IT202000019597A1

IT202000019597A1 - Macchina per l’esecuzione di scavi, in particolare per la perforazione, e metodo associato a tale macchina.

Info

Publication number: IT202000019597A1
Application number: IT102020000019597A
Authority: IT
Inventors: Mirco Armando Raffuzzi; Francesco Mantovani
Original assignee: Soilmec Spa
Priority date: 2020-08-07
Filing date: 2020-08-07
Publication date: 2022-02-07
Also published as: EP4193032A1; US20230323628A1; WO2022029537A1

Description

TITOLO: ?Macchina per l?esecuzione di scavi, in particolare per la perforazione, e metodo associato a tale macchina?

DESCRIZIONE

Settore tecnico

La presente invenzione si riferisce a una macchina per l?esecuzione di scavi, in particolare per la perforazione, e ad un metodo associato a tale macchina.

Sfondo tecnologico

Sono note le macchine per l?esecuzione di scavi, ad esempio fra tali macchine vi sono quelle per la perforazione dotate di un sotto-carro cingolato. In particolare, nell?ambito delle macchine per il settore fondazioni, esistono tre famiglie principali di macchine da perforazione: una prima famiglia ? quella delle perforatrici per l?esecuzione di pali di piccolo diametro, detti anche micropali, le quali sono solitamente macchine di piccole dimensioni, non provviste di una postazione operatore a bordo della macchina, che si utilizzano in diverse tecniche di consolidamento dei terreni, oppure ad esempio per sondaggi o geotermia; una seconda famiglia ? quella delle perforatrici per pali trivellati di grande diametro, solitamente impiegate per eseguire perforazioni a sezione circolare con diametri maggiori di 600 mm, tali perforatrici essendo di dimensioni anche molto maggiori rispetto alle precedenti ed aventi una postazione operatore a bordo della macchina; una terza famiglia ? quella delle macchine per scavo diaframmi, che eseguono scavi di sezione rettangolare, perlopi? per opere di contenimento o impermeabilizzazione, tali macchine presentano geometria simile alle gru da cantiere e sono dotate anch?esse di postazione operatore a bordo macchina. Tutte e tre le principali famiglie di macchine da perforazione appena menzionate hanno la caratteristica comune di avere un sotto-carro dotato di due fiancate cingolate o, secondo una terminologia pi? comune, di due cingoli per poter effettuare la movimentazione della macchina sul terreno.

Al di sopra delle fiancate cingolate si sviluppa la macchina base, che contiene gli elementi di potenza, quali motore endotermico e pompe idrauliche, mezzi di trasmissione quali argani, oltre ad alloggiare gli impianti e sistemi di controllo ed il posto di comando per l?operatore. Le macchine da perforazione per palo o micropalo sono dotate di un mast, o antenna, il quale ? un elemento a sezione generalmente rettangolare, che si estende verticalmente anche per qualche decina di metri ed ? collegato all?estremit? anteriore della macchina base tramite una cerniera o un apposito cinematismo, costituito da uno o pi? bracci e cilindri idraulici, che ne consentono almeno una inclinazione o un posizionamento nello spazio rispetto alla macchina base.

Lungo il suddetto mast scorre testa di perforazione rotante, detta rotary, alla quale ? collegata la batteria di perforazione dotata di utensile.

Le macchine per scavo diaframmi, pur avendo una macchina base molto simile, se non identica, a quella delle macchine da palo, hanno al posto del mast un braccio tralicciato o scatolato, che sostiene, tramite funi, l?utensile di scavo, generalmente identificabile in una benna o in una fresa.

Una problematica comune alle varie tipologie di macchine ? costituita dal pericolo intrinseco di ribaltamento, dovuto alla particolare disposizione delle masse, a causa del notevole sviluppo in verticale del mast o del braccio tralicciato e dei carichi ad essi sospesi ed all?azione delle forze esterne che si generano nelle varie condizioni operative previste, come ad esempio la forza generata dal vento, azione che va considerata solitamente a sfavore di stabilit?. Ci? si traduce nella necessit? per l?operatore di mantenere sotto controllo il grado di stabilit? della macchina, al fine di poter effettuare le operazioni di scavo in sicurezza. Una insufficiente stabilit? infatti, espone gli operatori ad un rischio di ribaltamento della macchina, che porta a conseguenze anche estremamente gravi per le persone coinvolte nell?evento.

Il calcolo di stabilit? secondo le norme di riferimento ? basato sulla somma di tutti i momenti, quindi sia i momenti ribaltanti sia i momenti stabilizzanti, che agiscono contemporaneamente sulla macchina. Il parametro assunto per la valutazione della stabilit? ? l??angolo di stabilit?? detto anche ?angolo residuo di stabilit?? che rappresenta l?angolo residuo di cui la macchina, soggetta ad un sistema di carichi, inclusi i carichi dinamici, pu? essere inclinata, rispetto ad una delle linee di ribaltamento, prima di ribaltarsi.

Tale angolo di stabilit? residuo va calcolato nelle varie condizioni operative previste della macchina, per esempio anche durante il trasporto, il montaggio, la manovra, lo stazionamento e l?esercizio.

Un primo metodo noto per affrontare il rischio di ribaltamento ? quello di fare riferimento alle norme di sicurezza del settore, le quali prevedono che, in fase di progettazione e quindi a priori rispetto all?utilizzo stesso della macchina, vengano calcolate le coordinate del baricentro della macchina stessa rispetto ad un?origine di riferimento e che, partendo da tali coordinate, venga valutato l?angolo di stabilit? residuo rispetto alla linea di ribaltamento pi? vicina, tenendo conto delle masse in gioco, dei carichi esterni, della forza del vento, delle forze di inerzia, della forza centrifuga, degli effetti dinamici, dell?inclinazione del terreno. Affinch? la macchina sia considerata stabile, detto angolo di stabilit? residuo deve essere sempre maggiore di un valore prestabilito dalle norme stesse, dipendente dallo stato della macchina (in lavoro, in movimento, a riposo).

Stante la conoscenza in fase di progetto delle linee di ribaltamento, definite dalle norme tecniche come le linee che congiungono i punti di contatto dei supporti pi? bassi dei rulli dei cingoli in direzione di marcia, o le linee che attraversano i centri delle aree di contatto dei supporti, in direzione perpendicolare a quella di marcia, ? necessario conoscere la posizione del baricentro della macchina, comprensiva delle attrezzature e degli utensili di scavo installati, per poter calcolare l?angolo di stabilit? residuo.

I valori necessari per il calcolo della posizione del baricentro della macchina si basano sulla conoscenza misurata od ipotizzata delle masse dei principali componenti fissi e mobili dei macchinari e degli utensili di perforazione che si prevede verranno utilizzati, su una valutazione approssimata dell?azione del vento, su calcoli stimati delle forze di inerzia, su ipotesi riguardanti i carichi ed infine sulla geometria stessa della macchina. Nella definizione di tali valori, le approssimazioni a cui generalmente si ricorre sono rilevanti e, siccome l?operatore non pu? essere in grado di valutare i margini di sicurezza esatti istantanei, egli viene messo a conoscenza solo di limiti definiti a priori in progettazione, quali ad esempio un massimo raggio di lavoro o una massima inclinazione assumibili dal mast. Tali limiti definiti a priori, essendo gravati dall?imprecisione dovuta alla mancanza di misure ?real-time? contestuali alla situazione attuale della macchina, vengono forniti in maniera cautelativa, in modo da mantenere la macchina e l?operatore stesso in condizioni di accettabile sicurezza. Questo primo metodo ha quindi un impatto che pu? risultare anche decisamente penalizzante sulle condizioni di utilizzo della macchina, appunto per via delle limitazioni d?utilizzo fortemente cautelative che vengono imposte. Ad esempio, le distanze massime di lavoro a cui pu? essere portato il mast ed il cinematismo, in questo caso vengono calcolate a priori e limitate tramite dispositivi di sicurezza considerando che le masse mobili della macchina, ad esempio le parti movimentabili da attuatori, si trovino nelle posizioni pi? sfavorevoli per la stabilit?. Quando per? le masse si trovano in posizioni meno sfavorevoli, le limitazioni imposte a priori possono risultare penalizzanti per le prestazioni della macchina.

Altri sistemi noti cercano di superare le limitazioni sopra descritte, facendo ricorso a sistemi di controllo e software installati a bordo macchina i quali, sulla base di informazioni ricevute da appositi sensori collocati sugli elementi mobili della macchina, sfruttano un elaboratore elettronico per calcolare la posizione del baricentro ed eventualmente imporre limitazioni sul funzionamento della macchina. Ad esempio possono essere installati sensori che rilevano direttamente o indirettamente la posizione istantanea del cinematismo della macchina, la posizione del mast e/o della rotary e della batteria di aste dotata di utensile. Tramite ulteriori sensori ? possibile inoltre conoscere la posizione angolare della torretta relativamente al sotto-carro e rispetto ad un asse di riferimento.

Solitamente tali sistemi sfruttano, specialmente per i valori relativi alle masse dei componenti della macchina, una serie di dati precaricati in un database interno al software di gestione. Tali dati occorrono al software del sistema di controllo stesso per calcolare il baricentro della macchina, una volta individuate le posizioni nello spazio di detti componenti tramite sensori dedicati.

In molti casi operativi che si verificano in cantiere, l?utilizzatore della macchina necessita di cambiare la configurazione di allestimento della medesima macchina perforatrice, sostituendo o aggiungendo componenti, per passare dalla configurazione di utilizzo dedicata ad una data tecnologia di scavo ad un'altra, oppure deve effettuare un semplice cambio di utensile. Ad esempio potrebbero venire aggiunti elementi modulari al mast per aumentarne la lunghezza, oppure potrebbero essere installati ulteriori componenti quali un pulitore dell?utensile di scavo o una seconda rotary per azionare un casing, o si potrebbe effettuare la sostituzione di una elica di scavo avente un determinato diametro con una elica di diametro maggiore e dunque di peso maggiore. In questi casi i sistemi di controllo di queste macchine di tipo noto richiedono che l?utilizzatore intervenga manualmente tramite una interfaccia quale un display per impostare correttamente all?interno del software i nuovi valori delle masse dei componenti che sono stati modificati nell?allestimento della macchina, in modo che il software possa considerare detti nuovi valori nei calcoli della stabilit?. Questa necessit? di intervento manuale dell?operatore, o di personale autorizzato quale il capocantiere, ? generalmente dovuta al fatto che fino ad oggi ? risultato particolarmente difficile individuare tipologie di sensori installabili sulla macchina o direttamente su ciascun componente intercambiabile della macchina, che siano in grado di rilevare le possibili modifiche di allestimento sopra elencate, quale la sostituzione di un componente con un altro intercambiabile. Questa necessit? di intervento manuale dell?operatore rende questi sistemi poco affidabili, in quanto vulnerabili rispetto ad errori umani od utilizzi impropri. L?utilizzatore potrebbe infatti inserire nel software valori errati delle masse e delle tipologie dei componenti installati, o involontariamente per distrazione o volontariamente per ?ingannare? il sistema di controllo al fine di ottenere prestazioni maggiori. ? evidente che questi accadimenti porterebbero ad errori nel calcolo dell?angolo residuo di stabilit?, con conseguente pericolo per la sicurezza degli operatori e della macchina.

Sintesi dell?invenzione

Uno scopo della presente invenzione ? quello di realizzare una macchina e un metodo per l?esecuzione di scavi, in particolare per la perforazione, pi? in particolare per la realizzazione di fondazioni, tali macchina e metodo essendo di tipo migliorato e in grado di risolvere gli inconvenienti della tecnica anteriore sopra riepilogati.

Secondo la presente invenzione, questo ed altri scopi vengono raggiunti mediante una macchina e un metodo aventi le caratteristiche tecniche citate nelle annesse rivendicazioni indipendenti.

? da intendersi che le annesse rivendicazioni costituiscono parte integrante degli insegnamenti tecnici qui forniti nella descrizione dettagliata che segue in merito alla presente invenzione. In particolare, nelle annesse rivendicazioni dipendenti sono definite alcune forme di realizzazione preferite della presente invenzione che includono caratteristiche tecniche opzionali.

Un vantaggio ottenibile mediante forma di realizzazione della presente invenzione che sar? descritta nel seguito ? quello di utilizzare un insieme di sensori che sono configurati per misurare tutte le azioni fisiche reali ed istantanee sulla macchina, aventi impatto sulla stabilit?. Il sistema, come verr? spiegato approfonditamente nel seguito, ? infatti in grado di calcolare la posizione del baricentro della macchina senza necessariamente dover conoscere le posizioni e le masse dei suoi vari elementi e componenti, in quanto sfrutta il principio dell?effetto dinamico che le forze esterne, qualunque esse siano, generano su punti noti del sotto-carro della macchina.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione appariranno chiari dalla descrizione dettagliata che segue, data a puro titolo esemplificativo e non limitativo, con riferimento in particolare ai disegni allegati, qui di seguito riepilogati.

Breve descrizione dei disegni

La figura 1 mostra una vista prospettica di una macchina per l?esecuzione di scavi, in particolare per la perforazione, e pi? in particolare per la realizzazione di fondazioni, tale macchina essendo realizzata secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione. Tale macchina ?, a titolo di esempio non limitativo, idonea per la realizzazione di pali di grande diametro, anche se gli insegnamenti riferiti alla presente invenzione sono anche applicabili ad altre tipologie di macchine, quali macchine escavatrici, macchine di scavo per diaframmi, o macchine per l?esecuzione di micropali, od altre tipologie di macchine da cantiere.

La figura 2A mostra una vista prospettica e parzialmente esplosa di un sotto-carro appartenente alla macchina mostrata nella figura 1.

La figura 2B rappresenta una vista prospettica dettagliata di una prima forma costruttiva del collegamento tra cingoli e telaio del sotto-carro mostrato nella figura 2A.

La figura 2C illustra una vista in pianta dall?alto e sezionata lungo un piano orizzontale longitudinale del sotto-carro mostrato nelle figure precedenti.

La figura 3 ? una vista prospettica di una macchina per l?esecuzione di scavi realizzata secondo un?ulteriore forma di realizzazione, esemplificativa della presente invenzione, in cui ? mostrato un gruppo di sensori applicato a tale macchina. Tale macchina ? particolarmente idonea per la perforazione, ad esempio per la realizzazione di pali di grande diametro.

La figura 4 ? una vista prospettica parziale ed ingrandita che rappresenta un dettaglio dei sensori applicati a un telaio della macchina per l?esecuzione di scavi.

La figura 5 ? una vista in elevazione laterale della macchina mostrata nelle figure 3 e 4. In tale figura ? indicato un possibile esempio di riferimenti geometrici e delle variabili tenute in considerazione per calcolarne la stabilit?, secondo una forma di realizzazione vantaggiosa della presente invenzione.

La figura 6 ? una vista prospettica parziale ed ingrandita che mostra un dettaglio della parte superiore di un mast della macchina delle figure da 3 a 5, sulla quale sono applicati un anemometro ed una banderuola, secondo una forma di realizzazione vantaggiosa della presente invenzione.

La figura 7 ? una vista in elevazione laterale della macchina mostrata nelle figure da 3 a 6. In tale figura ? indicato un possibile esempio delle variabili utilizzate per la misura di alcuni effetti dinamici che agiscono sulla stabilit?, secondo una forma di realizzazione vantaggiosa della presente invenzione.

La figura 8A ? una vista in elevazione laterale, parzialmente sezionata, che mostra una possibile variante di attuazione di un sotto-carro applicabile ad una delle macchine illustrate nelle figure precedenti.

La figura 8B ? una vista di una sezione del sotto-carro 8A, eseguita sul piano Y-Z e passante per uno degli assiemi trasversali di detto sotto-carro.

Le figure da 9 a 13 rappresentano differenti diagrammi a blocchi che illustrano differenti modalit? di calcolo delle coordinate, planari ed in elevazione, del baricentro e di altri parametri riferiti alle macchine mostrate nelle figure precedenti.

Descrizione dettagliata dell?invenzione

Con riferimento in particolare alla figura 1, ? rappresentata una macchina per l?esecuzione di scavi 100 realizzata secondo una forma di realizzazione esemplificativa della presente invenzione. In particolare, la macchina 100 ? una macchina di perforazione, ma in altre forme di realizzazione alternative pu? anche essere di tipo differente, ad esempio una qualsivoglia macchina da cantiere dotata di sotto-carro cingolato, quale un escavatore o simili.

La macchina 100 comprende un sotto-carro cingolato 101 e una macchina base 102, ad esempio una torretta dotata di cabina di comando, collegata solidamente al sotto-carro 101. A titolo di esempio non limitativo, la connessione fra la macchina base 102 e il sotto-carro 101 avviene mediante l?interposizione di una ralla, non rappresentata, cosicch? la macchina base 102 possa ruotare rispetto all?asse verticale del sotto-carro 101. In ulteriori varianti di attuazione alternative non illustrata, la macchina base pu? anche non essere mobile rispetto al sotto-carro.

La macchina 100 comprende inoltre un?attrezzatura di scavo predisposta per assumere diverse posizioni o configurazioni di lavoro. In particolare, l?attrezzatura di scavo comprende un mast 103 situato anteriormente rispetto alla macchina base 102 ed un relativo cinematismo 104. Il mast 103 ? collegato alla macchina base 102 attraverso il cinematismo 104 che consente al mast 103 di assumere differenti posizioni operative nello spazio rispetto alla macchina base 102. In una variante costruttiva semplificata, tale cinematismo 104 pu? essere anche un semplice collegamento a cerniera fra il mast 103 e la macchina base 102, per consentire una inclinazione del mast.

Ulteriormente, l?attrezzatura di scavo della macchina 100 comprende una testa di azionamento rotante o cosiddetta rotary 105 scorrevole rispetto al mast 103, in particolare assialmente lungo la direzione longitudinale di quest?ultimo. In particolare, l?attrezzatura di scavo della macchina 100 comprende anche un utensile di scavo 106; con riferimento alla figura 1, l?utensile di scavo 106 ? collegato all?estremit? inferiore di una batteria di aste telescopiche o ?aste kelly? 107, connessa alla rotary 105. In modo di per s? noto, la rotary 105 ? configurata per imprimere un moto rotatorio alla batteria di aste 107 e all?utensile di scavo 106. Contemporaneamente, la rotary 105 ? configurata per traslare la batteria di aste 107 e l?utensile 106. In particolare, durante la fase di perforazione, la rotary 105 ? configurata per far traslare l?utensile 106 verso il basso e fornire inoltre una forza di spinta all?utensile 106. Inoltre la rotary 105 ? configurata anche per far traslare l?utensile 106 verso l?alto, mediante l?applicazione di una forza di tiro.

La macchina 100 comprende inoltre un argano 108, che pu? essere installato nella macchina base 102 o nel mast 103, il quale tramite una fune rinviata sulla parte superiore del mast si connette alla batteria di aste telescopiche 107. Tramite l?avvolgimento o svolgimento di detta fune, l?argano 108 pu? attuare rispettivamente la salita o la discesa della batteria di aste telescopiche 107 e dell?utensile 106 ed in particolare durante la fase di estrazione dell?utensile dallo scavo pu? applicare un maggiore tiro all?utensile per vincere i pesi e gli attriti.

Tali forze di spinta e di tiro vengono tenute in considerazione nei calcoli di stabilit? utilizzati secondo la tecnica anteriore in quanto possono generare momenti ribaltanti sulla macchina.

In figura 1 sono inoltre mostrate le possibili linee di ribaltamento della macchina, in particolare si indica con LRFA la linea di ribaltamento frontale anteriore, con LRFP la linea di ribaltamento frontale posteriore, con LRLS la linea di ribaltamento laterale sinistra e con LRLD la linea di ribaltamento laterale destra.

Con riferimento in particolare alla figura 2A, sono visibili in maggior dettaglio i componenti del sotto-carro 101. Tale sotto-carro 101 comprende un telaio 201 che, nella forma di realizzazione illustrata, include a sua volta un corpo centrale 202. In prossimit? del centro del corpo centrale 202, ? ? vantaggiosamente ma non necessariamente -prevista una lavorazione di tipo di per s? noto per l?alloggiamento di una ralla (non rappresentata), la quale funge da collegamento alla macchina base 102.

In particolare, il telaio 201 comprende inoltre un assieme trasversale anteriore o traversa anteriore 203a ed un assieme trasversale posteriore o traversa posteriore 203b. Gli assiemi trasversali 203a e 203b sono collegati, ad esempio solidalmente o con libert? di scorrimento laterale, al corpo centrale 202. Il collegamento fra assiemi trasversali 203a e 203b e corpo centrale 202 pu? essere quindi fisso (ad esempio, realizzato mediante saldatura) o con un accoppiamento di tipo ?prismatico? che consente scorrimenti relativi fra di essi. In particolare, gli assiemi trasversali 203a, 203b sono solidali in rotazione rispetto al corpo centrale 202, impedendo rotazioni/inclinazioni delle traverse rispetto al corpo centrale.

Ciascun assieme trasversale o traversa sporge con una propria prima estremit? rispetto ad un fianco del corpo centrale 202 e sporge con una propria seconda estremit? rispetto al fianco opposto del corpo centrale 202.

Nella forma di realizzazione illustrata, ciascun assieme trasversale 203a e 203b ? costituito da un singolo elemento; tuttavia, in ulteriori varianti (non illustrate) ciascuno degli assiemi trasversali pu? comprendere una rispettiva coppia di elementi a trave separati disposti coassiali e, preferibilmente, collegati telescopicamente fra loro. Tale collegamento telescopico consente uno scorrimento assiale reciproco fra i due elementi di uno stesso assieme trasversale 203a e 203b e consente di variare la distanza di ciascuna estremit? di uno stesso assieme trasversale rispetto ai fianchi del corpo centrale 202.

Inoltre, il sotto-carro 101 comprende un cingolo destro 204 ed un cingolo sinistro 205. Ciascuno dei cingoli 204, 205 ? collegato, anteriormente e posteriormente, alle rispettive estremit? degli assiemi trasversali 203a, 203b che sporgono dal medesimo lato rispetto al corpo centrale 202. In particolare, ciascuno degli assiemi trasversali 203a e 203b presenta alle proprie estremit? opportuni mezzi di fissaggio, da una parte, per connettersi al cingolo destro 204 e, dall?altra parte, al cingolo sinistro 205.

Nella figura 2A si definisce inoltre un sistema di riferimento che ha origine su un ?piano di riferimento? X-Z, che ? un piano orizzontale che pu? coincidere ad esempio col piano di giacitura dei cingoli del carro sul terreno, e ha l?asse X orientato lungo la direzione di avanzamento del carro e posizionato equidistante dai due cingoli. L?asse Z ? appartenente al piano di riferimento e orientato perpendicolare alla direzione di avanzamento, e l?asse Y perpendicolare al piano di giacitura del carro e orientato verso l?alto.

Come ? evidente per un tecnico del settore, gli aggettivi anteriore e posteriore, cos? come destro e sinistro sono da considerarsi come riferiti rispetto ad una direzione di avanzamento della macchina 100.

Con riferimento in particolare alla figura 2B, ? visibile uno dei collegamenti sussistenti tra un?estremit? dell?assieme traversale 203a ed il rispettivo cingolo 205 ottenuto, secondo la forma di realizzazione illustrata della presente invenzione, attraverso uno o pi? mezzi di fissaggio. Per i corrispondenti collegamenti tra le estremit? degli altri assiemi trasversali e i rispettivi cingoli, non visibili in figura 2B ma realizzati in modo analogo nella forma di realizzazione illustrata, si rinvia a quanto sar? descritto qui di seguito per il collegamento visibile nella figura 2B. In particolare, il mezzo di fissaggio sopra menzionato prevede almeno un primo foro 206 ricavato all?estremit? dell?assieme trasversale 203a, almeno un secondo foro 207a ricavato nel punto di collegamento del cingolo 205 e una cella di carico 208 avente forma di un perno, inserita attraverso tale primo foro 206 e tale secondo foro, fungendo da elemento di collegamento fra assieme trasversale 203a e cingolo 205. Preferibilmente il punto di collegamento del cingolo ? costituito da un vano (o una sede) ricavato nella fiancata del cingolo, tale vano avente una forma adatta a ricevere e ospitare una estremit? dell?assieme trasversale 203a con un certo gioco.

Come meglio visibile nella figura 2C della forma di realizzazione illustrata a titolo esemplificativo, il punto di collegamento del cingolo oltre al secondo foro 207a comprende anche un ulteriore secondo foro 207b, in modo tale da realizzare complessivamente una coppia di secondi fori 207a, 207b, tuttavia si desidera evidenziare come sia chiaro per un tecnico del settore che ? anche concepibile utilizzare un singolo secondo foro, diversamente da quanto illustrato in tale forma di realizzazione.

In particolare, la cella di carico 208 ? avente vantaggiosamente una forma a perno ? ? inserita coassialmente con i fori 206, 207a e 207b, fungendo da elemento di collegamento, come sopra accennato.

Secondo quanto illustrato nelle figure 2A, 2B, 2C, il collegamento realizzato mediante l?inserimento di una singola cella 208 a forma di perno ? sostanzialmente una cerniera, che lascia libera la rotazione relativa tra il rispettivo cingolo 204, 205 e l?estremit? del rispettivo assieme trasversale 203a, 203b, attorno all?asse longitudinale della cella 208. Tale rotazione ? per? limitata ad una ampiezza di pochi gradi tramite l?accoppiamento di tipo prismatico che si realizza tra l?estremit? del rispettivo assieme trasversale 203a, 203b ed il vano che costituisce il punto di collegamento del rispettivo cingolo 204, 205. Dunque l?ampiezza del gioco ossia dell?interspazio presente tra l?estremit? del rispettivo assieme trasversale 203a, 203b e il suddetto vano determina l?ampiezza della rotazione relativa consentita tra tale assieme trasversale 203a, 203b ed il rispettivo cingolo 204, 205.

Nella forma di realizzazione esemplificativamente illustrata in figura 2C, ? presente un singolo foro passante 206 ricavato all?estremit? di un assieme trasversale 203a o 203b, ed una coppia di fori coassiali 207a e 207b ricavati sul rispettivo cingolo 204 o 205.

Secondo la forma di realizzazione illustrata in figura 2C della presente invenzione, ciascuno dei punti di collegamento tra il telaio 201 ed il rispettivo cingolo 204 e 205 appartenente al sotto-carro 101 prevede dunque una rispettiva cella di carico 208, come del tipo sopra esposto. In particolare ciascuno dei due cingoli 204 e 205 del sottocarro ? collegato tramite due punti di collegamento al telaio 201, e in particolare ciascun cingolo 204, 205 ? connesso a due assiemi trasversali 203a, 203b, dunque nel sotto-carro sono installate quattro celle di carico 208.

Secondo la forma di realizzazione visibile in particolare nella figura 2C, in maggior dettaglio le quattro celle di carico 208 includono:

- una cella di carico anteriore 208.1 montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- un?altra cella di carico anteriore 208.2 montata nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale 205 e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- una cella di carico posteriore 208.3 montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale posteriore 203b, e

- un?altra cella di carico posteriore 208.4 montata nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale 205 e l?assieme trasversale posteriore 203b.

Con particolare riferimento alla figura 9, i segnali raccolti dalle celle di carico 208 situate nei punti di collegamento sopra menzionati corrispondono a dati di forza Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx sostanzialmente rappresentativi delle forze agenti sulle celle di carico 208 stesse, nei punti in cui esse sono applicate. Tali dati di forza Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx sono inoltre indicativi della forza di reazione esercitata fra l?associato cingolo laterale 204, 205 e il rispettivo assieme trasversale 203a, 203b nel loro punto di collegamento. In particolare, i dati di forza Fantdx e Fantsx sono rappresentativi delle forze rilevate dalla cella di carico anteriore destra 208.1 e rispettivamente dalla cella di carico anteriore sinistra 208.2; mentre Fpostdx e Fpostsx sono rappresentativi delle forze rilevate dalla cella di carico posteriore destra 208.3 e rispettivamente dalla cella di carico posteriore sinistra 208.4.

In funzione dei segnali sopra menzionati che corrispondono ai dati direttamente misurati delle forze di reazione Fantdx, Fantsx, Fpostdx,e Fpostsx ? possibile calcolare ? e non soltanto ipotizzare come invece avviene secondo la tecnica anteriore - la posizione planare XG, ZG del baricentro della macchina 100 situata sostanzialmente a livello di un piano di riferimento X-Z gi? descritto. Ne consegue, come pu? essere compreso da ogni esperto del settore, che con questo sistema si pu? valutare con maggiore esattezza, rispetto allo stato dell?arte attuale, la posizione planare del baricentro XG, ZG anche istante per istante e, conseguentemente, l?angolo di stabilit? residuo istantaneo. Il che pu? vantaggiosamente permettere all?operatore, una volta informato da un sistema di segnalazione, di intervenire pi? tempestivamente in caso di pericolo e/o consentire alla macchina stessa di permanere o riportarsi in condizioni di sicurezza, con pi? efficacia rispetto alle macchine secondo la tecnica anteriore, attraverso l?implementazione di un opzionale sistema di controllo.

Come sopra esposto, la presente invenzione consente quindi l?individuazione della posizione planare XG, ZG del baricentro della macchina, anche attraverso misurazioni di quantit? fisiche effettivamente agenti sulla macchina stessa ed in questo differisce dall?arte nota, nella quale la posizione del baricentro ? calcolata esclusivamente a partire da ipotesi condotte a priori su masse, forze e posizioni istantanee degli elementi e componenti che formano la macchina base.

Secondo la forma di realizzazione illustrata della presente invenzione, la macchina 100 ? dotata di un sistema comprendente una pluralit? di sensori, in particolare una pluralit? di celle di carico 208 montate sul sotto-carro 101. Le celle di carico 208, misurando la forza di reazione fra ciascuno dei cingoli 204 e 205 e il rispettivo assieme trasversale 203a, 203b, permettono di identificare con precisione la posizione planare del baricentro XG, ZG calcolata su un piano di riferimento, in ad esempio sul piano di appoggio della macchina 100 o su un piano orizzontale. Il calcolo della suddetta posizione planare del baricentro XG, ZG ? realizzato mediante un sistema di controllo CPU, in funzione dei dati di forza Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx.

A puro titolo di esempio, se le forze misurate nel medesimo istante dalla cella di carico anteriore destra 208.1 e dalla cella di carico anteriore sinistra 208.2 sono fra loro identiche, in assenza di carichi esterni agenti sulla macchina, ci? significa che la coordinata ZG del baricentro sul piano di riferimento sar? equidistante dalle due estremit? dell?assieme trasversale anteriore 203a ed equidistante dai due cingoli 204, 206, per cui ZG avr? valore uguale a zero e si trover? sull?asse X secondo il sistema di riferimento X-Y-Z precedentemente descritto. Secondo un principio del tutto simile, combinando i valori di forza misurati da tutte le celle di carico si pu? determinare la posizione del baricentro nel piano X-Z calcolando la coppia di valori XG, ZG.

Inoltre, secondo un aspetto preferito della presente invenzione, ? possibile calcolare anche la posizione o coordinata verticale del baricentro YG in elevazione rispetto al piano di riferimento, ad esempio il piano di appoggio della macchina, lungo un asse verticale, in seguito definito come asse Y.

Per il calcolo della posizione o coordinata verticale lungo l?asse Y ? possibile seguire differenti principi.

Ad esempio, un principio - di tipo per s? noto ? che pu? essere seguito ? quello rappresentato con riferimento alla figura 3. Secondo tale principio sono previsti sensori montati sugli attuatori che sono configurati per muovere le parti e componenti della macchina 100, in particolare della macchina base 102. A titolo di esempio non limitativo, tali attuatori possono includere martinetti, motoriduttori di rotazione della macchina base 102 collegati alla ralla, argani. Sono inoltre previsti anche ulteriori adeguati sensori che consentano di conoscere posizione e configurazione istantanea nello spazio assunte dalla attrezzatura di scavo della macchina 100. Pi? in dettaglio, i sensori associati a tali attuatori possono essere, ad esempio, un sensore di posizione angolare 301 associato alla ralla (ad esempio, un encoder montato su tale ralla), uno o pi? ulteriori sensori di posizione angolare (nella forma di realizzazione vi ? infatti un primo e un secondo ulteriore sensore di posizione angolare 302, 303) associati all?argano 108 (od anche ad una pluralit? di rispettivi argani) e uno o pi? sensori di posizione lineari 304 associati ai martinetti che governano altre parti e componenti dell?attrezzatura di scavo della macchina base 102. In questo modo, sar? possibile stimare l?altezza del baricentro con un principio di calcolo di per s? noto, che viene per? ora abbinato al principio innovativo e pi? preciso del calcolo della posizione planare del baricentro XG, ZG a livello del piano di riferimento X-Z, ad esempio il piano di appoggio della macchina al suolo, misurata in tempo reale mediante le celle di carico 208 precedentemente descritte.

In alternativa, a differenza del principio sopra descritto con riferimento alla figura 3, un ulteriore esempio alternativo di principio per il calcolo della posizione verticale del baricentro YG lungo l?asse Y, abbinato al calcolo posizione planare del baricentro XG, ZG a livello del piano di riferimento X-Z, ? descritto con riferimento alla figura 4. Il principio alternativo sopra menzionato ? mostrato nello schema a blocchi rappresentato nella figura 10. Secondo tale principio, ? previsto un inclinometro 401 montato su una struttura di supporto 402 appartenente alla macchina base 102 e configurato per rilevare dati di angolo ? indicativi di almeno un angolo di inclinazione fra un asse di riferimento della macchina base 102 e la direzione della forza di gravit?. La posizione verticale del baricentro YG ? calcolata dal sistema di controllo CPU in funzione dei dati di forza Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx e di dati di angolo ?. Nella forma di realizzazione illustrata, l?asse di riferimento ? l?asse della ralla. La posizione planare del baricentro XG, ZG a livello del piano di riferimento X-Z secondo il principio mostrato in figura 11 viene effettuato dal sistema di controllo CPU in funzione dei dati di forza Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx secondo lo stesso principio mostrato in figura 10.

L?inclinometro 401 pu? essere monoassiale (e quindi rilevare un solo angolo di inclinazione misurato su un piano predefinito), ma preferibilmente si pu? fare ricorso ad un inclinometro biassiale, in modo da poter rilevare una coppia di angoli di inclinazione indicativi della variazione angolare dell?asse di riferimento (ad esempio, l?asse della ralla) su due diversi piani, in particolare fra di loro perpendicolari. In quest?ultimo caso l?effettiva posizione spaziale del baricentro rimane misurata con maggior precisione.

Con riferimento alla figura 5, ? rappresentato in maggior dettaglio un possibile esempio di riferimenti geometrici e delle variabili tenute in considerazione per calcolare il baricentro e la stabilit? della macchina 100, secondo una forma di realizzazione vantaggiosa della presente invenzione. Infatti, la macchina 100 ivi illustrata ? sostanzialmente una macchina di perforazione cingolata realizzata secondo le figure precedenti e dotata di una ralla configurata per consentire la rotazione della macchina base (o torretta) 102. Il sistema di riferimento adottato ha come origine ?O? l?intersezione fra il livello del piano di riferimento, considerato - ad esempio - al suolo, e l?asse della ralla quando quest?ultimo ? perpendicolare al piano di riferimento stesso, mentre l?asse ?Y? ? positivo verso l?alto, l?asse ?X? positivo verso il fronte della macchina, e l?asse ?Z? risultante ? coerente con una terna destrorsa. Secondo lo schema a blocchi della figura 11, la posizione verticale del baricentro YG ? calcolata dal sistema di controllo CPU in funzione:

- della variazione di posizione ?X assunta dalla posizione planare di baricentro XG, ZG nel piano di riferimento, e

- della variazione di angolo ?? assunta dai dati di angolo ? rilevati dall?inclinometro 401. La variazione di posizione ?X e la variazione di angolo ?? sono calcolate fra i due medesimi istanti consecutivi, in particolare, fra la posizione iniziale G e la posizione finale G?.

In maggior dettaglio, nella forma di realizzazione illustrata, ad una variazione di inclinazione ?? dell?asse di riferimento su un piano XY calcolata su un piano X e misurata con precisione per mezzo dell?inclinometro 401 corrisponde una variazione della posizione del baricentro di valore ?X, valutato con precisione tramite le celle di carico 208. Infatti, sull?asse ?X?, la coordinata di ascissa XG di posizione sull?asse ?X? del baricentro ? data dalla formula che segue:

in cui:

- le forze ?F? sono quelle lette dalle celle di carico 208 (in particolare, come precedentemente descritto, Fantdx e Fantsx sono le forze rilevate dalla cella di carico anteriore destra 208.1 e dalla cella di carico anteriore sinistra 208.2, mentre Fpostdx e Fpostsx sono le forze rilevate dalla cella di carico posteriore destra 208.3 e dalla cella di carico posteriore sinistra 208.4);

- la massa ?msott? ? la massa della parte di sotto-carro 101 che ? a valle delle celle di carico (fra le celle di carico ed il terreno);

- le coordinate ?X? corrispondono alle coordinate in ascissa delle forze e massa sopra citate (in particolare, Xantdx e Xantsx sono le coordinate in ascissa della posizione della cella di carico anteriore destra 208.1 e della cella di carico anteriore sinistra 208.2, mentre Xpostdx e Xpostsx sono le coordinate in ascissa della cella di carico posteriore destra 208.3 e della cella di carico posteriore sinistra 208.1, Xgsott ? la coordinata in ascissa della massa msott);

- l?accelerazione ?g? l?accelerazione di gravit?. Naturalmente le posizioni ?X? destra e sinistra saranno verosimilmente uguali per la costruzione auspicabilmente simmetrica.

Per ottenere la coordinata in altezza YG, viene utilizzata la formula:

Pertanto secondo tale principio, il calcolo della posizione del baricentro ? reso possibile dall?associazione delle misure delle celle di carico 208, vale a dire Fantdx, Fantsx, Fpostdx, e Fpostsx, unitamente a quella dell?inclinometro 401, vale a dire ??.

Chiaramente, nel caso in cui l?inclinometro 401 sia vantaggiosamente di tipo biassiale, ? possibile effettuare il calcolo della variazione di inclinazione ?? anche in funzione dell?inclinazione dell?asse ralla sul piano YZ secondo il medesimo principio sopra illustrato per il piano XY, rendendo complessivamente pi? preciso il calcolo della posizione del baricentro mediante un confronto dei dati ottenuti con riferimento al piano XY.

Secondo una variante di realizzazione della presente invenzione, il calcolo dell?altezza del baricentro YG pu? essere effettuato utilizzando contemporaneamente entrambi i principi sopra descritti. Il confronto fra i risultati ottenuti dal primo principio (quello illustrato con riferimento alla figura 3) e rispettivamente dal secondo principio (quello illustrato con riferimento alla figura 4, in cui si fa utilizzo della rilevazione delle celle di carico 208, vale a dire Fantdx, Fantsx, Fpostdx, e Fpostsx, unitamente a quella dell?inclinometro 401, vale a dire ??), quando usati contemporaneamente, permette una ottimizzazione dei valori calcolati. Inoltre la conoscenza della posizione geometrica dei componenti della macchina 100 consente di informare l?operatore in tempo reale, oltre a permettere al sistema di eseguire un controllo istantaneo in retroazione dei parametri critici per la stabilit?, in modo da mantenere la macchina 100 in una condizione di stabilit? accettabile.

Nella figura 6 ? rappresentata una vista di dettaglio della parte superiore del mast 103 di una ulteriore variante costruttiva della macchina 100. In tale zona del mast 103, la macchina 100 comprende preferibilmente mezzi per la rilevazione della velocit? del vento, ad esempio un anemometro 601 ed una banderuola 602. Secondo un aspetto preferito della presente invenzione, l?anemometro 601 e la banderuola 602 sono configurati per il calcolo dell?influenza della forza del vento, in ogni direzione sull?angolo di stabilit? residua.

Pi? in dettaglio, grazie alla possibilit? di calcolare in ogni istante le coordinate del baricentro XG, ZG a livello del piano di riferimento X-Z tramite le forze di reazione misurate dalle celle 208 secondo il metodo gi? descritto per le figure precedenti, in combinazione con la possibilit? di misurare la variazione di intensit? e di direzione del vento tramite rispettivamente l?anemometro 601 e la banderuola 602, consente di misurare in ogni istante l?effetto che una variazione del vento provoca sulla posizione orizzontale del baricentro stesso, e dunque consente di valutare il valore del momento ribaltante generato dal vento in ogni istante rispetto a ciascuna linea di ribaltamento. Poich? ? noto che tale momento ribaltante generato dal vento ? funzione della velocit? del vento vs, e del prodotto dell?area resistente A per l?ordinata YW del punto di applicazione della forza del vento e poich? la macchina 100 comprende mezzi per la misura di tale velocit? del vento vs, la macchina 100 secondo la forma costruttiva di figura 6 consente il calcolo preciso del prodotto A*YW, ossia il prodotto dell?area resistente per l?ordinata del punto di applicazione della forza del vento, svincolandosi da ipotesi ed approssimazioni nel calcolo dell?angolo di stabilit? residua relativamente all?influenza del vento.

Ponendosi nello stesso sistema di riferimento X-Y-Z adottato precedentemente si ha infatti che, ad una variazione della posizione del baricentro, causata da una variazione della forza del vento, di valore ?X ancora valutabile con precisione tramite le celle di carico 208, corrisponde un momento equivalente Me=m*g*?X, in cui ?m? ? la massa della macchina e ?g? ? l?accelerazione di gravit?. Tale momento equivalente corrisponde dunque al momento generato dalla forza del vento che causerebbe un eguale spostamento ?X del baricentro. Per semplicit? nel proseguimento della descrizione si far? sempre riferimento ad uno spostamento ?X del baricentro ma ? ovvio che i concetti espressi valgono in egual modo per uno spostamento ?Z in direzione Z o per uno spostamento che abbia due componenti, una lungo X e una lungo Y.

Essendo ora ?p? la pressione del vento, ?A? l?area resistente opposta dalla macchina, ?Yw? l?ordinata del punto di applicazione della forza del vento, si ha la seguente relazione:

Secondo la attuale normativa di riferimento ,la <pressione del vento ?p? ? calcolabile con la formul>

e dunque la variazione di pressione ??p? ?

calcolabile data la conoscenza della velocit? del vento ?vs? sia prima che dopo la variazione di posizione del baricentro (per mezzo dell?anemometro 601 installato). Quindi ? possibile calcolare con esattezza:

e quindi il prodotto

Secondo la tecnica anteriore, tale prodotto viene ad oggi ottenuto generalmente attraverso approssimazioni risultanti da calcoli e da norme. Infatti eseguire il calcolo dell?area A resistente al vento per ogni possibile direzione del vento risulta piuttosto oneroso. L?area resistente infatti dipende dalla proiezione delle superfici della macchina su un piano perpendicolare alla direzione del vento, e poich? la forma della macchina ? asimmetrica tale area risulta differente per ogni direzione del vento. Inoltre occorre considerare le varie possibili configurazioni assumibili dalle parti mobili della macchina, in quanto per ogni configurazione cambiano le aree delle superfici esposte al vento e le aree delle superfici che invece vengono schermate da componenti della macchina stessa. Inoltre per le parti mobili possono anche cambiare le altezze a cui si trovano le superfici investite dal vento rispetto al suolo o rispetto ad un piano di riferimento. Dunque una volta che sia nota l?area resistente A, risulta altrettanto complesso calcolare l?ordinata YW del punto di applicazione della forza del vento. Il risultato di tutto ci? ? che nell?arte nota, per semplificare i calcoli, spesso si utilizzava il valore pi? penalizzante del prodotto A*Yw, ponendosi nella condizione pi? gravosa.

Invece, per mezzo della presente invenzione, ? possibile misurare il suddetto prodotto A*Yw in modo preciso sul campo, per ogni direzione del vento, tramite i dati provenienti dalla banderuola 602, e per ogni configurazione della macchina 100.

Sostituendo nelle equazioni del momento equivalente generato dal vento il valore esatto di appena calcolato, e servendosi per esempio soltanto dei valori limite di ?p? e di ?vs? forniti dalle norme, o dei valori di ?vs? misurati, ? possibile calcolare con maggiore precisione l?influenza delle effettive forze del vento sull?angolo residuo di stabilit?, questo per ogni direzione del vento e per configurazione della macchina, con grande vantaggio per la sicurezza. Questo risultato si ottiene, in particolare, per merito delle celle di carico 208 posizionate sul sotto-carro cingolato 101, unitamente alla presenza dell?anemometro 601 e della banderuola 602.

In un esempio applicativo di quanto spiegato in precedenza, sarebbe dunque possibile posizionare la macchina in un punto in cui sia investita dal vento con una certa velocit? e una certa direzione relativa alla macchina, in una specifica configurazione operativa e in condizione priva di forze esterne e di effetti dinamici, e misurare il valore di A*Yw per tale condizione e memorizzarlo in un database interno al software della macchina. Poi modificando pi? volte l?orientamento della macchina rispetto alla direzione del vento sarebbe possibile ricavare un valore di A*Yw per ciascun orientamento relativo tra macchina e vento. In tal modo si potrebbero memorizzare i valori di A*Yw per un certo numero di angoli relativi equispaziati sull?intervallo dei 360? (ad esempio, effettuare 8 misurazioni equidistanziate di 45?). Tali dati potrebbero poi essere utilizzati successivamente dal software per il calcolo ed il monitoraggio della stabilit?.

Le norme tecniche di riferimento per le macchine per l?esecuzione di scavi richiedono inoltre di considerare nei calcoli di stabilit? gli effetti delle forze di inerzia agenti sulla macchina.

Con riferimento alla figura 4 e 7, l?utilizzo dell?accelerometro 403 montato sulla macchina 100 consente, sempre basandosi sulle indicazioni delle celle di carico 208, di valutare con esattezza le forze di inerzia e di ricavare anche in questo caso, secondo un principio alternativo rispetto a quelli precedentemente descritti, il valore della coordinata in altezza YG del baricentro della macchina 100. In particolare, l?accelerometro 403 ? configurato per rilevare dati di accelerazione ?a? indicativi dell?accelerazione a cui ? sottoposta la macchina base 102. Il sistema di controllo CPU ? configurato per calcolare la posizione verticale del baricentro YG, in funzione dei dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx) e dei dati di accelerazione a.

Vantaggiosamente, come mostrato pi? in dettaglio nello schema a blocchi della figura 13, ai fini del calcolo della coordinata in altezza YG da parte del sistema di controllo CPU, ai dati di accelerazione a rilevati dall?accelerometro 403 ed indicativi dell?accelerazione a cui ? sottoposta la macchina base 102 fra due istanti consecutivi, corrisponde anche in questo caso una variazione di posizione ?X assunta dalla posizione planare del baricentro XG, ZG (in particolare fra la posizione G e G?) in tali istanti consecutivi. A tale condizione corrisponde un momento equivalente pari a Me=m*g*?X. Inoltre, il momento equivalente sopra indicato ? uguale a M=m*a*YG.

Pertanto, il valore della coordinata in altezza YG ? calcolato dal sistema di controllo secondo la formula seguente:

Anche in questo modo, associando le informazioni provenienti dalle celle di carico 208, che consentono di calcolare il parametro ?X, con quelle fornite dall?accelerometro 403, ? possibile ottenere una misura di YG calcolata in tempo reale, anzich? determinata approssimativamente a priori.

Inoltre l?accelerometro 403 pu? anche essere usato per limitare in retroazione manovre troppo brusche che metterebbero in pericolo la stabilit? della macchina 100 o, pi? in generale, per avere conoscenza delle accelerazioni in ogni condizione di utilizzo.

Tutti questi risultati, confrontati ed elaborati tramite il sistema di controllo CPU presente a bordo della macchina 100, consentono di ricavare una misura istantanea e tridimensionale della posizione XG, YG, ZG del baricentro macchina e dell?angolo di stabilit? residuo, a tutto vantaggio della sicurezza.

Queste informazioni possono poi essere utilizzate per avvisare l?operatore tramite sistemi audiovisivi ben noti come spie luminose, monitor, avvisatori acustici od altro e possono anche far partire una retroazione che metta la macchina in sicurezza od impedisca all?operatore di compiere manovre pericolose.

Alla luce di quanto sopra esposto, nelle macchine realizzate secondo la tecnica anteriore, la sola strumentazione degli attuatori di movimento 301, 302, 303, 304, senza celle di carico e senza inclinometro, consentirebbe di approssimare con minor precisione l?angolo residuo di stabilit? anche perch? tali sensori installati 301, 302, 303, 304, sarebbero insufficienti per tenere in considerazione numerosi fattori influenti su tale calcolo. Ad esempio non sarebbe possibile considerare l?effetto dinamico del movimento dei fluidi quali gasolio ed olio idraulico, presenti nei rispettivi serbatoi installati sulla macchina base 102, che si genera durante le manovre di arresto e di avvio della traslazione della macchina o nelle fasi di arresto e di avvio della rotazione della macchina base 102 rispetto al sotto-carro. Questi spostamenti delle masse fluide non vengono considerati nei metodi di calcolo tradizionali che invece le considerano come fisse, operando una approssimazione.

Altro fattore che i sensori 301, 302, 303, 304 non possono rilevare con efficacia ? lo spostamento della massa dei tubi idraulici flessibili, ad esempio quelli di alimentazione della rotary, che cambiano la propria posizione in funzione della posizione assunta dalla rotary lungo la torre.

Invece, secondo la forma di realizzazione illustrata della presente invenzione, basandosi su misure istantanee di forze ed angoli, queste imprecisioni vengono superate.

In una ulteriore variante di attuazione (non illustrata), la macchina 100 ? come quella precedentemente descritta in cui - per? - le celle di carico 208 sono sei invece di quattro.

Ad esempio, le sei celle di carico possono includere: - una coppia di celle di carico anteriori montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- una coppia di altre celle di carico anteriori montate nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale (205) e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- una cella di carico posteriore montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale posteriore 203b,

- una cella di carico posteriore montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale posteriore 203b.

In alternativa a tale esempio, le sei celle di carico possono includere:

- una cella di carico anteriore montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- una cella di carico anteriore montata nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale 205 e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- una coppia di celle di carico posteriori montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale posteriore 203b,

- una coppia di altre celle di carico posteriori montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale posteriore 203b.

Ancora in una ulteriore variante secondo quanto illustrato nelle figure 8A e 8B, la macchina ? come quella precedentemente descritta in cui per? le celle di carico sono otto invece di quattro e includono:

- una coppia di celle di carico anteriori 208.1, 208.5 montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- una coppia di altre celle di carico anteriori 208.2, 208.6 montate nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale 205 e l?assieme trasversale anteriore 203a,

- una coppia di celle di carico posteriori 208.3, 208.7 montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale posteriore 203b,

- una coppia di altre celle di carico posteriori 208.4, 208.8 montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale 204 e l?assieme trasversale posteriore 203b.

Pertanto, secondo tale ulteriore variante, al posto di ognuna delle quattro celle di carico 208 illustrate, viene alloggiata una coppia di celle di carico 208 in ogni punto di collegamento fra gli assiemi trasversali 203a e 203b e i cingoli 204, 205. In particolare, le due celle di carico 208 di ciascuna coppia alloggiata in ogni punto di collegamento, sono montate parallele fra loro e disassate fra loro, essendo dunque non coassiali (o assialmente distanziate) fra loro.

Come visibile dalla sezione di figura 8B, ciascuna estremit? di un assieme trasversale 203a, 203b ? connessa al rispettivo cingolo 204, 206 mediante due rispettive celle di carico 208 aventi forma di un perno, che formano un collegamento a doppia cerniera, ciascuna con un centro di rotazione disassato rispetto all?altra. Di conseguenza, tale collegamento realizza un vincolo rigido tra ciascun assieme trasversale 203a, 203b ed il rispettivo cingolo 204, 206, e in questo modo non vengono permesse oscillazioni o rotazioni ai cingoli 204 e 205.

Vantaggiosamente nel sistema di controllo della macchina 100 viene implementato un software di retroazione/correzione, coadiuvato da adeguati mezzi (visivi e non), in grado di poter interagire con l?operatore onde evitare situazioni di pericolo dovute ad insufficiente angolo di stabilit? residuo.

Vantaggiosamente nella variante costruttiva della macchina in cui il carro ha quattro celle di carico 208, l?accoppiamento tra l?estremit? di ciascun assieme traversale 203a, 203b e il punto di collegamento del rispettivo cingolo 204, 205 pu? essere realizzato in modo da garantire al cingolo un piccolo angolo di oscillazione, come gi? spiegato con riferimento alla figura 2B. Tale piccola oscillazione ha come primo vantaggio quello di consentire un adattamento dei cingoli 204, 205 a piccole inclinazioni laterali del terreno, cio? a piccole pendenze in direzione trasversale a quella di avanzamento. Un secondo vantaggio si ha in presenza di momenti ribaltanti rispetto ad una delle due linee di ribaltamento laterale LRLS, LRLD. In tali condizioni, all?approssimarsi di una condizione pericolosa per il ribaltamento si verificher? una piccola inclinazione del corpo centrale 202 del sotto-carro e di tutta la macchina sovrastante, che compir? una piccola rotazione rispetto al cingolo 204, 205 che si trova sulla linea di ribaltamento laterale. Tale piccola rotazione ha una ampiezza che ? limitata dai giochi presenti tra l?estremit? di ciascun assieme traversale 203a, 203b e il punto di collegamento del rispettivo cingolo 204, 205. A tale piccola rotazione seguir? un arresto del movimento di oscillazione ed il cingolo 204 o 205 che si trova sul fianco opposto alla linea di ribaltamento, anch?esso in grado di compiere un piccolo angolo di oscillazione, prima di sollevarsi dal terreno si opporr? al ribaltamento con una frazione significativa della propria massa.

L?operatore avvertendo un evidente segnale di avvicinamento di una situazione pericolosa, costituito da un movimento di inclinazione della macchina rispetto al cingolo 204 o 205, pu? ancora fruire di stabilit? sufficientemente alta da potersi riportare in condizioni di sicurezza. Questo dar? pi? tempo all?operatore o alla macchina stessa di intervenire per riportarsi in condizioni di sicurezza. Ci? ? possibile solamente per le linee di ribaltamento laterali, che sono le pi? critiche, per motivi costruttivi.

Vantaggiosamente, la macchina 100 tramite la misurazione diretta delle forze di reazione fra ogni cingolo laterale 204, 205 e il rispettivo assieme trasversale 203a, 203b ? in grado di rilevare automaticamente gli effetti di eventuali variazioni di allestimento della macchina, evitando di lasciare all?operatore il compito di inserire nel software dati aggiornati quando si effettua tale cambio di allestimento. A puro titolo di esempio se si sostituisce l?utensile di scavo 106 della macchina con un altro utensile di maggior peso, aumenter? il peso della parte di macchina sospesa sul sotto-carro 101, e si verificher? un corrispondente aumento delle forze di reazione misurate dalle celle 208. Dunque da quell?istante tramite il sistema di controllo della macchina verr? calcolato una nuova posizione del baricentro della macchina, che tiene conto sia del peso del nuovo utensile, sia della posizione assunta nello spazio da tale utensile.

Naturalmente, fermo restando il principio dell?invenzione, le forme di attuazione ed i particolari di realizzazione potranno essere ampiamente variati rispetto a quanto descritto ed illustrato a puro titolo di esempio non limitativo, senza per questo uscire dall?ambito dell?invenzione come definito nelle annesse rivendicazioni.

Claims

RIVENDICAZIONI

1. Macchina per l?esecuzione di scavi (100), in particolare per la perforazione, comprendente un sotto-carro cingolato (101) e una macchina base (102) supportata da detto sotto-carro cingolato (101); detto sotto-carro cingolato (101) comprendendo a sua volta:

- un telaio (201) comprendente un corpo centrale (202), un assieme trasversale anteriore (203a) e un assieme trasversale posteriore (203b) che sono collegati a detto corpo centrale (202) e che sporgono rispetto ai fianchi opposti di detto corpo centrale (202), e

- una coppia di cingoli laterali (204, 205), ciascuno di detti cingoli essendo collegato, da una parte, ad un?estremit? dell?assieme trasversale anteriore (203a) e, dall?altra parte, ad un?estremit? dell?assieme trasversale posteriore (203b);

detta macchina base (102) comprendendo un?attrezzatura di scavo (103, 104, 105, 106) predisposta per assumere diverse posizioni o configurazioni di lavoro;

detta macchina essendo caratterizzata dal fatto che detto sotto-carro cingolato (101) comprende inoltre almeno quattro celle di carico (208) in cui vi sono:

- una cella di carico anteriore (208.1) montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale (204) e detto assieme trasversale anteriore (203a),

- un?altra cella di carico anteriore (208.2) montata nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale (205) e detto assieme trasversale anteriore (203a),

- una cella di carico posteriore (208.3) montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale (204) e detto assieme trasversale posteriore (203b),

- un?altra cella di carico posteriore (208.4) montata nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale (205) e detto assieme trasversale posteriore (203b);

dal fatto che ciascuna di dette celle di carico (208) ? configurata per rilevare dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx) indicativi della forza di reazione esercitata fra l?associato cingolo laterale (204, 205) e il rispettivo assieme trasversale (203a, 203b); e

dal fatto che detta macchina comprende inoltre un sistema di controllo (CPU) configurato per calcolare almeno una posizione planare del baricentro (XG, ZG) di detta macchina (100) situata sostanzialmente a livello di un piano di riferimento (X-Z), detta posizione planare del baricentro (XG, ZG) essendo calcolata in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx).

2. Macchina secondo la rivendicazione 1, in cui detto sistema di controllo (CPU) ? configurato per calcolare detta posizione planare del baricentro (XG, ZG) senza considerare rilevazioni riferite a dette posizioni o configurazioni di lavoro assunte da detta attrezzatura di scavo (103, 104, 105, 106) di detta macchina base (102).

3. Macchina secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui detto sistema di controllo (CPU) ? inoltre configurato per calcolare una posizione verticale del baricentro (YG) di detta macchina (100) e indicativa dell?altezza rispetto a detto piano di riferimento (X-Z).

4. Macchina secondo la rivendicazione 3, comprendente inoltre un inclinometro (401) configurato per rilevare dati di angolo (?) indicativi di almeno un angolo di inclinazione fra un asse di riferimento (X-Z) di detta macchina base (102) e la direzione della forza di gravit?; detta posizione verticale del baricentro (YG) essendo calcolata da detto sistema di controllo (CPU) in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx) e di detti dati di angolo (?).

5. Macchina secondo la rivendicazione 4, in cui detta posizione verticale del baricentro (YG) ? calcolata da detto sistema di controllo (CPU) in funzione:

- della variazione di posizione (?X) assunta da detta posizione planare del baricentro (XG, ZG) in detto piano di riferimento (X-Z) calcolata fra due istanti consecutivi, e - della variazione di angolo (??) assunta da detti dati di angolo (?) rilevati da detto inclinometro (401) fra detti due istanti consecutivi.

6. Macchina secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto inclinometro (401) ? di tipo monoassiale e detti dati di angolo (?) includono un solo angolo di inclinazione.

7. Macchina secondo la rivendicazione 4 o 5, in cui detto inclinometro ? di tipo biassiale e detti dati di angolo (?) includono una coppia di angoli di inclinazione.

8. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 3 a 7, comprendente inoltre un accelerometro (403) configurato per rilevare dati di accelerazione (a) indicativi dell?accelerazione a cui ? sottoposta detta macchina base (102); detto sistema di controllo (CPU) essendo configurato per calcolare detta posizione verticale di baricentro (YG), in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx) e detti dati di accelerazione (a).

9. Macchina secondo la rivendicazione 8, in cui detta posizione verticale di baricentro (YG) essendo calcolata da detto sistema di controllo (CPU) in funzione:

- della variazione di posizione (?X) assunta da detta posizione planare del baricentro (XG, ZG) calcolata fra due istanti consecutivi, e

- di detti dati di accelerazione (a) rilevati da detto accelerometro (403) fra detti due istanti consecutivi.

10. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni, comprendente inoltre un anemometro (601) configurato per rilevare dati di velocit? (vs) indicativi della velocit? dal vento, ed una banderuola (602) configurata per rilevare dati di direzione (d) indicativi della direzione del vento; detto sistema di controllo (CPU) essendo configurato per calcolare il prodotto (A*Yw) della superficie resistente (A) di detta macchina (100) per l?altezza del centro di applicazione della forza del vento (Yw), in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx), detti dati di velocit? (vs) e detti dati di direzione (d).

11. Macchina secondo la rivendicazione 10, in cui detto prodotto (A*Yw) essendo calcolato da detto sistema di controllo (CPU) in funzione:

- della variazione di posizione (?X) assunta da detta posizione planare di baricentro (XG, ZG) calcolata fra due istanti consecutivi, e

- della variazione di pressione del vento (?p) calcolata in base a detti dati di velocit? (vs) e detti dati di direzione (d) rilevati fra detti due istanti consecutivi.

12. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto sistema di controllo (CPU) ? configurato per controllare in retroazione l?attrezzatura di scavo di detta macchina base (102) in funzione di almeno detta posizione planare del baricentro (XG, ZG).

13. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre un dispositivo di segnalazione acustica e/o visiva cooperante con detto sistema di controllo (CPU) e configurato per emettere in uscita una segnalazione percettibile di pericolo in funzione di almeno detta posizione planare del baricentro (XG, ZG).

14. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui ciascuna cella di carico (208) collega l?associato cingolo laterale (204, 205) e il rispettivo assieme trasversale (203a, 203b) attraverso una sede (206) ricavata all?estremit? di detto rispettivo assieme trasversale (203a, 203b) ed almeno una corrispondente sede (207a, 207b) ricavata in una porzione di detto associato cingolo (204, 205).

15. Macchina secondo la rivendicazione 14, in cui ciascuna di dette celle di carico (208) ha forma di un perno sostanzialmente cilindrico.

16. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente almeno sei di dette celle di carico (208) distribuite fra i punti di collegamento fra i cingoli laterali (204, 206) e gli assiemi trasversali (203a, 203b).

17. Macchina secondo la rivendicazione 16, comprendente almeno otto di dette celle di carico (208), in cui vi sono: - una coppia di celle di carico anteriori (208.1, 208.5) montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale (204) e detto assieme trasversale anteriore (203a),

- una coppia di altre celle di carico anteriori (208.2, 208.6) montate nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale (205) e detto assieme trasversale anteriore (203a), - una coppia di celle di carico posteriori (208.3, 208.7) montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale (204) e detto assieme trasversale posteriore (203b),

- una coppia di altre celle di carico posteriori (208.4, 208.8) montate nel punto di collegamento fra un cingolo laterale (204) e detto assieme trasversale posteriore (203b).

18. Macchina secondo la rivendicazione 17, in cui:

- dette celle di carico anteriori (208.1, 208.5) si estendono lungo due rispettivi assi longitudinali fra di loro non coassiali;

- dette altre celle di carico anteriori (208.2, 208.6) si estendono lungo due rispettivi assi longitudinali fra di loro non coassiali;

- dette celle di carico posteriori (208.3, 208.7) si estendono lungo due rispettivi assi longitudinali fra di loro non coassiali; e

- dette celle di carico posteriori (208.4, 208.8)si estendono lungo due rispettivi assi longitudinali fra di loro non coassiali.

19. Macchina secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detti assiemi trasversali (203a, 203b) sono solidali in rotazione rispetto a detto corpo centrale (202).

20. Metodo per il controllo di una macchina (100) per l?esecuzione di scavi, in particolare per la perforazione, in particolare per fondazioni; detto metodo comprendendo il passo operativo di:

- mettere a disposizione una macchina per la perforazione (100) comprendente un sotto-carro cingolato (101) e una macchina base (102) supportata da detto sotto-carro cingolato (101); detto sotto-carro cingolato (101) comprendendo a sua volta:

un telaio (201) comprendente un corpo centrale (202), un assieme trasversale anteriore (203a) e un assieme trasversale posteriore (203b) collegati a detto corpo centrale (202) e che sporgono rispetto ai fianchi opposti di detto corpo centrale (202);

una coppia di cingoli laterali (204, 205), ciascuno di detti cingoli essendo collegato, da una parte, ad un?estremit? dell?assieme trasversale anteriore (203a) e, dall?altra parte, ad un?estremit? dell?assieme trasversale posteriore (203b);

detto metodo essendo caratterizzato dal fatto che comprende i passi operativi di:

- rilevare dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx) indicativi della forza di reazione esercitata fra ciascun cingolo laterale (204, 205) e ciascun assieme trasversale (203a, 203b) mediante quattro celle di carico (208) in cui vi sono:

- una cella di carico anteriore (208.1) montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale (204) e l?assieme trasversale anteriore (203a),

- un?altra cella di carico anteriore (208.2) montata nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale (205) e l?assieme trasversale anteriore (203a),

- una cella di carico posteriore (208.3) montata nel punto di collegamento fra un cingolo laterale (204) e l?assieme trasversale posteriore (203b), e

- un?altra cella di carico posteriore (208.4) montata nel punto di collegamento fra l?altro cingolo laterale (205) e l?assieme trasversale posteriore (203b);

- calcolare una posizione planare di baricentro (XG, ZG) riferita al baricentro (G) di detta macchina (100) e situata sostanzialmente a livello di un piano di riferimento (X-Z), in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx).

21. Metodo secondo la rivendicazione 20, in cui detta posizione planare di baricentro (XG, ZG) ? calcolata senza considerare rilevazioni riferite a posizioni e configurazioni assunte da detta attrezzatura di scavo (103, 104, 105, 106) di detta macchina base (102).

22. Metodo secondo la rivendicazione 20 o 21, comprendente inoltre il passo operativo di calcolare una posizione verticale di baricentro (YG) riferita al baricentro (G) di detta macchina (100) e indicativa dell?altezza rispetto a detto piano di riferimento (X-Z).

23. Metodo secondo la rivendicazione da 22, comprendente inoltre il passo operativo di rilevare mediante un inclinometro (401) dati di angolo (?) indicativi di almeno un angolo di inclinazione fra un asse di riferimento di detta macchina base (102) sostanzialmente perpendicolare a detto piano di riferimento (X-Z) e la direzione della forza di gravit?; detta posizione verticale di baricentro (YG) essendo calcolata in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx) e di detti dati di angolo (?).

24. Metodo secondo la rivendicazione 23, in cui la posizione verticale di baricentro (YG) ? calcolata in funzione:

- della variazione di angolo (??) assunta da detti dati di angolo (?) rilevati fra detti due istanti consecutivi.

25. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 22 a 24, comprendente inoltre il passo operativo di rilevare mediante un accelerometro (403) dati di accelerazione (a) indicativi dell?accelerazione a cui ? sottoposta detta macchina base (102); detta posizione verticale di baricentro (YG) essendo calcolata in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx) e detti dati di accelerazione (a).

26. Metodo secondo la rivendicazione 25, in cui detta posizione verticale di baricentro (YG) ? calcolata in funzione:

- di detti dati di accelerazione (a) rilevati fra detti due istanti consecutivi.

27. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 20 a 26, comprendente inoltre i passi operativi di:

- rilevare, mediante un anemometro (601), dati di velocit? (vs) indicativi della velocit? dal vento e, mediante una banderuola (602), dati di direzione (d) indicativi della direzione del vento;

- calcolare il prodotto (A*Yw) della superficie resistente (A) di detta macchina (100) per l?altezza del centro di applicazione della forza del vento (Yw), in funzione di detti dati di forza (Fantdx, Fantsx, Fpostdx, Fpostsx), detti dati di velocit? (vs) e detti dati di direzione (d).

28. Metodo secondo la rivendicazione 27, in cui detto prodotto (A*Yw) ? calcolato in funzione:

29. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre il passo operativo di controllare in retroazione detta macchina base (102) in funzione di almeno uno tra i parametri selezionati nell?insieme costituito da: detta posizione planare di baricentro (XG, ZG), detta posizione verticale di baricentro (YG) e detto prodotto (A*Yw).

30. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, comprendente inoltre il passo operativo di emettere una segnalazione percettibile di pericolo in funzione di almeno uno tra i parametri selezionati nell?insieme costituito da detta posizione planare di baricentro (XG, ZG), detta posizione verticale di baricentro (YG) e detto prodotto (A*Yw).