giovedì 21 novembre 2024 · 0 min read
Test pneumatici trattore per prestazioni, efficienza, sicurezza e comfort di guida
Sviluppare pneumatici per macchine agricole rappresenta una sfida complessa. Il prodotto deve soddisfare una vasta gamma di condizioni operative ed offrire prestazioni che includano efficienza nei consumi, sicurezza e comfort di guida, sia su strada che nei campi. Il Gruppo Provana aveva la necessità di misurare la circonferenza di rotolamento degli pneumatici ed il rapporto di slittamento relativo tra l'asse anteriore e quello posteriore. Per soddisfare questa esigenza, LEANE ha fornito una soluzione basata sul sistema di acquisizione dati Dewesoft.
Il Gruppo Provana è un rinomato distributore italiano di pneumatici per macchine agricole. L'azienda si distingue per la sua ampia esperienza nel settore, il feedback diretto ricevuto dagli utenti e la stretta collaborazione con i principali produttori di macchine originali (OEM). Negli ultimi anni, Provana ha fatto importanti investimenti nel collaudo dei pneumatici al fine di offrire un servizio di qualità superiore ai propri clienti ed ai partner OEM.
Il problema del cliente
La domanda di test su pneumatici agricoli è notevolmente aumentata negli ultimi anni. Tuttavia, ottenere risultati oggettivi di alta qualità in questo settore rappresenta una sfida ancora maggiore rispetto ai test di pneumatici per autovetture. Solo pochi esperti, principalmente all'interno delle aziende produttrici di pneumatici, posseggono le competenze necessarie per gestire un piano di test completo e definire procedure di test mirate a caratterizzare in modo oggettivo il comportamento degli pneumatici.
La nostra collaborazione con il Gruppo Provana è iniziata alcuni anni fa, quando abbiamo fornito supporto ai tecnici del loro centro sperimentale nello sviluppo di una soluzione per la misura della circonferenza di rotolamento degli pneumatici e del rapporto di velocità tra l'asse anteriore-posteriore del trattore, noto come "anticipo" nel gergo tecnico.
Non tutti sono consapevoli del fatto che durante l'operazione in avanti sul campo, gli pneumatici anteriori richiedono un certo grado di slittamento rispetto agli pneumatici posteriori per garantire prestazioni ottimali. È particolarmente importante comprendere che lo slittamento degli pneumatici dipende dalle loro circonferenze, in combinazione con il rapporto di trasmissione meccanica tra l'asse anteriore e posteriore del trattore. Pertanto, diventa necessario misurare con precisione queste variabili nelle reali condizioni operative, cioè con gli pneumatici montati sul trattore stesso.
Il sistema di misura
del rapporto di trasmissione anteriore-posteriore, composto dai seguenti componenti:
Un ricevitore GPS SUCHY XPro_Nano 25 per la misura precisa della velocità e della distanza.
Una coppia di encoder PEISELER per la misura accurata della velocità delle ruote.
Un sistema di acquisizione dati USB Dewesoft DEWE-43A, scelto per il suo ottimo rapporto qualità/prezzo in questo tipo di applicazioni.
Utilizzando la nostra esperienza nel campo ed automatizzando alcune operazioni nel setup Dewesoft, siamo stati in grado di fornire a nostri amici di Provana uno strumento semplice ma estremamente efficiente per velocizzare il loro lavoro quotidiano.
Tra gli impieghi tipici dei trattori di grandi dimensioni ci sono:
Lavoro su terreno agricolo, che generalmente comporta il traino di un attrezzo
Trasporto su strada, con traino di rimorchi grandi e pesanti a velocità superiore a 50 km/h, con massa complessiva del convoglio superiore a 40 tonnellate.
In tali scenari, l'efficienza nei consumi e la sicurezza stradale sono requisiti fondamentali per soddisfare le esigenze dei clienti. Nel 2022, Leane ha svolto attività di supporto sul campo per Provana, collaborando con importanti case costruttrici di pneumatici. Durante queste attività, sono state eseguite varie sessioni di test per valutare e confrontare, rispettivamente:
Diversi tipi di pneumatici per rimorchi, dal punto di vista dell'efficienza del trasporto stradale, sicurezza e comfort di guida;
Diversi set di pneumatici per trattori, per quanto riguarda le prestazioni e l'efficienza su terreno agricolo.
Per ottenere un quadro completo delle prestazioni di trazione, del consumo di carburante e del comportamento dinamico del trattore, il sistema di misura ampliato include diversi strumenti:
Un misuratore di portata AIC per il consumo di carburante
Una cella di carico per la misura della forza di traino
Una coppia di encoder PEISELER per la misura della velocità delle ruote
Una termocoppia (tramite adattatore DSI-TH) per il monitoraggio della temperatura dell'olio del cambio
Un Suchy Data System GPS+IMU (via CAN) per la misura delle variabili di velocità e movimento del trattore.
Inoltre, per l'analisi oggettiva della dinamica del veicolo del rimorchio sono stati aggiunti ulteriori strumenti:
Accelerometri (asse z) sull'asse del rimorchio
Una piattaforma inerziale e ricevitore GNSS Genesys mod. ADMA Speed (via Ethernet) per la misura delle variabili di movimento del rimorchio e dell'angolo di slittamento laterale.
Il sistema DAQ DEWE-43A si conferma come la scelta ideale. La sua facilità di adattamento alla cabina e la presenza di 8 canali analogici, 8 contatori ed una coppia di porte CAN lo rendono perfettamente adatto a questa specifica applicazione.
Le misure
L’installazione dei sensori, del sistema DAQ e la preparazione del setup di misura su macchine di grandi dimensioni come trattori possono presentare side significative in quanto:
L'installazione di sensori su trattori ed attrezzi può essere una sfida a causa delle dimensioni e della massa di tali veicoli.
Il cablaggio dei cavi (lunghi) dai sensori sul rimorchio o sull'attrezzo al sistema di acquisizione può risultare complicato.
La limitata disponibilità di spazio nella cabina del trattore può rendere difficile posizionare gli strumenti di misura.
L'ambiente operativo in cui si utilizzano i trattori e gli attrezzi può essere estremamente gravoso.
Per evitare sollecitazioni trasversali sulla cella di carico di trazione, è stata progettata una culla speciale che ospita la stessa cella ed è collegata al perno di traino. Tuttavia, questa attrezzatura ha un peso considerevole, arrivando a diverse decine di chilogrammi e richiede una manipolazione attenta da parte di due persone durante l'installazione.
Inoltre, il cambio dei pneumatici su rimorchi e trattori non è questione di pochi minuti. La regolazione precisa della pressione di gonfiaggio non è un'operazione così rapida e semplice come nel caso delle autovetture.
Per condurre i test di dinamica del veicolo, comfort e consumo di carburante del trattore-rimorchio, è stato scelto un piccolo aeroporto come struttura. Abbiamo utilizzato il plugin Polygon per definire dei punti di riferimento virtuali che creano i trigger di start/stop quando il veicolo entra o esce dalle zone di misura. Questi trigger vengono utilizzati per i test di coast-down, consumi, comfort e maneggevolezza. In questo modo, è possibile ottenere dati accurati e significativi durante i test.
L'utilizzo dei punti di riferimento virtuali ha consentito di eseguire ripetizioni multiple dello stesso test, utilizzando sempre la stessa sezione della pista. Questo approccio migliora la riproducibilità dei risultati, che è fondamentale per caratterizzare piccole differenze tra pneumatici o configurazioni diverse del veicolo. Infatti, il consumo complessivo di carburante è influenzato da diversi fattori esterni che rendono difficile una valutazione oggettiva dell'effetto dei pneumatici. Il protocollo di prova è stato sviluppato per affrontare questi fattori, tenendo conto dei seguenti aspetti:
Il riscaldamento del veicolo: viene prestata attenzione al riscaldamento del motore, della trasmissione e degli pneumatici.
Il controllo della temperatura degli pneumatici e regolazione precisa della pressione di gonfiaggio.
Il monitoraggio delle condizioni ambientali: la temperatura dell'aria, la temperatura dell'asfalto, ecc.
La ripetizione del test in diverse condizioni ambientali.
L'approccio adottato contribuisce a garantire la coerenza e l'accuratezza dei risultati dei test. Ciò permette di ottenere una valutazione oggettiva delle prestazioni dei pneumatici e delle diverse configurazioni del veicolo.
I risultati campione ottenuti evidenziano chiaramente l'effetto del set di pneumatici sui valori della forza di trazione. Ad esempio, durante le misurazioni della resistenza all'avanzamento del rimorchio a diverse velocità, si è riscontrato che l'effetto del set di pneumatici è maggiore rispetto all'effetto della variazione di velocità.
Osservando il consumo complessivo di carburante del convoglio, si nota che l'effetto della variazione del set di pneumatici è relativamente piccolo rispetto all'effetto della variazione di velocità. Tuttavia, anche una differenza di pochi punti percentuali nel consumo di carburante risulta rilevante in termini di costo variabile di esercizio della macchina.
La possibilità di eseguire test soggettivi ed oggettivi su un rettilineo largo 30 metri porta ad una valutazione coerente delle diverse specifiche degli pneumatici sia in condizioni di guida normale che in condizioni di guida ad alta dinamica o emergenza.
Sebbene la metodologia ed il processo di valutazione siano ancora in fase di messa a punto, è stata riscontrata una certa correlazione tra la valutazione soggettiva ed alcune metriche oggettive rilevanti, in particolare riguardanti l'angolo di assetto o angolo di deriva. Questo ha permesso di ottenere una classifica significativa degli pneumatici testati anche dal punto di vista della dinamica di guida.
Nella transizione dalla prova su strada alla prova su terreno agricolo, l'attenzione si concentra esclusivamente sugli pneumatici del trattore. L'allestimento sensoristico rimane sostanzialmente lo stesso rispetto all'applicazione precedente, ad eccezione del fatto che i canali relativi ai sensori del rimorchio, come accelerometri e piattaforma inerziale ADMA, non sono più presenti. La cella di carico utilizzata per misurare la forza di trazione è diversa da quella utilizzata in precedenza ed è installata su una barra di traino appositamente costruita. Anche in questo caso, l'attrezzatura è specificamente progettata per applicare una forza puramente assiale alla cella di carico.
Nelle prove di trattività su campo, si utilizza un trattore equipaggiato con gli pneumatici in prova per trainare un altro trattore che funge da carico resistente. Durante la prova, la velocità di entrambi i trattori viene regolata in modo da aumentare gradualmente l'effetto frenante del trattore trainato, causando un aumento dello slittamento degli pneumatici in prova. Questo processo consente di ottenere una curva caratteristica che rappresenta l'andamento della forza di trazione in funzione dello slittamento dello pneumatico.
Tuttavia, nonostante la semplicità teorica del processo, ottenere buoni risultati richiede attenzione ai dettagli ed alla gestione di vari aspetti pratici.
Prima di testare ogni set di pneumatici, è importante effettuare una calibrazione preliminare della velocità delle ruote per ottenere una misura accurata dello slittamento. Il software DewesoftX facilita questa calibrazione utilizzando canali matematici e funzioni statistiche di base per calcolare la media dei dati provenienti dagli encoder delle ruote e dal GPS su una distanza predefinita.
Il fattore di calibrazione viene calcolato online in tempo reale alla fine della finestra di calcolo, così l'operatore può impostarne il valore in un canale di tipo "User Input". Questo consente all'operatore di calibrare facilmente la velocità delle ruote utilizzando gli encoder senza dover passare dalla modalità di misura alla modalità di configurazione e viceversa.
Dopo la calibrazione, il trattore si sposta sul terreno di prova appositamente preparato. Questo terreno viene preparato utilizzando un attrezzo che rimuove alcuni centimetri dello strato superiore del terreno per creare una superficie di prova morbida ed il più uniforme possibile. Inoltre, è importante tenere conto di diversi parametri caratteristici del terreno. Oltre alla composizione ed alla struttura del suolo, il livello di umidità del terreno è un parametro chiave da tenere sotto controllo per garantire risultati comparabili tra i diversi test.
Durante il test, vengono acquisiti e mediati i dati relativi alla velocità, alla forza, allo slittamento ed al consumo di carburante su una distanza predefinita al fine di ridurre le fluttuazioni tipiche dell'operazione sul campo. Dopo ogni intervallo, la forza di trazione viene aumentata, rallentando progressivamente il trattore trainato, al fine di coprire l'intervallo desiderato di forza di trazione e slittamento.
Tuttavia, la possibilità di ottenere i valori desiderati dipende dalle condizioni di carico del trattore (massa propria e zavorra) e dalle caratteristiche del terreno. Non sempre è possibile ottenere esattamente i valori desiderati, ma l'esperienza di un esperto in queste prove si rivela essenziale per determinare i parametri adeguati per ottenere le condizioni operative desiderate. Questi parametri includono il bilanciamento del trattore, la velocità di lavoro, il rapporto di trasmissione ed altri fattori che possono influenzare le prestazioni degli pneumatici.
È importante considerare la limitazione di lunghezza del campo di prova e la necessità di invertire periodicamente la marcia durante il test. Inoltre, è importante guidare sempre su terreno "pulito", evitando di passare più volte sullo stesso percorso già compattato.
Per facilitare questa procedura di prova, il software DewesoftX può essere configurato utilizzando canali matematici e statistiche di base attivate sulle coordinate locali, o tramite un interruttore manuale, e la distanza percorsa. È possibile utilizzare una barra di scorrimento per mostrare la distanza percorsa rispetto alla distanza target per il calcolo delle medie. Inoltre, un grafico X-Y consente all'operatore di monitorare in tempo reale la curva caratteristica di trazione, fornendo un controllo visivo immediato del test in corso.
Per il post-processing dei dati acquisiti con Dewesoft, abbiamo implementato un'efficiente integrazione delle funzionalità di misura ed analisi nel nostro ambiente Garage Lab. Abbiamo sviluppato appositi script Python per automatizzare l'analisi dei dati, consentendo la verifica di diverse curve interpolanti, il calcolo di metriche oggettive e la preparazione dei dati per l'analisi aggregata.
L'ambiente Garage Lab può essere avviato manualmente o tramite il Sequencer di DewesoftX. Questa integrazione permette di automatizzare l'attività di analisi dei dati in modo semplice ed efficiente. Ad esempio, è possibile elaborare l'ultimo file registrato o un insieme di file sovrapponendo i risultati.
Conclusioni
A test conclusi, il team di Provana si è rivelato soddisfatto dei risultati ottenuti utilizzando il software DewesoftX per il sistema DAQ. Anche noi di LEANE siamo felici ed orgogliosi di aver contribuito al successo del nostro cliente.
Durante il processo, affrontando diverse sfide, c’è molto da imparare sulle migliori pratiche per:
Gestire la logistica
Eseguire i test
Configurare in modo appropriato i sensori Dewesoft
Sviluppare competenze nell'installazione dei sensori stessi
Acquisire dei dati in modo semplice per gli operatori sul trattore
Grazie al software DewesoftX, siamo stati in grado di elaborare efficacemente i dati di prova. L'esperienza acquisita in questa campagna di test ci ha permesso di identificare ulteriori margini di miglioramento e di rafforzare la fiducia nelle nostre metodologie e negli strumenti Dewesoft.