Modélisation de l’instabilité dynamique des tracteurs

Rester à la ferme

Haut: Charge de tirage P [kN]: Milieu: Force de traction agissant sur la roue avant Fd, 1 [kN] et limitation du frottement statique des pneus avant μfv, 1 [kN]; En bas: Force de traction agissant sur les pneus avant Fd, 2 [kN] et limitation du frottement statique des pneus avant μfv, 2 [kN]. Crédit: Figure adaptée avec la permission de Ingénierie des biosystèmes, Volume 204, 2021, pages 156-169. © 2021 Publié par Elsevier Ltd au nom de IAgrE.

Des chercheurs de l’Université d’agriculture et de technologie de Tokyo (TUAT) ont modélisé l’instabilité dynamique – le soi-disant «saut de puissance» – qui peut provoquer des rebonds incontrôlables et endommager les tracteurs lorsqu’ils labourent un sol sec. L’équipe a constaté que des oscillations auto-excitées peuvent survenir lorsque le tracteur pousse contre le sol.

Labourer un champ sur un tracteur peut sembler une occupation sereine, mais des vibrations soudaines peuvent se développer de manière inattendue et menacer de vous renverser dans certaines conditions. Le problème est que dans les systèmes non linéaires avec des composants couplés, comme avec un tracteur mécanique, de petites secousses peuvent se développer de manière exponentielle jusqu’à devenir de grandes oscillations. Pour les tracteurs, cela s’appelle un «saut de puissance». Pour mieux comprendre cette situation potentiellement dangereuse, les chercheurs de TUAT ont simulé des équations correspondant au mouvement vertical, longitudinal et de tangage du tracteur.

«Notre modèle reflète des dynamiques telles que le rebond, la friction stick-slip et le jeu libre, qui manquaient à certaines tentatives précédentes pour modéliser ce système complexe», explique le premier auteur Masahisa Watanabe. Les équations ont été simulées à l’aide de la méthode Runge-Kutta du quatrième ordre sur une échelle de la milliseconde.

Dans la simulation numérique utilisant le modèle développé, le mécanisme d’occurrence de saut de puissance a été décrit dans la figure suivante.

Dans la simulation, la charge de tirant d’eau P a été augmentée de 0 à 10 kN. À mesure que la charge de traction augmentait, la force de traction sur les pneus avant et arrière augmentait également. Au point T1, les forces de traction avant ont atteint la limitation du frottement statique μfv, 1 et il y a eu oscillation stick-slip. Cette oscillation entraîne une variation des charges verticales et des forces de traction. Cette variation de la charge verticale agissant sur les pneus arrière a provoqué la dynamique de glissement du manche des pneus arrière au point T2. Lorsque l’oscillation est devenue sévère, les forces de traction ont diminué et il y avait un jeu libre au point T3. Les charges verticales agissant sur les pneus avant et arrière sont devenues nulles et les pneus avant et arrière ont perdu le contact avec le sol aux points T4 et T5 respectivement.

Cette approche a permis aux chercheurs de construire des diagrammes de bifurcation montrant les régions de stabilité et le moment où la dynamique du saut de puissance a commencé. Le modèle a montré que des sauts de puissance peuvent se produire en fonction de la traction de la barre de traction, du sol et des conditions des pneus.

Le risque le plus élevé de saut de puissance concernait des situations avec des charges à fort tirage sur un sol sec. Autrement dit, une boucle de rétroaction dangereuse a commencé pendant le rebond, conduisant à une perte complète de traction avec le sol. Le modèle a même pu expliquer pourquoi cette instabilité est beaucoup plus susceptible de se produire dans les tracteurs à quatre roues motrices. «Les résultats que nous avons obtenus concordent avec la sagesse conventionnelle des agriculteurs sur les sauts de puissance, ainsi qu’avec les expériences précédentes», explique l’auteur principal Kenshi Sakai. Un couplage non linéaire entre les pièces mobiles peut se produire dans de nombreux environnements industriels, et comprendre comment éviter les dynamiques chaotiques ou les vibrations incontrôlées peut conduire à des usines et des fermes plus sûres.


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Plus d’information:
Masahisa Watanabe et al, Nouveau modèle de power hop pour un tracteur agricole avec couplage rebondissant, stick-slip et dynamique de jeu libre, Ingénierie des biosystèmes (2021). DOI: 10.1016 / j.biosystemseng.2021.01.007

Fourni par l’Université d’agriculture et de technologie de Tokyo

Citation: Modélisation de l’instabilité dynamique dans les tracteurs (2021, 4 mai) récupéré le 4 mai 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-05-dynamic-instability-tractors.html

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