Selected issues of hydropneumatic suspension design for a high-speed tracked vehicle

• Autorzy: Rybak Piotr Andrzej , Wojciechowski Michał , Hryciów Zdzisław

Identyfikatory

DOI

10.37055/slw/193849

Warianty tytułu

PL

Wybrane zagadnienia projektowania zawieszenia hydropneumatycznego dla szybkobieżnego pojazdu gąsienicowego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

he effective operation of high-speed tracked vehicles in a combat vehicle configuration depends primarily on the correct identification of the expected operating conditions, already in the design or modernisation phase. This applies to both terrain, meteorological and climatic conditions. This approach considers the most unfavourable driving conditions and the level of dynamic loads acting on the vehicle hull, crew and equipment when making calculations. The dominant source of dynamic loads is movement at high speed on unpaved roads, off-road and when overcoming natural and artificial terrain obstacles of a predetermined or random nature. An important system responsible for the safety and reliability of this type of vehicle is the suspension. An appropriate design of the suspension parameters allows to reduce the negative dynamic loads (research hypothesis). The aim of the research was to develop a preliminary project of an initial suspension element – a hydropneumatic spring for a high-speed tracked vehicle - that allows minimising dynamic loads. The study used both theoretical and empirical research methods, including analysis, synthesis, deduction, induction, comparison and inference. The paper presents selected issues from the suspension design process for a high-speed tracked vehicle equipped with a hydropneumatic suspension. The problem was solved in three stages. In the first stage, the design of the hydropneumatic suspension unit, placed in the control arm, was made and the basic parameters were selected. In the second, the spring characteristic of the hydropneumatic unit was determined on the example of a hypothetical vehicle with assumed tactical and technical parameters. In the third stage, the strength of the control arm structure, under the heaviest load conditions, was checked using the Finite Element Method (FEM). The results obtained showed that the advantages of the hydropneumatic suspension, such as: progressive spring characteristics, improved vibration damping, possibility of introducing a semi-active or active suspension system, modularity of the structure and ease of maintenance and repair, make it more and more widely used in modern high-speed tracked vehicles.

PL

Efektywna eksploatacja szybkobieżnych pojazdów gąsienicowych, w konfiguracji wozu bojowego, związana jest głównie z właściwym, już na etapie projektowania lub modernizacji, określeniem przewidy- wanych warunków użytkowania. Dotyczy to zarówno warunków terenowych, meteorologicznych, jak też klimatycznych. Konsekwencją takiego podejścia jest przyjęcie najbardziej niekorzystnych warunków ruchu oraz poziomu obciążeń dynamicznych działających na kadłub pojazdu, załogę i wyposażenie. Dominują- cym źródłem obciążeń dynamicznych jest ruch ze znacznymi prędkościami po drogach nieutwardzonych, bezdrożach oraz podczas pokonywania naturalnych i sztucznych przeszkód terenowych o charakterze zdeterminowanym lub losowym. Istotnym układem odpowiedzialnym za bezpieczeństwo i niezawodność tego typu pojazdów jest zawieszenie. Odpowiedni dobór parametrów zawieszenia pozwala na ogranicze- nie negatywnych obciążeń dynamicznych (hipoteza badawcza). Celem badań było opracowanie projektu wstępnego elementu zawieszenia – resora hydropneumatycznego dla szybkobieżnego pojazdu gąsienico- wego, pozwalającego na minimalizację obciążeń dynamicznych. W badaniu wykorzystano zarówno teore- tyczne, jak i empiryczne metody badawcze, a wśród nich analizę, syntezę, dedukcję, indukcję, porównanie i wnioskowanie. W pracy przedstawiono wybrane zagadnienia z procesu projektowania zawieszenia dla szybkobieżnego pojazdu gąsienicowego wyposażonego w zawieszenie hydropneumatyczne. Zagadnienie rozwiązywano w trzech etapach. W pierwszym etapie wykonano projekt resora hydropneumatycznego zawieszenia typu wahaczowego i dobrano podstawowe parametry. W drugim wyznaczono charaktery- stykę sprężystości elementu hydropneumatycznego na przykładzie hipotetycznego pojazdu o założonych parametrach taktyczno-technicznych. W trzecim etapie, sprawdzono wytrzymałość konstrukcji wahacza przy najcięższych warunkach obciążenia z wykorzystaniem metody elementów skończonych. Otrzymane wyniki wykazały, że zalety zawieszenia hydropneumatycznego takie jak: progresywna charakterystyka sprężystości, poprawa tłumienia drgań, możliwość wprowadzeniu układu półaktywnego lub aktywnego zawieszenia, modułowość konstrukcji oraz podatność obsługowa i naprawcza sprawiają, że znajduje ono coraz szersze zastosowanie we współczesnych szybkobieżnych pojazdach gąsienicowych.

Słowa kluczowe

EN

operation; high-speed tracked vehicle; hydropneumatic suspension; progressive spring characteristic; numeric analysis; eksploatacja; szybkobieżny pojazd gąsienicowy; zawieszenie hydropneumatyczne; progresywna charakterystyka sprężystości; badania modelowe

• Wydawca: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
• Czasopismo: Systemy Logistyczne Wojsk
• Rocznik: 2024
• Tom: Vol. 60, no. 1
• Strony: 23--48
• Opis fizyczny: Bibliogr. 32 poa., rys., wz.

Twórcy

autor

Rybak Piotr Andrzej

• Faculty of Mechanical Engineering, Military University of Technology, Poland

• https://orcid.org/+0000-0002-7063-9913

autor

Wojciechowski Michał

• Faculty of Safety, Logistics and Management, Military University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8947-5931

autor

Hryciów Zdzisław

• Faculty of Mechanical Engineering, Military University of Technology, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6281-1883

Bibliografia

• [1] Allen, P. and Goyder, H., 2005. Models for the Dynamic Simulation of Tank Track Components. Thesis (PhD). Cranfield University, Cranfield.
• [2] Balamurugan, S. and Srinivasan, R., 2017. Tracked vehicle performance evaluation using multi body dynamics. Defence Science Journal, 67 (4), 476–480.
• [3] Bauer, W., 2011. Hydropneumatic suspension systems. 1st ed. Hydropneumatic Suspension Systems. Berlin: Springer Berlin Heidelberg.
• [4] Bekker, M.G., 1956. Theory of land locomotion: the mechanics of vehicle mobility. University of Michigan Press.
• [5] Burdziński, Z., 1972. Teoria ruchu pojazdu gąsienicowego. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności.
• [6] Chodkowski, A., 1990. Konstrukcja i obliczanie szybkobieżnych pojazdów gąsienicowych. Wydawnictwo Komunikacji i Łączności.
• [7] Fábry, S. and Kuffová, M., 2020. Evaluation of In -Vehicle Vibrations and Their Effect on Vehicle Structures and Personnel Health and Performance.
• [8] External Suspension, Suspension for Armoured Vehicles, 2022 [online]. Available at: https:// horstmangroup.com/horstman-products/hydrogas-suspension/#gallery123-5 [Accessed: 23 May 2022].
• [9] Freier, C., 2005. Simulation of parametric-tracked-vehicle-models with SAMCEF Mecano. In: 9th SAMTECH Users Conference 2005. 1–11.
• [10] Gniłka, J. and Mężyk, A., 2017. Experimental identification and selection of dynamic properties of a high-speed tracked vehicle suspension system. Eksploatacja i Niezawodność, 19 (1), 108–113.
• [11] Grabania, M., Holota, M., Kurpas, M., and Olek, J., 2012. Modułowa platforma gąsienicowa Anders. Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe, 2 (30).
• [12] Hammad, H.A., Salem, A.M., Saleh Mostafa, I., and Elsherif, I.A., n.d. Modeling of Hydrogas Unit for Tracked Vehicle Suspension. Cairo: Aerospace Sciences & Aviation Technology, ASAT - 16.
• [13] Hryciów, Z., 2022. An Investigation of the Influence of Temperature and Technical Condition on the Hydraulic Shock Absorber Characteristics. Applied Sciences (Switzerland), 12 (24).
• [14] Hryciów, Z., Rybak, P., Wojciechowski, M., Wachowiak, P., and Kalicki, B., 2023. Hydropneumatic suspension testing of a wheeled armoured personnel carrier. Eksploatacja i Niezawodność, 25 (2).
• [15] Levulytė, L., Žuraulis, V., and Sokolovskij, E., 2014. The research of dynamic characteristics of a vehicle driving over road roughness | Badania dynamicznych charakterystyk ruchu pojazdu na nierównościach drogi. Eksploatacja i Niezawodność, 16 (4), 518–525.
• [16] Mężyk, A., Świtoński, E., Kciuk, S., and Klein, W., 2011. Modelling and investigation of dynamic parameters of tracked vehicles. Mechanics and Mechanical Engineering, 15 (4), 115–130.
• [17] Mura, G., 2013. Komputerowe wspomaganie modelowania własności dynamicznych zawieszenia pojazdu gąsienicowego. Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe, 2 (33).
• [18] Nabagło, T., 2011. Modelowanie i symulacja pojazdu gąsienicowego w programie MSC.ADAMS. Czasopismo techniczne. Mechanika, 56, 375–382.
• [19] Murphy, R.Jr. and Ahmad, F.H., 1986. Comparison of measures of of vibration affecting occupants of military vehicles. Vicksburg, Mississippi.
• [20] Qin, B., Zeng, R., Li, X., and Yang, J., 2021. Design and performance analysis of the hydropneumatic suspension system for a novel road-rail vehicle. Applied Sciences (Switzerland), 11 (5), 1–16.
• [21] Razenberg, J.A., 2009. Modelling of the hydro-pneumatic suspension system of a rally truck. Eindhoven University of Technology, Eindhoven.
• [22] Rybak, P., 2014. Operating loads of impulse nature acting on the special equipment of the combat vehicles. Eksploatacja i Niezawodność, 16 (3), 347–353.
• [23] Shang, Q., Wang, H., and Ying, L., 2009. Design of the refitted high mobility tracked vehicle suspension system. 2009 IEEE International Conference on Mechatronics and Automation, ICMA 2009, 4638–4643.
• [24] Solomon, U. and Padmanabhan, C., 2011. Semi-active hydro-gas suspension system for a tracked vehicle. Journal of Terramechanics, 48 (3), 225–239.
• [25] Sołtyński Andrzej, 1966. Mechanika układu pojazd-teren. Warszawa: Wydawnictwo MON.
• [26] Details of the Polish-American agreement EDCA – MILMAG, 2023 [online]. Available at: https://milmag.pl/szczegoly-polsko-amerykanskiej-umowy-edca/ [Accessed: 18 Jan 2023].
• [27] Tang, S., Yuan, S., Hu, J., Li, X., Zhou, J., and Guo, J., 2017. Modeling of steady-state performanceof skid-steering for high-speed tracked vehicles. Journal of Terramechanics, 73, 25–35.
• [28] Walentynowicz, Jerzy., 2009. Termodynamika techniczna i jej zastosowania. Warszawa: Wojskowa Akademia Techniczna.
• [29] Wiśniewski, A., 2023. Dynamic loads on the roof plate of the wheeled carrier during the firing of a 30 mm cannon. Archiwum Motoryzacji, 99 (1), 53–65.
• [30] Xu, G., Xue, D., Yao, X., and Wang, T., 2017. Development and main research status of tracked vehicle suspension system. In: 2nd International Conference on Machinery, Electronics and Control Simulation (MECS). 336–341.
• [31] Żółtowski, B., Simiński, P., and Kosiuczenko, K., 2022. Statistical procedures for determining of parameters for the evaluation of the condition and safety in logistic of military vehicles. Systemy Logistyczne Wojsk, 57 (2), 143–160.
• [32] Zou, T., Angeles, J., and Hassani, F., 2018. Dynamic modeling and trajectory tracking control of unmanned tracked vehicles. Robotics and Autonomous Systems, 110, 102–111.