Riassunto analitico
I tubi idraulici flessibili sono alla base del funzionamento di un veicolo off-highway. Per poter garantire standard qualitativi elevati e la conseguente riduzione dei tempi di fermo macchina del veicolo, che rappresenterebbe una perdita economica per il cliente, è importante effettuare un’analisi virtuale della disposizione dei tubi idraulici flessibili nel veicolo durante il suo funzionamento. Lo stato dell’arte attuale per lo studio del comportamento dei componenti flessibili prevede esclusivamente l’utilizzo di software CAD. Il metodo tradizionale non è sufficientemente accurato in quanto non contempla i fenomeni come la forza di gravità, la pressione all’interno dei tubi durante il funzionamento del veicolo, le proprietà meccaniche dei componenti flessibili e l’interazione ed eventuali contatti dei tubi con i corpi adiacenti. L’obiettivo della tesi consiste, quindi, nel definire una metodologia per lo studio dei tubi idraulici flessibili in veicoli off-highway che contempli i fenomeni citati nel paragrafo precedente. Grazie alla simulazione virtuale dei componenti flessibili è possibile identificare e risolvere potenziali problemi che potrebbero verificarsi sin dalle prime fasi dello studio del prodotto, ben prima della fase di prototipazione. La tesi è stata svolta in collaborazione con CNH Industrial, presso la sede di Modena. Per effettuare l’analisi dei componenti flessibili è necessario l’utilizzo di Industrial Path Solution IPS – Cable Simulation. Tramite questo software è possibile tenere traccia di fenomeni come la gravità agente sui tubi o le proprietà meccaniche che nei modelli CAD dei componenti flessibili non sono considerate. IPS – Cable Simulation, dunque, fornisce la reale deformazione del tubo idraulico. Attraverso correlazioni fisico-virtuale è stato possibile assicurare la fedeltà del modello IPS – Cable Simulation con la realtà. Le proprietà meccaniche dei materiali sono ricavate tramite Altair Twin Activate. All’interno del software è presente Altair romAI, un modulo basato sull’intelligenza artificiale, al quale fornendo come input i dati provenienti da una precedente campagna di caratterizzazione eseguita per i principali tubi idraulici utilizzati nel settore agricolo, restituisce le proprietà meccaniche dei componenti stessi, le quali sono utili, poi, per lo svolgimento dell’analisi. Successivamente, è stata eseguita l’analisi virtuale e l’ottimizzazione della disposizione dei tubi idraulici delle sospensioni indipendenti anteriori del New Holland T8. Sono stati valutati i raggi di curvatura, il grado di torsione ed elongazione dei tubi, le forze di reazione che gli stessi esercitano sui rispettivi raccordi e il gioco che ciascun tubo ha con i due set di pneumatici a disposizione durante l’intero range di movimento della sospensione e nella fase di sterzatura. Al termine dell’analisi virtuale, è stato verificato il raggiungimento di tutti i target (raggio di curvatura, torsione, elongazione, giochi e forze sui raccordi). L’utilizzo della metodologia ha fatto sì che si siano ottenuti vantaggi relativi alla riduzione dei costi e dei tempi di progettazione. Inoltre, sono state fornite indicazioni riguardanti la validità del progetto sin dalla fase di pre-prototipazione.
|
Abstract
Hydraulic hoses are the basis of the operation of an off-highway vehicle. In order to guarantee high quality standards and the consequent reduction in vehicle downtime, which would represent an economic loss for the customer, it is important to carry out a virtual analysis of the layout of the flexible hydraulic hoses in the vehicle during its operation.
The current state of the art for studying the behavior of flexible components exclusively involves the use of CAD software. The traditional method is not sufficiently accurate as it does not take into account phenomena such as the gravity force, the pressure inside the hoses during vehicle operation, the mechanical properties of the flexible components and the interaction and possible contacts of the hoses with adjacent bodies.
The objective of the thesis therefore consists in defining a methodology for the study of flexible hydraulic hoses in off-highway vehicles that contemplates the phenomena mentioned in the previous paragraph. Thanks to the virtual simulation of flexible components it is possible to identify and solve potential problems that could occur from the early stages of product study, well before the prototyping phase.
The thesis was carried out in collaboration with CNH Industrial, at the Modena headquarters.
To carry out the analysis of flexible components it is necessary to use Industrial Path Solution IPS – Cable Simulation. Using this software it is possible to keep track of phenomena such as gravity acting on the hoses or mechanical properties which are not considered in the CAD models of flexible components. IPS – Cable Simulation, therefore, provides the real deformation of the hydraulic hose. Through physical-virtual correlations it was possible to ensure the fidelity of the IPS – Cable Simulation model with reality.
The mechanical properties of the materials are obtained via Altair Twin Activate. Inside the software there is Altair romAI, a module based on artificial intelligence, which by providing as input data from a previous characterization campaign carried out for the main hydraulic hoses used in the agricultural sector, returns the mechanical properties of the components themselves, which are then useful for carrying out the analysis.
Subsequently, virtual analysis and optimization of the layout of the hydraulic hoses of the front independent suspension of the New Holland T8 was performed. Have been evaluated the bending radius of the hoses, the degree of torsion and elongation of the hoses, the reaction forces that they exert on the respective fittings and the clearance that each hose has with the two sets of tires available during the entire range of movement of the suspension and in the steering phase of the vehicle.
At the end of the virtual analysis, the achievement of all targets (bending radius, torsion, elongation, clearances and forces on the fittings) was verified.
The use of the methodology meant that advantages were obtained relating to the reduction of costs and design times. Furthermore, indications were provided regarding the validity of the project right from the pre-prototyping phase.
|