Библиографическое описание:

Попиков П. И., Лоскутов И. П., Раецкая Е. В. Математическая модель процесса трелевки лесоматериала бесчокерным захватом с рекуперативным гидроприводом // Молодой ученый. — 2009. — №11. — С. 40-43.

В процессе заготовки древесины при рубках ухода большое значение имеет процесс перемещения хлыстов и сортиментов от места валки до лесопогрузочного пункта.

Для этих целей в лесостепной зоне ЦЧР широко применяются бесчокерные трелевочные устройства, типа “Муравей” в агрегате с колесными сельско-хозяйствеными тракторами.

В процессе трелевки возникают большие динамические нагрузки, вследствие движения трактора по неровностям рельефа, и колебания трелюемой пачки. Динамические нагрузки воздействуют на навесную систему трактора и металлоконструкцию захватного устройства, что ведет к  снижению надежности и производительности работы агрегата.

Одним из вариантов повышение эффективности работы и увеличения производительности трелевочных захватных устройств является применение рекуперативного гидропривода. Его использование возможно в машинах циклического действия: машины лесного комплекса, манипуляторы, краны, экскаваторы. Так в конструкции некоторых экскаваторов применена рекуперация энергии посредством пневмогидравлического аккумулятора [1], интерес также представляет почвообрабатывающий агрегат с тремя системами рекуперации энергии работающими независимо друг от друга [2]. 

Гидросистемы сельскохозяйственных тракторов не приспособлены для выполнения рабочих процессов трелевки в транспортном положении навесной системы,    поэтому нами предлагается в гидросистему трактора подключить  гидроаккумулятор,  для снижения динамических нагрузок и рекуперации энергии.

С целью более полного и объективного представления процессов,  происходящих в гидроприводе трактора  во время трелевки, необходимо математически смоделировать  динамику гидропривода навесной системы колесного трактора с захватом с применением гидроаккумулятора.

Сбор деревьев  захватом производится путем перемещения  дерева поднятого за один (комлевой или вершинный) конец. В  этом случае на верхнюю часть пачки хлыстов действуют технологические силы,  и , а на нижнюю волочащуюся часть силы сопротивления волочению части дерева, лежащего на земле ,  и  (рисунок 1).

Используя материал представленный в [3] можно получить дифференциальное уравнение движения точки  в пространстве в плоскости УОZ по прямой Z=КУ, где k= 


Рисунок 1 - Расчётная схема подъёма и перемещения дерева бесчокерным захватом

 

                        m=P-F

                        m=P+F                                          (1)

                      +=Gh- F

Лабиринт

где     h- длина захваченного дерева; h - расстояние от точки захвата до центра масс дерева; z - траектория движения дерева во время захвата и подтаскивания; - сила тяжести захваченного дерева; m- масса дерева; h- высота подъёма захваченного дерева; - горизонтальная координата перемещения центра тяжести захвата при его подъёме.

       Из первых двух уравнений получены выражения для технологических сил, действующих со стороны захватного устройства на поднимаемые деревья:

                                      P                            (2)

P; P; P; где n==0,66

F- реакция  на  крону  деревьев   со   стороны определяется из третьего уравнения системы (1):

                                  F                             (3)

 

 Подставив эти выражения в формулы для определения нагрузки, действующей на шток гидроцилиндра навесной системы трактора (рисунок 2) получим дифференциальные уравнения описывающие подъём пачки деревьев:

                                                      (4)

 

                                                         (5)

где  - вертикальная координата захвата, м; -время, с; - коэффициент длины дерева;

- давление рабочей жидкости гидросистемы, Па;-  давление    рабочей    жидкости    в    сливной    магистрали гидросистемы, Па; - суммарный момент, сопротивление волочению пачки развиваемый силами тяжести дерева, захвата и навески трактора, Нм;- диаметр гидроцилиндра, м; - коэффициент податливости упругих элементов гидропривода, показывающий на сколько увеличивается объём элементов гидросистемы при увеличении давления на единицу, м/Па; -частота  вращения насоса, 1/с; - рабочий объём насоса, м/об; а - коэффициент  утечек  рабочей  жидкости, коэффициент утечек, равен отношению расхода рабочей жидкости, утекающей через различные неплотности к давлению в гидросистеме,  ; - количество жидкости поступающей в гидроаккумулятор; -  модуль упругости гидроакумулятора.

Лабиринт

При решении задачи сделаны следующие допущения:  давление в сливной линии не зависит от скорости движения поршня и является величиной постоянной; сила сопротивления трения не зависит от режима работы и является постоянной величиной; частота вращения  вала насоса не  зависит  от нагрузки  и является постоянной;  все плечи -  слабо изменяются при перемещении захвата,   в   первом   приближении   их   также   считаем   постоянными величинами; площадь сечения штока мала, по сравнению с площадью сечения гидроцилиндра.

Суммарный момент М определяется соотношением

                                                                  (6)

где m - соответственно, массы дерева, захвата и навесного оборудования,

g - ускорение свободного падения.

 

 

 

 

 

 

 

Лабиринт

 

 

 

 

 

Рисунок 2 - Расчётная схема навесной системы колёсного трактора в агрегате с бесчокерным захватом

Учитывая (4) и (5) условия единственности решения: при t = 0; z = 0; = 0; Р = 0.                       (7), где  - вертикальная проекция скорости движения захвата;

Введём следующие обозначения:

;;

;;

Система исходных уравнений и условия единственности приобретают

                                                                                                                (8)

                                                                                                    (9)

Лабиринт

 P(0) = 0;V(0)=0.

 Для  решения   задачи   выразим   из   уравнения   (8)   давление  Р  и

подставим его в уравнение (9):

                                           (10)

Полученное уравнение (10) является обыкновенным линейным неоднородным дифференциальным уравнением второго порядка. Его общее решение определяется как сумма общего решения однородного уравнение и частного решения дифференциального уравнения (10).

Опуская некоторые математические выкладки запишем общее решение дифференциального уравнения

                                 V=e                       (11)

Дня определения давления Р найдём производную от скорости V по времени,                                                              P(0)=0 с учетом постоянных интегрирования из условий что V(0)=0; и P(0)=0, найдем выражение для вертикальной координаты Z с учетом постоянной интегрирования из условии Z(0) = 0, опуская некоторые математические выкладки и возвращаясь к исходным переменным -   ;;;; принимая допущения об отсутствии утечек в системе и  амплитуды давления и скорости захвата принимают максимальные значения.

Получим аналитические выражения для :                                            

                 V=             (12)

               P=                             (13)

        Z=               (14)

 

Лабиринт

Эти выражения (12), (13), (14) могут быть использованы для инженерных расчётов при проектировании гидропривода трелёвочных устройств с рекуперацией энергии.

 

Библиографический список

1.Смоляницкий, Э.А. Рекуперативный насосно-аккумуляторный гидропривод для мобильных машин-орудий циклического действия [Текст] / Э.А Смоляницкий.- СДМ. 2007. №5.- С. 3-10.

2. Рекуперативный гидропривод почвообрабатывающего агрегата: пат. на изобретение 2294613 Российская Федерация, МПК А01В 63/10, А01В 63/112, А01В 63/111 / В.И. Посметьев, Е.А. Тарасов, В.В. Посметьев, В. С. Кухарев; заяв. и патентообладатель ВГЛТА.-№2005124070/12; заяв.28.07.2005; опубл.10.03.2007, Бул. №7.  

3. Жуков А. В. Проектирование лесопромышленного оборудования : [Учеб. для вузов по спец. "Машины и оборуд. лесн. комплекса"] [Текст] / А. В. Жуков, Минск Вышэйш. шк. 1990 - 311с.

Основные термины (генерируются автоматически): вследствие движения трактора, циклического действия, траектория движения дерева, силами тяжести дерева, навесную систему трактора, рекуперации энергии, захватного устройства, Математическая модель, волочению части дерева, системы колесного трактора, центра масс дерева, колебания трелюемой пачки, рабочей жидкости, центра тяжести захвата, часть пачки хлыстов, волочению пачки развиваемый, динамику гидропривода навесной, лесоматериала бесчокерным захватом, гидросистему трактора, гидроприводе трактора.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle
Задать вопрос