Forestry Engineering Journal Forestry Engineering Journal Лесотехнический журнал 2222-7962 64472 10.34220/issn.2222-7962/2023.1/11 Технологии. Машины и оборудование TECHNOLOGIES. MACHINERY AND EQUIPMENT Технологии. Машины и оборудование Optimization of the design parameters of the regenerative hitch installed in a logging vehicle with a trailer Оптимизация конструктивных параметров рекуперативного сцепного устройства, установленного в лесовозном автомобиле с прицепом Никонов Вадим Олегович Nikonov Vadim Olegovich 8888nike8888@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Посметьев Валерий Иванович Posmetev Valeriy Ivanovich posmetyev@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Зеликов Владимир Анатольевич Zelikov V. A. zelikov-vrn@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

 Посметьев Виктор Валерьевич Posmetev Viktor Valer'evich kafedramehaniza@mail.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

 Чуйков Алексей Сергеевич Chuykov Aleksey Sergeevich offlex88@belstu.by

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

 Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова Россия Voronezh State University of Forestry and Technologies Russian Federation Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова RU FSBE Institution of Higher Education Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov RU Белорусский государственный технологический университет Минск Беларусь Белорусский государственный технологический университет Минск Belarus 16 05 2023 16 05 2023 13 1 162 179 05 12 2022 04 03 2023 http://lestehjournal.ru/journal/2023/no-1-49/optimizaciya-konstruktivnyh-parametrov-rekuperativnogo-scepnogo-ustroystva

В данной статье решается проблема повышения эффективности функционирования лесовозных автопоездов в условиях недостаточно обустроенных лесовозных дорог. Опыт эксплуатации автопоездов по таким лесовозным дорогам показывает, что на этих дорогах транспортно-эксплуатационные качества лесовозных автопоездов являются низкими. Обоснована актуальность научного направления, нацеленная на достижение топливной экономичности лесовозных автопоездов и повышение, таким образом, эффективности и конкурентоспособности лесозаготовительных предприятий. Представлен анализ работ зарубежных ученых, который позволил выделить существенные факторы, от которых во многом зависит эффективность процесса вывозки лесоматериалов лесовозными автопоездами. Предложена перспективная конструкция сцепного устройства, позволяющая преобразовывать и полезно использовать кинетическую энергию массы прицепа с лесоматериалами, которая возникает в процессе движения автопоезда по недостаточно обустроенным лесовозным дорогам в неустановившихся и переходных режимах движения. Исследование базировалось на математическом и имитационном моделировании, численных методах, а также современных методах получения и обработки информации при компьютерной поддержке. Разработаны математическая модель и компьютерная программа движения лесовозного автопоезда в изменяющихся дорожных условиях. Компьютерное моделирование позволило осуществить предварительную оценку работоспособности предлагаемого пневмогидравлического сцепного устройства с рекуперативным и демпферным механизмами за счет выявления и анализа зависимостей, характеризующих изменение исследуемых показателей эффективности от условий движения автопоезда и конструктивных параметров устройства. Установлено, что сцепное устройство в процессе движения лесовозного автопоезда в сложных дорожных условиях со скоростью 30 кмч–1дает возможность рекуперировать до 7 кВт, при этом, значение продольного ускорения прицепного звена относительно лесовозного автомобиля не превышает 0,83 м с–2. Определено, что значение оптимального диаметра рекуперативного гидроцилиндра составляет 80-100 мм, а оптимального хода поршня 83-100 мм. При этом средняя мощность, рекуперируемая устройством, составит не менее 7 кВт, а среднее продольное ускорение прицепа составит не более 0,8 м с–2. Выявлено, что разработанная система рекуперации остается эффективной в широком диапазоне высот неровностей 0,2-0,4 м, обеспечивая рекуперируемую мощность 2,3-19,7 кВт соответственно при приемлемом значении среднего продольного ускорения 0,3-2,2 м с–2. Полученные результаты будут использованы в качестве рекомендаций для конструкторов с целью доработки предлагаемого сцепного устройства на стадии проектирования.

This article solves the problem of increasing the efficiency of the functioning of logging road trains in conditions of insufficiently equipped logging roads. Experience in the operation of road trains on such logging roads shows that on these roads the transport and operational qualities of logging road trains are low. The relevance of the scientific direction, aimed at achieving the fuel efficiency of logging road trains and thus increasing the efficiency and competitiveness of logging enterprises, is substantiated. An analysis of the work of foreign scientists is presented, which made it possible to identify significant factors that largely determine the efficiency of the process of hauling timber by timber road trains. A promising design of the coupling device is proposed, which allows converting and usefully using the kinetic energy of the mass of the trailer with timber, which occurs during the movement of a road train along insufficiently equipped logging roads in unsteady and transient traffic modes. The study was based on mathematical and simulation modeling, numerical methods, as well as modern methods for obtaining and processing information with computer support. A mathematical model and a computer program for the movement of a timber road train under changing road conditions have been developed. Computer simulation made it possible to carry out a preliminary assessment of the performance of the proposed pneumohydraulic coupling device with recuperative and damper mechanisms by identifying and analyzing dependencies characterizing the change in the studied performance indicators on the driving conditions of the road train and the design parameters of the device. It has been established that the coupling device during the movement of a logging road train in difficult road conditions at a speed of 30 km/h makes it possible to recuperate up to 7 kW, while the value of the longitudinal acceleration of the trailer link relative to the logging vehicle does not exceed 0.83 m/s2. It is determined that the value of the optimal diameter of the recuperative hydraulic cylinder is 80 ... 100 mm, and the optimal piston stroke is 83 ... 100 mm. In this case, the average power recuperated by the device will be at least 7 kW, and the average longitudinal acceleration of the trailer will be no more than 0.8 m/s2. It was found that the developed recuperation system remains effective in a wide range of roughness heights of 0.2 ... 0.4 m, providing a recuperated power of 2.3 ... 19.7 kW, respectively, with an acceptable average longitudinal acceleration of 0.3 ... 2.2 m/s2. The results obtained will be used as recommendations for designers to refine the proposed coupling device at the design stage.

 оптимизация картограмма сцепное устройство лесовозный автомобиль рекуперативная мощность прицеп расход топлива лесовозная дорога эффективность вывозка лесоматериалов optimization cartogram hitch logging vehicle regenerative power trailer fuel consumption logging road efficiency timber hauling

Никонов, В. О. Современное состояние, проблемы и пути повышения эффективности лесовозного автомобильного транспорта : монография / В. О. Никонов ; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». - Воронеж, 2021. - 203 с. - Библиогр. : с. 181-202 (196 назв.). Режимдоступа : https://www.elibrary.ru/item.asp?id=45694525 Nikonov, V. O. Sovremennoe sostoyanie, problemy i puti povysheniya effektivnosti lesovoznogo avtomobil'nogo transporta : monografiya / V. O. Nikonov ; M-vo nauki i vysshego obrazovaniya RF, FGBOU VO «VGLTU». - Voronezh, 2021. - 203 s. - Bibliogr. : s. 181-202 (196 nazv.). Rezhimdostupa : https://www.elibrary.ru/item.asp?id=45694525 Akay A. E. Determination of the Safest Route for Logging Trucks Based on Road Types and Conditions / A. E. Akay // Environ. Sci. Proc. 2021 3 5. Bibliogr. : p. 6 (12 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/IECF2020-08068 Akay A. E. Determination of the Safest Route for Logging Trucks Based on Road Types and Conditions / A. E. Akay // Environ. Sci. Proc. 2021 3 5. Bibliogr. : p. 6 (12 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/IECF2020-08068 Akay A. E. Evaluating the Effects of Improving Forest Road Standards on Economic Value of Forest Products / A. E. Akay, H. Serin, J. Sessions, E. Bilici, M. Pak // Croat. J. For. Eng. 42 (2021) 2 pp. 245-258. - Bibliogr. : pp. 257-258 (20 titles). - DOI: http://doi.org/10.5552/crojfe.2021.851 Akay A. E. Evaluating the Effects of Improving Forest Road Standards on Economic Value of Forest Products / A. E. Akay, H. Serin, J. Sessions, E. Bilici, M. Pak // Croat. J. For. Eng. 42 (2021) 2 pp. 245-258. - Bibliogr. : pp. 257-258 (20 titles). - DOI: http://doi.org/10.5552/crojfe.2021.851 Allman M. Operational Parameters of Logging Trucks Working in Mountainous Terrains of the western Carpathians / M. Allman, Z. Dudakova, M. Jankovsky, J. Merganic // Forests. 2021, 12, 718 - 13 p. - Bibliogr. : pp. 12-13 (27 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f12060718 Allman M. Operational Parameters of Logging Trucks Working in Mountainous Terrains of the western Carpathians / M. Allman, Z. Dudakova, M. Jankovsky, J. Merganic // Forests. 2021, 12, 718 - 13 p. - Bibliogr. : pp. 12-13 (27 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f12060718 Alrejjal A. Impact of crosswinds and truck weight on rollover propensity when negotiating combined curves / A. Alrejjal, K. Ksaibati // International Journal of Transportation Science and Technology, 2022. Bibliogr. : pp. 16-17 (52 titles). - DOI: http://doi.org/10.1016/j.ijtst.2022.01.001 Alrejjal A. Impact of crosswinds and truck weight on rollover propensity when negotiating combined curves / A. Alrejjal, K. Ksaibati // International Journal of Transportation Science and Technology, 2022. Bibliogr. : pp. 16-17 (52 titles). - DOI: http://doi.org/10.1016/j.ijtst.2022.01.001 Anttila P. The effect of winter weather on timber truck tare weights / P. Anttila, T. Nummelin, K. Väätäinen, J. Laitila // Silva Fennica, 2020, vol. 54 no. 4 article id 10385. 16 p. - Bibliogr. : pp. 14-16. (24 titles). - DOI: http://doi.org/10.14214/sf.10385 Anttila P. The effect of winter weather on timber truck tare weights / P. Anttila, T. Nummelin, K. Väätäinen, J. Laitila // Silva Fennica, 2020, vol. 54 no. 4 article id 10385. 16 p. - Bibliogr. : pp. 14-16. (24 titles). - DOI: http://doi.org/10.14214/sf.10385 Brown M. W. Evaluation of the Impact of Timber Truck Configuration and Tare Weight On Payload Efficiency : An Australian Case Study / M. W. Brown // Forests 2021, 12, 855. - 11 p. - Bibliogr. : pp. 11 (24 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f12070855 Brown M. W. Evaluation of the Impact of Timber Truck Configuration and Tare Weight On Payload Efficiency : An Australian Case Study / M. W. Brown // Forests 2021, 12, 855. - 11 p. - Bibliogr. : pp. 11 (24 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f12070855 Chevalier P. Cost Analysis of Weyerhaeuser is Pembina Timberlands Log Haul / P. Chevalier // Faculty of natural resources management Lakehead University, April 6, 2018. - 54 p. - Bibliogr. : pp. 31-32 (23 titles). Chevalier P. Cost Analysis of Weyerhaeuser is Pembina Timberlands Log Haul / P. Chevalier // Faculty of natural resources management Lakehead University, April 6, 2018. - 54 p. - Bibliogr. : pp. 31-32 (23 titles). J. L. Conrad I. V. Costs and Challenges of Log Truck Transportation in Georgia, USA / J. L. Conrad I. V. // Forests 2018, 9, 650 - 14 p. - Bibliogr. : pp. 12-14 (31 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f9100650 J. L. Conrad I. V. Costs and Challenges of Log Truck Transportation in Georgia, USA / J. L. Conrad I. V. // Forests 2018, 9, 650 - 14 p. - Bibliogr. : pp. 12-14 (31 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f9100650 Kogler С. Simulating Combined Self-Loading Truck and Semitrailer Truck Transport in the Wood Supply Chain / C. Kogler, A. Stenitzer, P. Rauch // Forests 2020, 11, 1245 15 p. - Bibliogr. : pp. 14-15 (27 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f11121245 Kogler S. Simulating Combined Self-Loading Truck and Semitrailer Truck Transport in the Wood Supply Chain / C. Kogler, A. Stenitzer, P. Rauch // Forests 2020, 11, 1245 15 p. - Bibliogr. : pp. 14-15 (27 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f11121245 Kozakiewicz P. Importance of the Moisture Content of Large-Sized Scots Pine (Pinus Sylvestris L.) Round wood in its Road Transport / P. Kozakiewicz, L. Tymendorf, G. Trzcinski // Forests 2021, 12, 879 13 p. - Bibliogr. : pp. 12-13 (36 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f122070879 Kozakiewicz P. Importance of the Moisture Content of Large-Sized Scots Pine (Pinus Sylvestris L.) Round wood in its Road Transport / P. Kozakiewicz, L. Tymendorf, G. Trzcinski // Forests 2021, 12, 879 13 p. - Bibliogr. : pp. 12-13 (36 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f122070879 Moreno G. Stability of Heavy Articulated Vehicles : Effect of Load Distribution / G. Moreno, V. Manenti, G. Guerero, L. Nicolazzi, R. Vieira, D. Martins // Transportation Research Procedia 33 (2018) 211-218. Bibliogr. : p. 218 (19 titles). - DOI: http://doi.org/10.1016/j.trpro.2018.10.094 Moreno G. Stability of Heavy Articulated Vehicles : Effect of Load Distribution / G. Moreno, V. Manenti, G. Guerero, L. Nicolazzi, R. Vieira, D. Martins // Transportation Research Procedia 33 (2018) 211-218. Bibliogr. : p. 218 (19 titles). - DOI: http://doi.org/10.1016/j.trpro.2018.10.094 Palander T. Improving Energy Efficiency in a Synchronized Road - Transportation System by Using a TFMC (Transportation Fleet - Management Control) in Finland / T. Palander, K. Karha // Energies 2019, 12, 670. - 15 p. - Bibliogr. :pp. 14-15 (57 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/en12040670 Palander T. Improving Energy Efficiency in a Synchronized Road - Transportation System by Using a TFMC (Transportation Fleet - Management Control) in Finland / T. Palander, K. Karha // Energies 2019, 12, 670. - 15 p. - Bibliogr. :pp. 14-15 (57 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/en12040670 Pandur Z. Energy Efficiency of Timber Transport by Trucks on Milly and Mountainous Forest Roads / Z. Pandur, H. Neveceral, M. Susnjar, M. Bacic, K. Lepoglavec // Forestist 2021. - Bibliogr. : pp. 9-10 (31 titles). - DOI: http://doi.org/10.5152/forestist.2021.21012 Pandur Z. Energy Efficiency of Timber Transport by Trucks on Milly and Mountainous Forest Roads / Z. Pandur, H. Neveceral, M. Susnjar, M. Bacic, K. Lepoglavec // Forestist 2021. - Bibliogr. : pp. 9-10 (31 titles). - DOI: http://doi.org/10.5152/forestist.2021.21012 Trzcinski G. Total Weight and Axle Loads of Truck Units in the Transport of Timber Depending on the Timber Cargo / G. Trzcinski, T. Moskalik, R. Wojtan // Forests 2018 9 164 12 p. - Bibliogr. : pp. 10-12 (40 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f9040164 Trzcinski G. Total Weight and Axle Loads of Truck Units in the Transport of Timber Depending on the Timber Cargo / G. Trzcinski, T. Moskalik, R. Wojtan // Forests 2018 9 164 12 p. - Bibliogr. : pp. 10-12 (40 titles). - DOI: http://doi.org/10.3390/f9040164 Vaatainen K. Roundwood and Biomass Logistics in Finland and Sweden / K. Vaatainen, P. Anttila, L. Elisson, J. Routa // Croat. J. For. Eng. 42 (2021) 1 pp. 39-61. - Bibliogr. : pp. 54-61 (190 titles). - DOI: http://doi.org/10.5552/crojfc.2021.803 Vaatainen K. Roundwood and Biomass Logistics in Finland and Sweden / K. Vaatainen, P. Anttila, L. Elisson, J. Routa // Croat. J. For. Eng. 42 (2021) 1 pp. 39-61. - Bibliogr. : pp. 54-61 (190 titles). - DOI: http://doi.org/10.5552/crojfc.2021.803 Посметьев, В. И. Компьютерное моделирование рекуперативного тягово-сцепного устройства лесовозного автомобиля с прицепом / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев // Лесной журнал. 2019, № 4. - С. 108-123. - Библиогр. : с. 120-123 (20 назв.). - DOI: http://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.4.108 Posmet'ev, V. I. Komp'yuternoe modelirovanie rekuperativnogo tyagovo-scepnogo ustroystva lesovoznogo avtomobilya s pricepom / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, V. V. Posmet'ev // Lesnoy zhurnal. 2019, № 4. - S. 108-123. - Bibliogr. : s. 120-123 (20 nazv.). - DOI: http://doi.org/10.17238/issn0536-1036.2019.4.108 Никонов, В. О. Рекуперация гидравлической энергии в тягово-сцепном устройстве лесовозного автомобиля с прицепом / В. О. Никонов, В. И. Посметьев, К. А. Яковлев // Лесотехнический журнал. - 2018. - № 4. - С. 230-239. - Библиогр.: с. 238-239 (10 назв.).- DOI: http://doi.org/10.12737/article_5c1a323b1d0433.96668845 Nikonov, V. O. Rekuperaciya gidravlicheskoy energii v tyagovo-scepnom ustroystve lesovoznogo avtomobilya s pricepom / V. O. Nikonov, V. I. Posmet'ev, K. A. Yakovlev // Lesotehnicheskiy zhurnal. - 2018. - № 4. - S. 230-239. - Bibliogr.: s. 238-239 (10 nazv.).- DOI: http://doi.org/10.12737/article_5c1a323b1d0433.96668845 Посметьев, В. И. Имитационная модель оценки эффективности лесовозного автопоезда, оснащенного рекуперативным пневмогидравлическим тягово-сцепным устройством / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев, И. В. Сизьмин // Лесотехнический журнал. - 2020. - Т. 10. - № 4 (40). - С. 181-196. - Библиогр. : с. 193-196 (20 назв.). - DOI: http://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2020.4/15 Posmet'ev, V. I. Imitacionnaya model' ocenki effektivnosti lesovoznogo avtopoezda, osnaschennogo rekuperativnym pnevmogidravlicheskim tyagovo-scepnym ustroystvom / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, V. V. Posmet'ev, I. V. Siz'min // Lesotehnicheskiy zhurnal. - 2020. - T. 10. - № 4 (40). - S. 181-196. - Bibliogr. : s. 193-196 (20 nazv.). - DOI: http://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2020.4/15 Посметьев, В. И. Повышение эффективности лесовозного автопоезда путем использования рекуперативного пневмогидравлического сцепного устройства / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, И. В. Сизьмин // Воронежский научно-технический вестник. - 2021. - Т. 4, № 4 (38). - С. 70-85. - Библиогр. : с. 81-85 (28 назв.).- DOI: http://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-70-85 Posmet'ev, V. I. Povyshenie effektivnosti lesovoznogo avtopoezda putem ispol'zovaniya rekuperativnogo pnevmogidravlicheskogo scepnogo ustroystva / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, I. V. Siz'min // Voronezhskiy nauchno-tehnicheskiy vestnik. - 2021. - T. 4, № 4 (38). - S. 70-85. - Bibliogr. : s. 81-85 (28 nazv.).- DOI: http://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-70-85