Avis du client

“Pour Sims Professional Engineers (SPE), l'eDAQ a constamment fournit des données d'essai fiables, même dans les conditions les plus dures. Il s'est avéré être un investisement qui valait la peine d'être fait pour SPE.”

Cody Kasten, Ingénieur Projet

Sims Professional Engineers (SPE)

Principaux avantages avec HBM

  • Système d'acquisition de données fiable, précis et flexible garantissant un bon investissement
  • Mesures pouvant être laissées sans surveillance, même sur de longues périodes
  • Système acceptant une grande variété de capteurs

Informations sur le client

Sims Professional Engineers

Même si les fabricants effectuent des simulations sur ordinateur pour tous les nouveaux wagons, tant pour les concevoir que pour leur apporter des modifications, ils réalisent toujours en parallèle des essais réels sur voies avant de sortir le modèle définitif. Cela permet aussi de faire des améliorations en production ou de diagnostiquer des problèmes de fonctionnement. La raison de faire tout cela est que la simulation ne peut pas être précise à 100% et la seule manière de démontrer vraiment que le prototype répond aux spécifications de performance, est de réaliser un essai réel sur voies.

C'est pourquoi, le service de fret Nord-Américain exige des essais sur voies pour la plupart des nouvelles réalisations de matériels roulants qu’ils auront à utiliser. Pour réaliser ces essais, des capteurs de force, d’accélération et de déplacement, placés aux endroits critiques, sont effectués en installant un certain nombre de capteurs à ces endroits. Les capteurs sont raccordés à un système d’acquisition de données  pour enregistrer les valeurs tout en roulant sur la voie d'essai. Une fois que l'essai est terminé, les valeurs enregistrées sont analysées de manière à s'assurer que le wagon répond parfaitement aux spécifications préconisées.

Exécuter ces essais peut se révéler assez coûteux. Pour maitriser les coûts, il vous suffit d’un système d’acquisition de données qui soit précis, fiable, facile à utiliser et qui fonctionne dans des conditions extrêmes. Pour vous, il hors de question de recommencer un essai parce que le système de mesure n'a pas fonctionné correctement.

Récemment, lors d’une série d'essais sur une nouvelle remorque de transport, les ingénieurs la société SPE (Sims Professional Engineers) de Highland en Indiana, ont choisi le système d’acquisition de données eDAQ - SoMat de HBM. Selon Cody S Kasten, ingénieur en mécanique au SPE, l'eDAQ était parfait pour cette application. Non seulement l'eDAQ est robuste et fiable, mais il accepte une grande variété de capteurs. De plus il est facile à installer et à utiliser.

Spécifications d’essais exigeantes

La norme M-1001de l'association des chemins de fer américains (AAR pour Association of American Railroads) qui concerne le « Design, Fabrication and Construction of Freight » décrit les essais à réaliser et les conditions d'essai exigées. Cette norme se trouve dans la Section C, Partie II du manuel des normes et des pratiques recommandées de l’AAR.

Le chapitre XI, “Service-Worthiness Tests and Analyses for New Freight Cars,” de la M-1001 spécifie un certain nombre d'essais pour la certification comme :

  • La chasse (instabilité latérale du wagon)
  • La tenue en courbes
  • Le vrillage
  • La torsion et le roulis
  • Le tangage
  • Les embardés et le balancement
  • La dynamique en courbe

Comme ce semi-remorque a été conçu pour être utilisé non seulement sur routes mais aussi pour être transporté également sur des voies ferrées, il a fallu également répondre aux exigences des véhicules compatibles avec les chemins de fer du chapitre IX de la M-1001.

Au coeur du système d'essai SPE, conçu pour ces tests, nous avons deux systèmes d’acquisition de données eDAQ de SoMat. Le système inclut également d’autres composants :

  • Deux Simultaneous High Level Layers (EHLS) permettent à l'eDAQ de prélever simultanément 32 entrées analogiques différentielles (16 voies par unité)
  • 14 modules SoMat Smart Modules traitent les signaux provenant de jauges de contrainte montées en 1/4, 1/2 ponts et ponts complets
  • six modules de traitement de signaux SoMat ICP.

Les eDAQs ont été installés dans des boîtiers étanches NEMA fixés sur la plateforme, comme montré dans la photo. A l’avant de la plateforme se situe le moteur qui actionne le système sur le rail. Fixé au véhicule, il y a la remorque et le bogie testés. Pour que la remorque soit transportée par chemin de fer, elle est fixée sur un bogie. Une ou plusieurs remorques avec bogies peuvent être fixées au train pour que l'essai simule un fonctionnement  réel.

SPE a utilisé un certain nombre de capteurs différents pour mesurer les paramètres importants. Trois accéléromètres verticaux ont été utilisés pour mesurer l'excitation verticale due aux perturbations de la voie, aux impacts ou autres phénomènes. Trois accéléromètres latéraux ont été utilisés pour déterminer si les accélérations latérales répondaient aux exigences définies au chapitre XI de la norme. 

Pour mesurer les débattements et déterminer finalement le roulis des unités et du véhicule, SPE a utilisé six potentiomètres. La charge longitudinale au bogie attelé à la remorque était déterminée à l'aide d'un axe dynamométrique spécial. Ces données ont été employées pour déterminer les charges longitudinales agissant sur le système.

Et enfin, des jauges de contrainte ont été installées sur le bogie et la remorque. Les emplacements à équiper de ces jauges de contrainte ont été déterminés en faisant une analyse par éléments finis lors de l’étude. Les ingénieurs SPE ont particulièrement identifié quatorze secteurs critiques pendant cette analyse, quatre sur la remorque et dix sur le bogie.

Appareils eDAQ SoMat installés sur la plateforme
Configuration rapide et facile des voies de mesure avec le logiciel SoMat TCE

Alimentation mobile avec panneaux solaires

Pour alimenter le système, SPE a installé deux panneaux solaires SunWize SW90C sur la plateforme. Les panneaux solaires fournissent jusqu'à 90 W chacun. Les panneaux solaires permettent de charger un ensemble de trois batteries, qui sont alors reliées au système d’acquisition de données pour assurer son alimentation.

SPE a décidé d'utiliser des panneaux solaires au lieu de batteries plus grandes pour le système d'essai parce qu'il était plus rentable d’utiliser de plus petites batteries et d’éliminer ainsi la nécessité de devoir remplacer de grosses batteries lorsque les conditions atmosphériques sont défavorables. Certains essais ont été exécutés pendant l'hiver et la durée de vie d’une batterie est beaucoup plus courte par temps froid. 

En plus, il n’était pas nécessaire de vérifier régulièrement le niveau des batteries tout au long de l’essai. Les panneaux ont fourni suffisamment de puissance pour maintenir les batteries chargées durant toute la durée de l'essai. Et avoir assez de puissance était au moins une chose dont le SPE n’a pas eu à s'inquiéter.

Une fois que le système d'essai a été assemblé et que les techniciens ont mis en place les capteurs, le logiciel SoMat TCE utilisé par les ingénieurs a permis de programmer le système à partir d’un PC portable. Ce logiciel a permis de configurer rapidement et facilement les voies de mesure, y compris les étalonnages de chacun des capteurs. Une fois le paramétrage terminé, ils ont déconnecté l'ordinateur et le système d’acquisition de données a fonctionné seul.

L'essai sur voies a eu lieu sur des voies ferrées de la Canadian Pacific Railroad entre St Paul, MN et Superior, WI, sur une distance d'environ 150 milles. Pendant environ deux semaines, deux voyages à vide et deux voyages en charge ont été effectués. L’enregistrement des mesures a été fait avec un taux d'échantillonnage de 200 Hz. Malgré que les essais se soient déroulés sans surveillance, il n’y a eu aucun problème et le système d’acquisition de données a pu enregistrer entre 2 et 4 GO de données sur chaque parcours.

Analyse des données, un jeu d’enfant

Une fois l'essai terminé, les ingénieurs ont relié l’ordinateur portable au système eDAQ et ont pu télécharger les essais bruts pour pouvoir les analyser. Pour analyser les données, les ingénieurs de SPE avaient l'habitude d’utiliser le logiciel SoMat Infield. La première étape a été de filtrer les données à l'aide du filtre Butterworth numérique à une fréquence de coupure de 15 Hz comme spécifiée dans la norme M-1001 de l’AAR. Le but de filtrer les données était d'enlever le bruit présent pendant les essais.

L'étape finale de l’analyse  a été de rechercher les contraintes, les accélérations et les débattements qui dépassaient les limites fixées par la norme d'AAR. Cette étape a été un vrai jeu d’enfant grâce à la fonction  statistique du logiciel SoMat Indield. Alors que l'analyse des données pour cet essai était relativement simple, le logiciel Infield a été capable de faire une analyse plus sophistiquée. Il a pu, par exemple, non seulement identifier les valeurs maximum et minimum, mais aussi calculer l'écart type moyen et les valeurs RMS, tout en  exécutant un rainflow et une analyse en temps et fréquence.

Après l’analyse des données, les ingénieurs de SPE étaient heureux d’informer que l’association véhicule plate-forme/remorque/bogie a favorablement passé les tests. SPE a établi des tableaux des valeurs maximales enregistrées et les ont comparées avec celles permises par la norme d'AAR. Ils ont également pu montrer la marge de sécurité existante. Ce rapport a été présenté au client qui l’a alors soumis avec les autres documents à l'AAR et à l'administration fédérale des chemins de fer pour approbation.

Durant tout le processus, Monsieur Kasten a noté que le support technique fourni par HBM a été d’une grande aide. Que ce soit pour le matériel ou le logiciel, « le support technique de HBM était toujours là quand nous avons eu besoin de lui » précise-t-il.

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