Teste de pneus de trator para desempenho, eficiência, segurança e conforto de direção

O Provana Group é o principal revendedor italiano de pneus para máquinas agrícolas. A empresa tem longa experiência, feedback direto do usuário e um relacionamento bem estabelecido com os principais OEMs. Nos últimos anos, dando um passo à frente no caminho da qualidade, a Provana tem investido em testes de pneus para melhor atender seus clientes e parceiros OEM.

A necessidade do cliente

A necessidade do mercado de testar pneus agrícolas aumentou nos últimos anos. Neste campo, no entanto, obter bons resultados de testes objetivos é ainda mais difícil do que no caso, por exemplo, de pneus de carros de passeio. Apenas alguns especialistas, principalmente da indústria de pneus OEMs, têm experiência para gerenciar um plano de teste e definir procedimentos de teste objetivos para caracterizar o comportamento do pneu adequadamente.

Este caso começou há alguns anos, quando ajudamos o pessoal do centro de testes Provana Group Innovation a medir a circunferência de rolamento do pneu e a relação de deslizamento relativo do eixo dianteiro x eixo traseiro. Esses dados são cruciais ao escolher a montagem correta do pneu para um trator.

Não é evidente para todos que na operação avançada no campo, os pneus dianteiros precisam de um grau específico de derrapagem em comparação com os pneus traseiros para obter um desempenho ideal. É mais evidente que o deslizamento do pneu depende das circunferências do pneu para um determinado trator com uma determinada relação de transmissão mecânica dianteira-traseira. Daí a necessidade de medir com precisão na condição da bobina, ou seja, com os pneus montados no trator.

O sistema de medição

Nosso ponto de partida foi um sistema de medição da circunferência de rolamento e da relação de transmissão dianteira-traseira:

• Um sensor/receptor GPS SUCHY XPro Nano 25 para medição de velocidade e distância

• Um par de codificadores de roda PEISELER para a medição da velocidade das rodas

• Um DEWESOFT DEWE43A - um versátil sistema de aquisição de dados USB de 8 canais do tamanho de uma mão com uma boa relação valor/preço para este tipo de aplicação.

Adicionando um pouco de experiência e preparando uma configuração Dewesoft com alguma automação, fornecemos aos nossos amigos da Provana uma ferramenta simples, mas muito eficiente, para acelerar seu trabalho diário.

Entre as missões típicas dos grandes tratores, estão

• Trabalhos no campo, que geralmente envolvem o reboque de um implemento

• Transportes rodoviários, reboque de reboques grandes e pesados ​​a velocidades superiores a 50 km/h, com massa total do comboio superior a 40 toneladas

Em tais cenários, a eficiência de combustível e a segurança rodoviária são requisitos essenciais para todos os clientes. Em 2022, Leane apoiou a Provana em campo, realizando atividades de teste em conjunto ou em nome de alguns dos principais fabricantes de pneus. Eles fizeram algumas sessões de teste para comparar:

• Diferentes conjuntos de pneus de reboque - no que diz respeito à eficiência do transporte rodoviário, segurança e conforto de condução.

• Diferentes jogos de pneus de trator - em relação ao desempenho e eficiência no campo.

Para capturar uma imagem geral do desempenho de tração, consumo de combustível e comportamento dinâmico do veículo, o sistema de medição expandido usado incluiu:

• Um medidor de vazão AIC para consumo de combustível

• Uma célula de carga para medir a força de reboque

• Um par de codificadores PEISELER para medir a velocidade das rodas

• Um termopar (via adaptador DSI-TH) para monitorar a temperatura do óleo da caixa de engrenagens

• Um Sistema de Dados Suchy GPS+IMU (via CAN) para medir a velocidade do trator e as variáveis ​​de movimento

Além disso, para a análise objetiva da dinâmica do veículo reboque:

• Acelerômetros (eixo z) no eixo do reboque

• Um sensor Genesys GNSS IMU , ADMA Speed ​​(via Ethernet) para medir as variáveis ​​de movimento do reboque e o ângulo de derrapagem lateral

O DEWE-43 foi confirmado como uma boa escolha. Ele se encaixa facilmente na cabine do trator e sua ampla variedade de canais analógicos e contadores, além de um par de portas CAN, é perfeita para esta aplicação.

As medições

Nesse tipo de grande maquinário, a instalação dos sensores, do sistema DAQ e a preparação da configuração de medição é um desafio em si:

• A instalação do sensor costuma ser complicada em todos os tipos de veículos, mas lidar com o tamanho e a massa dos tratores e seus implementos acrescenta mais problemas.

• Roteamento seguro de cabos (longos) dos sensores no trailer e implementação no sistema DAQ.

• Pequeno espaço para equipamentos de medição na cabine do trator.

• Ambiente hostil em que o equipamento precisa trabalhar.

Para evitar que forças laterais afetem a célula de carga de tração, usamos um berço especialmente projetado para alojar a célula de carga e o pino de reboque. Só este equipamento pesa algumas dezenas de quilos e deve ser manuseado com cuidado por duas pessoas durante a instalação.

Além disso, trocar os pneus do reboque ou do trator não é questão de poucos minutos. E também o ajuste fino da pressão de inflação não são tão rápidos e fáceis quanto nos carros de passeio.

Selecionamos um pequeno aeródromo como instalação para testar a dinâmica do veículo, conforto e consumo de combustível do comboio de tratores e reboques. Usando o plugin Dewesoft virtual Polygon, definimos alguns pontos de referência. Estes criam barreiras virtuais de partida/parada delimitando as áreas de medição ajustadas para testes de desaceleração, consumo, conforto e manuseio.

Essas barreiras garantiram a realização do mesmo teste no mesmo trecho da pista – melhor reprodutibilidade, o que é fundamental para investigar pequenas diferenças entre diferentes pneus ou configurações de veículos. O consumo geral de combustível é afetado por muitos fatores externos que tornam extremamente difícil a avaliação objetiva do efeito do pneu. Desenvolvemos nosso protocolo de teste para abordar esses fatores, prestando atenção

• Aquecimento do veículo: motor e transmissão, pneus

• Verificação da temperatura dos pneus e ajuste fino da pressão de enchimento

• Monitoramento das condições ambientais (temperatura do ar, temperatura da estrada, etc.)

• Teste a repetição em diferentes condições ambientais

Os seguintes resultados de amostra anônimos mostram um efeito aparente do conjunto de pneus nos valores da força de tração. Por exemplo, a força de arrasto geral do trailer foi medida em diferentes velocidades com um efeito limitado da variação de velocidade.

Olhando para o consumo geral de combustível de todo o comboio, vimos que o efeito do pneu (resistência ao rolamento) é relativamente pequeno em comparação com a variação de velocidade. No entanto, mesmo uma diferença de alguns por cento no consumo de combustível pode ser relevante para o custo de operação do maquinário.

Do lado da dinâmica do veículo, pudemos realizar testes subjetivos e objetivos na reta de 30 metros de largura. Isso nos deu consistência na avaliação de diferentes especificações de pneus em condições normais e de alta dinâmica/emergência. 

Nosso processo de teste e avaliação estava apenas na etapa inicial. No entanto, encontramos algumas correlações entre nossa avaliação subjetiva e algumas métricas objetivas relevantes relacionadas ao ângulo de derrapagem. Isso nos permitiu obter uma classificação significativa das especificações dos pneus testados, mesmo do ponto de vista da dinâmica de direção.

Ao mover nossos testes da estrada para o campo, o foco está absolutamente no pneu do trator. A configuração do sensor não muda muito em comparação com o aplicativo anterior, exceto que não temos canais dos sensores do trailer - os acelerômetros e o ADMA. Usamos uma célula de carga diferente para medir a força de tração instalada em uma barra de reboque construída especificamente para isso. Nesse caso, o dispositivo de fixação também é projetado especificamente para aplicar uma força axial pura à célula de carga.

O trator equipado com os pneus em teste traciona outro trator que opera como carga resistente. A velocidade de ambos os tratores é regulada para aumentar gradualmente o efeito de frenagem do trator rebocado, resultando em um aumento na razão de deslizamento dos pneus sob teste. O resultado final é uma curva típica que descreve a força de tração em função do deslizamento do pneu.

Fácil de dizer, em princípio, mas não tão fácil de conseguir na prática. Como sempre, a dificuldade está nos detalhes - você precisa prestar atenção em algumas coisas para obter bons resultados.

Para calcular com precisão a taxa de deslizamento, é necessária uma calibração preliminar da velocidade da roda sem carga de tração antes de testar cada conjunto de pneus. Essa calibração é fácil de fazer com o software Dewesoft usando canais matemáticos e estatísticas básicas para calcular a média dos dados dos codificadores de roda e GPS em uma distância predefinida. 

O fator de calibração é calculado on-line no final da janela de média e, em seguida, seu valor é definido em um canal de entrada do usuário. O procedimento fornece uma maneira simples de ajustar a velocidade da roda dos codificadores sem sair do modo de medição - não há necessidade de alternar de medição para configuração e vice-versa.

Após a calibração, o trator segue para o campo previamente preparado. Usando uma ferramenta movendo alguns centímetros da camada superior do terreno, obteve-se uma superfície de teste um tanto macia, o mais uniforme possível. Além disso, alguns parâmetros característicos do terreno precisam ser medidos: além da composição e estrutura do solo, um parâmetro crucial para obter resultados comparáveis ​​é o nível de umidade.

Durante o teste, medimos e calculamos a média das velocidades, força, razão de deslizamento e consumo de combustível em uma distância predefinida para “filtrar” as flutuações típicas da operação de campo. Após cada intervalo, aumentamos a força de tração diminuindo cada vez mais a velocidade do trator rebocado. 

Essa condução abrange a faixa desejada de força de tração e taxa de deslizamento, que obviamente depende da carga do trator e das características do solo. Nem tudo é possível. A experiência de um especialista em testes OEM provou ser essencial para encontrar os parâmetros de comboio adequados para capturar as condições de operação relevantes: equilíbrio de peso, velocidade de trabalho, relação de transmissão, etc.

Por fim, mas não menos importante, o campo não é infinito: tivemos que dar ré e ainda dirigir sempre em solo “limpo”, evitando colocar os pneus duas vezes no mesmo caminho.

Nosso procedimento de teste foi facilmente configurado no software Dewesoft, usando canais matemáticos e estatísticas básicas disparadas em coordenadas locais ou por comutação manual e distância percorrida. Uma barra deslizante mostra a localização em comparação com a distância média do alvo. Um gráfico XY permite verificações visuais ao vivo e monitoramento da curva característica de tração do teste em andamento.

Complementamos os recursos de medição e análise da Dewesoft desenvolvendo scripts Python dedicados em nosso ambiente Garage Lab para gerenciar a análise de dados, brincando com polinômios de ajuste, calculando métricas objetivas e preparando dados para análise agregada.

O ambiente do Garage Lab pode ser iniciado manualmente ou a partir do Dewesoft Sequencer para automatizar a tarefa de análise de dados, por exemplo, processar o último arquivo de teste ou um lote de arquivos de teste. Isso fornece uma solução simples de automação e análise de teste.

Conclusão

No final do dia, a equipa da Provana estava bastante satisfeita com os resultados e um pouco orgulhosa do trabalho realizado. E nós em Leane também ficamos felizes - orgulhosos de contribuir para o sucesso deles. 

Como sempre, havia muito a aprender fazendo as coisas: 

• descobrir como gerenciar a logística, 

• como fazer os testes, 

• qual configuração do sensor era adequada, 

• como instalar os sensores, 

• como gerenciar a aquisição de dados da maneira mais fácil possível para o operador do trator, 

• como processar os dados de teste, etc. 

Superados esses desafios, sabemos onde podemos melhorar ainda mais. Ainda há muito a aprender, mas sabemos que temos uma base sólida para as próximas campanhas de teste e ganhamos mais confiança em nossos equipamentos e métodos.