Система энергосбережения лесного почвообрабатывающего агрегата: анализ на основе имитационного компьютерного моделирования

В.И. Посметьев, В.А. Зеликов, А.И. Третьяков
ГОУВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»,
г. Воронеж


На лесных объектах трактор в агрегате с почвообрабатывающим орудием при движении испытывает значительные колебания в широком частотно-амп­литудном диапазоне. Это обусловлено тем, что рельеф лесной поверхности содержит большое число неровностей и препятствий различного типа: как довольно крупных, размером 2-10 м (ямы и холмы), так и мелких, размером 0,1-0,5 м (пни, корни деревьев, камни и т.п.). Вынужденные колебания трактора оказывают вредное воздействие на водителя, отрицательно сказываются на ходовых свойствах агрегата и ухудшают качество выполнения технологических операций.

Ранее нами было предложено техническое решение, позволяющее за счет уменьшения непродуктивных колебаний трактора, путем рекуперации, непрерывно получать полезную мощность (более 2 кВт). Для этого агрегат оснастили гидравлической системой энергосбережения. В каретки трактора были встроены гидроцилиндры, выполняющие роль насосов и, таким образом, поддерживающих необходимое давление в пневмогидравлическом аккумуляторе. Кроме этого гидроцилиндры выполняют роль амор­тизаторов подрессоренной массы трактора. Из аккумулятора рабочая жидкость направляется на интенсификацию технологического процесса – вибрацию дисковых батарей культиватора [1].

Для оценки эффективности указанной системы энергосбережения нами была разработана трехмерная имитационная модель движения гусеничного трак­тора ДТ-75 на вырубке (рис. 1) [2]. Благодаря своей универсальности разработанная модель предоставляет широкие возможности для изучения влияния большого количества конструктивных и технологических параметров агрегата на эффективность системы энергосбережения и динамические характеристики почвообрабатывающего агрегата.

Рис. 1. Интерфейсная форма программы для анализа эффективности системы энергосбережения трактора ДТ-75

Цель работы заключалась в оценке эффективности сглаживания колебаний трактора системой энергосбережения и в изучении влияния вязкоупругих характеристик кареток трактора на величину возвращаемой мощности.

Существенное неблагоприятное воздействие на организм водителя трактора оказывают вертикальные ускорения места расположения водителя. На рисунке 2 представлена функция распределения вертикальных ускорений p(aY). При оснащении агрегата системой энергосбережения вертикальные ускорения снижаются приблизительно на 15 % в наиболее выраженном диапазоне ускорений 0 ... 2 м/с2.

Рис. 2. Функция распределения вертикальных ускорений p(aY) на рабочем месте водителя трактора

Разработанная имитационная модель позволила проверить, можно ли достигнуть увеличения рекуперируемой мощности путем изменения жесткости cк и коэффициента демпфирования каретки трактора (для удобства в модели используются не линейные, а угловые коэффициенты). С этой целью были проведены серии компьютерных экспериментов, в которых cк изменяли от 1500 до 4000 Н•м/рад с шагом 500 Н•м/рад, затем от 4000 до 10000 Н•м/рад с шагом 1000 Н•м/рад (рис. 3, а). Коэффициент демпфирования dк варьировали от 200 до 4500 Н•м•с/рад2 с шагом 300 Н•м•с/рад2 (рис. 3, б).

а б

Рис. 3. Зависимость рекуперируемой мощности от вязкоупругих параметров каретки: угловой жесткости cк (а) и углового коэффициента демпфирования dк (б)

Судя по графику Nр(cк), желательно использовать пружины с как можно меньшей жесткостью, тогда неровности поверхности вызывают наибольшие величины ходов поршней в рекуперативных гидроцилиндрах и, соответственно, наибольшие значения аккумулируемой энергии. Однако при малой жесткости пружин подвеска практически перестает работать, трактор оседает, и даже незначительные неровности приводят к существенным перемещениям колес или балансиров кареток и к их ударам об упоры. Поэтому устанавливать в каретках пружины с меньшей жесткостью, чем жесткость серийных пружин, нецелесообразно.

Зависимость возвращаемой мощности от коэффициента демпфирования dк имеет максимум при 1500 ... 2000 Н•м•с/рад2. Необходимо отметить, что в первом приближении возвращаемая мощность оценивалась именно через рассеяние на демпфере с коэффициентом dк. При малых значениях dк эффективность демпфирования мала, и как следствие, отбираемая мощность также мала. При больших же значениях dк ухудшаются взаимное перемещение балансиров каретки, поэтому возвращаемая мощность также уменьшается.

Таким образом, система энергосбережения лесного почвообрабатывающего агрегата на основе трактора ДТ-75 уменьшает неблагоприятные колебания корпуса трактора приблизительно на 15 %, при этом возвращая около 2 кВт полезной мощности. При этом нет необходимости изменять упругие характеристики серийных пружин кареток трактора. Рекуперативные гидроцилиндры долж­ны, в плане отбора мощности, обеспечивать коэффициент демпфирования 1500 ... 2000 Н•м•с/рад2.

Список литературы

1. Свиридов Л.Т. Повышение эксплуатационных свойств лесных почвообрабатывающих орудий на основе компьютерного моделирования / Л.Т. Свиридов, В.А. Зеликов, А.В. Лиференко // Известия Санкт-Петербургской лесо­тех­ни­ческой академии. – СПб.: СПбГЛТА, 2009. – С. 33-34.

2. Расчет и проектирование строительных и дорожных машин на ЭВМ / Под ред. Е.Ю. Малиновского. – М.: Машиностроение, 1980. – 216 с. 


Назад к списку