Modellering av Åkkomforten i en Skotare

• Main Author: Cheng, Cheng
• Format: Others
• Language: Swedish
• Published: KTH, Maskinkonstruktion (Inst.) 2011
• Online Access: http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-40262

Sammanfattning Denna avhandling avser en Skotare – Valmet 860,4 – från Komatsu Forest, som har hög produktivitet, men saknar såväl primärt fjädringssystem för fram- och bakaxel som hyttfjädringssystem för att isolera mot vibrationer från ojämnt underlag. Tidigare projekt har praktiskt mätt upp accelerationer (vibrationer) i förarstol, hytt, framvagn och bakvagn, liksom fyra boggievinklar. I detta examensarbete har en simuleringsmodell av skotaren utvecklats i SimMechanics baserat på vissa antaganden och förenklingar, och utvärderats gentemot tidigare mätdata. Gjorda simuleringar matchas mot mätdata i både tids- och frekvensdomänen för att demonstrera att simuleringsmodellen reflekterar huvuddragen i den verkliga skotaren. Baserat på befintliga modeller av olika dämpningsalternativ som förekommer i vissa publicerade artiklar, implementeras dessa modeller i Simulink och integreras med skotarmodellen varefter den vibrationsisolerande effekten analyseras. Dämpningsalternativen är; luftfjädring av förarstolen, hydropneumatisk fjädring av hytten, tre olika passiva respektive semi-aktiva primära dämparsystem. De tre olika passiva primära dämparsystemen har olika styvhets- och dämpningskoefficienter för fram- respektive bakvagn, och har valts på basis av tidigare projekt. De semi-aktiva alternativen är av typen Sky-hook respektive on-off styrning, vilka ger variabla styvhets- och dämpningskoefficienter som funktion av underlagets karaktär. Effekterna av olika fjädringssystem jämförs, och det konstateras att den största förbättringen erhölls genom semi-aktiv on-off styrning av det primära fjädringssystemet på fram- och bakaxel, som gav en reduktion av den vertikala accelerationens RMS-värdet om 29,3%. Arbetet visar också att det är klart möjligt att minska vibrationsnivåerna i skotaren genom väl anpassade parametrar i ett passivt system. SimMechanics har visat sig vara ett användbart verktyg för att modellera vibrationer i hela skotaren, men mer insatser och forskning bör ägnas åt området. === AbstractThis thesis is based on a Forwarder – Valmet 860.4 – from Komatsu Forest, which has highproductivity but without any primary suspension system at front and rear axle and without acabin suspension system to isolate from vibrations caused by uneven ground. A previous projectdid practical measurement of vertical accelerations of seat, cabin, front wagon and rear wagon,as well as the four bogie angles. In this thesis project a simulation model of the forwarder hasbeen established in SimMechanics based on some assumptions and simplifications, andevaluated against the previous measurement data. The simulation and measurement data ismatched both in the time and frequency domains to demonstrate that the simulation model canreflect the main characteristics of the real forwarder.Based on existing models appearing in some published papers, a seat suspension (with air spring),a cabin hydro pneumatic suspension, three different passive and three different semi-activeprimary suspensions are modeled in Simulink and inserted to the whole forwarder model inSimMechanics. The effect of each type of suspension is analyzed. The difference between thethree passive primary suspensions is the different stiffness and damping coefficients at front andrear axle, which are selected based on previous projects. The semi-active suspensions arecontrolled by Sky-hook and on-off control principles, and provide variable stiffness and dampingcoefficients according to changing ground irregularity.The effects of different suspension systems are compared, and it is concluded that the largestimprovement was obtained by on-off controlling of the semi-active suspension at front and rearaxle, which gave a reduction of the seat vertical acceleration RMS value by 29.3%. Further, it ispossible to reduce the vibration levels of the forwarder by selecting appropriate parameters of thepassive suspension system. SimMechanics has proved to be a useful tool to model the vibrationof the whole forwarder, but more efforts and research should be devoted to the area.