Forestry Engineering Journal

Лесотехнический журнал

2222-7962

86792

10.34220/issn.2222-7962/2024.2/15

Технологии. Машины и оборудование

TECHNOLOGIES. MACHINERY AND EQUIPMENT

Технологии. Машины и оборудование

Simulation modeling of the operation of regenerative electromagnetic shock absorbers installed in the suspension of a timber road train

Имитационное моделирование работы рекуперативных электромагнитных амортизаторов, установленных в подвеске лесовозного автопоезда

Посметьев

Валерий Иванович

Posmetev

Valeriy Ivanovich

posmetyev@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

Никонов

Вадим Олегович

Nikonov

Vadim Olegovich

8888nike8888@mail.ru

кандидат технических наук;

candidate of technical sciences;

Посметьев

Виктор Валерьевич

Posmetev

Viktor Valer'evich

kafedramehaniza@mail.ru

кандидат физико-математических наук;

candidate of physical and mathematical sciences;

Зеликов

Владимир Анатольевич

Zelikov

V. A.

zelikov-vrn@mail.ru

доктор технических наук;

doctor of technical sciences;

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 Voronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. Morozov

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

30 08 2024

14 2 260 279 11 04 2024 25 04 2024

http://lestehjournal.ru/en/journal/2024/no-2-54/simulation-modeling-operation-regenerative-electromagnetic-shock-absorbers

В данной статье решается проблема повышения энергоэффективности процесса вывозки лесоматериалов лесовозными автопоездами. Опыт эксплуатации показывает, что более 10 % энергии топлива расходуется лесовозным автопоездом на процессы трения в подвесках его звеньев. Обоснована актуальность целесообразности преобразования, накопления и полезного использования рассеиваемой в подвеске автопоезда энергии. Потенциал современных разработок российских и зарубежных ученых в области преобразования энергии колебаний в электрическую энергию различными по конструкции амортизаторами подвесок является достаточно значительным. При проектировании рекуперативных электромагнитных амортизаторов, все еще возникают проблемные вопросы, связанные с их ограниченной генерируемой мощностью. С целью повышения производительности генерирования электрической энергии, предложена перспективная конструкция рекуперативного электромагнитного амортизатора на постоянных магнитах. Исследование выполнялось на основе методов математического и имитационного моделирования. При изменении высоты неровностей от 0,1 до 0,9 м рекуперируемая электрическая мощность увеличивается с 0,34 до 10,5 кВт. При движении лесовозного автопоезда со скоростью 20 км/ч по неровностям опорной поверхности малой высоты – 0 ... 0,2 м, рекуперативные амортизаторы генерируют ограниченную мощность, не превышающую 1,35 кВт. При высоте неровностей опорной поверхности – 0,4 ... 0,6 м рекуперативные амортизаторы генерируют мощность в диапазоне от 4,2 до 6,8 кВт. При увеличении скорости движения автопоезда от 10 до 30 км/ч рекуперируемая электрическая мощность увеличивается с 1,17 до 7,94 кВт. Использование полученных результатов позволит конструкторам на стадии проектирования осуществлять доработку аналогичных конструкций рекуперативных электромагнитных амортизаторов.

This article solves the problem of increasing the energy efficiency of the process of removing timber by logging road trains. Operating experience shows that more than 10 % of the fuel energy is consumed by a timber road train on friction processes in the suspensions of its links. The relevance of the feasibility of transformation, accumulation and beneficial use of energy dissipated in the suspension of a road train is substantiated. The potential of modern developments by Russian and foreign scientists in the field of converting vibration energy into electrical energy using suspension shock absorbers of various designs is quite significant. When designing regenerative electromagnetic shock absorbers, problematic issues still arise related to their limited generated power. In order to increase the productivity of electrical energy generation, a promising design of a regenerative electromagnetic shock absorber based on permanent magnets has been proposed. The study was carried out based on mathematical and simulation modeling methods. When the height of unevenness changes from 0.1 to 0.9 m, the recovered electrical power increases from 0.34 to 10.5 kW. When a logging road train moves at a speed of 20 km/h over uneven supporting surfaces of low height – 0 ... 0.2 m, regenerative shock absorbers generate limited power not exceeding 1.35 kW. With a height of unevenness of the supporting surface of 0.4 ... 0.6 m, regenerative shock absorbers generate power in the range from 4.2 to 6.8 kW. When the speed of the road train increases from 10 to 30 km/h, the recovered electrical power increases from 1.17 to 7.94 kW. The use of the results obtained will allow designers to refine similar designs of regenerative electromagnetic shock absorbers at the design stage.

лесовозный автомобиль-тягач рекуперативный электромагнитный амортизатор поверхность лесовозной дороги численное интегрирование магнитная индукция рекуперируемая электрическая мощность компьютерная программа кольцевые магниты производительность

logging truck regenerative electromagnetic shock absorber logging road surface numerical integration magnetic induction recovered electrical power computer program ring magnets productivity

Посметьев, В. И. Оценка актуальности использования рекуперативной подвески с линейным электромагнитным генератором в конструкции лесовозногоавтомобиля / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. А. Зеликов // Воронежский научно-технический вестник. – 2022. – Т. 2, № 2 (40). – С. 50-63. – Библиогр. : с. 60-61 (27 назв.). – DOI: https://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-50-63

Posmet'ev, V. I. Ocenka aktual'nosti ispol'zovaniya rekuperativnoy podveski s lineynym elektromagnitnym generatorom v konstrukcii lesovoznogoavtomobilya / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, V. A. Zelikov // Voronezhskiy nauchno-tehnicheskiy vestnik. – 2022. – T. 2, № 2 (40). – S. 50-63. – Bibliogr. : s. 60-61 (27 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.34220/2311-8873-2022-50-63

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. – Библиогр. : с. 176-177 (20 назв.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.1/11

Optimizaciya konstruktivnyh parametrov rekuperativnogo scepnogo ustroystva, ustanovlennogo v lesovoznom avtomobile s pricepom / V. O. Nikonov, V. I. Posmet'ev, V. A. Zelikov, V. V. Posmet'ev, A. S. Chuykov // Lesotehnicheskiy zhurnal. – 2023. – T. 13, № 1(49). – S. 162-179. – Bibliogr. : s. 176-177 (20 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.34220/issn.2222-7962/2023.1/11

Посметьев, В. И. Обоснование целесообразности оснащения лесовозных автопоездов рекуперативными тягово-сцепными устройствами по результатам имитационного моделирования : монография / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, В. В. Посметьев ; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2023. – 204 с. – Библиогр. : с. 185-203 (141 назв.). URL : https://www.elibrary.ru/item.asp?id=61082376.

Posmet'ev, V. I. Obosnovanie celesoobraznosti osnascheniya lesovoznyh avtopoezdov rekuperativnymi tyagovo-scepnymi ustroystvami po rezul'tatam imitacionnogo modelirovaniya : monografiya / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, V. V. Posmet'ev ; M-vo nauki i vysshego obrazovaniya RF, FGBOU VO «VGLTU». – Voronezh, 2023. – 204 s. – Bibliogr. : s. 185-203 (141 nazv.). URL : https://www.elibrary.ru/item.asp?id=61082376.

Оптимизация конструктивных параметров пневмогидравлического седельно-сцепного устройства лесовозного автопоезда / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, А. Ю. Мануковский, В. В. Посметьев, А. В. Авдюхин // Известия высших учебных заведений. Лесной журнал. – 2023. – № 3(393). – С. 126-139. – Библиогр. : с. 137-139 (20 назв.). – DOI: https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-126-139.

Optimizaciya konstruktivnyh parametrov pnevmogidravlicheskogo sedel'no-scepnogo ustroystva lesovoznogo avtopoezda / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, A. Yu. Manukovskiy, V. V. Posmet'ev, A. V. Avdyuhin // Izvestiya vysshih uchebnyh zavedeniy. Lesnoy zhurnal. – 2023. – № 3(393). – S. 126-139. – Bibliogr. : s. 137-139 (20 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-126-139.

Борисов, В. А. Некоторые вопросы прочности сцепки тягача и полуприцепа-роспуска лесовозного автопоезда / В. А. Борисов, Д. В. Акинин, В. В. Никитин // Resources and Technology. – 2019. – Т. 16, № 3. – С. 12-23. – Библиогр. : с. 21-22 (21 назв.). – DOI: https://doi.org/10.15393/j2.art.2019.4702.

Borisov, V. A. Nekotorye voprosy prochnosti scepki tyagacha i polupricepa-rospuska lesovoznogo avtopoezda / V. A. Borisov, D. V. Akinin, V. V. Nikitin // Resources and Technology. – 2019. – T. 16, № 3. – S. 12-23. – Bibliogr. : s. 21-22 (21 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.15393/j2.art.2019.4702.

Верификация экспериментами моделей скорости движения лесовозов в зависимости от природно-производственных факторов / А. П. Мохирев, К. П. Рукомойников, П. М. Мазуркин, Н. А. Брагина // Лесной вестник. Forestry Bulletin. – 2021. – Т. 25, № 2. – С. 108-115. – Библиогр. : с. 113 (21 назв.). – DOI: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-2-108-115.

Verifikaciya eksperimentami modeley skorosti dvizheniya lesovozov v zavisimosti ot prirodno-proizvodstvennyh faktorov / A. P. Mohirev, K. P. Rukomoynikov, P. M. Mazurkin, N. A. Bragina // Lesnoy vestnik. Forestry Bulletin. – 2021. – T. 25, № 2. – S. 108-115. – Bibliogr. : s. 113 (21 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-2-108-115.

Мазуркин, П. М. Рейтинги групп факторов вывозки сортиментов / П. М. Мазуркин, А. П. Мохирев, К. П. Рукомойников // Resources and Technology. – 2021. – Т. 18, № 3. – С. 37-52. – Библиогр. : с. 50-51 (12 назв.). – DOI: https://doi.org/10.15393/j2.art.2021.5803.

Mazurkin, P. M. Reytingi grupp faktorov vyvozki sortimentov / P. M. Mazurkin, A. P. Mohirev, K. P. Rukomoynikov // Resources and Technology. – 2021. – T. 18, № 3. – S. 37-52. – Bibliogr. : s. 50-51 (12 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.15393/j2.art.2021.5803.

Мохирев, А. П. Закономерности ранговых распределений факторов вывозки древесины с лесных участков / А. П. Мохирев, К. П. Рукомойников, П. М. Мазуркин // Лесной вестник / Forestry Bulletin, – 2021. – Т. 25. № 4. С. 112-120. – Библиогр. : с. 117-118 (20 назв.). – DOI: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-4-112-120.

Mohirev, A. P. Zakonomernosti rangovyh raspredeleniy faktorov vyvozki drevesiny s lesnyh uchastkov / A. P. Mohirev, K. P. Rukomoynikov, P. M. Mazurkin // Lesnoy vestnik / Forestry Bulletin, – 2021. – T. 25. № 4. S. 112-120. – Bibliogr. : s. 117-118 (20 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.18698/2542-1468-2021-4-112-120.

Fractional Order PID Control Based on Ball Screw Energy Regenerative Active Suspension / Zhang J., Liu J., Liu B., Li M. // Actuators. 2022, 11(7), 189. – Bibliogr. : pp. 22-23 (31 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/act11070189 (SNIP 0,975).

10.

Damping Performance Analysis of Magnetorheological Damper Based on Multiphysics Coupling / Hu G., Wu L., Deng Y., Yu L., Luo B. // Actuators, 2021; 10(8), 176. – Bibliogr. : pp. 22-23 (30 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/act10080176 (SNIP 0,975)

11.

Song H. Research on Inertial Force Attenuation Structure and Semi-Active Control of Regenerative Suspension / Song H., Dong M., Wang X. // Applied Sciences, 2024, 14(6), 2314. – Bibliogr. : pp. 19-20 (31 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/app14062314 (SNIP 0,573).

12.

Jia Y. An Analytical and Numerical Study of Magnetic Spring Suspension with Energy Recovery Capabilities / Jia Y., Li S., Shi Y. // Energies, 2018, 11(11), 3126. – Bibliogr. : pp. 14-15 (35 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en11113126 (SNIP 1,025).

13.

Duong M.-T. Design of a High-Performance 16-Slot 8-Pole Electromagnetic Shock Absorber Using a Novel Permanent Magnet Structure / Duong M.-T., Chun Y.-D., Hong D.-K. // Energies, 2018, 11(12), 3352. – Bibliogr. : pp. 11-12 (25 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en11123352 (SNIP 1,025).

14.

Bowen L. Design and Potential Power Recovery of Two Types of Energy Harvesting Shock Absorbers / Bowen L., Vinolas J., Olazagoitia J. L. // Energies, 2019, 12(24), 4710. – Bibliogr. : pp. 17-19 (42 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en12244710 (SNIP 1,025).

15.

An Energy-Harvesting System Using MPPT at Shock Absorber for Electric Vehicles / Lee J., Chun Y., Kim J., Park B. // Energies, 2021, 14(9), 2552. – Bibliogr. : pp. 12-14 (31 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en14092552 (SNIP 1,025).

16.

Alhumaid S. A Noncontact Magneto-Piezo Harvester-Based Vehicle Regenerative Suspension System: An Experimental Study / Alhumaid S., Hess D., Guldiken R. // Energies, 2022, 15(12), 4476. – Bibliogr. : pp. 15-17 (46 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en15124476 (SNIP 1,025).

17.

Jamolov U. Multiphysics Design of an Automotive Regenerative Eddy Current Damper / Jamolov U., Peccini F., Maizza G. // Energies, 2022, 15(14), 5044. – Bibliogr. : pp. 17-18 (37 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en15145044 (SNIP 1,025).

18.

Can a Semi-Active Energy Harvesting Shock Absorber Mimic a Given Vehicle Passive Suspension? / Reyes-Avendaño J. A., Moreno-Ramírez C., Gijón-Rivera C., Gonzalez-Hernandez H. G., Olazagoitia J. L. // Sensors. 2021, 21(13), 4378. – Bibliogr. : pp. 16-17 (34 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/s21134378 (SNIP 1,317).

19.

Huang J. Analysis and Research on the Comprehensive Performance of Vehicle Magnetorheological Regenerative Suspension / Huang J., Wang E., Zhang H. // Vehicles, 2020, 2(4), 576-588. – Bibliogr. : pp. 587-588 (14 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/vehicles2040033 (SNIP 0,955).

20.

Casavola A. Optimal Control Strategies for Energy Harvesting by Regenerative Shock Absorbers in Cars / Casavola A., Tedesco F., Vaglica P. // Vibration, 2020, 3(2), 99-115. – Bibliogr. : pp. 115 (15 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/vibration3020009 (SNIP 1,95).

21.

Zhang R. Comprehensive Review of the Techniques on Regenerative Shock Absorber Systems / Zhang R., Wang X., John S. // Energies, 2018, 11(5), 1167. – Bibliogr. : pp. 37-43 (145 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en11051167 (SNIP 1,025).

22.

Considering Well-to-Wheels Analysis in Control Design: Regenerative Suspension Helps to Reduce Greenhouse Gas Emissions from Battery Electric Vehicles / Hu X., Sun J., Chen Y., Liu Q., Gu L. // Energies, 2019, 12(13), 2594. – Bibliogr. : pp. 18-19 (37 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/en12132594 (SNIP 1,025).

23.

Nonlinear Modeling and Coordinate Optimization of a Semi-Active Energy Regenerative Suspension with an Electro-Hydraulic Actuator / Kou F., Du J., Wang Z., Li D., Xu J. // Algorithms, 2018, 11(2), 12. – Bibliogr. : pp. 16-17 (24 titles). – DOI: https://doi.org/10.3390/a11020012 (SNIP 0,913).

24.

Посметьев, В. И. Анализ конструкций электромагнитных амортизаторов, рекуперирующих энергию в подвесках автомобилей / В. И. Посметьев, В. О. Никонов, А. С. Синицын // Проблемы эксплуатации и перспективы развития автомобильного транспорта : Материалы Всероссийской научно-технической конференции, Воронеж, 05-06 октября 2023 года / отв. редактор В.О. Никонов. – Воронеж, 2023. – С. 31-44. – Библиогр. : с. 41-44 (30 назв.). – DOI: https://doi.org/10.58168/OPPRTD_31-44. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54789870.

Posmet'ev, V. I. Analiz konstrukciy elektromagnitnyh amortizatorov, rekuperiruyuschih energiyu v podveskah avtomobiley / V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, A. S. Sinicyn // Problemy ekspluatacii i perspektivy razvitiya avtomobil'nogo transporta : Materialy Vserossiyskoy nauchno-tehnicheskoy konferencii, Voronezh, 05-06 oktyabrya 2023 goda / otv. redaktor V.O. Nikonov. – Voronezh, 2023. – S. 31-44. – Bibliogr. : s. 41-44 (30 nazv.). – DOI: https://doi.org/10.58168/OPPRTD_31-44. – URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54789870.

25.

Патент № 2799872 Российская Федерация, МПК F16F 15/03, B60G 13/14, H02K 41/02. Рекуперативный амортизатор на основе линейного электродвигателя с постоянными магнитами : № 2023105791 : заявл. 13.03.2023 : опубл. 13.07.2023 / Д. В. Миронов, Р. Н. Хамитов, В. И. Посметьев, В. О. Никонов, А. П. Проговоров, И. В. Матери, С. В. Рослов, А. С. Мирончик ; заявитель Миронов Д. В., Проговоров А. П. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54203825.

Patent № 2799872 Rossiyskaya Federaciya, MPK F16F 15/03, B60G 13/14, H02K 41/02. Rekuperativnyy amortizator na osnove lineynogo elektrodvigatelya s postoyannymi magnitami : № 2023105791 : zayavl. 13.03.2023 : opubl. 13.07.2023 / D. V. Mironov, R. N. Hamitov, V. I. Posmet'ev, V. O. Nikonov, A. P. Progovorov, I. V. Materi, S. V. Roslov, A. S. Mironchik ; zayavitel' Mironov D. V., Progovorov A. P. URL: https://www.elibrary.ru/item.asp?id=54203825.