Ermittlung repräsentativer Lastkollektive zur Betriebsfestigkeit von Ackerschleppern

Kurzfassung
Bei der Entwicklung moderner Landmaschinen besteht der Zielkonflikt zwischen Zuverlässigkeit
und Dauerhaltbarkeit auf der einen Seite und Kosten- und Fahrzeugeffizienz
auf der anderen Seite. Repräsentative Lastkollektive zur Beschreibung der Betriebsbelastungen
im Nutzungsbetrieb sind dabei eine zentrale Forderung zur
Dimensionierung von Bauteilen. Eine große Herausforderung besteht in der adäquaten
Beschreibung der Nutzungsvariabilität einer Kundenpopulation und der Identifikation
der kritischsten Kombination der Lastfälle.
Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Ermittlung und Erprobung eines Verfahrens zur Beschreibung
der wirkenden Belastungen von Traktoren im Anwendungsbetrieb. Im Fokus
steht die Ableitung repräsentativer Lastkollektive, die als Grundlage für Betriebsfestigkeitsprüfungen
dienen. Inhaltlich basiert das eingesetzte Verfahren auf der
systematischen Trennung der auftretenden Betriebszustände (Faktormodell) und deren
Einsatzverteilung im Kundenbetrieb (Nutzungsmodell). Die im Faktormodell identifizierten
Betriebszustände werden dabei durch repräsentative Lastmessungen im
Kundenbetrieb beschrieben. Mittels Monte-Carlo-Simulation erfolgt die Erzeugung einer
beliebigen Anzahl virtueller Nutzer auf Basis der definierten Randbedingungen des
Nutzungsmodells. Die erzeugten Nutzer besitzen jeweils eine individuelle Einsatzverteilung
und das Verfahren ordnet ihnen abhängig von der vorgegebenen Nutzungsdauer
die Lastdaten der korrespondierenden Betriebszustände zu. Die ausgewählten
Lastdaten werden entsprechend der spezifischen Einsatzverteilung in Form von
Pseudo-Schädigungszahlen für die Ziellebensdauer des Fahrzeugs aufsummiert. Die
ermittelten Gesamtschädigungen sind dabei als Maß für die Härte der Belastungen im
Anwendungsbetrieb zu verstehen. Auf Basis der Verteilung der Gesamtschädigungen
einer Nutzerpopulation erfolgt die Identifikation des Referenz- oder Auslegungsnutzers
(z. B.: 95% oder 99% Quantil). Die hinter dem ausgewählten Nutzer steckende Kombination
der Lastfälle ermöglicht die Berechnung von repräsentativen Lastkollektiven.
Das Verfahren ist zur Ermittlung von Eingangsbelastungen für Prüfprozeduren und die
numerische Betriebsfestigkeitssimulation nutzbar. Es eignet sich weiterhin zur Durchführung
von Sensitivitätsstudien bei der Entwicklung neuer Fahrzeuge wie auch zur
Identifikation von marktspezifischem Kostenreduzierungspotential.