ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭНЕРГОНАГРУЖЕННОСТИ АДАПТИВНО-МОДУЛЬНОЙ ЛЕСНОЙ МАШИНЫ С ХАРВЕСТЕРНЫМ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ
Онучин Е. М., Перетягин П. А., Алексеев А. Э., Зайнуллин А.Д.
(МарГТУ, г.Йошкр-Ола, РФ)
This paper describes simulation energonagruzhennosti adaptive modular timber machines, calculations are made showing the feasibility of reducing the maximum power of the batteries, offsetting occasional peak loads.
По результатам анализа таксационных описаний 200 вырубок в малообъемных лесных предприятиях Республики Марий Эл, на которых проводились рубки прореживания, были определены характерные природно- производственные условия проведения этих рубок.
Имитировалась
работа лесной машины с харвестерным прицепным технологическим модулем со следующими
технико-технологическими параметрами: минимальная длина дышла (
) – 5 м; ход
дышла (
) – 3 м; вылет
манипулятора (
) – 4 м;
масса машины (
) – 7000 кг;
масса прицепного модуля (
) – 2000 кг;
масса манипулятора (
) – 700 кг.
Передвижение машины. При расчёте приняты следующие динамические параметры машины:
механическая постоянная времени привода передвижения машины (
) – 
; номинальная скорость
передвижения машины (
) – 
; масса машины () – 
; коэффициент сопротивления
передвижению машины (
) – 
; рабочее сопротивление привода
(
) – 
; тормозное усилие (
) – 
.
При
среднем (по результатам имитационного моделирования работы машины) расстоянии
передвижения между рабочими позициями 
общее
время на передвижение составило 
, при этом:
расстояние и время разгона составили 
, 
(78% и 82% соответственно),
расстояние и время торможения 
, 
(3% и 4,6% соответственно),
расстояние и время установившегося движения 
,
(19% и 13,7% соответственно). Потребляемая
при этом мощность представлена на рисунке 1.
Поворот прицепного модуля. При расчёте приняты следующие динамические параметры
машины: механическая постоянная времени привода передвижения прицепного модуля
() – 
; номинальная скорость
передвижения прицепного модуля () – 
; масса подвижной части
прицепного модуля ( ) – 
; коэффициент сопротивления
изменению длины дышла (
) – ; радиус инерции прицепного
модуля (
) – 
; радиус поворота, равный
расстоянию от сцепки до середины оси (
)
- 
; рабочее сопротивление привода
(
) – 
; тормозное усилие () – 
.
Номинальной
скорости поворота, в рассматриваемых условиях, прицепной модуль, как правило,
не достигает, разгоняясь лишь до скорости (
)
– 
. При среднем (по результатам
имитационного моделирования работы машины) расстоянии передвижения между
рабочими позициями 
общее время на
передвижение составило 
, при этом расстояние
и время разгона составили 
, 
(99% и 97% соответственно),
расстояние и время торможения 
, 
(1% и 3% соответственно).
Потребляемая при этом мощность представлена на рисунке 2.
Изменение
длины дышла. При расчёте приняты
следующие динамические параметры машины: механическая постоянная времени
привода передвижения прицепного модуля () – 
; номинальная скорость
передвижения прицепного модуля () – ; масса подвижной части
прицепного модуля ( ) – ; коэффициент сопротивления изменению
длины дышла () – ; рабочее сопротивление привода
(
) – 
; тормозное усилие () – 
.
|
|
|
|
Рисунок 1 – Мощность, потребляемая лесной машиной в процессе передвижения |
Рисунок 2 – Мощность, потребляемой лесной машиной при повороте прицепного модуля |
Номинальной
скорости передвижения прицепной модуль при изменении длины дышла также не
достигает, разгоняясь лишь до скорости (
)
– 
.
При
среднем (по результатам имитационного моделирования работы машины) расстоянии
передвижения между рабочими позициями 
общее
время на передвижение составило 
, при этом
расстояние и время разгона составили 
, 
(94% и 89% соответственно),
расстояние и время торможения 
, 
(6% и 11% соответственно).
Потребляемая
при этом мощность графически представлена на рисунке 3. Поворот
манипулятора. При расчёте приняты следующие динамические параметры машины:
механическая постоянная времени привода поворота манипулятора () – 
; номинальная угловая скорость
поворота манипулятора () – 
; масса манипулятора (
) – 
; коэффициент трения в
опорно-поворотном устройстве колонны манипулятора (
) – 
; радиус опорно-поворотного
устройства (
) – 
; радиус инерции манипулятора (
) – 
; рабочее сопротивление привода
(
) – 
; тормозное усилие () – 
.
При
среднем (по результатам имитационного моделирования работы машины) угле
передвижения между рабочими позициями 
общее
время на передвижение составило 
, при этом
угол и время разгона составили 
, 
(22% и 28,5% соответственно),
расстояние и время торможения 
, 
(0,7% и 1,1% соответственно),
расстояние и время установившегося движения 
,
(77% и 70% соответственно).
Потребляемая
при этом мощность графически представлена на рисунке 4. Изменение
вылета манипулятора. При расчёте приняты следующие динамические параметры
машины: механическая постоянная времени привода изменения вылета манипулятора () – 
; номинальная скорость изменения
вылета манипулятора () – 
; масса подвижной части
манипулятора ( ) –
; коэффициент сопротивления
изменению вылета (
) – ; рабочее сопротивление привода
(
) – 
; тормозное усилие () – 
.
|
|
|
|
Рисунок 3 – Мощность, потребляемая лесной машиной при изменении длины дышла прицепного модуля |
Рисунок 4 – Мощность, потребляемая лесной машиной при повороте манипулятора |
При
среднем (по результатам имитационного моделирования работы машины) расстоянии
передвижения между рабочими позициями 
общее
время на передвижение составило 
, при этом:
расстояние и время разгона составили 
, 
(80% и 81,6% соответственно),
расстояние и время торможения 
, 
(6,1% и 9,3% соответственно),
расстояние и время установившегося движения 
,
(13,4% и 9,3% соответственно).
Срезание
дерева (раскряжевка хлыста). При расчёте приняты следующие энергетические
параметры выполняемой операции: удельная работа при пилении (
) – 
; ширина пропила (
) – 
; диаметр дерева в месте
пиления (
) – 
; необходимая мощность на
спиливание дерева (раскряжевку хлыста) (
)
– 7кВт; высота пропила (
) – 
; скорость подачи пилы (
) – 
.
Потребляемая
при этом мощность составляет – 7 кВт, среднее время на спиливание
дерева (раскряжевку хлыста) – 
.
Протаскивание дерева через сучкорезные ножи. При расчёте приняты следующие динамические параметры
машины: механическая постоянная времени привода протаскивания дерева () – 
; номинальная скорость протаскивания
дерева () – ; усилие на срезание (
) – 
;
масса протаскиваемого дерева (
) – 
; средний коэффициент
сопротивления протаскиванию дерева (
) – 
; рабочее сопротивление привода
(
) – 
; тормозное усилие () – 
.
При
средней длине формируемых сортиментов 
общее
время на протаскивание одного сортимента составило 
,
при этом расстояние и время разгона 
, 
(35,8% и 44% соответственно),
расстояние и время торможения 
, 
(2,8% и 4,5% соответственно),
расстояние и время установившегося движения 
,
(61,4% и 51,5% соответственно).
Предварительное разложение графика, реализуемой мощности как случайной функции времени (случайной функции) в ряд Фурье, позволило определить амплитуды и частоты гармонических составляющих, которые представлены в таблице 1.
Таблица 1
– Первые гармоники разложения в ряд Фурье графика
мгновенной мощности
|
№ гармоники |
Амплитуда, кВт |
Частота, Гц |
|
1 |
35 |
0,004 |
|
2 |
7 |
0,11 |
|
3 |
3,2 |
0,08 |
Анализ разложения случайной функции в гармонический ряд показывает, что амплитуда максимальной величины соответствует первой гармонике с очень малой частотой, что говорит о целесообразности снижения максимальной мощности, реализуемой при передвижении машины, так как это не окажет существенного влияния на производительность машины. Кроме того, для уменьшения колебаний мощности, вырабатываемой двигателем, целесообразно применение энергоаккумуляторов, компенсирующих случайные пиковые нагрузки.
Работа выполнена при финансовой поддержке министерства образования и науки РФ в рамках НИР по государственному контракту №16.515.11.5053