Оптимизация расхода топлива роторного измельчителя растительных остатков

УДК

634.0.332.1.002.5

DOI:

10.17238/issn0536-1036.2017.1.129

Аннотация

Для создания более благоприятных условий отдыха людей в условиях парковых зон и повышения плодородия полей используют нулевую обработку почвы, включающую в себя механическое измельчение растительных остатков. Показана необходимость создания нового класса техники для нулевой обработки почвы – измельчителя на базе мотошасси, обоснована актуальность предложенной компоновки для предполагаемых условий его использования. Рассмотрены иные варианты исполнения подобных измельчителей в виде навесного оборудования на трактор и сделан вывод о наличии у данного вида рабочей техники некоторых недостатков, связанных со сложностью и дороговизной их транспортировки к месту выполнения работ. Важным техническим отличием от существующей техники, имеющей привод рабочего органа от вала отбора мощности, в нашем случае является то, что рабочий орган приводится в действие автономным двигателем от бензопилы «Урал МП-5 Электрон». Это позволяет раздельно рассчитывать топливную экономичность шасси при движении и двигателя рабочего органа при выполнении работ по измельчению. Предложена математическая модель топливной экономичности самоходного измельчителя растительного напочвенного покрова в условиях лесопарковых, садовых и коммунальных хозяйств. В качестве базового шасси рассмотрен двухколесный вариант с колесной формулой 2 × 1. В модели исследуется роторный рабочий орган измельчителя, имеющий 16 ножей Г-образной формы, автономный привод от двигателя внутреннего сгорания (проектная ширина захвата барабана–измельчителя 0,5 м, рабочая частота вращения 1900 мин^–1). В процессе математического моделирования использованы положения метода статистической динамики линейных стохастических систем и дискретной оптимизации. Сделаны выводы о возможности решения оптимизационной задачи по минимизации удельного технологического расхода топлива при измельчении напочвенной биомассы – листьев, стеблей травы, мелких корней и сучьев. 

Сведения об авторах

Д.Г. Мясищев, д-р техн. наук, проф.

С.А. Путинцев, асп.

Северный (Арктический) федеральный университет им. М.В. Ломоносова, наб. Северной Двины, д. 17, г. Архангельск, Россия, 163002; е-mail: Cepera29ru@yandex.ru

Ключевые слова

измельчение, листья, расход топлива, мотошасси, ротор, рабочий орган, оптимизация

Для цитирования

Мясищев Д.Г., Путинцев С.А. Оптимизация расхода топлива роторного измельчителя растительных остатков // Лесн. журн. 2017. № 1. С. 129–140. (Изв. высш. учеб. заведений). DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.1.129

Литература

1. Антипин В.П. Энергозатраты машинно-тракторного агрегата. СПб.: Политехн. ун-т, 2012. 326 с.

2. Лосицкий К.Б., Цехмистренко А.Ф. Энергетические ресурсы леса // Повышение технического уровня и качества машин для лесозаготовок и лесного хозяйства. 1982. № 12. С. 64 – 67.

3. Мясищев Д.Г. Оценка модуля передаточной функции частоты вращения коленчатого вала двигателя лесохозяйственного мотоблока // Изв. СПбЛТА. 2005. С. 96–104.

4. Развитие сельской механизации: обзор моделей и прогресса со всего мира: интегрированное управление Vol.20-2013 Group. Завод по производству и защите пищевых продуктов деления и сельского хозяйства Организации Объединенных Наций. Рим, 2013.

5. Шупляков С.М. Колебания и нагруженность трансмиссии автомобиля. М.: Транспорт, 1974. 328 с.

6. Code K. The Soft Science of Road Racing Motorcycles: the Technical Procedures and Workbook for Road Racing Motorcycles. US, 1986. 166 p.

7. Code K. A Twist of the Wrist. Volume I. The Motorcycle Roadracers Handbook. US, 1983. 128 p.

Поступила 22.03.16

Ссылка на английскую версию:

Fuel Optimization of a Rotary Chopper for Plant Residues

UDC 634.0.332.1.002.5

DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.1.129

Fuel Optimization of a Rotary Chopper for Plant Residues

D.G. Myasishchev, Doctor of Engineering Sciences, Professor

S.A. Putintsev, Postgraduate Student

Northern (Arctic) Federal University named after M.V. Lomonosov, Naberezhnaya Severnoy Dviny, 17, Arkhangelsk, 163002, Russian Federation;

е-mail:Cepera29ru@yandex.ru

Zero tillage technology, including mechanical chopping of plant residues, is used in order to create the most favorable conditions for the people’s rest in the park zones, and to improve fertility of the fields. The article describes the need of a new class of equipment for zero tillage – a chopper on the basis of moto chassis, and justifies the relevance of the proposed arrangement for the intended conditions of use. Other versions of these choppers in the form of attachment to the tractor are also considered; some disadvantages of this type of equipment associated with the complexity and high cost of its transportation to the place of work are established. An important technical difference from the modern equipment, having a tool driven by the PTO, in our case, is that the actuator is driven by a self-contained engine of the chainsaw "Ural MP-5 Electron". This allows us to calculate separately the chassis fuel economy when driving and the tool engine while chopping. The paper presents a mathematical model of fuel efficiency of the self-propelled cutter of the plant ground cover in the aesthetic forestries and fruit farmings. A two-wheeled version of a wheel formula 2x1 is considered as the base chassis. A rotary actuator of a chopper having 16 L-shaped knives, self- driven by an internal combustion engine (designed drum operating width is 0.5 m; operating speed is 1900 min^-1) is investigated in the model. The provisions of the method of statistical dynamics of linear stochastic systems and discrete optimization are used in the process of mathematical modeling. We made the conclusions about the optimization problem solution to minimize the proportion of technological fuel consumption during chopping of ground biomass – leaves, grass stems, small roots and twigs.

Keywords: chopping, leaf, fuel consumption, moto chassis, rotor, tool, optimization. 

REFERENCES 

1. Antipin V.P. Energozatraty mashinno-traktornogo agregata [Power Consumption of the Machine-Tractor Unit]. Saint Petersburg, 2012. 326 p.

2. Lositskiy K.B., Tsekhmistrenko A.F. Energeticheskie resursy lesa [Forest Energy Resources]. Povyshenie tekhnicheskogo urovnya i kachestva mashin dlya lesozagotovok i lesnogo khozyaystva [Technical Level and Machinery Quality Improvement for Logging and Forestry], 1982, no. 12, pp. 64–67.

3. Myasishchev D.G. Otsenka modulya peredatochnoy funktsii chastoty vrashcheniya kolenchatogo vala dvigatelya lesokhozyaystvennogo motobloka [Evaluation of the Transfer Function Module of the Engine Crankshaft Rotational Speed of the Forest Motoblock]. Izvestia Sankt-Peterburgskoj lesotehniceskoj akademii (Izvestia SPbLTA), 2005, pp. 96–104.

4. Razvitie sel'skoy mekhanizatsii: obzor modeley i progressa so vsego mira: integrirovannoe upravlenie Vol. 20-2013 Group. Zavod po proizvodstvu i zashchite pishchevykh produktov deleniya i sel'skogo khozyaystva Organizatsii Ob"edinennykh Natsiy [Development of Agricultural Engineering: an Overview of Models and Progress of All Over the World: the Integrated Management of Vol.20-2013 Group. Food Fission Fragments and Agriculture Manufacturing and Protective Plant of the United Nations Organization]. Rome, 2013.

5. Shuplyakov S.M. Kolebaniya i nagruzhennost' transmissii avtomobilya [Vibrations and Vehicle Transmission Loading]. Moscow, 1974. 328 p.

6. Code K. The Soft Science of Road Racing Motorcycles: the Technical Procedures and Workbook for Road Racing Motorcycles. US, 1986. 166 p.

7. Code K. A Twist of the Wrist. Volume I. The Motorcycle Roadracers Handbook. US, 1983. 128 p.

Received on March 22, 2016