شبیه‌سازی و بازطراحی سیستم هیدرولیک بیل جلوی تراکتور با استفاده از نرم‌افزار FluidSIM‏

نوع مقاله : مقاله مکانیک

نویسنده

گروه مهندسی بیوسیستم، واحد اصفهان، دانشگاه آزاد اسلامی، اصفهان، ایران

چکیده

بیل‌های جلو تراکتوری یکی از ادوات پرکاربرد در عملیات‌ عمرانی و کشاورزی مانند جابجایی، انتقال و بارگیری مصالح و تولیدات کشاورزی است. سازندگان ماشین‌های راه‌سازی و کشاورزی در کشور ایران، به‌منظور استفاده از قابلیت‌های تراکتورهای موجود، اقدام به ساخت و نصب بیل‌های هیدرولیکی به‌روی تراکتورها نموده‌اند. بیل‌های موجود محدودیت‌هایی مانند عدم ایجاد حالت شناوری برای بیل و استفاده همزمان از دو دسته توسط اپراتور را به‌همراه دارد. لذا هدف اصلی از این تحقیق، جایگزین کردن یک سیستم هیدرولیک جدید به‌منظور اضافه کردن قابلیت شناوری برای بیل و کنترل دقیق‌تر سیلندرها توسط یک دسته است. برای این منظور، ابتدا یک مدل پیش‌بینی رفتار برای تعیین سرعت سیلندرها بر حسب دبی و فشار به‌روش رویه پاسخ، استخراج و راستی‌آزمایی شد. سپس طراحی سیستم هیدرولیک با دو رویکرد استفاده از مدار کاملاً هیدرولیکی و رویکرد مدار الکتروهیدرولیکی انجام شد. برای طراحی و شبیه‌سازی از نرم‌افزار FluidSIM4.2 استفاده شد. نمودارهای موقعیت و سرعت مربوط به حالت‌های مختلف تحریک سیلندرها ترسیم گردید. نتایج نشان داد که مدل ارائه‌شده از دقت بالایی (92/0=R2) برای پیش‌بینی سرعت سیلندرها برخوردار است. طراحی جدید قادر است کلیه حرکت‌های عمودی و زاویه‌دار کردن بیل را به‌درستی انجام دهد. همچنین با اضافه کردن شیر تغذیه سریع به مدار هیدرولیک بوم، سرعت بازشدن سیلندر بوم، 17 درصد افزایش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Simulation and Redesign of Tractor Front End Loader Hydraulic System Using Fluidsim Software

نویسنده [English]

  • Hasan Ghafori
Department of Biosystems Engineering, Isf.C., Islamic Azad University, Isfahan, Iran
چکیده [English]

Tractor front end loaders are one of the widely used tools in civil and agricultural operations such as moving, conveying and loading civil materials and agricultural products. Manufacturers of road and agricultural machinery in Iran, in order to use the capabilities of tractors, have tried to manufacture and install hydraulic loader on tractors. Existing loaders have limitations such as creating a floating mode for the loader and the simultaneous use of two handles by the operator. Therefore, the main objective of this research is to replace a new hydraulic system in order to add floating mode to the loader and more precise control of the cylinders by one handle. For this purpose, first a behavior prediction model for determining the speed of the cylinders in terms of flow rate and pressure was extracted and verified using the response surface method. Then, the hydraulic system was designed using two approaches: using a fully hydraulic circuit and an electrohydraulic circuit approach. FluidSIM4.2 software was used for design and simulation. Position and velocity diagrams related to different cylinder stimulation modes were drawn. Validation of the simulation process was done by comparing the simulation results and mathematical calculations. The results showed that the presented model has high accuracy (R2=0.92) for predicting cylinder speeds. The new design is able to perform all vertical and angling movements of the loader correctly. Also, by adding a quick drop valve to the hydraulic circuit of the boom, the opening velocity of the boom cylinder increased by 17%.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Tractor
  • Loader
  • Hydraulic
  • Simulation
  • FluidSIM software

مراجع

[1] Yu, Hongnian, Yang Liu, and Mohammad Shahidul Hasan. "Review of modelling and remote control for excavators." International Journal of Advanced Mechatronic Systems 2, no. 1-2 (2010): 68-80.
[2] Barbieri, Giacomo, Cesare Fantuzzi, and Roberto Borsari. "A model-based design methodology for the development of mechatronic systems." Mechatronics 24, no. 7 (2014): 833-843.
[3] Fu, S. Johnny, Mark Liffring, and Ishaque S. Mehdi. "Integrated electro-hydraulic system modeling and analysis." IEEE aerospace and electronic systems magazine 17, no. 7 (2002): 4-8.
[4] Reedy, John, and Stephen Lunzman. Model based design accelerates the development of mechanical locomotive controls. No. 2010-01-1999. SAE Technical Paper, 2010.
[5] Xu, Jiaqi, Bradley Thompson, and Hwan-Sik Yoon. Automated grading operation for hydraulic excavators. No. 2014-01-2405. SAE Technical Paper, 2014.
[6] Wang, Haifei, Shimin Yang, and Tan Lu. "Performance-Matching Optimization Design of Loader-Hydraulic System Based on Hydrodynamics Analysis." Processes 10, no. 8 (2022): 1524.
[7] Kumar, Sanjeev, Virendra Kumar Tewari, Chandan Kumar Bharti, and Abhishek Ranjan. "Modeling, simulation and experimental validation of flow rate of electro-hydraulic hitch control valve of agricultural tractor." Flow Measurement and Instrumentation 82 (2021): 102070.
[8] Le, Q. H., Y. M. Jeong, C. T. Nguyen, and S. Y. Yang. "Development of a Virtual Excavator using SimMechanics and SimHydraulic." Journal of The Korean Society for Fluid Power & Construction Equipments 10, no. 1 (2013): 29–36.
[9] He, Qinghua, Daqing Zhang, Peng Hao, and Xinhai Zhang. "Study on motion simulation of hydraulic excavator's manipulator." Journal of System Simulation 18, no. 3 (2006): 735-738.
[10] Park, Sung Hee, Khairul Alam, Young Man Jeong, Chang Don Lee, and Soon Yong Yang. "Modeling and simulation of hydraulic system for a wheel loader using AMESim." In 2009 ICCAS-SICE, pp. 2991-2996. IEEE, 2009.
[11] Suwandi, A., N. F. Alamsyah, Dede Lia Zariatin, B. Sulaksono, and E. Prayogi. "Simulated design of hydraulic systems for fishing deck machinery hydraulic type with FluidSIM® software." In AIP Conference Proceedings, vol. 2227, no. 1, p. 020012. AIP Publishing LLC, 2020.
[12] Duțu, I. C., T. Axinte, E. Maican, C. Nuțu, and M. Diaconu. " The use of double-acting cylinders in electro-hydraulic circuit." Technium 4, no. 5 (2022): 15-20.
[13] Gasparetto, A., P. Boscariol, A. Lanzutti, and R. Vidoni. "Path Planning and Trajectory Planning Algorithms: A General Overview." Mechanisms and Machine Science, 29 (2006): 3-27.
[14] Willms, Allan R., and Simon X. Yang. "Real-time robot path planning via a distance-propagating dynamic system with obstacle clearance." IEEE Transactions on Systems, Man, and Cybernetics, Part B (Cybernetics) 38, no. 3 (2008): 884-893.
[15] Opperwall, Tim, Ben Holter, and Simon Yardley. "Autonomous control of hydraulic mobile applications–a 21-ton excavator case study." (2020).
[16] Ghodousian, A., and M. Sheikhi. Azghandi Meta-heuristic Optimization Methods in Engineering. Semnan University Press, 2014. (in Persian).
[17] Sheikhi Azghandi, M., and A. Ghodousian. Numerical Optimization Classical Methods: For Designing Engineering Problems. Bozorgmehr University of Ghaenat Press, 2019. (in Persian).
[18] Nugraha, Geralda Livia, Muhamad Ajis, Himmawan Sapta Adhi, and Diky Zakaria. "Performance Improvement of Hydraulic Excavator Efficiency: A Literature Review." Journal of Mechatronics and Artificial Intelligence 1, no. 1 (2024): 27-44.
[19] Dean, Angela, Daniel Voss, and Danel Draguljić. "Response surface methodology." In Design and analysis of experiments, pp. 565-614. Cham: Springer International Publishing, 2017.
[20] Kleijnen, Jack PC. "Response surface methodology." In Handbook of simulation optimization, pp. 81-104. New York, NY: Springer New York, 2014.
[21] Kogyo, Yuken. "Basic Hydraulic and Component." (2006).
[22] Parr, Andrew. Hydraulics and Pneumatics: A technician's and engineer's guide. Oxford: Elsevier, 2013.
[23] Merkle, D., B. Schrader, and M. Thomes. Hydraulics: basic level. Festo Didactic KG, 1990.
 
مدل سازی در مهندسی
دوره 23، شماره 82
مهر 1404
صفحه 237-251

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 07 آبان 1403
  • تاریخ بازنگری: 08 اردیبهشت 1404
  • تاریخ پذیرش: 23 اردیبهشت 1404

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار