Сравнительная оценка эффективности применения рекуперативных систем на лесохозяйственном агрегате

Выводы

Для повышения эффективности очистки отверстий решет следует:

- использовать для изготовления щеток материал с большими значениями модуля упругости;

- применять щетки с более высоким значением диаметра щетины и малыми значениями ее длины;

- увеличивать число щетин, одновременно контактирующих с частицей, за счет повышения площади их заделки.

Полученные выражения могут быть использованы на стадии проектирования механизмов очистки решет различных семеочистительных машин.

Литература

1. Пат. на полезную модель 34407 Российская Федерация, МПК7 В 07 В 1 /50, 1/52. Механизм очистки

плоских решет / Быков В. С., Ткачёв В. В.; заявитель и патентообладатель ВГЛТА. - №2003123318/20; заявл. 28.07.2003; опубл. 10.12.2003, Бюл. №34. - 3 с.

2. Ткачёв В.В. Очистка решет в сортировальных машинах / Воронеж. гос. лесотехн. акад. - Воронеж,

2010. - 78 с. Деп. в ВИНИТИ 12.01.2010, №3 - В2010.

3. Дарков А.В. Сопротивление материалов. - М.: Высш. шк., 1969. - 774 с.

--------♦------------

УДК 629.11.012 (075.8) Е.А. Тарасов

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНЫХ СИСТЕМ НА ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННОМ АГРЕГАТЕ

Определен конструктивный объем пневмогидроаккумулятора, достаточный для удовлетворительной работы имеющихся на лесном агрегате гидродвигателей, проведен анализ эффективности каждой из предлагаемых рекуперативных систем.

Установлено, что наиболее существенное влияние на экономию топлива оказывает рекуперативная система подвески ходовой части трактора.

Ключевые слова: лесохозяйственный агрегат, пневмогидроаккумулятор, рекуперативные системы.

E.A. Tarasov COMPARATIVE ESTIMATION OF THE RECUPERATIVE SYSTEM APPLICATION EFFICIENCY FOR THE FORESTRY DEVICE

The constructive hydropneumatic accumulator volume, sufficient for satisfactory work of the hydraulic engines available on the forestry device is determined; the efficiency analysis of each of the offered recuperative systems is conducted.

It is determined that recuperative system of the tractor undercarriage suspension bracket impacts fuel saving most of all.

Key words: forestry device, hydropneumatic accumulator, recuperative systems.

При работе на лесных вырубках почвообрабатывающее орудие, ходовая часть и навесной механизм трактора постоянно подвергаются знакопеременным нагрузкам вследствие наличия большого числа препятствий в виде пней, крупных корней и камней, а также неровностей поверхности. Поэтому для повышения экономической эффективности целесообразно оснащать лесные почвообрабатывающие агрегаты (ЛПА) системами рекуперации энергии (РС). Для определения наибольшего эффекта от предлагаемого рекупера-

тивного гидропривода ЛПА в составе серийных трактора ДТ-75М и дискового культиватора КЛБ-1,7 (рис. 1) рассчитаем суммарные оптимальные маневровый Vм и конструктивный V объемы пневмогидравлического аккумулятора (ПГА).

4 5 6 7 8 9 10 3 13

Рис. 1. Почвообрабатывающий агрегат с дисковым культиватором:

1 - трактор; 2 - лесной дисковый культиватор с гидравлическим предохранителем;

3 - звенья механизма навески трактора; 4 - опорный каток; 5 и 6 - внешний и внутренний балансиры каретки; 7 и 8 - оси качания внутреннего и внешнего балансиров; 9 - пружина; 10 - гидроцилиндр навесного механизма; 11 - автоматическая сцепка; 12 - рама культиватора; 13 - дисковая батарея;

14 - поворотная стойка дисковой батареи; 15 - рамка дисковой батареи; 16 - гидроцилиндр

предохранителя культиватора

В предложенной схеме гидропривода представлены три РС: предохранительный механизм почвообрабатывающего орудия, навесной механизм и ходовая часть трактора. В гидропривод входят также секция стандартного гидрораспределителя и насосно-аккумуляторный узел. Принцип работы всех РС основан на насосном эффекте, проявляемом при функционировании их гидроцилиндров с помощью системы дросселей и обратных клапанов (рис. 2) [1].

Первая из перечисленных РС рекуперирует энергию при движении ЛПО на лесных объектах, когда агрегат неизбежно испытывает значительные вертикальные нагрузки и перемещения. При этом последние поглощаются упругой системой ходовой части трактора и, в частности, его амортизаторами. В этом случае аккумулирование рабочей жидкости в пневмогидравлическом аккумуляторе (ПГА) осуществляется с помощью амортизаторов, дросселей и обратных нормально закрытых клапанов.

Вторая РС аккумулирует энергию, затрачиваемую трактором на преодоление рабочими органами почвообрабатывающего орудия неперерезаемых препятствий (пней, валунов, крупных корней и т.п.). При этом стойка с рабочими органами отклоняется вверх относительно рамы орудия, а поршень гидроцилиндра предохранительного механизма вытесняет рабочую жидкость в ПГА. После преодоления рабочими органами препятствия поршень гидроцилиндра возвращается в исходное состояние под воздействием ранее запасенной энергии в ПГА, причем вытесненная ранее рабочая жидкость компенсируется в гидроцилиндре предохранительного механизма с помощью насоса (рис. 2).

Третья РС обеспечивает возвращение энергии в ПГА при демпфировании гидропривода навесного механизма, когда гидрораспределитель установлен в положения "Нейтральное" или "Опускание". Здесь роль насосного узла выполняет подпружиненный мультипликатор давления.

Все три рассмотренные РС гидравлически связаны как с насосом, так и с ПГА. Это обеспечивает надежную работу всего гидропривода ЛПА, независимо от функционирования как совместного, так и каждого РС автономно.

Рис. 2. Схема гидропривода почвообрабатывающего агрегата с рекуперативными системами энергосбережения в положении “Нейтральное” гидрораспределителя навесного механизма:

1-3 - системы рекуперации, соответственно подвески трактора, предохранителя почвообрабатывающего орудия, навесного механизма трактора; 4 - гидрораспределитель;

5 - насосно-аккумуляторный узел; 6 - амортизаторы; 7 и 21 - дроссели нерегулируемые;

8, 9,11, 13,16,17 и 26 - клапаны обратные; 10 - гидроцилиндр предохранителя рабочих органов навесного орудия; 12 - дроссель регулируемый; 14 - гидроцилиндр навесного механизма;

15 - мультипликатор давления; 18 - гидрораспределитель; 19 - клапан переливной; 20 - клапан предохранительный; 22 - манометр; 23 - пневмогидроаккумулятор; 24 - клапан “ИЛИ”; 25 - фильтр;

27- насос; 28 - гидробак

Важным достоинством предлагаемых РС является простота конструкций, отсутствие оригинальных деталей и узлов, а также легкость компонования их на традиционных ЛПА (рис. 1).

Результаты проведенных исследований по расчету основных параметров ПГА и определению эффективности каждой из рассмотренных РС сведены в таблицу [1].

Результаты расчета основных параметров ПГА каждой из РС

Рекуперативные системы почвообрабатывающего агрегата

Наименование параметров Навесной механизм Предохрани- тельный механизм Ходовая часть

Общая длина мерного пути, м 5000 5000 5000

Общее число циклов работы гидроцилиндров 34 36 216

Объем выталкиваемой в ПГА жидкости гидродвигателем при каждом цикле, дм3 0,22 1,32 0,34

Объем требуемой жидкости на совершение работы гидродвигателем, дм3 2,37 1,32 0

Маневровый объем ПГА , дм3: необходимый 80,58 47,52 0

рекуперируемый 7,48 38,02 73,40

Собственное соотношение рекуперации энергии, % 9,28 80 100

Конструктивный объем ПГА Ук , дм3 154,0 97,0 161,5

Из таблицы следует, что эффект рекуперации гидравлической энергии в разной степени присутствует в каждой из рассмотренных ранее Рс. При этом гидроцилиндр навесного механизма и гидроцилиндр предохранительного механизма почвообрабатывающего орудия являются одновременно как потребителями, так и источниками гидравлической энергии. Гидроцилиндры ходовой части, напротив, являются только источника-

ми энергии и в состоянии рекуперировать часть энергии в ПГА, а также периодически отключать насос гидросистемы трактора.

Параметры ПГА применительно к ЛПА в целом предлагается определять следующим образом. Диапазон рабочих давлений Р1 ... Р2 принимаем из условия минимального давления, необходимого одновременно для обеспечения нормальной работы гидродвигателей навесного и предохранительного механизма, т.е. 6 ... 11 МПа. Из условия наименьшего конструктивного объема Ук при наибольшем маневровом объеме Ум, принимаем величину начального давления газа Ро = 6 МПа. Далее, приняв за мерный участок протяженность 5000 м, считаем, что на этом расстоянии навесная система два раза опускает орудие в начале участка, затем подъем - опускание при развороте в конце участка. При этом предохранительный механизм срабатывает в среднем один раз, т.е. при встрече с препятствием, которое тракторист не может объехать [2]. Среднее число столкновений элементов ходовой части с крупными корнями пней на учетном отрезке составляет 13, при этом суммарный объем вытесненной жидкости в ПГА достигает 2,21 дм3 [5].

Расчеты показывают, что на рассмотренном мерном участке суммарный объем возвращенной в ПГА рабочей жидкости составляет около 4,24 дм3 при затраченных 6,06 дм3. Последнее значение можно считать маневровым объемом Ум, так как его достаточно для удовлетворительной автономной работы имеющихся на ЛПА гидродвигателей [5]. Конструктивный объем Ук, найденный графическим методом [3], составил 13,22 дм3.

По данным [4], мощность, потребляемая насосом при среднем рабочем давлении 10 МПа, составляет 9,79 кВт. Мощность двигателя трактора ДТ-75М - 66,2 кВт. Соотношение возвращенной энергии РС к затраченной ЛПА составляет 75,2 %, т.е. на эту величину сокращается время работы насоса. Расчеты показывают, что потребная мощность насоса сократится примерно на 7,36 кВт и в пересчете на экономию топлива ЛПА ориентировочно составит 11,11 %. Эта величина по РС распределяется следующим образом: ходовая часть трактора - 56 %, навесной механизм трактора - 11 %, предохранительный механизм почвообрабатывающего орудия - 33 % [5].

Таким образом, наибольшую экономию топлива ЛПА обеспечивают РС ходовой части и предохранительный механизм почвообрабатывающего орудия. Эффективность РС навесного механизма заключается в основном не в экономии топлива, а в повышении надежности этого механизма.

Совместное использование всех трех предлагаемых конструкций РС обеспечивает в зависимости от числа препятствий, их высоты и скорости движения ЛПА снижение расхода топлива двигателем агрегати-руемого трактора не менее чем на 10.13 %. При этом годовой экономический эффект от применения РС на ЛПА составил 42498 руб., а срок окупаемости дополнительных капитальных вложений - 0,85 года.

Дальнейшее совершенствование предложенных конструкций гидравлических РС целесообразно вести в направлении создания компактных и обладающих высокой удельной энергоемкостью ПГА, разработки и применения более совершенных уплотнений подвижных соединений гидроприводов РС, а также оснащения лесных почвообрабатывающих орудий эффективными конструкциями гидравлических предохранителей.

Литература

1. Посметьев В.И., Тарасов Е.А., Кухарев В.С. Перспективные рекуперативные системы для гидроприводов лесных почвообрабатывающих агрегатов // Наука и образование на службе лесного комплекса: сб. науч. тр. - Т. 2. - Воронеж: Изд-во ВГЛТА, 2005. - С. 132-136.

2. Посметьев В.И. Обоснование перспективных конструкций предохранителей для рабочих органов лесных почвообрабатывающих орудий: моногр. - Воронеж: Изд-во ВГЛТА, 2000. - 248 с.

3. Шерман Э.Б. Исследование насосно-аккумуляторного гидропривода рабочих органов землеройнотранспортных машин цикличного действия: дис. ... канд. техн. наук. - Омск, 1970. - 152 с.

4. Кальбус Г.Л. Навесные системы тракторов и гидромеханизмы сельскохозяйственных машин: учеб. -Киев: Урожай, 1964. - 364 с.

5. Тарасов, Е. А. Совершенствование параметров ходовой части, навесного механизма и предохранителя, обеспечивающих топливную экономичность лесохозяйственных агрегатов: дис. ... канд. техн. наук.

- Воронеж, 2007. - 175 с.