CC BY
48
УДК 631.316:630*231.331
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ РЕКУПЕРАТИВНОГО ПРИВОДА НА ЛЕСНЫХ
МАШИНАХ П. И. Попиков, Д. В. Обоянцев, К. А. Меняйлов
ФГБОУ ВПО «Воронежская государственная лесотехническая академия»
На современном этапе развития лесной техники наиболее важными проблемами являются снижение энергозатрат и уменьшение металлоёмкости агрегатов. Решить эти проблемы, на наш взгляд, можно внедрением различных механизмов, оснащенных рекуперативными устройствами. В настоящее время наблюдается внедрение гидроприводов с объёмным регулированием; с LS системами как объёмного, так и дроссельного регулирования; многонасосных приводов как с регулируемыми, так и нерегулируемыми насосами повышает стоимость техники, её ремонта и эксплуатации и лишь частично снижает потери в гидроприводе, несмотря на повсеместное внедрение принципа рекуперации гидропривода. В этом случае накопленная энергия может направляться не на нагрев и износ, а накапливаться в аккумулятор и в нужный момент возвращаться машине, при этом не затрачивая мощности двигателя.
На современном этапе развития строительно-дорожных машин известны примеры использования рекуперативного привода, в частности, экскаватор CAT 374D американской фирмы Caterpillar. В гидросистеме навесного оборудования экскаватора 374D установлены клапаны контура рекуперации с электрическим управлением, что дает возможность ис-
пользовать обратный поток масла от гидроцилиндров стрелы и рукояти для выполнения полезной работы. Это позволяет сократить продолжительность цикла и сэкономить до 6 % топлива. Также известны и отечественные разработки в этой области. На экскаваторе ЭО-4125, выпускавшемся на Ковровском экскаваторном заводе, применяется устройство энергосберегающего гидропривода с комбинированным регулированием насоса, улучшенной схемой коммутации, рекуперацией энергии при опускании стрелы и автоматическим управлением дизелем. В результате расход топлива уменьшился до 30 %, что обеспечивает экономию топлива 2...3 т в год. При применении энергосберегающего гидропривода энергия грузоподъёмных машин за полный цикл подъёма-опускания будет стремиться к минимуму, так как поднимается и опускается один и тот же груз. То есть работа опускания груза практически равна работе подъёма этого груза, но противоположна по знаку за вычетом потерь. Вместо регулируемого дросселя на выходе в качестве догружающего устройства установлен гидромотор - привод регулируемого насоса. Регулируя рабочий объём насоса, можно добиться требуемой скорости опускания груза с использованием энергии опускания для зарядки аккумулятора [5]. Такая схема является энергоЛесотехнический журнал 3/2012
сберегающей как при подъёме груза, так и при его опускании, и может быть использована на лесных манипуляторах.
Известны примеры применения рекуперативного привода в лесных машинах. Рекуперативный гидропривод лесохозяйственного агрегата (патент РФ: №
2294613) включает гидроцилиндр навесного механизма, сливную и напорную гидромагистрали, гидроцилиндр предохранительного механизма рабочих органов почвообрабатывающего орудия, гидравлические амортизаторы ходовой части и подпружиненный мультипликатор давления, гидравлический аккумулятор, гидрораспределитель, насос и гидробак. Основными источниками рекуперации энергии в лесном почвообрабатывающем агрегате (ЛПА) с усовершенствованным культиватором являются механизмы подвески и навесного устройства трактора, а также предохранителя культиватора. Работа всех трех механизмов рекуперации ЛПА основана на насосном эффекте, возникающем при возвратно-поступательном движении штоков гидроцилиндров и соответствующей работе обратных клапанов. Безвозвратно теряемая энергия в традиционных ЛПА в данном случае направляется в насосно-аккумуляторный узел и полезно используется при работе вибрационного механизма рабочих органов культиватора [1].
Нами разработано устройство для бесчокерной трелёвки леса, содержащее захват с двумя челюстями и выносным гидроцилиндром, смонтированным на на-
весной системе трактора, включающей центральную и нижние тяги, управляемые основным гидроцилиндром, штоковая полость которого сообщена с поршневой полостью гидроцилиндра посредством дополнительной гидролинии, снабженной обратным клапаном и управляемой запорным вентилем, причем центральная тяга соединена с кронштейном, закрепленным на раме захвата, а нижние тяги соединены с поперечной, отличающееся тем, что дополнительная гидролиния содержит второй запорный вентиль, синхронизированный с первым, и гидроаккумулятором.
Устройство для бесчокерной трелевки леса (рис. 1) содержит захват 1 с двумя челюстями и выносным гидроцилиндром
2, смонтированным на навесной системе трактора, которая включает центральную тягу 3 и нижнюю тягу 4, управляемые основным гидроцилиндром 5, штоковая полость основного гидроцилиндра 5 навесной системы трактора сообщена с поршневой полостью выносного гидроцилиндра 2 челюстного захвата 1, причем эти полости сообщены посредством гидролинии 6 с обратным клапаном 7 через синхронизированные запорные вентили 8 и гидроаккумулятор 9. Центральная тяга 3 навесной системы трактора 10 через кронштейн 11 шарнирно соединена с рамой 12, поперечина 13 шарнирно соединена с нижней тягой 4. Левая челюсть захвата 14 соединена с правой челюстью захвата 15 через тягу 16.
Рис. 1. Устройство для бесчокерной трелевки леса
Устройство работает следующим образом. Трактор 10 с поднятым захватом 1 и раскрытыми челюстями 14 и 15 задним ходом перемещается в такое положение, при котором захват 1 находится над комлевой частью срезанных деревьев. Затем включается основной гидроцилиндр 5 навесной системы трактора и опускается захват 1 на срезанные деревья и прижимает их к земле.
После этого включается выносной гидроцилиндр 2 захвата 1 и челюсти 14 и 15 сжимают хлысты или сортименты с боков, формируя пачку. Затем включается основной гидроцилиндр 5 навесной системы и происходит подъём захвата с пачкой в транспортное положение. Перед началом движения тракторист открывает синхронизированные запорные вентили 8, для сообщения через дополнительную линию 6 штоковой полости основного гидроцилин-
дра 5 навесной системы с поршневой полостью выносного гидроцилиндра 2 захвата 1. При трелевке происходят колебания пачки деревьев в вертикальной и горизонтальной плоскостях, в результате чего в основном гидроцилиндре 5 навесной системы трактора и выносном гидроцилиндре 2 захвата 1 возникают колебания давления рабочей жидкости, которые приводят к снижению ресурса работы элементов устройства и возникновению утечек рабочей жидкости.
Снижение пиковых значений динамических нагрузок осуществляется посредством поступления жидкости в гидроаккумулятор 9, из гидроаккумулятора рабочая жидкость расходуется на поджатие пачки по мере необходимости при возникновении утечек в гидроцилиндре 2 захвата 1. По окончании движения синхронизированные запорные
вентили 8 закрываются, тем самым перекрывается поток рабочей жидкости через дополнительную гидролинию 6.
Таким образом, обеспечивается постоянное интенсивное поджатие пачки деревьев челюстями захвата и не происходит потери отдельных деревьев из захвата. С целью более полного и объективного представления процессов, происходящих во время трелевки трактором хлыстов и сортиментов, необходимо математически смоделировать динамику гидропривода навесной системы колесного трактора с захватом с применением гидроаккумулятора [3].
Библиографический список
1. Пат. 2338352, МПК А 01 В 63/10. Рекуперативный гидропривод лесохозяйственного агрегата / Посметьев П.И., Тарасов Е.А., Посметьев В.В.; заявитель и по-тентообладатель ВГ ЛТ А.
№2007117460/12; заявл. 10.05.2007; опубл.
20.11.2008.
2. Пат. 53629, МПК F 60 Р 3/40. Уст-
ройство для бесчокерной трелёвки леса / Попиков П.И., Федяинов С.И., Гончаров П.Э .; заявитель и потентообладатель ВГЛТА. № 2005140077/22; заявл.
21.12.2005; опубл. 27.05.2006, Бюл. № 15. 2 с.
3. Пат. 93053, МПК В 60 Р 3/40. Уст-
ройство для бесчокерной трелёвки леса / Попиков П.И., Лоскутов П.И.; заявитель и потентообладатель ВГЛТА. №
2009145677/22; заявл. 09.12.2009; опубл. 20.04.2010.
4. Попиков П.И., Лоскутов И.П., Ра-ецкая Е.В. Математическая модель процесса трелевки лесоматериала бесчокер-ным захватом с рекуперативным гидроприводом. «Молодой ученый». Чита, 2009. Вып. 11. С. 40-43.
5. Щербаков В.Ф. Энергосберегающие гидроприводы строительных и дорожных машин // Строительные и дорожные машины, 2011. № 11. С. 43-44.
