Symulacja zachowań dynamicznych maszyn rolniczych z uwzględnieniem kryterium stateczności dla potrzeb bezpieczeństwa ruchu

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).

Czasopismo: Inżynieria Rolnicza
Dziedziny: nauki rolnicze
Dyscypliny: rolnictwo i ogrodnictwo