Lutzemberger, Giovanni

Nocentin, Alessandro

Paglia, Marco

Pretto, Alessandro

Pugi, Luca

Italian

Florence Research

88RICERCASETTEMBRE 2017oleodinamica-pneumatica Oggetto della ricercaMolti tipi di veicoli industriali sono di solito progettati e assemblati co-me versione personalizzata di camion commerciali equipaggiati con strumenti elettro-idraulici o sistemi di manipolazione dedicati a specifi-che operazioni richieste dall’applicazione specifica.Una tipica applicazione è quella relativa ai veicoli utilizzati per i servizi e la manutenzione dei centri urbani come ad esempio la raccolta dei rifiuti (fig. 1). Attualmente, la maggior parte di questi veicoli sono ca-mion commerciali con un motore a combustione interna che è anche utilizzato per fornire la potenza meccanica necessaria ad alimentare gli strumenti elettro-idraulici di bordo e i sistemi di attuazione.Specialmente per i veicoli dedicati a realizzare servizi di manutenzio-ne urbana, l’ammontare dell’energia richiesta dal sistema idraulico di bordo è spesso rilevante rispetto a quella richiesta per scopi di trazio-ne principalmente per due motivi:• Le distanze percorse e la velocità media del veicolo sono ridotte;• La potenza richiesta dall’impianto elettro-idraulico è rilevante e il mo-do in cui questa potenza è generata e trasferita dal motore a combu-Con la crescita del problema del surriscaldamento globale e le sempre più severe legislazioni sulle emissioni, oggigiorno sta diventando sempre più importante la gestione delle emissioni di anidride carbonica da parte dei veicoli. Questo problema è ovviamente presente anche nei camion per la raccolta dei rifiuti, i quali hanno la particolarità addizionale di inquinare durante le fermate di raccolta, perciò intervenire su questi veicoli diventa un aspetto di particolare interesse. L’articolo che segue illustra come sia stato possibile modellare, simulare e analizzare tramite il software Siemens LMS Amesim il funzionamento di un impianto convenzionale. Luca Pugi1, Marco Pagliai1, Alessandro Nocentini1, Giovanni Lutzemberger2, Alessandro Pretto3 1 DIEF MDM-LAB, Università degli Studi di Firenze 2 D.E.S.Te.C, Università di Pisa 3 Gruppo Pretto Srl, Ponsacco (Pisa)Modellazione e simulazione dell’impianto oleodinamico di un veicolo per la raccolta rifiutiEsempio di veicolo modificato Isuzu P75 3.0, modificato da Pretto Srl.OP_2017_008_INT@088-096.indd   88 03/08/17   12:2289SETTEMBRE 2017oleodinamica-pneumaticastione interna comporta delle perdite.Obiettivo del lavoro degli autori è stato l’investigazione di una soluzio-ne in grado di migliorare l’efficienza e le performance del veicolo, ga-rantendo inoltre che il sistema elettro-idraulico della soluzione propo-sta sia facilmente adattabile non solo per nuovi veicoli ma anche rin-novare le grandi flotte di veicoli attualmente possedute dalla pubbli-ca amministrazione.Per queste ragioni l’installazione del sistema proposto deve essere, il più possibile, semplice e anche adattabile ai differenti modelli di ca-mion.Tipici profili di missione (fig. 3) sono associati a percorsi urbani dove la distanza media tra due fermate consecutive dove i cassonetti de-vono essere raccolti è poche centinaia di metri e la velocità massima di solito non supera i 50 km/h in modo da rispettare i limiti di velocità urbani. A ogni fermata, il tempo tipicamente necessario per effettuare le operazioni richieste è usualmente compreso fra 40 secondi e pochi minuti. Nei veicoli convenzionali l’impianto elettro-idraulico è alimen-tato dal motore a combustione interna del camion così che non può essere spento durante una fermata comportando un incremento del consumo di carburante e delle emissioni. In particolare, in una mis-sione di circa 10 ore, sono realizzate circa 100 fermate con una dura-ta media di 80 secondi. Così l’introduzione di questo sistema potreb-be assicurare che il motore possa essere spento per al massimo 1h e 40 minuti che rappresenta il 20/22% della durata dell’intera missione. Inoltre si può considerare che il sistema di raccolta nei centri urbani è spesso effettuato durante la notte così che è altamente desiderabile una significativa riduzione dell’inquinamento acustico dovuta allo spe-gnimento del motore a combustione interna. Questi dati sono stati ot-tenuti monitorando con un GPS di bordo il comportamento di un ca-mion durante le operazioni di raccolta nella città di Livorno. Conside-rando il sopracitato scenario, gli autori hanno proposto di alimentare l’impianto elettro-idraulico attraverso l’energia accumulata in una bat-teria, la quale è costantemente ricaricata sfruttando l’energia recupe-rata durante la frenata secondo lo schema in figura 2. Viste le limitazioni sugli ingombri e sui costi è fondamentale mini-mizzare il costo e la grandezza del Sistema di accumulo dell’energia, delle macchine elettriche e convertitori adottati. Come conseguenza, un’attività di non secondaria importanza è stata una critica riproget-tazione e simulazione dell’impianto idraulico in modo da massimizza-re la sua efficienza rispetto alla soluzione corrente, con costi e inter-venti contenuti rispetto al progetto di un impianto convenzionale che sarà invece modificato e aggiornato.Caso di test propostoIl sistema proposto è stato installato sul telaio di camion Isuzu P75 3.0, le cui caratteristiche principali sono descritte in tabella 1; co-me è visibile in figura 4, il telaio del caso di test proposto ha un lay-out che è spesso adottato su molti veicoli commerciali, per questo la-yout gli ingombri e più in generale la posizione della soluzione propo-sta rendono abbastanza semplice l’implementazione di quest’ultima su un’ampia gamma di camion differenti.Come è visibile nelle figure 5 e 6, per effettuare il sollevamento e la manipolazione dei cassonetti, il camion è equipaggiato con differenti sistemi articolati capaci di effettuare sei diversi movimenti attraverso il Il motore acombustione internaè spento e il sistemaservo-idraulico èalimentato dallebatterieL’energia è rigeneratae accumulata durante la fasedi frenataFig. 2 – Principio di funzionamento della soluzione proposta.98 fermate di raccolta rifiutiQuasi 119 km in circa 10 ore e 30 minuti7060504030201000 10 30 355 25Time [s*103]Speed [km/h]Fig. 3 – Tipico profilo di missione di un veicolo durate una giornata di raccolta rifiuti nella città di Livorno.TAB. 1 – PARAMETRI PRINCIPALI DEL CAMION ISUZU P3 75 3.0  Simbolo Quantità Valore [Unità di misura]mMassa del Veicolo (pieno carico appros-simato)7500 [kg]C Cilindrata 2999 [cc]Mmax Max Coppia del Motore 375 [Nm] (1600-2800 [rpm])Pmax Max Potenza 110 [kW] (2800 [rpm])τg1 Rapporto Prima Marcia 5.979τg2Rapporto Seconda Marcia 3.434τg3 Rapporto Terza Marcia 1.832τg4 Rapporto Quarta Marcia 1.297τg5 Rapporto Quinta Marcia 1.000τg6 Rapporto Sesta Marcia 0.759τgr Rapporto Retromarcia 5.068Τd Rapporto del Differenziale 5.571VmaxMax Velocità (limitata elettronicamente) 90 [Km/h]OP_2017_008_INT@088-096.indd   89 03/08/17   12:22CinghiaFrizioneMotorePompa90RICERCASETTEMBRE 2017oleodinamica-pneumaticacontrollo di 10 attuatori idraulici:• Movimento 1: azionamento del cilindro di sollevamento fino alla bat-tuta con il cassonetto;• Movimento 2: sollevamento preliminare da terra;• Movimento 3: sollevamento del cassonetto;• Movimento 4: ribaltamento del cassonetto;• Movimento 5: ripetere i passi (1,2,3,4) in senso inverso;• Movimento 6: avanzamento della slitta;• Movimento 7: chiusura della pala;• Movimento 8: ritorno della slitta;Infine, quando la vasca è piena, è periodicamente svuotata attraver-so il movimento descritto in figura 6. Negli impianti convenzionali, abi-tualmente installati su questo tipo di veicoli, la manipolazione dei cas-sonetti è decomposta in una sequenza di movimenti individuali, ognu-no corrispondente a un singolo grado di libertà, effettuati attraverso l’utilizzo di uno più attuatori in parallelo: per controllare individualmen-te il movimento i-esimo solo l`i-esimo attuatore idraulico deve essere azionato mentre gli altri sono bloccati nei fondo-corsa o dall’incompri-mibilità dell’olio in pressione. In questo modo, la velocità di crociera vi  di ogni i-esimo attuatore lineare è controllata regolando la corrispon-dente portata in entrata Qi secondo la relazione (2).νi =QiAi  (2)In (2) il simbolo Ai è adottato per identificare la corrispondente area equivalente dell`i-esimo attuatore.Nella maggior parte degli impianti convenzionali la portata Qi fornita a ogni attuatore è regolata secondo lo schema semplificato di figura 7: una pompa a cilindrata fissa è di-rettamente connessa al motore a combustione interna con una velo-cità di rotazione costante e che può essere facilmente regolata consi-derando l’inerzia equivalente del motore e la sua relativamente grande capacità di coppia rispetto al carico rappresentato dalla pompa. Co-me conseguenza la portata erogata Q è in generale costante ed è re-golata da una valvola regolatrice di portata che effettua un ricircolo di parte della portata Qr al fine di erogare il valore desiderato Qi al cari-co secondo la (3).Q = Qi +Qr   (3)La ricircolazione dell’olio nel serbatoio introduce una perdita idrauli-ca di potenza Wd  che è proporzionale alla portata di ricircolo Qr se-condo la (4):Wd =QrPηt  (4)In (4) il simbolo P rappresenta la pressione di mandata della pom-pa (trascurando piccoli o nulli valori di pressurizzazione del serba-toio) e ητ rappresenta l’efficienza energetica totale della pompa. Con-siderando un cilindro doppia camera/effetto deve essere installato an-che un dispositivo di controllo/sicurezza per controllare la velocità del carico specialmente durante le fasi di frenatura/decelerazione o di ri-torno dato che in questo caso andrebbe invertito il senso del carico. Questa soluzione implica piccole perdite addizionali le quali sono tol-Fig. 4 – Ingombri approssimati della soluzione proposta su un camion Isuzu p75.1 23 4876Fig. 5 – Elenco dei movimenti effettuatiFig. 6 – Sollevamento e svuotamento della vasca di raccoltaOP_2017_008_INT@088-096.indd   90 03/08/17   12:22

MODELLAZIONE E SIMULAZIONE DELL&apos;IMPIANTO OLEODINAMICO DI UN VEICOLO PER LA RACCOLTA RIFIUTI

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MODELLAZIONE E SIMULAZIONE DELL'IMPIANTO OLEODINAMICO DI UN VEICOLO PER LA RACCOLTA RIFIUTI

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