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Anno 2016 Numero 10-11

Tecnica
ottobre - novembre 2016

La soluzione "automotive" per le sospensioni

Sul trattore il comfort vibrazionale migliora notevolmente se l'asse anteriore è sospeso. L'evoluzione tecnica di questo dispositivo nasce per porre rimedio alle anomalie nel rotolamento determinate dalla non perfetta rotondità degli pneumatici. Dispositivi tecnologicamente avanzati sono già offerti nella produzione di serie

A parte pochi ben noti casi da tempo presenti sul mercato, contrariamente a quanto si possa pensare l’applicazione della sospensione all’asse anteriore del trattore agricolo non è stata finalizzata fin dal principio al miglioramento del comfort del conducente, quanto piuttosto ad una ben definita necessità di sicurezza nel trasporto veloce.

Infatti, l’introduzione (già avvenuta da tempo) di modelli con velocità massima di 40 km/h ha fatto emergere un grave problema di natura vibrazionale, fino ad allora sconosciuto. In pratica, i trattori oltre i 130 Cv circa montano ruote di dimensioni tali che a 40 km/h compiono ogni secondo 2-2,5 giri. È la cosiddetta “frequenza di rotolamento” (di 2-2,5 Hz) che a causa delle inevitabili, anche se piccole, non rotondità dello sviluppo esterno della gomma provoca delle oscillazioni ritmiche nella direzione verticale, in pratica dei piccoli sobbalzi. Tale frequenza è molto vicina (se non in alcuni casi uguale) a quella di risonanza dell’intero trattore. Alla frequenza di risonanza, un generico corpo offre una resistenza nulla alla sollecitazione, per cui inizia ad oscillare, ovvero a vibrare, in modo sempre più marcato, sino alla (teorica) distruzione. Esempi famosi di questo fenomeno sono alcuni ponti, crollati rovinosamente proprio per un innesco di oscillazione in risonanza, provocato da venti di velocità costante che agivano per lungo tempo sulla loro struttura.

Senza arrivare a questi livelli eclatanti, l’oscillazione verticale delle ruote posteriori del trattore, combinata con la spinta alternata nella direzione orizzontale di rimorchi tramite il gancio di traino (che deve necessariamente essere un collegamento elastico) provocava l’innesco di una vibrazione combinata negli assi verticale e orizzontale, progressivamente crescente in intensità, denominata “beccheggio” (in pratica il movimento tipico della cavalcata), che era di notevole disturbo al perfetto controllo del mezzo, e che pertanto creava condizioni di significativa pericolosità nel trasporto veloce su strada pubblica. La soluzione fu proprio quella di applicare un dispositivo di sospensione all’asse anteriore, per smorzare sul nascere il manifestarsi del beccheggio.

 

L’evoluzione tecnologica

Le prime versioni di sospensione (e ancora diverse tuttora) avevano infatti la possibilità di essere bloccate, rendendo quindi rigido l’asse anteriore. Ciò perché nell’operatività di campo, specie quando serve un’elevata forza di trazione o la massima stabilità del carico supportato, le eventuali oscillazioni provocherebbero delle variazioni più o meno istantanee del peso aderente (importante specie nei trattori a 4RM), tale da generare inconvenienti funzionali nello svolgimento della lavorazione.

Con lo sviluppo di questo dispositivo, e spesso con l’ausilio dell’elettronica, questi problemi sono stati superati; oltre ad evitare l’innesco del beccheggio, oggi la sospensione dell’asse anteriore svolge anche un importante ruolo di miglioramento del comfort vibrazionale del conducente (e dell’eventuale passeggero), in questo coadiuvata dalle sospensioni del sedile e della cabina, a formare un “pacchetto” combinato in grado di ridurre efficacemente il rischio di insorgenza delle patologie correlate, specie a carico della colonna vertebrale.

Non solo: da qualche anno è stata sviluppata una soluzione tecnica, mutuata dal settore automotive, inizialmente applicata a macchine di potenza elevata e più di recente estesa anche ad un modello di trattore specializzato, che ha arricchito le funzioni di questo dispositivo. Si tratta delle sospensioni anteriori indipendenti a quadrilatero articolato che, basandosi su uno schema costruttivo completamente differente da quelle “tradizionali”, comportano alcuni vantaggi operativi aggiuntivi non solo nel trasporto veloce su strada, ma anche nel lavoro di campo.

 

Panoramica dal mercato

Trattandosi di un dispositivo piuttosto costoso, la sospensione dell’asse anteriore è tuttora in molti casi proposta come accessorio opzionale, rispetto al classico asse rigido. Storicamente, è stata poi maggiormente richiesta su trattori di potenza elevata, quelli tipicamente impiegati dai contoterzisti, che tra l’altro hanno maggiori necessità di effettuare trasferimenti veloci su strade pubbliche e hanno maggiori esigenze in termini di comfort, dato che lavorano tipicamente sul trattore per parecchie centinaia di ore all’anno.

La configurazione di gran lunga più comune prevede in estrema sintesi l’incernieramento dell’asse anteriore al corpo del trattore, che è poi solitamente supportato da uno o due cilindri idraulici, il cui funzionamento è integrato da alcuni ammortizzatori ad azoto, con la funzione di smorzare gli shock subitanei dovuti al brusco impatto delle ruote con buche, cunette, ecc. Ciò comporta comunque una significativa complicazione costruttiva, poiché non bisogna dimenticare che l’asse anteriore deve comunque essere basculante anche nella direzione trasversale, comprende parte dell’impianto di sterzatura, spesso ospita anche gli organi frenanti oltreché, naturalmente, riceve il moto dal cambio nelle versioni a 4RM.

Sui trattori di potenza medio-alta, New Holland (e Case) montano il Terraglide, che nelle versioni più recenti è gestito elettronicamente per modulare la rigidezza in funzione delle sollecitazioni.

Una soluzione simile è proposta da Deutz-Fahr, che sulla rinnovata serie 7 monta un asse heavy duty adattativo con la funzione “Anti Dive” (che in italiano si potrebbe tradurre come “anti affondamento”), utile soprattutto nelle frenate ad alta velocità con carichi gravosi. In pratica, il sistema irrigidisce la sospensione in senso longitudinale, in modo da contrastare il trasferimento di peso che si verifica in questo frangente, a tutto vantaggio della stabilità generale dell’insieme trattore-attrezzatura e in definitiva della tenuta di strada e del controllo del veicolo.

Rispetto all’adozione generalizzata dell’idraulica per lo smorzamento delle vibrazioni, Valtra si è invece tradizionalmente discostata da questa scelta tecnica, sfruttando l’aria (compressa) in luogo dell’olio in pressione. Alla base di tutto ciò c’è una precisa ragione climatica: essendo Valtra una casa di matrice finlandese (anche se da tempo confluita nel gruppo multinazionale AGCO) l’impiego dell’olio avrebbe creato notevoli problemi per l’efficienza della sospensione nell’operatività a temperature ambientali molto basse (per via dell’aumento della viscosità del fluido), problemi che viceversa l’aria praticamente non crea, grazie alla sua densità enormemente inferiore.

 

La configurazione automotive

In tema di veicoli, spesso succede che le innovazioni vengano mutuate, estendendole progressivamente dai settori a tecnologia più sofisticata a quelli meno evoluti. Nel caso delle sospensioni anteriori, rispetto al tradizionale asse rigido i trattori hanno beneficiato di recente dell’introduzione della soluzione a quadrilatero articolato a ruote indipendenti, che garantisce molteplici vantaggi. Trattandosi di un dispositivo dal costo significativamente superiore al predecessore, l’apparizione sul mercato trattoristico ha riguardato inizialmente le macchine di alta potenza.

I cilindri idraulici permettono la regolazione manuale o automatica dell’assetto dell’asse anteriore; è possibile bloccarne l’escursione in modo da ottenere solo un effetto anti rollio delle sospensioni. Il bloccaggio è manuale, ma può talvolta essere gestito in automatico, in relazione alla velocità di avanzamento. La soluzione a ruote indipendenti ha un ingombro decisamente inferiore rispetto a quella ad asse rigido; in tal modo l’angolo di sterzata può rimanere molto ampio, in modo da migliorare la manovrabilità del veicolo, un vantaggio tangibile specie sui trattori di potenza elevata. John Deere e Fendt, ad esempio, hanno da qualche tempo adottato questa architettura sui modelli di gamma alta; 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 al massimo livello, fino a 60 km/h, la velocità massima di costruzione della macchina (comunque praticabile solo ove permesso dalla legislazione locale).

 

I trattori specializzati

L’affermarsi della sospensione dell’asse anteriore ha comportato una sua progressiva diffusione sui modelli di potenza sempre più bassa.

In ordine di tempo, Fendt è stato il primo produttore a montare un dispositivo di questo tipo ad asse rigido sui modelli specializzati da frutteto e vigneto.

Same è andata recentemente ancora più a fondo, e per prima in questo particolare settore propone il Frutteto Active Drive, dotato di sospensioni indipendenti a quadrilatero articolato. In questo caso, lo scopo è quello di mantenere l’avantreno in posizione “centrale” in tutte le situazioni operative, in modo da sfruttare l’intera corsa dei cilindri smorzatori, a tutto vantaggio della stabilità della macchina, e quindi del comfort del conducente.

In campo, e specie con attrezzature portare anteriormente, viene ridotto il saltellamento degli pneumatici, tipico del “ritorno” delle masse dopo che l’ostacolo è stato superato; si tratta di un comportamento che per ripetuti passaggi comporta una positiva riduzione del compattamento dell’interfilare.

Il controllo dello smorzamento è elettronico ed automatico: il livello ottimale è definito in base ai segnali dei sensori che monitorano la velocità del trattore, l’angolo di sterzo, nonché velocità di movimento e posizione dei cilindri.

Inoltre, con questa configurazione si ha un benefico effetto anti-beccheggio, che si verifica al superamento di ostacoli o in fase di frenata, e che provoca un rapido spostamento delle masse sull’avantreno, in definitiva una compressione al suolo più marcata. Ancora, grazie al controllo elettronico indipendente, il sistema si oppone al rollio delle masse sospese (importante specie nella percorrenza di curve ad alta velocità), assicurando stabilità trasversale al veicolo e in definitiva un miglior equilibrio globale, particolarmente apprezzato per lavorazioni sul filare con operatrici portate lateralmente, soprattutto quando è richiesta un’elevata precisione spaziale dell’intervento, come ad esempio le potature, la cimatura e la defogliazione.

di Stefano Leva

Keywords: Sospensioni

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