ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE STATALE “L. NOBILI”
Via Makallè, 10 – 42100 REGGIO EMILIA
C.F. 80012550358
tel. 0522 921433 - FAX 0522 517268
e-mail: [email protected] – http://www.itisnobili.org
IMPIANTO IDRAULICO IDROGUIDA ELETTRONICA
PROGETTO 5^ A SERALE
RESPONSABILE COORDINAMENTO PROGETTO: prof. Orles FERRETTI.
COLLABORATORI ESECUTIVI parte oleodinamica e meccanica: prof. Giuseppe
PROFETA, prof. Zeno PANARARI.
Collaboratori Esecutivi parte Elettrica: prof. Daniele SIRONI,
prof Flavio
MONTICELLI.
DITTE:
WALVOIL S.p.A. via ADIGE 13/D 42100 REGGIO EMILIA (fornitore valvola).
REGGIANI e MONZALI via F.lli GUERRA 20 42100 REGGIO EMILIA (fornitore tubi
flessibili).
BARANI NATALE E FIGLI S.p.A. via CAFIERO 24/A 42100 REGGIO EMILIA
(fornitore filtro e raccorderia oleodinamica).
OLEODINAMICA RUBIERESE via BRUNELLESCHI 11 42048 RUBIERA REGGIO
EMILIA (fornitore raccorderia oleodinamica).
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Software utilizzato: LabVIEW Control
Componentistica utilizzata:
a)alimentatore di potenza a 24V per la valvola;
b)alimentatore di potenza a 5V per i potenziometri;
c)scheda di acquisizione dati NATIONAL INSTRUMENT 6009 USB.
d)due basette con relè per invio segnale di potenza alla valvola di scambio
e)una basetta con due diodi per invio segnale modulante a valvola
proporzionale.
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SISTEMA STERZANTE
Nell’ipotesi che il carico e il peso proprio siano ripartiti in parti uguali sulle quattro
ruote, un veicolo sarà in grado di percorrere regolarmente una curva e cioè senza
scorrimenti trasversali, se le quattro ruote rotolano senza strisciare.
Questa condizione è soddisfatta quando le ruote percorrono archi di cerchio
concentrici.
In tal caso le traiettorie descritte dai centri delle quattro ruote sono archi di
circonferenze paralleli e gli assi delle ruote s’incontrano in un punto C che è il centro
d’istantanea rotazione del complesso.
Mentre il veicolo percorre la curva, le ruote posseggono un movimento di rotazione
attorno al proprio asse e un moto di rivoluzione attorno al centro istantaneo.
Evidentemente questo centro, dovendo essere comune agli assi delle ruote, verrà a
trovarsi nel punto d’incontro dei prolungamenti degli assali.
La distanza del centro istantaneo C dal centro dell’assale posteriore varia in funzione
dell’angolo di sterzatura.
La convergenza degli assi di rotazione in un unico centro i istantaneo è sempre
realizzata quando il veicolo è provvisto di assale anteriore girevole attorno ad un
perno centrale o ralla, come accade sui carri a trazione animale e per i rimorchi, che
sono muniti di un timone per la direzione ed il traino.
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E’ chiaro che un veicolo con assale girevole non può essere realizzato in quanto
provocherebbe una insufficiente stabilità dello stesso nelle curve strette perché il
poligono di appoggio delle ruote si restringe aumentando l’angolo di sterzatura fino al
ribaltamento.
Tali problematiche si eliminano impiegando un assale rigido fisso, ciò comporta però
che esso dovrà essere composto da supporti per i fuselli delle ruote sterzanti. Anche
nel caso dell’assale fisso, per evitare scorrimenti e sbandamenti del veicolo in curva,
gli assi di rotazione delle quattro ruote debbono convergere, durante la sterzatura, in
un unico centro istantaneo di rotazione.
Ciò non avviene se le ruote anteriori deviano dello stesso angolo, perché in tal caso gli
assi dei rispettivi fuselli incontrano l’asse delle ruote posteriori in due punti distinti
C1 e C2.
Il Sistema possiede dunque due centri di rotazione e per questo si verifica uno
scorrimento laterale e pertanto il veicolo sbanderà.
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SOLUZIONE COL QUADRILATERO DI ACKERMAN – JEANTAUD
La soluzione del problema sta in questa definizione :
Affinché gli assi di rotazione delle quattro ruote s’incontrino in un unico punto è
necessario che le ruote direttrici siano sterzate di angoli diversi. Come dimostra la
figura che segue, l’angolo di sterzatura della ruota interna deve essere maggiore di
quello della ruota esterna a>b. In questo caso le traiettorie percorse dai baricentri
delle ruote sono circonferenze concentriche e il veicolo si dice a volta corretta.
La soluzione viene attribuita al tecnico tedesco Ackerman che nel 1810 inventò un
sistema dello sterzo a quadrilatero articolato, ma non è il solo a cui viene attribuita la
soluzione, nel 1878 il tecnico francese Jeantaud approda ad una soluzione
approssimata del problema sempre con un sistema a quadrilatero articolato.
Per permettere alle ruote anteriori di spostarsi in base al principio di Ackermann, i bracci
dello sterzo delle ruote anteriori sono inclinati in modo che due rette immaginarie passanti
per essi si incontrino al centro dell'assale posteriore.
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Grazie all’utilizzo di programmi per il disegno automatico (cad) possiamo riprodurre il
quadrilatero di Jeantaud e mostrarvene il funzionamento e quindi l’applicazione
pratica dell’angolo di Ackerman. La figura seguente ne mostra il sistema ed il
funzionamento durante la sterzata.
Allorché la ruota interna Ri viene sterzata dell’angolo a, la levetta B D, ruotando
attorno al perno B si sposta in B E , provocando , tramite la barra di accoppiamento, la
rotazione della levetta A F che viene spostata in A G deviando la ruota esterna Re di
un angolo B. Risulta evidente dalla figura che l’angolo B di cui è stata deviata la ruota
esterna è minore dell’angolo a di deviazione della ruota interna.
Da questa figura e desumibile anche il valore del raggio di sterzata determinato dalla
lunghezza del segmento che congiunge il centro dell’assale posteriore con il punto C
centro di istantanea rotazione dell’intero veicolo durante la fase di sterzata.
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IMPIANTO IDRAULICO IDROGUIDA ELETTRONICA
SEQUENZA CICLO DI FUNZIONAMENTO
α)La pompa 1, protetta dalla valvola di massima 2, alimenta di olio tutto il
circuito, la pressione di funzionamento e mostrata dal manometro 11.
β)L’olio in pressione entra nel blocco valvola e attraversa il compensatore 3
dove viene smistato, a seconda della pressione di funzionamento, alla valvola
proporzionale 4 o all’idroguida meccanica 5. Se la valvola proporzionale 4 è
chiusa la pressione sul compensatore è alta e l’olio va all’idroguida meccanica 5.
Se la valvola proporzionale 4 è aperta (attivazione elettronica) la pressione sul
compensatore è bassa e l’olio continua il suo cammino dentro il blocco valvola.
γ)L’olio entra nella valvola proporzionale 4, attivata elettronicamente, e in
questo luogo ne viene regolata la portata da inviare al cilindro di sterzo 8. L’olio
supera il collegamento con la valvola di massima pressione 6 che protegge il
circuito dai ritardi di apertura della valvola di scambio 7.
δ)Nella valvola di scambio 7 l’olio vine indirizzato sul lato sinistro o destro del
cilindro a doppio effetto 8. In questo modo io regolo la direzione di sterzatura
(sterzatura a destra o a sinistra).
ε)L’olio entra nella valvola di blocco overcenter 9 che impedisce al fluido di
uscire dal cilindro in caso di interruzione dell’alimentazione elettrica o
idraulica.
ζ)L’olio entra nel cilindro di sterzo 8 che, con la traslazione dello stelo,
determina la rotazione dei mozzi di sterzo posti sulle due estremità dell’assale.
Ciò consente la sterzatura.
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8-Cilindro di sterzo
BLOCCO VALVOLA
9-Valvola di blocco overcenter
7-Valvola di scambio
6-Valvola di massima
4-Valvola proporzionale
3-Compensatore
5- Idroguida meccanica
1-Pompa
11- Manometro
2-Valvola di massima
Filtro
Serbatoio
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IMPIANTO ELETTRICO IDROGUIDA ELETTRONICA
SEQUENZA CICLO DI FUNZIONAMENTO
α)L’alimentatore a 5 V fornisce energia elettrica ai potenziometri di manovra e di
posizione.
β)Dal potenziometro di manovra esce un segnale di tensione che dipende dalla
sterzata impostata dall’operatore.
γ)Dal potenziometro di posizione montato sul mozzo esce un segnale di tensione che
dipende dalla posizione raggiunta dal mozzo durante la sterzatura.
δ)I due segnali di tensione vengono acquisiti periodicamente dalla scheda USB 6009 e
trasmessi al software LABVIEW che li elabora.
ε)Il principio con cui avviene l’elaborazione dei due segnali consiste nel calcolare
l’errore presente tra quello di manovra e quello di posizione.
ζ)In base al valore e al segno dell’errore si stabilisce se inviare tensione a una delle
due porte analogiche di uscita per trasmettere sempre il segnale alla valvola
proporzionale e il segnale al circuito che alimenta i due solenoidi della valvola di
scambio. Una porta analogica di uscita modula la valvola proporzionale e il solenoide
che consente la sterzatura a sinistra, l’altra porta analogica di uscita modula la valvola
proporzionale e il solenoide che consente la sterzatura a destra.
η)Alla valvola proporzionale arriva il segnale modulante dalla scheda e il segnale di
potenza dall’alimentatore a 24V.
θ)Alla valvola di scambio arrivano i due segnali di potenza erogati da due relè attivati
dalla corrente che esce da una o dall’altra porta analogica di uscita. Da una porta esce
un segnale che attiva il relè che provoca la sterzata a sinistra, dall’altra porta esce un
segnale che attiva il relè che provoca la sterzata a destra.
ι)Tutto questo avviene in un anello chiuso dove il segnale è presente all’uscita della
scheda USB 6009 solo in presenza di un errore, maggiore di un certo valore
prefissato, tra la tensione proveniente dal potenziometro di manovra e la tensione
proveniente dal potenziometro di posizione. In questo caso il complesso valvola è
attivato e il dispositivo sterza.
κ)Se l’errore, tra la tensione proveniente dal potenziometro di manovra e la tensione
proveniente dal potenziometro di posizione, è minore di un certo valore prefissato non
ho alcun segnale in uscita alla scheda USB 6009. In questo caso il complesso valvola è
disattivato e il dispositivo non sterza.
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MODELLO A BLOCCHI DELL’IMPIANTO
AI0 = ingresso segnale analogico 0;
AI1 = ingresso segnale analogico 1;
AO0 = uscita segnale analogico 0 azionamento valvola proporzionale e valvola di
scambio destra;
AO1 = uscita segnale analogico 1 azionamento valvola proporzionale e valvola di
scambio sinistra;
Elettrovalvola proporzionale
( regola la portata di flusso d’olio) con a
seguito valvola di scambio (regola la
direzione del flusso d’olio destra sinistra).
Alimentatore
segnale di
potenza 24VDC
Relè di trasmissione segnale di
potenza ai solenoidi della
valvola di scambio
AO0
AO1
Personal computer con
programma di automazione per
gestione scheda LABVIEW
Scheda di acquisizione dati
USB 6009 NATIONAL
ISTRUMENTS
AI0 AI1
Alimentatore
sensori
5V DC
Potenziometro
di manovra
Potenziometro di
posizione
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formato LabVIEW
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Modello trattore con ruote isodiametriche in condizione di non sterzata.
Modello trattore con ruote isodiametriche in condizione di sterzata.
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Modello cinematico trattore con ruote isodiametriche in condizione
Di non sterzata.
Modello cinematico trattore con ruote isodiametriche in condizione
Di sterzata.
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Cilindro
Supporto
Ufficio Tecnico
prof. Giuseppe Mattina
Il Dirigente Scolastico
prof. Valerio Messori