Logotyp för Volupe

Blogginlägg Volupe

Modellering av gemensamma fordons- och kranrörelser i Simcenter Amesim med hjälp av 3D-mekanik och fordonsdynamik.

I den här bloggartikeln utforskar vi möjligheterna att koppla ihop ett rörligt torn och en bom med ett fordon som färdas i ojämn terräng. Det finns många situationer där detta är intressant att simulera. Icke-vägfordon som skyliftar, grävmaskiner, gaffeltruckar, teleskoplastare, skotare, skogsskördare och traktorer har alla förmågan att förflytta sig från punkt A till B och förmågan att lyfta och bära något. Antingen medan de är i rörelse eller när de står stilla. Det är viktigt att förstå hur tyngdpunkten förändras och hur de resulterande krafterna verkar på fordonet när något lyfts upp och svängs runt när man försöker förstå vilka begränsningar som finns för fordonet och, kanske ännu viktigare, hur man kan förbättra sin konstruktion.

I Simcenter Amesim 2022.1 introducerades en ny demomodell som steg för steg visar hur man modellerar en komplett teleskoplastare med roterande torn, bakhjulsdrift och ett chassi med komplex kinematik. Förutom denna "hur man gör"-demo har en demo som visar hur denna teleskoplastarmodell kan användas tillsammans med verktyget Ground Designer för att generera icke plan och grov terräng lagts till i 2022.1. För mer information om markdesignern, följ den här länken.. I det här blogginlägget kommer vi att titta på båda dessa exempel:

Genom att kombinera 3D Mechanical-biblioteket med Vehicle Dynamics-biblioteket i Simcenter Amesim är det möjligt att studera interaktionen mellan ett dynamiskt flerkroppssystem, t.ex. en lastkran, och fordonsrörelsen från ett stödfordon. Den korta videon nedan visar hur en sådan funktion kan simuleras. Turmens vridrörelse är något överdriven för att illustrera påverkan på fordonets chassi.

 

För att modellera den teleskoplastare som visas i videon ovan börjar vi med att bekanta oss med några av teleskoplastarens huvudfunktioner:

  • En vertikal led som används av tornet.
  • En horisontell led för lyftning av bommen
  • En glidande knutpunkt för förlängning av bommen
  • Oscillerande styraxel
  • Bakhjulsdrift med hjälp av en förenklad drivlina som består av en vridmomentssignal och en klassisk differential.

I demomodellen modelleras det mekaniska tornet och bommen med hjälp av rekursiva m6dof-knutpunkter, dvs. rekursiva leder med sex frihetsgrader. I Simcenter Amesim finns det flera möjligheter att beräkna geometriska begränsningar i knutpunkter: Lagrangeekvationer, mekaniska fjädrar och dämpare, rekursiva leder. Det finns för- och nackdelar med varje tillvägagångssätt eftersom båda påverkar processortiden och styr om en modell är realtidsduglig eller inte.

I bilden ovan modelleras den mekaniska 3D-modellen av tornet och den utdragbara bommen med hjälp av rekursiva korsningar. Den rekursiva metoden är en så kallad trädmetod där det finns överordnade leder och underordnade leder. Varje knutpunkt är beroende av den föregående knutpunkten (föräldraknutpunkten) och varje knutpunkt kan ha flera barnknutpunkter. Med detta tillvägagångssätt vidarebefordras en del av de yttre krafterna och trögheten till föräldraförbindelsen i enlighet med barnförbindelsen.

I demomodellen av teleskoplastaren finns det fyra stora delar som rör sig, och var och en har sin egen beskrivningsram för att hantera den specifika rörelsen:

  • Rc chassi ram
  • Rt revolverram
  • Rb bomram
  • Re förlängningsbar bomram

Att lägga till fler rörliga delar/ramar är naturligtvis frivilligt. Den oscillerande axeln och styrsystemet kunde till exempel ha modellerats med hjälp av komponenter från 3D Mechanical-biblioteket, vilket anges i demobeskrivningen. Det är dock bekvämare och mer beräkningseffektivt att använda 15DoF-chassimodellen från biblioteket Vehicle Dynamics i stället.

När man definierar ramarna, dvs. hur de olika delarna rör sig i förhållande till varandra, är det viktigt att börja med en god förståelse för deras placering och hur de förhåller sig till varandra. I demomodellen för teleskoplastaren är koordinatreferensen inställd på relativ, vilket innebär att inga referenser görs till den absoluta positionen. Detta gör det möjligt att börja på icke plana ytor, att använda alla initiala hastighetoch är praktiskt när man ändrar ett fordons mått.

I bilden ovan visas teleskoplastarens chassi- och tornrampositioner (till vänster) och bomrampositioner (till höger). Att ge denna information till modellen görs bäst med hjälp av 3D Mechanical assistenten som startar en interaktiv 3D-visare, även om det också är möjligt att ange positionen direkt genom 3D-ledskomponenterna på skissområdet. Hjulens positionering definieras med hjälp av 15DoF Chassis från biblioteket Vehicle Dynamics.

Observera att revolverns position (Rt i bilden ovan) i förhållande till chassiets referensram (Rc) specificeras med hjälp av komponenten M6DOFRTJOINT00, som markeras nedan. Orienteringen specificeras i själva tornets pivotförbindelse.

Nedan beskrivs hela systemmodellen. Det mekaniska revolvern och bommen är direkt anslutna till 15DoF-chassit genom mekanikporten. Variabla data som hastigheter, acceleration, vinkelpositioner, kraft, massa- och tröghetsmatris etc. överförs via denna anslutning och påverkar chassit, dämparna och däcken.

Genom att använda den här modellen i kombination med verktyget Ground Designer är det möjligt att ta hänsyn till grov terräng och hinder för att undersöka aspekter som förarkomfort, dimensionering av drivlinan, utveckling eller kontroll av kontrollstrategier, driftsäkerhet, rörlighet i terrängmiljöer och mycket mer.

 

Vi hoppas att du fann den här artikeln intressant. Om du har några frågor eller kommentarer är du välkommen att kontakta oss på support@volupe.com.

Författare

Fabian Hasselby, M.sc.
+46733661021

Fler blogginlägg

sv_SESwedish