Simcenter Amesim para optimizar el frenado de emergencia de las vendimiadoras

Los retos de los sistemas hidráulicos

Los sistemas hidráulicos son esenciales en el diseño de las innovaciones tecnológicas más recientes. No solo se utilizan para resolver una gran variedad de problemas de ingeniería, sino que también respaldan las innovaciones de productos para, entre otros, aumentar la comodidad en los sistemas de dirección, el respeto al medio ambiente en los raíles de inyección de combustible, la seguridad en los sistemas antibloqueo y el rendimiento en los sistemas de recuperación de calor.

A medida que la complejidad del sistema crece junto con la electrónica integrada, los ciclos de diseño tienden a alargarse y los costes suelen aumentar. La implementación de la simulación de sistemas mecatrónicos se ha convertido en un método estándar para poder controlar estos factores. Con todo, estos procesos no solo siguen requiriendo conocimientos de software, sino también de aplicaciones. «Con una sólida experiencia en la fabricación de componentes hidráulicos inteligentes, Fluidesign ha entendido la importancia de la simulación para dominar la complejidad de la ingeniería», afirma Vincent Moulin, director de Ventas y Marketing de Fluidesign. «Hace años que empezamos a utilizar Simcenter Amesim y nos hemos convertido en partner preferente de los líderes de la industria que buscan productos vanguardistas y fiables optimizados mediante simulación».

Por eso, New Holland Agriculture (New Holland) ha recurrido a Fluidesign para innovar en los sistemas hidráulicos de sus vendimiadoras autopropulsadas más nuevas. Durante más de tres décadas, New Holland ha desarrollado maquinaria diseñada para los viñedos, con innovaciones como los cabezales de vendimia oscilantes, el sistema de transporte Noria, los sistemas de sacudida SDC y las cabinas con mayor confort. Estas innovaciones han forjado la reputación de calidad, seguridad, rendimiento y eficacia por las que destaca New Holland. Sus máquinas han recibido elogios de muchos especialistas y empresas y New Holland se ha convertido en líder indiscutible del mercado.

La normativa europea sobre reducción de emisiones contaminantes se ha convertido en global y afecta a todos los vehículos con motor de combustión interna. Las vendimiadoras no son una excepción y deben cumplir estas normas, que impulsan la implementación de nuevas tecnologías de motores, como la recirculación de los gases de escape y la reducción catalítica selectiva. Sin embargo, la reducción de las emisiones implica costes e iniciativas adicionales.

Teniendo en cuenta estos factores, una solución es aumentar los índices de uso de las vendimiadoras. Cuanto menos tiempo se emplee en transportar una máquina de un sitio a otro, más rentable será. Por eso, las cosechadoras se han equipado con motores más potentes para trasladarse más rápido a los campos de trabajo y optimizar el tiempo de uso.

Conducir por carreteras asfaltadas también conlleva respetar normas de seguridad estrictas, sobre todo en cuanto a la distancia de frenado. La normativa sobre frenado de emergencia define una distancia de frenado y unos criterios de certificación claros. A medida que aumenta el peso total de la maquinaria de recolección, esos requisitos son cada vez más difíciles de alcanzar. Además, el incumplimiento de la normativa puede resultar muy costoso no solo en lo que respecta a multas y sanciones, sino también en pérdida de cuota de mercado.

Por este motivo, New Holland ha confiado en Fluidesign para idear una solución tecnológica que le permita cumplir la normativa para su vendimiadora tipo VN9040.

Modelado integral del chasis

Para evaluar el comportamiento dinámico y valorar el impacto del diseño de la válvula en el frenado de emergencia, Fluidesign utiliza el software Simcenter Amesim™, una solución líder para la simulación física de sistemas mecatrónicos que forma parte del portfolio de Simcenter. Sus ingenieros han modelado el sistema de chasis completo, es decir, el chasis y la zona de contacto de los neumáticos sobre una superficie de carretera en 3D, junto con la transmisión hidrostática, mediante las bibliotecas de Simcenter Amesim disponibles en el mercado, incluidas las de hidráulica, diseño de componentes hidráulicos, resistencia hidráulica y dinámica del vehículo.

Para este estudio ha sido esencial investigar la dinámica y el tiempo de respuesta de los distintos elementos del sistema de transmisión, como el control hidráulico de la bomba de desplazamiento variable. Tras una calibración del modelo basada en mediciones, el estudio se ha centrado en el impacto de diversos parámetros hidráulicos y de control para el frenado de emergencia. «El uso de Simcenter Amesim ha permitido a New Holland identificar rápidamente diferentes tasas de transferencia de carga y par de torsión», asegura Frederic Lagors, director técnico de Fluidesign. «A partir de estos datos, hemos efectuado el modelado y la simulación de vehículos integrando diferentes válvulas nuevas, ajustando la distribución del par de torsión y las cargas, y optimizando el frenado».

El uso de Simcenter Amesim ha permitido a Fluidesign validar las elecciones arquitectónicas y poner en marcha la industrialización de la válvula hidráulica del circuito hidrostático. Gracias a este estudio virtual, New Holland ha identificado el conjunto ideal de parámetros para alcanzar sus objetivos de frenado óptimo. También ha diseñado una válvula especial de asistencia al frenado que se implementa donde es más eficaz en el circuito hidráulico a fin de optimizar el frenado de emergencia. Esta válvula de control del caudal hidráulico se acciona, solamente en caso de emergencia, mediante una unidad de control.

Información detallada sobre lo que funciona mejor

«La herramienta de animación en 3D de Simcenter Amesim ha permitido visualizar los resultados como si los ingenieros viesen la máquina real y maximizar las avanzadas herramientas de análisis», afirma Lagors. «Esta funcionalidad confiere a los resultados un significado particular e inmediato, y resulta el complemento perfecto de ploteos y gráficos. A continuación, se pueden probar rápidamente de forma virtual diferentes configuraciones de productos para seleccionar las más adecuadas y obtener información más detallada».

El uso de Simcenter Amesim ha permitido a Fluidesign comprender mejor la física de todo el chasis de la vendimiadora, así como identificar las partes más importantes del circuito hidráulico que influyen en el frenado de emergencia. Los ingenieros han podido obtener una comprensión detallada y una observación precisa de los fenómenos hidráulicos, como el caudal, las presiones y la respuesta temporal, que suelen ser difíciles de medir directamente en la máquina, pero que permiten diseñar soluciones muy eficientes. «Casi siempre, la solución adecuada es sencilla desde el punto de vista técnico», dice Moulin. «Cuando no lo es, el software permite a los ingenieros identificar las causas de un problema. En este sentido, Simcenter Amesim es la mejor opción: ayuda a los ingenieros a centrarse en sus conocimientos y experiencia, no en las herramientas».

Como consecuencia, se han podido evaluar virtualmente los peores escenarios y las condiciones extremas, cosa que no habría sido posible con pruebas físicas reales. Esta es una mejora muy destacada en la optimización de la seguridad. «Utilizar Simcenter Amesim ha sido una verdadera ventaja. Con ella, New Holland se ahorrado meses de estudios de ingeniería en el desarrollo de este proyecto de optimización de la seguridad», afirma Lagors.

Para detectar la causa raíz de los problemas o investigar soluciones de ingeniería, los viticultores suelen utilizar el método más tradicional de hacer mediciones físicas en el campo. Sin embargo, puede ser costoso para la cosechadora en cuanto a gastos de transporte, honorarios de ingeniería y materiales de prueba. Además, los resultados son poco seguros. Pionera en el uso de la simulación de sistemas mecatrónicos, New Holland ha decidido invertir en los componentes y la experiencia en software de Fluidesign para agilizar el proceso de desarrollo.

Los costes totales del proyecto se han reducido un 25 %, pero sobre todo se ha encontrado una solución sólida. Incorporar a sus vendimiadoras la tecnología más segura para el frenado de emergencia ayuda a posicionar a New Holland como líder técnico en este ámbito. Proporcionar a los clientes máquinas sencillas y eficientes ha sido siempre el propósito de New Holland. La asociación de Fluidesign y Siemens Digital Industries Software ha ayudado a esta empresa a encontrar formas más inteligentes, mejores y más rápidas de facilitar la accesibilidad y el uso de la tecnología.