Il trattore è considerato una "centrale mobile di potenza" meccanica, idraulica e, seppur meno frequentemente, anche pneumatica ed elettrica. I mezzi per la trasmissione di potenza sotto forma meccanica sono gli organi di propulsione, per la trazione; il sollevatore idraulico per il sollevamento e la messa in posizione degli attrezzi; la presa di potenza e l'albero cardanico. Quest’ultimo, in particolare, costituito da giunti semplici od omocinetici, da una parte telescopica centrale, e da una protezione antinfortunistica, serve a trasmettere il moto della presa di potenza del trattore agli organi mobili della macchina operatrice. Nonostante la grandissima importanza degli alberi di trasmissione nella moderna meccanizzazione agricola, a questo argomento non è quasi mai stato dato il giusto peso, nonostante il tema si presenti ricco di interesse non solo dal punto di vista tecnico, viste le continue innovazioni che le i costruttori apportano ai loro prodotti, ma anche dal punto di vista della salvaguardia della sicurezza degli operatori.
Molti gravi (talvolta mortali) incidenti avvengono proprio perché nell'uso dell'albero cardanico non sempre si osservano scrupolosamente le norme d'utilizzazione e di manutenzione che la ditta costruttrice indica, di solito, molto chiaramente.
2. La trasmissione cardanica - il giunto cardanico
Il giunto cardanico, che prende il nome dal matematico italiano Gerolamo Cardano, vissuto nel XVI secolo, ha trovato soprattutto negli ultimi trenta anni un notevolissimo impiego in agricoltura. Questo organo meccanico permette la trasmissione di movimento e potenza tra alberi ad assi concorrenti, che formano angoli più o meno ampi. Con riferimento alla fig. 1, il giunto cardanico è costituito da una crociera su cui si articolano due forcelle; la crociera permette alle forcelle di ruotare attorno agli assi Y e Z. In agricoltura è necessario che tale rotazione possa raggiungere, ad alberi non rotanti, i 90°.
1 - Elementi costitutivi di un giunto cardanico.
Lo studio cinematico mostra che per effetto dell'angolo formato dagli assi degli alberi collegati, il rapporto di trasmissione instantaneo (inteso come rapporto delle velocità istantanee delle forcelle condotta e motrice) non si mantiene costante, ma ha un andamento periodico, di tipo sinusoidale. Questo in pratica significa che anche nel caso in cui la velocità della forcella motrice sia uniforme, come quasi sempre avviene nelle applicazioni agricole, la velocità della forcella condotta è variabile istante per istante, quindi ruota di moto accelerato e genera coppie inerziali qualora sia collegata ad una massa volanica, con conseguente insorgere di fenomeni vibrazionai tanto più ampi e pericolosi, quanto maggiore è l'angolo di snodo.
A causa dei limiti illustrati e cioè:
capacità di collegare solo alberi ad assi concorrenti e dotati esclusivamente di spostamenti angolari;
generazione di moto non uniforme per effetto dell'angolo di snodo;
il giunto trova applicazione solo come dispostivo interno alle macchine operatrici dove le suddette condizioni possono essere opportunamente controllate.
2.1 Il doppio giunto cardanico
Per superare tali limiti, si può adottare il doppio giunto cardanico, che è un albero privo di funzione telescopica, cioè risulta di lunghezza fissa. E’ idoneo pertanto alla trasmissione del moto tra assi anche non concorrenti. L’irregolarità di trasmissione è legata agli angoli dei due giunti e si annulla quando gli angoli sono uguali.
3. L’albero cardanico
Per le più generali esigenze del settore agricolo è stato necessario invece fare ricorso all'albero cardanico, che è l'insieme di due giunti semplici collegati da un albero telescopico, secondo l'asse X, in grado di assecondare le variazioni più o meno istantanee di distanza fra trattore e operatrice, che si verificano in fase di manovra, a causa delle l'asperità del terreno, ecc...
L'albero cardanico collega dinamicamente la presa di potenza del trattore con quella della macchina operatrice, sia essa trainata o portata sull’attacco a tre punti. In entrambi i casi, durante il lavoro le due prese di potenza (motrice sul trattore e condotta sull’operatrice) assumono posizioni relative variabili che l'albero cardanico deve avere la capacità di seguire.
A differenza del giunto semplice, l’albero cardanico ha:
la capacità di trasmettere il moto tra alberi i cui assi siano disposti in modo qualsiasi nello spazio, anche se dotati, entro certi limiti, di moto relativo;
la possibilità di ottenere un angolo di lavoro totale tra le forcelle alle sue estremità maggiore di quello di un giunto semplice, in quanto somma degli angoli di lavoro dei due giunti componenti;
la capacità di realizzare una trasmissione omocinetica del moto, data una determinata configurazione degli assi da collegare.
Nel collegamento tra trattrice ed operatrice è sempre necessario ricercare la condizione di omocineticità nella trasmissione di moto, o almeno avvicinarsi ad essa; la trasmissione omocinetica rappresenta la situazione ottimale per il funzionamento regolare, senza urti, martellamenti e vibrazioni, che pregiudicano la durata di tutti gli organi della catena cinematica, macchina agricola compresa. In pratica, però, l’elasticità degli elementi costitutivi dell'albero cardanico, in particolare della parte telescopica, ne permette l'impiego anche in condizioni non strettamente omocinetiche.
La differenza degli angoli di lavoro in entrata ed in uscita deve però essere contenuta entro valori ben precisi, in funzione della velocità di rotazione, (infatti gli effetti inerziali variano con il quadrato della velocità di rotazione) e delle caratteristiche elastiche dell'albero.
3.1 Forcelle
Il principale scopo delle forcelle è quello del contenimento delle deformazioni elastiche sotto carico.
Il loro dimensionamento ha infatti lo scopo di mantenere allineate le sedi dei cuscinetti della crociera, a garanzia di una corretta ripartizione del carico sui corpi volventi, a tutto vantaggio della durata dello snodo. Le forcelle sono realizzate in acciaio stampato e lavorate secondo elevati standard qualitativi. Con le normali forcelle è possibile raggiungere angolazioni dello snodo di 45° per brevi periodi, mentre per un uso continuativo non deve essere superato un angolo di 35°. A riposo, in assenza di rotazione, le forcelle permettono un ripiegamento dello snodo ad angolo retto.
3.2 Crociere
Le dimensioni della crociera sono determinate per ottenere il miglior compromesso tra le caratteristiche dinamiche e di durata dei corpi volventi e la resistenza flessionale dei perni. Entrambi gli aspetti sono importanti, in quanto accanto a condizioni di regime di funzionamento (carico, angolo, velocità), sulle quali si valuta la durata, sussistono situazioni transitorie, come sovraccarichi e urti, che coinvolgono la resistenza. Anche in questo caso, le lavorazioni prevedono strette tolleranze dimensionali ed elevati gradi di finitura.
3.3 Parti telescopiche
Sono costituite solitamente da tubi sagomati o, più raramente e in parte, da alberi scanalati. I tubi sono dimensionati per una coppia torcente massima di sicurezza, spesso sono trattati superficialmente, per minimizzare la spinta telescopica. Con uno speciale trattamento (denominato "Rilsan") il coefficiente di attrito di riduce del 50 % rispetto al contatto tra due normali superfici metalliche.
Se le condizioni di lavoro prevedono un ambiente fortemente abrasivo, il tubo può essere cementato e temprato, per aumentarne la durezza.
I profili più utilizzati sono:
a sezione triangolare (fig. 2a);
ad albero scanalato (fig. 2b);
a sezione quadra e a "limone" (in disuso).
ig. 2 - Tubi telescopici a sezione triangolare (a) e ad albero scanalato (b).
Recentemente, alcune ditte leader del settore hanno messo a punto tubi con nuovi profili innovativi, come quello a quattro denti (fig. 3, a sinistra) o esalobato (fig. 3, a destra), che migliorano la durata della trasmissione e riducono gli intervalli di lubrificazione, contenendo ingombri e pesi.
In particolare il principio funzionale che si propongono è quello di far combaciare sottocarico l’intera altezza dei denti, in modo da distribuire le sollecitazioni su ampie superfici di contatto, poiché riducendo le pressioni di contatto significa limitare l’usura delle superfici e minimizzare la forza di scorrimento relativo. I rilievi del profilo sono posizionati in modo da rendere agevole l’infilamento dei tubi secondo l’orietamento prestaibilito, in mod che le forcelle restino in fase, per una corretta trasmissione del moto.
Profili innovativi di tubi telescopici: a quattro denti (a sinistra) ed esalobato (a destra).
4. Configurazioni di collegamento per operatrici portate e trainate
Generalmente, con attrezzo collegato all’attaco a tre punti in lavoro (fig. 4a) si registra una larghezza ridotta dell’albero e angoli di snodo sono pressocchè uguali. Ad attrezzo sollevato (fig. 4b) si ha la massima estensione dell’albero, l'incremento e la diversificazione degli angoli di snodo. Per elevate altezze di sollevamento pertanto può essere necessario interrompere la rotazione.
- Dinamica di movimento dell’albero cardanico in diverse fasi della lavorazione.
Per le macchine trainate, l’albero assume la maggior lunghezza durante il lavoro in linea e si richiude in fase di sterzata. Pertanto, l’angolo di massima sterzata dipende dalla lunghezza della trasmissione chiusa e si ripartisce tra i giunti in relazione alle distanze dal punto di traino, cioè dove l’occhione montato sul timone dell’operatrice si unisce con il perno al gancio di traino del trattore.
Se il punto di traino è equidistante dalle prese del moto (fig. 5a), l’angolo di sterzata è ugualmente ripartito tra i giunti, e la trasmissione è sempre omocinetica. Se invece, come più frequentemente accade, il punto di traino non è equidistante dalle prese del moto (fig. 5b), in fase di sterzata si incrementa prevalentemente l’angolo del giunto più vicino al punto di traino stesso, che quasi sempre è quello del lato trattore. Si genera così irregolarità di trasmissione, con conseguenti vibrazioni e rumore.
Oltre certi limiti, stabiliti da ogni costruttore per i modelli prodotti, tale irregolarità è incompatibile con un funzionamento sicuro, ed è pertanto necessario limitare l’angolo di sterzata o, più convenientemente arrestare il movimento, disinserendo la presa del moto.
In fase di sterzata si incrementa prevalentemente l’angolo del giunto più vicino al punto di traino, che quasi sempre è quello del lato trattore (situazione "b", dove a 1 > a 2). Si genera così irregolarità di trasmissione, con conseguenti vibrazioni e rumore.
5. Il giunto omocinetico
Nella pratica, molte macchine hanno assoluta necessità, sia in fase di lavoro che in fase di manovra, di superare i valori di angoli di trasmissione ammissibili. Sono attuabili allo scopo alcune soluzioni: ad esempio è possibile ogni volta che si deve effettuare una svolta o una manovra, disinserire la presa di potenza, con evidente scomodità da parte del guidatore, perdita di tempo e possibili gravi conseguenze in caso di una eventuale dimenticanza di effettuazione della manovra.
Un'altra possibile soluzione, spazio permettendo, è adottare una catena di trasmissione più complessa, costituita da tre giunti cardanici con un supporto esterno per il giunto intermedio, con evidente aumento del costo globale della trasmissione.
La soluzione più moderna, più efficente, anche dal punto di vista della capacità lavorativa della macchina operatrice, consiste nell'utilizzo di un albero cardanico dotato di giunto omocinetico che, come indica l'etimologia della parola, è in grado di mantenere uguale la velocità in entrata ed in uscita con qualsiasi angolo di snodo.
L'operatore può così continuare il lavoro alle normali condizioni anche nelle manovre e nelle sterzate, con conseguente suo risparmio di tempo, attenzione e fatica.
L'albero cardanico può essere dotato di uno solo (fig. 6a) o di due giunti omocinetici, presenti in quest'ultimo caso ad entrambe le estremità del dispositivo (fig. 6b).
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Fig. 6 - Albero cardanico con un solo (a) o con due (b) giunti omocinetici.
Peraltro, per un funzionamento accettabile della trasmissione, montando un solo giunto omocinetico il giunto semplice su lato opposto deve lavorare allineato, o almeno con un angolo di lavoro non superiore a 15° circa, poichè tutta la trasmissione risente della sua irregolarità. Se questa ulteriore condizione non è soddisfatta si deve necessariamente prevedere la trasmissione con giunti omocinetici ad entrambe le estremità.
L'applicazione più frequente dell'albero cardanico con giunti omocinetici si ha per le macchine trainate con punto di attacco significativamente decentrato rispetto alla presa di potenza del trattore, quali raccoglimballatrice, falciacondizionatrice, atomizzatore, carro autocaricante, carro miscelatore, ecc. (fig. 7).
Esempi di proficui utilizzi dell’albero cardanico omocinetico.
L'albero cardanico omocinetico si presenta come un doppio giunto, quindi con due forcelle di estremità collegate con due crociere ad un corpo centrale. Le forcelle sono vincolate a seguire l'una i movimenti dell'altra da un disco di acciaio libero di muoversi all'interno di una camera ricavata nel corpo centrale (fig.
. Il disco mobile mantiene concorrenti gli assi di rotazione per qualsiasi angolo di lavoro.
Il dispositivo è autosupportante e presenta una tipica conformazione a "botte" del corpo centrale. Questa forma non è casuale, ma è opportunamente studiata in modo da permettere, in fase di manovra, un angolo di lavoro massimo di 80°. Oltre tale valore, la forcella tocca il bordo della "botte". Questo contatto costituisce una sorta di "fine corsa", che ha la funzione di avvertire l'utente di non raggiungere nè tantomeno superare questa condizione limite, perché ciò può avere gravi conseguenze sulla struttura degli organi meccanici della trasmissione.
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Fig. 8 - Geometria del giunto omocinetico
Poichè l'albero cardanico omocinetico è utilizzato con profitto quando i due giunti lavorano con angoli molto diversi e quindi con velocità disuguali e quando la trasmissione lavora temporaneamente ad angoli di snodo molto elevati, l'utilità che deriva dal suo impiego è rappresentata da:
miglioramento della prestazione nella trasmissione di potenza;
ampliamento dell'impiego della trasmissione cardanica
Pur rappresentando quindi un costo iniziale più elevato, il giunto omocinetico permette un'economia per l'operatore in quanto il rendimento del lavoro è più elevato.
6. Sistemi di fissaggio alle prese del moto
Esistono in commercio parecchi sistemi, tutti però finalizzati ad un unico scopo, quello cioè di fissare in sicurezza le estremità dell’albero cardanico; un eventuale sfilamento con l’albero in rotazione (il cosiddetto "sbandieramento") avrebbe infatti conseguenze gravissime, sia a carico del trattore e dell’operatrice, sia soprattutto a danno dell’operatore.
Di seguito vengono brevemente descritte le soluzioni più comunumente adottate.
6.1 - Attacco rapido a pulsante per prese scanalate
fiss01.jpg (29497 bytes)E’ il tipo di attacco tradizionale, più comune. La manovra di fissaggio si ottiene agendo sul pulsante che si impegna/disimpegna nella gola della presa di moto. Il pulsante è montato in una sede ricavata sul mozzo della forcella e mantenuto in posizione di impegno semplicemente dalla molla di contrasto.
Su alberi cardanici costruiti per potenze di trasmissione elevate, l’attacco è a doppio pulsante. I due dispositivi agiscono su due assi paralleli, diametralmente opposti, e con verso di azionamento l’uno il contrario dell’altro.
Problemi abbastanza comuni di tale tipo di attacco sono il parziale grippaggio del pulsante e/o della molla, con conseguenti difficoltà di attacco, ma soprattutto di stacco, dovuto ad insufficienti ingrassaggi o a lunghi periodi di inattività.
6.2 - Attacco rapido di sicurezza
fiss02.jpg (30691 bytes)E’ costituito dall’attacco rapido a pulsante, integrato da un manicotto di copertura e manovra. I problemi accennati per l’attacco tradizionale sono ovviati rendendo più agevole la manovra del pulsante attraverso una limitata rotazione del manicotto. Il verso di rotazione differenzia il dispositivo lato macchine da quello lato trattore, al fine di garantirne un fissaggio sicuro in fase di lavoro. E’ importante verificare manualmente che il collare (e quindi il pulsante) ritorni completamente nella posizione iniziale dopo il fissaggio sulla presa scanalata.
6.3 - Attacco con bullone conico
fiss03.jpg (6465 bytes)Il serraggio del dado incunea la vite sagomata tra la sua sede sul mozzo e la gola della presa di moto. In tal modo i profili della presa di moto e del mozzo aderiscono creando un bloccaggio fortemente stabile. Sono prescitte adeguate coppie di serraggio, in funzione del siametro della presa scanalata.
7. Dispositivi di sicurezza contro i sovraccarichi
Sono meccanismi in grado di controllare il valore di una o più grandezze del moto, al fine di salvaguardare la macchina operatrice e la trasmissione cardanica e/o rendere più agevoli determinate fasi di lavoro. Ciò permette:
un dimensionamento più razionale ed attento della macchina;
un migliore utilizzo dell’albero cardanico;
un più alto livello di sicurezza dell’applicazione.
Solitamente, i dispositivi di sicurezza si montano sull’albero cardanico tramite una semplice sostituzione di una delle forcelle di estremità, senza che tale intervento alteri la cinematica di funzionamento. I dispositivi di sicurezza risultano regolati per determinati valori nominali di coppia da trasmettere, con una tolleranza relativamente bassa (± 10 %), definiti in base ai valori della coppia di lavoro ed alla resistenza della trasmissione nel suo insieme.
Anche in questo caso, vengono di seguito brevemente descritte le soluzioni più comunumente adottate.
7.1 Ruota libera
fiss04.jpg (18533 bytes)Si tratta di un dispositivo che permette la trasmissione di potenza dal trattore alla macchina operatrice, ma non viceversa. Tale caratteristica, a prima vista superflua, risulta invece importante per il corretto funzionamento di operatrici provviste di forte massa rotante (es. il volano della pressa imballatrice per balle parallelepipede), per impedire che, in caso di malfunzionamento, l’inerzia accumulata dal volano stesso si scarichi per periodi più o meno lunghi sulla presa di potenza del trattore, con pericolo di deformazioni o rotture.
7.2 Limitatore a nottolini
fiss05.jpg (21067 bytes)E’ un limitatore di coppia a camme e nottolini elastici ad effetto radiale. Agisce interrompendo la trasmissione di potenza qualora la coppia trasmessa superi il valore di taratura. All’intervento del limitatore, i nottolini comprimono la molla corrispondente e cambiano rapidamente di sede. Ne consegue un’elevata rumorosità e un riscaldamento per attrito del dispositivo. E’importante pertanto arrestare prontamente il moto, per evitare inutili usure del sistema. Se il sovraccarico viene eliminato, il limitatore si ripristina automaticamente.
7.3 Limitatore a bullone
fiss06.jpg (31950 bytes)L’elemento "attivo" è semplicemente un perno (bullone), soggetto a tranciamento eccentrico qualora la coppia trasmessa superi il valore di riferimento. Agisce interrompendo in modo irreversibile la trasmissione della potenza. Per il ripristino, è assolutamente necessario sostituire la vite tranciata con una di uguale diametro, classe e lunghezza. In un ambito come quello agricolo, ciò può risultare problematico: pertanto non sembra essere un dispositivo particolarmente adatto allo scopo.
7.4 Limitatori a dischi di attrito
fiss07a.jpg (16596 bytes)fiss07b.jpg (15641 bytes)Si tratta di limitatori a frizione. Le rotazioni relative tra le superfici interessate alla frizione limitano il valore della coppia trasmessa. Sono utilizzati sia contro il sovraccarico, sia soprattutto per l’avviamento di operatrici a forte inerzia. Nel tipo illustrato a sinistra, la taratura è regolabile registrando la precompressione delle molle elicoidali. Una variante più sofisticata è costituita dal limitatore a dischi di attrito con molle a tazza (a destra). Anche in questo caso, oltre a funzione di sicurezza contro il sovraccarico, può essere utilizzato per l’avviamento di operatrici a forte inerzia. A differenza del tipo a molle elicoidali, la sua taratura non è modificabile. In compenso, l’impiego di molle del tipo a tazza mantiene costante nel tempo la taratura nonostante il naturale consumo dei dischi di attrito.
8. Importanti regole di uso e manutenzione dell’albero cardanico
E’ della massima importanza verificare per ogni utilizzo che la lunghezza della trasmissione rispetti le condizioni di minimo e massimo allungamento. A tale proposito, le estremità dei tubi telescopici non devono toccare le forcelle interne di ogni giunto e, all’opposto, la sovrapposizione del tubo interno ed esterno non deve mai essere inferiore ad 1/3 della lunghezza in lavoro dei tubi stessi (fig. 9).
fig09.jpg (51154 bytes)Fig. 9 - Corrette lunghezze di lavoro degli alberi cardanici nelle varie situazioni operative.
Un’operazione che preserva l’albero cardanico da danneggiamenti anche molto accentuati è la lubrificazione: bisogna rispettare con scrupolosità le frequenze di ingrassaggio delle varie parti, previste dall’apposito schema, solitamente riportato sia sul libretto di uso e manutenzione, sia su uno specifico adesivo applicato alla protezione in plastica (fig. 10).
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Fig. 10 - Intervalli orari di lubrificazione (ingrassaggio) delle varie parti dell'albero cardanico.
9. Sicurezza dell’albero cardanico
Le statistiche antinfortunistiche in agricoltura dimostrano che l’albero cardanico è molto pericoloso, causa di numerosi incidenti con infortuni gravi, a volte anche mortali. Per questo motivo tali dispositivi sono dotati di una serie di accorgimenti per diminuirne la pericolosità.
In particolare, se l'albero cardanico è stato acquistato nuovo in Italia dopo il 1° gennaio 1995, deve essere corredato di libretto di uso e manutenzione in italiano (e non solo nella lingua madre della casa costruttrice), di decalcomanie di sicurezza e deve riportare il marchio CE (fig. 11), che comprova il rispetto delle norme vigenti.
E' importante constatare la presenza delle decalcomanie, comprenderne il significato e adoperarsi affinché esse non vengano danneggiate e/o asportate.
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Fig. 11 - Decalcolmanie presenti sulla protezione dell’albero cardanico.
Le prese scanalate femmina, da fissare al trattore e alla macchina operatrice, devono essere mantenute in buone condizioni, ben ingrassate e non devono essere usurate (slabbrate e deformate) o arrugginite.
I nottolini di bloccaggio (o dispositivi equivalenti) devono essere azionabili con facilità, ben ingrassati; una volta premuti per fissare la presa scanalata, devono poi poter ritornare liberamente e prontamente alla posizione di blocco. In caso di grippaggio, non si deve ricorrere per lo sbloccaggio ad utensili quali martello o mazzuolo, ma preferire sistemi che prevedano un miglioramento della lubrificazione, ad esempio usando liquidi sbloccanti.
Le crociere e i giunti omocinetici devono risultare integri, non arrugginiti o criccati, in grado di raggiungere tutte le posizioni previste senza sforzo; è fondamentale una buona e costante lubrificazione.
Nel caso di presenza di un dispositivo di sicurezza contro i sovraccarichi (frizione a dischi, frizione a nottolini, bullone per rottura a taglio, ecc.) accertarsi che esso sia funzionante e non manomesso in modo tale da comprometterne l'efficienza. In caso di intervento del dispositivo, controllare che successivamente la sua funzionalità rimanga inalterata.
I tubi telescopici devono essere di lunghezza corretta, ben ingrassati, esenti da ammaccature, deformazioni o bave che ne limitino lo scorrimento reciproco.
10. La protezione antinfortunistica dell’albero cardanico
La protezione antinfortunistica è composta da alcune parti (fig. 12), nella gran parte dei casi in plastica (ad alta resistenza contro i raggi UV e relativamente insensibile alle escursioni di temperatura), quali:
i tubi telescopici;
le cuffie (composte da imbuti di base e fasce di estremità);
le ghiere di collegamento (per permettere la rotazione dell’albero rispetto alla protezione);
le catenelle di ritegno, per impedire un eventuale parziale trascinamento in rotazione della protezione rispetto all’albero cardanico, in caso ad esempio di scarsa lubrificazione);
etichette (o decalcomanie) adesive di sicurezza e libretto di uso e manutenzione (fig. 12).
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Fig. 12 - Dotazione di sicurezza di un albero cardanico: parti della protezione antinfortunistica, etichette o decalcomanie di avvertimento e libretto uso e manutenzione.
Le protezioni degli alberi cardanici sono tra i pochissimi dispositivi in ambito agricolo (un altro esempio sono le strutture di protezione contro il ribaltamento dei trattori) soggetti a PROVE DI OMOLOGAZIONE OBBLIGATORIA, da effetturasi necessariamente presso enti ed istituzioni appositamente accreditati allo scopo. Una protezione antinfortunistica per alberi cardanici (così come un telaio o una cabina di sicurezza per trattori) NON PUO’ essere commercializzata se prima non è stata omologata secondo la normativa vigente, la EN 1152).
Sono pertanto previste allo scopo articolate prove, di resistenza e di durata, che vengono eseguite per verificare l’idoneità della protezione a lavorare nelle più comuni situazioni riscontrabili nell’ambito agricolo. In particolare, si tratta di:
10.1 Prove di resistenza
Prova di carico assiale a temperatura ambiente: si applica una forza di 250 N tra la cuffia e il tubo e di 1000 N tra il tubo interno della protezione e l'albero cardanico, in entrambe le direzioni.
Prova di carico radiale a temperatura ambiente: con l'albero cardanico in rotazione a 1000 min-1, si applica un carico di 500 N, tramite un blocchetto parallelepipedo di legno ricoperto di gomma, perpendicolarmente alla protezione, per 1 minuto, sui tubi e sulle cuffie.
Prova di impatto a bassa temperatura: dopo aver raffreddato a -35 °C l'albero cardanico e la protezione, si infliggono 3 urti, con energia d’impatto di 98,1 J, sulla cuffia, sulla mezzeria di uno dei due tubi e nel punto mediano della sovrapposizione dei due tubi.
Prova di carico assiale a bassa temperatura: dopo aver raffreddato a -35 °C l'albero cardanico e la protezione, si applica una forza assiale tra il tubo della protezione e l'albero cardanico. La protezione deve resistere ad una forza minima di 2,5 kN se il diametro interno del tubo esterno della protezione è minore o uguale a 80 mm e di 3,5 kN se il diametro interno del tubo esterno è superiore a 80 mm.
Prova del dispositivo di ritegno (catenella) a temperatura ambiente: si applica una forza, sia tangenzialmente che radialmente, di 400 N ad ogni catenella montata.
Le prove di resistenza sono superate positivamente se la protezione non evidenzia fratture, rotture, distacco o separazione di sue parti.
10.2 Prove di durata
Con l’albero cardanico completo della protezione rotante a 1000 min-1, su un banco prova racchiuso da un opportuno rivestimento, si sottopone il dispositivo alle seguenti 4 fasi:
per 120 ore, e con l’albero cardanico preventivamente bagnato con acqua, operare alternando cicli della durata di 24 ore a 85 °C ± 5 °C e a temperatura ambiente, cominciando con un ciclo a 85°C;
per altre 120 ore, operare a temperatura ambiente in atmosfera contenente 0,5 kg/m³ di una miscela di polvere organica (erba medica essiccata e trinciata) e minerale (concime fosfatico semplice) in parti uguali;
per 2 ore, operare a temperatura ambiente in una soluzione salina nebulizzata (ad una concentrazione di 50 g/l);
per 48 ore, operare a temperatura ambiente.
11. Verifiche e manutenzione della protezione
La protezione deve essere quella originariamente prevista dal costruttore. Qualora risulti danneggiata (come nell’esempio riportato qui sotto), occorre sostituirla con altra originale.
Le cuffie di protezione delle crociere, dei giunti omocinetici e delle eventuali frizioni di sovraccarico devono essere integre. Accertarsi che gli agganci di unione ai tubi telescopici della protezione siano integri ed efficienti.
Nel caso in cui il bordo della cuffia entri in contatto con qualche parte della macchina operatrice o del trattore durante il lavoro, è molto pericoloso asportare, tagliandola, parte della cuffia.
cuff1.jpg (30844 bytes)Occorre, in questi casi, utilizzare un albero cardanico dotato di protezione che non interferisca con parti della macchina anche alla massima angolazione di lavoro.
I tubi telescopici di protezione dell'albero cardanico devono essere integri, privi di deformazioni, slabbrature, ammaccature, ecc. Qualora uno di questi inconvenienti venga rilevato, bisogna sostituire l'intera protezione. Non utilizzare i tubi telescopici come punto d'appoggio per la salita o la discesa dalla macchina, sia con albero cardanico fermo, sia tanto meno quando è in movimento (fig. 13).
Le protezioni sono generalmente costituite da materiale plastico, soggetto come tale ad invecchiamento e degrado dovuto alle radiazioni solari.
Cambiamenti di colore (imbrunimenti se la protezione è gialla, fig. 14) o comparsa di screpolature, crepe o forature non dovute ad interventi esterni, indicano che la protezione ha perso le originali caratteristiche di sicurezza; è necessario pertanto provvedere immediatamente alla sua sostituzione, con un ricambio originale.
cuff2.jpg (32599 bytes)Secondo le norme specifiche, le due (o più) parti di cui è costituita la protezione non devono ruotare unitamente dell'albero cardanico. Allo scopo occorre sempre fissare le apposite catenelle a parti fisse del trattore e della macchina operatrice. Non è permesso usare le catenelle per scopi differenti, per esempio per sollevare l'albero cardanico o per assicurarlo alla macchina operatrice quando non è collegato al trattore. A tale proposito, sulla macchina operatrice stessa deve esistere un dispositivo di appoggio dell'albero cardanico, che non preveda assolutamente l'uso delle catenelle.
La protezione avvolge l'albero cardanico e appoggia su di esso tramite appositi cuscinetti, solitamente costruiti anch'essi con materiale plastico o nylon. I cuscinetti devono risultare integri, funzionanti, ben ingrassati.
Occorre verificare periodicamente che l'albero cardanico possa ruotare e scorrere in senso longitudinale senza eccessivo sforzo all'interno della protezione.
fig13.jpg (34878 bytes)fig14.jpg (32742 bytes)Fig. 13 (a sin.) - Non è permesso utilizzare a protezione come punto d’appoggio.
Fig. 14 (a destra) - Se la protezione presenta imbrunimenti e screpolature dovute ad invecchiamento, deve essere prontamente sostituita.
Un’indagine realizzata solo 2 anni fa rivela l’evidenziarsi di diffuse inadempienze, sia da parte dei costruttori che degli utilizzatori.
Il libretto uso e manutenzione risultava mancante, in media, in 3 casi su 4 : tale mancanza è da considerarsi grave, poiché non è possibile accertare in tal modo i corretti intervalli di ingrassaggio e le altre operazioni specifiche da effettuare in caso di alberi omocinetici e/o con dispositivi limitatori di coppia.
Prese scanalate, nottolini di bloccaggio, crociere e giunti omocinetici sono stati trovati relativamente efficienti: tutto ciò è abbastanza ovvio, poiché se l'albero cardanico in sé non è in efficienza nelle parti citate, non può essere utilizzato. L'utilizzatore è pertanto costretto ad effettuare quel minimo di manutenzione che risulta necessaria. Sono state però censite alcune situazioni non conformi alla sicurezza, come prese scanalate e nottolini di bloccaggio molto usurati, manomissione del limitatore del momento torcente, anche tale da annullare la funzione di sicurezza che tale dispositivo assicura.
La protezione ha evidenziato parimenti una situazione molto grave: sugli alberi cardanici censiti non esisteva protezione, nel senso che si era completamente deteriorata e di conseguenza era stata tolta, in più di 1 caso su 5 ! Per le cuffie, si è configurata, se possibile, una condizione ancora più grave: sui dispositivi più vecchi, ben 6 esemplari su 7 non presentavano cuffie in ordine, con diffuse situazioni di totale assenza (fig. 15).
I tubi, le catenelle e i cuscinetti delle protezioni seguono il medesimo destino.
Le decalcomanie di avvertimento e di segnalazione del pericolo, infine, erano deteriorate o mancanti sull'85 % circa degli alberi cardanici, evidenziando pertanto una loro totale inadeguatezza, che dovrebbe far riflettere a fondo i costruttori nel trovare valide e durature alternative.
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Fig. 15 - Alcuni eloquenti esempi di cuffie (e controcuffie, a destra) gravemente danneggiate.
In generale, quindi, tutte le parti della protezione dell'albero cardanico sono risultate insufficienti, non affidabili e di durata limitata. Pertanto, così com'è attualmente la protezione è assolutamente inadeguata. Il progresso tecnico non ha ancora trovato delle soluzioni che premettano di elevare il livello di sicurezza nell'uso di queste trasmissioni cardaniche. Alcuni tentativi in tal senso sono in corso in vari paesi (Inghilterra, Germania) utilizzando protezioni conformate in maniera diversa, e costruite con materiale teoricamente più durevole, come gomma o, addirittura, acciaio.
In Italia, da parte di un costruttore leader del settore, è stato affrontato anche il problema delle cosiddette controcuffie, cioè di quel naturale completamento della protezione dell’albero cardanico, da applicare alle prese del moto, e quindi sul trattore e sull’operatrice, per ottenere un isolamento completo della trasmissione meccanica.
La Direttiva Macchine (CEE 89/392) e la prEN 1553 prescrivono in specifico che la presa di moto condotta della macchina operatrice (ma anche quella motrice sul trattore) siano protette da almeno una sovrapposizione di 50 mm tra cuffie dell’albero e relative controcuffie. E’ importante che le controcuffie siano dimensionate anche per il montaggio dei vari dispositivi limitatori del momento torcente e che permettano un adeguato fissaggio e una libera articolazione della trasmissione cardanica.
Nel caso specifico, le controcuffie sono sostenute da un fondello in metallo, dotato di asole per il fissaggio alla macchina. La fascia di protezione di forma cilindrica viene fissata al fondello mediante due chiusure a leva, facilitando così le operazioni di manutenzione. Un’apposita catenella mantiene comunque collegata la fascia al fondello (fig. 16).
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Fig. 16 - Nuovo modello di controcuffia, per realizzare una completa protezione tra albero cardanico e prese del moto.
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Titolo: ALBERO CARDANICO di trasmissione 
Sab Mag 22, 2021 6:42 pm
