This thesis deals with conceptual development and performance analysis of innovative cab suspension schemes, equipped with hydropneumatic technology and applicable to high-end agricultural tractors. The study is part of the largest research path conducted by the Politecnico di Milano in collaboration with a well-known manufacturer of leading agricultural machinery, for the design and the subsequent realization of a new type of cabin suspension, which allows achieving comfort levels higher than those of today's standard of the category, especially in the toughest working conditions. In the field of agricultural vehicles, traditional suspension systems, with particular reference to the most common mechanical spring-dampening schemes, are still widely distributed due to their limited cost and relative ease of implementation on board the vehicle. Today, however, the ever-increasing performance required of vehicles in terms of higher power, transportable loads and driving speeds have led designers to select for the introduction of more sophisticated suspension systems, ensuring a higher perception of driving comfort coupled with improved dynamic performance of the vehicle. In this context, the present work, which first saw the conceptual design of a new type of interconnection scheme, with four connecting elements between wagon and cabin, from which, through analytical models, have been defined the stiffness and damping characteristics of the system. This last was then compared to the solution inherited from the previous thesis work. The suspicious architecture was then modeled in the Matlab Simulink environment and inserted into a multicore numerical model of the vehicle, in order to numerically measure the performance obtainable from different scenarios of use on road and off-road irregularities. Part of the study concerned the design and modeling of a damping control system in anti-impact function, which can be integrated with the base suspended patterns, together with a self-leveling cab suspension system. Consequently, each configuration presented has been the subject of a series of simulations with multi-objective optimization techniques in order to estimate its performance and optimize its multiple project parameters. The study concludes with a comparison of the results obtained and what is allowed by the current system, present on board the reference vehicle.

Il presente lavoro di tesi tratta lo sviluppo concettuale e l’analisi delle prestazioni di innovativi schemi di sospensione cabina, dotati di tecnologia idropneumatica e applicabili a trattrici agricole di alta gamma. Lo studio condotto si inserisce all’interno del più ampio percorso di ricerca condotto dal Politecnico di Milano in collaborazione con un noto costruttore di macchine agricole leader del settore, per l’ideazione e la successiva realizzazione di un nuovo tipo di sospensioni cabina, che permetta il raggiungimento di livelli di comfort superiori a quelli degli odierni standard della categoria, specialmente nelle condizioni di lavoro più gravose. Nel campo dei mezzi agricoli, i sistemi di sospensione tradizionali, con particolare riferimento ai più comuni schemi molla-smorzatore meccanici, sono ancora ampiamente diffusi, dato il loro limitato costo e la relativa facilità di implementazione a bordo veicolo. Oggigiorno pero, le sempre piu crescenti prestazioni richieste ai veicoli, in termini di maggiori potenze, carichi trasportabili e velocità di guida, hanno indotto i progettisti a optare per l’introduzione di sistemi sospensivi piu prestazionali, in grado di garantire una piu elevata percezione di comfort di marcia unita ad un miglioramento delle prestazioni dinamiche del mezzo. In questo contesto, si inserisce il presente lavoro, che ha visto dapprima l’ideazione concettuale di un nuovo tipo di schema di interconnessione, dotato di quattro elementi di attacco tra carro e cabina, dal quale si sono ricavate, per mezzo di modelli analitici, le caratteristiche di rigidezza e di smorzamento del sistema. Quest’ultimo è stato poi messo a confronto con le soluzioni discusse nei precedenti lavori di tesi. Le architetture sospensive sono state quindi modellate in ambiente Matlab Simulink e inserite in un modello numerico multi corpo del veicolo, al fine di misurarne numericamente le prestazioni ottenibili rispetto a differenti scenari di utilizzo su irregolarità stradale e in fuoristrada. Parte dello studio ha riguardato la concezione e la modellazione di differenti logiche di controllo della sospensione; inoltre è stato affrontato il problema del livellamento della cabina. Ogni configurazione presentata, è stata quindi ottimizzata al fine di stimarne le prestazioni e ottimizzarne i molteplici parametri di progetto. Lo studio si conclude con un confronto tra le prestazioni ottenute dai nuovi schemi sospensivi e quelle garantite dall’attuale sistema presente a bordo veicolo.

Sviluppo di una sospensione interconnessa idropneumatica per cabina : analisi e ottimizzazione

CORDIOLI, GIORDANO
2016/2017

Abstract

This thesis deals with conceptual development and performance analysis of innovative cab suspension schemes, equipped with hydropneumatic technology and applicable to high-end agricultural tractors. The study is part of the largest research path conducted by the Politecnico di Milano in collaboration with a well-known manufacturer of leading agricultural machinery, for the design and the subsequent realization of a new type of cabin suspension, which allows achieving comfort levels higher than those of today's standard of the category, especially in the toughest working conditions. In the field of agricultural vehicles, traditional suspension systems, with particular reference to the most common mechanical spring-dampening schemes, are still widely distributed due to their limited cost and relative ease of implementation on board the vehicle. Today, however, the ever-increasing performance required of vehicles in terms of higher power, transportable loads and driving speeds have led designers to select for the introduction of more sophisticated suspension systems, ensuring a higher perception of driving comfort coupled with improved dynamic performance of the vehicle. In this context, the present work, which first saw the conceptual design of a new type of interconnection scheme, with four connecting elements between wagon and cabin, from which, through analytical models, have been defined the stiffness and damping characteristics of the system. This last was then compared to the solution inherited from the previous thesis work. The suspicious architecture was then modeled in the Matlab Simulink environment and inserted into a multicore numerical model of the vehicle, in order to numerically measure the performance obtainable from different scenarios of use on road and off-road irregularities. Part of the study concerned the design and modeling of a damping control system in anti-impact function, which can be integrated with the base suspended patterns, together with a self-leveling cab suspension system. Consequently, each configuration presented has been the subject of a series of simulations with multi-objective optimization techniques in order to estimate its performance and optimize its multiple project parameters. The study concludes with a comparison of the results obtained and what is allowed by the current system, present on board the reference vehicle.
PREVIATI, GIORGIO
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
27-lug-2017
2016/2017
Il presente lavoro di tesi tratta lo sviluppo concettuale e l’analisi delle prestazioni di innovativi schemi di sospensione cabina, dotati di tecnologia idropneumatica e applicabili a trattrici agricole di alta gamma. Lo studio condotto si inserisce all’interno del più ampio percorso di ricerca condotto dal Politecnico di Milano in collaborazione con un noto costruttore di macchine agricole leader del settore, per l’ideazione e la successiva realizzazione di un nuovo tipo di sospensioni cabina, che permetta il raggiungimento di livelli di comfort superiori a quelli degli odierni standard della categoria, specialmente nelle condizioni di lavoro più gravose. Nel campo dei mezzi agricoli, i sistemi di sospensione tradizionali, con particolare riferimento ai più comuni schemi molla-smorzatore meccanici, sono ancora ampiamente diffusi, dato il loro limitato costo e la relativa facilità di implementazione a bordo veicolo. Oggigiorno pero, le sempre piu crescenti prestazioni richieste ai veicoli, in termini di maggiori potenze, carichi trasportabili e velocità di guida, hanno indotto i progettisti a optare per l’introduzione di sistemi sospensivi piu prestazionali, in grado di garantire una piu elevata percezione di comfort di marcia unita ad un miglioramento delle prestazioni dinamiche del mezzo. In questo contesto, si inserisce il presente lavoro, che ha visto dapprima l’ideazione concettuale di un nuovo tipo di schema di interconnessione, dotato di quattro elementi di attacco tra carro e cabina, dal quale si sono ricavate, per mezzo di modelli analitici, le caratteristiche di rigidezza e di smorzamento del sistema. Quest’ultimo è stato poi messo a confronto con le soluzioni discusse nei precedenti lavori di tesi. Le architetture sospensive sono state quindi modellate in ambiente Matlab Simulink e inserite in un modello numerico multi corpo del veicolo, al fine di misurarne numericamente le prestazioni ottenibili rispetto a differenti scenari di utilizzo su irregolarità stradale e in fuoristrada. Parte dello studio ha riguardato la concezione e la modellazione di differenti logiche di controllo della sospensione; inoltre è stato affrontato il problema del livellamento della cabina. Ogni configurazione presentata, è stata quindi ottimizzata al fine di stimarne le prestazioni e ottimizzarne i molteplici parametri di progetto. Lo studio si conclude con un confronto tra le prestazioni ottenute dai nuovi schemi sospensivi e quelle garantite dall’attuale sistema presente a bordo veicolo.
Tesi di laurea Magistrale
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