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DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE E AMBIENTALI

The ROPS The ROPS ((RollRoll--OverOver ProtectiveProtective StructureStructure) ) Le strutture Le strutture di sicurezza di sicurezza

in in caso di capovolgimento dei trattori agricoli caso di capovolgimento dei trattori agricoli

Corso : “MECCANIZZAZIONE ED IMPIANTISTICA AVANZATA PER LA VITICOLTURA E L’ENOLOGIA “CdL Magistrale Interateneo in “Scienze Viticole ed Enologiche”, a.a. 2014/2015

Prof. Domenico Prof. Domenico PessinaPessina


Corso : Meccanizzazione ed impiantistica avanzata per la viticoltura e l’enologiaCdL Magistrale Interateneo in “Scienze Viticole ed Enologiche”, a.a. 2014/2015

Incidenti per ribaltamento Incidenti per ribaltamento -- causecause•• caratteristiche del trattorecaratteristiche del trattore: - centro di massa elevato; - sviluppo di coppie molto alte;

•• caratteristiche operativecaratteristiche operative: - elevati carichi posteriori ed anteriori a

sbalzo; inerzia di macchine trainate non frenate;

- errate manovre su terreni declivi (es. svolte verso valle);

- partenza in salita con traino gravoso;

•• caratteristiche del suolocaratteristiche del suolo: - terreno cedevole (es. ripe fossi, fondi

instabili); - buche o avvallamenti incontrati da

ruote a valle cunette da ruote a monte;

• coricamento laterale (rotazione < 180°)

• rotolamento continuo (rotazione <180°)

Incidenti per ribaltamento Incidenti per ribaltamento -- conseguenzeconseguenze



Ribaltamenti dei trattori: statistiche

• ribaltamento laterale: ~ 75 %• impennamento: ~ 20 %• rovesciamento anteriore:~ 5 %

In realtà, molti incidenti comportano un In realtà, molti incidenti comportano un ribaltamento combinatoribaltamento combinato((laterolatero--anterioreanteriore; ; laterolatero--posterioreposteriore))



Approccio al problema all’inizio degli anni ’50: prevenzione attiva(prevenire o impedire il ribaltamento)

1 - segnalazione ottica e/o acustica al raggiungimento di pendenze laterali eccessive;3 - introduzione di modelli ad assi snodati o autolivellanti;2 - interruzione della mandata di combustibile o stacco del moto alle ruote;4 - applicazione di puntoni laterali ad espulsione automaticaProblemi: * precisione di intervento (1, 2, 4)* applicabilità (2, 4)* affidabilità (1, 2, 4)* accettazione da parte degli agricoltori (2, 4)* costo (3)

Risultato: rapido abbandono di questi sistemi !DIPARTIMENTO DI SCIENZE AGRARIE E AMBIENTALI


Approccio successivo (~1955): prevenzione passiva(lasciare che il ribaltamento avvenga e minimizzarne le conseguenze)

Strutture di protezione costruite intorno all’abitacolo. Le prime sperimentazioni prevedevano prove reali su pendii inerbiti. Problemi: lunga preparazione, elevato costo, bassa ripetibilità, risultati aleatori

Simulare le sollecitazioni Simulare le sollecitazioni meccanichemeccaniche sulla struttura

di protezione in caso di ribaltamento tramite

una serie di urtiserie di urti inferti con una massa animata di moto

pendolare oppure dicarichi (quasi) staticicarichi (quasi) statici

esercitati ad es. con un cilindro idraulico

Si passò quindi a:Si passò quindi a:



Con l’aumento delle esperienze internazionali e definizione di alcuni problemi nell’effettuazione delle prove dinamiche:- scarsa riproducibilità tra diverse stazioni di prova;- scarsa ripetibilità (variabili procedurali);- scarse o nulle indicazioni progettuali al costruttore per il miglioramento della struttura di sicurezza in caso di insuccessoSoluzione: introduzione codici di prove (quasi) statiche (in alternativa a quelle dinamiche): in sostituzione degli urti , si applicano carichi “statici”,tramite un cilindro idraulico, nei medesimi punti d’impatto del pendolo (max velocità di avanzamento 5 mm/s)



-Definizione e diffusione di Codici di prova sovranazionali: (es. CEE, OCSE, ISO, SAE, OSHA). In Italia: obbligo sui trattori nuovi dall’1.1.1974 (Circ. Min. Lav. 201/73)

Tipologia delle prove previste (definite: DINAMICHE) e significato della simulazione:

A-urto (carico)posteriore impennamentoB-urto (carico) laterale ribaltamento lateraleC-urto (carico) anteriore rovesciamento in avantiD-compressione rotolamento continuo

(tutta la massa del trattore grava sulla sommità dellastruttura di sicurezza)

Legame della severità della singola prova (=verifica della robustezza della struttura) infunzione di: •probabilità statistica di accadimento del tipo di ribaltamento connesso; •dinamica del ribaltamento, carichi in gioco e conseguenti prevedibili sollecitazioni meccaniche della struttura di sicurezzaRequisiti di base iniziali richiesti per l’approvazione della struttura di sicurezza:1 - assenza di rotture 2 - rispetto della “zona di sicurezza”



Problematiche:•Urto posteriore:trattori a passo lungo o passo corto•Equivalenza effetti di urti/carichi corrispondenti (~ 50 % di energia non assorbita durante gli urti e dissipata dai pneumatici e dai cavi di ancoraggio)



Confronto vantaggi/svantaggi:

Differenze procedurali



Peculiarità della prova statica- curve carico-deformazione per il calcolo dell’energia assorbita dalla struttura- ammissibilità delle rotture e introduzione della prova di sovraccarico (sia per i carichi longitudinali che per le compressioni)



Tipologie delle strutture di protezionea - roll-bar posteriore a due montanti; b e c - roll-bar anteriore a due montanti abbattibile; d - telaio a quattro montanti senza piattaforma; e -telaio a quattro montanti con piattaforma; f - cabina sospesa e insonorizzata



Prove (OCSE) di strutture per trattori a carreggiata stretta (carreggiata minima <1150 mm)

Problematiche• svariate tipologie notevolmente diverse tra di loro• dimensioni ridotte (anche del posto di guida)• frequente operatività su terreni in pendenza• necessità di operare in colture specializzate (frutteti e vigneti, serre e vivai, ecc.)

Soluzioni- Due codici (Standard) differenti di prova per strutture montate:

dietro al posto di guida (roll-bar posteriore fisso, telaio a 4montanti o cabina)

Cod. OCSE 7 (87/402/CEE)Cod. OCSE 7 (87/402/CEE)

davanti al posto di guida (roll-baranteriore abbattibile)

Cod. OCSE 6 (86/298/CEE) Cod. OCSE 6 (86/298/CEE)



Particolarità dei Codici (Standard) per i trattori a carreggiata stretta

Cod. OCSE 6 - zona di sicurezza ridotta (guidatore “prono sul volante” e 400 mm di larghezza)- prove preliminari di ammissibilità al test di resistenza: 1) stabilità laterale del trattore a 38°; 2) rotolamento non continuo su una pendenza di 33°

Cod. OCSE 6 e 7- larghezza zona di sicurezza ridotta a 400 mm (invece di 500 mm)- formule per il calcolo dell’altezza di caduta del pendolo o dell’energia da far assorbire alla struttura differenziate in funzione della massa del trattore e di alcune sue caratteristiche geometriche



1 - disegno della struttura (discretizzazione, ad es. tramite CAD)2 - applicazione del metodo degli elementi finiti (FEM) e modellazione3 - analisi (applicazione delle energie e delle forze)4 - output (grafico, numerico)

Possibile evoluzione futura verso l’esecuzione di prove “simulate” su PC



Evoluzione, innovazione e problemi non ancora risoltiEvoluzione, innovazione e problemi non ancora risoltiEstensione della simulazione a strutture di grandi grandi (mietitrebbistrici, vendemmiatrici, ecc.) e piccolepiccole (trattorini da giardino) macchine operatrici macchine operatrici semoventisemoventi in conformità alle disposizioni della Direttiva Macchine in tema di protezione del posto di guida

Materiali utilizzatiMateriali utilizzati: acciai differenti tra loro tra quelli del prototipo e quelli della produzione in serie. Acciai effervescenti e calmati e acciai a differente contenuto di carbonio. Requisiti di resilienza richiesti da alcuni codici di prova

? ROPS ?? ROPS ?



Telai per trattori usati standard: linee guida ISPESL 2006Telai per trattori usati standard: linee guida ISPESL 2006((http://www.ispesl.it/http://www.ispesl.it/ispeslispesl//sitoDtssitoDts//Linee_guidaLinee_guida/telai_indice.asp/telai_indice.asp))

Principale obiettivo: individuare i requisiti costruttivi dei dispositivi di protezione requisiti costruttivi dei dispositivi di protezione in caso di capovolgimentoin caso di capovolgimento e fornire le relative istruzioni e procedure per la loro le relative istruzioni e procedure per la loro realizzazione ed applicazionerealizzazione ed applicazione ai trattori agricoli o forestali già immessi sul mercato delle seguenti categorie:

1. trattori a ruote a carreggiata stretta2. trattori a ruote “standard”3. trattori a cingoli



1. individuazione delle tipologie di trattori e loro suddivisione in classi dimassa;

2. definizione e quantificazione dei parametri di interesse ai fini dellaprogettazione;

3. conformazione e dimensionamento dei telai e dei dispositivi diattacco;

4. realizzazione di un modello agli elementi finiti per la simulazione delle prove statiche di cui alle specifiche direttive UE.



Tipologie di telaio

2 montanti anteriore

2 montanti posteriore 4 montanti



Scheda tecnica

Sono state preparate numerose schedeschedetecnichetecniche, ognuna comprendente iseguenti elementi di base necessari allarealizzazione dei telai:

1. materiali da utilizzare;2. numero, dimensioni e spessori

dei tubolari;3. numero, dimensioni e spessori

delle piastre;4. numero, tipologie e classi di

viti/bulloni.

Telai a tubi:piegatisaldati



MontaggioMontaggio ((sostituzionesostituzione) del ) del sedilesedile e del e del sistemasistema didi ritenzioneritenzione del del conducenteconducente ((cinturacintura didi sicurezzasicurezza) )

La protezione di un telaio o di una cabina in caso di ribaltamento non è effettiva se il conducente non rimane solidalesolidale al sedile di guida tramite un sistema di ritenzione. Per i trattori usati, spesso è necessario sostituire anche il sedile, perché non predisposto o adatto all’accoppiamento con una cintura di sicurezza, che deve essere ancorata:- al sedile di guidasedile di guida, se questo è mobile, in senso orizzontale, verticale o per quanto riguarda la sua rotazione;- al sedile di guida o ad altri sedile di guida o ad altri parti fisse del trattoreparti fisse del trattore, se non è prevista la possibilità di movimenti.

Il tipo di cintura più utilizzata è quella addominale, a due punti di attacco



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