Научная статья на тему 'Оптимизация расхода топлива роторного измельчителя растительных остатков'

Оптимизация расхода топлива роторного измельчителя растительных остатков Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
162
29
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ИЗМЕЛЬЧЕНИЕ / ЛИСТЬЯ / РАСХОД ТОПЛИВА / МОТОШАССИ / РОТОР / РАБОЧИЙ ОРГАН / ОПТИМИЗАЦИЯ / CHOPPING / LEAF / FUEL CONSUMPTION / MOTO CHASSIS / ROTOR / TOOL / OPTIMIZATION

Аннотация научной статьи по механике и машиностроению, автор научной работы — Мясищев Д.Г., Путинцев С.А.

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 Гобразной формы, автономный привод от двигателя внутреннего сгорания (проектнаяширина 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.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Fuel Optimization of a Rotary Chopper for Plant Residues

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 equi pment 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, selfdriven 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.

Текст научной работы на тему «Оптимизация расхода топлива роторного измельчителя растительных остатков»

УДК 634.0.332.1.002.5

DOI: 10.17238^п0536-1036.2017.1.129

ОПТИМИЗАЦИЯ РАСХОДА ТОПЛИВА

РОТОРНОГО ИЗМЕЛЬЧИТЕЛЯ РАСТИТЕЛЬНЫХ ОСТАТКОВ

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

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 х 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.

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^п0536-1036.2017.1.129

Введение

Рассмотренный и одобренный на заседании Правительства Российской Федерации 12 ноября 2015 г. законопроект о безвозмездном предоставлении гражданам России земельных участков, расположенных в Дальневосточном федеральном округе, предполагает поиск инновационных решений, разработку оригинальных подходов в вопросах построения эффективной инфраструктуры для реализации указанного направления. Это связано с явно выраженной специфической структурой и состоянием предполагаемых для освоения территорий: отсутствие качественной дорожной сети, пересеченный рельеф местности, значительные лесопокрытые территории, мелкоконтурность площадей и др.

В связи с необходимостью создания на вновь осваиваемых территориях рекреационных благоустроенных зон в лесопарковых хозяйствах, поддержания в них благоприятных для отдыха людей условий, а также для обеспечения эстетичности ландшафта, требуется комплексная механизация лесохозяй-ственных работ за счет создания агрегатов для измельчения поверхностных растительных остатков. К остаткам прежде всего относятся опавшие листья и растительность нижних ярусов в осенний период года, биомасса которых может составлять до 7 % от суммарного показателя ресурса древостоя [2].

В специальной литературе процесс измельчения биомассы и использование ее в качестве органических удобрений получил название «мульчирование». В нашем случае более приемлем сельскохозяйственный термин «нулевая обработка почвы», который широко применяется в работах зарубежных специалистов[4].

Для нулевой обработки почвы используют лесо- и сельскохозяйственные машины, рабочие органы которых исполняются активного типа, как правило, с приводом карданными передачами от трансмиссии базового трактора. Они представляют собой цилиндрические барабаны с ножами (отечественный агрегат ЛУМ-1П, TRIUMF фирмы «TRIUMF MASHINERI» (США), UFM (ФРГ)), имеющие горизонтальную ось вращения. Диаметр роторного режущего барабана может быть от 40 до 70 см при ширине захвата от 1,5 до 3,5 м. Измельчающие ножи, количество которых может колебаться от 12 до нескольких десятков, выполняются плоской прямоугольной, П-, Г-, Т- образной формы и изготовляются из специальной износостойкой стали. Их можно устанавливать жестко- или шарнирно-прикрепленными. Привод барабана оснащается предохранительными устройствами - фрикционными муфтами, срезаемыми при перегрузке штифтами. Менее распространены рабочие органы с плоскими (имеющими вертикальную ось вращения) дисковыми режуще-дробящими роторами с 3-5 ножами (фирм «NATIONAL-HUDRO-ACS», «ROUER» (США)). Рабочая частота вращения ротора может составлять 1500...2000 мин-1.

Общим недостатком отмеченного типа оборудования (трактор, прицепной или навесной измельчитель) является то, что транспортировка его к месту применения в дачных, парковых и лесопарковых хозяйствах требует использования дополнительных машин - трейлеров, что увеличивает затраты, иногда нерациональные, например, при обработке мелкоконтурных участков.

Для такого случая нами предложено в качестве тягового модуля технологического оборудования (далее - машина) использовать мототехнику (мотоциклы, мопеды и мокики).

Необходимо отметить, что зарубежные разработчики этих транспортных машин, начиная с 60-х гг. XX в., активно используют принцип «нужен и в труде, и для развлечений» [6, 7]. Особенно это проявляется в конструкциях полноприводных (2x2) мотоциклов, например Roxon Tail-Breaker (США) и «Васюган» (Россия). Подобные решения, по мнению авторов, целесообразны в качестве базового шасси агрегатов для измельчения поверхностных растительных остатков в условиях освоения «целинных» рекреационных мелкоконтурных земельных участков, расположенных в Дальневосточном федеральном округе, а также в других регионах России.

Цель данной работы - путем математического моделирования на этапе обоснования проектных решений получить совокупность базовых компоновочных и конструктивных параметров, определяющих минимум энергоемкости технологического процесса измельчения растительных остатков, при высоких экологических качествах и целесообразности использования в специфических условиях мелкоконтурных (до 1,5 га) лесопарковых и садовых территорий.

Очевидно, что машина должна обеспечивать транспортные переезды для смены обрабатываемого объекта путем ее погрузки на мотошасси. На рисунке представлено предлагаемое компоновочное решение рассматриваемого агрегата.

Компоновочная схема действующего макетного образца агрегата-измельчителя на мотошасси: 1 - мотошасси (ЗИД-50); 2 - навеска технологической машины; 3 - силовой агрегат (двигатель бензопилы «Урал МП-5 Электрон»); 4 - ротор технологической машины с ножами измельчителя собственной конструкции (Я и Ятяг - см. формулы (4) и (22))

-тяг

Объекты и методика исследований

В качестве методов для достижения поставленной цели использованы положения статистической динамики, математического моделирования и дискретной оптимизации.

При построении модели введены следующие допущения.

Для тягового шасси: буксование и скольжение колес ввиду малых скоростей движения не учитываем; опору мотошасси из-за предполагаемой однородности факторов, составляющих сопротивление движению от опорной поверхности агрегата при моделировании его прямолинейного перемещения, считаем поверхностью с заданным руководящим уклоном а; движение агрегата считаем равномерным.

Для машины: предполагаемая однородность обрабатываемого предмета труда (слой опавших листьев и отпавшая травяная растительность) позволяет для единичного элемента рабочего органа (одному ножу измельчителя на всем барабане) принять сопротивление измельчения равным среднему значению за его «нагруженный» сектор при вращении в течение одного оборота; глубину обработки слоя биомассы при мульчировании в расчетах принимаем средней величиной с учетом специфики компоновки моделируемого агрегата; текущие препятствия типа «выступ» и «впадина» на покрытом растительной биомассой пути движения технологической машины представляем в виде абсолютно жесткой поверхности, наклонной под углом а с заданными (переменными во времени) геометрическими параметрами пути с микропрофилем, который определяем углом Р(^). Предполагаем, что дискретные выступы и впадины почвенного фона под машиной не накладываются друг на друга при движении.

Изложенные ниже рассуждения и выкладки должны позволить оценить энергетические (часовой расход топлива) показатели системы для тягового мотошасси в статике, для машины - с учетом неустановившегося режима ее работы. Для мотоцикла такой подход объясняется тем, что на этапе проектирования и подготовки к экспериментальным исследованиям ряд показателей мотошасси, в том числе динамическая характеристика его двигателя 1Р39FMB-B (Китай), неизвестны.

Актуальность использования положений статистической динамики при моделировании машины основывается на методических рекомендациях В.П. Антипина [1]. В дальнейшем отмеченные особенности адаптированы к исследуемому случаю.

Часовой расход топлива (В, кг/ч) двигателя внутреннего сгорания привода машины

в ЗбООдцШкС^ (1)

где дц - цикловая подача, кг;

юкв - угловая скорость вращения коленчатого вала двигателя, рад-с"1; С - число цилиндров; ж - число Архимеда; тд - тактность двигателя. Эффективный крутящий момент (Ые,Н • м) , развиваемый двигателем, представим как

•у!

M = ' Hи~д"ц'1е, (2)

103 Яи Сддц л

где Ни - низшая теплота сгорания топлива, кДж/ кг;

це - эффективный коэффициент полезного действия двигателя привода ротора.

Выразив из (2) дц через Me и подставив результат в формулу (1), получим

5 = . (3)

лН ( )

Для изучаемого случая

P R

Me =~РК-, (4)

i л

трм 1трм

где Рк - касательная сила на барабане, Н;

R - радиус барабана-измельчителя по наружным кромкам ножей (см. рисунок), м; *трм - передаточное число планетарного редуктора; Птрм - коэффициент полезного действия привода ротора-измельчителя. При измельчении биомассы машиной затрачивается энергия топлива на преодоление следующих сил и моментов:

а) Результирующая сила сопротивления измельчению (Ррм, Н) -усредненная по ножам (измельчителям) результирующая сила как от дробления, так и от резания в процессе измельчения растительной напочвенной биомассы, т. е. с учетом послойного снятия ее стружки при продольном попутном перемещении рабочего органа:

Ррм = ^0,375Кизм SB [(R - 0,5S) + К] sin р. (5)

К

где Кизм - удельное сопротивление измельчению (в совокупности резанию, дроблению, сжатию), Н/м2 (Па); S - шаг минерализации почвы, м,

S = _2^ = _60^; (6)

Z ш, Z и,

изм ф изм ф

В - ширина захвата рабочего органа, м;

%Тд

в - угол наклона измельчительного ножа относительно вертикали при его

касании с почвой, рад; V - поступательная скорость агрегата, м/с; Zф - число ножей (измельчителей), шт.;

Юф - угловая скорость рабочего органа агрегата при измельчении, рад-с-1; Пф - частота вращения вала рабочего органа, мин-1.

б) Текущая сила сопротивления поступательного перемещения машины Р Н):

Р/ = Смаш/ксоз[р Ц)]; (7)

где Gмаш - вес машины, Н;

/к - коэффициент сопротивления перемещению.

в) Сила сопротивления подъему (Ра, Н):

Ра = Смаш^П а. (8)

г) Момент инерции измельчающих элементов машины (1маш, кг-м2):

I = т Я2 2 (9)

маш изм изм ' V /

где тизм - масса одного измельчающего элемента машины, кг. Сумма результатов выражений (5), (7) и (8) равна Рк.

д) В соответствии с (5) - (9) получим выражение эффективного крутящего момента (Ме, Н-м) двигателя привода машины:

Ме (Ррм + ^машзта + /^а1^[Р(0]) ■

^трм Лтрм

+1 ), (10) 30( 0 ™ш) (Ш

где !э - приведенные к коленчатому валу моменты инерции вращательно движущихся деталей двигателя, кг-м2; П - частота вращения коленчатого вала двигателя привода технологической машины в режиме измельчения биомассы, мин-1. Приняв во внимание, что

Чв =-, (11)

30

и подставив (9) в (3), получим

В = (Ррм + «м^та + /^ ^^)]) +

30Н л г л

и \е трм 1трм

3'6™ (10+1„)^. (12)

+

900Н Л ма Ж

и 1е

Обозначив I = 1д +1 маш , преобразуем (12):

В = Р (Ррм« + ^м^та + /^маш^РСО]«) + Р21 П (Р. (13)

Приращения частоты вращения коленчатого вала двигателя мотошасси Дп(?) во времени I, связанные с изменением угла А Р(?), вызывают приращения часового расхода топлива:

ДВ(г) = р [РрМ Дп(г) + Дп(г ^япа + / (^РоДп(*) + щ,^[Др(*)]) Дп(*) ] +

пт( йДп(г) йщ ^ . Л

+РЧп"— + Дп(')) (14)

Здесь Р - математическое ожидание (среднее значение) угла

между горизонталью и поверхностью уклона вдоль микронеровности на выборке участка пути измельчителя, рад;

п0 - постоянная составляющая (оценка математического ожидания) частоты вращения коленчатого вала двигателя привода машины, мин-1.

Применив преобразование Лапласа [5], запишем выражение (14) в операторном виде:

( П 5 ^

Ррмп(5) + п(5)£маш^па + /кОшлш п(5)сО8р0 + 2 ^ 2

V ро + 5

+Р21 (Щ5П(5) + Ф^) ), (15)

B(s) = р

где 5 - оператор дифференцирования, s = —;

dt

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

dn|

Фп - константа двигателя, Фп = —L 0 = const.

dt

В операторном виде переменную составляющую момента сопротивления Мс (t) движению транспортного агрегата запишем как

м» = 2 Смашf sR . (16)

(Рс + s ХрмЛтрм

Согласно теореме Винера-Хопфа, разделив левую и правую части выражения (15) на входное возмущающее воздействие Mc (s), получим передаточную функцию часового расхода топлива данной машины:

W(s) = р [ J(s) + GmJJ(s) sina 4- GмаШ/к (J(s)cosP0 + P3n0)] + ^

+P21 (Пс sJ (s) + 0nU (s)),

где W( s) =--передаточная функция часового расхода топлива;

Mc( s)

Рь Р2, Р3 - расчетные коэффициенты модели;

и(я) - передаточная функция угловой частоты вращения коленчатого вала двигателя привода машины (динамическая характеристика двигателя

«(я)

бензопилы «Урал МП-5 Электрон») [3], и (я) =-.

Мс (я)

В соответствии с теоретическими положениями методики [1] определим математическое ожидание спектральной плотности часового расхода топлива измельчителя:

Мв (ш) =

ад

11К (>ш)|2 (ш

П 0

(18)

где \Ж (7'ш)|2 - квадрат модуля передаточной функции (17);

ю - текущая угловая частота гармоник процесса, рад-с-1. Отметим, что выражение (18) получено в предположении, что плотность вероятности появления каждой гармоники с частотой ю равна 1, т. е. для упрощения вывода этой формулы (из-за невозможности охватить весь диапазон характеристик случайного процесса переменой составляющей момента сопротивленияМс(я) использована характеристика - А функции). Поэтому при практическом использовании (численном интегрировании) выражения (18) верхний предел интеграла ад необходимо принимать по значению частоты ю, соответствующей математическому ожиданию (среднему значению) переменой момента сопротивления Мс(я) (формула (16)) в исследуемых условиях эксплуатации.

При этом результат Мв (ш) интерпретируется как корень квадратный из

площади (в соответствующем масштабе) под интегральной кривой \Ж (уш)|2 в

интервале интегрирования для реального диапазона частоты ю.

Таким образом, часовой расход топлива (В, кг/ч) рассматриваемой технологической машины на базе мотошасси [1]:

В = В0 + Мв (ш), (19)

где В0 - часовой расход топлива, соответствующий средним значениям частоты вращения п0 при Р(^) = 0 и отсутствии сил инерции. В нашем случае из (13) следует, что

В0 = «0Р1[Ррм + Смаш ^ а + /к )] + 0,5р21маш«оЧ . (20)

Исходя из представленных выше допущений при математическом моделировании, оценку часового расхода топлива тяговым мотошасси следует определять отдельно.

Сила тяги мотошасси при измельчении (Р тяг, Н):

Р = О (/ сosа + sinа) - Р , (21)

тяг тяг тяг / рм '

где Gтяг - вес мотошасси с оператором, Н;

УГяг - коэффициент сопротивления качению колес тягового модуля.

0,5

Последняя величина (Ррм) в выражении (21) вычитается, так как результирующая сопротивления роторной машиной измельчению надпочвенной биомассы создает силу, способствующую движению тягового модуля (базового мотошасси).

Таким образом, эффективный крутящий момент (Мет,Н • м), развиваемый рассматриваемым двигателем мотошасси, представим как

— р

Мт = -яря^, (22)

I Л

трт 1трт

где Лтяг - радиус ведущего колеса мотошасси, м;

/трт - передаточное число трансмиссии мотошасси в режиме измельчения (1-я или 2- я передача);

Птрт - коэффициент полезного действия трансмиссии тягового модуля.

С учетом соотношений (3) и (12) искомый часовой расход (Втяг, кг/ч) топлива

^ = , (23)

тяг 30ЛетЯ№ ' ( )

где «от - частота вращения коленчатого вала двигателя мотошасси при максимальном Мет по внешней скоростной характеристике;

Пет - эффективный коэффициент полезного действия двигателя тягового модуля;

Нит - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.

Тогда суммарный часовой расход топлива (Вагр, кг/ч) агрегата-измельчителя (мотошасси + роторная машина):

Вагр = ВТЯг + В. (24)

Важным этапом является проверка возможности двигателей агрегата-измельчителя обеспечить необходимую мощность рассматриваемого процесса.

Для проверки машины по мощности должны обеспечиваться необходимые соотношения реализации расчетных вариантов и параметров энергетических установок агрегата.

Систематизируя представленные математические выкладки, можно заключить, что, задаваясь при расчетах возможной производительностью агрегата по площади измельчения в час (Пагр, м2/ч), основываясь на его рабочей скорости поступательного движения и ширине захвата роторной машины, реально прогнозировать важный технико-экономический показатель - удельный расход топлива (Вуд, кг/м2)в течении 1 ч рабочего хода технологической системы на единицу производительности:

Вд = ^ • (25)

агр

Основываясь на отмеченных особенностях предлагаемого математического описания, можно сформулировать оптимизационную задачу.

Пусть заданы: компоновочная схема, основные проектные параметры и характеристики агрегата для измельчения растительных остатков в парках и лесопарковых хозяйствах; характеристики взаимодействия ножей-измельчителей с предметом труда - биомассой.

Требуется: среди множества значений количества ножей-измельчителей на роторном барабане найти такое, при котором будет обеспечен минимум показателя эффективности системы (min Вуд).

Макетный действующий образец агрегата находится в стадии изготовления. Для удешевления опытно-конструкторских работ и принятия предварительных проектных решений, а также в целях поддержки потенциальных отечественных производителей тяговый модуль представляет собой российский мокик ЗИД-50 (2^1). Ротор измельчителя оснащен 16 Г-образными ножами культиватора на базе мотоблока МБ «Нева» (Россия) с активным приводом от двигателя отечественной бензопилы «Урал МП-5 Электрон». Вращение от коленчатого вала на ведущий вал ротора передается через планетарный редуктор. Проектная ширина захвата барабана-измельчителя 0,5 м, рабочая частота вращения 1900 мин -1.

Выводы

1. Предложенное теоретическое построение рекомендуется для оценки энергетических и технологических показателей самоходного агрегата на шасси 2^1 в целях оптимального выбора количества ножей-измельчителей для обеспечения минимума удельных энергозатрат на выполнение технологического процесса измельчения напочвенной растительной биомассы.

2. Анализ математических соотношений указывает на необходимость дополнения исходных параметров экспериментальными результатами.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Антипин В.П. Энергозатраты машинно-тракторного агрегата. СПб.: Поли-техн. 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

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; e-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

For citation: Myasishchev D.G., Putintsev S.A. Fuel Optimization of a Rotary Chopper for Plant Residues. Lesnoy zhurnal, 2017, no. 1, pp. 129-140. DOI: 10.17238/issn0536-1036.2017.1.129

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: integri-rovannoe 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

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.