vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2024-18-2-78-85XRYHEMvimjour-584Research ArticleИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕINNOVATIVE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENTИспользование индивидуального привода колес трактора посредством электрической тягиUsing individual tractor wheel drive through electric tractionБижаевА. В.BizhaevА. V.

Антон Владиславович Бижаев, канд. техн. наук, доцент

Москва

Anton V. Bizhaev, Ph.D.(Eng.), associate professor

Moscow

a.bizhaev@mail.ruВетроваС. М.VetrovaS. M.

Софья Михайловна Ветрова, ассистент, аспирант

Москва

Sofya M. Vetrova, Ph.D.(Eng.) student, assistant

Moscow

is.vetrova@rgau-msha.ruБарчуковаА. С.BarchukovaA. S.

Алина Сергеевна Барчукова, ассистент, аспирант

Москва

Alina S. Barchukova, Ph.D.(Eng.) student, assistant

Moscow

barchukova@rgau-msha.ruКривыхН. С.KrivyhN. S.

Николай Сергеевич Кривых, учебный мастер

Москва

Nikolay S. Krivyh, laboratory assistant

Moscow

Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А. ТимирязеваРоссияRussian State Agrarian University – Timiryazev Agricultural AcademyRussian Federation2024250620241827885Copyright © Бижаев А.В., Ветрова С.М., Барчукова А.С., Кривых Н.С., 20242024Бижаев А.В., Ветрова С.М., Барчукова А.С., Кривых Н.С.Bizhaev А.V., Vetrova S.M., Barchukova A.S., Krivyh N.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vimsmit.com/jour/article/view/584

В сельском хозяйстве основной технической единицей, выполняющей тяговые и приводные операции, считается трактор. Источником механической энергии для него служит дизельный двигатель с коэффициентом полезного действия около 40 процентов. У электродвигателей коэффициент полезного действия достигает 95 процентов, и это открывает возможности их использования в качестве независимого привода колес трактора. Рассмотрены существующие системы индивидуального привода колес, в которых установлено повышение эффективности работы машины до 20 процентов. Проведен анализ работы трактора с классической системой силового агрегата и с электроприводной системой. Рассмотрены факторы, влияющие на тягообразование трактора, и способы улучшения тягово-сцепных свойств мобильного средства. (Цель исследования) Оценка возможности использования индивидуального привода колес трактора при помощи электрической тяги. (Материалы и методы) Разработана концепция управления индивидуальным приводом колес. Построен алгоритм управления колесом с электроприводом. Предложена методика определения буксования для перехода электропривода колеса на соответствующий режим работы. Введен новый показатель «фактор буксования» для связи коэффициентов буксования и сцепления. Величина этого параметра служит индикатором для перехода электропривода в другой режим работы. (Результаты и обсуждение) Проведены тяговые испытания на тракторе МТЗ-82.1 при различных опорных поверхностях. Фактор буксования составляет: 0,71 для поля под посев, 0,86 для стерни, 1,19 для залежи и 1,74 для асфальтового покрытия. Для понимания реальной ситуации при работе колеса измерялся крутящий момент на колесе при помощи специального фиксирующего устройства. Получены значения углового смещения вала на 0,2 градуса при касательной силе тяги на колесе 3 килоньютона. (Выводы) Для трактора МТЗ-82.1 определен фактор буксования. Предложена математическая модель, связывающая сцепные свойства колеса с буксованием. Диапазон действия модели ограничивается предельным буксованием 30 процентов. Многофакторная характеристика позволит составить программу адаптивных условий для повышения эффективности работы колеса. Определена возможность замера крутящего момента колеса.

In agriculture, tractors serve as the principal machinery for performing traction and driving operations. They are mainly powered by diesel engines with an efficiency of about 40 percent. Electric motors boast an efficiency of 95 percent, presenting the opportunity to serve as independent drives for tractor wheels. The study review existing individual wheel drive systems, revealing operational efficiency improvements of up to 20 percent. A comparative analysis was conducted between tractors using traditional power units and those equipped with electric drive systems. The study also examined factors affecting tractor traction and explored methods to enhance the traction capabilities of these vehicles. (Research purpose) The study aims to evaluate the feasibility of using electric traction for individual drive systems in tractor wheels. (Materials and methods) A concept for controlling individual wheel drives has been developed, as well as an algorithm specifically for managing electric wheels. Additionally, a method has been proposed for detecting slippage, which triggers the switching of the electric wheel drive to the appropriate mode. Furthermore, a new indicator, the «slip factor,» has been introduced to correlate slip with adhesion coefficients. The value of this parameter is used as a criterion for transitioning the electric drive to a different operational mode. (Results and discussion) Traction tests were conducted on the MTZ-82.1 tractor across various supporting surfaces. The measured slip factors were as follows: 0.71 for a cropped field, 0.86 for stubble, 1.19 for fallow land, and 1.74 for asphalt pavement. To accurately assess the wheel’s performance under real conditions, torque measurements were taken using a specialized locking device. These measurements revealed angular displacements of the shaft by 0.2 degrees when subjected to a tangential traction force of 3 kilonewtons on the wheel. (Conclusions) The slip factor for the MTZ-82.1 tractor has been determined. A mathematical model has been proposed that links the wheel’s adhesion properties with slipping. The model proves to be applicable up to a slip limit of 30 percent. This multifactorial approach enables the creation of an adaptive program to enhance wheel efficiency. Additionally, the capability to measure wheel torque has been established.

электротракторбуксованиециркуляция мощностииндивидуальный приводуправление приводом колесаelectric tractorslippingpower circulationindividual drivewheel drive controlReferencesКривых Н.С., Беденко А.Е. Преимущества и недостатки электродвигателя в сравнении с ДВС // Промышленность и сельское хозяйство. 2023. N10(63). С. 15-17. EDN: RADKQI.Krivykh N.S., Bedenko A.E. Advantages and disadvantages of an electric motor in comparison with an internal combustion engine. Industry and Agriculture. 2023. N10(63). 15-17 (In Russian). EDN: RADKQI.Касимов Е.А. Технология снижения выбросов ДВС // Тенденции развития науки и образования. 2022. N92-9. С. 62-64. DOI: 10.18411/trnio-12-2022-422.Kasimov E.A. Technology for reducing internal combustion engine emissions. Trends in the development of science and education. 2022. N92-9. 62-64 (In Russian). DOI: 10.18411/trnio-12-2022-422.Ситдиков В.М., Дударева Н.Ю., Ишемгужин А.А., Даутов И.А. Снижение токсичности отработавших газов в камере сгорания двигателя внутреннего сгорания // Труды НАМИ. 2022. N4(291). С. 85-95. DOI: 10.51187/0135-3152-2022-4-83-95.Sitdikov V.M., DudarevaN.Yu., Ishemguzhin A.A., Dautov I.A. Emission control and reduction in the combustion chamber of an internal combustion engine. Trudy NAMI. 2022. N4(291). 85-95 (In Russian). DOI: 10.51187/0135-3152-2022-4-83-95.Бижаев А.В., Девянин С.Н. Снижение токсичности отработавших газов дизеля путем подачи топлива с водой в камеру сгорания // АвтоГазоЗаправочный комплекс + Альтернативное топливо. 2019. Т. 18. N12. С. 586-588. EDN: QIUPAC.Bizhaev A.V., Devyanin S.N. Diesel exhaust gas toxicity reduction by supplying fuel with water to the combustion chamber. AutoGasFilling Complex + Alternative Fuel. 2019. Vol. 18. N12. 586-588 (In Russian). EDN: QIUPAC.Ощепков П.П., Заев И.А., Смирнов С.В., Бижаев А.В. Исследование биодизельного топлива с добавками пальмового масла и перекиси водорода // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2019. Т. 13. N3. С. 48-53. DOI: 10.22314/2073-7599-2019-13-3-48-53.Oshchepkov P.P., Zaev I.A., Smirnov S.V., Bizhaev A.V. Study of biodiesel fuel with palm oil and hydrogen peroxide additives. Agricultural Machinery and Technologies. 2019. Vol. 13. N3. 48-53 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2019-13-3-48-53.Кутьков Г.М., Соловейчик А.А., Сидоров М.В. Теория и расчет полноприводного трактора // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2014. Т. 8. N2. С. 8-14. EDN: SDCFRT.Kutkov G.M., Soloveitchik A.A., Sidorov M.V. Theory and calculation of an all-wheel drive tractor. Agricultural Machinery and Technologies. 2014. Vol. 8. N2. 8-14 (In Russian). EDN: SDCFRT.Chau K., Chan C., Liu C. Overview of permanent-magnet brushless drives for electric and hybrid vehicles. Transactions on Industrial Electronics. 2008. 55(6). 2246-2257. DOI: 10.1109/TIE.2008.918403.Chau K., Chan C., Liu C. Overview of permanent-magnet brushless drives for electric and hybrid vehicles. IEEE Transactions on Industrial Electronics. 2008. 55(6). 2246-2257 (In English). DOI: 10.1109/TIE.2008.918403.Якушев А.Я., Назирхонов Т.М., Викулов И.П., Марков К.В. Определение основных параметров асинхронного тягового электродвигателя // Известия Петербургского университета путей сообщения. 2019. Т. 16. Вып. 4. С. 592-601. DOI: 10.20295/1815-588X-2019-4-592-601.Yakushev A.Ya., Nazirkhonov T.M., Vikulov I.P., Markov K.V. Determination of the main parameters of an asynchronous traction electric motor. Proceedings of Petersburg Transport University. 2019. Vol. 16. N4. 592-601 (In Russian). EDN: LBZMYU.Бижаев А.В. Исследование параметров трактора с электроприводным силовым агрегатом // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2020. Т. 14. N4. С. 33-42. DOI: 10.22314/2073-7599-2020-14-4-33-42.Bizhaev A.V. Research of tractor power unit with electric drive parameters. Agricultural Machinery and Technologies. 2020. Vol. 14. N4. 33-42 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2020-14-4-33-42.Бижаев А.В., Девянин С.Н., Чумаков В.Л. Энергетические и экономические параметры работы трактора с электроприводом колёс // Агроинженерия. 2024. Т. 26. N1. С. 53-58. DOI: 10.26897/2687-1149-2024-1-53-58.Bizhaev A.V., Devyanin S.N., Chumakov V.L. Energy and economic operating parameters of tractor equipped with electrically driven wheels. Agricultural Engineering. 2024. Vol. 26. N1. 53-58 (In Russian). DOI: 10.26897/2687-1149-2024-1-53-58.Лепешкин А.В. Опыт использования и перспективы создания многоприводных колесных машин повышенной проходимости // Известия МГТУ МАМИ. 2010. N2 (10). С. 54-65. EDN: NCCXTP.Lepeshkin A.V. Experience in the use and prospects for the creation of multi-wheel wheeled vehicles with increased cross-country capability. Izvestiya MGTU MAMI. 2010. N2 (10). 54-65 (In Russian). EDN: NCCXTP.Лепешкин А.В. Показатели оценки эффективности передачи и преобразования энергии трансмиссией и движителем колесной машины // Тракторы и сельхозмашины. 2014. N11. С. 29-35. EDN: UAHLQF.Lepeshkin A.V. Indices for efficiency estimation of energy transfer and conversion by transmission and mover of wheeled vehicle. Tractors and Agricultural Machinery. 2014. N11. 29-35 (In Russian). EDN: UAHLQF.Köller S., Uerlich R., Westphal C., Franck M. Design of an electric drive axle for a heavy truck. ATZheavyduty worldwide. 2021. 14. 20-25. DOI: 10.1007/s41321-021-0420-8.Köller S., Uerlich R., Westphal C., Franck M. Design of an electric drive axle for a heavy truck. ATZheavy duty world wide. 2021. 14. 20-25 (In English). DOI: 10.1007/s41321-021-0420-8.Лустенков М.Е. Исследование кинематических и силовых характеристик автомобильного дифференциала повышенного трения // Актуальные вопросы машиноведения. 2022. Т. 11. С. 7-10. EDN: CINQRZ.Lustenkov M.E. Study of the kinematic and power characteristics of an automobile limited-slip differential. Current issues of machine science. 2022. Vol. 11. 7-10 (In Russian). EDN: CINQRZ.Анчуков В.В., Алюков А.С. Имитационное моделирование системы автоматического управления блокировками дифференциалов грузовых автомобилей // Вестник Южно-Уральского государственного университета. 2018. Т. 18. N3. С. 68-79. DOI: 10.14529/engin180308.Anchukov V.V., Alyukov A.S. Simulation modeling of the automatic control system for differential locks of trucks. Bulletin of the South Ural State University. 2018. Vol. 18. N3. 68-79 (In Russian). DOI: 10.14529/engin180308.Прядкин В.И., Гудков В.В., Сокол П.А. Анализ подходов по исследованию явления циркуляции мощности в трансмиссии полноприводного автомобиля // Лесотехнический журнал. 2019. Т. 9. N3(35). С. 205-224. DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2019.3/19.Pryadkin V.I., Gudkov V.V., Sokol P.A. Analysis of approaches to research the phenomenon of power circulation in a transmission of all-wheel-drive vehicle. Forestry Engineering Journal. 2019. Vol. 9. N3(35). 205-224 (In Russian). DOI: 10.34220/issn.2222-7962/2019.3/19.Иовлев Г.А., Побединский В.В., Ильин М.А. и др. Особенности балластирования сельскохозяйственных тракторов различных тяговых классов // Известия Международной академии аграрного образования. 2022. N61. С. 42-53. EDN: NEEQYS.Iovlev G.A., Pobedinsky V.V., Ilyin M.A. et al. Features of ballasting agricultural tractors of different traction classes. Proceedings of the International Academy of Agrarian Education. 2022. N61. 42-53 (In Russian). EDN: NEEQYS.Горшков Ю.Г., Калугин А.А., Золотых С.В. Средняя вероятностная оценка проходимости сельскохозяйственной техники в условиях деформируемых грунтов // Научная жизнь. 2018. N3. С. 67-74. EDN: XPCKEH.Gorshkov Yu.G., Kalugin A.A., Zolotykh S.V. Average probabilistic assessment of the patency of agricultural machinery in conditions of deformable soils. Scientific Life. 2018. N3. 67-74 (In Russian). EDN: XPCKEH.Косицын Б.Б., Котиев Г.О., Мирошниченко А.В. и др. Определение характеристик трансмиссий колёсных и гусеничных машин с индивидуальным электроприводом ведущих колёс // Труды НАМИ. 2019. N3(278). С. 22-35. EDN: JUOYZM.Kositsyn B.B., Kotiev G.O., Miroshnichenko A.V. et al. Characterization of transmissions of wheeled and tracked vehicles with individual drive wheels. Trudy NAMI. 2019. N3(278). 22-35. EDN: JUOYZM.Иванов А.Б., Таркивский В.Е., Ревенко В.Ю. К вопросу определения буксования сельскохозяйственных тракторов // Техника и оборудование для села. 2021. N3(285). С. 14-19. DOI: 10.33267/2072-9642-2021-3-14-18.Ivanov A.B., Tarkivsky V.E., Revenko V.Yu. To the issue of determining agricultural tractor slipping. Machinery and Equipment for Rural Area. 2021. N3(285). 14-19 (In Russian). DOI: 10.33267/2072-9642-2021-3-14-18.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.