Компьютерное моделирование рекуперативного тягово-сцепного устройства лесовозного автомобиля с прицепом

УДК

629.11.02/.098

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2019.4.108

Аннотация

Одним из перспективных и реализуемых способов снижения расхода топлива лесовозного автомобиля с прицепом является разработка и обеспечение функционирования в его конструкции рекуперативного тягово-сцепного устройства. На основании ранее проведенных исследований предложена принципиально новая схема подобного устройства. Для оценки возможности его применения в лесовозном автомобиле с прицепом, нахождения диапазона рекуперируемой мощности, определения оптимальных конструктивных параметров гидроцилиндра рекуперативного тягово-сцепного устройства разработана основанная на методах классической механики трехмерная математическая модель движения лесовозного автомобиля с прицепом по неровной опорной поверхности. На основе этой модели создана компьютерная программа, с помощью которой получены зависимости влияния скорости лесовозного автомобиля с прицепом, высоты неровностей опорной поверхности, диаметра гидроцилиндра рекуперативного тягово-сцепного устройства на средние значения рекуперативной мощности и продольного ускорения. Выявлено, что эксплуатация лесовозного автомобиля с прицепом, оснащенным подобным устройством, по лесным дорогам с грунтовым покрытием позволяет рекуперировать мощность 4,0 кВт. Установлено, что рекуперируемая мощность с увеличением скорости движения лесовозного автомобиля с прицепом по лесной дороге с грунтовым покрытием изменяется по квадратичному закону. Обнаружено, что при увеличении средней высоты неровностей опорной поверхности до 0,4 м возрастание средних значений рекуперируемой мощности и продольного ускорения прицепа происходит по закону, близкому к квадратичному, однако дальнейшее увеличение высоты неровностей опорной поверхности не приводит к значительному росту этих показателей. Определен оптимальный диаметр гидроцилиндра для устройства, позволяющего рекуперировать наибольшую мощность при высокой эффективности демпфирующих свойств гидросистемы. Результаты работы могут быть использованы научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями при разработке и совершенствовании рекуперативных тягово-сцепных устройств лесовозных автомобилей с прицепом.

Сведения об авторах

В.И. Посметьев, д-р техн. наук, проф.; ResearcherID: Q-1411-2015, ОRCID: 0000-0001-9878-7451
В.О. Никонов, канд. техн. наук, доц.; ORCID: 0000-0002-7380-9180
В.В. Посметьев, канд. физ.-мат. наук, доц.; ОRCID: 0000-0001-6622-5358
Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. Морозова, ул. Тимирязева, д. 8, г. Воронеж, Россия, 394087; e-mail: posmetyev@mail.ru, 8888nike8888@mail.ru, victorvpo@mail.ru

Ключевые слова

лесовозный автомобиль, прицеп, тягово-сцепное устройство, рекуперация, гидравлическая энергия, рабочая жидкость, пневмогидравлический аккумулятор, математическая модель, имитационное моделирование

Для цитирования

Посметьев В.И., Никонов В.О., Посметьев В.В. Компьютерное моделирование рекуперативного тягово-сцепного устройства лесовозного автомобиля с прицепом // Лесн. журн. 2019. № 4. С. 108–123. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.108

Литература

1. Адлер Ю.П., Маркова Е.В., Грановский Ю.В. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий. 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. Инженерные расчеты на ЭВМ: Справочное пособие / [В.А. Троицкий, И.М. Иванова, И.А. Старостин, В.Д. Шелест]; под ред. В.А. Троицкого. Л.: Машиностроение, 1979. 288 с.
4. Кузьмичев Д.А., Радкевич И.А., Смирнов А.Д. Автоматизация экспериментальных исследований: учеб. пособие. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1983. 392 с.
5. Мудров А.Е. Численные методы для ПЭВМ на языках Бейсик, Фортран и Паскаль. Томск: МП «РАСКО», 1991. 272 с.
6. Никонов В.О., Посметьев В.И., Журавлев Р.В. Анализ конструктивных особенностей тягово-сцепных устройств грузовых автомобилей с прицепами // Воронеж. науч.-техн. вестн. 2018. Т. 4, № 4(26). С. 13–24. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=36759935 (дата обращения: 25.02.2019).
7. Никонов В.О., Посметьев В.И., Посметьев В.В. Оценка эффективности лесовозного автопоезда с накопителями энергии в гидромоторах колес на основе компьютерного моделирования // Мир транспорта и технологических машин. 2018. № 3(62). С. 46–54.
8. Никонов В.О., Посметьев В.И., Яковлев К.А. Рекуперация гидравлической энергии в тягово-сцепном устройстве лесовозного автомобиля с прицепом // Лесотехн. журн. 2018. № 4. С. 230–239. DOI: 10.12737/article_5c1a323b1d0433.96668845
9. Новиков Е.А., Кнауб Л.В. Численные методы для обыкновенных дифференциальных уравнений и динамических систем: учеб. пособие. Красноярск: СибФУ, 2010. 112 с.
10. Посметьев В.И., Никонов В.О. Обоснование схемы лесовозного автомобиля, оснащенного перспективной конструкцией колесного модуля с гидроприводом // Мир транспорта и технологических машин. 2017. № 3(58). С. 27–34.
11. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы: учеб. пособие для вузов. М.: Наука. Гл. ред. физ-мат. лит., 1989. 432 с.
12. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: учеб. для вузов. М.: Высш. шк., 1998. 319 с.
13. Abu-Hamdeh N.H., Al-Jalil H.F. Computer Simulation of Stability and Control of Tractor-Trailed Implement Combinations under Different Operating Conditions // Bragantia, Compinas. 2004. Vol. 63, no. 1. Pp. 149–162.
14. Dindorf R., Woś P. Development of Energy Efficient Hydrostatic Drives with Energy Recovery // Mechanik. 2017. No. 8-9. Pp. 776–782. DOI: 10.17814/mechanik. 2017.8-9.114
15. Fang Z., Guo X., Xu L., Zhang H. Experimental Study of Damping and Energy Regeneration Characteristics of a Hydraulic Electromagnetic Shock Absorber // Advances in Mechanical Engineering. 2013. Vol. 2013, art. 943528. DOI: 10.1155/2013/943528
16. Heikkilä M., Linjama M. Hydraulic Energy Recovery in Displacement Controlled Digital Hydraulic System // Proceedings of the 13th Scandinavian International Conference on Fluid Power, Linköping, Sweden, June 3–5, 2013. Linköping: Scandinavian International Conference on Fluid Power, 2013. Pp. 1–7.
17. Posmetev V.I., Nikonov V.O., Posmetev V.V. Investigation of the Energy-Saving Hydraulic Drive of a Multifunctional Automobile with a Subsystem of Accumulation of Compressed Air Energy // IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering. 2018. Vol. 441, art. 012041. DOI: 10.1088/1757-899X/441/1/012041
18. Wang R., Jiang Q., Ye Q., Chen L., Meng X. Characteristics Analysis and Experiment of Hydraulic Interconnected Energy-Regenerative Suspension // Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery. 2017. Vol. 48(8). Pp. 350–357. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.08.042
19. Zhang H., Guo X., Xu L., Hu S., Fang Z. Parameters Analysis of Hydraulic-Electrical Energy Regenerative Absorber on Suspension Performance // Advances in Mechanical Engineering. 2014. Vol. 2014, art. 836502. DOI: 10.1155/2014/836502
20. Zou J., Guo X., Xu L., Abdelkareem M.A.A., Gong B., Zhang J., Tan G. Simulation Research of a Hydraulic Interconnected Suspension Based on a Hydraulic Energy Regenerative Shock Absorber // SAE Technical Paper 2018-01-0582. 2018. DOI: 10.4271/2018-01-0582

Поступила 01.03.19

Ссылка на английскую версию:

Computer Simulation of the Recuperative Towing Coupler of a Forest Truck with a Trailer

UDC 629.11.02/.098
DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.108

Computer Simulation of the Recuperative Towing Coupler of a Forest Truck with a Trailer

V.I. Posmetyev, Doctor of Engineering, Prof.; ResearcherID: Q-1411-2015, ОRCID: 0000-0001-9878-7451
V.O. Nikonov, Candidate of Engineering, Assoc. Prof.; ORCID: 0000-0002-7380-9180
V.V. Posmetyev, Candidate of Physics and Mathematics, Assoc. Prof.; ОRCID: 0000-0001-6622-5358
Voronezh State University of Forestry and Technologies named G.F. Morozov, ul. Timiryazeva, 8, Voronezh, 394087, Russian Federation; e-mail: posmetyev@mail.ru, 8888nike 8888@mail.ru, victorvpo@mail.ru

One of the most promising and feasible ways to reduce the fuel consumption of a forest truck with a trailer is the development and support of the operation of its recuperative towing coupler. A fundamentally new scheme of the device was proposed based on the previous studies. In order to assess the possibility of its usage in a forest truck with a trailer, find the range of recoverable power, determine the optimal design parameters of the hydraulic cylinder of the coupler a three-dimensional mathematical model of a forest truck with a trailer movement along uneven support surface has been created based on the classical mechanics methods. A computer program was created based on this model. The program allowed to obtain the dependences of speed of a forest truck with a trailer, height of the supporting surface irregularities and hydraulic cylinder diameter of the recuperative towing coupler on the mean values of the average recoverable power and longitudinal acceleration. It is found that the operation of a forest truck with a trailer, equipped with a recuperative towing coupler, on forest roads with ground coating allows recuperating the power of 4 kW. The recoverable power changes with the increase of the movement speed of a forest truck with a trailer along the forest road with ground coating according to a quadratic law. It has been found that with the increase of the average height of the supporting surface irregularities to 0.4 m, the increase of the mean values of the recoverable power and longitudinal acceleration of the trailer occurs according to a law close to quadratic, however, a further increase of the height of the supporting surface irregularities does not lead to the significant growth of the parameters. The optimal diameter of the hydraulic cylinder for the recuperative towing coupler, which allows recuperating the highest power value at a high efficiency of the damping properties of the hy draulic system, is determined. The research results can be used by research and development organizations in the development and improvement of recuperative towing couplers of forest trucks with a trailer.
For citation: Posmetyev V.I., Nikonov V.O., Posmetyev V.V. Computer Simulation of the Recuperative Towing Coupler of a Forest Truck with a Trailer. Lesnoy Zhurnal [Forestry Journal], 2019, no. 4, pp. 108–123. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2019.4.108
Keywords: forest truck, trailer, towing coupler, recovery, hydraulic power, working fluid, hydropneumatic accumulator, mathematical model, simulation modeling.

REFERENCES

1. Adler Yu.P., Markova E.V., Granovskiy Yu.V. Planning an Experiment in the Search of Optimal Conditions. Moscow, Nauka Publ., 1976. 279 p.
2. Granovskiy V.A., Siraya T.N. Methods of Processing Experimental Data in Measurements. Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1990. 288 p.
3. Troitskiy V.A., Ivanova I.M., Starostin I.A., Shelest V.D. Engineering Calculations on a Computer. Ed. by V.A. Troitskiy. Leningrad, Mashinostroyeniye Publ., 1979. 288 p.
4. Kuz’michev D.A., Radkevich I.A., Smirnov A.D. Automation of Experimental Studies: Educational Textbook. Moscow, Nauka Publ., 1983. 392 p.
5. Mudrov A.E. Numerical Methods for PC in Terms of Basic, Fortran and Pascal. Tomsk, MP “RASKO” Publ., 1991. 272 p.
6. Nikonov V.O., Posmetev V.I., Juravlev R.V. Analysis of Constructive Features of Tractor-Clutch Devices of Cargo Vehicles with Trailers. Voronezhskiy nauchnotekhnicheskiy vestnik, 2018, vol. 4, no. 4(26), pp. 13–24.
7. Nikonov V.O., Posmetev V.I., Posmetev V.V. Estimation of the Efficiency of the Forest Vehicle with Energy Energy in the Wheel Hydromotors on the Basis of Computer Modeling. Mir transporta i tekhnologicheskikh mashin [The world of transport and technological machinery], 2018, no. 3(62), pp. 46–54.
8. Nikonov V.O., Posmetev V.I., Yakovlev K.A. Hydraulic Energy Recovery in a Tractor-Clutch Device of Timber Truck with a Trailer. Lesotekhnicheskiy zhurnal [Forestry Engineering Journal], 2018, no. 4, pp. 230–239. DOI: 10.12737/article_5c1a323b1d0433.96668845
9. Novikov E.A., Knaub L.V. Numerical Methods for Ordinary Differential Equations and Dynamic Systems: Educational Textbook. Krasnoyarsk, SibFU Publ., 2010. 112 p.
10. Posmetev V.I., Nikonov V.O. Substantiation of the Scheme of a Forest Vehicle Equipped with the Perspective Design of the Wheel Module with a Hydraulic Drive. Mir transporta i tekhnologicheskikh mashin [The world of transport and technological machinery], 2017, no. 3(58), pp. 27–34.
11. Samarskiy A.A., Gulin A.V. Numerical Methods: Educational Textbook for Universities. Moscow, Nauka Publ., 1989. 432 p.
12. Sovetov B.Ya., Yakovlev S.A. System Modeling: Textbook for Universities. Moscow, Vysshaya shkola Publ., 1998. 319 p.
13. Abu-Hamdeh N.H., Al-Jalil H.F. Computer Simulation of Stability and Control of Tractor-Trailed Implement Combinations under Different Operating Conditions. Bragantia, Compinas, 2004, vol. 63, no. 1, pp. 149–162.
14. Dindorf R., Woś P. Development of Energy Efficient Hydrostatic Drives with Energy Recovery. Mechanik, 2017, no. 8-9, pp. 776–782. DOI: 10.17814/mechanik.2017.8-9.114
15. Fang Z., Guo X., Xu L., Zhang H. Experimental Study of Damping and Energy Regeneration Characteristics of a Hydraulic Electromagnetic Shock Absorber. Advances in Mechanical Engineering, 2013, vol. 2013, art. 943528. DOI: 10.1155/2013/943528
16. Heikkilä M., Linjama M. Hydraulic Energy Recovery in Displacement Controlled Digital Hydraulic System. Proceedings of the 13th Scandinavian International Conference on Fluid Power, Linköping, Sweden, June 3–5, 2013. Linköping, Scandinavian International Conference on Fluid Power, 2013, pp. 1–7.
17. Posmetev V.I., Nikonov V.O., Posmetev V.V. Investigation of the Energy-Saving Hydraulic Drive of a Multifunctional Automobile with a Subsystem of Accumulation of Compressed Air Energy. IOP Conf. Series: Materials Science and Engineering, 2018, vol. 441, art. 012041. DOI: 10.1088/1757-899X/441/1/012041
18. Wang R., Jiang Q., Ye Q., Chen L., Meng X. Characteristics Analysis and Experiment of Hydraulic Interconnected Energy-Regenerative Suspension. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2017, vol. 48(8), pp. 350–357. DOI: 10.6041/j.issn.1000-1298.2017.08.042
19. Zhang H., Guo X., Xu L., Hu S., Fang Z. Parameters Analysis of Hydraulic-Electrical Energy Regenerative Absorber on Suspension Performance. Advances in Mechanical Engineering, 2014, vol. 2014, art. 836502. DOI: 10.1155/2014/836502
20. Zou J., Guo X., Xu L., Abdelkareem M.A.A., Gong B., Zhang J., Tan G. Simulation Research of a Hydraulic Interconnected Suspension Based on a Hydraulic Energy Regenerative Shock Absorber. SAE Technical Paper 2018-01-0582, 2018. DOI: 10.4271/2018-01-0582

Received on March 01, 2019