Original title:
Optimalizace skeletu kabiny traktoru
Translated title:
Tractor cabin skelet optimization
Authors:
Saňák, Stanislav ; Prokop, Aleš (referee) ; Řehák, Kamil (advisor) Document type: Master’s theses
Year:
2024
Language:
cze Publisher:
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta strojního inženýrství Abstract:
[cze][eng]
Tato diplomová práce se zabývá problematikou spojenou s návrhem skeletu kabiny traktoru. Zemědělské stroje, mezi které se mimo jiné řadí právě traktory, se využívají pro práci ve velmi obtížných podmínkách, jako jsou například pole nebo lesní terén. Tato prostředí jsou typická svým nerovným, kopcovitým a často nezpevněným povrchem. Práce v tak extrémně nebezpečném prostředí je velkou výzvou především pro obsluhující posádku těchto strojů. Velmi často se stává, že při zdolávání takového terénu řidič nezvládne řízení vozidla a následkem toho dojde k překlopení traktoru na stranu nebo střechu vozidla, v horším případě dokonce k opakovanému překlápění vlivem setrvačnosti. V takové situaci je jedinou možnou záchranou posádky přítomnost ochranného rámu kabiny traktoru. Při překlopení takového vozidla však dochází k extrémnímu zatížení rámu kabiny vlivem působící hmotnosti traktoru a mnohdy také jeho nákladu. V minulosti bylo příčinou nejvyšší nehodovosti s následným úmrtím posádky traktoru právě překlopení vozidla, a z toho důvodů byly vytvořeny normy s cílem snížení tohoto typu nehodovosti. V rámci těchto norem jsou traktory testovány na tyto kritické situace, aby byla zajištěna maximální možná bezpečnost posádky. V dnešní době musí každý vyrobený traktor tyto normy splňovat. Protože jsou tyto zkoušky destruktivního charakteru, je cenově a časově úspornější nejprve provést zkoušky pomocí numerických simulací, v rámci kterých se kabina traktoru zoptimalizuje tak, aby dané testy úspěšně splnila. Skutečné zkoušce je pak podroben finální, již zoptimalizovaný rám kabiny. V rámci této práce byla provedena numerická simulace metodou konečných prvků skeletu kabiny traktoru zkoušky ROPS (Roll-Over Protective Structure), která simuluje překlopení traktoru. Na základě výsledků simulace byly provedeny optimalizace kabiny nezbytně nutné ke splnění této zkoušky skládající se z několika zátěžných stavů. Takto zoptimalizovaný rám kabiny byl následně podroben základní dynamické analýze (modální analýze). Pomocí této analýzy byly nalezeny ty vlastní frekvence kabiny, které by mohly být vybuzeny v případě působení typického buzení na tuto strukturu (nerovnosti vozovky, vibrace od motorové jednotky a podobně). V poslední řadě byla na základě reálných hodnot získaných z uskutečněného experimentálního měření provedena harmonická analýza. Při této analýze byla sledována odezva rámu na buzení, které odpovídalo skutečnému buzení motorové jednotky.
This thesis addresses the issue associated with the design of the tractor cabin frame. Agricultural machinery, including tractors, is utilized for work in highly challenging conditions such as fields or forest terrains, characterized by uneven, hilly, and often unpaved surfaces. Working in such extremely hazardous environments poses a significant challenge, especially for the operators of these machines. It is very common for drivers to lose control of the vehicle while navigating such terrain, resulting in the tractor tipping over on its side or roof, and in worse cases, experiencing repeated rollovers due to inertia. In such situations, the presence of a protective frame around the tractor cabin is the only possible means of crew rescue. However, the rollover of such a vehicle imposes extreme stress on the cabin frame due to the weight of the tractor and often its cargo. Historically, rollovers have been the leading cause of accidents resulting in fatalities of tractor crews, which prompted the establishment of standards aimed at reducing this type of accident. Tractors are tested against these critical situations to ensure the maximum possible crew safety. Nowadays, every manufactured tractor must comply with these tests. Since these tests are of a destructive nature, it is more cost-effective and time-efficient to first conduct tests using numerical simulations, within which the tractor cabin is optimized to successfully pass the given tests. The actual test is then performed on the final, already optimized cabin frame. In this study, a numerical simulation using the finite element method was conducted on the tractor cabin skeleton for the ROPS (Roll-Over Protective Structure) test, which simulates the tractor overturning. Based on the simulation results, optimizations were made to the cabin that were necessary to pass this test, which consists of several load cases. The optimized cabin frame was subsequently subjected to a basic dynamic analysis (modal analysis). This analysis identified the natural frequencies of the cabin that could be excited in the event of typical excitations acting on this structure (road surface irregularities, vibrations from the engine unit, and so on). Finally, based on real values obtained from experimental measurements, a harmonic analysis was performed. This analysis monitored the response of the frame to excitations corresponding to actual excitations from the engine unit.
Keywords:
active suspension; cabin acceleration; eigen frequency; FEM; Finite Element Method; frame of cabin; harmonic analysis; modal analysis; passive suspension; Roll-Over Protective Structure (ROPS); rubber buffer; semi-active suspension; silent block; tractor's cabin suspension; vibrations; aktivní odpružení; harmonická analýza; metoda konečných prvků; MKP; modální analýza; odpružení kabiny; pasivní odpružení; rám kabiny; semi-aktivní odpružení; silentblok; vibrace; vlastní frekvence; Zkouška ROPS; zrychlení kabiny
Institution: Brno University of Technology
(web)
Document availability information: Fulltext is available in the Brno University of Technology Digital Library. Original record: https://hdl.handle.net/11012/248583
guest ::
