Sistemi antivibrazioni per i trattori, una sfida tecnologica

Molto tempo è passato da quando l'unico mezzo di attenuazione delle vibrazioni sui trattori era, a parte gli pneumatici, uno spartano sedile costituito da un guscio in lamiera supportato da una semplice molla a "U". Oggi i sedili, le cabine, gli assi, le sospensioni e gli pneumatici di nuova generazione si combinano per elevare il comfort e la sicurezza a livelli prima inimmaginabili

Itrattori e le altre operatrici semoventi sono mezzi complessi, costruiti per svolgere in campo (ovvero fuori strada) operazioni molto differenziate, a volte anche contemporaneamente; non è pertanto facile individuare le cause delle vibrazioni, e parimenti è solitamente piuttosto arduo intervenire per minimizzare il disturbo.

Sui trattori, le principali sorgenti vibrazionali ad alta frequenza sono costituite dal motore, dal cambio e dagli organi attivi dell’impianto idraulico e, quando presente, di quello pneumatico. Viceversa, l’impatto tra gli organi di propulsione (pneumatici e cingoli) e il terreno, specie nella marcia su superfici compatte e ad alta velocità, genera vibrazioni a bassa frequenza, che tra l’altro sono quelle che arrecano di gran lunga il maggior disturbo e danno all’operatore. In questo caso, le vibrazioni dipendono dalle sollecitazioni a cui il mezzo è sottoposto, la cui entità è correlata sostanzialmente alla velocità e alle sconnessioni della superficie del terreno. Non è poi da trascurare il contributo fornito da talune attrezzature trainate o portate, che possono condizionare pesantemente il comfort vibrazionale del trattore a cui sono collegate.

Sulle operatrici semoventi (mietitrebbiatrici, falciatrinciacaricatrici, vendemmiatrici, raccoglitrici di pomodoro, barbabietole, patate, ecc.), oltre a quanto illustrato per il trattore bisogna tenere presente che il movimento degli organi di raccolta (rotori, battitori, ventilatori, coclee, ecc.), influisce spesso in maniera significativa sul livello globale.

 

Il problema normativo

L’entrata in vigore della direttiva comunitaria 2002/44/CE, che stabilisce valori massimi per l’esposizione vibrazionale dei lavoratori, compresi quelli impegnati nel settore agricolo, ha posto i costruttori di macchinario (che è la principale sorgente di vibrazioni) di fronte ad un problema attualmente non ancora completamente risolto, ovvero la produzione di livelli che al posto di lavoro (in pratica quello di guida) spesso superano di gran lunga i limiti previsti.

Tra l’altro, al di là di un’inadempienza tecnica tuttora difficile da colmare in considerazione dei limiti particolarmente severi imposti (e francamente non del tutto giustificati, anche tenendo conto di criteri piuttosto restrittivi in termini di salute dell’operatore), bisogna considerare l’oggettiva difficoltà di applicazione pratica del disposto della normativa, che considera tipicamente un’esposizione giornaliera, certamente valida per l’ambito industriale, ma non certo per quello agricolo, che basa la sua tipica temporalità sull’avvicendarsi delle stagioni, quindi con una cadenza annuale delle lavorazioni.

 

Diverse soluzioni operative

Se sul parametro rumore il moderno macchinario agricolo si può ormai definire come relativamente confortevole e, tranne alcuni casi ben individuati, in grado di rispettare ampiamente i limiti vigenti, non così si può dire per le vibrazioni, per le ragioni illustrate. Il progresso tecnico deve quindi compiere ancora diversi passaggi per poter ottemperare ai requisiti normativi.

Tralasciando in questo contesto i rimedi di tipo attivo, ovvero tutti quegli interventi finalizzati a ridurre alla fonte la generazione di vibrazioni (che comunque applicati in modo sistematico hanno permesso di dare un significativo contributo alla riduzione dell’esposizione vibrazionale dell’operatore agricolo), è indubbio che gli sforzi dei progettisti si siano concentrati ormai da decenni sulla riduzione passiva dei livelli vibrazionali a carico del conducente, intervenendo sul complesso sedile-cabina-asse anteriore, dotando questi componenti di sistemi di sospensione.

 

Il ruolo degli pneumatici

Può sembrare scontato, ma gli pneumatici possono agire in modo estremamente positivo (o, all’opposto, negativo) nella trasmissione delle vibrazioni a bassa frequenza verso il posto di guida. A fronte di un potenziale maggior input vibrazionale attuale, provocato dall’aumento della velocità di esecuzione delle lavorazioni di campo e dei trasferimenti, va detto che fortunatamente l’evoluzione tecnologica delle coperture ha portato a un diffuso beneficio.

In particolare, l’aumento della larghezza di sezione (anche oltre 7-800 mm per i trattori di potenza elevata) e la diminuzione dei valori tipici della pressione di gonfiaggio (1 bar e anche meno) hanno contestualmente comportato un significativo incremento dell’area di contatto con il suolo, a tutto vantaggio dell’assorbimento delle asperità e delle irregolarità della superficie.

Ma è con l’introduzione degli pneumatici ad alta flessibilità dei fianchi, contraddistinti dalle diciture IF (Increased Flexion) e soprattutto VF (Very high Flexion) che si è ottenuto un significativo beneficio, in considerazione della migliorata elasticità dei fianchi della copertura, in modo da smorzare efficacemente l’input vibrazionale proprio nell’asse ergonomicamente più pericoloso, ovvero quello verticale.

 

Il sedile

E’ stato considerato da sempre l’elemento base per migliorare il comfort vibrazionale sui trattori. Da diversi decenni ormai tra la base del posto di guida e la seduta viene interposta una sospensione di vario tipo (meccanica, idraulica o pneumatica), in grado di modificare la trasmissione delle vibrazioni alle basse frequenze verso l’operatore.

Oltre al supporto meccanico, spesso basato su un dispositivo a pantografo o a parallelogramma articolato comunque dotato di molle, è sull’elemento smorzatore delle oscillazioni che si è concentrata l’evoluzione tecnica. Dopo un primo – peraltro lungo – periodo di applicazione di una forcella meccanica o idraulica, ci si è orientati abbastanza di recente sulle molle ad aria, costituite da un contenitore elastico generalmente di conformazione cilindrica, che viene gonfiato ad opera di un piccolo compressore alimentato dalla batteria del veicolo, a pressioni variabili in funzione della massa del conducente. In tal caso, il vantaggio è quello di poter attivare una regolazione, su alcuni modelli anche automatica, della rigidezza della molla ad aria, in modo da ottimizzare l’azione di smorzamento. Infatti, poiché l’efficacia dell’attenuazione vibrazionale del sedile è influenzata in maniera sensibile proprio dalla massa dell’operatore, il dispositivo di sospensione dovrebbe sempre essere regolato di conseguenza con attenzione e scrupolo, operazione peraltro che nella realtà è purtroppo trascurata in modo generalizzato. Così facendo, si vanifica gran parte dell’efficacia operativa della sospensione, giungendo talvolta (come inequivocabilmente dimostrano diverse ricerche in merito) all’effetto opposto, ovvero all’aumento del livello vibrazionale sul piano del sedile rispetto alla sua base.

La più recente acquisizione in tema di sospensioni del sedile è quella di tipo semi-attivo, in grado di smorzare in modo maggiormente efficace le vibrazioni “leggendone” l’input e producendo un movimento in controfase atto a mantenere praticamente neutro l’effetto sulla seduta dell’operatore. In pratica, il movimento del sedile, di solito nella sola direzione verticale, viene monitorato tramite un sensore di posizione coadiuvato eventualmente da un accelerometro, i cui segnali sono elaborati in tempo reale da un microprocessore che agisce sull’ammortizzatore. In quest’ultimo risiede la vera novità: una soluzione comune è l’impiego all’interno di esso di un fluido cosiddetto “reologico”, che modifica la sua viscosità in relazione all’esposizione ad un campo magnetico modulato opportunamente dal microprocessore in relazione all’input vibrazionale, in modo da far variare appunto la viscosità del fluido e quindi la rigidezza dello smorzatore.

Tutti i principali produttori di sedili per veicoli da lavoro, compresi quindi i trattori e le operatrici semoventi, offrono pertanto sedili a sospensione semi-attiva, in grado di monitorare l’input vibrazionale con una frequenza molto alta (anche di 70 volte al secondo) e adeguare quindi praticamente in tempo reale la risposta ottimale della sospensione, con una riduzione del disturbo che secondo i costruttori può arrivare sino al 40%.

 

La cabina

è ormai una tecnologia applicata in modo generalizzato quella di isolare la cabina (e, in pratica, tutti gli abitacoli provvisti di piattaforma) rispetto al corpo macchina tramite l’interposizione di tasselli antivibranti (i cosiddetti silent-blocks), solitamente costituiti da distanziali in gomma ad alta densità. Si tratta di dispositivi che si rivelano efficaci nell’attenuare le vibrazioni ad alta frequenza (superiori a 20-30 Hz circa) che a causa delle ampie pannellature e vetrature presenti potrebbero trasformare l’abitacolo in una pericolosa cassa di risonanza, con incrementi notevoli del livello sonoro all’orecchio del conducente.

Tuttavia, per un effettivo comfort del conducente, e quindi per lo smorzamento delle vibrazioni inferiori a 15-20 Hz, da diversi anni sono stati interposti dei veri e propri dispositivi di sospensione, a sostituire tutti o in parte i silent-blocks.

Si tratta di soluzioni differenziate che a partire dalla classica combinazione molla-smorzatore meccanico sono arrivate più di recente alla sospensione pneumatica. In alcuni casi, sui trattori di alta gamma sono addirittura offerte due o più combinazioni, in modo che l’utilizzatore possa scegliere la tipologia più adatta alle proprie esigenze e possibilità economiche.

 

L’asse anteriore

Introdotta per annullare – o quantomeno abbattere in modo notevole – il fastidioso fenomeno del beccheggio, ovvero quel saltellamento a volte molto accentuato che tipicamente si innesca nel traino di operatrici ad alta velocità su strada asfaltata, la sospensione dell’asse anteriore del trattore si è nel tempo evoluta in modo da ridurre piuttosto efficacemente anche il livello vibrazionale globale al posto di guida.

Anche in questo caso inizialmente ci si è orientati su una sospensione integrale dell’intero ponte anteriore, con il classico insieme molla-smorzatore, coadiuvato nell’occasione da uno o più assorbitori di shock ad azoto. Le differenze tecniche riguardano sostanzialmente il fluido impiegato nella parte dello smorzatore, che generalmente è olio idraulico, sostituito talvolta (per una miglior operatività nei climi particolarmente rigidi) dall’aria compressa, perché quest’ultima non muta sostanzialmente la sua viscosità al variare della temperatura.

Con l’affinarsi della tecnica e la contestuale riduzione dei costi, l’applicazione della sospensione dell’asse anteriore è stata progressivamente estesa (spesso comunque solo a richiesta come optional) a tutti i modelli di pieno campo e, a partire da 7-8 anni fa, anche sulle macchine specializzate da vigneto e frutteto. Anzi, in questo specifico segmento produttivo è stata lanciata recentissimamente un’interessante versione di sospensione anteriore a parallelogramma articolato e semiassi indipendenti di concezione automobilistica, con gli ulteriori vantaggi, oltreché sul comfort vibrazionale, anche relativi ad una maggior efficacia in termini di stabilità della macchina nelle sterzate e nelle frenate.

 

La sospensione integrale

Si tratta di una soluzione che prevede la sospensione integrale dell’intero corpo macchina su entrambi gli assi. E’un’opzione ancora raramente adottata sui trattori tipicamente agricoli, ma che oggettivamente dal punto di vista del comfort vibrazionale offre benefici tuttora insuperati, specialmente nella marcia a velocità molto elevata, tipicamente superiori a 40 km/h, e quindi oggi praticabili in ambito agricolo solamente in alcuni Paesi stranieri (quindi non in Italia) e in condizioni ben circostanziate.

In ogni caso, considerando le continue e pressanti richieste in termini di aumento delle velocità operative, si prevede che in un futuro nemmeno troppo lontano si possano mettere a punto trattori agricoli che offrano le necessarie garanzie di sicurezza stradale a velocità di 50, 60 km/h e più, e quindi anche il comfort vibrazionale debba necessariamente soddisfare requisiti crescenti, tramite l’adozione di misure efficaci quali proprio la sospensione integrale dell’intero veicolo.