Оптимизация конструктивных параметров пневмогидравлического седельно-сцепного устройства лесовозного автопоезда | Optimization of Structural Parameters by Improvement of Pneumohydraulic Fifth-Wheel Coupling Device at Semitrailer Hauling Rig

Russian. Рассмотрены преимущества использования в современных условиях вывозки лесоматериалов лесовозных автопоездов, составленных седельными тягачами с полуприцепами. Проанализированы последствия эксплуатации лесовозных автопоездов в сложных дорожных условиях, характеризующихся недостаточным обустройством лесовозных дорог. Описаны перспективные научные направления, позволяющие повысить эффективность работы лесовозных седельных автопоездов. Предложена усовершенствованная конструкция рекуперативного седельно-сцепного устройства, обеспечивающая повышение надежности и сокращение расхода топлива автопоезда, улучшение условий труда водителей, а также снижение динамических нагрузок между звеньями лесовозного автопоезда, возникающих при его движении в неустановившихся режимах. Методика проведения исследования включает в себя использование математического аппарата многофакторной оптимизации. Выведены аналитические формулы для определения показателей эффективности работы рекуперативного седельно-сцепного устройства. Выявлено влияние величины хода поршней гидравлического цилиндра рекуперативного седельно-сцепного устройства, массы полуприцепа с лесоматериалами, ускорений при разгоне и торможении лесовозного автопоезда на изменение показателей эффективности работы устройства. Определена оптимальная величина хода поршней гидравлического цилиндра, составившая 200 мм. Она позволяет рекуперировать мощность 6,5 кВт и обеспечивает более благоприятное продольное ускорение полуприцепа – 0,72 м/c2. Установлено, что с ростом ускорения при разгоне и торможении лесовозного автопоезда с 1 до 3 м/с2 возрастает рекуперируемая мощность – с 2,2 до 6,8 м/с2, а также повышается среднее продольное ускорение полуприцепа – с 0,27 до 0,75 м/с2. Изменение загруженности полуприцепа лесоматериалами от 5 до 25 т позволяет увеличить рекуперируемую мощность с 1,6 до 7,9 кВт и снизить продольное ускорение полуприцепа с 2,8 до 0,53 м/с2. Получены графики влияния и картограммы оптимизации, отражающие диаметр и величину хода поршней рекуперативного гидроцилиндра седельно-сцепного устройства в зависимости от рекуперируемой мощности и продольного ускорения полуприцепа. Картограммы оптимизации позволили графоаналитическим способом определить среднюю рекуперируемую мощность, равную 6,5 кВт при диаметре рекуперативного гидроцилиндра 110 мм и величине хода поршней гидроцилиндра 200 мм. Для цитирования: Посметьев В.И., Никонов В.О., Мануковский А.Ю., Посметьев В.В., Авдюхин А.В. Оптимизация конструктивных параметров пневмогидравлического седельно-сцепного устройства лесовозного автопоезда // Изв. вузов. Лесн. журн. 2023. № 3. С. 126–139. https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-126-139

English. In this study, the benefits of logging transportation under modern conditions by semitrailer hauling rig are examined, which consists of a truck tractor connected to a semitrailer. Furthermore, an analysis is made of the operational implications of using log road trains in insufficiently arranged road conditions. The article describes the potential scientific directions that can optimize the efficiency of semitrailer trucks. An improved construction of a regenerative fifth-wheel coupling device is proposed. It provides better reliability, reduces fuel consumption for log trucks, and gives better working conditions for drivers, along with reduced dynamic loads between the links of the units that occur during the movement in unsteady modes. The research methodology includes the application of the mathematical framework of multifactorial optimization. The specified analytical formulas are derived to determine the performance efficiency of the regenerative fifth-wheel coupling. It is revealed the connections between the hydraulic cylinder piston stroke values of the regenerative fifth-wheel coupling device, the weight of the loaded semitrailer, the vehicle acceleration during speeding up and braking, and the modifications of the performance indicators of the latching mechanism. The optimal value of the stroke of the pistons of the hydraulic cylinder is determined, which is 200 mm. It provides a power recovery of 6.5 kW and better longitudinal acceleration of the semitrailer at 0.72 m/s2. Moreover, it is found that the change in acceleration during the increase in velocity and braking from 1 to 3 m/s2 gives the change in recuperated power from 2.2 to 6.8 m/s2. At the same time, the average longitudinal acceleration of the semitrailer varies from 0.27 to 0.75 m/s2. Changing the load of the semitrailer from 5 to 25 tons allows increasing the recuperated power from 1.6 to 7.9 kW and reducing the longitudinal acceleration of the semitrailer from 2.8 to 0.53 m/s2. The influence graphs and optimization cartograms present the diameter and hydraulic cylinder piston stroke values of the regenerative fifth-wheel coupling device on the regenerated power and longitudinal acceleration of the semitrailer. According to the optimization cartograms, the average regenerative power is determined using a graph-analytical method. It is equal to 6.5 kW with the diameter of a regenerative hydraulic cylinder of 110 mm and a hydraulic cylinder piston stroke of 200 mm. For citation: Posmetyev V.I., Nikonov V.O., Manukovskii A.Yu., Posmetyev V.V., Avdyuhin A.V. Optimization of Structural Parameters by Improvement of Pneumohydraulic FifthWheel Coupling Device at Semitrailer Hauling Rig. Lesnoy Zhurnal = Russian Forestry Journal, 2023, no. 3, pp. 126–139. (In Russ.). https://doi.org/10.37482/0536-1036-2023-3-126-139