Essais dans des conditions extrêmes : Liebherr fait confiance à l'U10M de HBM pour les essais structurels d’excavatrices et autres camions à benne basculante (ADT)

Au nouveau centre de développement et de démonstration de Kirchdorf, Liebherr teste les composants et les assemblages de ses engins de chantier sous des charges maximales - tandis que les capteurs de force U10M haute performance de HBM fournissent des rés

Pour les projets de construction difficiles et la manutention de matériaux au port : les excavatrices hydrauliques puissantes, les camions à benne basculante et les grues de manutention de Liebherr sont utilisés de manière intensive partout dans le monde, là où il est nécessaire de déplacer de grandes quantités de matériaux rapidement, de manière fiable et en toute sécurité. Une équipe de recherche et développement de Liebherr teste les nouvelles machines à capacité de charge maximale dans le nouveau centre de développement et de démonstration ultramoderne des bureaux principaux situés à Kirchdorf. Pour les nombreux essais structurels réalisés sur son banc d'essai moderne, Liebherr s'appuie sur les capteurs de force U10M et S9M de HBM, le leader mondial du marché des techniques de mesure. L’entreprise peut ainsi obtenir des données ultra précises avec une fiabilité maximale.

Problématique

Au centre de démonstration et d’essais de Liebherr, les composants des excavatrices hydrauliques, des camions à benne basculante et des grues de déplacement de matériaux sont testés mécaniquement dans des conditions d'utilisation réalistes.

Solution

Les efforts générés sont mesurés en tenant compte d'une compensation du moment de flexion et en utilisant des capteurs de la série U10M, tandis que les jauges de contrainte HBM recueillent en même temps des mesures sur les composants.

Résultats

Une technologie de mesure fiable permet de corréler les forces agissant sur la pièce d’essai avec les conditions de charge, afin de garantir la fiabilité des composants.

Pour garantir, à long terme, le bon fonctionnement des excavatrices hydrauliques, camions à benne basculante et grues de transport de matériaux de Liebherr dans l'environnement de travail difficile que représentent les chantiers de construction, les dépôts de ferraille ou les ports, la société teste de manière très précise la capacité de charge et la résistance à la fatigue améliorée de ses composants. Afin de tester en toute sécurité la stabilité mécanique des composants, Liebherr, un des principaux fabricants mondiaux de machines de construction, a mis en service un centre de développement et de démonstration de pointe à Kirchdorf an der Iller, en 2018.

« Lors de nos essais de charge, nous soumettons, en quelques semaines, des assemblages tels que le bras extensible de l’excavatrice hydraulique à des charges équivalentes à ce qu’une excavatrice subirait normalement pendant sa durée de vie complète », explique Nils Dippon, ingénieur de test au centre de développement et de démonstration de Liebherr. « Les essais sont souvent effectués sur plusieurs mois. Lorsque vous investissez autant et que vous devez respecter des normes aussi élevées, il est important de disposer d’une technologie de mesure parfaitement fiable, tout au long de la phase de test. » Les experts de Liebherr font ainsi confiance aux capteurs de force U10M durables et stables à long terme.

Des charges conformes à la vraie vie : mesurez la force avec la plus grande précision

« Lors de nos essais de charge approfondis, les forces que le vérin hydraulique applique sur les composants de la machine jouent un rôle important. La compensation électrique du moment de flexion permet au capteur de force U10M de HBM de fournir des données précises, même lorsque des forces de cisaillement et de flexion élevées agissent sur le capteur dans des configurations de mesure exigeantes. »

Nils Dippon, ingénieur de test au sein du centre de développement et de démonstration de Liebherr

Le centre de développement et de démonstration Liebherr est unique au monde. La zone d’essai de 12 mètres sur 8 mètres supporte plusieurs stations d’essai. Jusqu'à six essais de charge y sont effectués simultanément. « Nos essais fournissent des données essentielles grâce auxquelles nous pouvons concevoir des composants qui résistent à des contraintes importantes tout en étant aussi légers que possible. L’objectif est de limiter la consommation d’énergie et d’augmenter efficacité », explique Nils Dippon. « Nous testons ici une grande variété de pièces différentes. Il s’agit souvent de prototypes pour un tout nouveau modèle. Avec notre système de serrage modulaire, nous configurons un tout nouveau banc d'essai pour chaque pièce et réalisons des essais avec des applications de force diverses. Une technologie de mesure de premier ordre capable de couvrir de manière optimale un large éventail d’applications est bien entendu nécessaire. »

Dans cette configuration de travail, par exemple, la plateforme tournante d'une excavatrice est montée avec un bras extensible. Le bras est connecté à deux vérins d’essais hydrauliques par le biais d’un adaptateur, juste à l'endroit où le support rencontre normalement la pelle de l’excavatrice. « Nos vérins hydrauliques sont capables de tirer et de pousser avec une force allant jusqu'à 1,2 méganewton », souligne Nils Dippon. « Nous pouvons ainsi recréer des charges susceptibles d'avoir un impact sur l’excavatrice à un stade ultérieur, lorsqu'elle sera utilisée sur un chantier de construction ou pour la manutention de matériaux.» La force consiste, dans ce cas, en une quantité mesurée décisive régulée par le banc d’essai. La charge du composant est définie à l'aide des jauges de contrainte de la série Y (DMS) de HBM, pour analyser les charges de la structure provenant de forces spécifiques.

Résultats de mesure précis avec forces de flexion élevées

« Notre capteur de force U10M est optimal pour les mesures prises lors des essais de charge effectués chez Liebherr », déclare Thomas Kleckers, Product Manager pour les technologies de capteurs de force chez HBM. « Les capteurs sont disponibles avec une capacité maximale allant de 1,25 kilonewton à 2,5 méganewtons et atteignent une très grande précision, permettant ainsi une large plage de mesure. Son peson hermétiquement soudé garantit une durabilité à long terme, même dans les environnements industriels exigeants. Il existe également, pour les environnements industriels difficiles, un modèle U10M conforme aux exigences de la classe de protection de l'équipement IP68. » Mais ce n’est pas tout ! Les capteurs de la série U10M résistent aussi aux chocs et vibrations.

La masse des objets de test lourds, comme les bras extensibles d’excavatrices de grande taille, constitue un défi propre aux essais réalisés par Liebherr. « Les forces de flexion peuvent fausser les résultats de mesure. Nous effectuons donc des mesures dès la phase de configuration de l’essai, pour éviter que les moments de flexion n'affectent les capteurs. Une façon d’y parvenir est de soulager une partie de la charge des vérins hydrauliques massifs et des mannequins d'application de charge en attachant des contre-charges à l'aide de câbles de commande. Nos objets de test surdimensionnés ne permettent généralement pas une compensation intégrale », explique Nils Dippon. « Grâce à son peson robuste et à la compensation électrique du moment de flexion, le capteur de force U10M fournit des résultats fiables même lorsque des forces latérales sont impliquées. Nous pouvons ainsi paramétrer des configurations de tâches très élaborées. » L'U10M est testé et optimisé dans le laboratoire HBM EMC ; il convient donc parfaitement pour des mesures dans des environnements à champs électromagnétiques importants, notamment pour l’électromobilité.

« Avec les nombreuses options disponibles comme la capacité maximale, les adaptateurs, l'étalonnage et divers connecteurs, plus de 11 000 modèles de capteurs de force U10M différents sont disponibles sur demande et peuvent être adaptés à la tâche de mesure à accomplir », déclare Thomas Kleckers.

« Nos capteurs de force de la série U10M atteignent un très haut niveau de précision sur une large plage de mesure. Ils peuvent ainsi fournir, au centre de développement et de démonstration de Liebherr, des données de mesure extrêmement détaillées, avec une flexibilité maximale dans les différentes configurations de mesure. Notre technologie de jauge de contrainte de premier ordre enregistre les plus infimes déformations des composants avec la plus grande précision. La finalité est de créer une base de données étendue pour un développement ultérieur »

Thomas Kleckers, Product Manager pour les capteurs de force chez HBM

« Nos séries d’essais incluent toutes une technologie de capteur de premier ordre comme U10M et l'électronique de mesure de HBM. Lorsque nous utilisons nos machines, sur le chantier de construction par exemple, le DAQ mobile SomatXR enregistre les charges en action. Nous pouvons ainsi, lors de nos essais au centre de développement et de démonstration, reproduire avec précision les conditions du monde réel. »

Nils Dippon, ingénieur de test au sein du centre de développement et de démonstration de Liebherr

Liebherr-Hydraulikbagger GmbH

est l'un des principaux fabricants mondiaux d’excavatrices hydrauliques (technologie d'excavation et de manutention et excavatrice bidirectionnelle) et de camions à benne basculante articulée pour répondre aux plus hautes exigences de l'industrie de la construction ou pour le déplacement de matériaux au port. Avec l’ouverture en 2018 d’un centre de développement et de démonstration dans les bureaux principaux de Kirchdorf an der Iller, les ingénieurs de Liebherr conçoivent des composants pour des machines utilisées partout dans le monde. Fondée en 1949, l'entreprise emploie 1 658 salariés à Kirchdorf (depuis 2019) et fait partie du groupe familial Liebherr-International SA, dont le siège est situé à Bulle (Suisse).