Prendete un carrello elevatore, toglietegli i circuiti idraulici e mettete al loro posto componenti elettrici meccanici ed elettronici altamente sofisticati e otterrete l’E-Truck, il futuro dei veicoli industriali visto dalla SKF.Grazie all’uso di sistemi elettrici altamente affidabili che sostituiscono i circuiti idraulici, riducono i consumi e diminuiscono l’impiego di combustibili fossili, l’E-Truck è la testimonianza del livello di efficienza che si può ottenere attraverso l’integrazione delle tecnologie meccaniche ed elettroniche.
   Con l’E-Truck la SKF intende dimostrare al mondo le proprie capacità di andare oltre alla semplice progettazione e costruzione di cuscinetti di alta qualità e di prodotti correlati. Questo carrello elevatore rappresenta la visione e l’impegno del Gruppo SKF nell’elaborare soluzioni idonee per i veicoli industriali. L’obiettivo è quello di presentare nuovi concetti oggi e di sviluppare in seguito nuovi prodotti insieme ad aziende partner, partendo dall’interesse generato dall’E-Truck. I sistemi SKF presenti sull’E-truck hanno infatti possibilità di applicazione che vanno ben oltre i carrelli elevatori, potendo essere utilizzati nei macchinari impiegati in campo agricolo, marino, minerario, nelle costruzioni in genere ed in molte altre applicazioni.

Le idee partono dagli input dei clienti
Il concetto di E-Truck prende in larga misura spunto dagli input ricevuti negli ultimi due anni e mezzo da clienti, fornitori e utilizzatori finali, di cui sono state messe in evidenza le esigenze in termini di funzionalità e prestazioni. Mentre alcuni aspetti sono comuni a tutti, la redditività riguarda soprattutto le aziende costruttrici di impianti (OEM).
   Più specificatamente gli OEM desiderano realizzare prodotti che siano apprezzati dagli utilizzatori finali per una maggiore produttività ed efficienza, avendo così la possibilità di meglio differenziarli sul mercato. Inoltre vogliono che tali prodotti siano affidabili e di semplice manutenzione, al fine di contenere i costi delle riparazioni in garanzia, e nello stesso tempo che siano ecologicamente compatibili. Gli OEM si preoccupano infatti di ridurre l’esposizione degli utilizzatori dei macchinari alle perdite di fluidi idraulici o agli scarichi dei motori a combustione interna, e desiderano prodotti più sicuri che riducano al minimo le eventuali contestazioni. Infine, per contenere i costi di produzione, intendono ridurre il numero dei componenti e semplificare le procedure di assemblaggio.

I desideri dei clienti dettano legge
Applicando il concetto dell’E-Truck, i tecnici SKF hanno soddisfatto tutte le richieste espresse dai clienti. Per cominciare, hanno preso un carrello elevatore e l’hanno ridotto al semplice telaio. Tutti i sistemi esistenti sono stati rimossi e il veicolo è stato ricostruito montando un sistema di sterzo elettromeccanico, una serie di attuatori per i movimenti di sollevamento, inclinazione e spostamento laterale, un controllo dell’altezza del montante e i motori per la trazione diretta.

Il sistema di sterzo
Il sistema elettromeccanico di sterzo SKF è a circuito chiuso e utilizza sensori «intelligenti», a cui si abbina la semplicità della soluzione «plug-and-play»:

1. quando l’operatore ruota il volante viene inviato un segnale al controller;
2. ricevuto il segnale, il controller invia un comando all’attuatore;
3. l’attuatore fa sterzare le ruote;
4. un sensore posizionato sul perno di sterzo rileva la posizione delle ruote nella sterzata;
5. un segnale di feedback inviato al controller corregge le eventuali differenze fra segnali di input e feedback.

I sensori intelligenti migliorano l’ergonomia
I sensori rilevano le richieste di cambio di direzione dell’E-Truck e inviano un segnale per la regolazione dell’angolo di sterzata all’unità elettronica di controllo, la quale calcola la corsa che l’attuatore deve effettuare per far muovere le ruote di conseguenza. In tal modo si elimina la necessità del piantone e di una connessione meccanica tra volante e ruote. Questa particolarità apre la porta a nuove idee riguardo la forma e la disposizione dei meccanismi di sterzo. La cabina può essere progettata con il volante disposto in punti diversi rispetto alla posizione abituale e può offrire al guidatore maggiore comfort, efficienza, ergonomia, spazio per le gambe e soprattutto sicurezza. Dal canto suo il costruttore del veicolo ha il vantaggio di poter semplificare la progettazione e le procedure di montaggio.
   Per offrire sicurezza contro gli eventuali guasti, il sistema è progettato con componenti ridondanti nel dispositivo di input, nei sensori di feedback e nei microcomputer. Se un componente si guasta, l’altro continua a lavorare, in modo da consentire al guidatore di portare il veicolo a velocità ridotta in un locale idoneo per essere riparato.

Minore impatto ambientale
Eliminando i tradizionali circuiti idraulici si riduce la manutenzione e l’impatto sull’ambiente in quanto non vengono più impiegati fluidi potenzialmente pericolosi. Senza circuiti in cabina, l’operatore non deve più preoccuparsi di eventuali perdite di olio in pressione e inoltre, essendo lo sterzo elettromeccanico più silenzioso, può godere di un posto di guida meno rumoroso.

Steering sensitivity e feedback force programmabili
La possibilità di programmare il rapporto di riduzione dello sterzo (steering sensitivity) e lo sforzo manuale da applicare sul volante (feedback force) è molto importante, in quanto offre un elevato grado di flessibilità. Il sistema può essere programmato in modo che il volante compia due o sei giri: le possibilità di regolazione sono quasi senza limitazioni. E’ anche possibile modificare la sensibilità in funzione della velocità del veicolo. In tal modo il guidatore è avvantaggiato specialmente quando deve compiere curve strette; per esempio, quando sta guidando lentamente e vuole girare, non deve ruotare il volante della stessa entità di quando viaggia veloce. Nei veicoli fuoristrada è spesso necessario sterzare rapidamente quando si procede a bassa velocità e lentamente quando si viaggia a velocità sostenuta. Tutto questo lo si può programmare nel software SKF incluso nel sistema.

I componenti del sistema
Il sistema di sterzo comprende un dispositivo di sterzo meccanico/elettronico, un controller, i sensori dei perni di sterzo integrati nell’assale e un attuatore di sterzo. Ogni componente comunica utilizzando il protocollo di comunicazione CAN (Control Area Network) su di una infrastruttura condivisa (CAN-bus). L’operazione di sterzatura è una funzione fondamentale dal punto di vista della sicurezza e l’utilizzo del protocollo CAN su di un’infrastruttura condivisa con altri potrebbe essere critica. Per questa ragione i sensori e gli attuatori del sistema SKF sono collegati separatamente al controller. Un protocollo di tipo “time-triggered” potrebbe risolvere queste criticità, ma al momento non esiste nell’industria uno standard riconosciuto.

Dispositivo di sterzo
Il dispositivo di sterzo comprende sensori rotativi, un freno elettromagnetico e un microcomputer, tutti racchiusi nella scatola di protezione del dispositivo stesso. La scatola la si può montare sul quadro strumenti della cabina o su un bracciolo. Quando l’operatore ruota il volante i sensori del sistema «sentono» di quanto lo ha ruotato e in che senso.

Sensore rotativo
Il sensore rotativo utilizza una moderna tecnologia priva di contatti striscianti che riduce le eventualità di usura e quindi soddisfa le esigenze di lunga durata espresse da costruttori e utilizzatori. Si tratta di un sensore assoluto che, tramite software, permette l’allineamento del pomello del volante con la posizione delle ruote. Un cuscinetto sensorizzato che supporta l’albero del volante viene utilizzato come elemento di ridondanza.

Freno elettromagnetico
Nel dispositivo di sterzo il freno elettromagnetico si usa per fornire il feedback dello sforzo e per simulare i fine corsa. In quest’ultimo caso, quando le ruote stanno per giungere alla loro massima escursione, riceve la massima corrente. Esso viene rilasciato non appena c’è un movimento in senso opposto. Rispetto agli altri dispositivi adottati per fornire il feedback dello sforzo, quali motori a c.c., motori a c.c. brushless o freni magnetico-reologici a fluido, il freno elettromagnetico presenta il vantaggio di minori consumi, ridotto ingombro, eccellenti proprietà di controllo e bassi costi.

Il controller integrato regola tutte le funzioni di sterzo
I sensori di sterzata inviano una serie di segnali al controller, il quale, a sua volta, informa l’attuatore di quanto si deve spostare e in quale senso. Il controller regola tutte le funzioni di sterzo. Il software del sistema fa in modo che non ci siano ritardi nella risposta quando il guidatore gira il volante in senso opposto o lo ferma, impostando l’angolo desiderato su quello effettivamente presente.

I sensori dei perni di sterzo forniscono il feedback
Un apposito sensore, integrato nell’assale, misura la posizione delle ruote. Esso fornisce il feedback, che viene inviato al controller affinché questo lo confronti con l’input della posizione desiderata, in modo da correggere le eventuali differenze fra segnali di input e feedback. Il sistema utilizza moderni sensori assoluti di posizione privi di contatti striscianti (senza contatto) e di alta risoluzione per l’input della posizione desiderata e il feedback. I sensori sono del tutto integrati nel sistema e sono protetti contro le gravose condizioni di lavoro che normalmente si incontrano nei veicoli industriali.

Unità di controllo dell’altezza del montante
L’E-Truck è anche munito di un’unità di controllo dell’altezza del montante che facilita il posizionamento di quest’ultimo. Per essere sicuri che nelle operazioni di carico e scarico nei magazzini il montante si fermi all’altezza voluta, si può usare l’output dell’unità di controllo come input al controller dei veicolo per l’identificazione automatica delle posizioni preventivamente programmate. Semplicemente agendo su un pulsante o su un interruttore, il montante si posiziona da solo portando le forche all’altezza voluta nel modo più efficiente possibile, indipendentemente da chi sta operando sul veicolo. Si eliminano così i procedimenti per tentativo e l’operatore può fare un eccellente lavoro, a tutto vantaggio della produttività. Per maggiore sicurezza, si può limitare la velocità del veicolo in base all’altezza del montante, riducendo il rischio che il veicolo stesso si ribalti.

Cuscinetti integrati con i sensori
L’unità di controllo dell’altezza è munita di un cuscinetto sensorizzato per il rilevamento dell’altezza, della velocità e dell’accelerazione del montante. Esso è montato in modo che possa monitorare la propria posizione, man mano che si muove verso l’alto o verso il basso. Mentre il montante si alza o si abbassa, l’unità di controllo invia continuamente segnali al controller, i quali vengono tradotti in misure molto precise, visualizzate su un display digitale. Con un sistema pre-programmato dell’altezza o con un semplice sistema di lettura digitale, il veicolo «conosce» l’altezza del carico e può azionare altri dispositivi di sicurezza. Per esempio, il sistema può essere programmato per limitare la velocità o il raggio di curvatura in funzione dell’altezza del carico, per evitare possibili ribaltamenti.
   In alternativa, il sistema di sicurezza può essere impostato per impedire che il montante si sollevi oltre una data altezza quando il carico supera un determinato peso.
   Oltre che in questa applicazione, la tecnologia dei cuscinetti sensorizzati può essere adottata ovunque sia importante regolare posizione, velocità e accelerazione: dai motori elettrici alle ruote di un treno ad alta velocità.

Il montante
Nell’E-Truck, i cilindri idraulici, tradizionalmente impiegati per sollevare e inclinare il montante e spostare il porta forche da un lato all’altro, sono stati sostituiti da attuatori ad alto rendimento ed estremamente precisi, muniti di viti volventi, con vite a sfere per il sollevamento e lo spostamento laterale e con vite a rulli per l’inclinazione. Questi attuatori devono lavorare con molta precisione altrimenti il montante si impianta. Grazie all’elevata qualità e al loro elevato rendimento, utilizzano la minima quantità di energia per sollevare il carico e restituiscono la massima quantità possibile di energia alle batterie quando si abbassano; inoltre per il fatto che sono esenti da manutenzione, possono far risparmiare denaro agli utilizzatori. Con gli attuatori al posto dei cilindri idraulici il funzionamento è più silenzioso, si evitano danni all’ambiente causati dai fluidi idraulici e si migliora la visibilità in quanto non vengono impiegate tubazioni ingombranti.
   Gli attuatori sono azionati da un motore elettrico; la potenza viene trasmessa alla vite tramite un ingranaggio a vite senza fine.

Ruote
Anche se non progettate dalla SKF, le ruote sono un elemento essenziale dell’E-Truck. Unità autonome, offrono diverse possibilità in termini di spazio, peso e risparmio di energia. Direttamente azionate da un motore elettrico che elimina la necessità di un riduttore, aumentano l’efficienza del veicolo, mentre ne semplificano il progetto. In effetti, un riduttore e i suoi organi di collegamento alle ruote, oltre che aumentare la complessità e di conseguenza le necessità di manutenzione del sistema, costituiscono una fonte notevole di attriti e di peso. Le ruote hanno controlli elettronici avanzati che ne governano la distribuzione della potenza, con il vantaggio di un maggiore rendimento e di una minore usura delle gomme. I sensori del moto forniscono l’esatto quantitativo di energia richiesto da ciascuna ruota, dando potenza alle ruote che effettuano la trazione e togliendola a quelle che tendono a slittare.

Conclusioni
L’E-truck offre i grandi vantaggi che si ottengono combinando i controlli elettromeccanici con una elettronica sofisticata. Nella concezione di questo veicolo, la SKF dà prova della sua capacità di proposta nello sviluppo di soluzioni che soddisfino le future esigenze dei clienti.

LA SKF CONOSCE LE ESIGENZE DEI CLIENTI

La SKF ha effettuato un’analisi approfondita presso costruttori e utilizzatori per conoscerne meglio le esigenze, rilevando che:

• occorre simulare il fine corsa delle ruote in modo che il guidatore sappia quando deve smettere di girare il volante.
• i sensori utilizzati per sterzare le ruote e quelli posizionati sulle ruote stesse, devono essere robusti e capaci di far fronte ad ambienti di lavoro difficili.
• l’intero sistema deve offrire al guidatore la massima sicurezza e soddisfare tutte le norme esistenti in proposito.
• le funzioni di sterzatura devono essere programmabili in modo da poter variare il numero complessivo di giri del volante, il rapporto di riduzione dello sterzo, lo sforzo di manuale da applicare sul volante ecc.
• lo sforzo manuale da applicare sul volante deve essere variabile. Per esempio, deve essere basso quando il veicolo si muove lentamente e maggiore quando viaggia velocemente.

SKF E-Truck

Capacità di carico: 3.5 t
Altezza di sollevamento: 3,25 m
Velocità di sollevamento: 0.45 m/s
Motore per due ruote (brushless c.c.): 7.5 kW
D = 536 mm
B = 345 mm
coppia max3,000 Nm
rendimento 91 %

Sette attuatori elettromeccanici
due di sollevamento
due di inclinazione
uno per spostamento laterale
uno di sterzo
uno per la cabina

Susan Langer  
Global Program Manager, ‘Industrial Vehicle Systems, SKF Industrial Division