Pruebas de dinámica de conducción de maquinaria agrícola

El Laboratorio de Maquinaria de Construcción de Colonia (KLB) forma parte del programa de estudios sobre máquinas de trabajo móviles de la Universidad de Ciencias Aplicadas de Colonia. Este laboratorio participa en numerosos proyectos industriales y de investigación y, entre otras cosas, trabaja en el análisis y la optimización de la dinámica de conducción, la seguridad y el confort de conducción de máquinas de trabajo móviles.

El equipo del KLB para estos proyectos incluye dos ruedas dinamométricas de seis componentes del fabricante Kistler, que adquirió a través del programa de financiación FHInvest del Ministerio de Educación e Investigación alemán.

Las pruebas de carretera de la Fig. 1 están diseñadas para explotar la funcionalidad de estas ruedas dinamométricas y de los sensores adicionales, en combinación con el software catman AP de HBM, para examinar la dinámica de conducción de maquinaria de trabajo.

En concreto, el objetivo de estas pruebas de carretera era determinar los parámetros de los neumáticos de un tractor bajo distintas condiciones de funcionamiento. Estos parámetros son necesarios para realizar simulaciones. La obtención de estos parámetros supone un esfuerzo considerable, especialmente en el caso de neumáticos agrícolas de grandes dimensiones. Por ello se eligió un proceso que pudiera emplearse para determinar los parámetros relevantes de los neumáticos directamente a bordo del vehículo, en el curso de pruebas de carretera sencillas.

Tecnología de medición y software

Para efectuar un análisis exhaustivo de la dinámica de conducción se necesita un amplio espectro de sensores, además de un software capaz de registrar y analizar los datos de medición. En la Fig. 2 se muestra un diagrama de la tecnología de medición utilizada para este análisis. En las pruebas se utilizó el software de medición catman de HBM, el Sistema amplificador de medición QuantumX de HBM y los siguientes sensores:

  • Sensores analógicos para medir fuerza, desplazamiento y deformación.
  • Dos ruedas dinamométricas Kistler para medir cargas de hasta 25 toneladas métricas en las ruedas.
  • Sistema de navegación inercial CAN.
  • Sensores de velocidad CAN.
  • Cámara de vídeo

Además de ser compatible con el sistema amplificador QuantumX, el sistema de adquisición de datos catman también permite adquirir datos de medición procedentes de la rueda dinamométrica Kistler a través de una interfaz Ethernet, y datos de vídeo mediante USB o interfaz Ethernet.

Como en la cabina del tractor no había espacio para colocar el equipo de medición necesario, se instaló en un armario de control situado en el lateral derecho del vehículo (Fig. 3). El amplificador QuantumX, la electrónica de a bordo necesaria para las ruedas dinamométricas y el suministro de tensión se instalaron igualmente en el armario de control. Todo el equipo de medición se controla desde un PC de medición instalado en la cabina del conductor. Una segunda persona, situada en el exterior del tractor, puede acceder a este PC durante las pruebas de carretera a través de una conexión remota de escritorio.

Para supervisar las pruebas de carretera a medida que realizan, se utilizó una opción del software catman para visualización de datos de medición durante la prueba. En la Fig. 4 se muestra un ejemplo de los parámetros esenciales de una rueda dinamométrica, junto con una grabación de vídeo. Con esta función, las pruebas se pueden analizar con precisión desde una distancia segura.

Realización de las pruebas

Se hicieron tres pruebas de carretera distintas con la tecnología de medición arriba indicada. De una prueba a otra se modificó la presión de los neumáticos, la velocidad de desplazamiento y la carga del tractor. 

  • Conducción sobre un obstáculo lateral para analizar la rigidez vertical de los neumáticos cuando se someten a cargas en rampas.
  • Pruebas de frenado para analizar las fuerzas longitudinales en función del deslizamiento medido.
  • Análisis del ángulo de deslizamiento y la rigidez lateral durante un desplazamiento circular en régimen cuasiestacionario con aumento de la aceleración lateral

Durante las pruebas de carretera se midieron con éxito los parámetros del neumático requeridos para la simulación, además de la inercia del vehículo. La Fig. 5 muestra algunos ejemplos de curvas de fuerza lateral respecto al ángulo de deslizamiento para distintas cargas en las ruedas, sobre la rueda trasera del tractor.

Gracias a la tecnología de medición y al software catman de HBM, resultó sencillo configurar y utilizar la adquisición síncrona de datos para distintos sensores, incluidas las ruedas dinamométricas Kistler.

El cliente

Laboratorio de Maquinaria de Construcción de Colonia (KLB), Universidad de Ciencias Aplicadas de Colonia

  • M.Eng. Johannes Grüter
  • M.Sc. Dipl.Ing. (FH) Andreas Bogala
  • Prof. Dr.-Ing. Alfred Ulrich
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