Mathematical model of Mobile wood chipper with the autonomous power supply from the Stirling engine
Authors: Онучин Е.М. , Анисимов П.Н. 
Published: September 2020

С целью повышения эффективности использования низкокачественной древесины топливного назначения предложено устройство измельчающетранспортной машины для производства сухой топливной щепы. Разработана математическая модель функционирования данной машины при производстве топливной щепы на лесосеке. Предложенное устройство имеет автономное энергообеспечение от газогенераторного двигателя Стирлинга на древесном топливе. Измельчающе-транспортная машина состоит из базовой машины с двигателем внешнего сгорания и газогенератором, рубительного модуля с манипулятором и прицепа с накопительным контейнером-сушилкой щепы. Устройство выполняет функции подачи древесины, её измельчения в щепу, сушки щепы, перемещения по лесосеке и выгрузки произведенной щепы. Математическая модель измельчающе-транспортной машины построена с использованием принципа декомпозиции и состоит из расчётных блоков, связанных между собой. Основные расчётные блоки отражают связанные с работой машины динамические процессы и связанные с сушкой производимой щепы теплотехнические процессы. Вспомогательные расчетные блоки модели обобщенно описывают работу двигателя Стирлинга, газификатора щепы, рубительной установки и манипулятора, и взаимодействие со структурными элементами лесосеки. Математическая модель динамики машины разработана на базе уравнений Лагранжа второго рода. Расчетный блок, моделирующий работу двигателя внешнего сгорания, представляет собой систему дифференциальных уравнений адиабатического анализа термодинамического цикла Стирлинга. Для моделирования процессов сушки щепы в накопительном контейнере машины использованы данные экспериментальных исследований в виде регрессионных уравнений. Разработанная математическая модель функционирования измельчающе-транспортной машины позволяет производить вычислительные эксперименты, определять основные параметры и показатели эффективности её работы.

The article deals with the mathematical model of functioning Mobile wood chipper with the autonomous power supply from the Stirling engine for producing of the dry wood chips. It is spoken in detail the design and functioning of this machine on the cutting area. Mobile wood chipper comprise the carrier vehicle with Stirling engine and gasifier, chipper with hydraulic manipulator and trailing unit with containerdrier. The device performs functions of supply of wood, chipping, drying of wood chip, movement on a cutting area and unloadings of the produced wood chip. The mathematical model of the Mobile wood chipper is developed with use of the principle of decomposition and consists of interrelated submodels. The main submodels simulate the dynamic processes associated with operation of the machine and thermotechnical processes associated with drying of the wood chip. Slave submodels generalized simulate the functioning of the Stirling engine, the gasifier, chipper with manipulator, and interaction of machine with the structural elements of a cutting area. The mathematical model of dynamics is developed on the basis of Lagrange's equations. Submodel simulate the functioning of the Stirling engine represents the system of the differential equations of the adiabatic analysis of a thermodynamic Stirling cycle. For modeling of chip drying processes in an accumulative container of the Mobile wood chipper empirical data in the form of regression models are used. The developed mathematical model of functioning of the Mobile wood chipper make possible the computing experiment for determination of its effectiveness.