Determination of the functional and service characteristics of the pneumatic system of an agricultural tractor with mechanical brakes using simulation methods

• Autorzy: Kamiński Z. , Kulikowski K.

Warianty tytułu

PL

Wyznaczanie metodami symulacyjnymi właściwości funkcjonalnoużytkowych pneumatycznej instalacji ciągnika rolniczego z hamulcami mechanicznymi

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

Agricultural tractors are provided with air braking systems to control and operate braking systems of towed agricultural vehicles. Functional and operational characteristics of the tractor pneumatic system have a significant influence on the synchrony and operate speed of tractor-trailer unit braking system. This paper presents a mathematical model to predict the functional and operational characteristics of tractor pneumatic system by using a digital simulation. Modeling of the energy supplying device (compressor, governor, air reservoir) and modeling of the control device with trailer control valve mechanically connected with the tractor brakes is described. Results of statistical Kolmogorov-Smirnov test used to assess the conformity of experimental and simulated pressure transients during testing the compressor capacity and the response time of control circuit of Pronar 320AM tractor confirmed the computer model developed in Matlab-Simulink. The computer model can be used as a tool to assess the functional and operational characteristics of tractor pneumatic system within the designing process and as a subsystem to analyze transient processes in a pneumatic braking systems of the tractor-trailer units by using simulation methods. Mathematical models of selected components can be also used in modeling other pneumatic braking systems of commercial vehicles.

PL

Ciągniki rolnicze są wyposażone w powietrzne instalacje hamulcowe do sterowania i napędu układów hamulcowych pojazdów ciągnionych. Właściwości funkcjonalno-użytkowe instalacji pneumatycznej ciągnika mają istotny wpływ na synchronię i szybkość działania układu hamulcowego zespołu ciągnik-przyczepa. W niniejszej pracy przedstawiono model matematyczny do prognozowania właściwości funkcjonalno-użytkowych układu pneumatycznego ciągnika metodą symulacji cyfrowej. Opisano modelowanie zespołu zasilającego (sprężarka, regulator, zbiornik powietrza) i modelowanie zespołu sterującego z zaworem sterującym hamulcami przyczepy połączonym mechanicznie z hamulcami ciągnika. Wyniki testu statystycznego Kołmogorowa-Smirnowa oceny zgodności doświadczalnych i symulowanych przebiegów czasowych ciśnienia podczas badania wydatku sprężarki i czasu reakcji obwodu sterującego ciągnika Pronar 320AM potwierdziły adekwatność opracowanego w Matlabie-Simulinku modelu komputerowego. Model komputerowy może być wykorzystany jako narzędzie do oceny właściwości eksploatacyjno-użytkowych instalacji pneumatycznej ciągnika w procesie projektowania oraz jako podsystem do analizy metodami symulacyjnymi procesów przejściowych w pneumatycznych układach hamulcowych zespołów ciągnik-przyczepa. Modele matematyczne wybranych komponentów instalacji mogą być również wykorzystane w modelowaniu innych pneumatycznych układów hamulcowych pojazdów użytkowych.

Słowa kluczowe

EN

farm tractor; pneumatics; braking system; energy-supplying device; trailer control valve; modeling; simulation

PL

ciągnik rolniczy; pneumatyka; układ hamulcowy; zespół zasilający; zawór sterujący hamulcami przyczepy; modelowanie; symulacja

• Wydawca: Polskie Naukowo-Techniczne Towarzystwo Eksploatacyjne
• Czasopismo: Eksploatacja i Niezawodność
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 17, no. 3
• Strony: 355--364
• Opis fizyczny: Bibliogr. 34 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Kamiński Z.

• Department of Machine Construction and Exploitation Faculty of Mechanical Engineering Białystok University of Technology ul. Wiejska nr 45C, 15-351 Białystok, Poland

autor

Kulikowski K.

• Department of Machine Construction and Exploitation Faculty of Mechanical Engineering Białystok University of Technology ul. Wiejska nr 45C, 15-351 Białystok, Poland

Bibliografia

• 1. Armstrong-Helouvry B., Dupont P., Canudas de Wit C. A survey of models analysis tools and compensation methods for the control of machines with friction. Automatica 1994; 30(7): 1083–1138, http://dx.doi.org/10.1016/0005-1098(94)90209-7.
• 3. Beater P. Pneumatic Drives. System Design, Modeling and Control, Berlin, Heidelberg, Springer-Verlag, 2007.
• 4. Bloch H.P. A Practical Guide to Compressor Technology. John Wiley & Sons, Hoboken, New Jersey, 2006, http://dx.doi.org/10.1002/0471929786.
• 5. Breuer B.J., Bill K. H. Brake Technology Handbook (R-375). SAE International, Warrendale. 2008.
• 6. Czaban J., Kamiński Z. Performance testing of agriculture tractor braking systems. Archiwum Motoryzacji 2010; (1): 15-25.
• 7. Dodd M., Bartlett R., Knight I. Provision of information and services on the subject of the performance requirements, testing methods and limit values for braking systems of agricultural and forestry tractors, their trailers and interchangeable towed machinery – final report. TRL Unpublished Project Report, Wokingham, UK, 2007, No. UPR/VE/064/07,
• 8. ECE Regulation No. 13. Uniform provisions concerning the approval of vehicles of categories M, N and O with regard to braking. UN Economic Commission for Europe, Geneva, Switzerland, 2001.
• 9. EEC (2008) Draft Regulation of the European Parliament and the Council on the braking systems of agricultural or forestry tractors, their trailers and interchangeable towed machinery, amending Directive 2003/37/EC, Council Directive 89/173/EEC and repealing Council Directive 76/432/EEC. (17.11.2008) http://circa.europa.eu/Public/irc/enterprise/automotive/library?l=/agricultural_tractors/meeting_november_2008/99rev16_v171108pdf/_EN_1.0_&a=d
• 10. Govindan N., Jayaraman V., Venkatasamy S.R., Ramasamy M. Mathematical modeling and simulation of reed valve reciprocating air compressor. Thermal Science 2009; 13(3): 47-58, http://dx.doi.org/10.2298/TSCI0903047G.
• 11. He L., Wang X., Zhang Y., Wu J., Chen L. Modeling and Simulation Vehicle Air Brake System. Proceedings 8th Modelica Conference. Dresden, Germany, 2011; March 20-22: 430-435. (https://modelica.org/events/modelica2011/Proceedings/pages/papers/17_3_ID_144_a_fv.pdf).
• 12. Kamiński Z. Dynamic calculations of pneumatic relay valve. Acta Mechanica et Automatica 2009; 3(1): 62-64.
• 13. Kamiński Z. Mathematical modeling of pneumatic relay valve. Hydraulika i Pneumatyka 2009; 5: 22-25.
• 14. Kamiński Z. Mathematical Modeling of Pneumatic Pipes in a Simulation of Heterogeneous Engineering Systems. ASME Journal of Fluids Engineering 2011; 133(12): 1-8, http://dx.doi.org/10.1115/1.4005261.
• 15. Kamiński Z. Mathematical Modelling of the Pneumatic Relay Emergency Valve for Dual-line Agricultural Trailer Braking Systems. Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering 2012; 226(5): 603-612. (http://pid.sagepub.com/content/early/2011/10/11/0954407011423133: 1-9).
• 16. Kamiński Z. Modelling of the energy supply equipment of the air braking system of a farm tractor. The Archives of Automotive Engineering 2011; 3: 33-39.
• 17. Kamiński Z., Czaban J. Proposition of exploration program of braking systems of agriculture tractors. MOTROL 2006; 8: 92-100.
• 18. Kulesza Z., Siemieniako F. Modeling the air brake system equipped with brake and relay valves. Scientific Journals Maritime University of Szczecin 2010; 24(96): 5-11.
• 19. Martinez W.L., Martinez A.R. Computational Statistics Handbook with MATLAB, 2th edition, Boca Raton, FL: Chapman & Hall/CRC, 2008.
• 20. Metljuk N.F., Avtushko V.P. Dinamika Pnevmaticheskikh Privodov Avtomobilej. Mashinostroenie, Moskva, 1980.
• 21. Miatluk M., Czaban J. An Analysis of Transient Processes in Pneumatic Brake System with Automatic Regulator of Brake Forces of Automotive Vehicles. Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture 2006; 6: 85-93.
• 22. Miatluk M., Kamiński Z., Czaban J. Characteristic Features of the Airflow of Pneumatic Elements of Agricultural Vehicles. Commission of Motorization and Power Industry in Agriculture 2003; 3: 174-181.
• 23. Natarajan S.V., Subramanian S.C., Darbha S., Rajagopal K.R. A model of the relay valve used in an air brake system. Nonlinear Analysis: Hybrid Systems 2007; 1(3): 430-442, http://dx.doi.org/10.1016/j.nahs.2006.11.003.
• 24. Nėmeth H., Ailer P., Hangos K.M. Unified model simplification procedure applied to a single protection valve. Control Engineering Practice 2005; 13(3): 315-326, http://dx.doi.org/10.1016/j.conengprac.2004.03.013.
• 25. Polmo (2011) Fabryka Osprzętu Samochodowego Polmo" Łódź S.A. Single cylinder compressors. 2011, http://www.polmo-lodz.com.pl/katalog/.
• 26. Pronar. Tractors. Pronar 320AM. http://www.pronar.pl/ciagniki/___pronar_320am__.html.
• 27. Radlinski R.W., Flick, M.A. Tractor and trailer brake system compatibility. SAE Transactions, 1986; paper no. 861942.
• 28. Scarlett A. In-service assessment of agricultural trailer and trailed appliance braking system condition and performance. The Agricultural Trailer Braking Study. 2009; RR697 Research Report, (http://www.hse.gov.uk/research/rrpdf/rr697.pdf).
• 29. Subramanian S.C., Darbha S., Rajagopal K.R. Modelling the pneumatic subsystem of a S-cam air brake system. Trans. of the ASME, J. Dynamic Systems, Measurement and Control 2004; 126(1): 36-46, http://dx.doi.org/10.1115/1.1666893.
• 30. Venkatesan J., Nagarajan G., Seeniraj R.V., Kumar S. Mathematical modeling of water cooled automotive air compressor. International Journal of Engineering and Technology 2009; 1(1): 50-56, http://dx.doi.org/10.7763/IJET.2009.V1.9.
• 31. Visteon. Foot brake valve. http://www.demont.com.pl/katalog/4113-1i2.pdf
• 32. Wabco Air-braking system. Agriculture and forestry vehicles. Edition 8 (Version 2/02.2010(en)). www.wabco-auto.com.
• 33. Yang W.Y., Cao, W., Chung, T. S., Morris J. Applied Numerical Methods Using MATLAB. John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2005, http://dx.doi.org/10.1002/0471705195.
• 34. Zhang H., Wu J., Zhang Y., Chen L. Objected oriented modelling and simulation of pneumatic brake system with ABS. IEEE Intelligent Vehicle Symposium, Xi'an, Shaanxi, China, 2009; June 3-5: 780-785.
• 35. Zurada J., Levitan A., Guan J. A Comparison of Regression and Artificial Intelligence Methods in a Mass Appraisal Context, Journal of Real Estate Research 2011; 33(3): 349-387.