsione navale 1 6 La combustione nel Diesel Supponendo che la massa di combustibile m avvenga con progressione graduale nel tempo t l andamento della quantit introdotta rappresentabile come nella figura 1 3 nella quale la durata dell iniezione stata ampliata rispetto al reale el A L Te Te Figura 1 3 Andamento quantit introdotta rispetto al tempo Sarebbe desiderabile che nello stesso istante in cui ogni particella entra nel motore immediatamente si accendesse cos da far coincidere l andamento della massa introdotta con quello della massa accesa e perci dell energia sviluppata Purtroppo esiste sempre un tempo di ritardo t fra l istante in cui ogni particella entra e l istante in cui effettivamente si accende 23 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel Tale intervallo dipende fondamentalmente dalla natura del combustibile cos che l andamento della massa bruciata a trattini nella figura si scosta di te da quello dell introdotta e non ne una pura traslazione perch il ritardo tendenzialmente diminuisce man mano che il combustibile entra e la temperatura si eleva Prima conseguenza di questo fenomeno
93. terno della camera di combustione Gli studi dell ingegnere inglese consistevano in pratica nell adozione di una camera di combustione esterna simile a una piccola sfera cava direttamente collegata con la camera di combustione vera e propria Questa precamera ospitava l iniettore del gasolio e grazie appunto agli studi di Ricardo era opportunamente configurata e sperimentata per assicurare la migliore turbolenza possibile ci per favorire la miscelazione tra il gasolio iniettato al suo interno e l aria compressa ricevuta dalla camera di combustione attraverso un condotto Tuttavia nonostante i lunghi e complessi esperimenti dell inventore britannico il sistema a precamera denuncer una perdita in rendimento e dunque un aumento dei consumi di circa il 15 20 per cento rispetto all iniezione diretta oltre a richiedere una candeletta elettrica di preriscaldamento all interno della precamera stessa per elevare la temperatura dell aria al momento dell avviamento E comunque senza questo sistema non sarebbe stato possibile montare all epoca un Diesel tradizionale su una comune automobile Ma la storia ama spesso ripetersi e dopo una sessantina di anni dagli esperimenti di Ricardo il Diesel automobilistico ritorner all iniezione diretta Grazie infatti alle nuove tecnologie alle pi efficienti insonorizzazioni e alle migliori equilibrature dei motori moderni il Diesel riuscir a recuperare
94. tioni rimanenti si perviene al modello finale della testa Figura 2 5 Testa completa 2 4 1 5 Componenti della testata 74 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Il modello della testa andr completato inserendo tutti i componenti che in essa trovano alloggio valvole alberi a camme iniettori punterie e sedi valvole Tali componenti sono stati disegnati sempre tenendo conto degli spazi disponibili all interno della testata Il profilo delle camme non stato modellato in funzione della legge di moto ottimale in quanto si tratta comunque di un primo approccio L unico parametro che stato definito l alzata massima che conferiscono le camme stesse e vale 11 mm corrisponde alla massima apertura realizzabile dalle valvole a partire dalla loro sede Le sedi delle valvole hanno diametro nominale uguale a quello dei condotti in cui trovano alloggio tuttavia queste vanno montate con interferenza in modo da rimanere fissate senza l ausilio di altri collegamenti Per quanto riguarda gli iniettori se ne utilizzano di commerciali con misure standard adatti ad un sistema common rail Tutti i componenti vengono montati al loro posto all interno della testa Chiudendo quest ultima con un coperchio sul lato superiore si arriva al modello finale di testata completa Figura 2 6 Assemblaggio finale 75 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto 2 4 2 La distribuzione a cascata degli i
95. to di questo organo quello di attutire sobbalzi e neutralizzare le vibrazioni derivanti dall utilizzo della trattrice E quindi importante che il sedile abbia una buona qualit del rivestimento di imbottitura e di molleggio 68 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto fattore regolabile dall operatore tramite leva di comando posta solitamente sotto il sedile Nelle trattrici moderne il sedile pu essere di tipo a sospensioni pneumatiche e pu essere maggiormente regolato e ottimizzato per gli operatori pi esigenti Pannello dei Comandi variano sicuramente in base alla marca al modello e alla tipologia del trattore ma comunque i problemi connessi ai comandi sono la collocazione la comprensibilit la semplicit di innesto disinnesto dei comandi stessi ISO 4253 una normativa che impone la collocazione dei comandi standard ai costruttori che collocano infatti la maggior parte dei pulsanti leve regolazioni display di controllo e via dicendo sulla parte destra della cabina Altri comandi pi specifici vengono collocati a discrezione delle case costruttrici Quadro fino agli anni 80 85 i cruscotti installati sui trattori fornivano informazioni sui parametri principali come giri motore velocit di avanzamento riserva di carburante temperatura acqua e fanaleria I quadri e le strumentazioni dei trattori d oggi presentano invece numerosi parametri funzioni di controllo e comandi visibili sottoforma di s
96. to di scarico disegnando e dimensionandolo opportunamente 1 4 Le esigenze per una corretta iniezione Si sa gi che il motore Diesel aspira solo comburente aria che viene compresso fino a raggiungere una condizione temperatura e pressione tale per cui introducendovi il combustibile questo possa accendersi spontaneamente sviluppando l energia desiderata Nel Diesel la miscelazione tra combustibile e comburente avviene all ultimo momento Al limite nello stesso istante in cui brucia o in vero qualche 20 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel attimo prima Comunque con un combustibile come il gasolio scarsamente volatile che rimane per un alta percentuale allo stato liquido in una fase cio diversa da quella gassosa del comburente manca la spontanea miscelazione intima che assicurata automaticamente nei motori a scintilla In queste condizioni diventa necessario adottare eccessi di aria assai pi elevati rispetto a quelli usuali per i motori a benzina Da ci derivano diverse conseguenze anzitutto per data cilindrata e perci per data massa di comburente introdotta per ciclo nel Diesel vi si pu bruciare meno combustibile rispetto ad un motore a scintilla e pertanto se ne ottiene minor lavoro Una seconda conseguenza sta nella maggior massa di fumi a parit di combustibile essendoci in pi tutta l aria in eccesso il calore sviluppato nella combustione non riesce ad incrementare
97. to in lavoro E quindi un operazione molto importante in particolar modo se si devono affrontare operazioni pesanti come l aratura l estirpatura il traino di rimorchi pesanti e altri duri lavoro soprattutto se in terreni cedevoli La zavorratura aumenta notevolmente l aderenza della trattrice sul terreno meglio bilanciandola e aumentandone le doti di trazione L applicazione delle zavorre risulta particolarmente efficace sulla parte anteriore infatti un trattore ha un peso di circa 60 70 nella parte posteriore quindi montando le zavorre anteriormente si capisce come la trattrice viene meglio bilanciata E importante sottolineare che in alcuni trattori vengono preventivamente montati cerchi zavorrati gi dalla casa costruttrice per cui la trattrice risulta gi zavorrata 59 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Un altro sistema di zavorratura poco utilizzato quello di riempire i pneumatici con l acqua Questo sistema prevede che venga introdotta nei pneumatici l acqua e il cloruro di calcio Solvay che serve per abbassare il punto di congelamento dell acqua quindi una sorta di antigelo che fornisce la sua utilit nei mesi pi freddi in caso di temperature molto basse 2 3 4 Le quattro ruote motrici Va attribuito all Industria di trattori italiana SAME oggi gruppo Same Lamborghini Hurlimann Deutz il merito di aver applicato e diffuso per prima su tutti i mercati mondiali il trattore con ruote post
98. tto come 53 descritto nella domanda per il brevetto relativo a un processo lavorativo per macchine motrici a combustione interna caratterizzato dal fatto che in un cilindro l aria viene compressa dal pistone di lavoro con una forza tale che la temperatura risultante di gran lunga superiore a quella d accensione del carburante da impiegare Con questa semplice quanto efficace descrizione nasceva giusto 111 anni fa il cosiddetto motore ad accensione per compressione come definito dal suo ideatore in contrapposizione al gi esistente motore a ciclo Otto o semplicemente a benzina che a quei tempi era gi vecchio di una trentina di anni Motore che veniva e viene ancora comunemente definito ad accensione per scintilla Presto ribattezzato tout court con il nome del suo ideatore il motore Diesel impiegher tuttavia molti anni e dovr percorrere strade lunghe e tortuose prima di riuscire ad affermarsi Ma se le sue conquiste avverranno in modo estremamente graduale una volta raggiunta la vetta il Diesel non l abbandoner pi saranno i concorrenti inevitabilmente a soccombere Cos avvenuto con i motori marini gi all inizio del secolo scorso con i camion e gli autobus a partire dagli anni Venti con i trattori e i treni sulle linee non elettrificate dai 30 40 e negli stessi anni con tutte 4 Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel le macchine desti
99. ttua gli spostamenti sul terreno e il modo in cui compattata il terreno e il modo in cui lavora in condizioni di pendenza e il modo in cui si manovra Il Cingolato e Ha una bassa resistenza all avanzamento quindi scarsamente influenzato dalle condizioni del terreno sia esso terreno medio tenace o acquitrinoso Infatti lo slittamento di una trattrice cingolata quasi inesistente il che favorisce maggior rendimento e minori consumi in termini di tempo e risorse 41 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto e Ha una capacit di trazione ben superiore ad una trattrice con ruote pur se a parit di potenza e peso Il trattore cingolato esercita uno sforzo di trazione uguale alla propria massa grazie ad un equilibrata distribuzione del peso e al modo con cui scarica la potenza al suolo e Effettua una minor costipazione del suolo mantenendo quindi una buona galleggiabilit Basti pensare che un trattore con ruote crea un compattamento del suolo del 60 superiore ad un trattore cingolato chiaramente prese in considerazione due trattrici di pari peso e Ha una manovrabilit nettamente superiore rispetto ad un trattore a ruote infatti un cingolato riesce ad effettuare una svolta su se stesso Ci avviene facendo girare pi o meno avanti un cingolo e pi o meno indietro l altro e Offre superiore stabilit e sicurezza di lavoro dovute non solo alla maggior superficie d appoggio ma anche grazie al baricentro pi
100. umero di giri diverso ai planetari In alcune condizioni il funzionamento del differenziale pu risultare controproducente in particolar modo nel campo agricolo Pu infatti accadere che una ruota perda aderenza e giri a vuoto trasmettendo il movimento al suo corrispondente planetario mentre l altro planetario trover una resistenza tanto elevata da mettere in funzione il satellite che ripartir tutta la velocit sulla ruota senza aderenza risultato una ruota gira a vuoto e l altra ferma di conseguenza il trattore rimane bloccato 53 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Il Bloccaggio del Differenziale Risulta quindi evidente l utilit del bloccaggio che va ad inibire il funzionamento del differenziale obbligando le 2 ruote motrici se a semplice trazione o le 4 ruote motrice se adoppia trazione a girare alla stessa velocit aumentando notevolmente l aderenza delle ruote sul terreno e la forza di trazione del trattore Il bloccaggio del differenziale che pu variare a seconda della marca del modello della tipologia di trattore pu essere di tipo meccanico idraulico o elettroidraulico In ogni caso l attivazione del bloccaggio avviene premendo un pedalino solitamente posto sotto il sedile per la maggioranza dei trattori oppure tramite pulsante per le trattrici moderne La disattivazione del bloccaggio pu avvenire sostanzialmente in 3 modi variabili in base alla trattrice e Premendo dolcemente i pedali
101. uscinetti e degli altri componenti dell assale e delle ruote 2 3 6 Elettronica Verso i primi anni 80 iniziava l applicazione dell elettronica sulle macchine agricole Gli obiettivi principali che si volevano ottenere applicando l elettronica al trattore agricolo erano o Controllare la giusta sequenza d inserimento delle marce nell ambito di trasmissioni sofisticate o Controllare in modo automatico l innesto o il disinnesto di alcuni organi comandati elettronicamente come la doppia trazione il bloccaggio del differenziale il sollevamento la presa di potenza o Effettuare un rilevamento dei principali parametri della trattrice in lavoro come prestazioni consumi efficenza e altri dati che unitamente migliorano la produttivit del trattore CAMBIO DI VELOCITA CON CONTROLLO ELETTRONICO Come abbiamo visto nella sezione relativa alla Trasmisisone il cambio quell organo che permette di variare il rapporto fra velocit e giri motore E costituito da molti ingranaggi opportunamente relazionati fra di loro in modo da garantire al trattore adeguate velocit e di regolare lo sforzo del motore in ogni tipo di operazione 63 Capitolo 2 Il trattore e lo stato dell arte del progetto Il cambio con controllo elettronico pu essere gestito in funzione di alcuni parametri fondamentali la velocit di avanzamento il regime del motore la coppia motrice alle ruote lo sforzo di trazione il grado di slittamento delle ruote Tutti
102. zio del 1892 il motore ad accensione per compressione comincer a muovere i primi passi o meglio i primi giri soltanto verso il finire dell Ottocento Troppo elevata infatti era la compressione che l ing Diesel aveva programmato per il suo motore in rapporto alle tecnologie dell epoca al punto che molti inconvenienti si verificarono nel corso dei primi esperimenti Nel 1894 ad Augsburg nei pressi di Monaco uno dei primi motori esplose addirittura nello stabilimento della MAN dove Diesel compiva i suoi collaudi e lo stesso progettista rimase seriamente ferito Ma il testardo ingegnere non si perse d animo e rinunciando a qualche atmosfera di pressione interna nonch migliorando la circolazione dell acqua per ottimizzare il raffreddamento riusc finalmente a far funzionare con successo un grosso monocilindrico che con una compressione finale di 32 atmosfere rendeva 25 cavalli con consumi decisamente inferiori rispetto a un analogo motore a benzina Era il febbraio del 1897 ed erano gi passati cinque anni Capitolo 1 Motori endotermici alternativi a ciclo Diesel dal deposito del primo brevetto Superate agevolmente nel frattempo alcune dispute legali sulla priorit del brevetto soprattutto con il francese Emile Capitaine ed esposto con grande successo alla Mostra di Monaco di Baviera del 1898 il suo monocilindrico in una versione migliorata e corretta Rudolf Diesel comincia ora a girare il mondo come ambasci

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