La progettazione delle pale gommate comporta progressi graduali nel tempo

La progettazione delle pale gommate comporta progressi graduali nel tempo

Fuori fa un caldo torrido, la polvere e lo sporco volano ovunque e il rumore ti martella i timpani. Questo è l'ambiente di un tipico cantiere edile nei mesi più caldi, in particolare un grosso lavoro che richiede molto movimento terra; i progetti autostradali e gli impianti di produzione sono esempi perfetti. In inverno, alcuni siti di lavoro si trovano a temperature inferiori allo zero, dove gli equipaggi possono spostare rocce di grandi dimensioni o materiali minerari.

Qualunque sia il momento e il luogo, macchine edili che lavorino in modo efficiente e produttivo e offrano agli operatori cabine sicure da cui lavorare è ciò che tutti i produttori di attrezzature si sforzano di produrre.

Un esempio perfetto è la pala gommata, un elemento base della maggior parte dei lavori di costruzione e dei cantieri di materiali. I caricatori stessi variano in dimensioni da grandi, 20 metri cubi. dalle benne alle piccole macchine utilitarie con la capacità di pochi metri cubi. Per lo più, però, sono noti per essere in grado di sollevare e spostare praticamente qualsiasi cosa: dall'asfalto, allo sporco, alla neve, ai tronchi, prima di spostarli su camion, vagoni ferroviari, scavi o nastri trasportatori.

Le modifiche al design sono la norma
Le pale gommate utilizzano un design di base che non è cambiato molto negli ultimi decenni. Sono dotati di un'ampia benna collegata all'estremità di due bracci caricatori azionati idraulicamente. I secchi possono essere rimossi e sostituiti con accessori o strumenti per eseguire ancora più funzioni.

Ciò che cambia nelle pale gommate è che, nel tempo, i produttori apportano miglioramenti incrementali alla progettazione. Questi progressi sono stati apportati, tra le altre cose, per aumentare l'efficienza del carburante delle macchine e prolungarne gli intervalli di manutenzione, migliorare la facilità d'uso e la sicurezza dell'operatore e fornire funzionalità che offrono tempi di ciclo più rapidi. Per raggiungere questo obiettivo, gli ingegneri lavorano costantemente per sviluppare e migliorare nuove tecnologie per motori e trasmissioni.

"Ogni volta che le aziende apportano modifiche ai propri motori, colgono sempre l'opportunità per introdurre anche nuove funzionalità e miglioramenti ai loro prodotti OEM", ha osservato Hugo Chang, responsabile delle pale gommate e dei prodotti compatti di LiuGong Nord America. “Ad esempio, quando abbiamo lanciato sul mercato i nostri nuovi modelli Tier IV circa due anni fa, abbiamo anche aumentato il carico utile nominale della macchina senza cambiarne molto l'aspetto fisico o la potenza del motore. È stato fatto modificando leggermente il collegamento della barra a Z. “

Dopo aver parlato con esperti e progettisti di diverse aziende produttrici di pale gommate, sono emerse diverse opinioni su come questo macchinario semplice, ma vitale, continuerà ad evolversi nei prossimi anni.

Valore e prestazioni ricercati
Ogni progresso nella tecnologia o nel design di una pala gommata viene ottenuto anche dopo che i suoi produttori hanno trascorso molto tempo ad apprendere esattamente cosa i rivenditori di attrezzature e gli utenti finali desiderano dalle macchine. Questo feedback spesso porta a un delicato equilibrio per i produttori di attrezzature: produrre una pala gommata tecnicamente valida a un prezzo interessante.

"I produttori stanno cercando di orientare le loro pale gommate verso prestazioni migliori in rapporto al rapporto qualità/prezzo", ha spiegato , responsabile prodotto pale gommate presso Case Construction Equipment , "sia per una maggiore produttività per quel litro di carburante utilizzato dagli operatori, sia per giornate di lavoro più lunghe e funzionamento più sicuro. Ciò si traduce anche nella manutenzione e nell'assistenza a lungo termine del prodotto.

“La regola pratica è che lavoriamo sempre sull’efficienza per l’operatore e il gestore della flotta di macchine. Ciò significa anche lavorare continuamente per migliorare i sistemi di propulsione, i sistemi idraulici e di raffreddamento. Come settore, valutiamo costantemente come migliorare questi sistemi e rendere l’utilizzo delle pale gommate un’esperienza migliore per l’operatore”.

Poiché le pale gommate sono un prodotto molto maturo, molti nuovi miglioramenti modificano il modo in cui funziona la struttura di base.

I prodotti in evoluzione come la telematica sono citati dalla maggior parte degli esperti come la nuova tecnologia principale; altri puntano a sviluppi che un giorno presto trasformeranno questi cavalli da lavoro alimentati a diesel in macchine ad alimentazione ibrida.

"Ritengo che la tendenza del settore si stia spostando verso fonti e tecnologie di energia alternativa, simili a quelle dell'industria automobilistica", ha affermato Craig McGinnis, responsabile marketing dei prodotti per le pale gommate di Komatsu America . “Ogni generazione migliora, il che significa che concessionari e clienti possono aspettarsi una quantità crescente di tecnologia sulle loro macchine per aggiungere nuovi livelli di automazione e controllo che migliorano la produttività e le prestazioni della macchina”.

ha aggiunto che questi nuovi componenti elettronici, come la funzionalità completa di scavo automatico di Komatsu, presente sulle pale caricatrici di medie dimensioni del produttore, sono stati progettati per aiutare gli operatori meno esperti a imparare rapidamente come utilizzare le loro macchine.

"In definitiva, ciò significa che i clienti possono mantenere un livello di produzione costantemente elevato, indipendentemente dall'aspetto della loro forza lavoro in un dato giorno", ha continuato.

Attraverso il perfezionamento e l’uso della telematica sulle pale gommate, i dati in tempo reale consentono agli operatori di migliorare le loro prestazioni quotidiane per accelerare i tempi di ciclo, aumentando così la produttività. E, con la giusta intelligenza, possono farlo in modo più sicuro e senza un consumo eccessivo di carburante. Anche i proprietari godono dei vantaggi della telematica perché la tecnologia dà loro la possibilità di vedere in remoto le loro attrezzature in funzione dal vivo per verificare i progressi della produttività del cantiere.

Un esempio di assistenza telematica agli operatori dei caricatori sono i dati forniti sul carico utile della benna per ottenere il carico ottimale. A tal fine, secondo Eric Yeomans dell'azienda, Volvo Construction Equipment ha recentemente aggiornato la sua applicazione di pesatura a bordo Load Assist su molti dei suoi modelli di pale gommate.

"Con questi aggiornamenti, gli operatori ora ricevono informazioni in tempo reale sul carico di ogni benna con una precisione di più o meno 1%, aiutandoli a ridurre i tempi di sovraccarico, sottocarico, ripesatura e attesa", ha spiegato Yeomans, una pala gommata responsabile del prodotto.

Presso Hyundai Construction Equipment , Chad Parker, specialista di prodotto senior e formatore vendite, ha affermato che, proprio come i sistemi telematici vengono utilizzati sui dispositivi di monitoraggio sanitario, prevede che la stessa tecnologia sarà installata sulle pale gommate.

"Prevedo l'arrivo di ulteriori allarmi e sensori che avviseranno gli operatori di condizioni pericolose del terreno, come una sponda in avvicinamento o un pericolo d'acqua", ha previsto. “Diventeranno standard con un sistema di frenatura per fermare la macchina. Questi sensori impediranno inoltre ai bracci della pala gommata di muoversi nel caso in cui vi sia un oggetto in arrivo entro una certa distanza.

Disegni per entusiasmare i consumatori
Sono state offerte diverse opinioni su quale potrebbe essere la "prossima grande novità" sulle pale gommate: quali tecnologie entusiasmeranno i concessionari, i gestori di flotte e gli operatori delle attrezzature.

Dustin Hoogeveen, responsabile distrettuale dell'assistenza prodotti di Hitachi Construction Machinery Loader America, ha previsto che presto sulle sue pale gommate saranno montate telecamere di backup per il monitoraggio aereo 3D, dotate di impostazioni personalizzate della distanza, una funzionalità attualmente in fase di test.

"Hitachi attualmente dispone di caricatori che lavorano su scorie calde tramite controllo remoto, ma posso facilmente immaginare che operazioni ridondanti o ripetitive verranno condotte in modo autonomo anche in futuro", ha aggiunto.

Il suo collega Mel Wade, responsabile tecnico di Hitachi, concorda sul fatto che il funzionamento autonomo è proprio dietro l'angolo, ma aggiunge che i miglioramenti all'efficienza di base delle pale gommate saranno le applicazioni che interesseranno maggiormente le persone.

"La tecnologia delle trasmissioni continua a fare passi da gigante nel fornire prestazioni fluide e affidabili, nonché un'elevata durata", ha spiegato. “La progettazione, l’ingegneria e la produzione a tutti i livelli dei gruppi propulsori hanno reso assali, trasmissioni e motori più affidabili. Ora stiamo riscontrando una potenza elevata del motore e realizzando una maggiore efficienza, senza compromettere la durata”.

Secondo Yeomans di Volvo, i clienti dovrebbero anche aspettarsi di vedere le funzioni della pala gommata che aiutano gli operatori a ottenere la coppia corretta in tutte le situazioni, a mantenere una posizione stabile dell'acceleratore e a ridurre lo slittamento delle ruote.

Alcuni produttori stanno anche esplorando la fattibilità delle pale caricatrici ibride elettriche.

Volvo, ad esempio, ha sviluppato il suo prototipo LX1. Nei test, Yeomans ha affermato di aver ottenuto un miglioramento di circa il 50% nell'efficienza del carburante rispetto ai suoi caricatori frontali convenzionali. Il progresso è dovuto all’uso di una trasmissione composta da motori elettrici e idraulici, un sistema di accumulo dell’energia a batteria, nonché un motore diesel più piccolo e un nuovo design complessivo della macchina. Ha inoltre sottolineato la significativa riduzione dell'inquinamento acustico ottenuta dalla LX1 rispetto alle tradizionali pale caricatrici frontali.

"È importante notare che l'LX1 è un prototipo e che non abbiamo piani immediati per lanciarlo commercialmente", ha aggiunto. “Ma offre uno sguardo sulle nuove tecnologie che stiamo testando”.

Bracci caricatori fondamentali per la progettazione della macchina
I bracci caricatori sono un componente del veicolo dal quale i consumatori non dovrebbero aspettarsi di vedere riprogettazioni radicali con ogni nuovo anno di modello, ha affermato Stemper di Case.

“Fanno parte di un'unità coesa sulla macchina; non sono semplicemente montati e pronti per andare al lavoro”, ha spiegato. “Dipendono anche dal bilanciamento della macchina e dalla potenza che ne deriva. Puoi ingrandire continuamente i bracci del caricatore, ma per ottenere uno sbraccio più lungo dovrai tenere a mente il sottocarro e il telaio.

“Con i bracci caricatori, qualsiasi riprogettazione è un processo lungo e intenso durante il quale potrebbero trascorrere alcuni anni tra un perfezionamento e l'altro. Non è consigliabile apportare modifiche al design dei bracci caricatori perché può influenzare gran parte del design dell'intera macchina."

Uno dei design di base dei caricatori odierni risiede nello stile della configurazione dei bracci. I bracci del caricatore ben progettati consentono una migliore distribuzione del peso, garantendo un trasporto del carico più sicuro e prevenendo la torsione dei bracci e del telaio anteriore della macchina.

La configurazione con cinematismo a Z si è affermata per la sua semplicità e forza di scavo, mentre lo stile a sollevamento parallelo offre agli operatori una migliore visibilità e manovrabilità.

Ancora un altro progetto utilizza un braccio di tiro, o una disposizione telescopica, ha riferito Tammi Snodgrass, responsabile marketing nazionale di Takeuchi US

"L'utilizzo di questi bracci su una pala gommata offre all'operatore uno sbraccio aggiuntivo, una maggiore altezza di scarico e la capacità di impilare e posizionare materiali nelle applicazioni edili e agricole", ha affermato.

Chang, presso LiuGong North America, ritiene che il collegamento a Z sia un design del braccio caricatore “abbastanza collaudato” e che ritiene sia il migliore per la macchina della sua azienda.

"Si tratta di un design collaudato, che rappresenta circa l'80-90% di tutti i bracci caricatori sul mercato", ha aggiunto.

Alla Hyundai, però, Parker ritiene che i bracci a sollevamento parallelo stiano tornando alla ribalta grazie a una migliore ingegneria.

"Le macchine che li utilizzano hanno una visibilità estrema senza l'ostruzione di un collegamento a Z o di una barra parallela di torsione", ha spiegato. "Si ottengono i vantaggi di un'elevata forza di strappo, della massima visibilità e della possibilità di scegliere il livello di carico utile."

Gli ingegneri di Hitachi stanno attualmente testando un braccio sulle sue pale che è una combinazione dei due progetti principali.

"La configurazione PZ [parallela, collegamento a Z] mantiene il meglio di entrambi i mondi: meno parti da manutenere, maggiore forza di strappo a livello del suolo, capacità di mantenere il sollevamento parallelo durante il ciclo di sollevamento", ha descritto Wade. "In futuro, la macchina rileverà e si regolerà automaticamente durante il ciclo di sollevamento per mantenere la sua migliore capacità di sollevamento a livello."

Altri allegati specializzati in arrivo
Gli esperti di pale gommate prevedono che gli accessori (e le benne) per la macchina continueranno a essere perfezionati, principalmente da fornitori post-vendita. Queste aziende possono concentrarsi sulla produzione di componenti specifici per pale gommate senza dover sviluppare l'intera macchina. Ma, una volta perfezionato un accessorio, i produttori di caricatori lavorano per progettare il loro prodotto in modo che funzioni meglio con quell'accessorio.

Ad esempio, la benna a scarico laterale si è evoluta da una benna standard quando gli appaltatori hanno richiesto una pala che potesse farlo.

"Vediamo che le attrezzature diventano sempre più specializzate, a seconda dell'applicazione, dell'ambiente del cantiere, del materiale, della densità del materiale, dell'esperienza dell'operatore e persino delle condizioni meteorologiche", ha affermato Sam Shelton, responsabile marketing di Hitachi. “Il peso dell’accessorio stesso in alcune applicazioni è significativo. I clienti cercano accessori che durino, non aggiungano peso aggiuntivo, siano bilanciati e si riempiano rapidamente senza resistenza. Ciò riduce i tempi ciclo, con conseguente aumento della produttività”.

Hitachi studia costantemente la forma della benna per aumentare l'efficienza dell'utensile, ha affermato Wade. Ciò include lo studio di modi per ridurre la resistenza della benna e facilitare il riempimento, il che, a sua volta, consente di risparmiare sull’usura delle attrezzature, sul consumo di carburante e sulle spese operative complessive.

La maggior parte degli OEM offre una gamma completa di benne e accessori progettati per un tipo specifico di lavoro. Le applicazioni che richiedono una forza di strappo moderata sono standard in tutto il settore, ma alcune aziende, come Volvo, offrono pale gommate con benne per impieghi gravosi e per uso generale realizzate con acciaio resistente all'usura per prestazioni di lunga durata. Il produttore dispone anche di unità con benne da roccia a bordo dritto per caricare materiale facilmente frantumabile dalle rive, nonché benne da roccia con benne a vanga per estrarre materiale duro e pietroso e roccia sparata.

"È importante che gli appaltatori sappiano che il volume della benna da solo non è una misura adeguata della capacità di una pala caricatrice: il fattore cruciale è la capacità di una pala gommata di riempire la benna durante ogni passaggio", ha affermato Yeomans di Volvo.

Le benne per uso generale sono il modello di benna più comune per garantire il massimo riempimento e la massima ritenzione del materiale sulle pale gommate. Il design funziona meglio nella movimentazione quotidiana dei materiali o quando si lavora in un'ampia gamma di densità, come gli aggregati generali nelle costruzioni.

"Gli appaltatori che lavorano su terreni accidentati e difficili potrebbero voler aggiungere strumenti resistenti e che coinvolgano il terreno per migliorare le prestazioni della pala gommata e della benna", ha spiegato Aaron Kleingartner, responsabile marketing di Doosan Infracore North America. “Molti produttori, come Doosan , offrono un vasto numero di opzioni di denti imbullonati intercambiabili per benne generiche, per materiali leggeri e multiuso. I denti saldati vengono generalmente offerti per le benne per impieghi più pesanti, come le benne da roccia, per ridurre l'usura.

Gli accessori utilizzati sui caricatori possono variare da una tradizionale benna imperniata alle pinze che richiedono linee idrauliche e controlli aggiuntivi.

Presso Komatsu, molti dei suoi caricatori sono dotati di comandi dell'attrezzatura di lavoro a leva singola con un interruttore ausiliario integrato che consente all'operatore di controllare l'accessorio con il pollice.

"Man mano che rilasciamo nuovi modelli, aggiorniamo continuamente il design della nostra benna", ha osservato Craig McGinnis dell'azienda. “Le pale caricatrici WA500-8 e WA600-8 sono dotate di nuove benne con prestazioni di carico migliorate che aumentano l'efficienza complessiva della macchina. La WA480-8, per esempio, sfoggia un nuovissimo design della benna con curve generose sulle pareti laterali per una migliore penetrazione del palo. Questa caratteristica di progettazione migliora anche le prestazioni di trasporto, riducendo la fuoriuscita di materiale durante gli spostamenti nel cantiere.

Rinnovare l'ufficio
Dato che gli operatori devono lavorare molte ore all'interno della cabina, proprio come in un ufficio, ultimamente si è posta l'accento sul rendere l'esperienza quanto più intuitiva e confortevole possibile. Ciò, ovviamente, porta a una migliore produttività e, si spera, significherà una riduzione del turnover dei dipendenti per gli appaltatori.

"Se la macchina è troppo complessa o l'utente non è sicuro di come usarla, non ne ricaverà nulla", ha affermato Stemper di Case. “Vogliamo migliorare i sistemi e il modo in cui si interfacciano più facilmente con l'utente. Poiché il numero di operatori formati ed esperti sembra ridursi, stiamo cercando di ridurre la curva di apprendimento in modo che possano essere produttivi ed efficienti sulle macchine nelle prime fasi della loro carriera”.

Ogni produttore di caricatori cerca di migliorare la visibilità e l'ergonomia all'interno della cabina, installando anche interni in stile automobilistico con linee più pulite. Gli esperti di prodotto vedono una migliore visibilità dell'operatore all'orizzonte a complemento dell'angolo inferiore e dei finestrini delle porte già integrati in molti caricatori. Vengono prodotti anche sistemi di rilevamento che offrono alle cabine e alle piattaforme una visione a 360 gradi.

Ad esempio, presso Case, l'azienda ha ridisegnato la cabina delle sue pale gommate serie G di grandi dimensioni sostituendo il finestrino anteriore a tre vetri con un vetro a vetro singolo che arriva quasi dal pavimento al soffitto per migliorare la visibilità nell'ambiente. davanti. Inoltre, c'è più vetro nella parte posteriore e sui lati, insieme alle telecamere per la retromarcia standard su ogni modello, ha affermato Stemper.

Per evitare che il rumore del cantiere interferisca con la capacità dell’operatore di concentrarsi sul proprio lavoro, i produttori stanno anche progettando un migliore isolamento acustico con dispositivi di cancellazione del rumore.

Tra le altre caratteristiche previste all'interno della cabina del caricatore ci sono comunicazioni a mani libere e sensori migliorati in grado di leggere, analizzare e rispondere ai cambiamenti del terreno, dei materiali, del comportamento dell'operatore, ecc., il tutto senza intervento da parte dell'operatore.

“La scienza dell’ergonomia è in continua evoluzione, soprattutto per quanto riguarda i controlli dell’operatore”, ha aggiunto Wade di Hitachi. “Ad esempio, abbiamo appena aggiornato lo sterzo tramite joystick per renderlo più ergonomico. Presto i comandi idraulici del caricatore faranno parte del gruppo sedile. Sono coerenti con il movimento dell'operatore, piuttosto che con i comandi situati sulla console fissa. “

Infine, la qualità dell'aria all'interno della cabina viene affrontata attraverso filtraggio controllato, cabine ermeticamente sigillate e sistemi di filtraggio dell'aria opzionali per le aree a rischio ambientale.

Gli OEM utilizzano il feedback dei clienti
Ogni miglioramento progettuale delle pale gommate è fortemente influenzato da ciò che i produttori chiamano “Voice of Customer” o, in breve, VOC.

Doosan, ad esempio, collabora regolarmente con i propri clienti e concessionari per raccogliere feedback sui propri prodotti e utilizza i dati per potenziare e migliorare i propri prodotti. Secondo Kleingartner dell'azienda, gli input raccolti dal processo VOC hanno portato a miglioramenti nelle iterazioni delle pale gommate Doosan che hanno prodotto nuovi sviluppi in termini di produttività, prestazioni, comfort dell'operatore, visibilità ed efficienza del carburante.



"Il COV è probabilmente il feedback più importante che riceviamo", ha affermato Stemper di Case. “Gli ingegneri tendono a pensare a questi prodotti in modo diverso rispetto ai clienti. Nella nostra azienda ci concentriamo sulle esigenze dei clienti e valutiamo ciò che chiedono. Ma cerchiamo anche di capire cosa implicano in ciò che chiedono. Non sono solo le parole specifiche che vengono dette, ma il modo in cui vengono dette e il contesto in cui vengono dette a darci la massima comprensione dei loro bisogni.


"Parte di questo processo consiste anche nel recarsi dove stanno utilizzando l'attrezzatura e osservarli mentre lo fanno mentre cercano di comprendere le sfumature del loro feedba