Методика расчета и результаты оптимизации конструктивных параметров рекуперативной навесной системы трактора при агрегатировании с лесными почвообрабатывающими орудиями. C. 130-142

УДК

631.3.072.31

DOI:

10.37482/0536-1036-2025-4-130-142

Аннотация

Рассмотрены недостатки современных лесных почвообрабатывающих орудий. Приведены перспективные направления исследований, проводимых российскими и зарубежными учеными, позволяющие повысить эффективность работы тракторов, агрегатируемых навесным технологическим оборудованием. Обоснована актуальность разработки для лесных почвообрабатывающих орудий систем рекуперации энергии рабочей жидкости, обеспечивающих снижение на 20–30 % суммарных энергозатрат при выполнении лесохозяйственных работ на примере тракторов тягового класса 20 кН, широко используемых в настоящее время. Предложена перспективная конструкция рекуперативной навесной системы трактора, позволяющая сократить расход топлива машинно-тракторным агрегатом за счет рекуперации энергии рабочей жидкости, снизить динамические нагрузки, действующие на навесное орудие и трактор, повысить производительность и надежность трактора, улучшить качество обработки почвы на лесных объектах, а также сделать более удобным управление навесным орудием. Цель исследования – получение аналитических выражений изменения изучаемых конструктивных параметров рекуперативной навесной системы трактора, обеспечивающих оптимальные значения ее эффективности. Приведена методика расчета показателей эффективности и двухфакторной оптимизации конструктивных параметров рекуперативной навесной системы трактора. На основе компьютерных экспериментов получены аналитические выражения для описываемых функций, по этим выражениям построены графики и картограммы влияния основных конструктивных параметров навесной системы на эффективность ее работы. Установлено, что для рекуперативной навесной системы трактора оптимальная длина рычагов составляет 0,33...0,36 м, а оптимальный диаметр гидроцилиндра – 62...66 мм. При этом средняя рекуперируемая мощность при обработке неровной поверхности без препятствий равняется не менее 0,9 кВт; среднее отклонение глубины обработки почвы от целевого значения 100 мм не превышает 20 мм; максимальная сила, испытываемая дисковой батареей при контакте с неперерезаемым препятствием, не превышает 11 кН, длина огреха обработки почвы после схода с пня высотой 0,2 м – не более 0,6 м.

Сведения об авторах

В.И. Посметьев, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: Q-1411-2015,
ОRCID: https://orcid.org/0000-0001-9878-7451
М.А. Савинков, аспирант; ResearcherID: LPQ-1007-2024,
ОRCID: https://orcid.org/0009-0004-6331-8136
В.В. Посметьев, канд. физ.-мат. наук, доц.; ResearcherID: Z-3736-2019,
ОRCID: https://orcid.org/0000-0001-6622-5358
А.Ю. Мануковский, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: AAR-1976-2020,
ORCID: https://orcid.org/0000-0003-4289-6581
В.О. Никонов*, канд. техн. наук, доц.; ResearcherID: N-3510-2019,
Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж, Россия, 394087; posmetyev@mail.ru, savinkov99max03@mail.ru, victorvpo@mail.ru, mayu1964@mail.ru, 8888nike8888@mail.ru*

Ключевые слова

конструктивные параметры, навесная система, энергоэффективность, оптимизация, рекуперируемая мощность, трактор, лесные ресурсы, факторное пространство, имитационное моделирование, лесовосстановление

Для цитирования

Посметьев В.И., Савинков М.А., Посметьев В.В., Мануковский А.Ю., Никонов В.О. Методика расчета и результаты оптимизации конструктивных параметров рекуперативной навесной системы трактора при агрегатировании с лесными почвообрабатывающими орудиями // Изв. вузов. Лесн. журн. 2025. № 4. С. 130–142. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2025-4-130-142

Литература

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Наука, 1976. 279 с.
2. Грановский В.А., Сирая Т.Н. Методы обработки экспериментальных данных при измерениях. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. 288 с.
3. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: Раско, 1991. 270 с.
4. Патент 2830434 РФ МПК A01B 63/10. Навесная система трактора: No 2023136342: заявл. 30.12.2023: опубл. 19.11.2024 / В.И. Посметьев, М.А. Савинков, В.О. Никонов, В.В. Посметьев, Е.В. Снятков.
5. Посметьев В.И., Зеликов В.А. Состояние и пути повышения эффективности почвообрабатывающих агрегатов при лесовосстановлении на вырубках. Воронеж: ВГЛТУ, 2015. 236 с.
6. Посметьев В.И., Никонов В.О., Савинков М.А., Снятков Е.В. Перспективы разработки рекуперативного навесного механизма трактора с приспособлением для агрегатирования его с лесными дисковыми орудиями // Проблемы эксплуатации и перспективы развития автомобильного транспорта: материалы Всерос. науч.-техн. конф. Воронеж: ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова, 2023. С. 101–111.
7. Abbaspour-Gilandeh Y., Fazeli M., Roshanianfard A., Hernández-Hernández J.L., Penna A.F., Herrera-Miranda I. Effect of Different Working and Tool Parameters on Performance of Several Types of Cultivators. Agriculture, 2020, vol. 10, no. 5, art. no. 145. https://doi.org/10.3390/agriculture10050145
8. Chukewad Y.M., Chadha S., Jagdale K.S., Elkunchwar N., Rosa U.A., Omohundro Z. Tractor Three-Point Hitch Control for an Independent Lower Arms System. AgriEngineering, 2024, vol. 6, no. 2, pp. 1725–1746. https://doi.org/10.3390/agriengineering6020100
9. Gao Y., Yang Y., Fu S., Feng K., Han X., Hu Y., Zhu Q., Wei X. Analysis of Vibration Characteristics of Tractor-Rotary Cultivator Combination Based on Time Domain and Frequency Domain. Agriculture, 2024, vol. 14, no. 7, art. no. 1139. https://doi.org/10.3390/agriculture14071139
10. Khaehanchanpong Y., Ahamed T., Takigawa T. Design, Fabrication and Performance Evaluation of an Inter-Row Cultivator for Sugarcane Fields. Inventions, 2017, vol. 2, no. 3, art. no. 25. https://doi.org/10.3390/inventions2030025
11. Kim Y-S., Kim W-S., Baek S-Y., Baek S-M., Kim Y-J., Lee S-D., Kim Y-J. Analysis of Tillage Depth and Gear Selection for Mechanical Load and Fuel Efficiency of an Agricultural Tractor Using an Agricultural Field Measuring System. Sensors, 2020, vol. 20, no. 9, art. no. 2450. https://doi.org/10.3390/s20092450
12. Koo Y.M., Kang Y. Characteristics of Power and Fuel Use of a Tractor-Mounted Integrated Implement for Round Ridge Preparation. Journal of Biosystems Engineering, 2021, vol. 46, pp. 496–507. https://doi.org/10.1007/s42853-021-00122-w
13. Liu C., Gu J., Du X., Yang L., Mao E. A Vibration Reduction Control Method for Tractor Rear Hydraulic Hitch Based on Pressure Feedback. Agriculture, 2023, vol. 13, no. 8, art. no. 1546. https://doi.org/10.3390/agriculture13081546
14. Luo C., Chen J., Guo S., An X., Yin Y., Wen C., Liu H., Meng Z., Zhao C. Development and Application of a Remote Monitoring System for Agricultural Machinery Operation in Conservation Tillage. Agriculture, 2022, vol. 12, no. 9, art. no. 1460. https://doi.org/10.3390/agriculture12091460
15. Luo Z., Wang J., Wu J., Zhang S., Chen Z., Xie B. Research on a Hydraulic Cylinder Pressure Control Method for Efficient Traction Operation in Electro-Hydraulic Hitch System of Electric Tractors. Agriculture, 2023, vol. 13, no. 8, art. no. 1555. https://doi.org/10.3390/agriculture13081555
16. Md-Tahir H., Zhang J., Xia J., Zhou Y., Zhou H., Du J., Sultan M., Mamona H. Experimental Investigation of Traction Power Transfer Indices of Farm-Tractors for Efficient Energy Utilization in Soil Tillage and Cultivation Operations. Agronomy, 2021, vol. 11, no. 1, art. no. 168. https://doi.org/10.3390/agronomy11010168
17. Sun X., Lu Z., Song Y., Cheng Z., Jiang C., Qian J., Lu Y. Development Status and Research Progress of a Tractor Electro-Hydraulic Hitch System. Agriculture, 2022, vol. 12, no. 10, art. no. 1547. https://doi.org/10.3390/agriculture12101547
18. Sun X., Song Y., Wang Y., Qian J., Lu Z., Wang T. Design and Test of a Tractor Electro-Hydraulic-Suspension Tillage-Depth and Loading-Control System Test Bench. Agriculture, 2023, vol. 13, no. 10, art. no. 1884. https://doi.org/10.3390/agriculture13101884
19. Xu J., Li R., Li Y., Zhang Y., Sun H., Ding X., Ma Y. Research on Variable-Universe Fuzzy Control Technology of an Electro-Hydraulic Hitch System. Processes, 2021, vol. 9, no. 11, art. no. 1920. https://doi.org/10.3390/pr9111920
20. Zhou M., Xia J., Zhang S., Hu M., Liu Z., Liu G., Luo C. Development of a Depth Control System Based on Variable-Gain Single-Neuron PID for Rotary Burying of Stubbles. Agriculture, 2022, vol. 12, no. 1, art. no. 30. https://doi.org/10.3390/agriculture12010030