Progettazione e analisi FEM di un telaio per il posizionamento di una cabina su un banco four poster = Design and FEM analysis of a frame for positioning a cab on a four poster test bench

Nell’ambito dei test dinamici eseguiti sui veicoli agricoli, i banchi prova four poster sono spesso utilizzati per la validazione e lo sviluppo di componenti quali la cabina e le sospensioni. Il presente lavoro è stato svolto presso il reparto product validation dello stabilimento CNH Industrial di Modena, san Matteo. L’esigenza da cui nasce il lavoro è quella di testare sul banco four poster dello stabilimento la cabina di un trattore troppo grande per essere montato interamente sul banco, date le dimensioni ridotte della sala in cui viene eseguita la prova. Costruttivamente il banco in questione presenta una caratteristica particolare per quanto riguarda il collegamento al veicolo. Esso infatti, diversamente da quanto realizzato in molti altri casi, non avviene dal terreno direttamente sullo pneumatico ma tramite collegamento degli attuatori con i mozzi ruota. La soluzione ideata per il raggiungimento dell’obiettivo è quella di realizzare una struttura che si vada a collegare al banco in modo simile ai mozzi ruota, e riesca contemporaneamente a vincolare su di sé la cabina in questione, facendole raggiungere un’accelerazione massima di 3g. In questo elaborato è riportato il procedimento seguito per la progettazione dei vari componenti, che andranno a costituire la struttura di interfaccia banco-cabina. Nello specifico, i componenti progettati sono il telaio, che è l’elemento principale, al quale sono aggiunti i collegamenti con il banco, che riprendono il funzionamento dei mozzi ruota, e i collegamenti che vincolano al telaio la cabina interfacciandosi alle sue sospensioni. Il software CAD/CAM utilizzato per il lavoro è ptc Creo Parametric per quanto riguarda la modellazione, con l’estensione Simulate che consente di realizzare le analisi utilizzando il metodo a elementi finiti (FEA). Al fine di realizzare una validazione statica del modello, si sono messi a paragone gli andamenti delle tensioni di Von Mises, ottenuti tramite una simulazione con il metodo FEM del telaio, realizzata dal software, e quelli ottenuti dal calcolo effettuato secondo la teoria della trave. Una volta validato staticamente il modello, si è proseguito con le analisi statiche a elementi finiti sui vari componenti, monitorando in particolar modo l’andamento delle tensioni secondo il criterio di Von Mises e quello delle deformazioni. In base a questi parametri è stata ritoccata la geometria dei componenti, laddove necessario, fino all’ottenimento di valori accettabili dal punto di vista delle sollecitazioni. Si è anche realizzata una analisi in frequenza dei quattro attuatori del banco, alla ricerca delle frequenze proprie di risonanza, in modo tale da tenerne conto durante la progettazione della struttura. Tramite Creo Simulate infatti, si sono realizzate anche delle analisi modali di quanto progettato con il fine di trovarne i modi di vibrare e assicurarsi che si trovino a frequenze sufficientemente lontane da quelle del banco, per scongiurare sovrapposizioni tra le risonanze. In conclusione, si è riusciti a progettare la struttura obiettivo del lavoro secondo le specifiche di progetto. I vari componenti sono stati validati staticamente e, dal punto di vista dinamico, si è riscontrato che la prima frequenza che manda in risonanza la struttura ha un margine accettabile rispetto a quella degli attuatori. Come possibile step successivo del lavoro si potrebbe realizzare una analisi modale della struttura considerando anche l’effetto della cabina sulla sua dinamica, e in particolare sui modi propri di vibrazione.