Ottimizzare la frenata di emergenza delle vendemmiatrici con Simcenter Amesim

Sfide del sistema idraulico

I sistemi idraulici sono elementi fondamentali nella progettazione delle innovazioni tecnologiche più recenti. Utilizzati per risolvere un’ampia gamma di problemi ingegneristici, i sistemi idraulici supportano le innovazioni di prodotto per (tra gli altri) maggiore comfort nei sistemi di sterzo, eco-compatibilità nelle guide di iniezione del carburante, sicurezza nei sistemi antibloccaggio e prestazioni nei sistemi di recupero del calore.

Man mano che la complessità del sistema cresce insieme all’elettronica integrata, i cicli di progettazione tendono ad allungarsi e i costi ad aumentare. L’implementazione della simulazione di sistemi meccatronici è ormai diventata un metodo standard per tenere sotto controllo questi fattori. Tuttavia, ciò richiede non solo conoscenze software, ma anche competenze applicative. “Con un solido background nella produzione di componenti idraulici intelligenti, Fluidesign ha abbracciato l’importanza della simulazione nel padroneggiare la complessità ingegneristica”, afferma Vincent Moulin, direttore vendite e marketing di Fluidesign. “Abbiamo iniziato a utilizzare Simcenter Amesim anni fa e ora siamo diventati un partner privilegiato per i leader del settore alla ricerca di prodotti robusti e all’avanguardia ottimizzati dalla simulazione.”

Ecco perché New Holland Agriculture (New Holland) si è rivolta a Fluidesign per innovare i sistemi idraulici delle sue ultime vendemmiatrici semoventi. Da oltre trent’anni, New Holland sviluppa macchinari appositamente progettati per i vigneti, con innovazioni come le teste di raccolta oscillanti, il sistema di trasporto Noria, i sistemi di scuotimento SDC e cabine con maggiore comfort. Queste innovazioni hanno reso New Holland famosa in termini di qualità, sicurezza, prestazioni ed efficienza. Le sue macchine sono state ampiamente acclamate, rendendo New Holland il leader indiscusso del mercato.

Le normative europee sulla riduzione delle emissioni inquinanti sono diventate onnicomprensive, riguardando ogni veicolo con motore a combustione interna. Le vendemmiatrici non fanno eccezione e devono rispettare queste norme, le quali stanno incoraggiando l’implementazione di nuove tecnologie motorie, come il ricircolo dei gas di scarico e la riduzione catalitica selettiva. Tuttavia, la riduzione delle emissioni comporta costi e peso aggiuntivi.

Tenendo conto di questi problemi, una soluzione è aumentare i tassi di utilizzo delle vendemmiatrici. Minore è il tempo impiegato per trasportare una macchina da e verso una vite, più redditizia diventa la macchina. Ecco perché le macchine sono state dotate di motori più potenti per raggiungere più velocemente i campi di lavoro e ottimizzare i tempi di utilizzo.

La guida su strade asfaltate comporta anche severe norme di sicurezza, in particolare per quanto riguarda lo spazio di frenata. Le normative sulla frenata di emergenza definiscono uno spazio di frenata specifico e chiari criteri di certificazione. Con l’aumento del peso totale delle macchine per la raccolta, questi requisiti stanno diventando sempre più difficili da raggiungere. Senza contare che il mancato rispetto delle normative può essere molto costoso, non solo per quanto riguarda multe e sanzioni, ma anche in termini di perdita di quote di mercato.

Per questo motivo New Holland si è affidata a Fluidesign per la realizzazione di una soluzione tecnologica che le consentisse di rispettare le normative per la sua vendemmiatrice VN9040.

Modellazione dell’intero telaio

Per valutare il comportamento dinamico e valutare l’impatto della progettazione delle valvole sulla frenata di emergenza, Fluidesign utilizza il software Simcenter Amesim™, una soluzione leader per la simulazione fisica di sistemi meccatronici, parte del portafoglio Simcenter. I suoi ingegneri hanno modellato l’intero sistema del telaio, compresa la zona di contatto del telaio e degli pneumatici su una superficie stradale 3D, insieme alla trasmissione idrostatica, utilizzando le librerie Simcenter Amesim pronte all’uso, tra cui l’idraulica, la progettazione dei componenti idraulici, la resistenza idraulica e la dinamica del veicolo.

Per questo studio è stato essenziale indagare la dinamica e il tempo di risposta dei diversi elementi del sistema di trasmissione, come il controllo idraulico della pompa a cilindrata variabile. Dopo la calibrazione del modello basata sulle misurazioni, lo studio si è concentrato sull’impatto di vari parametri idraulici e di controllo per la frenata di emergenza. “L’utilizzo di Simcenter Amesim ha consentito a New Holland di identificare rapidamente diverse velocità di trasferimento di carico e coppia”, afferma Frederic Lagors, direttore tecnico di Fluidesign. “Tenendo conto di questi dati, abbiamo eseguito la modellazione e la simulazione dei veicoli, integrando diverse nuove valvole e regolando la distribuzione della coppia e dei carichi, nonché ottimizzando la frenata.”

L’utilizzo di Simcenter Amesim ha permesso a Fluidesign di validare le scelte architetturali e avviare l’industrializzazione della valvola idraulica del circuito idrostatico. Questo studio virtuale ha permesso a New Holland di identificare l’insieme di parametri ideali per raggiungere i suoi obiettivi di frenata ottimali. Inoltre, ha permesso all’azienda di progettare una speciale valvola di assistenza alla frenata da implementare nel punto di maggior efficienza del circuito idraulico per ottimizzare la frenata di emergenza. Questa valvola di controllo del flusso idraulico viene azionata, solo in caso di emergenza, tramite un’unità di controllo.

Trovare la migliore soluzione

“Lo strumento di animazione 3D Simcenter Amesim ha fornito la possibilità di visualizzare i risultati come se gli ingegneri stessero osservando la macchina reale e di ottenere il massimo dai potenti strumenti di analisi”, afferma Lagors. “Questa capacità conferisce ai risultati un significato particolare e immediato, come complemento perfetto a grafici e diagrammi. Diverse configurazioni di prodotto possono quindi essere rapidamente testate virtualmente per selezionare quelle più rilevanti per ottenere informazioni più approfondite.”

L’utilizzo di Simcenter Amesim ha permesso a Fluidesign di comprendere meglio la fisica dell’intero telaio della vendemmiatrice e di identificare le parti più importanti del circuito idraulico che influiscono sulla frenata di emergenza. Gli ingegneri sono stati in grado di ottenere una comprensione dettagliata e un’osservazione precisa dei fenomeni idraulici, come il flusso, le pressioni e il tempo di risposta, che di solito sono difficili da misurare direttamente sulla macchina, ma che consentono la progettazione di soluzioni pertinenti. “La soluzione richiesta è per la maggior parte tecnicamente semplice”, afferma Moulin. “Quando non lo è, il software consente agli ingegneri di identificare le cause di un problema. Questo è ciò che Simcenter Amesim sa fare meglio: aiutare gli ingegneri a concentrarsi sulle loro competenze, non sugli strumenti.”

Di conseguenza, è stato possibile valutare virtualmente gli scenari peggiori e le condizioni estreme, cosa che non sarebbe potuta avvenire con i test nella vita reale. Si tratta di un importante miglioramento nell’ottimizzazione della sicurezza. “L’utilizzo di Simcenter Amesim è stato un vero vantaggio e ha permesso a New Holland di risparmiare diversi mesi di studi ingegneristici mentre lavorava a questo progetto di ottimizzazione della sicurezza”, afferma Lagors.

Per individuare la causa principale dei problemi o per studiare soluzioni ingegneristiche, i viticoltori di solito procedono con il tradizionale metodo di effettuare misurazioni reali nel proprio campo. Una soluzione del genere può però essere costosa in termini di spese di trasporto, spese di ingegneria e materiali utilizzati per il test. Inoltre, i risultati sono incerti. Pioniere nell’uso della simulazione di sistemi meccatronici, New Holland ha deciso di investire nei componenti e nelle competenze software di Fluidesign per semplificare il processo di sviluppo.

I costi totali del progetto sono stati ridotti del 25% e, cosa più importante, è stata trovata una solida soluzione. L’integrazione nelle vendemmiatrici della tecnologia di frenata di emergenza più sicura contribuisce a posizionare New Holland come leader tecnico nel settore. Fornire ai clienti macchine semplici ma efficienti è sempre stata la missione di New Holland e la collaborazione con Fluidesign e Siemens Digital Industries Software ha aiutato l’azienda a trovare modi più intelligenti, migliori e veloci per rendere la tecnologia accessibile e facile da usare.