DB Systemtechnik y el acoplamiento automático digital DB Systemtechnik y el acoplamiento automático digital | HBM

Una empresa ferroviaria utiliza la tecnología de medición móvil de HBK en los ensayos y la aprobación del nuevo acoplamiento automático digital (DAC)

En junio de 2020, el Ministerio federal alemán de transporte e infraestructura digital (BMDV) puso en marcha un proyecto nacional de investigación con el fin de preparar la introducción a escala europea del acoplamiento automático digital en el transporte ferroviario de mercancías. ¿Cuál de los prototipos presentados era el más adecuado? En la primera fase de pruebas, la tecnología de medición de HBK ha contribuido a responder a esta pregunta.

El proyecto de investigación del BMDV se denomina "Demostrador DAC - Proyecto piloto de demostración, pruebas y aprobación de un acoplamiento automático digital (DAC) para el transporte ferroviario de mercancías". Se divide en dos fases y finalizará en diciembre de 2022. Entre los miembros del consorcio al que se confió la ejecución del proyecto, DAC4EU (Digital Automatic Coupling for Europe), figuran Deutsche Bahn AG y su filial DB Cargo AG. Por su parte, la empresa DB Systemtechnik GmbH tenía la misión de llevar a cabo ensayos de los distintos diseños de acoplamiento durante la primera fase del proyecto. Sus ingenieros sometieron a pruebas exhaustivas los prototipos de cuatro fabricantes, para determinar su idoneidad en el uso real. Y, como era preciso obtener resultados de medición precisos y fiables en condiciones ambientales difíciles, la empresa decidió utilizar tecnología de medición SomatXR de HBK.

Problema

Deutsche Bahn AG encargó a DB Systemtechnik GmbH las pruebas de cuatro prototipos de acoplamientos digitales. Para caracterizar su comportamiento, se definieron unos ciclos de pruebas que requerían un gran número de mediciones de variables mecánicas, con registro simultáneo de todas las señales. Además, los resultados de medición debían ser precisos y reproducibles, a pesar de que las condiciones de trabajo eran difíciles.

Solución

DB Systemtechnik utilizó un módulo de medición universal, un registrador de datos y accesorios, todo ello de la serie SomatXR de HBK, ideales para aplicaciones móviles en entornos complicados.

Resultado

Gracias a la tecnología de medición SomatXR de HBK, DB Systemtechnik pudo caracterizar con la precisión requerida el comportamiento mecánico de los distintos prototipos. El sistema suministrado permitió registrar y procesar con absoluta fiabilidad grandes volúmenes de datos procedentes de diferentes tareas de medición diferentes, a lo largo de un periodo de tiempo prolongado. A partir de estos datos, un comité europeo eligió el mejor diseño de acoplamiento para su futuro despliegue en Europa. En la actualidad, ese diseño se está sometiendo a nuevos experimentos y ensayos.

La fase I del proyecto DAC tenía como objetivo describir el comportamiento de los distintos acoplamientos con la mayor precisión posible, y evaluarlo. En primer lugar, el equipo dirigido por el director del proyecto, el Dr. Christian Wilmes, definió cuatro grupos de vagones, cada uno de ellos formado por tres vagones con diferentes diseños. Los acoplamientos objeto de las pruebas se instalaron entre vagón y vagón. En los vagones se instalaron contenedores para la tecnología de medición.

A continuación, los vagones se llevaron a las instalaciones de pruebas de TÜV SÜD Rail GmbH en la localidad de Görlitz, en donde se llevaron a cabo varios centenares de ensayos, en distintas condiciones de velocidad, carga útil y geometría de los raíles. El objetivo: documentar el comportamiento mecánico y eléctrico de los prototipos de acoplamiento y la estabilidad de la comunicación de datos. Asimismo, se realizaron ensayos en una cámara climática de DB Systemtechnik, para simular diferentes condiciones meteorológicas, incluso las más extremas. Es posible consultar más detalles sobre las pruebas de la primera fase en los conceptos de prueba de fase I - DAC4.

Con el fin de caracterizar con precisión el comportamiento mecánico de cada uno de los prototipos de acoplamiento, el equipo de DB Systemtechnik definió una serie de tareas de medición, como ensayos de los acoplamientos, ciclos de ensayo y ensayos de fuerza lateral, estos últimos para evaluar la resistencia al descarrilamiento. La Figura 1 resume las tareas de medición. Los sensores se fijaron directamente a los acoplamientos y al sistema de frenos, y se conectaron a los amplificadores por medio de cables. Igualmente, se utilizaron antenas WLAN para intercambiar datos entre los vagones, y se instalaron baterías para garantizar un suministro de energía autosuficiente, de modo que pudieran hacerse mediciones en cualquier lugar.

Fuerza
(fuerza de tracción y compresión en la dirección longitudinal (x) del tren)

Aceleración
(acoplamiento mecánico y eléctrico; dirección de medida x, y, z)

Presión
(determinación de la compensación de presión después de la operación de acoplamiento y la pérdida de presión después de un ciclo de ensayo; además, medición de la presión en el cilindro de freno)

Desplazamiento
(dirección x, y, z)

Velocidad
(de los dos vagones de los extremos cuando son empujados contra el vagón central durante la operación de acoplamiento)

Fig. 1: Resumen de tareas de medición

Fig. 2: Disposición de la tecnología de medición

(Fuente: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik [DAC Fase I - Tecnología de medición]; p. 10)

Tecnología de medición óptima para aplicaciones móviles

La elección de HBK como proveedor de la tecnología de medición para los ensayos mecánicos no fue una coincidencia. Ya en 2017, DB Systemtechnik y HBK habían colaborado con éxito en un proyecto de tren de mercancías. Los componentes de medida de la serie SomatXR —que continúan utilizándose— se podían montar sin problemas en los trenes, con las actualizaciones oportunas (ver la Figura 3). Este sistema ofrecía una serie de claras ventajas para el cliente:

  • Diseño robusto, con resultados de medición precisos garantizados incluso en condiciones ambientales adversas.
  • Configuración modular descentralizada: fue posible aislar el cableado de cada uno de los acoplamientos, para realizar mediciones por separado en cada vagón.
  • Registro sincronizado de todas las señales de medida, con la velocidad de muestreo deseada.
  • Transmisión inalámbrica de los datos medidos al registrador de datos.
  • Óptimo procesamiento de las señales de los sensores, gracias a los 8 canales universales del módulo amplificador MX840B-R y los 16 canales del MX1615B-R.
  • Resultados de medida reproducibles en cualquier momento y, por tanto, aptos con fines de acreditación.
  • Configuración "Plug & Measure" de manejo intuitivo.
  • Personal de soporte y asistencia de HBK siempre accesible para prestar ayuda inmediata cuando fuera necesario.

Debido a la buena experiencia previa, los especialistas de DB Systemtechnik no tenían la menor duda de que la tecnología de HBK estaría a la altura de todos los requisitos del proyecto piloto del acoplamiento digital. El Dr. Christian Wilmes, director del proyecto lo resume muy bien: "Llevo trabajando con estos equipos de medición de HBK desde mis años de universidad. Son como Microsoft Office. Sé perfectamente cómo funcionan". De hecho, la facilidad de manejo de esta tecnología le encanta, aunque tampoco escatima elogios para el equipo de soporte: "Un instrumento en una mano y un móvil en la otra: así es como hemos resuelto con rapidez todas las dificultades con la ayuda de HBK, incluso a deshora".

Componentes de SomatXR utilizados en el proyecto DAC

Amplificador (módulos MX840BR y MX1615B-R)

Amplificador universal de diseño robusto para una gran variedad de tareas de medición

Registrador de datos CX22B-R

Registrador robusto e interactivo con funcionamiento autónomo sobre el terreno, sin necesidad de un PC.

Switch EX23R

Switch Ethernet robusto con puertos Ethernet de 10 GB para conexión de los módulos de medición SomatXR y los accesorios.

 

Software

catman

Adquisición, visualización y análisis de datos

 

Fig. 3: Tecnología de medición HBK utilizada en el proyecto DAC

Fig. 4: Diagrama de bloques de la cadena de medida                                                                                           

 (Fuente: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik; p.13)

Tabla complementaria de la Fig. 4: Diagrama de bloques de la cadena de medida                                                           

 (Fuente: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik; p.13)

HBK, la apuesta más segura para aplicaciones de medición móviles

Una vez finalizada la primera fase de pruebas y evaluación de los datos medidos, un comité europeo seleccionó uno de los prototipos como diseño para el futuro acoplamiento digital. En la actualidad, y dentro de la segunda fase del proyecto, los prototipos de este diseño se están sometiendo a pruebas de campo en Alemania, Suiza y Austria. Más adelante se harán ensayos adicionales en otros países de la UE hasta que, en última instancia, el acoplamiento seleccionado esté listo para producirse en serie.

Más información sobre el desarrollo del proyecto en https://www.dac4.eu/

La tecnología de medición de HBK, robusta y fiable en cualquier circunstancia, ha sido esencial durante la caracterización de los acoplamientos digitales en la primera fase del proyecto piloto. Este ha sido un primer paso —muy significativo— hacia la digitalización y la automatización del transporte ferroviario de mercancías. En esta aplicación, y siempre que sea necesario adquirir datos móviles en carretera, en entornos todoterreno o en vías de tren, HBK tiene la solución perfecta.

Fig. 5: Montaje de los instrumentos de medida en el contenedor de medición                                               

(Fuente: DB Systemtechnik/60226-02-DAK-Phase I - Messtechnik; p.11)

Acerca de DB Systemtechnik

DB Systemtechnik es un centro de competencia europeo de primer orden en tecnología ferroviaria y la consultora de ingeniería de DB AG. Cuenta con un completo catálogo de servicios y no solo presta soporte técnico a su matriz, sino que también ofrece en todo el mundo soluciones a medida para mejorar la seguridad, la fiabilidad y la orientación al cliente del transporte ferroviario. La empresa dispone de dos unidades de negocio: "Servicios de ingeniería" y "Gestión de homologaciones, ensayos y certificación". Da empleo a unas 1100 personas, tiene 15 centros en Alemania y 4 en otros países, y posee 13 laboratorios de ensayo acreditados.