Использование индивидуального привода колес трактора посредством электрической тяги

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.

1. Кривых 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. Лепешкин А.В. Опыт использования и перспективы создания многоприводных колесных машин повышенной проходимости // Известия МГТУ МАМИ. 2010. N2 (10). С. 54-65. EDN: NCCXTP.

12. 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.

13. 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.

14. Лустенков М.Е. Исследование кинематических и силовых характеристик автомобильного дифференциала повышенного трения // Актуальные вопросы машиноведения. 2022. Т. 11. С. 7-10. EDN: CINQRZ.

15. 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.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.