Моделирование промышленного трактора с электрической трансмиссией в технологическом цикле бульдозирования

Сергей Владимирович Кондаков; Георгий Викторович Ломакин; Ольга Олеговна Павловская; Артём Евгеньевич Горелый; Максим Валерьевич Дмитрюк; Константин Владимирович Гаврилов; Екатерина Андреевна Гартлиб; Юрий Владимирович Рождественский

doi:10.14529/engin260309

Авторы

Сергей Владимирович Кондаков Южно-Уральский государственный университет, Челябинск https://orcid.org/0000-0001-6818-1694
Георгий Викторович Ломакин Южно-Уральский государственный университет, Челябинск
Ольга Олеговна Павловская Южно-Уральский государственный университет, Челябинск
Артём Евгеньевич Горелый Южно-Уральский государственный университет, Челябинск
Максим Валерьевич Дмитрюк завод «ДСТ-Урал», Челябинск
Константин Владимирович Гаврилов Южно-Уральский государственный университет, Челябинск
Екатерина Андреевна Гартлиб завод «ДСТ-Урал», Челябинск
Юрий Владимирович Рождественский Южно-Уральский государственный университет, Челябинск

DOI:

https://doi.org/10.14529/engin260309

Ключевые слова:

бульдозерный цикл, двигатель внутреннего сгорания, электромеханическая трансмиссия, генератор, тяговый электродвигатель, накопитель энергии, средняя выходная мощность моторно-трансмиссионной установки

Аннотация

Появление на рынке доступных, относительно компактных электромашин с постоянными магнитами для тяжелой строительной техники открывает новые перспективы внедрения в трансмиссии промышленных тракторов электрических приводов. Это тоже бесступенчатые, внешне регулируемые трансмиссии, как и гидростатические. Легко автоматизируются и позволяют конструировать беспилотные транспортные и технологические средства. Очевидное преимущество электрических трансмиссий перед гидростатическими состоит в коэффициенте полезного действия. Литературные источники утверждают, что КПД электромашин с постоянными магнитами почти 100 %, в отличие от гидростатических, у которых средний КПД около 80 %. У ГСТ нет возможности рекуперации мощности. Нет дополнительного устройства в виде накопителя энергии (АКБ). Для электрической энергии такого рода возможности известны и широко используются. Накопитель энергии в отличие от общепринятого понимания АКБ соединяет в себе свойства конденсатора, способного быстро заряжаться и разряжаться, и собственно аккумулятора, способного сохранять энергию продолжительное время. Итак, целью данного исследования является математическое описание процесса совместной работы двигателя внутреннего сгорания, генератора, тяговых электродвигателей и АКБ (будем так по традиции называть накопитель энергии) при выполнении бульдозерных операций. Бульдозер нагружает моторно-трансмиссионную установку промышленного трактора резко изменяющимися (до 10 крат) во времени нагрузками за короткий период (100 с). Интересны величины токов и напряжений в ЭМТ в процессе работы промышленного трактора D12E весом 21 т производства завода «ДСТ-Урал»: токи порядка 200 А, напряжения – 500В. Результаты моделирования важны и для вновь проектируемых сверхтяжелых бульдозеров «ДСТ-Урал» D30 и D40 с электромеханической трансмиссией.

Библиографические ссылки

1. Yu Q., Zhang H., Li Y., Wang J. A review on the powertrains and energy management strategies for electric tractors // The Innovation: Energy. 2024. Vol. 1. Article 100064. URL: https://www.theinnovation.org/article/doi/10.59717/j.xinn-energy.2024.100064 (дата обращения: 12.01.2026).

2. Banday R. U. Z. et al. Current status, performance characteristics and future perspectives of electric tractors // Agricultural and Biological Engineering Research. 2024. Vol. 6, no. 4. P. 45–60. URL: https://aber.apacsci.com/index.php/ama/article/view/3078 (дата обращения: 12.01.2026).

3. Basma H. et al. Battery electric tractor-trailers in the European Union. ICCT Working Paper 2021-XX. 2021. 64 p. URL: https://theicct.org/sites/default/files/publications/eu-tractor-trailersanalysis-aug21.pdf (дата обращения: 12.01.2026).

4. Götz K. et al. Unlocking the potential of electric and hybrid tractors via sensitivity and technoeconomic analysis // Applied Energy. 2025. Vol. 380. Article 123456. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0306261924019287 (дата обращения: 12.01.2026).

5. Zhang Y. et al. Design of tractor hybrid electric powertrain and energy management strategy for improved fuel economy // Energy Reports. 2025. Vol. 11. P. 200–215. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2772427125001986 (дата обращения: 12.01.2026).

6. John Deere. Sustainability Report 2020. 2020. 120 p. URL: https://www.deere.com/assets/pdfs/common/our-company/sustainability/sustainability-report-2020.pdf (дата обращения: 12.01.2026).

7. John Deere. Interest in electric tractors: Customers react to John Deere’s new electric tractor prototype. 29.04.2025. URL: https://www.deere.com/en/stories/featured/electric-tractor/ (дата обращения: 12.01.2026).

8. Исаков П.П., Иванченко П.Н., Егоров А.Д. Электромеханические трансмиссии гусеничных тракторов. М.: Машиностроение, 1981. 302с.

9. Гинзбург Ю.В., Швед А.И., Парфенов А.П. Промышленные тракторы. М.: Машиностроение, 1986. 293 с.

10. Advances in battery technology, powertrain design, and control strategies for electric tractors // International Journal of Agricultural Engineering and Technology. 2025. Vol. 7, issue 10, part D. P. 210–218. URL: https://www.agriculturaljournals.com/archives/2025/vol7issue10/PartD/7-10-36-350.pdf (дата обращения: 12.01.2026).

11. Chen K., Luo J., Huang Y. Impact of low temperature exposure on lithium-ion batteries: A multi-scale study of performance degradation, predictive signals and underlying mechanisms // Chemical Engineering Journal. 2025. Vol. 503. Article 158260.

12. Самосейко В.Ф. Теоретические основы управления электроприводом: учебное пособие. СПб.: Элмор, 2007. 464 с.

13. Воронин С.Г., Курносов Д.А. Регулирование механических координат вентильного электропривода методом векторного управления // Вестник ЮУрГУ. Серия «Энергетика». 2015. Вып. 15, № 3. С. 52–58. DOI: 10.14529/power150307

14. Глинкин С.А., Захаров А.В. Опыт конструирования и освоения производства опытно-промышленной партии вентильно-индукторных двигателей // Вестник ИГЭУ. 2015. Вып. 1. С. 1–7.

15. Овсянников Е.М., Клюкин П.Н. Стартер-генераторные устройства для двигателей внутреннего сгорания автомобилей // Материалы международной научно-технической конференции ААИ «Автомобиле- и тракторостроение в России: приоритеты развития и подготовка кадров», посвященной 145-летию МГТУ «МАМИ». 2015. С. 135–138.

16. Стадухин А.А., Сарач Е.Б. Перспективы применения тягового электропривода на гусеничных машинах // Инженерный журнал: наука и инновации. 2013. Вып. 10. URL: http://engjournal.ru/catalog/machin/transport/977.html (дата обращения: 12.01.2026).

17. Voronin S.G., Sogrin A.I., Shaburov P.O., Kuleva N.I. Comparative evaluation of actuating motors for traction electric drive of transport robots // Proceedings of the 2018 Global Smart Industry Conference (GloSIC). 2018. Article no. 8570149. DOI: 10.1109/GloSIC.2018.8570149.

18. Холодов А.М. Основы динамики землеройно-транспортных машин. М.: Машиностроение, 1968. 156 с.

19. Кондаков С.В., Довжик В.Л., Злотник М.И. Влияние динамики нагружения на выбор параметров моторно-трансмиссионной установки промышленного трактора // Тракторы и сельхозмашины. 1988. № 1. С. 17–20.

20. Кондаков С.В., Ломакин Г.В., Павловская О.О. и др. Повышение эффективности промышленного трактора-бульдозера совершенствованием алгоритма управления моторно-трансмиссионной установкой. Результаты математического моделирования и полевых испытаний // Вестник ЮУрГУ. Серия «Машиностроение». 2024. Т. 24, № 1. С. 49–59. DOI: 10.14529/engin240105.