Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8322
Main Title: Aktive Schwingungstilgung der horizontalen Schwingungen eines landwirtschaftlichen Spritzgestänges
Translated Title: Active dynamic vibration absorption of the horizontal vibrations of an agricultural sprayer boom
Author(s): Borchert, Anna-Gret
Advisor(s): Meyer, Henning J.
Referee(s): Meyer, Henning J.
Schmidt, Reinhard
Granting Institution: Technische Universität Berlin
Type: Doctoral Thesis
Language Code: de
Abstract: Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Optimierung des horizontalen Schwingungsverhaltens eines landwirtschaftlichen Spritzgestänges durch den Einsatz einer aktiven Schwingungstilgung.In Fahrtrichtung auftretende Gestängeschwingungen erzeugen Über- und Unterdosierungen beim Ausbringen von Pflanzenschutzmitteln oder Flüssigdünger. Daraus können ein inhomogener Pflanzenbewuchs und Ertragseinbußen resultieren. Um dennoch die geforderte Mindestmenge über dem Bestand auszubringen, wird in der Regel die Ausbringmenge erhöht. Das Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Pflanzenschutz- und Düngemittelaufwand durch die Steigerung der Verteilgenauigkeit auf ein notwendiges Minimum zu reduzieren. Die Entwicklung der aktiven Schwingungstilgung erfolgt modellbasiert mit Hilfe der Mehrkörpersimulation. So wird zunächst ein komplexes, dynamisches, dreidimensionales Modell des Gespanns aus Traktor und gezogener Pflanzenschutzspritze erstellt. Dieses stellt ein Co-Simulationsmodell aus den Programmen Virtual.Lab Motion, Imagine.Lab Amesim und Matlab/Simulink dar. Darin werden neben den Massen- und kinematischen Eigenschaften auch die Elastizität der Reifen, hydraulische Systeme, die Steifigkeit der Gestängeausleger in Form von elastischen Körpern sowie die Regelungs- und Steuerungsalgorithmen abgebildet. Die Validierung des Modells erfolgt durch den Abgleich von Simulations- mit im Rahmen von verschiedenen Experimenten erzielten Messergebnissen. In einer simulativen Konzeptstudie werden am Spritzgestänge verteilte passive Schwingungstilger, die semiaktive Dämpfung mit Skyhook-Regelungsansatz und die aktive Schwingungstilgung analysiert und dem passiven Ausgangszustand gegenübergestellt. Dabei zeigt sich, dass mit allen Konzepten die horizontalen Gestängeschwingungen reduziert werden können. Das größte Potential weist dabei die aktive Schwingungstilgung auf. Darunter ist die Übertragung der Eigenschaften mehrerer passiver Schwingungstilger auf einen Aktor zu verstehen, der zentral zwischen dem Grundgerät und dem Spritzgestänge angeordnet wird. Dieser wirkt den in Fahrtrichtung auftretenden Gestängeschwingungen aktiv entgegen und verhindert dadurch das Aufschwingen des Gestänges in seinen Eigenfrequenzen. Im Rahmen experimenteller Untersuchungen kann das Potential der aktiven Schwingungstilgung zur Reduzierung der horizontalen Gestängeschwingungen im Vergleich zum passiven Ausgangszustand bewiesen werden. Demnach können die Auslenkungen des Spritzgestänges in Fahrtrichtung um bis zu 58% reduziert und die Verteilgenauigkeit um bis zu 48% gesteigert werden.
This dissertation deals with the optimization of the horizontal vibration behaviour of an agricultural sprayer boom through the usage of an active dynamic vibration absorber system. Sprayer boom movement relative to the base implement occurring in the direction of travel cause over- and underdosing while applying pesticides or liquid fertilisers. This may result in inhomogeneous plant growth and production shortfall. Normally, the application rate has to be increased in order to applicate the required minimum quantity to the stock. It is thus the purpose to reduce the effort of plant protection and fertilizer products to the necessary minimum by increasing the distribution accuracy. The development of the active dynamic vibration absorber system is model-based, using a multibody simulation. First of all, a complex, dynamic and three-dimensional model of the tractor and the trailed sprayer is created which works as a co-simulation model of the programs Virtual.Lab Motion, Imagine.Lab Amesim and Matlab/Simulink. Mass and kinematic properties are displayed as well as the tires’ elasticity, hydraulic systems, the boom extensions’ stiffness in the form of elastic bodies and the control algorithms. The model is validated throughout the reconciliation of simulation results and measurement results gained in several experiments. In a simulative conceptual study, passive dynamic vibration absorbers attached to the sprayer boom are analysed as well as the semi-active damping system controlled by the skyhook control algorithm and the active dynamic vibration absorber system. The results are compared to the passive initial state afterwards. As a result, you can see that a reduction of the horizontal sprayer boom movement can be achieved by using all of the concepts shown, but the highest potential lies within the active dynamic vibration absorber system. It is defined as the transfer of characteristics of several passive dynamic vibration absorbers to an actuator, which is placed centrally between the basic unit and the sprayer boom. The actuator counteracts actively the occurring linkage vibrancy in the direction of travel and prohibits linkage vibrancy within its eigenfrequency. Experimental studies proof active dynamic vibration absorber systems potential as a means to reduce horizontal sprayer boom movement in comparison to the passive initial state. Thus, the deflections of the sprayer boom in the direction of travel can be reduced up to 58% and the distribution accuracy can be increased up to 48%.
URI: https://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/9242
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-8322
Exam Date: 6-Dec-2018
Issue Date: 2019
Date Available: 30-Apr-2019
DDC Class: 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
Subject(s): landwirtschaftliches Spritzgestänge
aktive Schwingungstilgung
Mehrkörpersimulation
agricultural sprayer boom
active vibration absorber
multibody simulation
License: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
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