Sistema di acquisizione e controllo per banco prova freni idraulici di emergenza

Author(s):
G. Maini - CATE

Industry:
Machines/Mechanics, Automotive

Products:
LabVIEW, Multifunction DAQ

The Challenge:
Nel panorama delle macchine operatrici risulta importante lavorare in piena sicurezza, in particolare nel caso di guasti o anomalie dovrebbero esistere dispositivi che permettono l’arresto tempestivo della macchina in movimento. Appare chiaro quindi l’importanza dei freni di emergenza e del loro utilizzo in macchine operatrici e non. E’ fondamentale quindi riuscire a mettere a punto un sistema di test che permetta il collaudo di questa tipologia di freni al fine di ricavare tutti i parametri che occorrono alla definizione della loro qualità.

The Solution:
Definizione di un ciclo di collaudo per freni idraulici Il primo problema che ci si è posti riguarda la definizione di un ciclo di collaudo che permettesse di testare tutte le componenti del freno, in particolare i tempi di intervento in apertura e chiusura del freno, la rilevazione della coppia di frenatura e la pressione del circuito idraulico del freno in diverse condizioni di lavoro. Un buon ciclo di collaudo però non è sufficiente se non è affiancato da un buon sistema idraulico che ne permetta l’esecuzione. Il sistema oleodinamico deve quindi permettere di eseguire opportunamente tutte le operazioni richieste al fine di testare il freno di emergenza e di consentire l’acquisizione delle grandezze di controllo attraverso opportuni sensori dislocati nei punti d’interesse. Il ciclo di collaudo consta in definitiva di quattro fasi: 1. Svuotamento dei circuiti idraulici. 2. Prove di Tenuta Idraulica e Pneumatica. 3. Rilievo Coppia di Frenatura. 4. Acquisizione delle curve di coppia e pressione durante le diverse condizioni di lavoro.

Definito il ciclo di collaudo, di cui il sistema ne controlla e gestisce le operazioni in automatico, è stato necessario definire un metodo di acquisizione che permettesse operazioni di filtraggio software sui segnali acquisiti, in particolare per quelli di pressione, molto soggetti a fluttuazioni e disturbi di natura piezoelettrica, oltre alla velocità di variazione delle pressioni di stacco – apertura e pacco del freno di sicurezza. Particolare attenzione è stata quindi posta nella gestione software dei segnali acquisiti e nella esecuzione hardware dei cablaggi. Questo ci ha permesso di ottenere una certa robustezza del sistema e un ottima qualità dei segnali acquisiti, soprattutto in previsione di essere utilizzati per la produzione di grafici utili a successive elaborazioni.
Sintetizzando il collaudo di un freno idraulico di emergenza si compone dei seguenti passi:
 Il sistema di controllo provvede ad effettuare lo scarico e la degasazione dei circuiti idraulici tramite l’apertura e la chiusura di opportune elettrovalvole dislocate sul circuito idraulico del banco di collaudo.
 Il sistema, attraverso la modulazione di opportuni attuatori dislocati sul banco di prova, effettua un riempimento idraulico e pneumatico del freno e ne verifica la tenuta nel tempo.
 Il sistema di controllo, attraverso la modulazione degli attuatori presenti, sfrutta il principio d’incomprimibilità dell’olio per mettere in rotazione il freno in collaudo attraverso una catena cinematica. Durante la rotazione viene rilevata la coppia di frenatura.
 Infine, andando ad aprire, chiudere e modulare opportune elettrovalvole di controllo è possibile generare tutte le fasi di lavoro del freno; questo permette l’acquisizione delle grandezze d’interesse utili a successive elaborazioni.

Il sistema di acquisizione e controllo
Per la gestione del Banco Prova Freni Idraulici di Emergenza si è utilizzato un PC IBM Compatibile equipaggiato con processore Intel di classe Pentium 4 a 3.0 Ghz di clock e 512 Mega Byte di RAM, il sistema operativo utilizzato è Windows XP Professional. Per lo sviluppo software è stato utilizzato l’ambiente di sviluppo NI LabVIEW e i driver NI-DAQmx.
Per quanto riguarda il sistema di acquisizione delle analogiche si è adottata una scheda NI PCI-6221; questa scheda è stata utilizzata per la lettura dei valori di coppia e pressione del freno in prova. Le uscite analogiche della scheda NI PCI-6221 vengono utilizzate per modulare gli attuatori che gestiscono la velocità di rotazione e la pressione del circuito idraulico del freno in prova. La NI PCI-6221 si interfaccia con l’elettronica del banco prova attraverso una morsettiera NI CB-37.
Per quanto riguarda la gestione delle elettrovalvole e dei segnali di controllo del banco, si è fatto affidamento ad una scheda NI PCI-6514. La scheda si interfaccia con l’elettronica presente attraverso due morsettiere NI CB-50.

Risultati
In riferimento alla figura 3 vengono mostrate le curve di pressione del circuito idraulico del freno rilevate in funzione del tempo e in due fasi di lavoro diverse. Notare la pulizia del segnale di pressione nonostante la velocità di esecuzione del ciclo: questo è reso possibile con un buon lavoro software utilizzando le funzioni di elaborazione del segnale fornite da NI LabVIEW.
Attraverso opportune elaborazioni matematiche e la versatilità del sistema di sviluppo è stato possibile ricavare alcuni punti d’interesse sulla curva d’acquisizione, utili alla determinazione della qualità del freno in prova.

Commenti Finali
Grazie al banco prova e alla definizione di un ciclo di collaudo efficiente è stato possibile testare in maniera completa e affidabile tutti i componenti che compongono un freno idraulico di emergenza. In particolare è stato possibile ricavare, dai segnali acquisiti, degli indici che fossero significativi al fine di determinarne la qualità produttiva.
Grazie a NI LabVIEW è stato possibile integrare in unico sistema tutte le fasi di lavoro, partendo da quella di acquisizione e arrivando a quella di post-analisi dei segnali senza dimenticare la fase di gestione e controllo.

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