Pruebas de neumáticos de tractores para determinar el rendimiento, la eficiencia, la seguridad y la comodidad de conducción

Provana Group  es el principal distribuidor italiano de neumáticos para máquinas agrícolas. La empresa tiene una larga experiencia, comentarios directos de los usuarios y una relación bien establecida con los principales OEM. En los últimos años, dando un paso adelante en el camino de la calidad, Provana ha invertido en pruebas de neumáticos para brindar un mejor servicio a sus clientes y socios OEM.

El problema del cliente

La necesidad del mercado de probar neumáticos agrícolas ha aumentado en los últimos años. En este campo, sin embargo, obtener buenos resultados de pruebas objetivas es incluso más difícil que en el caso de, por ejemplo, neumáticos de turismos. Solo unos pocos expertos, principalmente de la industria de neumáticos OEM, tienen la experiencia para gestionar un plan de prueba y definir procedimientos de prueba objetivos para caracterizar el comportamiento del neumático correctamente.

Este caso comenzó hace unos años cuando ayudamos a los chicos del centro de pruebas de Innovación del Grupo Provana a medir la circunferencia de rodadura de los neumáticos y la relación de deslizamiento relativa del eje delantero frente al eje trasero. Estos datos son cruciales a la hora de elegir el montaje de neumáticos correcto para un tractor.

No es evidente para todos que en la operación de avance en el campo, los neumáticos delanteros necesitan un grado de deslizamiento específico en comparación con los neumáticos traseros para lograr un rendimiento óptimo. Es más evidente que el deslizamiento de los neumáticos depende de las circunferencias de los neumáticos para un tractor dado que tiene una relación dada de transmisión mecánica delantera-trasera. De ahí la necesidad de medir con precisión en el estado del carrete, es decir, con los neumáticos instalados en el tractor.

El sistema de medición

Nuestro punto de partida fue un sistema para la medición de la circunferencia de rodadura y la relación de transmisión delantera-trasera:

• Un sensor/receptor GPS SUCHY XPro Nano 25 para medir la velocidad y la distancia

• Un par de codificadores de rueda PEISELER para la medición de la velocidad de las ruedas

• Un DEWESOFT DEWE43A: un versátil sistema de adquisición de datos USB de 8 canales del tamaño de una mano con una buena relación calidad-precio para este tipo de aplicación.

Agregando un poco de experiencia y preparando una configuración de Dewesoft con algo de automatización, brindamos a nuestros amigos en Provana una herramienta simple pero muy eficiente para acelerar su trabajo diario.

Entre las misiones típicas de los grandes tractores, se encuentran

• Trabajos en el campo, que generalmente implican remolcar un implemento

• Transportes por carretera, arrastrando remolques grandes y pesados a velocidades superiores a 50 km/h, con una masa total del convoy superior a 40 toneladasIn

En tales escenarios, la eficiencia del combustible y la seguridad vial son requisitos esenciales para todos los clientes. En 2022, Leane apoyó a Provana en el campo, realizando actividades de prueba de forma conjunta o en nombre de algunos OEM de neumáticos líderes. Hicieron algunas sesiones de prueba para comparar:

• Diferentes juegos de neumáticos para remolques, relacionados con la eficiencia del transporte por carretera, la seguridad y el confort de conducción.

• Diferentes juegos de neumáticos para tractores - en cuanto a desempeño y eficiencia en el campo.

Para capturar una imagen general del rendimiento de la tracción, el consumo de combustible y el comportamiento dinámico del vehículo, el sistema de medición ampliado utilizado incluía:

• Un medidor de flujo AIC para el consumo de combustible

• Una celda de carga para medir la fuerza de remolque

• Un par de codificadores PEISELER para medir la velocidad de las ruedas

• Un termopar (a través del adaptador DSI-TH) para monitorear la temperatura del aceite de la caja de cambios

• Un sistema de datos Suchy GPS+IMU (a través de CAN) para medir la velocidad del tractor y las variables de movimiento

Además, para el análisis objetivo de la dinámica del vehículo remolque:

• Acelerómetros (eje z) en el eje del remolque

• Un sensor IMU Genesys GNSS, velocidad ADMA (a través de Ethernet) para medir las variables de movimiento del remolque y el ángulo de deslizamiento lateral

Se confirmó que el DEWE-43 era una buena opción. Cabe fácilmente en la cabina del tractor y su amplia gama de canales analógicos y de contador, además de un par de puertos CAN, es perfecto para esta aplicación.

Las mediciones

En este tipo de maquinaria grande, la instalación de los sensores, el sistema DAQ y la preparación de la configuración de medición es de alguna manera un desafío en sí mismo:

• La instalación de sensores suele ser complicada en todos los tipos de vehículos, pero lidiar con el tamaño y la masa de los tractores y sus implementos añade más problemas.

• Enrutamiento seguro de cables (largos) desde los sensores en el remolque e implementación al sistema DAQ.

• Pequeño espacio para equipos de medición en la cabina del tractor.

• Entorno hostil en el que el equipo necesita trabajar.

Para evitar que las fuerzas laterales afecten la celda de carga de tracción, utilizamos una cuna de diseño especial para albergar la celda de carga y el pasador de remolque. Este equipo solo pesa algunas decenas de kilogramos y debe ser manipulado con cuidado por dos personas durante la instalación.

Además, cambiar los neumáticos del remolque o del tractor no es cuestión de unos pocos minutos. Y la estabilización y el ajuste fino de la presión de inflado no son tan rápidos y sencillos como en los turismos.

Seleccionamos un pequeño aeródromo como instalación para probar la dinámica del vehículo, la comodidad y el consumo de combustible del convoy de tractores y remolques. Usando el módulo virtual Polygon de Dewesoft, definimos algunos puntos de referencia. Éstos crean barreras virtuales de arranque/parada que delimitan las áreas de medición preparadas para las pruebas de desaceleración, consumo, confort y manejo.

Estas barreras aseguraron realizar la misma prueba en la misma parte de la pista: una mejor reproducibilidad, que es esencial para investigar diferencias menores entre diferentes neumáticos o configuraciones de vehículos. El consumo total de combustible se ve afectado por muchos factores externos que hacen que la evaluación objetiva del efecto del neumático sea extremadamente difícil. Desarrollamos nuestro protocolo de prueba para abordar estos factores, prestando atención :

• Calentamiento del vehículo: motor y transmisión, neumáticos

• Comprobación de la temperatura de los neumáticos y ajuste fino de la presión de inflado

• Monitoreo de las condiciones ambientales (temperatura del aire, temperatura de la carretera, etc.)

• Prueba de repetición en diferentes condiciones ambientales

Los siguientes resultados de muestra anónimos muestran un efecto aparente del juego de neumáticos en los valores de la fuerza de tracción. Por ejemplo, la fuerza de arrastre general del remolque se midió a diferentes velocidades con un efecto limitado de la variación de velocidad.

Al observar el consumo total de combustible de todo el convoy, vimos que el efecto del neumático (resistencia a la rodadura) es relativamente pequeño en comparación con el de la variación de velocidad. Sin embargo, una diferencia de incluso un pequeño porcentaje en el consumo de combustible puede ser relevante para el costo de operación de la maquinaria.

Por el lado de la dinámica del vehículo, pudimos realizar pruebas subjetivas y objetivas en la recta de 30 metros de ancho. Esto nos dio consistencia en la evaluación de las diferentes especificaciones de los neumáticos en condiciones de manejo ordinarias y de alta dinámica/emergencia.

Nuestro proceso de prueba y evaluación estaba solo en el paso inicial. Sin embargo, encontramos algunas correlaciones entre nuestra evaluación subjetiva y algunas métricas objetivas relevantes relacionadas con el ángulo de deslizamiento lateral. Esto nos permitió obtener una clasificación significativa de las especificaciones de los neumáticos probados, incluso desde la perspectiva de la dinámica de conducción.

Cuando trasladamos nuestras pruebas de la carretera al campo, la atención se centra absolutamente en el neumático del tractor. La configuración del sensor no cambia mucho en comparación con la aplicación anterior, excepto que no tenemos canales de los sensores del remolque: los acelerómetros y el ADMA. Usamos una celda de carga diferente para medir la fuerza de tracción instalada en una barra de remolque especialmente diseñada. En este caso, el accesorio también está diseñado específicamente para aplicar una fuerza axial pura a la celda de carga.

El tractor equipado con los neumáticos bajo prueba tira de otro tractor que opera como carga resistente. La velocidad de ambos tractores se regula para aumentar gradualmente el efecto de frenado del tractor remolcado, lo que resulta en un aumento en la relación de deslizamiento de los neumáticos bajo prueba. El resultado final es una curva típica que describe la fuerza de tracción en función del deslizamiento del neumático.

Fácil de decir, en principio, pero no tan fácil de lograr en la práctica. Como siempre, lo complicado está en los detalles: debe prestar atención a algunas cosas para obtener buenos resultados.

Para calcular con precisión la relación de deslizamiento, se requiere una calibración preliminar de la velocidad de la rueda sin carga de tracción antes de probar cada juego de neumáticos. Esta calibración es fácil de realizar con el software Dewesoft utilizando canales matemáticos y estadísticas básicas para promediar los datos de los codificadores de rueda y el GPS en una distancia predefinida.

El factor de calibración se calcula en línea al final de la ventana de promedio y luego su valor se establece en un canal de entrada del usuario. El procedimiento proporciona una forma sencilla de ajustar la velocidad de la rueda desde los codificadores sin salir del modo de medición, sin necesidad de cambiar de medición a configuración y viceversa.

Después de la calibración, el tractor se traslada al campo preparado con anticipación. Usando una herramienta que movía unos centímetros de la capa superior del terreno se obtuvo una superficie de prueba algo blanda, lo más uniforme posible. Además, es necesario medir algunos parámetros característicos del terreno: además de la composición y estructura del suelo, un parámetro crucial para obtener resultados comparables es el nivel de humedad.

Durante la prueba, medimos y promediamos las velocidades, la fuerza, la relación de deslizamiento y el consumo de combustible en una distancia predefinida para "filtrar" las fluctuaciones típicas de la operación de campo. Después de cada intervalo, aumentamos la fuerza de tracción reduciendo cada vez más la velocidad del tractor remolcado.

Esta conducción abarca el rango deseado de fuerza de tracción y relación de deslizamiento, que obviamente depende de la carga del tractor y las características del suelo. No todo es posible. La experiencia de un experto en pruebas de OEM resultó esencial para encontrar los parámetros del convoy adecuados para captar las condiciones de operación relevantes: equilibrio de peso, velocidad de trabajo, relación de transmisión, etc.

Por último, pero no menos importante, el campo no es infinito: Tuvimos que dar marcha atrás y aún así conducir siempre en suelo "limpio", evitando poner los neumáticos dos veces en el mismo camino.

Nuestro procedimiento de prueba se configuró fácilmente en el software Dewesoft, utilizando canales matemáticos y estadísticas básicas activadas en coordenadas locales o por cambio manual y distancia recorrida. Una barra deslizante muestra la ubicación en comparación con el objetivo promediando la distancia. Un gráfico X-Y permite verificaciones visuales en vivo y monitorear la curva característica de tracción de la prueba en curso.

Complementamos las funciones de medición y análisis de Dewesoft mediante el desarrollo de scripts de Python dedicados en nuestro entorno de Garage Lab para administrar el análisis de datos, jugar con polinomios de ajuste, calcular métricas objetivas y preparar datos para análisis agregados.

El entorno de Garage Lab se puede iniciar manualmente o desde Dewesoft Sequencer para automatizar la tarea de análisis de datos, por ejemplo, procesar el último archivo de prueba o un lote de archivos de prueba. Esto proporciona una solución simple de análisis y automatización de pruebas.

Conclusión

Al final del día, el equipo de Provana estaba muy satisfecho con los resultados y un poco orgulloso del trabajo realizado. Y nosotros en Leane también estábamos felices, orgullosos de contribuir a su éxito.

Como siempre, había mucho que aprender haciendo cosas:

• averiguar cómo gestionar la logística,

• cómo realizar las pruebas,

• qué configuración de sensor era adecuada,

• cómo instalar los sensores,

• cómo gestionar la adquisición de datos de la forma más sencilla posible para el operador del tractor,

• cómo procesar los datos de prueba, etc.

Habiendo superado esos desafíos, sabemos dónde podemos mejorar aún más. Todavía queda mucho por aprender, pero sabemos que tenemos una base sólida para las próximas campañas de prueba y hemos ganado más confianza en nuestro equipo y métodos.