Математическая модель рабочих процессов бесчокерного трелевочного захвата с энергосберегающим гидроприводом
Автор: Юдин Роман Викторович, Попиков Петр Иванович, Усков Владимир Игоревич, Платонов Алексей Александрович, Попиков Виктор Петрович, Канищев Денис Александрович
Журнал: Resources and Technology @rt-petrsu
Статья в выпуске: 1 т.19, 2022 года.
Бесплатный доступ
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.
Энергосберегающий гидропривод, бесчокерный захват, трелевка, пневмогидравлический аккумулятор, лесоматериалы
Короткий адрес: https://sciup.org/147237231
IDR: 147237231 | УДК: 630*377
Mathematical model of operating processes of the chocker-free trip with energy-saving hydraulic drive
Chokerless hauling devices are often used in combination with wheeled agricultural tractors for thinning operations in the forest-steppe zone of Russia. Negative fluctuations often occur during the movement of the tractor with the above-mentioned unit along uneven terrain in clearings. They cause jumps in the working fluid in the hydraulic system and general high dynamic loads, which in turn reduce the reliability of both technological equipment and the traction unit. One of the options for reducing dynamic loads and energy consumption is the use of an energy-saving (recuperative) hydraulic drive with a hydraulic accumulator. The aim of the study was to develop a new chokerless hauling grip and a mathematical model that took into account external and internal forces acting on a skidded bundle of wood, as well as the parameters of an energy-saving hydraulic drive that allowed reducing the dynamic loading and energy intensity of work processes. The authors of the article proposed a new design and technological scheme for a chokerless hauling grip with an energy-saving hydraulic drive, protected by a patent of the Russian Federation for an invention. A mathematical model is presented that takes into account not only the external and internal forces acting on the skidding pack of wood, but also the parameters of an energy-saving hydraulic drive. The working processes of gripping together with a pack of wood during transient acceleration and deceleration modes are described by the equation of motion of the recuperation hydraulic cylinder piston and by the equation of the hydraulic fluid consumption of the recuperation hydraulic cylinder, taking into account leakages into the accumulator at a pressure higher than the pre-charge one. The Cauchy problem for a nonlinear system of differential equations of a hauling grip motion with an energy-saving hydraulic drive was considered. Theoretical time dependences of the working fluid pressure and the stroke of the recuperation hydraulic cylinder were obtained, their adequacy was confirmed by the results of experimental studies on an operating laboratory stand for a chokerless gripper with an energy-saving hydraulic drive with the following design parameters: hydraulic accumulator pre-charge pressure 5 MPa; hydraulic accumulator working volume 0.005 m3; hydraulic cylinder piston diameter 0.1 m; hydraulic cylinder rod diameter 0.04 m. It has been established that the energy recovery system of the hauling grip reduced bursts of the working fluid pressure during transient processes by 1.4…1.7 times and allowed reserving power in the range of 1.7 ... 2.1 kW.
Список литературы Математическая модель рабочих процессов бесчокерного трелевочного захвата с энергосберегающим гидроприводом
- Бухтояров Л. Д., Абрамов В. В., Просужих А. А., Рудов С. Е., Куницкая О. А., Григорьев И. В. Анализ конструкций и технологий работы форвардеров на лесозаготовках // Resources and Technology. 2020. Т. 17, № 3. С. 1—35. DOI: 10.15393/j2.art.2020.5283.
- Попиков П. И., Посметьев В. И., Черных А. С., Канищев Д. А, Посметьев В. В. Обоснование выбора схемы и моделирование устройства для бесчокерной трелёвки леса с энергосберегающим гидроприводом // Лесотехнический журнал. 2016. Т. 6, № 4 (24). С. 216—224. DOI: 10.12737/23460.
- Шегельман И. Р., Будник П. В., Баклагин В. Н. Оценка рейсовой нагрузки лесного трактора как важнейшего фактора проектирования и создания прогрессивных лесных машин // Современные наукоёмкие технологии. 2018. № 11. С. 78—83. DOI: 10.17513/snt.37241.
- Янь Ш. Повышение эффективности деятельности лесопромышленных предприятий на территории Российской Федерации // Системы. Методы. Технологии. 2018. № 1 (37). С. 130—135. DOI: 10.18324/2077-5415-2018-1-130-135.
- Шегельман И. Р., Будник П. В. Особенности оценки расчётной рейсовой нагрузки на антецедентной стадии проектирования бесчокерной трелёвочной системы на основе машинного эксперимента // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2019. № 3 (369). С. 82—96. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.3.82.
- Orlovsky L. Time study analyses of skidding with cable-grapple skidder equus 175N // Logging industry: problems and solutions: Материалы II Международной научно-технической конференции. Минск, 2021. С. 137—142.
- Platonov A. A. Modern state of technical means to remove uncontrolled vegetation // Lesnoy Vestnik. Forestry Bulletin. 2021. Vol. 25, No 1. P. 115—122. DOI: 10.18698/2542-1468-20211-115-122.
- RybakA., TsibriyI. Simulation of the pump-battery power supply control system based on the unloading machine // E3S Web of Conferences. Topical Problems of Green Architecture, Civil and Environmental Engineering, TPACEE-2019. 2020. P. 01004. DOI: 10.1051/e3 sconf/202016401004.
- Посметьев В. И., Никонов В. О., Посметьев В. В. Компьютерное моделирование рекуперативного тягово-сцепного устройства лесовозного автомобиля с прицепом // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. 2019. № 4 (370). С. 108—123. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.108.
- Никонов В. О., Посметьев В. И., Яковлев К. А. Рекуперация гидравлической энергии в тягово-сцепном устройстве лесовозного автомобиля с прицепом // Лесотехнический журнал. 2018. Т. 8, № 4 (32). С. 230—239. DOI: 10.12737/article_5c1a323b1d0433.96668845.
- Никонов В. О., Посметьев В. И., Журавлев Р. В. Анализ конструктивных особенностей тягово-сцепных устройств грузовых автомобилей с прицепами // Воронежский научно-технический вестник. 2018. Т. 4, № 4 (26). С. 13—24.
- Патент на изобретение RU 2579776 C1, 10.04.2016. Устройство для бесчокерной трелёвки леса / Посметьев В. И., Попиков П. И., Зеликов В. А., Канищев Д. А., Посметьев В. В. Заявка № 2014147430/13 от 25.11.2014.
- Зубова С. П., Усков В. И. Асимптотическое решение задачи Коши для уравнения первого порядка с малым параметром в банаховом пространстве. Регулярный случай // Математические заметки. 2018. Т. 103, № 3. С. 392—403. DOI: 10.4213/mzm11199.
- Баев А. Д., Зубова С. П., Усков В. И. Решение задач для дескрипторных уравнений методом декомпозиции // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Физика. Математика. 2013. № 2. С. 134—140.
- Попиков П. И., Канищев Д. А., Сутолкин А. В. Результаты экспериментальных исследований рабочих процессов бесчокерного трелёвочного захвата с энергосберегающим гидроприводом // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2020. Т. 8, № 1 (48). С. 123—128. DOI: 10.34220/2308-88772020-8-1-123-128.
