Математическая модель рабочих процессов бесчокерного трелевочного захвата с энергосберегающим гидроприводом

При рубках ухода за лесом в лесостепной зоне России нередко применяются бесчокерные трелёвочные устройства в агрегате с колёсными сельскохозяйственными тракторами. При этом во время движения трактора с вышеозначенным агрегатом по неровностям рельефа на вырубках зачастую возникают негативные колебания, которые вызывают скачки рабочей жидкости в гидросистеме, и общие высокие динамические нагрузки, снижающие, в свою очередь, надёжность как технологического оборудования, так и тягового агрегата. Одним из вариантов снижения динамических нагрузок и энергозатрат является применение энергосберегающего (рекуперативного) гидравлического привода с гидроаккумулятором. Целью исследования является разработка нового бесчокерного трелёвочного захвата и математической модели, учитывающей внешние и внутренние силы, действующие на трелюемую пачку древесины, а также параметров энергосберегающего гидропривода, позволяющего обеспечить снижение динамической нагруженности и энергоёмкости рабочих процессов. Авторами статьи предложена новая конструктивно-технологическая схема бесчокерного трелёвочного захвата с энергосберегающим гидроприводом, защищённая патентом Российской Федерации на изобретение. Представлена математическая модель, учитывающая не только внешние и внутренние силы, действующие на трелюемую пачку древесины, но также и параметры энергосберегающего гидравлического привода. Рассмотрены рабочие процессы захвата вместе с пачкой древесины при переходных режимах разгона и торможения, которые описаны уравнением движения поршня гидроцилиндра рекуперации и уравнением расхода рабочей жидкости гидроцилиндра рекуперации с учётом перетечек в гидроаккумулятор при давлении выше предварительной зарядки. Рассмотрена задача Коши для нелинейной системы дифференциальных уравнений движения трелёвочного захвата с энергосберегающим гидроприводом. Получены теоретические временные зависимости давления рабочей жидкости и хода штока гидроцилиндра рекуперации, адекватность которых подтверждены результатами экспериментальных исследований на действующем лабораторном стенде бесчокерного захвата с энергосберегающим гидроприводом, со следующими проектными параметрами: давление предварительной зарядки гидроаккумулятора 5 МПа; рабочий объём гидроаккумулятора 0,005 м3; диаметр поршня гидроцилиндра 0,1 м; диаметр штока гидроцилиндра 0,04 м. Установлено, что система рекуперации энергии трелёвочного захвата снижает всплески давления рабочей жидкости при переходных процессах в 1,4-1,7 раза и позволяет запасать мощность в пределах 1,7-2,1 кВт.