Comprensione delle trasmissioni CVT e powershift al momento dell'acquisto di un trattore

Comprensione delle trasmissioni CVT e powershift al momento dell'acquisto di un trattore

Le trasmissioni del trattore hanno fatto molta strada dai giorni in cui la doppia frizione e lo scricchiolio ti facevano strada tra le tre o quattro marce di una scatola di base non sincronizzata.

Grazie all'introduzione di gamme extra e alla sincronizzazione, gli operatori hanno acquisito più opzioni di velocità di marcia avanti e indietro per adattarsi a diversi lavori o condizioni e il cambio tra le marce e le direzioni è diventato fluido e senza stress.

Tuttavia, i cambi che si adattano alle moderne trasmissioni dei trattori portano queste caratteristiche desiderabili a un altro livello gestendo la potenza in modo più efficiente ed essendo molto più facili da usare, anche se non si ha familiarità con un marchio particolare.

Per la maggior parte dei nuovi trattori oltre i 100 CV, è probabile che l'acquirente si trovi di fronte alla scelta tra un cambio powershift o un CVT (Trasmissione a variazione continua) e ciascuno presenta vantaggi e svantaggi.

Come funziona un powershift?
Come qualsiasi altro cambio convenzionale, un powershift utilizza efficacemente le piastre di attrito per trasferire la potenza del motore agli assali del trattore.

La parte più intelligente è la possibilità di cambiare marcia senza la necessità di azionare la frizione, che si ottiene utilizzando una serie di pacchi frizione a bagno d'olio multidisco.

Ogni pacco frizione è composto da più dischi che vengono spinti insieme da un pistone idraulico e rilasciati da una molla quando la pressione idraulica viene liberata, o viceversa, a seconda del design.

Per passare da una marcia all'altra, la pressione idraulica viene applicata tramite una valvola elettronica o meccanica per innestare la frizione giusta per la marcia in questione situata su un albero rotante principale.

In un semi-powershift, l'operatore deve innestare tra le gamme, ma non attraverso ciascuna marcia all'interno di una gamma, mentre un powershift completo non richiede l'innesto attraverso le gamme e le marce. Inoltre non è necessario utilizzare la frizione per cambiare direzione.

Il concetto ha consentito ai produttori di offrire più gamme e velocità. Una configurazione comune sugli ultimi modelli di trattori sarebbe quattro gamme, ciascuna con sei velocità, per un totale di 24 marce.

Nelle migliori configurazioni, l'operatore può ottenere tutto il percorso da 1-24 premendo un pulsante e alcuni offrono tutte le 24 velocità in retromarcia.

Dopo aver impostato il regime del motore per il funzionamento, l'operatore può quindi alzare e abbassare le marce quando sono necessarie variazioni di carico o velocità diverse.

La maggior parte dei moderni powershift ha anche una funzione completamente automatica in cui la marcia appropriata viene selezionata dalla macchina stessa in base a parametri preimpostati, come la velocità di avanzamento, offrendo quasi la stessa facilità di un CVT.






Il cambio CVT di ZF può ottenere guadagni di efficienza del carburante di oltre il 10% funzionando a regimi più bassi durante il lavoro


Come funziona un CVT?
Un'auto sollevata su un lato fornisce un'utile analogia per spiegare il principio di base di un cambio CVT.

Se dovessi mettere l'auto in prima marcia e rilasciare la frizione, il differenziale nell'asse trasferirebbe la trazione attraverso il percorso di minor resistenza, facendo girare rapidamente la ruota in aria, mentre quella a terra rimane completamente ancora.

Tuttavia, se applichi resistenza alla ruota in aria, l'energia verrà trasferita sull'altro lato e l'auto cadrà dal cric.

Un CVT essenzialmente ricrea questo processo utilizzando una combinazione di azionamenti idraulici e meccanici collegati tramite un sistema di ingranaggi planetari, comprendente un ingranaggio solare, ingranaggi planetari e una corona dentata attorno ai due.

L'ingranaggio centrale solare è paragonato alla ruota a terra, poiché è meccanicamente adattato al motore e agli assali posteriore e anteriore, quindi inizialmente è il percorso di maggior resistenza.


È stato dimostrato che una trasmissione ZF cPower CVT in una pala di carico offre un notevole risparmio di carburante rispetto a una trasmissione powershift convenzionale

La corona dentata è paragonata alla ruota in aria, poiché ha la minor resistenza. Aziona una pompa idraulica, che a sua volta alimenta un motore idraulico che è anche direttamente innestato agli assali anteriore e posteriore.

Quando il motore è acceso, la potenza viene trasferita attraverso il percorso di minor resistenza, azionando la pompa idraulica. Ma quando l'operatore sceglie di accelerare, la pompa idrostatica oscilla e aumenta gradualmente il flusso di olio al motore, che a sua volta aziona il trattore quasi interamente idraulicamente.

Mentre il trattore continua ad accelerare, la pompa raggiunge costantemente il suo angolo di rotazione massimo fino a quando la sua potenza non raggiunge la capacità massima.

Il motore idraulico inverte quindi il flusso dell'olio verso la pompa, decelerando la corona dentata e trasferendo costantemente il percorso di minor resistenza all'ingranaggio solare, quindi il trattore viene azionato meccanicamente al 100% quando raggiunge la velocità massima.

Per andare in retromarcia, la pompa idrostatica viene ruotata nella direzione opposta, quindi il lato di aspirazione viene commutato e il trattore viene azionato idraulicamente in retromarcia. Una frizione a navetta aiuta questa transizione.

L'intero processo è completamente continuo, dall'avvio da fermo alla massima velocità su strada, senza che l'operatore debba innestare la frizione o passare dalla marcia avanti alla retromarcia.

Alcuni produttori, come John Deere, New Holland e Case IH, ora dispongono di trasmissioni CVT che utilizzano frizioni elettroniche per spostarsi senza problemi tra una serie di gamme.

Powershift vs CVT: quali sono i pro e i contro?
Quindi, invece di passare gradualmente dal 100% idraulico al 100% meccanico attraverso l'intera gamma di velocità o un paio di gamme, come la trasmissione Vario di Fendt, oscillano tra le due su quattro gamme per migliorare l'efficienza.

Questo guadagno di efficienza è ottenuto perché la trasmissione impiega meno tempo a fare affidamento su un'idraulica assetata di potenza per far avanzare la macchina.

Pro di Powershift Contro Powershift
Abbassare i costi iniziali e di manutenzione Perdita di efficienza per cambio marcia
Più facile da mantenere in azienda Durata della vita più breve
Uso più efficiente della potenza grazie all'azionamento meccanico
Meglio per i lavori su strada
Prendi ad esempio il box Autopowr CVT di John Deere. Funziona con un massimo del 40% di trasmissione idraulica, quindi c'è sempre un minimo del 60% di trasmissione meccanica che alimenta gli assali.

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Il punto debole della trasmissione meccanica al 100% in ciascuna delle sue quattro gamme è a 3,5 km/h, 11 km/h, 22,5 km/h e 47 km/h su un modello 6R e offre un'efficienza di potenza complessiva del motore dell'87% al timone, una cifra non ottenibile con solo uno o due intervalli.

Professionisti CVT CVT contro
Più efficiente nei consumi Costo iniziale più alto
Maggiore produttività Richiede uno specialista per la manutenzione/riparazione
Controllo più accurato della velocità
Facile da usare
Che dura di più
Migliore valore di rivendita
Tecnologia di riferimento
Per qualsiasi operatore che abbia guidato un trattore moderno negli ultimi 15 anni, è probabile che da qualche parte lungo la trasmissione di quella macchina, uno dei componenti principali sia stato fornito dal produttore tedesco ZF dalla sua base a Passau, appena a est di Monaco.

Gavin Donoghue dell'azienda dice a Farmers Weekly che i powershift sono diventati la trasmissione di riferimento per i trattori grazie ai loro guadagni di efficienza rispetto ai precedenti design sincronizzati, oltre a durata, relativa semplicità e, storicamente, costi inferiori.

Rispetto a un CVT, l'esborso inferiore era dovuto sia al concetto di design che alle economie di scala, con i powershift che superavano in numero le unità CVT nei settori ad alta potenza, tra cui l'edilizia, la movimentazione dei materiali e l'agricoltura.

Questa comunanza ha anche significato l'accesso a un'ampia gamma di parti e servizi, quindi la manutenzione e la riparazione delle unità powershift sono convenienti e possono essere eseguite da tecnici esperti sul campo.

"Powershift è stata una scelta popolare, ma questo è gradualmente cambiato negli ultimi 10-15 anni con il forte emergere di CVT, in particolare nei mercati maturi






Maggiore efficienza
L'introduzione di convertitori di coppia con frizioni di blocco, che bypassano la trasmissione idraulica del convertitore di coppia per offrire una trasmissione meccanica al 100% in determinate condizioni, ha ridotto l'energia persa durante il funzionamento da una trasmissione powershift.

Nonostante questi miglioramenti, i CVT sono ancora visti come un modo molto più efficiente per portare a terra la potenza del trattore, poiché, a differenza dei powershift, non devono innestare e disinnestare le marce con i dischi della frizione per salire o scendere.

Gli ultimi CVT offrono significativi guadagni di produttività ed efficienza del carburante fino al 25%. Per le macchine agricole in una vasta gamma di attività e condizioni, questi guadagni potrebbero non essere così pronunciati, ma supereranno comodamente il 10%.

Questo articolo fa parte delle seguenti raccolte:

Consigli per l'acquisto di trattori
Alcune raccolte offrono punti CPD da organismi di accreditamento, visita il nostro Centro di apprendimento per saperne di più.

Consigli per l'acquisto di trattori
Ciò si ottiene grazie alla capacità di far funzionare i motori a un numero di giri più basso e costante e all'interno di un intervallo di potenza molto ristretto ed efficiente - o "sweet spot" - durante il funzionamento, con la scatola CVT che si occupa di eventuali aumenti o diminuzioni di velocità richiesti.






L'ultima scatola stepless ad alta potenza di Fendt utilizza motori idraulici



Quota di mercato in crescita
È questo aumento della produttività, riduzione delle bollette del carburante e facilità d'uso che sta vedendo i CVT diventare molto più popolari sia nell'edilizia che nell'agricoltura, con la maggior parte dei principali produttori di trattori che offrono box stepless come opzione sui trattori da 100 CV in su.

Ciò è supportato dalle statistiche di John Deere, che mostrano che la tecnologia CVT è ora specificata in circa un terzo delle vendite della serie 6R di medie dimensioni nel Regno Unito e questa tendenza al rialzo sembra destinata a continuare.

Per i trattori con tecnologia e potenza superiore, la proporzione prevista con i CVT è ancora più alta e ora punta a suo favore, poiché è probabile che il risparmio rispetto alle macchine diesel più assetate sia molto maggiore.

"I modelli premium, in particolare nelle gamme di potenza elevata, ora si basano esclusivamente su un CVT e anche alcuni dei modelli entry-level e di fascia media stanno iniziando a integrare CVT", spiega Donoghue.

Aggiunge che sono solo i mercati dei trattori sensibili ai costi in cui dominano ancora i powershift o per i modelli di trattori di base più piccoli utilizzati per compiti semplici nelle regioni sviluppate.

Christian Nightingale, specialista di trattori di John Deere, è d'accordo e afferma che quando si considerano le opzioni da 80-130 CV offerte dall'azienda, la stragrande maggioranza viene venduta con il powershift meccanico PowerQuad o AutoQuad.

Tuttavia, quando si passa a circa 130 CV, la sua scatola Autopowr CVT sta guadagnando popolarità e dice che una volta che un acquirente ha investito nella trasmissione leggermente più costosa, quasi inevitabilmente opterà di nuovo per lo stesso quando sostituirà il trattore.

Il signor Nightingale spiega che da un punto di vista pratico, l'attrazione principale del CVT è la guidabilità molto migliorata per gli operatori, ma ci sono anche altri fattori che guidano l'assorbimento.

“Il lavoro a bassa velocità è il punto in cui il CVT entra in gioco, poiché possiamo ridurre i nostri trattori a soli 50 m/h. Per le operazioni della presa di forza nella preparazione del letto di semina di patate e verdure, non è sempre possibile scendere a quella velocità con un cambio meccanico senza montare un cassone rampicante.

Ci sono anche ragioni pratiche per optare per un powershift, aggiunge. "Laddove si effettuano principalmente trasporti con un lavoro sul campo minimo, consigliamo sempre ai clienti di optare per una trasmissione meccanica, poiché offre una migliore efficienza energetica su strada".





Durata operativa
Le scatole CVT tendono ad avere una durata operativa più lunga rispetto ai powershift, poiché i dischi della frizione utilizzati per cambiare le marce e le gamme in un powershift sono soggetti ad usura.

Confrontare i due in agricoltura è difficile, poiché un trattore può essere utilizzato in vari usi che causano diversi livelli di stress sulla trasmissione, quindi la costruzione fornisce un esempio adatto.

Su una grande pala di carico che effettua circa 1.500 ore all'anno per una singola attività, ZF ha visto le sue trasmissioni CVT avere una durata maggiore rispetto a un powershift nella stessa situazione e sono note per durare fino a 30.000 ore. Durante quel periodo furono eseguite due ricostruzioni del motore.

Tuttavia, i produttori di trattori ora offrono o hanno un facile accesso a unità CVT rifabbricate standard a costi sempre inferiori a causa della crescente popolarità della tecnologia.

Ciò rende il prolungamento della vita di una macchina, come hanno fatto molti utenti powershift in passato, non è più fuori questione, perché quando un CVT si guasta, un rivenditore può sostituirlo rapidamente e facilmente e persino aggiungere una garanzia aggiuntiva.

L'unico inconveniente è che qualsiasi lavoro svolto su un CVT richiede in genere uno specialista a causa della pompa idraulica e dei componenti del motore.

E il costo?
Sebbene l'esborso iniziale possa essere maggiore per un CVT, i risparmi di carburante e i costi di manutenzione potenzialmente inferiori possono rendere il "costo totale di proprietà" su un investimento a lungo termine più favorevole di una trasmissione powershift.

Tuttavia, se un acquirente tiene il trattore solo per un breve periodo, dovrebbe chiedersi se guadagnerebbe risparmi sufficienti per giustificare il costo aggiuntivo di un CVT sulla sua scheda tecnica.