Когда вы обрабатываете гектары сельскохозяйственных угодий, ваши прибыль и степень воздействия на экологию напрямую зависят от производительности и эффективности оборудования. Иногда качество техники влияет и на то, останетесь ли вы на рынке. Современные фермеры должны работать быстрее, чем когда-либо раньше, и использовать передовые методики и технологии.
Благодаря современным сельскохозяйственным подходам за последние 60 лет удалось утроить собираемый урожай. С каждым годом сельское хозяйство развивается, поэтому инженеры AGCO Corporation в Нидерландах решили отказаться от традиционных решений и создать совершенно новую конструкцию для самоходного опрыскивателя Challenger RoGator 600. Скорость движения машины составляет 30 километров в час. Впечатляет и длина ее штанги — 36 метров. За день опрыскиватель обрабатывает участок площадью более 200 гектаров. Такие характеристики, как стабильность штанги, управление высотой шасси из кабины, регулировка ширины колеи и максимальный комфорт оператора, обеспечивают идеальное опрыскивание. Это дает высокую производительность и устойчивость с точки зрения окружающей среды. Фермер Жером Лависс из французского города Шер, владелец одной из первых моделей RoGator 600, говорит, что в этой модели его впечатлило очень многое. Но переломным моментом в решении о покупке был тест-драйв: комфорт при вождении просто невероятный.
Сельхозпроизводители должны как можно более равномерно распределять точное количество питательных веществ и средств для защиты растений по сотням гектаров земли в определенное время — для этого и нужны современные опрыскиватели. Но это не так просто: химические вещества качаются из баков вместимостью в тысячи литров и подаются через крошечные распылители, которые расположены на широких штангах, простирающихся на десятки метров над рядами культур.
Одна из основных сложностей заключается в том, что длинные крылья штанги, вытянутые с обеих сторон трактора, могут изгибаться, искривляться и колебаться по мере того, как машина преодолевает неровности, колеи, склоны и другие привычные для фермеров особенности полевого рельефа. Кроме того, машине нужно маневрировать на резких поворотах в конце рядов. Даже маленькие помехи могут доставить проблемы: они вызывают толчки, из-за которых распыление может быть неравномерным.
Услышать клиента
Руководитель отдела разработки опрыскивателей AGCO Йорис Хиддема говорит, что, прежде чем приступить к разработке новой конструкции, его фирма изучила мнения крупнейших сельхозпроизводителей и фермеров по всей Европе. В AGCO хотели услышать из первых уст, что клиенты ожидают от изделия. Инженеры узнали, что самое важное в опрыскивателе с точки зрения пользователей — это плавный ход без ущерба для скорости и длины штанги. В компании поняли: легкие изменения в старой конструкции не помогут выполнить задачу. Нужен был совершенно новый подход к проектированию. Так появился RoGator 600 Series — революционный сельскохозяйственный опрыскиватель.
Чтобы обеспечить плавный ход, который сводит к минимуму вибрации штанг автомобиля, компания оснастила опрыскиватель RoGator 600 шасси с цельной балкой и четырьмя колёсами с увеличенными шинами. Высоту можно регулировать прямо из кабины, каждое колесо имеет независимую гидропневматическую подвеску, прикрепленную к двойным рычагам и амортизаторам. Это позволяет справляться с ездой по пересеченной местности и выполнением маневров, вызывающих толчки.
Simcenter: лаборатория инноваций
Шасси с цельной балкой — это не единственная инновация в RoGator 600. В этой модели также есть новая система подвески штанги на основе центральной рамы из нержавеющей стали. Решетчатые фермы сделаны из трубчатого алюминия, чтобы снизить вес конструкции. Независимые гидравлические цилиндры помогают складывать и раскладывать крылья штанги до длины в 36 метров.
Впечатляет множество удобных для фермера функций: электронная система управления позволяет менять высоту подъема штанги из кабины в зависимости от высоты культуры и уклона земли, а при движении по холмам ее автоматически регулируют датчики. При проектировании много внимания уделялось деталям.
Чтобы достигнуть стратегических целей, при проектировании RoGator 600 AGCO сотрудничала со специалистами компании Siemens Digital Industries Software. Они помогли улучшить каждую пару пружинного демпфера для идеальной работы при экстремальных горизонтальных, вертикальных и наклонных движениях штанги. Проект требовал детального анализа конструкции подвески штанги, а также кинематики всей машины. Это было критически важно для достижения стабильности штанги. Специалисты по решениям Simcenter прекрасно справились с этой сложной задачей.
Проект требовал детального анализа конструкции и кинематики всей машины. Специалисты по решениям Simcenter прекрасно справились с этой сложной задачей
Эксперты Siemens рассчитали габариты и массу крыльев штанги, центральной части рамы и маятниковой подвески. Затем они использовали решение для симуляции кинематики из портфолио Simcenter, чтобы создать многотельную модель центральной части рамы и маятниковой подвески. Потом они создали КЭ-модель крыльев штанги и выполнили модальный анализ. Чтобы убедиться в точности модели, были проведены физические испытания: крыло штанги прикрепили к устойчивой стене, затем по ее ключевым точкам били ударным молотком и измеряли ответные вибрации. Данные испытаний и КЭ-анализа сопоставили в решении из портфеля Simcenter, которое автоматически генерирует графики критериев модальной достоверности с цветовой кодировкой, которые позволяют понять, где есть расхождение. Увидев небольшое несоответствие, специалисты Siemens внесли изменения в КЭ-модель, чтобы включить в расчет массу жидкости в крыле штанги, а также массу пар пружинного демпфера в подвеске штанги. Эти изменения позволили получить более точные результаты.
Необходимо было учесть вибрации трактора, поэтому инженеры смоделировали всю машину целиком, включая независимые подвески колес, систему рулевого управления, кабину и все соединения: сферические, поворотные и цилиндрические. Массовые и инерционные характеристики вычислили с помощью данных CAD. Для определения вибраций, вызываемых шинами, шины представили в модели с помощью решения для симуляции кинематики из портфеля Simcenter. Кинематику маятниковой подвески проверили на наличие потенциальных пересечений. Все было сделано очень тщательно.
От теории к практике
Симуляция позволила экспертам Simcenter получить информацию для точной настройки демпферов и пружин, а также для определения оптимального расположения компонентов. Оказалось, что идеальный вариант конструкции — это отдельные настраиваемые рычаги для каждой пары пружинного демпфера для повышения точности и эффективности демпфирования на маятниковой подвеске и центральной раме штанги. Команда изучила возможности поставки и пришла к оптимальной конфигурации.Новшества, разработанные компанией вместе с Siemens, дали AGCO конкурентное преимущество и сделали ее продукцию привлекательнее в глазах покупателей
Инженеры приступили к созданию физического прототипа машины. Основные показатели производительности измерили с помощью аппаратного обеспечения для сбора данных Simcenter™ SCADAS™ Mobile и программного обеспечения Simcenter™ Testlab™ для анализа данных. Так команда получила подтверждение, что горизонтальные, вертикальные и наклонные движения соответствовали моделям, спрогнозированным при симуляции динамики нескольких тел.
Одна из главных целей была в том, чтобы уменьшить коэффициент вариации распределения воды опрыскивателем. Существует система оценки, разработанная Институтом Юлиуса Кюна в Германии, в которой коэффициент вариации ниже 15 или 20 считается приемлемым, а ниже 10 — выдающимся. Неудивительно, что фермеры внимательно следят за этими оценками. По данным измерений Siemens Digital Industries Software и AGCO Challenger, в рамках проекта по оптимизации специалистам удалось снизить коэффициент вариации на 5 процентов.
Новшества, разработанные компанией вместе с Siemens, дали AGCO конкурентное преимущество и сделали ее продукцию привлекательнее в глазах покупателей.