Dichiarazione del Cliente

“L'eDAQ ha costantemente prodotto risultati di prova affidabili per la Sims Professional Engineers (SPE), perfino nelle condizioni più severe. Esso ha dimostrato di essere un investimento utile per la SPE.”

Cody Kasten, Project Engineer

Sims Professional Engineers (SPE)

Vantaggi Principali con la HBM

  • Sistema di acquisizione dati affidabile, preciso e flessibile per tenere i costi sotto controllo
  • Misurazioni non presidiate scure, anche su lunghe distanze 
  • Un solo sistema per una grande varietà di trasduttori 

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Nonostante i produttori effettuino ora simulazioni al calcolatore per tutti i nuovi progetti e modifiche dei carri, essi conducono ancora le prove su rotaia prima di rilasciare i progetti o modifiche alla produzione o per diagnosticare problemi prestazionali. La ragione è che la simulazione non risulta accurata al 100 %, e che l'unico modo per dimostrare realmente che un progetto soddisfi le specifiche delle prestazioni consiste nell'eseguire delle effettive prove su rotaia.

È per questo che sono richieste le prove su rotaia della maggior parte dei progetti di nuovi veicoli per i carri usati dal North American Freight Service. Per eseguire queste prove, si misurano forze, accelerazioni e spostamenti nelle zone critiche dei carri ferroviari installandovi numerosi sensori. Tali sensori vengono collegati ad un sistema di acquisizione dati per registrare i dati durante la corsa del carro sulla rotaia di prova. Completato il percorso di prova, vengono analizzati i dati misurati per verificare che il carro ferroviario soddisfi le specifiche delle prestazioni.

L'esecuzione di queste prove può essere alquanto costosa. Per aiutare a mantenere tali costi sotto controllo, è necessario che il sistema di acquisizione dati sia affidabile, accurato, facile da usare e che operi anche in condizioni avverse. Non è desiderabile dover rieffettuare le prove perché il proprio sistema di acquisizione dati non funziona adeguatamente.

Per una recente serie di prove su nuovi progetti di carri porta-camion, la Sims Professional Engineers (SPE) di Highland (Indiana - USA) ha scelto il Sistema di Acquisizione Dati SoMat eDAQ della HBM. Secondo Cody Kasten, un ingegnere della SPE, l'eDAQ era perfetto per questa applicazione. Non solo l'eDAQ è robusto ed affidabile, ma supporta anche una grande varietà di trasduttori ed è facile da configurare e manovrare.

Specifiche di Prova Esigenti

La norma M-1001 della Association of American Railroads (AAR - Associazione delle Ferrovie Amricane), “Design, Fabrication, and Construction of Freight Cars” (Progettazione, Fabbricazione e Costruzione dei Carri Merce), descrive le prove da eseguire e le condizioni di prova richieste. Questa norma si trova nella Sezione C, Parte II dello AAR Manual of Standards and Recommended Practices (Manuale delle Norme e Pratiche Raccomandate) .

Il Capitolo XI, “Service-Worthiness Tests and Analyses for New Freight Cars” (Prove di Merito di Servizio ed Analisi per Nuovi Carri Merce) della M-1001 specifica numerose prove di certificazione, fra cui:

  • Hunting (Serpeggiamento - instabilità laterale veicolo)
  • Constant curving (Costanza di marcia in curva)
  • Spiral (Movimento a spirale)
  • Twist, roll (Svergolamento, rollio)
  • Pitch (Beccheggio)
  • Yaw, sway (Imbardata, Oscillazione)
  • Dynamic curving (Dinamica in curva)

Poiché questo rimorchio è stato progettato non per l'impiego solo su strada, ma anche per essere trasportato su rotaia ferroviaria, esso deve quindi soddisfare i requisiti dei veicoli idonei all'uso ferroviario enunciati nel Capitolo IX della noma M-1001.

Il cuore dell'impianto della SPE messo a punto per queste prove è costituito da due sistemi di acquisizione dati SoMat eDAQ. Altri componenti dell'impianto includono:

  • 2 Simultaneous High Level Layers (EHLS) che consentono all'eDAQ di campionare simultaneamente 32 ingressi analogici differenziali (16 canali per unità);
  • 14 Moduli SoMat Smart che forniscono il condizionamento del segnale di estensimetri circuitati a 1/4, 1/2 e ponte intero;
  • 6 moduli di condizionamento segnale SoMat ICP. 

Gli eDAQ sono inseriti in custodie NEMA stagne alle intemperie fissate al pianale del carro intermedio, come mostrato in figura. Prima del carro piano si trova la motrice che alimenta tutto il sistema su rotaia. Al carro piano è attaccato il rimorchio con carrello girevole che devono essere provati. Al fine di poter trasportare per ferrovia il rimorchio, esso è accoppiato ad un carrello che segue il rimorchio stesso. A scopo di prova per simulare l'esercizio reale, al treno possono essere attaccati uno o più rimorchi con relativo carrello. 

La SPE usa numerosi sensori diversi per misurare i parametri importanti. Sono stati usati tre accelerometri verticali per misurare le stimolazioni verticali provocate dall'imperfezione dei binari, dagli urti e da altri fenomeni. Tre accelerometri laterali determinavano se le accelerazioni trasversali rientravano nei requisiti specificati nel Capitolo XI. 

Per misurare lo svergolamento, e determinare di conseguenza il rollio delle unità e del carro piano, la SPE ha impiegato sei potenziometri. Il carico longitudinale della piastra di accoppiamento del carrello al rimorchio era rilevato utilizzando uno spinotto di carico appositamente realizzato. Questi dati sono stati impiegati per determinare i carichi longitudinali lungo il sistema.

Infine, sono stati applicati degli estensimetri sia al carrello che al rimorchio. Le posizioni di questi estensimetri fu determinata effettuando un'analisi ad elementi finiti della struttura. Dall'analisi, gli ingegneri della SPE individuarono quattordici particolarmente critiche, quattro sul rimorchio e dieci sul carrello.

I SoMat eDAQs fissati sul pianale del carro intermedio
Configurazione rapida e comoda dei canali del sistema con il software SoMat TCE

Pannelli Solari per Fornire l'Energia Portatile

Per alimentare il sistema, la SPE ha installato due pannelli solari SunWize SW90C sui carri piani. I pannelli solari forniscono fino a 90 W ciascuno. Essi caricano un bancale di tre batterie che sono collegate ed alimentano il sistema di acquisizione dati.

Per questo sistema di prova, a SPE decise di usare i pannelli solari al posto di grandi batterie poiché l'impiego di batterie piccole è molto più conveniente e viene eliminata necessità di sostituire le batterie con condizioni climatiche avverse. Alcune delle prove sono state effettuate in Inverno e la vita delle batterie è molto più breve nella stagione fredda. 

Inoltre, i pannelli solari eliminano la necessità di verificare la capacità delle batterie quando la prova è in corso. Essi forniscono energia sufficiente per mantenere cariche le batterie per tutta la durata della prova. L'impiego dei pannelli solari rendeva superflua la preoccupazione della SP di avere sufficiente energia per condurre le prove.

 

Dopo che i tecnici avevano assemblato il sistema di prova e montato i sensori, gli ingegneri della SPE hanno usato il software SoMat TCE installato su un calcolatore latop per programmare il sistema, come mostrato in figura. Questo software consente la configurazione rapida e comoda dei canali del sistema, compresa la taratura di ciascun trasduttore. Completata la configurazione, è stato scollegato il calcolatore, lasciando autonomo il funzionamento del sistema di acquisizione dati.

Le prove su binario sono state effettuate dalla Canadian Pacific Railroad sulla tratta fra St. Paul (Minsota-USA) e Superior (Wisconsin-USA), lungo una distanza di circa 150 miglia. Nel periodo di circa due settimane, la SPE condusse due corse senza carico e due corse con carco. La lettura dei sensori è stata rilevata con cadenza di campionamento di 200 Hz. Nonostante non fossero presidiate, le prove sono state effettuate senza alcun intoppo e il sistema di acquisizione ha registrato da 2 a 4 Gigabyte di dati per ogni corsa.

Analisi Dati in un Attimo

Completata una prova, gli ingegneri della SPE hanno ricollegato il laptop al sistema eDAQ e scaricato i dati grezzi per analizzarli. Per effettuare l'analisi, gli ingegneri della SPE hanno usato SoMat Infield. Il primo passo è stato di filtrare i dati digitalmente usando un filtro Butterworth con frequenza di taglio di 15 Hz, come specificato dalla norma AAR M-1001. Lo scopo della filtratura è la rimozione delle interferenze dai dati di prova.

Il passo finale per l'analisi dei dati di prova è stato quello di individuare le deformazioni, accelerazioni e deflessioni che superino i limiti imposti dalla norma AAR. Questo passo è stato eseguito in un attimo usando le funzioni statistiche del software SoMat Infield. Sebbene l'analisi dei dati per questa prova fosse relativamente semplice, il software Infield è in grado di effettuare analisi molto più sofisticate. Ad esempio, esso può non solo identificare i valori massimi e minimi, ma anche calcolare le medie, le deviazioni standard ed i valori rms, oltre ad effettuare le analisi rainflow, time at level e di frequenza.

Dopo aver analizzato i dati, la SPE era lieta di comunicare che la combinazione carro piano/rimorchio/carrello aveva superato la prova. La SPE ha preparato un rapporto comprendente le tabelle illustranti i massimi valori registrati, confrontando questi valori con quelli consentiti dalla norma AAR. Viene mostrato anche il margine di sicurezza. Questo rapporto è stato consegnato al cliente che lo ha poi inoltrato, insieme ad altra documentazione, alla AAR ed alla Federal Railroad Administration per l'approvazione.

Kasten ha osservato che durante tutto il processo, il supporto tecnico fornito dalla HBM è stato di grande aiuto. Che si trattasse di aiuto per usare la strumentazione od il software, “l'assistenza tecnica della HBM era sempre disponibile quando ne avevamo bisogno,” egli aggiunge.

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