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SOMMARIO

Prefazione Ringraziamenti, Executive Summary
1.0 Introduzione
2.0 Rurale/Urbano del Traffico Interfaccia
3.0 Normative Federali e Statali
4.0 Maggiore Velocità di Trattori
5.0 il Trasporto di Lavoratori su Strade Pubbliche con macchine agricole
6.0 Suggerimenti per il Futuro
7.0 Riferimenti
8.0 Elenco del Comitato Agricolo, la Sicurezza e la Salute di Ricerca e di Estensione Membri

4.0 TRATTORI AD ALTA VELOCITÀ

4.1 PROBLEMI DA NOI IDENTIFICATI:

• Negli Stati Uniti, i trattori agricoli, le attrezzature semoventi e trainate spesso esulano dai requisiti della legislazione sui veicoli stradali.
• Le velocità del trattore sono aumentate negli ultimi anni. Per proteggere gli altri utenti della strada, i trattori e le attrezzature trainate devono essere progettati in modo da consentire al conducente di mantenere il controllo sia del trattore che delle attrezzature trainate in tutte le condizioni.
• I principali sistemi di sicurezza che possono essere un problema a velocità più elevate includono sterzo, freni, sospensioni, pneumatici, allineamento, componenti di aggancio, strutture protettive contro il ribaltamento del trattore (ROPS), emblema SMV e simbolo dell’indicatore di velocità (SIS).

4.2 COSA SAPPIAMO DI QUESTI PROBLEMI?

4.2.1 VELOCITÀ DEL TRATTORE.

Storicamente, la maggior parte dei trattori negli Stati Uniti sono stati progettati per viaggiare ad una velocità massima di circa 20 mph (30 km/h). Questi veicoli normalmente caratterizzato assali posteriori rigidi e perno montato assali anteriori con standard ingegneristici completi disponibili per i processi di progettazione e produzione. Nel 1980 i trattori europei, in particolare quelli con 100 HP (75 kW), iniziarono ad essere progettati con una velocità massima al suolo superiore a 25 mph (40 km/h). Fisicamente, questi trattori sono simili a 20 mph (30 km/h) macchine tranne in ingranaggi e freni. Le norme del trattore hanno riconosciuto la loro presenza e sono state modificate per incorporare norme di frenatura appropriate. Nel 1994 sono stati introdotti trattori che incorporano un rapporto di trasmissione più elevato e sospensioni dei loro assi anteriori; questi trattori erano in grado di viaggiare a 32 mph (50 km/h). Nel 2005 lo standard ASABE S390, “Definitions and Classifications of Agricultural Field Equipment”, è stato rivisto per includere categorie di velocità al suolo. Lo standard, approvato anche dall’American National Standards Institute (ANSI), divise le attrezzature agricole in 5 classificazioni di velocità al suolo (Tabella 3) in base alla loro velocità massima nominale al suolo in una configurazione di equipaggiamento originale progettata e specificata dal produttore. Mentre non esiste una definizione specifica di trattore “ad alta velocità” in questa norma, per i nostri scopi, quando la velocità massima di un trattore è valutata uguale o superiore a 25 mph (40 km/h), il trattore è considerato un trattore ad alta velocità.

Tabella 3. Agricultural equipment ground speed classes

		Ground Speed (km/h)
Agricultural Field Equipment Group	sym	25	40	50	65	>65
Agricultural tractor	ATR	ATR25	ATR40	ATR50	ATR65	ATR65 Plus
Trainato attuare	ATI	ATI25	ATI40	ATI50	ATI66	ATI65 Plus
Posteriore montato implementare	MER	Non Applicabile
Posteriore montato implementare	MER	Non Applicabile
Posteriore interno semi-montato implementare	SMR	SMR25	SMR40	SMR50	SMR65	SMR65 Plus
Anteriore semi-montato implementare	SMF	SMF25	SMF44	SMF50	SMF65	SMF65 Plus
macchina semovente	SPM	SPM25	SPM40	SPM50	SPM65	SPM65 Plus
Bulk carrier/agricultural trailer	ABC	ABC25	ABC40	ABC50	ABC65	ABC65 Plus

Source: ASAE Standard 390.4 (2005)

Una revisione dei rapporti di riepilogo dei test del trattore del Nebraska mostra che su oltre 500 trattori testati (Grisso, 2007), la velocità degli ingranaggi stradali dei trattori testati è aumentata negli ultimi cinque anni (Figura 1). Attualmente tra il 40-45% dei trattori testati sono pari o superiori a 25 mph (40 km/h). Rispetto ai trattori testati negli ultimi 20 anni e negli ultimi cinque anni (figura 2), vi è un aumento dei trattori testati a velocità pari o superiori a 25 mph (40 km/h). I risultati indicano che i trattori sono disponibili che possono superare 25 mph (40 km/h).

Figura 1. La frequenza dei trattori testati per anno che l’alta marcia consentito per velocità di marcia maggiore o uguale a 25 mph.

Figura 2. La percentuale di velocità di marcia elevata del trattore per il trasporto su strada testato negli ultimi 20 anni e testato negli ultimi cinque anni.

4.2.2 STERZO DEL TRATTORE.

Storicamente, i trattori hanno incorporato: a) sterzo meccanico puro; b) sterzo meccanico assistito idraulicamente; e c) sistemi di sterzo idrostatico completo. Mentre molti trattori più vecchi ancora in uso hanno sterzo meccanico, la maggior parte dei trattori attuali utilizzano sterzo idrostatico. Le caratteristiche dello sterzo idrostatico sono:

• Sforzo di sterzata ridotto
• Coppia di sterzata elevata
• Feedback limitato o assente dalle ruote stradali al volante
• Capacità di autoallineamento limitata o assente e
• Sterzo limitato in caso di guasto al motore o all’impianto idraulico.

La perdita di sterzo durante un guasto al motore è stata una preoccupazione, ma i test mostrano che durante queste situazioni non si verifica un malfunzionamento totale del sistema di sterzo (Grisso, 2007). Il conducente è in grado di guidare il trattore entro un raggio determinato e ha il tempo appropriato per arrestare il trattore. L’esperienza dimostra che i sistemi di sterzo idraulici non falliscono bruscamente. Inoltre, alcuni sistemi sono autoallineanti e sono progettati con una riserva idraulica sufficiente per consentire al conducente di rispondere in modo appropriato e mantenere il controllo del trattore.

La risposta del veicolo all’ingresso dal volante è fondamentale per la sensazione e il comportamento del veicolo. Se il tempo è troppo breve, il trattore sarà sensibile per funzionare e richiede una correzione continua per mantenerlo in linea retta. Al contrario, se il tempo è troppo lungo, il trattore sarà lento a rispondere e può creare problemi di sterzo per il conducente. Nel caso estremo, se il conducente sterza prima a destra e poi rapidamente a sinistra (come farebbero durante la guida di un’auto), il conducente potrebbe girare la ruota a sinistra mentre, o anche prima, il veicolo ha iniziato a muoversi a destra. Oppure il conducente può continuare a girare a destra, con conseguente svolta troppo a destra. In entrambi i casi il volante diventa fuori fase con il movimento delle ruote stradali e nel tentativo di correggere questo, il piantone dello sterzo può sembrare avere proprietà elastiche. In pratica, il tempo di risposta target per sviluppare la massima forza in curva è compreso tra 0,6 e 0,8 secondi.

4.2.3 FRENATURA DEL TRATTORE.

Fondamentalmente, i freni svolgono la funzione di ridurre l’energia cinetica del veicolo mediante conversione in energia termica. In funzione del quadrato della velocità del veicolo, l’energia cinetica aumenta rapidamente. Ad esempio, un trattore che viaggia a 50 mph (80 km / h) dissipa circa sette volte l’energia per la frenata rispetto a un trattore che viaggia a 20 mph (30 km / h). Questa situazione è esacerbata dall’obbligo legale per i veicoli in movimento più veloci di decelerare a tassi più elevati. Ad esempio, i trattori da 20 mph (30 km/h) sono stati storicamente tenuti ad avere sistemi di frenatura in grado di decelerare a 9,3 ft/s2 (2,8 m / s2). Quando i trattori raggiungono una velocità di 30 mph( 50 km / h), sono tenuti a decelerare ad una velocità di 16,4 ft/s2 (5.0 m/s2), che è lo stesso del settore autotrasporti.

Con la combinazione di un livello di energia più elevato e una decelerazione più rapida, sono necessari sistemi frenanti con eccellenti caratteristiche di dissipazione del calore. I trattori convenzionali hanno fatto affidamento normalmente su freni a disco a secco o a bagno d’olio incorporati nell’asse posteriore del trattore. L’olio utilizzato è comune con quello utilizzato per la lubrificazione dell’asse, la lubrificazione del cambio e come alimentazione di olio idraulico esterno agli attrezzi. La contaminazione di questo olio con detriti di rivestimento dei freni può portare a gravi problemi funzionali all’interno dei sistemi idraulici o di trasmissione del trattore. La rottura delle proprietà di lubrificazione dell’olio può verificarsi anche se l’olio è sottoposto a temperature elevate con conseguente compromissione della durata dei componenti.

La distribuzione del peso e i grandi pneumatici posteriori dei trattori convenzionali hanno permesso ai trattori di generare uno sforzo di frenata sufficiente dalle sole ruote posteriori; in genere tali trattori non hanno freni anteriori montati. Il passaggio ai trattori a 25 mph (40 km / h) in Europa ha coinciso con l’accettazione quasi universale degli assi guidati assist della ruota anteriore. Ciò ha dato ai produttori l’opportunità di impegnare la trazione anteriore durante la frenata. Questa tecnologia è stata portata anche nei modelli di trattori da 32 mph (50 km / h), con l’aggiunta di incorporare una qualche forma di freni a disco sul sistema di trazione anteriore per aiutare lo sforzo di frenata.

Secondo lo standard ANSI/ASAE, S365.8, “Sistema di Frenatura Procedure di Prova e Prestazioni di Frenata Criteri per il Settore Agricolo, Equipaggiamento,” la frenata requisiti di sistema per rimorchi agricoli e rimorchi agricoli macchine sono suddivisi in due aree: una relativa attrezzo trainato senza freni e la seconda con freni:

1. Per il traino di attrezzature SENZA freni, le seguenti informazioni devono essere fornite: non il traino di attrezzature che non ha freni:
   • a velocità fino a 20 mph (32 km / h); o
   • a velocità superiori a quella consigliata dal produttore; o
   • che, a pieno carico, ha una massa (peso) superiore a 3300 lb (1,5 t) e più di 1,5 volte la massa (peso) dell’unità di traino.

1. Per il traino di attrezzature CON freno, le seguenti informazioni devono essere fornite: non il traino di attrezzature che ha i freni:
   • a velocità superiori a 32 mph (50 km / h); o
   • a velocità superiori a quella consigliata dalla casa costruttrice; o
   • che, una volta completamente caricato, ha una massa (peso) superiore a 4,5 volte la massa (peso) dell’unità di traino.
   • a velocità superiori a 25 mph (40 km / h), a pieno carico ha una massa (peso) superiore a 3,0 volte la massa (peso) dell’unità di traino.

4.2.4 SOSPENSIONE DELL’ASSE DEL TRATTORE.

I trattori degli Stati Uniti non sono tradizionalmente fabbricati con sistemi di sospensione. Tuttavia, un telaio completamente sospeso, cioè un sistema di sospensione per entrambi gli assi anteriore e posteriore, può migliorare la maneggevolezza a tutte le velocità. Su un trattore convenzionale senza sospensione, il peso può staccarsi dalle ruote quando si supera un urto, dando una trazione minima quando vengono applicati i freni. Anche il peso viene trasferito in avanti sull’asse anteriore, ma la maggior parte della potenza frenante è nell’asse posteriore. Questi fattori si combinano per limitare la capacità di frenata del trattore convenzionale. Con una sospensione completa, mentre le ruote superano i dossi della strada, la ruota e l’asse sono in grado di spostarsi dal terreno accidentato mentre la distribuzione del peso rimane simile. Con una sospensione completa le ruote sono più adatte a rimanere in contatto con il terreno che massimizzerà il coefficiente di trazione delle ruote durante la frenata e sotto trazione. Per esempio, una costruzione completa del telaio permette che la massa della macchina “galleggi sopra” la sospensione completa mentre gli assi seguono i contorni della terra.

In generale, i vantaggi di un sistema a sospensione completa possono essere riassunti come segue:

• Maggiore comfort di guida e isolamento dalle vibrazioni di tutto il corpo, sia in campo che su strada.
• Migliore controllo del veicolo da parte del conducente attraverso variazioni di forza al suolo ridotte al minimo delle ruote.
• Migliori caratteristiche di maneggevolezza del veicolo per un uso più sicuro su strada, in particolare a velocità più elevate
• Maggiore trazione grazie alla forza di terra costante alle ruote.
• Potenziale per una maggiore velocità di viaggio reso possibile da accelerazioni del corpo ridotte al minimo.

I requisiti per un sistema di sospensione totale ottimale su un trattore, sia a velocità superiore che convenzionale, sono:

• Pneumatici mantenuto tale che la forza che esercitano sulla superficie del terreno rimane quasi costante.
• Trattori in grado di sperimentare grandi variazioni di carico sia all’interno del passo (come in un camion carico) o a sbalzo nella parte posteriore o anteriore del veicolo quando trasportano attrezzi montati.
• Durante le operazioni ad alta potenza e tiraggio elevato, la potenza viene trasmessa attraverso le ruote motrici utilizzando bassa velocità e coppia elevata. Questa coppia di torsione deve essere fatta reagire attraverso il meccanismo di posizione dell’asse senza reazione verticale della componente.
• Notevole corsa dell’asse per evitare di generare forze di terra elevate quando si affrontano gli urti
• Le caratteristiche di curva prevedibili e controllabili si ottengono più facilmente con pneumatici di dimensioni uguali su entrambi gli assi anteriore e posteriore.

4.2.5 TRATTORE / PNEUMATICI ATTREZZATURE TRAINATE.

Il trasporto su strada è uno degli usi estremi per un pneumatico agricolo perché il peggior nemico di un pneumatico oltre al pavimento duro è il calore. La pressione consigliata non dipende solo dal carico del pneumatico (trasportato dall’asse), ma dipenderà dalla velocità massima. Diverse tabelle di carico / gonfiaggio sono sviluppate per la velocità massima della macchina. I libri di dati dei pneumatici elencano le capacità di peso e le pressioni dell’aria raccomandate insieme alle velocità massime di viaggio.

Secondo lo standard ANSI/ASAE, S430.1, “Pressione di carico e gonfiaggio pneumatici per attrezzature agricole”, i pneumatici di tipo agricolo non sono progettati per l’uso di veicoli autostradali o per funzionare a velocità superiori a 25 mph (40 km/h) ad eccezione dei pneumatici F1 designati come uso autostradale. Per le gomme agricole del trattore, secondo SAE J709, le simili denominazioni sono garantite per il viaggio di più alta velocità.

4.2.6 ROPS SU TRATTORI AD ALTA VELOCITÀ.

Il Rollover Protective Structure (ROPS), come descritto nello standard J2194 della Society of Automotive Engineers (SAE) “Roll-Over Protective Structures (ROPS) for Wheeled Agricultural Tractors”, è una struttura protettiva progettata per ridurre al minimo la frequenza e la gravità delle lesioni dell’operatore derivanti dal ribaltamento accidentale del trattore. I ROPS sono progettati per assorbire l’energia risultante dall’impatto del trattore con la superficie del terreno durante un ribaltamento del trattore. L’intento dello standard e delle procedure di prova, secondo SAE J67 “Protezione aerea per trattori agricoli—Procedure di prova e requisiti di prestazione” è quello di proteggere l’operatore durante le operazioni sul campo e non per gli incidenti del veicolo. L’attuale norma di prova ROPS limita le velocità di prova del trattore a 3-5 mph (5-8 km/h) per il ribaltamento posteriore e una velocità minima di 10 mph (16 km/h) per il ribaltamento laterale.

Liu e Ayers (2007) hanno riferito sulle seguenti preoccupazioni per il ROPS su un trattore ad alta velocità: 1) quanta più energia dovrebbe assorbire un ROPS per un trattore ad alta velocità; 2) quanto sono diverse le forze di impatto che il trattore a velocità superiore genererà se si capovolge; 3) come la velocità in avanti influenza l’energia assorbita dal ROPS nelle direzioni longitudinale e verticale; e 4) se i criteri attuali per la prova ROPS sono compatibili o abbastanza forti per il ROPS del trattore a velocità superiore. Non hanno affrontato i compromessi di sicurezza che un ROPS più forte può introdurre, come la ridotta visibilità dell’operatore (specialmente quando si entra nelle strade), il potenziale di diminuzione della stabilità da un centro di massa più elevato o l’aumento del rischio per gli altri utenti della strada da trattori di massa superiore.

4.2.7 GANCIO DI TRAINO.

Il gancio di traino nordamericano è un gancio di traino dal design unico e potrebbe non essere adeguato per trattori ad alta velocità. La configurazione del perno di traino e del gancio di traino può dare troppa flessibilità per un controllo stabile a velocità più elevate. Un attacco a sfera (80 mm considerato come standard) sarebbe una soluzione efficace, ma la posizione della sfera rispetto all’asse posteriore del trattore è fondamentale. Più in avanti è collegato il gancio, più stabile sarà l’attrezzatura trainata durante il funzionamento su strada. Sfortunatamente, spostando la posizione di aggancio in avanti diminuisce il raggio di sterzata, che limita le operazioni durante il lavoro sul campo.