Conoscere la pala gommata: le caratteristiche costruttive e le componenti

Soluzioni costruttive largamente sperimentate su altre tipologie di macchine movimento terra si combinano sulle pale gommate con alcune caratteristiche peculiari a questa famiglia di mezzi d’opera. Tra queste, a spiccare sono soprattutto telaio e sistema di sterzatura.

Pur condividendo con altre macchine operatrici una serie di componenti e soluzioni impiantistiche, le pale gommate si distinguono per alcune caratteristiche costruttive che le rendono per alcuni versi uniche nel panorama delle macchine movimento terra. Prima e più evidente fra tutte il sistema di sterzatura, che in tutte le pale gommate si effettua per articolazione del telaio. A questo scopo, la struttura del telaio è composta di due parti definite rispettivamente semitelaio anteriore e posteriore, collegate tra loro attraverso l'articolazione di sterzo. Dovendo il telaio essere flessionalmente e torsionalmente rigido, sulla articolazione di sterzo vengono a concentrarsi tutte le sollecitazioni di torsione e di flessione.

I supporti di articolazione sono generalmente costituiti da due coppie di cuscinetti a rulli conici registrabili. L'articolazione di sterzo viene comandata dai due cilindri idraulici di sterzatura colIegati in croce in modo da equilibrare la sterzatura di destra a quella di sinistra sia in termini di spinta dei cilindri che di velocità di azionamento. L'angolo di articolazione è normalmente compreso tra i 35° e i 41°; l'ampiezza della fascia di sterzatura è tuttavia determinata non solo dall'angolo di sterzatura, ma anche dal passo e dalle dimensioni generali di ingombro della pala gommata. Sotto questo aspetto, la lunghezza complessiva della pala gioca un ruolo determinante, poiché l'ingombro esterno della fascia di rotazione è normalmente determinato dalla posizione del dente della benna, che può cambiare anche in misura notevole a secondo che la benna sia appoggiata al terreno o parzialmente sollevata.

L'azionamento della sterzatura delle pale gommate è in genere di tipo idrostatico Load Sensing, soluzione ampiamente consolidata presso ogni costruttore. In sostanza, il volante è collegato a un'unità di sterzatura che, direttamente o tramite un dispositivo di amplificazione di flusso, invia ai cilindri idraulici una quantità di olio proporzionale al numero di giri del volante stesso. Trattandosi di un sistema servoassistito lo sforzo di azionamento del volante è molto modesto; possono in ogni caso sussistere differenze di sensibilità, prontezza e stabilità della sterzatura da modello a modello ed è quindi sempre consigliabile una prova sul campo. All'alimentazione del sistema di sterzatura provvede una apposita pompa idraulica a ingranaggi o a pistoni assiali, in alcuni casi dedicata, in altri una delle pompe idrauliche dell'impianto principale che alimenta prioritariamente lo sterzo. 

Il volante non è l'unico tipo di comando della sterzatura utilizzato sulle pale gommate. II cosiddetto semivolante ne rappresenta l'evoluzione, pur essendo concettualmente assimilabile al primo, con l differenza di offrire una sensibilità molto più elevata. Questa soluzione nasce dall’esigenza di poter controllare con la sola mano sinistra sterzatura e cambio azionando contemporaneamente con la destra i comandi dell'attrezzatura di lavoro. Tra i comandi di sterzatura non omologabili alla circolazione su strada vale la pena di citare il comando a cloche, sistema monoleva servoassistito simile alla cloche degli aerei in genere adottato solo come sistema ausiliario di sterzatura riservato al cantiere. Indipendentemente dal tipo di comando utilizzato, è opportuno prevedere un sistema di alimentazione di emergenza in caso di avaria della alimentazione primaria. Dov'è richiesto, quindi, è possibile fare intervenire automaticamente nel circuito di sterzatura una pompa ausiliaria, che può essere azionata sia elettricamente che dalla trasmissione. I due sistemi, in quanto d'emergenza, sono equivalenti.

Uno dei vantaggi principali delle pale gommate nel loro utilizzo tipico di macchine da scavo e carico è la velocità operativa combinata con elevata capacità di spinta e stabilità al suolo. Proprio alla luce di tali aspetti, loro componente fondamentale è la linea di trasmissione, ambito in cui, data per scontata la scelta della trazione integrale 4x4 comune a tutti i costruttori, si confrontano due soluzioni: la trasmissione meccanica e la trasmissione idrostatica. La prima si compone di convertitore e cambio. In convertitore, in particolare, è l'organo di collegamento tra cambio e motore, che confronta continuamente il momento disponibile al volano con il momento richiesto dal cambio; se i due valori sono equilibrati, il convertitore è in presa, mentre se il momento richiesto dal cambio supera quello disponibile al volano il convertitore converte in coppia i giri motore. A valle del convertitore si trova il cambio, ormai pressoché sempre di tipo automatico powershift. II vantaggio fondamentale di quest’ultimo è quello di non interrompere il transito di potenza tra motore e ruote nel passaggio di inserimento della marcia; per ottenere questo risultato, di importanza fondamentale su una pala gommata, il cambio powershift deve controllare in parallelo due frizioni, quella della marcia in fase di inserimento e quella della marcia in fase di disinserimento, modulandone il funzionamento. La modulazione di inserimento, infatti, consente di inserire o scalare automaticamente le singole marce alla velocità voluta senza contraccolpi. Con l'avvento dell'elettronica a controllare l'inserimento idraulico delle frizioni, poi, questo sistema ha ormai raggiunto un’affidabilità ed efficienza di funzionamento ottimali. Da segnalare, infine, la diversificazione della categoria dei cambi automatici powershift in due grandi famiglie, i cambi a contralberi e i cambi a planetari, con questi ultimi, caratterizzati da una più sofisticata architettura interna, utilizzati preferibilmente sulle macchine con elevate potenze installate.

La trasmissione idrostatica, invece, nella sua configurazione di base, si compone di una pompa idraulica e di un motore idraulico collegati in circuito chiuso; il motore idraulico a sua volta aziona, mediante un trasferitore, gli assali della pala gommata. I vantaggi caratteristici della trasmissione idrostatica sono numerosi: fra questi, la compattezza dei componenti compatti, la facilità di manovra, le caratteristiche auto frenanti del sistema, la totale indipendenza dal numero di girl del motore e l’adattabilità all’impiego di sistemi elettronici di controllo continuo dell'assorbimento di potenza. A fronte di tali punti di forza, la trasmissione idrostatica sconta alcune limitazioni, per superare le quali sono oggi disponibili una serie di accorgimenti comunemente usati dai costruttori.

È innanzitutto possibile variare la cilindrata del motore idraulico, all’interno di un campo che copre in genere almeno tre delle quattro marce caratteristiche di un cambio meccanico powershift. Per quanto riguarda la spinta massima erogabile, questa dipende dal livello di pressione massima, con una soglia che tendenzialmente si colloca intorno ai 400 bar. Per quanto riguarda le potenze, fino al limite dei 100 CV è possibile mantenere invariato lo schema costruttivo di base della trasmissione, oltrepassato il quale è necessario adottare degli accorgimenti per superare il limitato fattore di conversione di questa tipologia di trasmissione. Anche in termini di efficienza operativa, i vantaggi sono notevoli. La sequenza operativa marcia avanti - marcia indietro non richiede l'azionamento di frizioni ma semplicemente l'inversione di pilotaggio della pompa idraulica; per una trasmissione idrostatica il rilascio del pedale dell'acceleratore innesca I'autofrenatura del sistema; infine, è possibile viaggiare a velocità minima anche con il motore al massimo regime di giri.