Совершенствование методики тягового расчета при проектировании электропривода гибридных сельскохозяйственных модульных платформ

АКТУАЛЬНОСТЬ исследования обусловлена методологическим разрывом между агротехническими требованиями к самоходным модульным платформам (тяговое усилие, рабочая скорость, масса) и параметрами, необходимыми для проектирования тяговых электродвигателей методом конечных элементов (внешняя скоростная характеристика (ВСХ), CPSR). Существующие методики не учитывают специфику индивидуального электропривода и современные возможности варьирования массы.

ЦЕЛЬ. Разработать алгоритмизированную методику тягового расчета, обеспечивающую преобразование исходных агротехнических параметров в обоснованную внешнюю скоростную характеристику тягового электродвигателя для гибридных сельскохозяйственных модульных платформ с последовательной трансмиссией.

МЕТОДЫ. Методика базируется на уравнениях тягового баланса, теории трактора и анализе эмпирических зависимостей. Ключевой особенностью является введение и системный учет коэффициента диапазона эксплуатационных масс и коэффициента возможной перегрузки, что позволяет перейти от дискретного задания масс к непрерывному диапазону. Расчет включает определение требуемой мощности, КПД (с учетом классов энергоэффективности), передаточных чисел редуктора и построение искомой внешней скоростной характеристики.

РЕЗУЛЬТАТЫ. Получено семейство внешних скоростных характеристик тяговых электродвигателей, демонстрирующее влияние варьируемых параметров на требуемый диапазон регулирования мощности (CPSR). Установлено, что увеличение расчетной рабочей скорости с 4 до 8 км/ч при фиксированном коэффициенте диапазона эксплуатационных масс, равному 1,66, позволяет снизить требуемый CPSR с 11,1 до 5,5. На основе уравнений тягового баланса выведен безразмерный комплекс CPSR, обобщающий влияние скоростного фактора, сцепления, балластировки и перегрузки. Обоснована стратегия унификации тяговых двигателей внутри модельного ряда, при которой один типоразмер тяговых электродвигателей покрывает требования всей серии за счет программного смещения базовой точки на ВСХ без пересчета электромагнитной системы. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. Разработанная методика устраняет методологический разрыв между механическим и электромагнитным моделированием, выступая связующим звеном в сквозном цифровом цикле проектирования. Она позволяет формировать корректное техническое задание на проектирование электрических машин, оптимизировать конструкцию тяговых электродвигателей под реальные условия эксплуатации с переменной массой и динамическими нагрузками, а также сокращает время итераций между смежными дисциплинами.

1. Электронная система управления последовательного гибридного трактора с мотор-колесами / А. Ю. Измайлов, А. В. Букреев, Р. Ю. Соловьев [и др.] // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2025. – Т. 19, № 4. – С. 4-12. – DOI 10.22314/2073-7599-2025-19-4-4-12. – EDN XYJQJR.

2. Актуальность разработки высокотехнологичных тракторов тяговых классов 0,6-2 / Р. Ю. Соловьев, С. В. Черанев, С. Б. Карякин [и др.] // Техника и оборудование для села. – 2019. – № 11(269). – С. 14-17. – DOI 10.33267/2072-9642-2019-11-14-17. – EDN ZZDKSY.

3. Даненков, И. Д. Выбор типа электродвигателя для применения в качестве тягового на тракторной технике / И. Д. Даненков, Р. Р. Соловьев // Актуальные вопросы организации автомобильных перевозок, безопасности движения и эксплуатации транспортных средств : Сборник научных трудов по материалам XIX Международной научно-технической конференции, Саратов, 11 апреля 2024 года. – Саратов: Саратовский государственный технический университет им. Гагарина Ю.А., 2024. – С. 191-198. – EDN GOYBNX.

4. Evaluation of energy-economic parameters of tractor with electrically driven power unit / A. V. Bizhaev, N. S. Devyanin, V. L. Chumakov [et al.] // E3S Web of Conferences : II International Conference on Environmental Technologies and Engineering for Sustainable

5. Development (ETESD-II 2023), Tashkent, 13–15 сентября 2023 года. Vol. 443. – Tashkent: EDP Sciences, 2023. – P. 03004. – DOI 10.1051/e3sconf/202344303004. – EDN BMLATV 5. Развитие рынка высокоавтоматизированной сельскохозяйственной техники. Барьеры и пути их решения / Р. Ю. Соловьев, С. В. Черанев, А. В. Коломейченко [и др.] // Инновации в АПК: проблемы и перспективы. – 2021. – № 2(30). – С. 27-34. – EDN QJVQCY.

6. Повышение эксплуатационной надежности транспортных средств сельскохозяйственного назначения с электромеханической трансмиссией / А. П. Споров // Аграрный научный журнал. – 2026. – № 1. – С. 118-126. – DOI 10.28983/asj.y2026i1pp118126. – EDN GLCSZM.

7. Перспективы развития тракторостроения в России / О. Н. Дидманидзе, Е. П. Парлюк, Н. Н. Пуляев, М. М. Прокофьев // Техника и оборудование для села. – 2023. – № 5(311). – С. 2-7. – DOI 10.33267/2072-9642-2023-5-2-7. – EDN UKRERY.

8. Liu X. et al. A robust design of the model-free-adaptive-control-based energy management for plug-in hybrid electric vehicle // Energies. – 2022. – Т. 15. – №. 20. – P. 7467.

9. Декарбонизация мобильных энергетических средств, используемых в сельскохозяйственном производстве / А. Ю. Измайлов, А. С. Дорохов, И. А. Старостин, А. В. Ещин // Агроинженерия. – 2024. – Т. 26, № 1. – С. 4-10. – DOI 10.26897/2687-11492024-1-4-10. – EDN FWIYAM.

10. Kotal S. et al. Performance analysis of Electric Vehicles in terms of Constant Power Speed Range (CPSR) //American Journal of Advanced Computing (AJAC). – 2024. – Т. 2. – №. 4. – P. 12.

11. Geng L. et al. An Axial Split Phase Permanent Magnet Synchronous Motor With Wide Constant Power Speed Range and High Efficiency Range //IEEE Transactions on Industrial Electronics. – 2024. – Т. 72. – №. 4. – Pp. 4019-4029.

12. Mocera F., Somà A. Analysis of a parallel hybrid electric tractor for agricultural applications //Energies. – 2020. – Т. 13. – №. 12. – P. 3055.

13. Li Z. et al. Combined acceleration slip regulation for multi-wheel distributed electric drive vehicles considering torque loss factor //Control Engineering Practice. – 2024. – Т. 146. – P. 105893.

14. Обоснование выбора параметров электромеханической трансмиссии для трактора тягового класса 0,6-0,9 и согласование тяговых характеристик / З. А. Годжаев, С. Е. Сенькевич, И. С. Алексеев, Е. Н. Ильченко // Агроинженерия. – 2023. – Т. 25, № 1. – С. 63-70. – DOI 10.26897/2687-1149-2023-1-63-70. – EDN LKJWSF.

15. Методика расчета емкости аккумуляторной батареи мобильного транспортного средства с электроприводом на основе Т16М / Л. Ю. Юферев, А. П. Споров // Аграрный научный журнал. – 2024. – № 3. – С. 131-139. – DOI 10.28983/asj.y2024i3pp131-139. – EDN QTCEEO.

16. Экспериментальные исследования МЭС тягового класса 0,6 с автономным электроприводом / З. А. Годжаев, С. Е. Сенькевич, И. С. Алексеев [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2025. – Т. 20, № 4(80). – С. 85-92. – DOI 10.12737/2073-0462-2025-20-4-85-92. – EDN GGOEXN

17. Методика определения параметров схемы замещения электромеханического модуля с повышенным электромагнитным моментом / А. Г. Городнов, В. Ю. Корнилов, Е. Ю. Федоров // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 185-197. – DOI 10.30724/1998-9903-2022-24-3-185-197. – EDN XKBCWQ.

18. Исследования по оптимизации векторного управления асинхронным двигателем с применением системы аналитического контроля / А. Н. Цветков, Н. Ш. Доан, Д. А. Ярославский // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2022. – Т. 24, № 3. – С. 144-157. – DOI 10.30724/1998-9903-2022-24-3-144-157. – EDN USMMDW.

19. Применение динамического компенсатора искажений напряжения в системе многодвигательного электропривода ленточного конвейера / Д. В. Дзюин, Г. А. Скопин, А. Н. Комков, В. В. Дмитриева // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2025. – Т. 27, № 2. – С. 49-62. – DOI 10.30724/1998-9903-2025-27-2-49-62. – EDN IREOEO.

20. Стенд для исследования работоспособности и качества функционирования электротехнических комплексов и систем электроприводов с регуляторами частоты / Р. Р. Гибадуллин, М. Ф. Низамиев, И. В. Ившин [и др.] // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. – 2022. – Т. 24, № 1. – С. 164-175. – DOI 10.30724/1998-9903-202224-1-164-175. – EDN WZGQOI.

21. Тяговый расчет модульного энерготехнологического средства с учетом кинематического несоответствия привода ведущих осей / А. В. Лавров, В. А. Воронин, М. В. Сидоров, И. А. Пехальский // Сельскохозяйственные машины и технологии. – 2022. – Т. 16, № 2. – С. 30-36. – DOI 10.22314/2073-7599-2022-16-2-30-36. – EDN UQKYSF.

22. Синхронный реактивный двигатель без магнитов класса энергоэффективности IE5 / В. А. Прахт, В. А. Дмитриевский, В. М. Казакбаев // Электротехника. – 2019. – № 6. – С. 40-46. – EDN PBKMID.

23. Расчет мощности двигателя и веса трактора тягово-энергетической концепции / Г. М. Кутьков, В. Н. Сидоров, М. В. Сидоров // Электронный журнал: наука, техника и образование. – 2016. – № 2(6). – С. 37-46. – EDN WPNCQL.

24. Renius K. T. Fundamentals of Tractor Design. Springer. Cham. 2020. 287 c. https://doi.org/10.1007/978-3-030-32804-7.

25. Балластирование как способ повышения эксплуатационных свойств трактора / Г. А. Иовлев, И. И. Голдина // Электротехнологии и электрооборудование в АПК. – 2022. – Т. 69, № 1(46). – С. 44-54. – DOI 10.22314/2658-4859-2022-69-1-44-54. – EDN ZVTFSG.