CC BY
10
УДК 62-235
05.20.01 - Технологии и средства механизации сельского хозяйства (технические науки)
МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЯ ОПОРНО-ХОДОВОГО МОДУЛЯ И АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПОДВИЖНОСТИ МОТОВЕЗДЕХОДНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ
Чутков Константин Александрович к.т.н., доцент
РИНЦ БРШ-код 7809-9660 kchutkov@yandex.ru
Военный учебно-научный центр Сухопутных войск «Общевойсковая ордена Жукова академия Вооруженных Сил Российской Федерации» 119992, г. Москва, пр. Девичьего Поля, д.4
Рогачев Дмитрий Игоревич магистр
РИНЦ БРШ-код: 9854-9138 го gachevdi@bmstu. ги
Мытищинский филиал МГТУ им. Н. Э. Баумана, Россия, 141005, Московская обл., г. Мытищи, ул. 1-я Институтская, д. 1
Конторщиков Сергей Витальевич аспирант
РИНЦ БРШ-код: 5989-6115 ksv14m273@student.bmstu.ru Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, Россия, 105005, Москва, 2-я Бауманская ул., 5
Рязанцев Евгений Николаевич начальник курса ryazanczev.e@yandex.ru
Московское высшее общевойсковое командное училище, 109380, г. Москва, улица Головачева, 2
Копытов Григорий Викторович
преподаватель
copgrigor@gmail.com
Московское высшее общевойсковое командное училище, 109380, г. Москва, улица Головачева, 2
В статье представлены вариации компоновки электродвигателей полноприводного мотовездехода 4Х4. В аналитической части рассмотрены недостатки и достоинства вариаций компоновки привода колесных движителей мотовездехода, а именно влияние компоновочного решения на: эффективность использования кузова мотовездехода, неподрессоренную массу, общую массу мотовездехода, стоимость изготовления и как следствие стоимость обслуживания в процессе
UDC 62-235
05.20.01 - Technologies and means of mechanization of agriculture (technical sciences)
METHODS FOR DETERMINING THE TECHNICAL CHARACTERISTICS OF THE ELECTRIC MOTOR OF THE SUPPORT-RUNNING MODULE AND THE STORAGE BATTERY TO INCREASE THE MOBILITY OF ALL-TERRAIN VEHICLES
Chutkov Konstantin Alexandrovich Cand.Tech.Sci., associate professor RSCI SPIN-code: 7809-9660 kchutkov@yandex.ru
Military educational and scientific center of the Ground Forces "Combined Arms Order of Zhukov Academy of the Armed Forces of the Russian Federation", 119992, Moscow, pr. Devichye Pole, 4
Rogachev Dmitry Igorevich Master
RSCI SPIN-code: 9854-9138 ro gachevdi@bmstu. ru
Mytishchi branch Bauman Moscow State Technical University, Russia, 141005, Moscow region, Mytishchi,. 1-ya Institutskaya, 1
Kontorshchikov Sergey Vitalievich
Graduate student
RSCI SPIN-code:
ksv 14m273 @student.bmstu. ru
Moscow State Technical University named after N.E.
Bauman, Russia, 105005, Moscow, 2-ya
Baumanskaya, 5
Ryazantsev Evgeny Nikolaevich Head of the course ryazanczev.e@yandex.ru
Moscow Higher Combined Arms Command School, 109380, Moscow, Golovacheva, 2
Kopytov Grigory Viktorovich Teacher
copgrigor@gmail.com
Moscow Higher Combined Arms Command School, 109380, Moscow, Golovacheva, 2
The article presents variations of the layout of electric motors of a 4X4 all-wheel drive ATV. In the analytical part, the disadvantages and advantages of variations in the layout of the all-terrain vehicle wheel drive are considered, namely, the influence of the layout solution on: the efficiency of using the all-terrain vehicle body, unsprung mass, the total mass of the allterrain vehicle, the cost of manufacturing and, as a consequence, the cost of maintenance during operation. The calculation part presents a method for
эксплуатации. В расчетной части представлена методика определения технических характеристик тяговых электродвигателей в зависимости от вариации компоновочных решений и приведена методика определения емкости аккумуляторной батареи достаточной для обеспечения требуемого запаса хода
Ключевые слова: ЭЛЕКТРОДВИГАТЕЛЬ, МОТОР-ОСЬ, МОТОР-КОЛЕСО, РАСЧЕТ АККУМУЛЯТОРНОЙ БАТАРЕИ, ЭЛЕКТРОПРИВОД
http://dx.doi.org/10.21515/1990-4665-175-013
determining the technical characteristics of traction motors depending on the variation of layout solutions and provides a method for determining the capacity of the battery sufficient to provide the required power
reserve
Keywords: ELECTRIC MOTOR, MOTOR-AXLE, MOTOR-WHEEL, CALCULATION OF THE STORAGE BATTERY, ELECTRIC DRIVE
Введение. С развитием технологического прогресса стало возможным реализация более компактных и легких тяговых электродвигателей, что положительно сказывается на возможности применения их в качестве силового элемента привада мотовездеходной техники. В статье рассмотрена методика определения технических характеристик электродвигателя для различных вариаций компоновки.
Аналитическая часть. Рассмотрим варианты компоновки трансмиссии полноприводного четырех колесного мотовездехода на электротяге. Схема с четырьмя электромоторами, находящимися на борту мотовездехода (рис. 1). К преимуществам данной схемы следует отнести малую неподрессоренную массу. Данный критерий особо важен, когда речь идет об увеличении подвижности мотовездеходных транспортных средств, поскольку является одним из основных критериев, обеспечивающих плавность хода на дорогах с плохим покрытием и бездорожье.
Рисунок 1 - Принципиальная схема с четырьмя электромоторами, находящимися на борту мотовездехода
Основными недостатками данной схемы являются компоновочные ограничения, уменьшение полезного пространства в кузове мотовездехода, сложность привода управляемых колес, большая общая масса и высокая стоимость изготовления.
Рассмотрим принципиальную схему с задними моторами на борту и передними мотор-колесами (рис. 2). Данная схема лишена недостатка сложности привода управляемых колес, однако увеличивается неподрессоренная масса на передней оси мотовездехода, также конструкция остается довольно сложной и дорогой для производства.
Рисунок 2 - Принципиальная схема с задними моторами на борту и
передними мотор-колесами Рассмотрим принципиальную схему в которой все движителе представлены как мотор-колеса (рис. 3). Недостатком данной схемы является большая неподрессоренная масса, что, в зависимости от требуемой плавности хода и скорости движения, может оказаться главным ограничивающим применение этой схемы фактором.
Рисунок 3 - Принципиальная схема со всеми мотор-колесами
К преимуществам данной схемы следует отнести максимальную унификацию компонентов, следовательно, относительную дешевизну конструкции. Планетарный колёсный редуктор позволяет значительно увеличить значение крутящего момента, подводимого к колесу автомобиля в условиях ограниченного компоновочного пространства. В составе конструкции мотор-колеса индивидуальный привод позволят максимально использовать сцепные свойства каждого колеса автомобиля в отдельный момент времени, эффективно управляя общим вектором тяги автомобиля.
Расчетная часть. Базовое уравнение для определения мощности необходимой для движения мотовездехода с определённой скоростью представлено ниже [1,2]:
V3
Ы = в • cos(a) • ^ + • ^ • р ^ —— + в • sm(а) • V, кВт
2 0 0 0
где в - вес мотовездехода, кН; f - коэффициент сопротивления качению; а - угол наклона полотна; V - скорость мотовездехода, м/с; Сх -коэффициент аэродинамического сопротивления; F - площадь поперечного сечения мотовездехода, м2; р - плотность воздуха, кг/м3.
Методика расчета для варианта (рис.4) при котором вращение четырех движителей мотовездехода 4Х4 обеспечивается одним электродвигателем.
Рисунок 4 - Принципиальная схема привода с одним электродвигателем Необходимая мощность электродвигателя для обеспечения движения со скоростью V можно представить как:
N
Ыэд = —, кВт,
"тр
где "тр - КПД трансмиссии.
КПД трансмиссии можно представить как произведение КПД всех элементов трансмиссии: "тр = "кпп • "рк • "гп, где "кп - КПД коробки переключения передач; "рк - КПД раздаточной коробки; "гп - КПД главной передачи.
Частоту вращения вала электродвигатели при скорости V можно представить как:
30 • V • 'тр об % =-— -
м ( • )д мин где )д - динамический радиус колеса, м; 'тр - передаточное число трансмиссии.
Передаточное число трансмиссии можно представить как произведение передаточных чисел всех элементов трансмиссии: 'тр = 'кпп • 'рк • 'гп, где 'кп - КПД коробки передач; 'рк - КПД раздаточной коробки; 'гп - КПД главной передачи.
Момент на электродвигатели:
30 • Мэд Мэд =-—, кН • м.
( • %эд
Методика расчета для варианта мотор-ось (рис.5) при котором вращение движителей мотовездехода 4Х4 обеспечивается двумя электродвигателями
Рисунок 5 - Принципиальная схема привода мотор-ось
Для расчета необходимой мощности электродвигателя по схеме мотор-ось введем переменную 1эд, которая будет характеризовать количество применяемых электродвигателей:
N
Ыэд=-——,кВт,
"тр "эд
В зависимости от эксплуатационных требований предъявляемых к мотовездеходу возможно сокращение количества элементов трансмиссии вследствие этого увеличиться КПД. Для схемы представленной на рисунке 2 КПД трансмиссии можно представить как: "тр = "гп, а передаточное число трансмиссии как: 'тр = 'гп.
Формулы для определения частоты вращения и мощности электродвигателя останутся без изменений.
Методика расчета для варианта мотор-колесо (рис.6) при котором вращение движителей мотовездехода 4Х4 обеспечивается четырьмя электродвигателями
Рисунок 6 - Принципиальная схема привода мотор-колесо http://ej .kubagro.ru/2022/01/pdf/13 .pdf
Формула для расчета необходимой мощности электродвигателя по схеме мотор-колесо:
N
ЫЭд=-
"тр ^эд
Одним из преимуществ реализации привода мотор-колесо является возможность реализовать дифференциальный привод движителей мотовездехода, благодаря этому пропадает необходимость применение главной передачи, вследствие этого КПД трансмиссии можно не учитывать. Но в зависимости от эксплуатационных требований к мотовездеходу или иных конструкционных особенностей возможно появление необходимости реализации бортового редуктора вследствие этого необходимо учитывать КПД зубчатой передачи.
Формулы для определения частоты вращения и мощности электродвигателя останутся без изменений.
Одним из основополагающих критериев выбора емкости батарее это возможность обеспечения требуемого времени автономной работы мотовездехода. В зависимости от совокупности факторов предъявленных к мотовездеходу возможны разные интерпретация в выборе методики определения времени автономный работы. На этапе эскизного проекта возможно обойтись наиболее простой интерпретацией времени автономной работы, а именно соотношением максимального расстояния на одном заряде к средней скорости мотовездехода:
3
3тах 2= — С,
уср
где 3тах - максимальное расстояние, м; 1<Ср - средняя скорость мотовездехода, м/с.
Формула для определения мощности аккумуляторной батареи:
7бат= , кВт,
"эд-
шнв
где "эд - КПД электродвигателя; "инв - КПД инвертера.
Емкость батарее можно определить, как [3,4]:
г - 7бат • 2 • b ° ^ ^бат
где : - напряжение батареи, В; 1бат - коэффициент запаса.
Заключение. В статье представлена методика расчета трех вариантов реализации электропривода мотовездеходной техники на основе которой возможно реализовать различные вариации эскизных проектов колесной мотовездеходной техники. На основе КПД наиболее эффективной можно назвать вариацию мотор-колесо, так как при этом варианте меньшее количество элементов трансмиссии, но этот вариант наиболее требовательный к электродвигателям и влечет за собой увеличение неподрессоренной массы, в случае размещение электродвигателей не на раме мотовездехода.
Литература
1. Проектирование полноприводных колесных машин. Том 1 / Б. А. Афанасьев, Г. И. Гладов, Л. Ф. Жеглов [и др.]. - Москва : Московский государственный технический университет им. Н.Э. Баумана, 2008. - 496 с. - ISBN 978-5-7038-3041-3.
2. Приводы машин: Справочник/В. В. Длоугий, Т. И. Муха, А. П. Цупиков, Б. В. Януш; Под общ. ред. В. В. Длоугого. — 2-е изд., перераб. и доп. — Л.:Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1982. — 383 с, ил.
3. Рогачев, Д. И. Расчет мощности электродвигателя для синергетического привода харвестера / Д. И. Рогачев, А. Ф. Алябьев // Транспортные системы. - 2020. -№ 3(17). - С. 15-19. - DOI 10.46960/62045_2020_3_15.
4. Веревкин, В. В. Расчет величины напряжения и емкости аккумуляторной батареи для комбинированной энергоустановки / В. В. Веревкин, В. В. Миханошин // Научные труды Дальрыбвтуза. - 2009. - № 21. - С. 195-201.
References
1. Proektirovanie polnoprivodnyh kolesnyh mashin. Tom 1 / B. A. Afanas'ev, G. I. Gladov, L. F. Zheglov [i dr.]. - Moskva : Moskovskij gosudarstvennyj tehnicheskij universitet im. N.Je. Baumana, 2008. - 496 s. - ISBN 978-5-7038-3041-3.
2. Privody mashin: Spravochnik/V. V. Dlougij, T. I. Muha, A. P. Cupikov, B. V. Janush; Pod obshh. red. V. V. Dlougogo. — 2-e izd., pererab. i dop. — L.:Mashinostroenie, Leningr. otd-nie, 1982. — 383 s, il.
3. Кх^асИеу, Б. I. К^сИе! товИкповй jelektrodvigatelja dlja 8тег§ейске8ко§о privoda Ьагуе81ега / Б. I. Rogachev, А. Б. Aljab'ev // Transportnye sistemy. - 2020. - № 3(17). - Б. 15-19. - Б01 10.46960/62045_2020_3_15.
4. Verevkin, V. V. Raschet velichiny naprjazhenija i emkosti akkumuljatornoj batarei dlja kombinirovannoj jenergoustanovki / V. V. Verevkin, V. V. Mihanoshin // Nauchnye trudy Dal'rybvtuza. - 2009. - № 21. - Б. 195-201.
