Моделирование динамики промышленного трактора при низкочастотном вибровозбуждении со стороны гусеничного движителя
Автор: Абызов Алексей Александрович, Мухиддинзода Камолиддини Джамолиддин, Некрасов Сергей Геннадьевич
Рубрика: Численные методы моделирования
Статья в выпуске: 1 т.23, 2023 года.
Бесплатный доступ
Статья посвящена разработке математической модели промышленного трактора с полужесткой подвеской. Модель предназначена для расчетного исследования вибраций на месте водителя, вызванных низкочастотным воздействием со стороны гусеничного движителя. Выполнен обзор известных математических моделей, описывающих динамику системы «грунт - гусеничный движитель - корпус трактора - кабина - виброзащитное кресло - водитель». Рассмотрены различные методы моделирования грунта и гусениц трактора. Для моделирования подсистемы «грунт - гусеница - опорные катки - тележка» предложено использовать пакет программ ANSYS Motion. Модель подробно описывает ходовую систему с учетом реальной геометрии траков гусениц, расстановки опорных катков, а также других конструктивных особенностей. Для описания деформирования грунта в пакете программ используются зависимости, предложенные Беккером и Вонгом. В статье представлены результаты моделирования динамики гусеничной тележки промышленного трактора Т-130 Челябинского тракторного завода при движении по деформируемому грунту. Расчеты выполнены для трех видов грунта и для различного расположения опорных катков. Получены процессы вертикальных и угловых перемещений тележки. Анализ результатов расчетов показал, что предложенная модель отображает влияние свойств грунта и конструкции ходовой системы на колебания движущегося трактора. Полученные в результате моделирования процессы будут использованы в качестве входного воздействия для модели, описывающей подсистему «корпус трактора - кабина - виброзащитное кресло - водитель». Модель будет использована для расчетных исследований при оптимизации виброзащиты оператора трактора. Предполагается разработать рекомендации по изменению расстановки опорных катков и упругодемпфирующих характеристик элементов виброзащиты для минимизации вибрационного воздействия на оператора трактора.
Математическая модель, трактор, гусеничный движитель, динамическое воздействие
Короткий адрес: https://sciup.org/147240355
IDR: 147240355 | УДК: 629.033 | DOI: 10.14529/engin230106
Simulation of dynamics of industrial tractor under low-frequency vibro-excitation from the tracked mover
The article is devoted to the development of a mathematical model of an industrial tractor with a semi - rigid suspension. The model is intended for the computational study of vibrations at the driver's seat caused by low - frequency impact from the caterpillar mover. A review of wel l-known mathematical models describing the dynamics of the system “soil - caterpillar mover - tractor body - cabin - vibration protection seat - driver” is made. Various methods of soil modeling and tractor caterpillars are considered. It is proposed to use the ANSYS Motion software package to simulate the subsystem "soil - caterpillar - track rollers - bogie". The model describes in detail the undercarriage system, taking into account the actual geometry of the tracks, the arrangement of the track rollers, as well as other design features. To describe the deformation of the soil in the software package, are used the relations by Becker and Wong. The article presents the results of modeling the dynamics of the tracked bogie of the industrial tractor T-130 of the Chelyabinsk Tractor Plant when moving on deformable soil. Calculations were made for three types of soil and for different locations of road wheels. The processes of vertical and angular displacements of the bogie are obtained. An analysis of the calculation results showed that the proposed model reveals the influence of soil properties and the design of the running system on the vibrations of a moving tractor. The processes obtained as a result of the simulation will be used as an input for the model describing the subsystem “tractor body - cab - vibration protection seat - driver”. The model will be used for computational studies when optimizing the vibration protection of the tractor operator. Recommendations will be developed to change the arrangement of the road wheels and the elastic-damping characteristics of the vibration protection elements to minimize the vibration impact on the tractor operator
Список литературы Моделирование динамики промышленного трактора при низкочастотном вибровозбуждении со стороны гусеничного движителя
- Мицын, Г.П. Моделирование процесса взаимодействия гусеничного движителя промышленного трактора с грунтом / Г.П. Мицын, И.Я. Березин, Д.В. Хрипунов // Инженерная защита окружающей среды в транспортно-дорожном комплексе: Сб. науч. тр. МАДИ. – М.: МАДИ, 2002. – С. 217–236.
- Эксплуатационная нагруженность и моделирование динамики гусеничного бульдозернорыхлительного агрегата / В.К. Халтурин, И.Я. Березин, А.А Абызов и др. // Тракторы сельхозмашины. – 2013. – № 2. – С. 16–19.
- Моделирование процесса формирования вибрационного нагружения рабочего места оператора промышленного трактора / И.Я. Березин, Ю.О. Пронина, П.А. Тараненко и др. // Тракторы и сельхозмашины. – 2016. – № 8. – С. 14–18.
- СН 2.2.4/2.1.8.566-96. Федеральные санитарные правила, нормы и гигиенические нормативы. Производственная вибрация, вибрация в помещениях жилых и общественных зданий. – М.: Изд-во стандартов, 1997. – 20 с.
- Гинзбург, Ю.В. Промышленные тракторы / Ю.В. Гинзбург, А.И. Швед, А.П. Парфенов. – М.: Машиностроение, 1986. – 296 с.
- Nguyen, Q. Mathematical Model for Vibration Analysis of Tracked Vehicle / Q. Nguyen, J. Furch // International Conference on Military Technologies (ICMT). – IEEE, 2019. – P. 1–4. DOI: 10.1109/MILTECHS.2019.8870060
- Sojka, M. Mathematical model of suspension of tracked vehicles / M. Sojka, Š. Čorňák // Interna-tional Conference on Military Technologies (ICMT). – IEEE, 2017. – P. 111–114. DOI: 10.1109/MILTECHS.2017.7988741
- Li, S. Vibration analysis and simulation verification for suspension of track tractor / S. Li, J. Zhang, Du Y. //AIP Conference Proceedings. – AIP Publishing LLC, 2019. –Vol. 2154 –No. 1.– P. 020041. https://doi.org/10.1063/1.5125369
- Баловнев, В.И. Моделирование процессов взаимодействия со средой рабочих органов дорожно-строительных машин / В.И. Баловнев. – М.: Высшая школа, 1981. – 335 с.
- Кацыгин, В.В. Основы теории выбора оптимальных параметров мобильных сельскохозяйственных машин и орудий / В.В. Кацыгин. – Минск: Урожай, 1965. – 241 с.
- Bekker, M.G. Theory of Land Locomotion. The Mechanics of Vehicle Mobility / M.G. Bekker // University of Michigan Press, 2016. – 530 р.
- Wong, J.Y. Theory of ground vehicles / J.Y. Wong // 3rd ed. John Wiley & Sons, 2001. – 528 p.
- Asaf, Z. Evaluation of Link–Track Performances using DEM / Z. Asaf, D. Rubin- stein, I. Shmulevich // Journal of Terramechanics. – 2006. – № 43. – P. 141–161. DOI: 10.1016/j.jterra.2004.10.004
- Zhang, R. Simulation on Mechanical Behavior of Cohesive Soil by Distinct Element Method / R. Zhang, J. Li. // Journal of Terramechanics. – 2006. – № 43. – P. 303–316. DOI: 10.1016/j.jterra.2005.05.006
- Hambleton, J.P. Modeling Wheel-Induced Rutting in Soils: Indentation / J.P. Hambleton, A. Drescher // Journal of Terramechanics. – 2008. – № 45. – P. 201–211. DOI: 10.1016/j.jterra.2008.11.001
- Maclaurin, B. A skid steering model with track pad flexibility. / B. Maclaurin // Journal of Terramechanics. – 2007. – No. 44. – P. 95–110. DOI: 10.1016/j.jterra.2006.03.002
- Matsumoto, Y. Mathematical Models for the Apparent Masses of Standing Subjects Exposed to Vertical Whole-Body Vibration / Y. Matsumoto, M. J. Griffin // Journal of Sound and Vibration. – 2003. – Vol. 260. – No. 3. – P. 431–451. DOI: 10.1016/S0022-460X(02)00941-0
- Szczepaniak, J. Vibration energy absorption in the whole-body system of a tractor operator / J. Szczepaniak, W. Tanas, J. Kromulski // Ann Agric Environ Med. – 2014. – No. 21(2). P. 399–402. DOI: 10.5604/1232-1966.1108612
- Behari, N. Vibration transmissibility behaviour of high order biodynamic models used in vehicle seat design / N. Behari, M. Noga // Journal of KONES. – 2016. – Vol. 23. – №. 3. – P. 33–40. DOI: 10.5604/12314005.1216399
- ISO 5982:2001. International Organization for Standardization. Mechanical Vibration and Shock: Range of Idealized Values to Characterize Seated-Body Biodynamic Response Under Vertical Vibration. – International Organization for Standardization, 2002. – 28 p.
- Ansys Motion Multibody Dynamics Simulation Software. – https://www.ansys.com/products/ structures/ansys-motion (дата обращения: 10.01.2023).
- Моделирование гусеничных движителей в ANSYS Motion. – https://caeclub.ru/ publications/modelirovanie-gusenichnyh-dvizhiteley-v-ansys-motion (дата обращения: 10.01.2023).
