МОДЕЛИРОВАНИЕ РАБОЧИХ ПРОЦЕССОВ ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩЕГО ГИДРОПРИВОДА МЕХАНИЗМА ПОДЪЕМА ЛЕСНОГО МАНИПУЛЯТОРА

Сотир Глушков, А.Т. Рыбак, П.И. Попиков, В.И. Усков, Д.С. Богданов, А.В. Конюхов

Скачать

№ 4 (44)

Технологии. Машины и оборудование

Сведения об авторах

Глушков Сотир Петров – доктор технических наук, профессор, Институт лесоводства Болгарской академии наук, 132 Кл. Ohridski street, 1756, София, Болгария, http://orcid.org/ 0000-0002-9089-417X, e-mail: sotirgluschkov@abv.bg.

Рыбак Александр Тимофеевич – доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Донской государственный технический университет», кафедра приборостроения и биомедицинской инженерии, машин, 344003, ЮФО, Ростовская область, г. Ростов-на-Дону, пл. Гагарина, 1; ORCID: http://orcid.org/0000-0001-9950-3377, e-mail: 2130373@mail.ru.

Попиков Пётр Иванович – доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», кафедра механизации лесного хозяйства и проектирования машин машин 394087, Воронеж, ул. Тимирязева, 8; ORCID: http://orcid.org/0000-0002-6348-8934, e-mail: popikovpetr@yandex.ru.

Усков Владимир Игоревич – кандидат физико-математических наук, старший преподаватель, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова», кафедра высшей математики, 394087, Воронеж, ул. Тимирязева, 8,  ORCID: http://orcid.org/0000-0002-3542-9662, e-mail:  vum1@yandex.ru.

Богданов Дмитрий Сергеевич – аспирант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет им Г.Ф. Морозова», кафедра механизации лесного хозяйства и проектирования машин, 394087, Воронеж, ул. Тимирязева, 8;  ORCID: http://orcid.org/0000-0003-4179-8189, e-mail: bogdanov_s69@mail.ru.

Конюхов Андрей Валерьевич – аспирант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Воронежский государственный лесотехнический университет им Г.Ф. Морозова», кафедра механизации лесного хозяйства и проектирования машин, 394087, Воронеж, ул. Тимирязева, 8, ORCID: http://orcid.org/0000-0002-1828-3673, e-mail: akoniukhov@gmail.com.

 

Аннотация: 

В настоящее время в России принят курс на создание конкурентоспособных машин и оборудования. Это относится и к мобильным лесозаготовительным машинам манипуляторного типа. Поэтому проектирование и создание лесных манипуляторов с энергосберегающим гидроприводом является актуальной задачей. Приведен анализ исследований технологических, динамических и кинематических характеристик машин манипуляторного типа. Представлена новая гидрокинематическая схема механизма подъема стрелы с системой рекуперации энергии в пуско-тормозных режимах. Разработана математическая модель процесса подъема стрелы, описываемая системой нелинейных дифференциальных уравнений второго порядка. Вследствие нелинейности решить задачу в явном виде невозможно, поэтому применяется метод конечных разностей, в котором все производные заменяются соответствующими разностными аналогами. Тем самым, исходная система сводится к системе рекуррентных соотношений второго порядка. Для решения соотношений применяются методы теории операторов, функционального анализа. Искомые функции найдены в виде совокупности точек в узлах разбиения отрезка по времени. Предварительные расчеты с использованием программы  MathCad показали, что подключение энергосберегающего демпфирующего устройства в гидропривод механизма подъема стрелы позволяет снизить пиковое давление в гидролинии поршневой полости гидроцилиндра при переходных режимах в 1,5-1,6 раза. Экспериментальные исследования,  проведенные на лабораторном стендовом гидроманипуляторе,  позволили получить статистические данные анализа давления системы без аккумулятора и с аккумулятором, а также величину запасаемой энергия за один цикл, которая составила около 30%. Математическая модель представленного энергосберегающего гидропривода лесного гидроманипулятора показывает принципиальную возможность реализации принципа энергосбережения при пуско-тормозных режимах погрузочно-разгрузочных работ. Снижение динамической нагруженности и энергоемкости рабочих процессов механизма подъема стрелы лесного манипулятора путем обоснования параметров энергосберегающего демпфирующего устройства гидропривода позволяет повысить надежность манипулятора, уменьшить энергозатраты, а также время простоев в ремонте из-за выхода из строя гидр оборудования. Полученные результаты могут использоваться при проектировании рекуперативных систем другого грузоподъемного оборудования в строительстве и сельском хозяйстве. 

 

Ключевые слова: 

гидроманипулятор, механизм подъема, рекуперация, динамические нагрузки, энергозатраты

 

Для цитирования: 

Моделирование рабочих процессов энергосберегающего гидропривода механизма подъема лесного манипулятора / С. П. Глушков, А. Т. Рыбак, П. И. Попиков, Д. С. Богданов, А. В. Конюхов, В. И. Усков // Лесотехнический журнал. – 2021. – Т. 11. – № 4 (44). – С. 88–99. – Библиогр.: с. 96–98 (13 назв.). – DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2021.4/8.

 

Литература: 
  1. Тарбеев А.А. Обеспечение надежности гидроприводов лесных машин совершенствованием методов и средств их диагностирования : автореф. дис. канд. техн. наук / А.А. Тарбеев. Йошкар-Ола, 2019 17 c.
  2. Piskunov M. Investigation of Structure of Technology Cycle Time of Hydraulic Manipulators in the Process of Loading Forwarders with Logs. Croatian Journal of Forest Engineering: Journal for Theory and Application of Forestry Engineering. 2021. Т. 42. №. 3. С. 391-403. https://doi.org/10.5552/crojfe.2021.863
  3. Jensen K. J., Ebbesen M. K., Hansen M. R. Novel Concept for Electro-Hydrostatic Actuators for Motion Control of Hydraulic Manipulators. Energies. 2021. Т. 14. №. 20. С. 6566. https://doi.org/10.3390/en14206566

  4. Jensen K. J., Ebbesen M. K., Hansen M. R. Anti-swing control of a hydraulic loader crane with a hanging load. Mechatronics. 2021. Т. 77. С. 102599. https://doi.org/10.1016/j.mechatronics.2021.102599

  5. Posmetev V. I., Nikonov V. O., Posmetev V. V. Investigation of the energy-saving hydraulic drive of a multifunctional automobile with a subsystem of accumulation of compressed air energy. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. – IOP Publishing, 2018. Т. 441. №. 1. С. 012041.doi: 10.1088 / 1757-899x / 441/1/012041
  6. Katrakilidis K. et al. Investigation of the pneumatic system of recuperative hydraulic drive of a timber truck. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing, 2020. Т. 595. №. 1. С. 012062. https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1755-1315/595/1/012062

  7. Qu S. et al. A high-efficient solution for electro-hydraulic actuators with energy regeneration capability. Energy. 2021. Т. 216. – С. 119291. Http://dx.doi.org/10.1016/j.energy.2020.119291

  8. Agostini T. et al. Effect of energy recovery on efficiency in electro-hydrostatic closed system for differential actuator Actuators. Multidisciplinary Digital Publishing Institute, 2020. Т. 9. №. 1. С. 12. doi.org/10.3390/act9010012
  9. Лагерев И. А. Расчетно-экспериментальное исследование динамики манипуляционной системы при совместном движении звеньев. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2016. № 11-2. С. 62-71. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-rezhimov-raboty-gidropri....
  10. Лагерев А. В., Лагерев И. А. Моделирование рабочих процессов в дроссельно-регулируемом гидроприводе манипуляционных систем мобильных машин при раздельном движении звеньев. Научно-технический вестник Брянского государственного университета. 2018. № 4. С. 355-379. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/modelirovanie-rabochih-protsessov-v-dr....
  11. Пат. № 2 652 596 РФ, МПК b66c13 / 42, гидравлический привод подъемного механизма стрелы манипулятора / П. Попиков, В. Зеликов, К. Меняйлов, И. Четверикова, Д.Н. Родионов; заявитель и патентообладатель воронежского государственного лесного университета имени М.Ф. Морозова »; заявка 09.01.2017; опубл. 27.04.2018.
  12. Усков В. И. Начально-краевая задача для возмущенных дифференциальных уравнений с частными производными третьего порядка // journal of mathematical sciences (new york). 2021, т. 255, нет. 6. С. 779-789. - doi: 10.1007 / s10958-021-05415-1. - https://link.springer.com/article/10.1007/s10958-021-05415-1

  13. 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. 103, нет. 3. С. 395-404. https://doi.org/10.1134/s0001434618030069.