vimjourСельскохозяйственные машины и технологииAgricultural Machinery and Technologies2073-7599Federal State Budgetary Scientific Institution «Federal Scientific Agroengineering Center VIM»10.22314/2073-7599-2024-18-3-31-38PMEWSEvimjour-600Research ArticleИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕINNOVATIVE TECHNOLOGIES AND EQUIPMENTМоделирование движения мобильного энергетического средствана шинах сверхнизкого давленияModeling the Motion of a Mobile Power Vehicle with Ultra-Low Pressure TiresГоджаевЗ. А.GodzhaevZ. A.

Захид Адыгезалович Годжаев, доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАН

Москва

Zakhid A. Godzhaev, Dr.Sc.(Eng.), professor, corresponding member of RAS

Moscow

fic51@mail.ruПрядкинВ. И.PryadkinV. I.

Владимир Ильич Прядкин, доктор технических наук

Воронеж

Vladimir I. Pryadkin, Dr.Sc.(Eng.), associate professor

Voronezh

vip16.vgltu@mail.ruАртёмовА. В.ArtyomovA. V.

Артём Владимирович Артёмов, ассистент

Воронеж

Artyom V. Artyomov, assistant

Voronezh

artemow94@yandex.ruФедеральный научный агроинженерный центр ВИМРоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian FederationВоронежский государственный лесотехнический университет им. Г.Ф. МорозоваРоссияVoronezh State University of Forestry and Technologies named after G.F. MorozovRussian Federation2024250920241833138Copyright © Годжаев З.А., Прядкин В.И., Артёмов А.В., 20242024Годжаев З.А., Прядкин В.И., Артёмов А.В.Godzhaev Z.A., Pryadkin V.I., Artyomov A.V.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/600

Условия криволинейного движения сельскохозяйственных мобильных энергетических средств значительно зависят от эксплуатационных режимов работы высокоэластичных шин. Описание и моделирование этого процесса позволит улучшить эксплуатационные показатели мобильных энергетических средств на этапах исследования и проектирования. (Цель исследования) Оценить влияние параметров шин сверхнизкого давления на курсовую устойчивость мобильных энергетических средств при криволинейном движении. (Материалы и методы) Движение мобильного энергетического средства на разворотной полосе рассматривается при различных скоростях движения, внутришинном давлении и с учетом изменения массы технологического материала в баке. Характеристика бокового увода шин сверхнизкого давления представлена зависимостью, основанной на эмпирическом определении угла увода шины в лабораторных условиях. (Результаты и обсуждение) Получены зависимости, описывающие изменение величины бокового смещения центра масс мобильного энергетического средства при различном давлении воздуха в шинах передней и задней осей. Проведено сравнение результатов математического моделирования с результатами полевого эксперимента. Анализ характеристик криволинейного движения мобильного энергетического средства указывает на смену типа поворачиваемости при изменении объема технологической жидкости в баке. Применение системы децентрализованного регулирования давления воздуха в шинах в зависимости от нагрузки на колеса позволяет достичь недостаточной поворачиваемости мобильного энергетического средства во всем диапазоне рабочих скоростей, а максимальное отклонен от планируемой траектории движения на поворотной полосе не превышает 8,5 процента. (Выводы) Установили, что предложенная модель криволинейного движения мобильного энергетического средства, учитывающая зависимости бокового увода шины сверхнизкого давления от давления воздуха в шине и воздействующих на нее сил, позволяет получить траекторию поворота с высокой степенью адекватности. 

The paper states that the conditions of curvilinear motion of agricultural mobile power vehicle signifiantly depend on the operating modes of highly elastic tires. Describing and modeling this process will improve the operational performance of mobile power vehicle at the research and design stages. (Research purpose) The research aims to assess the impact of ultralow-pressure tire parameters on the directional stability of the mobile power vehicle during curvilinear motion. (Materials and methods) The paper analyzes the motion of a mobile power vehicle on the headland at various speeds and internal tire pressure, considering changes in the mass of the operational material in the tank. The characteristics of the lateral slip of ultra-low-pressure tires are presented dependent on the empirical determination of the tire slip angle under laboratory conditions. (Results and discussion) The research resulted in obtaining dependences that describe the change in the lateral displacement of the center of mass in the mobile power vehicle at different air pressures in the front and rear axle tires. The mathematical modeling results are compared with the field experiment outcomes. The analysis of the curvilinear motion characteristics of the mobile power vehicle indicates a change in the steerability when the volume of operational fluid in the tank varies. The application of a decentralized tire pressure control system, which adjusts based on the wheel load, achieves understeer of the mobile power vehicle across the entire range of operating speeds. Additionally, the maximum deviation from the planned trajectory of movement on the headland does not exceed 8.5 percent. (Conclusions) It is established that the proposed model of the curvilinear motion for the mobile power vehicle, which considers the dependence of the lateral slip of ultralow-pressure tires on tire air pressure and acting forces, allows for obtaining a highly accurate turning trajectory.

шина сверхнизкого давлениямобильное энергетическое средствобоковой увод шинырадиус поворотаустойчивость движенияultra-low pressure tiremobile power vehiclelateral tire slipturning radiusdriving stabilityReferencesИзмайлов А.Ю., Рожин В.Ф., Шилова Е.П. и др. Обоснование уборочно-транспортных процессов в селекционных технологиях // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2018. Т. 12. N1. С. 4-9. DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-1-4-9.Izmailov A.Yu., Rozhin V.F., Shilova E.P. et al. Substantiation of harvesting and transportation processes in selection technologies. Agricultural Machinery and Technologies. 2018. Vol. 12. N1. 4-9 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-1-4-9.Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С. Принципы формирования систем машин и технологий для комплексной механизации и автоматизации технологических процессов в растениеводстве // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2022. Т. 16. N4. С. 4-12. DOI: 10.22314/2073-7599-2022-16-4-4-12.Lobachevsky Ya.P., Tsench Yu.S. Principles of forming machine and technology systems for integrated mechanization and automation of technological processes in crop production. Agricultural Machinery and Technologies. 2022. Vol. 16 N4. 4-12 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2022-16-4-4-12.Лобачевский Я.П., Лонин С.Э., Алексеев И.С. и др. Разработка алгоритмов и программного обеспечения систем управления движением роботизированного почвообрабатывающего агрегата // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2019. Т. 13. N2. С. 48-52. DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-6-48-52.Lobachevsky Ya.P., Lonin S.E., Alekseev I.S. et al. Development of algorithms and software for the movement control systems of a robotic soil cultivation unit. Agricultu ral Machinery and Technologies. 2019. Vol. 13. N2. 48-52 (In Russian). DOI: 10.22314/2073-7599-2018-12-6-48-52.Горин Г.С., Годжаев З.А., Головач В.М., Кузьмин В.А. Исследования поворачиваемости трактора для построения гибридной теории поворота // Сельскохозяйственные машины и технологии. 2016. N5. С. 3-11. DOI: 10.22314/207375992016.5.311.Gorin G.S., Godzhaev Z.A., Golovach V.M., Kuzmin V.A. Research of tractor turnability for construction of hybrid theory of turn. Agricultural Machinery and Technologies. 2016. N5. 3-11 (In Russian). DOI: 10.22314/207375992016.5.311Годжаев З.А., Прядкин В.И., Колядин П.А., Артемов А.В. Перспективные мобильные средства на шинах сверхнизкого давления для сельскохозяйственного производства // Тракторы и сельхозмашины. 2022. Т. 89. N4. С. 277-286. DOI: 10.17816/0321-4443-115016.Gojaev Z.A., Pryadkin V.I., Kolyadin P.A., Artemov A.V. Promising mobile vehicles with ultra-low pressure tires for agricultural production. Tractors and Agricultural Machinery. 2022. Vol. 89. N4. 277-286 (In Russian). DOI: 10.17816/0321-4443-115016.Беляев А.Н., Тришина Т.В. Исследование кинематики поворота колесного трактора // Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2016. N1(48). С. 115-120. DOI: 10.17238/issn2071-2243.2016.1.115.Belyaev A.N., Trishina T.V. Research on rotational kinematics of a wheel tractor. Bulletin of Voronezh State Agrarian University. 2016. N1(48). 115-120 (In Russian).Азимов Б.М., Ихсанова Ш.З. Моделирование движения и расчета составляющих боковых сил направляющих колес хлопкоуборочной машины // Тракторы и сельхозмашины. 2023. Т. 90. N2. С. 107-115. DOI: 10.17816/0321-4443-107159.Azimov B.M., Ikhsanova Sh.Z. Motion simulation and calculation of the components of the lateral forces of the guiding wheels of a cotton-harvesting machine. Tractors and Agricultural Machinery. 2023. Vol. 90. N2. 107-115 (In Russian). DOI: 10.17816/0321-4443-107159.Гончаренко С.В., Годжаев З.А., Прядкин В.И. и др. Упругие характеристики шины сверхнизкого давления. Боковые и тангенциальные нагрузки // Автомобильная промышленность. 2020. N10. С. 32-36. EDN: NXVSXZ.Goncharenko S.V., Godzhaev Z.A., Pryadkin V.I. et al. Elastic characteristics of ultra-low pressure tire. Lateral and tangential loads. Automotive Industry. 2020. N10. 32-36 (In Russian). EDN: NXVSXZ.Измайлов А.Ю., Лобачевский Я.П., Ценч Ю.С. и др. О синтезе роботизированного сельскохозяйственного мобильного агрегата // Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2019. N4. С. 63-68. DOI: 10.30850/vrsn/2019/4/63-68.Izmaylov А.Yu., Lobachevsky Ya.Р., Tsench Yu.S. et al. About synthesis of robotic agriculture mobile machine. Vestnik of the Russian Agricultural Science. 2019. N4. 63-68 (In Russian). DOI: 10.30850/vrsn/2019/4/63-68.Гудков В.В., Сокол П.А., Василенко А.В., Янин А.Н. Анализ влияния основных внешних сил и реакций на величину бокового увода управляемых и неуправляемых колес при криволинейном движении двухосного автомобиля // Воронежский научно-технический вестник. 2024. N1(47). 134-153. DOI: 10.34220/2311-8873-2024-134-153.Gudkov V.V., Sokol P.A., Vasilenko A.V., Yanin A.N. Analysis of the influence of the main external forces and reactions on the magnitude of the lateral withdrawal of controlled and uncontrolled wheels during the curvilinear movement of a two-axle car. Voronezh Scientific and Technical Bulletin. 2024. N1(47). 134-153 (In Russian). DOI: 10.34220/2311-8873-2024-134-153.Cheng Z., Lu Z. Semi-empirical model for elastic tyre traffic ability and methods for the rapid determination of its related parameters. Biosystems Engineering. 2018. 174. 204-218. DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2018.07.010.Cheng Z., Lu Z. Semi-empirical model for elastic tyre traffic ability and methods for the rapid determination of its related parameters. Biosystems Engineering. 2018. 174. 204-218 (In English). DOI: 10.1016/j.biosystemseng.2018.07.010.Field R.V., Hurtago E.J. Modeling of dynamic forces of a tractor in the MATLAB-simulink program environment. New York: Society of Automotive Engineers. 2003. 112.Field R.V. Hurtago E.J. Modeling of dynamic forces of a tractor in the MATLAB-simulink program environment. NY: Society of Automotive Engineers. 2003. 112 (In English).Xia X., Xiong L., Lin X., Yu Z. Vehicle sideslip angle estimation considering the tire pneumatic trail variation. SAE Technical Paper. 2018. 2018-01-0571. DOI: 10.4271/2018-01-0571.Xia X., Xiong L., Lin X., Yu Z. Vehicle sideslip angle estimation considering the tire pneumatic trail variation. SAE Technical Paper. 2018. 2018-01-0571 (In English). DOI: 10.4271/2018-01-0571.Lu D., Lu L., Wu H. et al. Tire dynamics modeling me thod based on rapid test method. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2020. N6. 85-85. DOI: 10.1186/s10033-020-00513-8.Lu D., Lu L., Wu H. et al. Tire dynamics modeling me thod based on rapid test method. Chinese Journal of Mechanical Engineering. 2020. N6. 85-85 (In English). DOI: 10.1186/s10033-020-00513-8.Li F., Jiang Q.W., Li Y. Study on the measurement me thod of tire side slip non-steady characteristic. Journal of Chongqing University of Technology (Natural Science). 2018. N32(9). 29-34.Li F., Jiang Q.W., Li Y. Study on the measurement me thod of tire side slip non-steady characteristic. Journal of Chongqing University of Technology. 2018. N32(9). 29-34 (In English).Qiu C.F., Zhou L., Liu J.J. et al. Study on test method of tire side deviation relaxation length. Tire Industry. 2019. N39(10). 633-636.Qiu C.F., Zhou L., Liu J.J. et al. Study on test method of tire side deviation relaxation length. Tire Industry. 2019. N39(10). 633-636 (In English).Arslan M.S., Sever M. Vehicle stability enhancement and rollover preventionby a nonlinear predictive control method. Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2019. N41(8). 2135-2149. DOI: 10.1177/0142331218795200.Arslan M.S., Sever M. Vehicle stability enhancement and rollover preventionby a nonlinear predictive control method. Transactions of the Institute of Measurement and Control. 2019. N41(8). 2135-2149 (In English). DOI: 10.1177/0142331218795200.Vantsevich V., Demkiv L.I., Klos S.R. Analysis of tire relaxation constants formodeling vehicle traction performance and handling. ASME. DSCC. 2018. 1:113. DOI: 10.1115/DSCC2018-9026.Vantsevich V., Demkiv L.I., Klos S.R. Analysis of tire relaxation constants formodeling vehicle traction performance and handling. ASME. DSCC. 2018. 1:113 (In English). DOI: 10.1115/DSCC2018-9026.

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