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Tecnica

Gli assali delle macchine agricole a ruote

Se gli pneumatici sono le “scarpe”, gli assali possono essere considerati le “gambe” del trattore e delle altre macchine agricole a ruote. Il progresso tecnico ha portato ad arricchire gli assali di sistemi di sterzatura e di dispositivi di sospensione con prestazioni all’avanguardia, a tutto vantaggio della maneggevolezza dei mezzi e del comfort dell’operatore. E all’orizzonte già sono comparsi assali dotati di trazione integralmente elettrica

di Domenico Pessina
novembre 2023 | Back

L’architettura dei veicoli agricoli dotati di ruote pneumatiche, siano esse motrici, direttrici o semplicemente di supporto oppure di rotolamento, si basa sulla presenza degli assali, ovvero dispositivi che non sono solamente di collegamento tra una coppia di ruote (a volte gemellate), ma che nel caso devono anche provvedere ad un’adeguata trasmissione del moto, importante nel trattore ad esempio per la trazione e, sempre più spesso, anche di sospensione del corpo macchina. Questa pluralità di caratteristiche ha fatto sì che gli assali divenissero progressivamente sempre più complessi, per soddisfare al meglio le molteplici funzioni richieste. Nell’ambito agricolo, spesso sono state mutuate soluzioni tecniche già introdotte in ambito automotive o nel settore movimento terra e cava-cantiere, debitamente riviste per tenere conto sia della notevole severità ambientale dell’ambiente di lavoro, ma anche delle notevoli sollecitazioni dovute agli importanti carichi sopportati e alle inevitabili irregolarità della superficie del suolo agricolo.

Non sorprende quindi che si sia affermato sul mercato un valido gruppo di costruttori specializzati, che producono in esclusiva (o quasi) assali per macchine agricole motrici e operatrici.

 

Assali con sospensioni

Da ormai diversi decenni la sospensione dell’assale anteriore dei trattori agricoli è realtà. Si tratta di un componente che, installato inizialmente per contrastare il beccheggio del mezzo nella marcia ad alta velocità, si è via via evoluto per migliorare anche il comfort del conducente, in un “pacchetto” che comprende anche le sospensioni della cabina e del sedile.

In questo caso, a partire da assali rigidi incernierati centralmente, l’evoluzione ha visto la comparsa di sospensioni a semiassi indipendenti, con schema a quadrilatero articolato. Trattandosi di un dispositivo dal costo significativamente superiore a quelli ad asse rigido, l’apparizione sul mercato trattoristico ha riguardato inizialmente le macchine di alta potenza.

Tra l’altro, la soluzione a ruote indipendenti ha un ingombro decisamente inferiore rispetto a quella classica: in tal modo l’angolo di sterzata può rimanere molto ampio, in modo da migliorare la manovrabilità specie dei trattori di stazza elevata. John Deere e Fendt, ad esempio, hanno da qualche tempo adottato questa architettura sui modelli di alta gamma: nel dettaglio, sul Fendt 1000 Vario è montata una sospensione a quadrilatero articolato la cui corsa può essere impostata manualmente, in funzione del carico, in modo che comfort e sicurezza nella conduzione del mezzo rimangano sempre ottimali, fino alla velocità massima di costruzione della macchina.

Nell’ambito dei trattori specializzati, ha segnato un punto di svolta l’introduzione sul modello Frutteto di Same Deutz-Fahr del sistema Active Drive, ovvero sospensioni indipendenti a quadrilatero articolato di derivazione automotive, con controllo elettronico automatico dello smorzamento, definito in base ai segnali dei sensori che monitorano la velocità del trattore, l’angolo di sterzo, nonché la velocità di avanzamento e la posizione dei cilindri idraulici.

Si tratta di una configurazione che prevede anche un effetto anti-affossamento dell’avantreno in fase di frenata (anti-dive) e un’azione anti-rollio (anti-roll), importante specie nella percorrenza di curve ad alta velocità, che adatta automaticamente la rigidezza del sistema, per ottimizzare la stabilità e l’aderenza. In entrambi i casi viene assicurata una migliore stabilità dell’insieme veicolo-attrezzatura, e in definitiva una maggior sicurezza di guida.

Per i rimorchi agricoli, senza dubbio le sospensioni a tecnologia più avanzata sono quelle pneumatiche, analogamente a quanto avviene ormai da molto tempo per gli autocarri. Inoltre, anche in questo caso sono disponibili sospensioni a ruote indipendenti.

La ADR di Uboldo (VA) produce assali per entrambe queste peculiarità: rispetto a quelle meccaniche e idrauliche, le sospensioni pneumatiche permettono la regolazione dell’altezza di marcia del cassone del rimorchio, con funzione di autolivellamento, indipendentemente dall’entità del carico. Inoltre, si può compensare la dinamica di frenata, garantendo costantemente la miglior aderenza al suolo.

Sempre di ADR, Hydro Evo è una invece soluzione idraulica modulare che consente una corretta percorrenza delle ruote di un medesimo assale anche per profili notevolmente accidentati. In tal modo, nella marcia a “girapoggio”, ovvero su pendenza trasversale, c’è la possibilità di mantenere orizzontale il pianale, a tutto vantaggio della stabilità del mezzo, e quindi della sicurezza di marcia.

 

Assali sterzanti

Non più due sole ruote sterzanti (quindi di un solo assale), ma più di due, e a volte tutte. Si tratta di una nuova frontiera, sia per macchine motrici che attrezzature, che permette di migliorare la manovrabilità dei mezzi, tanto più importante tenendo conto che i loro ingombri aumentano sempre più, mentre le strade (e più in generale gli spazi di manovra) rimangono sostanzialmente le stesse, immutate nei decenni.

Le 4 ruote sterzanti sui trattori sono una realtà. Sempre Same Deutz-Fahr, sul modello specializzato Frutteto offre l’Active Steer, con le ruote dell’assale posteriore che possono sterzare fino a 15° contestualmente a quelle anteriori, riducendo quindi significativamente il raggio di volta, ma potendo anche combinare la sterzata a granchio, per avanzare e traslare lateralmente in un’unica soluzione, un’opportunità che si rivela utile sia per le manovre negli spazi aziendali ristretti, ma anche per contrastare lo scivolamento a valle del mezzo nel caso di marcia a “girapoggio” (cioè secondo le linee di livello).

Nel settore dei trattori da pieno campo, l’austriaca Lindner da qualche tempo commercializza il Lintrac 90 con motore da 75 kW, un modello a 4 ruote sterzanti particolarmente adatto per l’agricoltura di montagna e per uso comunale. In questo caso, vengono utilizzati alloggiamenti di giunzione in grafite sferoidale. Infatti, oltre all’asse anteriore caratterizzato da un angolo di sterzata massima di 52°, anche quello posteriore può sterzare fino a 20°, modalità a granchio compresa.

In tema, di particolare utilità sono gli assali dei rimorchi dotati di dispositivi per la sterzatura, normalmente di tipo idraulico. Si tratta di una funzione preziosa specie per i dumper di elevata portata, e quindi di notevole ingombro. Per la corretta gestione di uno o più assali di un dumper, la ADR di Uboldo (VA) produce il sistema Smartdrive, che determina la sterzata in base all'angolo relativo tra trattore e rimorchio. Al di sopra di una velocità predefinita, tipicamente per la marcia veloce su strada pubblica, il sistema blocca automaticamente gli assali in posizione centrale. Il dispositivo si avvale di una serie di sensori, di velocità e di tipo angolare, sul timone del rimorchio e su ognuno degli assali sterzanti. Ovviamente è dotato anche di alcune funzioni di sicurezza, quali valvole di massima pressione su ogni assale attivo e la modalità di auto-sterzata libera in caso di mancanza di pressione idraulica nel circuito.

Le modalità di funzionamento sono “road”, quando il controllo elettronico fa sterzare le ruote secondo l’angolo del timone; “lock”, ovvero il blocco di tutte le ruote in posizione allineata (ad una velocità predefinita), “man-lock” dove la medesima azione viene attivata manualmente e infine “manual”, per controllare manualmente la sterzata degli assi. Il tutto viene gestito dall’operatore a bordo, tramite un pannello di controllo dall’intuitività immediata.

Assali elettrici

Tra le innovazioni più recenti, la soluzione elettrica è senza dubbio quella più impegnativa, i cui confini però si ampliano di giorno in giorno. Le soluzioni sono diverse, e vanno da un powertrain “mild hybrid”, ovvero un boost elettrico per ridurre i consumi di gasolio e ottimizzare gli ingombri, grazie all’integrazione tra il motore a combustione interna e un motore elettrico, fino all’assale full-electric, in grado di ridurre al minimo le dissipazioni di potenza, anche per elevate velocità di rotazione in ingresso.

Più nel dettaglio, al momento sono diverse le modalità per gestire un assale (o i due semiassi) con il supporto, o il contributo, di una sorgente di potenza elettrica. Una questione fondamentale in tal senso riguarda quali parti meccaniche, ovvero convenzionali, sono integrate o, all’opposto, sostituite tout-court dalle componenti elettriche. Il motore elettrico infatti può pilotare a monte una classica trasmissione meccanica (central geared system), o essere montato direttamente sul differenziale (central direct drive system), o muovere in maniera diretta l’intero assale (e-axle), o ancora i seminassi possono essere azionati da due motori elettrici separati (e-hub drive).

La Carraro Agritalia di Rovigo ha messo in campo una valida panoramica di prodotti, partendo da un’applicazione che ben si adatta ai trattori, ovvero un motore elettrico alimentato da un pacco batteria a basso voltaggio (48 V) da 20 kW di potenza che, abbinato ad esempio ad un motore diesel da 50-60 kW garantisce una sostanziale equivalenza di prestazioni di un classico propulsore endotermico da 100 Cv, però con una tangibile riduzione del consumo di gasolio, e delle correlate emissioni gassose inquinanti.

In sostanza, viene installato un boost elettrico “intelligente”, che provvede a soddisfare le punte di carico, permettendo al motore diesel di lavorare in modo pressocché costante, in una condizione di massimo rendimento.

Un’alternativa, sempre di Carraro Agritalia per i trattori, è la classica soluzione ibrida, particolarmente indicata per gli specializzati, cioè un’architettura parallela tra i sistemi tradizionale endotermico ed elettrico, in cui si combina un diesel da 56 kW con un motore elettrico da 20 kW di potenza continuativa, asservito da una batteria LiFePo4 da 25 kWh di capacità. In tal modo, si può ottimizzare l’erogazione di potenza in funzione delle esigenze: si può lavorare in elettrico integrale, all’interno di strutture chiuse, serre, stalle o per gli usi nelle municipalità, o con il solo motore diesel, nei trasferimenti su strada con traini particolarmente gravosi, oppure in modalità ibrida, nelle lavorazioni pesanti con la PTO. Un’ulteriore razionalizzazione prevede il montaggio di motori elettrici dedicati ai servizi ausiliari.

In generale, la soluzione ibrida riduce i consumi di combustibile, azzerando le emissioni quando si lavora in modalità full electric, può contribuire ad una maggior produttività, perché le potenze disponibili dai due propulsori si possono sommare, può diminuire i costi di manutenzione del motore endotermico, grazie alla sua minore usura, e senza dubbio riduce i livelli globali di rumorosità e vibrazioni percepite dal conducente.

Ma senza dubbio l’applicazione, per il momento maggiormente orientata per le macchine destinate alla movimentazione dei carichi, come carrelli elevatori, pale gommate compatte o dumper, è l’assale con integrazione completa nel suo corpo centrale di un motore elettrico, con taglie di potenza scalabili. In questo ambito, Carraro Agritalia propone assali con potenze elettriche fino a 45 kW, coppia di picco alla ruota di 220 Nm circa e un carico dinamico massimo di 5.600 kg.

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