Erstellung eines modularen Mehrkörpermodells zur Abbildung des dynamischen Verhaltens von Schaufelradbaggern: Fid-Bau Portal

Erstellung eines modularen Mehrkörpermodells zur Abbildung des dynamischen Verhaltens von Schaufelradbaggern

Schlecht, Berthold / Schulz, Carsten

Im Rahmen des Forschungsvorhabens wurde ein komplexes Mehrkörpersystem-Modell des Schaufelradbaggers 293 entwickelt. Ziel dabei war es, den Ist-Zustand und die auftretenden Betriebsbelastungen zu erfassen, um darauf aufbauend optimierte Regelungsstrategien zur Minimierung der Dynamik zu erarbeiten. Stets stand dabei eine ganzheitliche Modellierung im Vordergrund, da sie die Berücksichtigung aller wesentlichen physikalischen Effekte erlaubt. Der gegenüber dem messdatenbasierten Ansatz höhere Modellierungsaufwand für eine ganzheitliche Betrachtung wird durch den Gewinn eines umfangreichen Systemverständnisses aufgewogen. Erst diese genaue Beschreibung aller Teilsysteme offenbarte die komplexen Wechselwirkungen zwischen Grabvorgang, Schaufelradantrieb und Oberbau. Im Verlauf der Modellentwicklung zeigte sich, dass ein einfaches Torsionsmodell des Triebstranges nicht in der Lage ist, diese Zusammenhänge zu beschreiben. Darüber hinaus wurde die große Bedeutung des Grabwiderstandsmodells deutlich. Neben den zu erwartenden kinematischen Frequenzen wird durch die dargestellten Modulationseffekte ein breites Schwingungsspektrum hervorgerufen. Bauteile, die sonst nicht angeregt würden, antworten auf diese Modulationen mit Eigenschwingungen und erhöhen infolgedessen die Systemdynamik. Mit dieser ausführlichen Beschreibung des Gesamtsystems konnte ein Abgleich des Modells mit der Realität in weiten Grenzen erfolgen. Auf dieser Grundlage können Extrapolationen auf andere Betriebszustände mit einem maximalen Maß an Sicherheit durchgeführt werden. Ferner erlaubt ein derart abgesicherter Modellstand die Bewertung einzelner Teilmodelle bezüglich der Möglichkeit einer Modellvereinfachung. Für das hier dargestellte Baggermodell lässt sich beispielsweise eine vereinfachte Beschreibung der Verzahnungen ableiten, da diese einen zu vernachlässigenden Einfluss auf das makroskopische, niederfrequente Schwingungsverhalten der Anlage haben. Zusätzlich kann damit eine deutliche Reduktion der Rechenzeit erreicht werden. Im Sinne der Ziele dieses Forschungsvorhabens kann nun auf Grundlage des erarbeiteten und validierten Modells die zielgerichtete Entwicklung einer Regelungsstrategie zur Verringerung der Triebstrangdynamik folgen.