Liebherr utiliza sensores U10M de HBM en ensayos estructurales de excavadoras y dúmperes articulados en condiciones extremas

En su nuevo Centro de Desarrollo y Demostración, Liebherr realiza ensayos de componentes de sus máquinas de construcción, sometiéndolos a cargas máximas. Para obtener resultados precisos, confía en las prestaciones de los sensores de fuerza U10M de HBM.

La maquinaria de Liebherr se emplea tanto en proyectos de construcción como para manipular cargas en los puertos. Liebherr fabrica potentes excavadoras hidráulicas, dúmperes y grúas portuarias que se emplean en aplicaciones pesadas por todo el mundo, allí donde es necesario mover grandes cantidades de material de forma rápida, fiable y segura. En el nuevo Centro de Desarrollo y Demostración avanzado ubicado en la sede central de la empresa en Kirchdorf, un equipo de I+D se encarga de hacer ensayos de las nuevas máquinas de la marca, probando su capacidad de carga hasta el límite. En este moderno banco de ensayos, Liebherr lleva a cabo series exhaustivas de ensayos estructurales, en los que tienen un papel destacado los sensores de fuerza U10M y S9M de HBM, el líder mundial en tecnología de medición. La misión de estos sensores consiste en proporcionar datos con la máxima precisión y fiabilidad.

Problema

El Centro de Desarrollo y Demostración de Liebherr realiza ensayos mecánicos de componentes de excavadoras hidráulicas, dúmperes y grúas de manipulación de materiales en condiciones reales de uso.

Solución

Las fuerzas que se ponen en juego se miden utilizando transductores de la serie U10M de HBM, capaces de aplicar una compensación del momento de flexión. Al mismo tiempo, se emplean galgas extensométricas de HBM para medir la deformación en los componentes.

Resultados

La fiabilidad de esta tecnología de medición permite correlacionar las fuerzas que actúan sobre las muestras con las condiciones de carga. Objetivo: garantizar la fiabilidad de los componentes.

Liebherr es uno de los fabricantes de maquinaria de construcción más importantes del mundo y quiere garantizar que sus excavadoras hidráulicas, dúmperes y grúas de manipulación de materiales sean fiables a largo plazo en entornos tan exigentes como una obra de construcción, un vertedero de chatarra o un puerto. Para ello, pone a prueba la capacidad de carga y la resistencia a la fatiga de sus componentes. Y, para llevar a cabo estos ensayos de estabilidad mecánica de sus componentes, Liebherr puso en marcha en 2018 un Centro de Desarrollo y Demostración de última generación en la localidad alemana de Kirchdorf an der Iller.

“Durante los ensayos de carga, tomamos un elemento como, por ejemplo, el brazo extensible de una excavadora hidráulica, y durante unas pocas semanas lo sometemos a unas cargas equivalente a las que experimenta una excavadora a lo largo de toda su vida útil —explica Nils Dippon, ingeniero de pruebas del Centro de Desarrollo y Demostración de Liebherr—. "Con frecuencia, los ensayos se extienden a lo largo de varios meses. Cuando se hacen estas inversiones y el nivel de exigencia es tan alto, es importante disponer de una tecnología de medición que sea absolutamente fiable a lo largo de todo el proceso de pruebas". Ese es el motivo por el que los expertos de Liebherr confían en los sensores de fuerza U10M, que destacan por su durabilidad y estabilidad a largo plazo.

Medida de fuerza con cargas reales y con la máxima precisión

“Nuestros ensayos de carga son exhaustivos y las fuerzas que aplican los cilindros hidráulicos a los componentes de la máquina tienen un papel importante. Gracias a su compensación eléctrica del momento de flexión, el sensor de fuerza U10M de HBM nos aporta datos precisos, incluso con configuraciones de medida exigentes, en las que actúan sobre el sensor fuerzas elevadas de cizallamiento y flexión”.

Nils Dippon, ingeniero de pruebas del Centro de Desarrollo y Demostración de Liebherr

El Centro de Desarrollo y Demostración de Liebherr es único en su género. En el área de ensayos, de 12 x 8 metros, se han construido varias estaciones de pruebas. Se pueden realizar hasta seis ensayos de carga simultáneamente. "Nuestros ensayos proporcionan datos vitales a la hora de diseñar componentes que resistan grandes esfuerzos y que, al mismo tiempo, sean lo más ligeros posible. Así es como se reduce el consumo de energía y se consigue una mayor eficiencia", afirma Nils Dippon. "Hacemos ensayos con elementos muy variados. A menudo, trabajamos con prototipos para nuevos modelos. Con nuestro sistema de sujeción modular, podemos montar un banco de ensayos específico para cada elemento y realizar ensayos aplicando fuerzas muy variadas. Por supuesto, para ello se requiere una tecnología de medición de primerísima clase, capaz de adaptarse de forma óptima a un amplio espectro de aplicaciones".

En el montaje de las imágenes, por ejemplo, se ha instalado un brazo extensible en la plataforma giratoria de una excavadora. En el punto en donde el brazo se uniría a la cuchara, se le han conectado dos cilindros hidráulicos de prueba por medio de un adaptador. "Nuestros cilindros hidráulicos pueden aplicar fuerzas de tracción y compresión de hasta 1,2 meganewtons", subraya Nils Dippon. "Eso nos permite recrear las cargas a las que se va a enfrentar una excavadora cuando se utilice en una obra o se emplee para manipular materiales". En este caso, la fuerza es una magnitud decisiva y el banco de ensayos se encarga de regularla. La carga sobre los componentes se mide empleando galgas extensométricas serie Y (DMS) de HBM. El objetivo es analizar qué cargas se originan en la estructura como resultado de la acción de fuerzas específicas.

Resultados de medida precisos con grandes fuerzas de flexión

“Nuestro sensor de fuerza U10M es ideal para las mediciones de los ensayos de carga de Liebherr", explica Thomas Kleckers, director de producto de HBM, responsable de tecnología de sensores de fuerza. "Disponemos de sensores para cargas nominales comprendidas entre 1,25 kN y 2,5 MN. Tienen una precisión muy alta y pueden emplearse en un amplio rango de medida. Su cuerpo de medición soldado está cerrado herméticamente y ofrece durabilidad a toda prueba en los entornos industriales más exigentes. Para los entornos más difíciles, tenemos un modelo de U10M que cumple los requisitos de la clase de protección IP68". Por otro lado, los sensores de la serie U10M también son resistentes a las cargas de choque y a las vibraciones.

Uno de los desafíos específicos de los ensayos que lleva a cabo Liebherr es la masa de los componentes que prueba: se trata de objetos muy pesados, como el brazo extensible de una excavadora. "Las fuerzas de flexión pueden sesgar los resultados de medida. Por eso, para evitar que los momentos de flexión afecten a los sensores, tomamos medidas desde la fase de preparación de los ensayos Una solución consiste en aliviar parte de la carga de los enormes cilindros hidráulicos y los dummies de aplicación de carga mediante contrapesos unidos con cables de control. Pero, con los elementos de ensayo más grandes, a menudo es imposible compensar por completo los momentos de flexión", reconoce Nils Dippon. "Sin embargo, el sensor de fuerza U10M tiene un cuerpo de medición robusto y un sistema eléctrico de compensación del momento de flexión; de este modo, nos da resultados fiables incluso en presencia de fuerzas laterales. Gracias a este sensor, podemos montar configuraciones de ensayo muy sofisticadas". A su vez, HBM optimiza los sensores U10M en su laboratorio de compatibilidad electromagnética, con el fin de adaptarlo a entornos de medida con campos electromagnéticos intensos; por ejemplo, en aplicaciones de movilidad eléctrica.

"Disponemos de numerosas opciones en términos de carga nominal, adaptadores, calibración, conectores, etc. Se pueden configurar a demanda más de 11.000 modelos diferentes de nuestro sensor de fuerza U10M, para adaptarlos al máximo a la tarea de medición en cuestión", comenta Thomas Kleckers.

"Nuestros sensores de fuerza de la serie U10M ofrecen una precisión muy alta en un amplio rango de medida. Proporcionan datos de medida muy detallados con una flexibilidad máxima en las diferentes configuraciones de medida del Centro de Desarrollo y Demostración de Liebherr. Por otra parte, nuestra imbatible tecnología de galgas extensométricas detecta las deformaciones más pequeñas de los componentes con extraordinaria precisión. Estos datos exhaustivos sirven de base para nuevos desarrollos".

Thomas Kleckers, director de producto de HBM, responsable de sensores de fuerza

"En todas nuestras series de ensayos utilizamos sensores de tecnología avanzada, como el U10M, y la electrónica de medida de HBM. Por ejemplo, cuando utilizamos nuestras máquinas en una obra de construcción, las cargas que actúan se registran mediante un sistema de adquisición de datos móvil SomatXR. Así es como replicamos con precisión las condiciones del mundo real en nuestros ensayos del Centro de Desarrollo y Demostración"

Nils Dippon, ingeniero de pruebas del Centro de Desarrollo y Demostración de Liebherr

Acerca de Liebherr-Hydraulikbagger GmbH

Liebherr es uno de los principales fabricantes internacionales de excavadoras hidráulicas (tecnología de excavación y manipulación de materiales, así como excavadoras de dos vías) y dúmperes con dirección articulada. Sus productos están a la altura de las exigencias más estrictas de la industria de la construcción y de la manipulación de materiales en puertos. Con la ayuda del Centro de Desarrollo y Demostración inaugurado en 2018 en la sede central de Kirchdorf an der Iller, los ingenieros de Liebherr diseñan componentes para máquinas que se utilizan en todo el mundo. La empresa se fundó en 1949, cuenta con 1658 empleados en Kirchdorf (datos de 2019) y forma parte del grupo empresarial familiar Liebherr-International S.A. con sede en Bulle (Suiza).