Силовая установка для мобильного транспортного средства класса 0,6­0,8 на базе тракторного самоходного шасси Т­16

Показали необходимость разработки заднеприводного гибридного мобильного транспортного средства сельскохозяйственного назначения с электроприводом и силовой энергетической установкой. (Цель исследования) Разработать и исследовать новую кинематическую схему мобильного транспортного средства на базе тракторного самоходного шасси Т-16, обеспечивающую повышенную надежность, комфортные условия труда оператора, значительное улучшение экологической обстановки, а также экономическую эффективность. (Материалы и методы) Перечислили преимущества новой кинематической схемы гибридного транспортного средства. Привели сравнительные технические характеристики дизельного двигателя и асинхронного электродвигателя. Разработали новую методику расчета технических параметров газотурбинного двигателя. Описали процесс производства электропривода мощностью 11 киловатт для привода ведущих колес. Привели тепловой расчет параметров компрессора, турбины. Вычислили коэффициент избытка воздуха. По полученным параметрам выбрали турбокомпрессор К27-145, который одновременно служит турбиной и компрессором газотурбинного двигателя. Создали кинематическую схему с газотурбинным электрогенератором, аккумуляторными батареями, асинхронным двигателем частотного управления и механической коробкой переключения передач. (Результаты и обсуждение) Предложили использовать мобильное транспортное средство как передвижную электростанцию: выходная розетка с напряжением 220-230 вольт работает от инвертора, подключенного к аккумуляторным батареям; вторая розетка – с трехфазным напряжением 400 вольт – от генератора силовой газотурбинной установки. (Выводы) Доказали, что предложенная конструкция гибридного мобильного транспортного средства на аккумуляторной батарее и газовой турбине способна работать в течение всего рабочего дня, а для обеспечения мощности 16 лошадиных сил дизельного двигателя достаточно установить асинхронный электродвигатель мощностью 7,5 киловатт. Рассчитали производительность компрессора газотурбинного двигателя, которая составила 0,178 килограмма в секунду. Определили геометрические параметры камеры сгорания и техническую характеристику турбокомпрессора. 

1. Huisong G., Xue J. Modeling and economic assessment of electric transformation of agricultural tractors fueled with diesel. Sustainable energy technologies and assessments. 2020. Vol. 39. 100697.

2. Cristea M., Sorica C. Study on the behavior of a battery mounted on an electric tractor prototype. INMATEH – Agricultural Engineering. 2020. Vol. 62. N3. 19-28.

3. Gusarov V.A., Godzhaev Z.A., Gusarova E.V. The Prospect of Using Gas Turbine Power Plants in the Agricultural Sector. AMA – Agricultural Mechanization in Asia, Africa and Latin America. 2020. Vol. 51. N3. 19-23.

4. Tonghui L., Bin X., Zhen L. Design and Optimization of a Dual-Input Coupling Powertrain System: A Case Study for Electric Tractors. Applied Sciences. 2020. Vol. 10. N5. 1608.

5. Zhdanovich Ch.I., Kalinin N.V. Determination of Transmission Gear Ratio in Mechanical Part of Tractor Electro-Mechanical Transmission. Science & Technique. 2016. Vol.15. N1. 2936.

6. Matache M.G, Cristea M., Gageanu I. Small power electric tractor performance during ploughing works. Inmateh-agricultural engineering. 2020. Vol. 60. N1. 123-128.

7. Melo R.R, Antunes F.L.M., Daher S., et al. Conception of an electric propulsion system for a 9 kW electric tractor suitable for family farming. IET Electric Power Applications. 2019. Vol. 13. N12. 1993-2004.

8. ‏8. Gusarov V.A., Yuferev L.Yu., Godzhaev Z.A., Parachnich A.S. Turbine Power Plant of Low Power GTP-10S. Handbook of Research on Energy-Saving Technologies for Environmentally-Friendly Agricultural Development. 2020. Chapter 4. 85-106.

9. Zhdanovich Ch.I, Kalinin N.V. Selection of method for regulation of tractor propulsion asynchronous electric motor and construction of mechanical characteristics. Science & Technique. 2015. N3. 60-64.

10. Volontsevich D.O., Veretennikov E.A., Kostianik I.V. Determination of the electric drive power for lightly armored caterpillar and wheeled vehicles using single- or two-stage mechanical gearboxes. Electrical engineering & electromechanics. 2019. N1. 29-34. ‏

11. Zhdanovich Ch.I., Kalinin N.V. Efficiency Analysis of Energy Accumulating Mechanism for Tractor with Electromechanical Transmission. Science & Technique. 2017. Vol. 16. N1. 7382. ‏12. Kulikov I., Kozlov A., Terenchenko A. Comparative Study of Powertrain Hybridization for Heavy-Duty Vehicles Equipped with Diesel and Gas Engines. Energies. 2020. Vol. 13. N8. Article 2072.

12. Kim W., Kim Y.-J., Kim Y.-S. Development of Control System for Automated Manual Transmission of 45-kW Agricultural Tractor. Applied sciences. 2020. Vol. 10. N8. Article 2930.

13. Zhdanovich Ch.I. Opredelenie peredatochnykh otnoshenii mekhanicheskoi chasti elektromekhanicheskoi transmissii traktora [Determination of gear ratios of the mechanical part of the electromechanical transmission of the tractor]. Nauka i tekhnika. 2016. Vol. 15. N1. 29-36 (In Russian).

14. Shan Sh., Qian B., Zhou Zh. New pressurized WSGG model and the effect of pressure on the radiation heat transfer of H2O/CO2 gas mixtures. International journal of heat and mass transfer. 2018. Vol. 121. 999-1010.

15. Ozsari I., Ust Y. Effect of varying fuel types on oxy-combustion performance. International journal of energy research. 2019. Vol. 43. N14. 8684-8696.

16. Fatsis A. Design point analysis of two-shaft gas turbine engines topped by four-port wave rotors for power generation systems. Propulsion and power research. 2019. Vol. 8. N3. 183-193.

17. Giusti A., Magri L., Zedda M. Flow Inhomogeneities in a Realistic Aeronautical Gas-Turbine Combustor: Formation, Evolution, and Indirect Noise. Journal of engineering for gas turbines and power-transactions of the asme. 2019. Vol. 141. N1. Article 011502.

18. Prodan N.V, Chernyshov P.S, Ilina E.E. The Use of Subcritical Streamer Microwave Discharge for Multipoint Ignition of the Fuel Mixture Flow in Microturbine Combustion Chamber. Problemele energeticii regionale. 2019. N3. 91-100.

19. Galashov N.N., Tsibulskiy S.A. Parametric analysis of the diagram of the combined-cycle gas turbine with a combination of three cycles for improving efficiency when operating in northern gas producing areas. Bulletin of the tomsk polytechnic university-geo assets engineering. 2019. Vol. 330. N5. 44-50.