Skip to main content
SUPERVISOR
Mohsen Esfahanian,MohammadReza Forouzan
محسن اصفهانیان (استاد مشاور) محمدرضا فروزان (استاد راهنما)
 
STUDENT
Mohammadhossein Ramezani
محمدحسین رمضانی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی مکانیک
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1395

TITLE

Determining the dual tires bogies required steering torque of the heavy duty vehicles
The optimized design or selection of tire steering equipment is directly related to the amount of torque required for steering. Therefore, determination of steering torque is necessary for each traortation vehicle. The purpose of this project is to determine the amount of torque required for steering of dual-tires bogie in a heavy duty vehicle i.e. mobile boat hoist (MBH). The MBH studied in this project has a nominal weight traorting capacity of 300 tons distributed on 8 tires, so there are tens of tons load on each tire. In this project the analytical model of calculating steering torque for any contact area shape and contact pressure distribution is presented first. This model is based on the integration of torque of frictional forces of contact area (footprint) elements. Then a numerical (Finite Elements) model of the MBH tire is made in the ABAQUS software and the steering torque has been obtained from the finite elements (FE) model for two different states: “steering of single-tire around the center of footprint” and “steering of dual-tires bogie around the center of bogie”. In the FE model three different materials are assumed for modelling the behavior of different parts of tire (two different orthotropic and a hyperelastic material). The required coefficients for determining these materials have been estimated and then regulated and verified according to practical tests on the vehicle. The analytical and also the FE results are compared with each other and discussed. By making the rolling simultaneous with steering in dual-tires possible, since the center of rotation of each tire is transmitted from the point between two tires to the center of its footprint, the steering torque decreases greatly and will be a few more than twice amount of steering torque of single-tire. The remained difference is for the reason of existence of rolling resistance forces. Determining shape of the contact area as rectangle with elliptical ends is one of the achievements of this project. As the load on the tire increases, the length of rectangular part increases. At the end, the amount of torques obtained from the modelling are verified by doing tests of torque measurement on the MBH. Keywords: Steering, Tire, Steering torque, Footprint, Steering of dual tires vehicles, Mobile boat hoist, Finite element simulation
امروزه بسیاری از وسایل نقلیه از چرخ (تایر) برای حرکت خود استفاده می‌کنند. شکل دوار چرخ باعث‌‌شده که به‌دلیل غلتیدن آن، حمل و نقل به انرژی بسیار کمتری نسبت به روش‌های قبلی نیاز داشته‌باشد. یکی از موضوعات اساسی در استفاده از چرخ (تایر)، نحو? فرمان‌دهی و میزان گشتاور لازم برای این کار است. طراحی یا انتخاب بهین? تجهیزات فرمان‌دهی تایر، به‌طور مستقیم به ‌میزان گشتاور لازم برای فرمان‌دهی وابسته است. به‌این منظور تعیین گشتاور فرمان‌دهی برای هر وسیل? نقلیه امری ضروری است. هدف از انجام این پایان‌نامه، تعیین میزان گشتاور لازم برای فرمان‌دهی بوژی با تایر جفت در یک وسیل? نقلی? حمل شناور است. دستگاه حمل شناور مورد بررسی در این پایان‌نامه، دارای ظرفیت اسمی حمل بار 300 تُن است و با توجه به اینکه دارای 8 تایر است، بر روی هر یک از تایرهایش ده‌ها تُن وزن قرار دارد. در این پایان‌نامه ابتدا مدل تحلیلی محاسب? گشتاور فرمان‌دهی برای انواع مدل‌های سطح تماس و انواع توزیع فشار تماسی ارائه‌‌شده‌است. این مدل بر مبنای انتگرال‌گیری از گشتاور نیروهای اصطکاکی المان‌های سطح تماس است. سپس مدل عددی (اجزای محدود) از تایر دستگاه مذکور در نرم‌افزار ABAQUS ساخته‌‌شده و گشتاور فرمان‌دهی با استفاده از مدل اجزای محدود برای دو حالت «فرمان‌دهی تک‌تایر حول مرکز سطح تماس» و «فرمان‌دهی جفت‌تایر حول مرکز بوژی» به‌دست‌آمده‌است. در مدل اجزای محدود، سه ماد? مختلف (دو ماد? ارتوتروپیک متفاوت و یک ماد? هایپرالاستیک) برای شبیه‌سازی رفتار قسمت‌های مختلف تایر در نظر گرفته‌‌شده‌است. ضرایب مورد نیاز برای تعریف این مواد، تخمین زده‌شده و توسط انجام آزمایش‌های میدانی بر روی دستگاه مذکور تنظیم و تأیید شده‌است. سپس نتایج حاصل از مدل‌های تحلیلی و مدل‌های اجزای محدود با یکدیگر مقایسه‌‌شده و دربار? آن‌ها بحث‌ شده‌است. با اضافه‌کردن گشتاور ناشی از نیروهای مقاومت غلتشی به دو برابر گشتاور ناشی از نیرو‌های اصطکاکیِ مدل‌های تک‌تایر، مشاهده می‌گردد که نتایج بسیار به یکدیگر نزدیک است و همخوانی دارد. از این مسأله نتیجه‌گیری می‌شود که با ایجاد امکان غلتش همزمان با فرمان‌دهی به تایرهای جفتی، چون مرکز دوران هر تایر از نقط? وسط دو تایر به مرکز سطح تماس هر تایر منتقل می‌شود، گشتاور لازم برای فرمان‌دهی به‌شدت کاهش می‌یابد و فقط اندکی بالاتر از دو برابر گشتاور فرمان‌دهی تک‌تایر است؛ و این مقدار اختلاف نیز، به‌دلیل وجود گشتاور ناشی از نیروهای اصطکاک غلتشی است. از دیگر نتایج این پایان‌نامه، تعیین شکل سطح تماس به‌صورت مستطیلی با ابتدا و انتهای بیضوی است. هرچه بار روی تایر بیشتر شود، طول قسمت مستطیلی نیز بیشتر شده و سطح تماس از حالت بیضوی به سمت مستطیلی می‌رود. همچنین از دیگر نتایج این پایان‌نامه، تعیین فشار تماسی در راستای طولی تایر به‌صورت ذوزنقه‌ای است. در انتها، میزان گشتاورهای به‌دست‌آمده از شبیه‌سازی، توسط انجام آزمایش‌های میدانی اندازه‌گیری گشتاور بر روی دستگاه مورد بررسی، صحت‌سنجی و تأیید شده‌است. کلمات کلیدی: فرمان، تایر، گشتاور فرمان‌دهی، سطح تماس، فرمان‌دهی خودروهای جفت‌تایر، جرثقیل متحرک حمل شناور، شبیه‌سازی اجزای محدود

ارتقاء امنیت وب با وف بومی