ОЦЕНКА ПОТЕНЦИАЛА РЕКУПЕРАЦИИ ЭНЕРГИИ В ПРОЦЕССЕ ВАЛКИ ДЕРЕВА ХАРВЕСТЕРОМ

УДК 630*36:621.9

  • Голякевич Сергей Александрович – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры лесных машин, дорог и технологий лесопромышленного производства. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: gsa@belstu.by

  • Карсюк Роман Александрович – студент. Белорусский государственный технологический университет (220006, г. Минск, ул. Свердлова, 13а, Республика Беларусь). E-mail: karsiuk@belstu.by

Ключевые слова: харвестер, дерево, падение, модель, дифференцирование, рекуперация, энергия, сопротивление воздуха, производительность, торможение.

Для цитирования: Голякевич, С. А. Оценка потенциала рекуперации энергии в процессе валки дерева харвестером / С. А. Голякевич, Р. А. Карсюк // Труды БГТУ. Сер. 1, Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. - Минск : БГТУ, 2020. - № 2 (234). - С. 160-167.

Аннотация

В статье рассмотрены перспективы применения систем рекуперации в многооперационных лесозаготовительных машинах. Указано, что наиболее перспективной операцией для рекуперативного восстановления энергии является операция валки дерева. Проведено математическое моделирование процесса падения дерева с учетом сопротивления движению со стороны воздушной среды и рекуперативного момента. Установлено, что кинетическая энергия дерева в конце падения для сосны с таксационным диаметром 32 см может превышать 100 кДж. Замечено, что раннее включение процесса рекуперации приводит к значительному замедлению процесса валки (более чем в 2 раза) и низкому процентному показателю рекуперируемой энергии (не более 15%). Выявлено, что увеличение рекуперативного момента непропорционально замедляет падение дерева и может вызвать его полную остановку.

Предложена и теоретически подтверждена гипотеза о том, что более позднее включение процесса рекуперации позволяет сохранить в допустимом диапазоне время валки дерева (до 6,5 с) и увеличить величину рекуперируемой энергии от общей кинетической энергии до 98%. В этом случае начало процесса рекуперации соответствует углу поворота харвестерной головки относительно вертикальной оси, равному 45°.

В качестве побочного положительного эффекта процесса рекуперативного торможения дерева выявлено значительное уменьшение энергии удара дерева при его контакте с поверхностью земли. В заключении статьи приводятся рекомендации по дальнейшему исследованию процессов рекуперативного торможения на операциях технологического цикла лесозаготовительных машин. Для дальнейшего анализа предложены операции торможения ствола дерева при обрезке сучьев, торможения рабочих органов, в частности манипуляторов и др.

Скачать

Список литературы

  1. Kim Y. J., Filipi Z. Simulation study of a series hydraulic hybrid propulsion system for a light truck // SAE Technical Paper 2007-01-4151. Allegeini: Evoqua Water Technologies LLC, 2007. 17 p.
  2. Боднарь И. В., Евграфов С. В., Князев И. М. Возможности рекуперации энергии в транспортнотехнологических машинах // Архитектурно-строительный и дорожно-транспортный комплексы: проблемы, перспективы, новации: материалы Междунар. науч.-техн. конф., г. Омск, 7–9 дек. 2016 г. Омск: СибАДИ, 2016. С. 497–502.
  3. Набокин А. В., Посметьев В. И., Никонов В. О. Повышение эффективности автомобилей за счет рекуперации энергии их агрегатов и систем // Воронежский научно-технический вестник. 2019. Т. 4, № 4 (18). С. 11–19.
  4. Никонов В. О., Посметьев В. И., Латышева М. А. Состояние проблемы и обзор конструкций транспортных средств с системами рекуперации энергии торможения // Воронежский научно-технический вестник. 2018. Т. 2, № 2 (24). С. 4–19.
  5. Бажанов В. И., Сгадлев А. М. Анализ эффективности гидравлической системы рекуперации энергии торможения автомобиля // Символ науки. 2016. № 9-1 (21). С. 20–23.
  6. Васьковский Ю. Н., Пода М. В. Моделирование электромеханических систем рекуперации энергии колебаний транспортных средств // Технiчна електродинамiка. 2019. № 4. С. 33–41.
  7. ПосметьевВ. И., НиконовВ. О. Имитационноемоделирование рекуперации гидравлической энергии в пневмогидравлическом седельно-сцепном устройстве лесовозного тягача с полуприцепом // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2019. Т. 7, № 3 (46). С. 213–220.
  8. Yan Shuai, Sun Weichao. Energy regeneration scheme and self-powered criterion of motor-driven active suspension // 35th Chinese Control Conference, Chengdu China, 27–29 July, 2016. Chengdu China, 2016. P. 8926–8931.
  9. Быкадоров А. Л., Заруцкая Т. А., Карбинов А. В. К вопросу о качестве избыточной энергии рекуперации // Совершенствование организации и управления перевозками в условиях реформ: межвуз. сб. науч. тр. Ростов, 2002. С. 212–215.
  10. Никонов В. О., Посметьев В. И. Рекуперация гидравлической энергии стрелы гидоманипулятора лесовозного автомобиля // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. 2018. Т. 6, № 4 (40). С. 177–183.
  11. Geiger C., Geimer M. Efficiency optimisation of a forestry crane by implement hydraulics with energy recovery // VDI-MEG – 75th International Conference on Agricultural Engineering. LANDTECHNIK AgEng 2017. The Forum for Agricultural Engineering Innovations, Hannover, 10–11, November, 2017. Hannover, 2017. P. 175–184.
  12. Попиков П. И. Моделирование рабочих процессов энергосберегающего гидропривода технологического оборудования лесотранспортной машины // Лесотехнический журнал. 2015. № 1. С. 225–234.
  13. Башкиров В. А. Параметры аккумуляторной установки системы рекуперации энергии опускания рабочего оборудования экскаватора // Строительные и дорожные машины. 1989. № 1. С. 10–12.
  14. Официальный сайт проекта Forwarder 2020. URL: https://www.forwarder2020-project.eu (дата обращения 03.03.2020).
  15. Голякевич С. А., Гороновский А. Р. Основы проектирования лесных машин и системы автоматизированного проектирования. Минск: БГТУ, 2016. 139 c.
  16. Мирошников В.С. Справочник таксатора. Минск: Ураджай, 1980. 360 с.
  17. Рябов И. М., Ширяев С. А., Юсупов Ю. Г. Формирование структуры пневмогидравлической системы рекуперации и энергии торможения мобильной машины, обеспечивающей высокую надежность // Материалы Междунар. науч.-практ. конф., г. Владикавказ, 30 сент. – 1 окт. 2016 г. / ФГБОУ ВО «Горский госагроуниверситет». Владикавказ, 2016. С. 114–119.
  18. Голякевич С. А., Гороновский А. Р. Аспекты топливной экономичности многооперационных лесных машин // Материалы, оборудование и ресурсосберегающие технологии: материалы Междунар. науч.-техн. конф., г. Могилев, 27–28 апр. 2017 г. Могилев: Белорус. Рос. ун-т, 2017. С. 207–208.
  19. Голякевич С. А. Энергетические аспекты функционирования многооперационных лесозаготовительных машин // Лесозаготовительное производство: проблемы и решения: материалы Междунар. науч.-техн. конф., г. Минск, 26–28 апр. 2017 г. Минск: БГТУ, 2017. С. 64–68.
  20. Голякевич С. А. Применение систем адаптивного управления для повышения реализации энергетического потенциала харвестерами // Труды БГТУ. Сер. 1, Лесное хозяйство, природопользование и переработка возобновляемых ресурсов. 2017. № 2 (198). С. 238–244.
Поступила 10.03.2020