- Tytuł:
-
Symulacja zachowań dynamicznych maszyn rolniczych z uwzględnieniem kryterium stateczności dla potrzeb bezpieczeństwa ruchu
Simulation of agriculture machine dynamic behavior including stability criterion for motion safety needs - Autorzy:
- Szczepaniak, J.
- Powiązania:
- https://bibliotekanauki.pl/articles/287579.pdf
- Data publikacji:
- 2008
- Wydawca:
- Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
- Tematy:
-
maszyna rolnicza
stateczność
modelowanie
symulacja komputerowa
identyfikacja
bezpieczeństwo ruchu
agricultural machine
stability
modeling
computer simulation
identification - Opis:
-
Z danych statystycznych wynika, że przejazdy maszyn rolniczych na miejsce pracy oraz ich przemieszczanie się podczas pracy są źródłem wielu poważnych wypadków. Blisko co trzeci wypadek śmiertelny w rolnictwie następuje w wyniku przejechania, uderzenia, pochwycenia przez środki transportowe i przemieszczające się maszyny. Najgroźniejsze w skutkach okazują się wypadki podczas prac transportowych oraz związanych z manewrowaniem ciągnikami i maszynami (prawie 30% wszystkich wypadków śmiertelnych). Niebezpieczeństwo zwiększane jest jeszcze przez rosnące prędkości robocze maszyn rolniczych i ciągników. Można przypuszczać, że przynajmniej część z tych wypadków została spowodowana pośrednio cechami konstrukcyjnymi maszyn rolniczych niekorzystnie wpływającymi na ich własności trakcyjne, w szczególności na stabilność ruchu pojazdu. Wprawdzie prace dotyczące komputerowej symulacji kierowalności i stateczności samochodów prowadzone są już od dawna, ale wyniki te rzadko były przenoszone na maszyny rolnicze. Wymaga to bowiem z jednej strony uwzględnienia specyfiki budowy maszyn rolniczych i ich połączenia z ciągnikiem a z drugiej analizy zachowania maszyny na różnorodnym podłożu (drogi polne, pola) o złożonych i zmiennych właściwościach. Praca dotyczy zagadnień związanych z modelowaniem ruchu pojazdów rolniczych, szczególnie agregatów ciągnik - maszyna rolnicza. Jej celem jest wskazanie na możliwości przeprowadzania takich symulacji już na wczesnych etapach projektowania, gdy nie znamy jeszcze wielu szczegółów konstrukcyjnych. Wobec tego zaproponowano stosunkowo prosty model dwuwymiarowy, będący rozwinięciem, często spotykanych w literaturze, tzw. modeli rowerowych (bicycle model). Oprócz podstawowych wielkości geometrycznych wymaga on tylko parametrów opisujących zachowanie opon. W początkowej części pracy przedstawiono ogólne koncepcje stabilności statycznej i dynamicznej oraz omówiono szczegóły dotyczące stabilności pojazdów w różnych stadiach ruchu (podczas hamowania, jazdy po łuku) i jej utraty. Następnie podano podstawowe zasady, pojęcia i metody matematycznej analizy stabilności w odniesieniu do typowych form modeli matematycznych opisujących pojazdy (korzystając przede wszystkim z teorii Lapunowa). Przedstawiono podstawowe modele spotykane w literaturze oraz wielkości fizyczne zalecane do analizy ruchu pojazdu. Zaprezentowano ogólną metodę wyprowadzania równań ruchu dla modelu strukturalnego pojazdu, ze szczególnym uwzględnieniem kinematycznych charakterystyk ruchu kół. Na podstawie uzyskanych wyników oraz przyjętych założeń upraszczających wyprowadzono układ równań różniczkowych opisujących model strukturalny agregatu ciągnik - sadzarka do ziemniaków o 7 stopniach swobody. Istotną częścią pracy jest opis badań niezbędnych do przeprowadzenia identyfikacji. Do badań wykorzystano specjalnie opracowany zestaw nowoczesnej aparatury zawierający m.in. urządzenie do pomiaru położenia koła kierowanego, bezstykowe czujniki do pomiaru prędkości. Mierzono także pełne obciążenia (momenty i siły) działające na koła ciągnika oraz ich prędkość kątową. Opisano kryteria identyfikacji oraz stosowane metody. Przedstawiono przykłady symulacji prognostycznych uzyskanych za pomocą proponowanego modelu. Długofalowym celem przedstawionych prac, jest dostarczenie konstruktorom maszyn rolniczych narzędzi (odpowiednich modeli) umożliwiających symulację ruchu po różnorodnym podłożu (pole, droga gruntowa) już na stosunkowo wczesnym etapie projektowania, przed budową prototypu. Pozwoli to uwzględnić wpływ cech konstrukcyjnych na sposób poruszania się maszyny rolniczej, ze szczególnym uwzględnieniem stateczności ruchu. Opracowana metoda jest przydatna również do oceny stateczności i sterowności różnorodnych zestawów ciągnik - maszyna rolnicza w różnych warunkach eksploatacji (np. różne warunki przyczepności z uwagi na zmienność zwięzłości podłoża i pochylenia drogi).
Abstract. It is evident from statistical data that many serious accidents take place during the transfer of agricultural machines to the working site and during their movement while working. Nearly every third fatal accident in agriculture is caused by driving over, hitting or catching by vehicles and moving machines. The most serious effects occur in accidents during transport and those related to manoeuvring with tractors and machines (nearly 30% of all fatal accidents). The danger is additionally increased by the growing working speeds of agricultural machines and tractors. One may assume that at least some of these accidents are caused indirectly by the design features of agricultural machines which unfavourably influence their traction properties, especially vehicle stability. Research concerned vehicles steerability and stability simulation were conducted for a long time. However the results were rarely transferred into the agricultural machine field. It demands taking into consideration specificity of agricultural machine construction and its combination with tractor on the one hand. On the other hand it demands analysis of machine behavior on diverse grounds (field ways, fields) possesses complex and changeable properties. The paper concerns problems connected with agricultural vehicle modeling, partic larly tractoragricultural machine combination. The goal of the study is to show possibility of such modeling already on the relatively early stage of designing, when many construction details are unknown. In that case comparatively simple model 2D was proposed. It is a model based on the so called bicycle models (two-wheeled) that are often referred to in the literature. Side from basic geometrical quantities it requires only knowledge of parameters describing tires behavior. The general conceptions of static and dynamic stability and details concerned vehicle stability during various stages of motion (braking, cornering) were presented in the first part of the study. The basic principles, conceptions and mathematical methods of stability analysis were shown with reference to standard mathematical model of vehicle (the Lapunov theory was mainly applied). The basic models met in literature and physical quantity used in vehicle motion analysis were presented. The general method of vehicle motion equations derivation for structural model was shown. On the basis of obtained results and simplifying assumptions the system of differential equations describing 7 dof structural model of tractor - potato planter was derived. Description of tests necessary to model identification is important part of the paper. The modern, specially worked out apparatus kit was using during tests. It contains among other things sensor for simultaneous measurement of wheel position and orientation and microwave sensors for speed and distance measurement. All loads (forces and moments) acting on tractor wheels and its angle velocity were measured too. The identification criterion and applied methods were described Long-term goal of presented work is providing agricultural machine constructors with tools (adequate models) making possible machine traffic on the diverse ground simulation on the relatively early stage of designing, before prototype construction. It will allow taking into consideration construction properties influence on agricultural machine way of motion, particularly on motion stability. The elaborated method is useful to evaluation of stability and steerability of various sets tractor - agricultural machine in diverse operation conditions (for example diverse conditions of adhesion owing to compaction of soil changeability and road grade). - Źródło:
-
Inżynieria Rolnicza; 2008, R. 12, nr 8(106), 8(106); 5-129
1429-7264 - Pojawia się w:
- Inżynieria Rolnicza
- Dostawca treści:
- Biblioteka Nauki
Artykuł