Таким образом, проведенные полевые экспериментальные исследования подтвердили эффективность применения энергосберегающего гидропривода лесопожарной грунтометательной машины для проведения профилактических и лесопожарных работ. В результате технико-экономического обоснования внедрения энергосберегающего гидропривода лесопожарной грунтометательной машины в производство определен годовой экономический эффект (базовая модель - полосопрокладыватель фрезерный ПФ-1), который составил 495129,6 рублей при сроке окупаемости 0,5 года.
ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ
1. Проведенный анализ конструкций лесопожарной техники и исследований рабочих процессов показали, что наиболее эффективными являются фрезерные лесопожарные грунтометательные машины, однако они обладают низкой надежностью и маневренностью из-за громоздкого механического привода и карданного вала. Разработана конструктивно-технологическая схема новой лесопожарной грунтометательной машины с энергосберегающим гидроприводом, защищенной патентом на изобретение № 2616021 и патентом на полезную модель № 196851.
2. На основе разработанной математической модели рабочего процесса энергосберегающего гидропривода изучены стадии взаимодействия ротора-метателя с почвой и препятствиями. При использовании энергосберегающего гидропривода при встрече ротора-метателя с препятствием всплески давления рабочей жидкости снижаются на 34 % и не превышают 13,0 МПа, в результате чего сокращается количество срабатываний предохранительных клапанов гидромотора, так как энергия торможения ротора-метателя порядка 15-17 кДж накапливается в гидроаккумуляторе, которая возвращается в гидросистему после преодоления препятствия и обеспечивает более быстрый разгон ротора-метателя на 1,5-2 с, что снижает длину огреха после преодоления каждого препятствия на 0,8-1,1 м.
3. При значениях коэффициента дросселирования kГА в трубопроводе между гидроаккумулятором и гидромотором в диапазоне 10-6...10-3 м3·с·Па-1/2 энергосберегающий гидропривод запасает энергию Eц около 8 - 9 кДж, при всплеске давления Pm около 3 МПа. При kГА более 10-3м3·с·Па-1/2 гидропривод обеспечивает еще больший запас энергии и еще лучше уменьшает всплески давления, однако для реализации такого высокого коэффициента kГА пневмогидравлический аккумулятор должен быть непосредственно соединен с гидромотором.
4. Рациональным скоростным диапазоном вращения гидромотора nоб/с является интервал 7…8 об/с. При таких значения частоты вращения запасаемая энергия при встрече ротора с препятствием составляет Eц = 10…15 кДж, а величина всплеска давления в гидроприводе Pm изменяется от 10 до 12,5 МПа. При увеличении частоты вращения ротора возрастает и величина всплеска давления в гидросистеме Pm до 15 МПа.
5. По результатам обработки осциллограмм при помощи программы STATISTICA построены гистограммы распределения давления без использования ПГА и с использованием ПГА, по которым дана оценка динамической нагруженности гидропривода, подтверждающая теоретические исследования. При спектральном анализе рабочих процессов без использования ПГА выявлены характерные колебания нагрузок с локальными экстремумами в диапазонах 10-14 с-1 и 19-24 с-1, а с использованием ПГА преобладают низкочастотные колебания с частотой менее 3,25 с-1.
6. Экспериментальная оптимизация параметров энергосберегающего гидропривода позволила определить оптимальные значения параметров гидроаккумулятора: рабочий объем пневмогидравлического аккумулятора VПГА = 5…6 дм3, давление предварительной зарядки аккумулятора PПГА = 6…7 МПа, при которых энергосберегающий гидропривод обеспечивает следующие показатели эффективности рабочего процесса:
- запасаемую за рабочий цикл энергию Eц не менее 15 кДж;
- максимальный всплеск давления в гидросистеме Pm не более 12 МПа;
- максимальную энергию Eобщ не менее 3000 кДж.
На основании данных полнофакторного эксперимента были получены аналитические выражения для каждого показателя эффективности рабочего процесса.
7. Производительность лесопожарной грунтометательной машины с новым энергосберегающим гидроприводом увеличилась на 16-22 %. Максимальная запасаемая аккумулятором энергия Eобщ при прокладке 1 км полосы при плотности препятствий 200 шт/км может составить около 3000 кДж, что обеспечит снижение энергозатрат на 7-8 %. Годовой экономический эффект от внедрения энергосберегающего гидропривода составляет 495129,6 рублей, а окупаемость дополнительных капитальных вложений составила 0,5 года.
СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
В изданиях, рекомендованных ВАК Минобрнауки России
1. Попиков П.И. Математическая модель рабочего процесса лесного пожарного грунтомета с энергосберегающим гидроприводом [Текст] / П.И. Попиков, П.Э. Гончаров, А.В. Шаров // Лесотехнический журнал. - 2017. - № 4. - С. 182-189.
2. Бартенев И.М. Особенности численного интегрирования системы дифференциальных уравнений рабочего процесса почвообрабатывающей машины с гидроприводом для профилактики и тушения лесных пожаров [Текст] / И.М. Бартенев, П.И. Попиков, А.В. Шаров, Н.А. Шерстюков // Лесотехнический журнал. - 2018. - № 3 (31). - С. 170-176.
3. Драпалюк М.В. Повышение эффективности рабочего процесса лесопожарной грунтометательной машины с гидроприводом ротора [Текст] / М.В. Драпалюк, П.И. Попиков, Д.С. Ступников, А.В. Шаров, Н.А. Шерстюков // Лесотехнический журнал. - 2019. - Т. 9. № 1 (33). - С. 147-152.
4. Малюков С.В. Многофакторная оптимизация параметров фрезерного рабочего органа лесопожарной грунтометательной машины [Текст] / С.В. Малюков, Д.С. Ступников, А.В. Шаров, А.С. Ступников / Лесотехнический журнал. - 2019. - Т. 9. № 3 (35). - С. 172-179.
5. Попиков П.И. Влияние режимов работы лесопожарной грунтометательной машины с гидроприводом на показатели эффективности [Текст] / П.И. Попиков, В.П. Попиков, А.В. Шаров, А.Ф. Петков, А.К. Поздняков // Лесотехнический журнал. - 2020. - Т. 10. № 1 (37). - С. 209-217.
В изданиях, входящих в базы данных Scopus
6. Popikov P.I. Increasing the efficiency of the working process of a forest fire ground-sweeping machine with an energy-saving hydraulic drive of the throwing rotor / P.I. Popikov, M.A. Gnusov, V.P. Popikov, A.V. Sharov // IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng, 1001 012021. - 2020.
Патенты и свидетельства РФ
7. Пат. № 2616021 РФ, МПКЕ02F 3/18. Лесопожарная грунтометательная машина [Текст] / М.В. Драпалюк, П.Э. Гончаров, Д.С. Ступников, А.В. Шаров; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова». - № 2016104672; заявл. 11.02.16; опубл. 12.04.17, Бюл. № 11 - 8 с.
8. Пат. №196851 РФ, МПКА62С 27/00, Е02F 3/18. Лесопожарная грунтометательная машина с энергосберегающим гидроприводом [Текст] / П.И. Попиков, П.Э. Гончаров, Д.С. Ступников, А.В. Шаров; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВО «ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова». - № 2019142070; заявл. 16.12.2019; опубл. 18.03.2020, Бюл. № 8 - 8 с.
В других изданиях и материалах конференций
9. Новое мобильное техническое средство для профилактики и тушения лесных пожаров [Текст] / П.Э. Гончаров, М.В. Драпалюк, М.Н. Лысыч, П.С. Шанин, Д.Н. Родионов, А.В. Шаров // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика: сборник научных трудов по материалам международной заочной научно-практической конференции. Воронеж, 2015. - № 9, ч. 2 (20-2). - С. 22-27.
10. Попиков П.И. Моделирование рабочего процесса лесного пожарного грунтомета с энергосберегающим приводом [Текст] / П.И. Попиков, П.Н. Щеблыкин, А.В. Шаров // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2017. - Т. 5. № 4 (30). - С. 251-257.
11. Попиков П.И. Моделирование срабатывания предохранительных устройств лесного пожарного грунтомета [Текст] / П.И. Попиков, П.Н. Щеблыкин, А.В. Шаров, А.С. Буравлев // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2017. - Т. 5. № 1 (27). - С. 336-340.
12. Драпалюк М.В. Обоснование основных параметров машины для профилактики и тушения лесных пожаров с гидроприводом рабочих органов [Текст] / М.В. Драпалюк, Д.С. Ступников, А.В. Шаров / Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2018. - Т. 6. № 7 (43). - С. 53-56.
13. Попиков П.И. Экспериментальные исследования энергосберегающего гидропривода противопожарного грунтомета [Текст] / П.И. Попиков, Д.С. Ступников, А.В. Шаров // Актуальные направления научных исследований XXI века: теория и практика. - 2018. - № 4 (40). - С. 378-383.
14. Попиков П.И. Теоретические исследования рабочего процесса лесного пожарного грунтомета с энергосберегающим приводом [Текст] / П.И. Попиков, П.Н. Щеблыкин, А.В. Шаров, Н.А. Шерстюков, Ю.В. Мирошников // Энергоэффективность и энергосбережение в современном производстве и обществе: сборник научных трудов международной научно-практической конференции, Воронеж, 06 - 07 июня 2018 г. - С. 151-156.
15. Шаров А.В. Результаты экспериментальных исследований лесопожарной грунтометательной машины с энергосберегающим гидроприводом ротора [Текст] / А.В. Шаров // Воронежский научно-технический вестник № 4 (30) декабрь 2019 г. - С. 107-113.