Ridurre il consumo di carburante fino a 10.000 litri

Una nuova pompa a cilindrata variabile per un conveniente Load Sensing nei trattori di media – bassa potenza

Un trattore di potenza pari a 90 CV dove può essere installata la pompa A1VO

Un minore consumo di carburante riduce i costi d’esercizio e le emissioni di scarico dei trattori. In tale ottica, l’idraulica di lavoro rappresenta un fattore chiave. Nei trattori di alta potenza, quindi, è già consolidata l’adozione di sistemi Load Sensing con pompe a pistoni assiali a cilindrata variabile. La nuova pompa a pistoni assiali A1VO di Bosch Rexroth, sviluppata in base alla filosofia “just enough”, ma con notevoli peculiarità che la contraddistinguono, tra le quali compattezza ed efficienza, fornisce ora, per la prima volta, le prestazioni e le funzionalità necessarie per l’impiego nei trattori di media-bassa potenza  fino a 90 CV, rispondendo al contempo ai requisiti di economia e idoneità applicativa. Secondo simulazioni realistiche, il suo utilizzo consente di risparmiare dal 10 ad oltre il 15% di carburante in cicli di carico tipici, con risparmi corrispondenti, vale a dire circa 10.000 litri di carburante considerando 6.000 ore d’esercizio.

Il fattore economico richiede una concezione Open Center

Negli equipaggiamenti mobili, quali ad esempio trattori, altre macchine agricole o veicoli per l’edilizia, l’energia necessaria al movimento viene erogata dall’idraulica di lavoro: tale sistema offre, infatti, un’elevata densità di potenza e, grazie alla concezione modulare, si adatta piuttosto agevolmente negli angusti spazi consentiti dagli equipaggiamenti mobili. La potenza idraulica si mantiene costantemente elevata sull’intero range di temperatura ambiente; inoltre, vi sono molte possibilità di controllo per movimenti delicati.

L’energia necessaria per azionare la pompa viene trasmessa dal motore Diesel alla pompa idraulica contigua. La pompa eroga la portata necessaria, che varia in base alla velocità di rotazione della pompa. Le pressioni di lavoro tipiche sono comprese fra 200 e 250 bar. Vi sono attualmente due approcci riguardo al problema.

Il sistema Open Center rappresenta una soluzione frequente nelle applicazioni mobili. In tal caso, una pompa a cilindrata costante preleva il fluido da un serbatoio, generando la portata. Quando l’idraulica di lavoro non è necessaria, la pompa fa ritornare il fluido nel serbatoio ad una pressione prossima allo zero, attraverso una o più valvole direzionali di controllo. La potenza idraulica prodotta dipende direttamente dalla potata erogata dalla pompa (che è funzione del regime di rotazione del diesel) e dalla pressione di lavoro richiesta. I sistemi Open Center risultano vantaggiosi sotto il profilo energetico nel caso di macchine agricole che richiedano costantemente tutta  la potenza idraulica erogata dalla pompa: in tal caso, infatti, le valvole di controllo direzionale determinano soltanto lievi perdite di energia.

Per contro, nel caso di condizioni di utilizzo delle utenze idrauliche fortemente variabili, i semplici sistemi Open Center offrono un’efficienza molto minore, poiché la portata erogata dalla pompa (proporzionale al regime del motore Diesel) è spesso superiore a quella necessaria. Per i trattori di media-bassa potenza fino a 90 CV, considerazioni di ordine economico inducono attualmente ad adottare il circuito aperto nella forma più semplice, utilizzando una pompa ad ingranaggi (di tipo a cilindrata costante). Nella pratica, quando occorrono movimenti idraulici, gli operatori spesso impostano il regime massimo in modo da disporre sempre della massima potenza erogata dal motore Diesel, anche quando l’idraulica non lo richiede ai fini del movimento previsto. Tutto ciò si traduce in consumi di gasolio inutilmente elevati, poiché la pompa muove più fluido di quanto effettivamente necessario.

Un controllo di portata proporzionale al fabbisogno

Nella forma più semplice, i sistemi Load Sensing sono composti da una pompa a cilindrata variabile, dalle valvole di controllo e dagli attuatori idraulici. La pompa genera la portata necessaria a garantire una pressione differenziale costante attraverso la valvola di controllo; un apposito dispositivo di regolazione nella pompa, collegato idraulicamente alla valvola di controllo, regola l’inclinazione del gruppo pompante della pompa a cilindrata variabile. Raggiunto il punto di equilibrio, la pompa mantiene la posizione raggiunta dal gruppo pompante, erogando solo la portata richiesta. Quando l’idraulica di lavoro richiede una portata maggiore, la variazione del differenziale di pressione attraverso la valvola di controllo, provoca, attraverso il dispositivo di regolazione della pompa, una variazione della cilindrata facendo aumentare la portata erogata. Grazie al sistema Load Sensing, la pompa a cilindrata variabile preleva dal motore Diesel soltanto la potenza effettivamente necessaria.

Nei trattori di di potenze superiori a 180 CV, i sistemi Load Sensing sono lo standard generalizzato ormai da anni: essi, infatti, assicurano nel sistema un controllo di portata proporzionale al fabbisogno, anche per i movimenti paralleli effettuati da utenze multiple, garantendo così una maggiore produttività. Tali sistemi, inoltre, funzionano con maggiore efficienza energetica in condizioni di carico parziale. Sempre più costruttori adottano tale principio anche nella categoria di potenza media, fra i 110 e i 180 CV. Un altro fondamentale fattore a favore di tale tendenza è la normativa sui gas di scarico TIER 4 final. Tale normativa richiede significative modifiche alla tecnologia motoristica, volte a ridurre i regimi dei giri e ad aumentare l’efficienza dei sistemi idraulici. Anche in tal caso, i sistemi Load Sensing offrono un contributo importante, consentendo ai costruttori di far funzionare i loro motori Diesel a regimi inferiori, oppure di utilizzare motori più piccoli. Entrambe le applicazioni di tale sistema si traducono in una riduzione di emissioni e in minori consumi.

Le pompe a pistoni assiali disponibili sul mercato coprono a dovere le esigenze dei trattori di  media e alta potenza; la grande varietà delle funzionalità consente ai costruttori di implementare soluzioni personalizzate. Al contempo, l’unità di controllo elettronica va crescendo d’importanza nell’idraulica per applicazioni mobili: tendenza, questa, che sta spostando verso l’ambito software funzionalità tradizionalmente appannaggio dell’idraulica pura. Rexroth sta facendo progredire il networking fra controllo elettronico dell’idraulica e unità di controllo elettronico del motore Diesel, per sfruttare appieno i vantaggi del controllo proporzionale al fabbisogno.

Una nuova categoria di prodotto per trattori di  media-bassa potenza

La pompa a cilindrata variabile a pistoni assiali A1VO, a bordo dei trattori di media-bassa potenza, può arrivare a ridurre il consumo di carburante fino a 10.000 litri considerando 6.000 ore d’esercizio.

Questi i principi in base ai quali Rexroth ha progettato la nuova pompa a pistoni assiali a cilindrata variabile A1VO. Questo componente, riducendo nettamente la differenza di prezzo rispetto alle pompe a cilindrata fissa, consente di ammortizzare molto rapidamente i maggiori costi iniziali con sensibili risparmi di carburante. I progettisti hanno adattato la concezione della pompa ai requisiti dei trattori di media-bassa potenza, forti dell’esperienza del leader di mercato globale nelle pompe a pistoni assiali. Per la nuova serie A1VO, da 35 cc di cilindrata, Rexroth ha ridotto il numero di pistoni da nove a sette. La pompa a pistoni assiali è progettata per regimi fino a 3.000 giri al minuto. Essa raggiunge una pressione di lavoro di 250 bar e una pressione massima di 315 bar, per una portata massima di 105 l/min. Tali dati corrispondono alle prestazioni delle pompe ad ingranaggi di pari dimensioni, la soluzione generalmente utilizzata. L’elevata efficienza della A1VO, pari a circa il 90%, è vicina allo stato dell’arte; una presa di moto passante universale consente, inoltre, di abbinarla agevolmente ad altri tipi di pompe. Anziché modificare la piastra, qui è sufficiente un semplice adattatore passante intercambiabile.

Esempio di applicazione su forklift.

Con A1VO, Rexroth ha spostato tutte le porte dal corpo alla flangia di attacco; le porte di aspirazione e di mandata si trovano in posizione contrapposta. Ciò riduce sensibilmente le tipologie costruttive, riducendo i costi di produzione. La flangia di attacco ospita, inoltre, i dispositivi di regolazione a cartuccia. Le dimensioni e le interfacce meccaniche sono simili a quelle delle pompe ad ingranaggi a cilindrata fissa: tale soluzione agevola agli OEM il passaggio ai sistemi Load Sensing, in quanto essi possono integrare la nuova A1VO anche in concezioni preesistenti con sforzi progettuali minimi. In assenza di alternative convenienti, i costruttori di trattori di  media-bassa potenza hanno finora impiegato per l’idraulica di lavoro sistemi Open Center senza regolazione; tuttavia, l’utilizzo tipico di queste macchine, con prolungati periodi di utilizzo senza carico o in carico parziale, induce alla conversione verso sistemi Load Sensing. Con la sua nuova pompa a pistoni assiali a cilindrata variabile, concepita esattamente in base alle esigenze del mercato, Rexroth ha consentito per la prima volta ai costruttori di impiegare in modo conveniente i sistemi Load Sensing, di maggiore efficienza energetica, anche nella categoria dei trattori di media-bassa potenzafino a 90 CV.

La pompa A1VO viene utilizzata anche sui forklift fino a 4 tonnellate.

Efficienza, risparmio e sostenibilità

Per la pompa a pistoni assiali a cilindrata variabile A1VO, Bosch Rexroth è stata premiata con il riconoscimento “segnalazione” nell’ambito del concorso novità tecniche Eima 2012.

Il concorso, che dal 1986 FederUnacoma rivolge a tutte le aziende espositrici, intende premiare e valorizzare i prodotti innovativi proposti dall’industria di settore a servizio di attività agricole e di gardening sempre più all’avanguardia in termini di qualità produttiva, di sicurezza e di sostenibilità ambientale.

Il comitato scientifico, composto da rappresentanti FederUnacoma ed Enama e da docenti e tecnici di università e centri di ricerca attivi nei settori interessati, ha riconosciuto nel prodotto di Bosch Rexroth il merito speciale di coniugare efficienza, affidabilità e risparmio energetico nel contesto di un’applicazione che presentava una complessa sfida tecnologica. La pompa a cilindrata variabile a pistoni assiali A1VO, concepita per il settore dei trattori di media-bassa potenza, può arrivare a ridurre il consumo di carburante fino a 10.000 litri considerando 6.000 ore d’esercizio. Rispetto alle pompe a cilindrata fissa, la nuova pompa a cilindrata variabile riduce il differenziale di costo da consentire, per la prima volta, un conveniente passaggio dalla tradizionale concezione Open Center a un sistema Load Sensing. In tale concezione, la potenza idraulica viene richiamata soltanto e secondo quanto effettivamente richiesto. Da simulazioni effettuate su un trattore con  motore Diesel da 90 CV e utilizzo in modalità mista, il consumo di carburante si riduce del 10-15% per ora d’esercizio.

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