ВЫБОР ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО МОДУЛЯ МОДУЛЬНОЙ ЛЕСНОЙ МАШИНЫ ПО СРЕДНЕЙ ОПТИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОПЕРАЦИЙ

 

Онучин Е.М. (МарГТУ, г.Йошкар-Ола, РФ)

 

In this article the methodic of calculation of nominal power of energy unit of self-contained forest machine is shown.

 

Энергетический модуль является основной составной частью модульной лесной машины (МЛМ), наиболее сложной и дорогой, т.к. включает в себя не только энергетическую установку (ДВС), но и движитель с силовой передачей (трансмиссией), рабочее место оператора с системами управления двигателем, трансмиссией, движителем и технологическим оборудованием. Значительные капитальные вложения, необходимые для приобретения такого модуля порождают требование его наиболее эффективного использования, необходимым условием которого является максимальное соответствие параметров энергетического модуля параметрам технологического процесса и условиям работы МЛМ.

Машиной наиболее соответствующей требованиям, предъявляемым к энергетическому модулю МЛМ, является универсально-пропашной сельскохозяйственный трактор. В настоящее время тракторная промышленность стран СНГ и Дальнего Зарубежья выпускает широчайшую гамму колёсных тракторов, которые могут быть агрегатированы с лесозаготовительным и лесохозяйственным технологическим оборудованием как с помощью монтажного модуля так и напрямую (с помощью передней и задней универсальных навесных систем трактора). Однако в настоящее время нет общепринятой методики расчёта номинальной мощности двигателя энергетического модуля, необходимой для выполнения набора операций с наибольшей рентабельностью. Так при проектировании однооперационных лесных машин потребную номинальную мощность двигателя определяют исходя из необходимой производительности при заданных параметрах предмета труда, а эту производительность берут «обеспечением 13% роста производительности по сравнению с прототипом». Мощность двигателя многооперационных машин выбирают по ведущей операции цикла, производительность которой берётся по тому же принципу. В этом случае производительность лесной машины оказывается оторванной от производственного процесса лесопромышленного предприятия, и технологам приходится проектировать технологический процесс лесозаготовок, применяя машины с «неудобной» номинальной производительностью. Кроме того, возникает вопрос пределов возможного повышения производительности машины за счет повышения её мощности.

Таким образом, мощность двигателя энергетического модуля МЛМ может быть определена по двум параметрам – необходимой производительности, которая в свою очередь определяется организационным планом деятельности предприятия и коэффициентом рекуперации мощности, который определяет предел повышения производительности МЛМ за счёт повышения её мощности.

Математическим выражением коэффициента рекуперации мощности является формула

, м³/(кВт ч);

где

 ‑ приращение производительности, м³/ч;

 ‑ приращение мощности, кВт.

Как видно из формулы коэффициент рекуперации является размерной величиной, показывающей насколько увеличится выход готовой продукции при увеличении мощности двигателя на 1 кВт. В таком виде его сложно использовать для нахождения оптимальной мощности поэтому необходимо перейти к безразмерному коэффициенту рекуперации мощности, что можно сделать следующим образом:

,

где

 ‑ доход от увеличения производительности МЛМ, р.;

 ‑ стоимость увеличения мощности МЛП, р.

Определение оптимальной мощности по коэффициенту рекуперации может быть произведено по следующей методике.

Часовая производительность МЛМ, выполняющей технологические операции, имеющие циклический характер, записывается в виде

,

где

 ‑ параметр технологического процесса и предмета труда;

 ‑ параметр, определяющий составляющие времени цикла МЛМ, зависящие от мощности её энергетического модуля;

 ‑ параметр, определяющий составляющие времени цикла МЛМ, независящие от мощности её энергетического модуля.

Первая производная производительности МЛМ по мощности имеет вид

,

затем решая уравнение

,

получаем два выражения для оптимальной мощности по коэффициенту рекуперации

,

.

Так как все величины входящие в вышеприведённые выражения носят количественный характер и должны быть положительными (этому условию удовлетворяет только второе решение уравнения) можно окончательно записать формулу для определения оптимальной мощности МЛМ по коэффициенту рекуперации

, кВт.

По приведённой формуле рассчитывается оптимальная мощность для всех операций, на которых предполагается использовать МЛМ с этим энергетическим модулем, после чего определяют необходимую мощность двигателя энергетического модуля для МЛМ, выполняющей набор операций по следующему алгоритму.

Рассчитывается время выполнения каждой операции по формуле

, ч;

где

 ‑ объём работ на определённой операции, м³;

 ‑ производительность МЛМ на этой операции при оптимальной мощности энергетического модуля по коэффициенту рекуперации, м³/ч.

После этого рассчитывается среднее значение мощности энергетического модуля МЛМ по формуле

, кВт.

В заключении необходимо отметить, что предложенная методика расчета номинальной мощности энергетического модуля позволяет производить обоснованный выбор основного узла МЛМ, что является важнейшим условием её эффективной эксплуатации.