Interaktive Simulation am Beispiel einer ... - Baumaschine.de

5. Fachtagung Baumaschinentechnik 2012 Technische Universität Dresden
3 Simulationsmodell der Tunnelspritzmaschine
Das Modell der Tunnelspritzmaschine besteht aus einem Starrkörpermodell, dem Modell
für den hydraulischen Antrieb sowie den Schnittstellen zu einem vereinfachten Prozessmodell.
Das Modell wird in Modelica beschrieben, wobei die Teilmodelle durch entsprechend
abstrahierte Schnittstellen miteinander verbunden sind. Dies ermöglicht den flexiblen
Austausch der Modelle und vereinfacht die Abbildung von Varianten.
Das Starrkörpermodell besteht aus 14 Körpern und besitzt den Freiheitsgrad 5 (Bild 4).
Der Unterwagen der Maschine wurde dabei als starr angenommen, so dass das resultierende
Modell ausschließlich durch den Spritzarm gebildet wird. Die kinematischen Schleifen
wurden durch eine entsprechende kinematische Analyse aufgelöst und die resultierenden
Gelenkwinkel durch Übertragungsfunktionen beschrieben (/11/). Dadurch können
geschlossene kinematische Ketten in Baumstrukturen überführt werden (Bild 5). Die
kinematische Analyse beschränkt sich dabei auf wenige elementare Mechanismen, welche
im Bereich der mobilen Arbeitsmaschinen typisch sind und deren mathematische Zusammenhänge
leicht abgeleitet werden können.
Das Modell ist in Minimalkoordinaten beschrieben. Die resultierenden Gleichungen bilden
ein System gewöhnlicher Differentialgleichungen. Algebraische Differentialgleichungen
mit Index 3 (/1/, /9/) können somit vermieden werden, so dass die numerische Berechnung
des Modells deutlich vereinfacht wird.
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Bild 4: Starrkörpermodell des Spritzarmes
Die Schnittstellen zum Antriebsmodell werden an den Aktuatoren beschrieben. Dies sind
im Fall der Tunnelspritzmaschine die Hydraulikzylinder und das Drehwerk. Die hydraulische
Parallelführung wird durch die Integration des Koppelzylinders in den Mechanismus
des A-Gelenkes und die hydraulische Verknüpfung mit dem Zylinder des B-Gelenkes automatisch
im Modell beschrieben. Die mechanischen Effekte, welche aus der Verspannung
des A-Gelenkes resultieren, können direkt anhand der Simulationsergebnisse analysiert
werden.