Воронеж, Воронежская область, Россия
сотрудник
Воронеж, Воронежская область, Россия
Россия
аспирант
Воронеж, Россия
Россия
УДК 62-219.5 Подвески
УДК 629.542.6 Суда для перевозки лесоматериалов, лесовозы
Рассмотрены специфические особенности, а также последствия эксплуатации лесовозного автомобильного транспорта при движении в сложных природно-климатических условиях по лесовозным дорогам, недостаточного уровня обустроенности. Обоснована необходимость повышения эффективности вывозки древесины лесовозными автопоездами путем применения в конструкциях их прицепных звеньев рекуперативных амортизаторов. Приведено описание работы предложенных схем рекуперативных гидроприводов, позволяющих амортизаторам подвесок преобразовывать и накапливать энергию рабочей жидкости в процессе движения лесовозных автопоездов по неровностям лесовозных дорог.
лесовозный автопоезд, амортизатор, расход топлива, рабочая жидкость, прицеп, рекуперация, полуприцеп, лесовозная дорога, прицеп-роспуск, подвеска, динамические нагрузки
Транспорт леса относится к одной из фаз производственного процесса лесозаготовительной отрасли. Создание совершенных видов лесотранспортной техники определяет технический прогресс лесозаготовительного производства, и, как следствие, его экономическую эффективность. Среди всех видов сухопутного транспорта автомобильная вывозка леса в РФ занимает в настоящее время ведущее место. На долю автомобильного транспорта лесозаготовительных предприятий приходится около 90 % всей вывозимой древесины. Большой объем грузовой работы выполняется автомобильным транспортом также при перевозке сортиментов потребителям и других хозяйственных грузов [1-3].
Эксплуатационные режимы работы лесовозных автопоездов (ЛАП) в большинстве случаев зависят от природно-климатических и эксплуатационных факторов: продолжительности периодов зимней вывозки, рельефа местности, расстояний перевозки грузов, среднего объема перевозимой древесины, типа и состояния дорожного покрытия лесовозной дороги (ЛД). Специфические условия работы ЛАП, связанные с низким уровнем обустроенности ЛД и особенностями вывозимых лесоматериалов, приводят к снижению скоростей движения ЛАП, а также к ускоренному износу деталей и узлов их подвесок (ПД). Тяжелые условия работы ЛАП также сопровождаются возникновением больших динамических нагрузок при неустановившихся режимах движения по ЛД [4].
Низкое качество ЛД характеризуется наличием подъемов, уклонов, различных дорожных неровностей, ограниченной видимостью, извилистостью, увеличенным сопротивлением движению, а также сниженным сцеплением колес ЛАП с ЛД. Возникающие колебания ЛАП при преодолении им неровностей ЛД приводят к ухудшению не только плавности хода, но и к изменению основных эксплуатационных свойств ЛАП. Воздействующие на ЛАП в таких дорожных условиях динамические нагрузки являются причиной снижения их надежности, и, как следствие, причиной ухудшения эффективности процесса вывозки лесоматериалов [4, 5].
Параметры возмущений, оказывающие воздействие на ЛАП при их движении по неровностям, имеющимся на ЛД, в большинстве случаев определяются их геометрическими параметрами, а также скоростями движения ЛАП через неровности ЛД. Известно, что у 90 % ЛД с асфальтобетонным покрытием высота неровностей изменяется в пределах от 13 до 20 мм, а у ЛД с грунтовым покрытием – от 40 до 50 мм. В то же время плавные подъемы и уклоны, имеющиеся на ЛД при эксплуатационных скоростях движения ЛАП, практически не оказывают на них динамические воздействия [4, 6].
Превышение допустимых значений динамических нагрузок на ЛАП сопровождается появлением отказов в их деталях и узлах. В результате этого возникает необходимость в процессе проектирования ЛАП принимать меры, направленные на снижение динамических нагрузок на ответственные детали и узлы ЛАП. Такими мерами являются определение оптимальных скоростей движения ЛАП по ЛД, а также совершенствование и разработка перспективных виброзащитных и демпфирующих устройств [4, 7].
Значительного повышения эффективности процесса вывозки лесоматериалов можно добиться путем совершенствования динамических систем ЛАП, которые обеспечивают повышение их скорости движения, а также за счет оснащения ПД прицепных звеньев ЛАП рекуперативными амортизаторами (РА), позволяющими преобразовывать и накапливать в пнемогидроаккумуляторе (ПГА) гидропривода энергию рабочей жидкости для последующего полезного ее использовать в гидравлическом технологическом оборудовании.
Анализ результатов научных работ российских и зарубежных ученых подтверждают перспективность направления по разработке и совершенствованию ПД, обеспечивающих рекуперацию энергии рабочей жидкости, а также демпфирование колебаний колес и динамических нагрузок, воздействующих на них [8, 9].
Несмотря на уже имеющиеся результаты исследований в области разработки и проектирования РА для ПД грузовых автомобилей, специфические особенности эксплуатации ЛАП не дают возможность механически использовать эти результаты в процессе исследования рекуперации энергии рабочей жидкости РА ПД таких ЛАП. Кроме этого, существующие РА ПД не имеют непосредственного отношения к прицепным звеньям ЛАП. Несмотря на кажущуюся простоту конструкций РА ПД, в настоящее время все еще отсутствуют схемные решения рекуперативных гидроприводов применительно к ПД прицепных звеньев ЛАП различного компонования. Причинами этого, является отсутствие углубленных исследований по оптимизации рабочих и конструктивных параметров РА ПД прицепных звеньев ЛАП при их неустановившемся движении в условиях недостаточно обустроенных ЛД [1].
Всесторонний анализ технических решений патентных материалов и серийно выпускаемых конструкций, позволил авторам разработать и предложить перспективные схемы рекуперативных гидроприводов ПД для прицепных звеньев ЛАП различного компонования (рис. 1). Основными элементами рекуперативных гидроприводов ПД прицепных звеньев ЛАП, являются: РА 1, обратные клапаны 2, редукционный 3 и предохранительный 4 клапаны, ПГА 5, гидробак 6, порт подачи рабочей жидкости потребителю 7, трубопроводы 8 и дроссели 9.
Работа таких ПД прицепных звеньев ЛАП основана на полезном использовании энергии колебаний прицепных звеньев ЛАП, загруженных лесоматериалами, и 
|
заключается в следующем. В процессе движения по ЛД лесовозные автомобили-тягачи и их прицепные звенья испытывают под действием своих масс и массы перевозимых лесоматериалов вертикальные колебания от наезда колес на неровности ЛД, а также под действием сил инерции при торможении, поворотах и разгонах – поперечные и продольные наклоны и перекосы рам.
В результате этого штоки, а также поршни РА 1 периодически осуществляют вертикальные возвратно-поступательные перемещения. При движении поршней РА 1 вверх происходит вытеснение рабочей жидкости из поршневых полостей РА 1, обратные клапаны 2 и трубопроводы 8 в ПГА 5, осуществляя его зарядку. Одновременно с этим процессом, за счет разряжения в штоковых полостях РА 1 происходит их заполнение рабочей жидкостью из гидробака 6 посредством всасывающего трубопровода и обратных клапанов 2. Аналогично при перемещении поршней РА 1 вниз рабочая жидкость из штоковых полостей вытесняется посредством обратных клапанов 2 и напорный трубопровод 8 в ПГА 5, поршневые полости амортизаторов за счет разряжения заполняются рабочей жидкостью из гидробака 6 посредством всасывающего трубопровода и обратных клапанов 2. Далее рабочий процесс РА ПД прицепных звеньев при преодолении ЛАП других неровностей ЛД аналогично повторяется. Кроме рекуперации энергии рабочей жидкости, совместная работы РА и обратных клапанов дает возможность ПД прицепных звеньев ЛАП одновременно, с высокой эффективностью осуществлять функции демпфирования и амортизации нагрузок, как отдельно, так и совместно с традиционными упругими элементами ПД (пневматическими колесами, пружинами, рессорами, торсионами и др.) [10, 11].
Применение РА в ПД прицепных звеньев ЛАП, обеспечивающих преобразование кинетической энергии ПД в энергию рабочей жидкости, накапливаемую в ПГА для последующего полезного использования, позволяет: значительно снизить потери энергии в ПД; уменьшить расход топлива; сократить выбросы вредных веществ в окружающую среду; повысить плавность и управляемость прицепных звеньев ЛАП. Кроме этого, более эффективное демпфирование и амортизация дает возможность существенно снизить воздействие динамических нагрузок на детали и узлы ПД прицепных звеньев, и, как следствие, повысить надежность ЛАП.
1. Посметьев, В. И. Результаты компьютерного моделирования движения лесовозного автопоезда с рекуперацией энергии в его подвеске / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев // Лесотехнический журнал. – 2018. – Т. 8, № 3(31). – С. 176-187. – DOIhttps://doi.org/10.12737/article_5b97a15dc46998.19876487.
2. Никонов, В. О. Современное состояние, проблемы и пути повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта / В. О. Никонов. – Воронеж : Воронежский государственный лесотехнический университет им. Г. Ф. Морозова, 2021. – 203 с.
3. Посметьев, В. И. Обоснование целесообразности оснащения лесовозных автопоездов рекуперативными тягово-сцепными устройствами по результатам имитационного моделирования / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев. – Воронеж : Воронежский государственный лесотехнический университет им Г. Ф. Морозова, 2023. – 204 с.
4. Никонов, В. О. Оценка эффективности применения рекуперативного пневмогидравлического тягово-сцепного устройства лесовозного автопоезда / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, В. В. Посметьев // Воронежский научно-технический Вестник. – 2022. – Т. 3, № 3(41). – С. 47-63. – DOIhttps://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-47-63.
5. Инновации в автомобильном транспорте : материалы Всероссийской научно-технической конференции 18 мая 2021 года, г. Воронеж / отв. ред. В. О. Никонов ; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2022. – 68 с. – URL : https://vgltu.ru/nauka/konferencii/2021/premmol/.
6. Иванов, К. С. Методика статистического анализа динамических нагрузок, действующих на пожарные автомобили при движении по лесным дорогам : диссертация ... кандидата технических наук : 05.26.02 / Иванов Константин Серафимович. – Санкт-Петербург, 2005. – 113 с. – URL : https://viewer.rsl.ru/ru/rsl01004300315.
7. Посметьев, В. И. Оценка эффективности использования традиционных конструкций подвесок в специализированном автомобильном транспорте / В. И. Посметьев, В. О. Никонов // Воронежский научно-технический Вестник. – 2022. – Т. 4, № 4(42). – С. 94-119. – DOIhttps://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-94-119.
8. Никонов, В. О. Оптимизация конструктивных параметров рекуперативного сцепного устройства, установленного в лесовозном автомобиле с прицепом / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, В. А. Зеликов,В. В. Посметьев, А. С. Чуйков // Лесотехнический журнал. – 2023. – Т. 13. – № 1 (49). – С. 162-179. – DOI https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.1/11.
9. Посметьев, В. И. Оптимизация конструктивных параметров пневмогидравлического седельно-сцепного устройства лесовозного автопоезда / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, А. Ю. Мануковский [и др.] // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2023. – № 3(393). – С. 126-139. – DOIhttps://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-126-139.
10. Никонов, В. О. Имитационное моделирование резонансных явлений при работе рекуперативных гидравлических амортизаторов в подвесках прицепных звеньев лесовозных автопоездов / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, В. В. Посметьев, В. А. Зеликов // Лесотехнический журнал. – 2024. – Т. 14. – № 2 (54). – С. 239-259. – DOI https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2024.2/14. – URL : http://lestehjournal.ru/sites/defaul¬t/fil-es/journal_pdf/ltzh_2024_t._14_no_2_54.pdf.
11. Посметьев, В. И. Основные направления повышения эффективности лесных почвообрабатывающих агрегатов / В. И. Посметьев, В. А. Зеликов, А. И. Третьяков, В. В. Посметьев // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. – 2013. – № 1(36). – С. 70-79. – URL : http://vestnik.vsau.ru/wp-content/uploads/2014/12/2013_1-36.pdf#5.
