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Anno 2020 Numero 1-2

Tecnica
gennaio - febbraio 2020

Alta precisione per le macchine livellatrici

La combinazione del laser con il GPS ha comportato un importante salto di qualità nel lavoro delle livellatrici. Il laser permette infatti una perfetta definizione del piano, mentre grazie alla precisa geolocalizzazione assicurata dal GPS (in modalità RTK) si ottimizza il percorso dell’attrezzatura, per minimizzare il volume di terra spostato e di conseguenza anche i tempi e i costi della lavorazione

Poter disporre di appezzamenti perfettamente livellati comporta una serie di importanti vantaggi, tra cui una corretta regimazione idrica, sia nell’adozione di diverse tecniche di irrigazione, sia per ciò che concerne le precipitazioni meteoriche, poiché viene ridotto il ruscellamento superficiale e di conseguenza l’erosione, con trasporto di materiale inerte e nutrienti. Inoltre, lavorazioni del terreno eseguite in tempi inadatti e con tecniche non del tutto appropriate possono comportare spostamenti di terra indesiderati, tali da richiedere un opportuno riposizionamento. Anche le sistemazioni fondiarie, e in particolare l’unione di diverse parcelle adiacenti a formare un unico appezzamento di dimensioni maggiori, può richiedere ingenti spostamenti di terreno, che vengono effettuati congiuntamente al livellamento del suolo. è per questi motivi che lo spianamento del terreno agricolo si è da tempo diffuso anche al di fuori dell’ambiente risicolo, e con esso ovviamente anche l’uso delle livellatrici, raramente semoventi, talvolta portate, ma più spesso trainate dal trattore.

 

Le livellatrici laser

Si tratta di attrezzature che possono raggiungere una notevole stazza (fino a 9000 kg), con larghezze di lavoro da 1,5 a 8 m, e che richiedono un accoppiamento con trattori di elevatissime performance (anche fino a 650 Cv), non tanto per la potenza richiesta, quanto piuttosto per la capacità di sviluppare forze di trazione estremamente alte. In linea di massima, sono necessari 30-45 Cv/m di larghezza di lavoro, anche se per impieghi gravosi (e con lame robuste) tale rapporto può aumentare sino a 70 Cv/m. In ogni caso, è bene che la motrice sia adeguatamente zavorrata, per aumentare il peso aderente.

Il lavoro che svolge la livellatrice è relativamente semplice: rispetto ad un piano di riferimento estremamente preciso (con tolleranze dell’ordine di pochissimi millimetri), asporta il terreno dove è in eccesso e lo deposita dove manca, trasportandolo talvolta anche per parecchie decine di metri. L’elemento principale della macchina è la lama, concava nel piano verticale, che con il suo filo tagliente “raschia” la superficie del suolo e accumula la terra al suo interno, trascinandola per rotolamento. Gli spostamenti della lama, sia verticali che orizzontali, sono comandati idraulicamente, tramite un impianto controllato con una centralina elettronica che si basa sui segnali provenienti da un insieme emettitore/ricevitore laser, che di fatto costituisce la parte tecnologicamente più avanzata della livellatrice.

La parte della lama a contatto con il suolo, il vomere, è in acciaio antiusura, ed è imbullonata alla struttura portante, per un’agevole sostituzione quando inevitabilmente  si consuma.

La conformazione della lama si caratterizza per una determinata concavità e da un certo angolo di incidenza. Il raggio di curvatura ottenuto (che può essere costante o variabile, ovvero costituito da raggi diversi) induce la terra intercettata a muoversi rotolando, anziché strisciare sulla superficie della lama, in modo da ridurre efficacemente l’attrito, diminuendo in tal modo la forza di trazione necessaria per lo spostamento. Invece, la variazione dell’angolo di incidenza (realizzabile sia meccanicamente che idraulicamente) permette di modificare la capacità di carico della lama nella singola passata: se si deve caricare molta terra (ad es. per grossi lavori di sbancamento), magari con spostamenti di parecchie decine di metri, è conveniente impostare un angolo di incidenza elevato, ovvero con il vomere più avanti rispetto alla parte superiore. Una maggior capacità di carico va però a discapito della precisione di lavoro; in fase di rifinitura si tende infatti a ridurre l’incidenza, spostando il vomere indietro rispetto alla lama. Pertanto, la capacità di carico diminuisce, ma la terra ricade più facilmente, spianando bene anche i minimi avvallamenti.

La lama viene saldamente fissata ad una robusta struttura costituita anteriormente da un timone a collo d’oca e posteriormente da un carrello, provvisto di un numero variabile di pneumatici (da 2 a 8 in base alla larghezza di lavoro). I carrelli più larghi sono ripiegabili, o tramite sfilo idraulico (di tutto il carrello o di una sola ruota), oppure con dispositivi a pantografo, ad ala, o addirittura di sollevamento del carrello di lavoro, con due sole ruote a terra di trasporto.

La forma arcuata del timone garantisce un’adeguata luce libera per la formazione del cumulo di terra da spostare; bisogna infatti limitare il più possibile l’”effetto ruspa”, che comporterebbe sforzi di trazione eccessivi. Interponendo uno snodo tra la lama e il carrello è possibile inclinare la lama trasversalmente, convogliando in tal modo il materiale su un lato della macchina, una funzione utile quando bisogna spostare terreno in una sola direzione ben definita.

Il tilter è invece un dispositivo, basato su un cilindro idraulico, che permette di inclinare leggermente la lama trasversalmente. è utile per lavorare sulle capezzagne e vicino a fossi o argini: abbassando infatti la lama dalla parte dell’argine si asporta più terra, compensando quindi la naturale tendenza delle livellatrici a convogliare una maggiore quantità di materiale verso i bordi del campo.

 

Il laser

È la parte strumentata della livellatrice, che rende possibile spianamenti perfetti, tramite le generazione di un raggio di luce concentrato e potente, quindi molto luminoso e percepibile anche a diverse centinaia di metri di distanza. Il sistema comprende l’emettitore del raggio laser, il corrispondente ricevitore e una “control box”. Nel caso specifico, nell’emettitore c’è un cristallo pentaprisma che riflette a 90° il raggio laser incidente e, ruotando, crea un piano di riferimento a 360°. Grazie ad alcuni fotodiodi, il ricevitore capta il segnale (di solito fino a 6-700 m di distanza) e attraverso il movimento della lama riproduce a terra il piano generato dal trasmettitore, che è collocato sopra un treppiede in alluminio, ad un'altezza di circa 2,5-3 m, tale da avere campo libero ed essere rilevabile senza ostacoli. I trasmettitori più recenti sono autolivellanti sull’orizzontale, ma è anche possibile impostare piani con uno o due valori di pendenza, per poter riprodurre con la massima precisione piani complessi sviluppati al computer.

Il ricevitore viene invece fissato sulla verticale della lama, tramite un’asta telescopica a comando idraulico che permette di variare la sua altezza, rendendo in tal modo possibile il livellamento di appezzamenti a diverse quote, senza dover spostare l’emettitore. Di solito sulle livellatrici è montato un unico ricevitore, ma per una maggiore accuratezza di lavoro su alcuni modelli di elevata larghezza ne sono installati due, di solito alle estremità della lama. Ciò consente anche sistemazioni diverse dall’orizzontale, come ad esempio quella “a schiena d’asino”, adatta per le strade.

Il segnale captato dal ricevitore viene inviato alla control box, per pilotare l’elettrovalvola proporzionale che agisce sui cilindri di posizionamento della lama, in modo da realizzare il piano desiderato con una tolleranza di soli di ±2 mm.

Per evitare un eccessivo carico di terreno, è comunque presente un comando per correggere manualmente la posizione della lama.

La control box provvede anche ad ottimizzare il sistema con la compensazione del disturbo del vento, e recupera automaticamente il segnale in caso di momentanea assenza.

In alcuni casi, l’impianto idraulico è completamente indipendente dal trattore, ed è alimentato da una pompa azionata dalla pdp del trattore, ma più spesso questa soluzione riguarda esclusivamente la gestione del cilindro idraulico che regola l’altezza della lama (con un serbatoio dell’olio integrato nella struttura portante), mentre i servizi ausiliari per l’apertura della lama, la regolazione dell’incidenza, ecc. sono gestiti tramite i distributori dell’impianto della motrice.

 

La circolazione su strada

Per permettere il transito su strade aperte al traffico veicolare, le livellatrici più performanti (con lame da oltre 2,5 m di larghezza di lavoro) sono divise in sezioni (di solito 3), con le due ali laterali ripiegabili anteriormente o posteriormente. Se le ali si piegano in avanti, quando sono aperte lavorano “in battuta”, e non richiedono perni per il fissaggio, ma in questo caso il timone dell’attrezzatura deve essere più lungo, per consentire il loro rientro in posizione di riposo. Se, viceversa, le ali hanno un ripiegamento posteriore, il timone può essere più corto, ma il lavoro in spinta richiede la presenza di perni meccanici, attivabili anche automaticamente, per evitare di scaricare tutta la resistenza della terra smossa sui soli cilindri idraulici.

Il collegamento trainato tra il timone della livellatrice e il trattore viene assicurato da un occhione, da accoppiare a ganci agricoli di categoria CUNA D2 o D3 (i più robusti). Gli occhioni possono essere standard, oppure a più snodi, per seguire al meglio le variazioni di assetto che la macchina assume durante la varie fasi della lavorazione. In quest’ultimo caso, per i trasferimenti su strada deve essere impiegato un occhione normale, fornito in dotazione e da sostituire a quello da lavoro.


Lo scraper

 È definito anche “ruspa trainata”, e costituisce una valida alternativa alla livellatrice quando è necessario spostare ingenti quantità di terreno all'interno di appezzamenti per distanze medio-lunghe, ad esempio in caso di bonifiche, sistemazioni fondiarie, costruzione di bacini idrici, ecc. Lo scraper è costituito essenzialmente da un capace cas-

sone, dotato sulla parte anteriore di una paratia a profilo ricurvo apribile idraulicamente, per consentire al bordo inferiore affilato (a volte anche dotato di denti per un prelievo più efficace) di tagliare il terreno, caricarlo, trasportarlo e poi deporlo dove serve (anche stendendolo in modo progressivo) tramite la gestione di un’altra paratia posteriore che si muove su ruote in acciaio. Il tutto senza alcun trascinamento del materiale, come invece avviene con la livellatrice. Come quest’ultima, anche lo scraper in genere è controllato dal laser, con un ricevitore che capta il segnale dalla stazione fissa, di solito collocata a 3-400 m di distanza. A differenza della livellatrice, con lo scraper si preleva terra solo dove realmente è necessario, riducendo il volume di materiale movimentato, potendo anche creare agevolmente dei piani in pendenza.


Impieghi multifunzionali

Non solo terra, ma anche sabbia, ghiaia, e altri materiali inerti. La livellatrice è proficuamente impiegata an­che al di fuori dell’ambito agricolo, in pratica dovunque sia necessario spianare perfettamente ampie superfici. Pertanto, risulta utile per la preparazione del fondo dei campi sportivi, per la costruzione di strade e piste aeroportuali, per il rifacimento di spiagge e litorali marini, per la pavimentazione di capannoni industriali, per la creazione di aree di parcheggio, piazzali, cortili, ecc.

Oltre ai trattori agricoli, in questi casi le livellatrici vengono utilmente abbinate a varie macchine movimento terra, come ruspe, escavatori, skid loader, ecc.


Sistemi integrati Laser-GPS

Inizialmente basate sulla capacità del raggio laser di propagarsi per lunghe distanze in linea retta, da qualche anno le livellatrici si avvalgono vantaggiosamente anche del GPS (del tipo RTK, ovvero ad alta precisione), come alternativa per il corretto posizionamento della lama, tanto che molti modelli propongono in alternativa le due opzioni. La differenza principale tra le due soluzioni è comunque la precisione del livellamento nella direzione verticale: con il laser la tolleranza è di ±2 mm, mentre  con il GPS è di circa ±10 mm. Per contro, il laser ha un limite di distanza tra emettitore e ricevitore di qualche centinaio di metri e soffre un’intensa polverosità (che ostacola  la propagazione del segnale ottico), mentre per sua natura il GPS non presenta alcun limite, potendo fornire una georeferenziazione globale.

Peraltro, la soluzione ottimale è quella di combinare i vantaggi di entrambi i sistemi: la Mara Srl di Vercelli ha messo a punto un software che  sfrutta il laser per realizzare il piano, e il GPS per definire la posizione della macchina sull’appezzamento da spianare. Il vero valore aggiunto consiste però nell’automazione della routine di lavoro, eseguibile passo-passo su un monitor touchscreen da 10”, e che vede come prima fase della lavorazione la lettura delle quote del terreno su cui intervenire, da effettuarsi mediante una percorrenza guidata del campo, al fine di ottenere una mappa 3D del campo con le indicazioni delle pendenze e della distanza massima tra le aree di sterro e quelle di riporto, del volume di terra da muovere, del tempo di lavoro e addirittura del costo dell’operazione, in funzione delle caratteristiche (prememorizzate) della livellatrice e del trattore impiegati.

Dopo eventuali modifiche introdotte manualmente dall’operatore, sul monitor verranno evidenziate le aree di asporto e quelle di riporto del terreno, la zona da dove iniziare il lavoro (quella con la quota più alta), la posizione attuale del cantiere e il percorso più efficiente da seguire.

Non solo, ma il software gestirà in automatico l’altezza della lama (e quindi la quantità di terra da asportare nella singola passata) in funzione della capacità di trazione del trattore e ovviamente anche della larghezza di lavoro della livellatrice. Dopo ogni passaggio, il piano viene aggiornato, e con esso il nuovo percorso ottimizzato.

di Domenico Pessina

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