Analisi cinematica di un banco prova a ricircolo di potenza

L’articolo prende in esame un banco prova di tipo four square a ricircolo di potenza meccanica, utilizzato per testare i riduttori finali che danno il moto alle ruote delle macchine da raccolta Agco.

Multinazionale tra i leader nella meccanizzazione agricola, Agco Corporation è conosciuta in particolare per la produzione di trattori legati a brand come Fendt e Massey Ferguson.

Presso lo stabilimento di Breganze (VI), sede di Agco S.p.A., vengono prodotte due tipologie di macchine da raccolta:
1. convenzionali, definite anche a scuotipaglia;
2. non convenzionali, anche denominate assiali o ibride.

Questo articolo si focalizzerà sul sistema che permette a questi veicoli di ottenere la trazione al terreno. Queste macchine semoventi sono azionate attraverso una trasmissione idrostatica in cui la pompa è calettata al motore endotermico, mentre il motore idrostatico è collegato o ad un cambio che può essere semplice (in cui la macchina deve essere in condizioni statiche per poter cambiare rapporto) oppure a un cambio powershift. Dal cambio, poi, la trazione viene trasferita alle ruote attraverso dei riduttori finali, che sono tra l’altro proprio l’oggetto in esame nel banco prova che verrà descritto.

Il banco prova in esame é di tipo four square a ricircolo di potenza meccanica. Questa tipologia di banchi, che prevede di collegare i due articoli di test tra loro, consentendo il dimensionamento dell’attuatore elettrico facendo concentrare l’attenzione esclusivamente sulla potenza dissipata per attrito dai cinematismi presenti nell’anello del sistema. La coppia con cui si andranno a testare i componenti in questione, invece, viene imposta da un dispositivo situato in uno dei rami del banco a ricircolo di potenza che permetterà di caricare i due articoli di test a seconda delle esigenze.

Nel caso in esame gli articoli da testare sono i riduttori finali (final drives) che danno il moto alle ruote del veicolo, essi sono accoppiati l’uno con l’altro attraverso le due uscite come rappresentato in Figura 3, dove è possibile osservare:
• Motore elettrico: attuatore elettrico in grado di imporre un determinato regime di rotazione al banco prova;
• Riduttore 1:1: riduttori esterni con rapporto di riduzione 1:1 consentono la trasmissione della potenza da un ramo all’altro del banco prova;
• GB1 e GB2: sono i due dispositivi in fase di test (riduttori finali dove sono collegate le ruote nel veicolo);
• Dispositivo di coppia: device che permette di imporre una certa coppia nell’anello interno del banco four square.

Sostanzialmente con questa tipologia di banchi prova a ricircolo di potenza non sarà direttamente il motore elettrico a dare gli input di coppia con i quali si vuole stressare i dispositivi in fase di test (ossia i due riduttori GB1 e GB2), bensì la torsione [Nm] che si deciderà di applicare verrà imposta dal dispositivo di coppia e, una volta fissata, il motore elettrico darà esclusivamente la coppia necessaria a vincere gli attriti interni al banco.

Obbiettivi dello studio

L’obbiettivo dello studio è legato a un’analisi cinematica che può essere sviluppata per questa tipologia di banchi prova puramente meccanici. I vantaggi di una valutazione di questo genere sono essenzialmente legati alla scelta di un attuatore il più opportuno possibile in termini di taglia. Quando si cita la taglia del motore, nel campo degli azionamenti elettrici, si fa riferimento al regime di velocità necessario e alle coppie che il motore deve fornire. Tutto ció permette di evitare inutili sprechi di denaro nel momento in cui si sceglie l’azionamento, inoltre consente di dimensionare l’azionamento elettrico in modo da ottenere un tipo di applicazione opportuna al tipo di banco e al tipo di test che si vuole performare. Sostanzialmente quello che si otterrà è una semplificazione dello schema in Figura 3. Questa semplificazione aiuterà a valutare un’unica inerzia, chiamata di carico (Jc) che rispecchia tutto ciò che è collegato a valle del motore elettrico. Da questa inerzia di carico risulterà poi banale il calcolo dell’inerzia equivalente.

Lo studio si concentra sostanzialmente su due punti fondamentali:
1. La teoria di riferimento per il calcolo dell’inerzia equivalente in un’applicazione costituita da attuatore, riduttore e carico;
2. L’introduzione della teoria nel sistema banco prova four square in esame.