namiТруды НАМИTrudy NAMI0135-3152ФГУП «НАМИ»nami-142Research ArticleАВТОМОБИЛЕСТРОЕНИЕAUTOMOBILE DEVELOPMENTСравнительный анализ схем электромеханических трансмиссий гусеничных машин с двумя тяговыми электродвигателями. Часть 1Comparative analysis of the electromechanical transmissions schemes of tracked vehicles with two traction electric motors. Part 1ПадалкинБ. В.PadalkinB. V.

Кафедра СМ-9 «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы», канд. техн. наук

г. Москва 105005

Department “Multipurpose tracked vehicles and mobile robots”, PhD (Eng)

Moscow 105005

padalkin@bmstu.ruКотиевГ. О.KotievG. O.

Кафедра СМ-10 «Колёсные машины», д-р техн. наук, профессор

г. Москва 105005

Department “Wheeled vehicles”, D.Sc. (Eng), professor

Moscow 105005

kotievgo@yandex.ruСтадухинА. А.StadukhinA. A.

Кафедра СМ-9 «Многоцелевые гусеничные машины и мобильные роботы», канд. техн. наук

г. Москва 105005

Department “Multipurpose tracked vehicles and mobile robots”, PhD (Eng)

Moscow 105005

ant.m9@yandex.ruКосицынБ. Б.KositsynB. B.

Кафедра СМ-10 «Колёсные машины», канд. техн. наук

г. Москва 105005

Department “Wheeled vehicles”, PhD (Eng)

Moscow 105005

kositsyn_b@bmstu.ruФедеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)»РоссияBauman Moscow State Technical UniversityRussian Federation202015072020021424Copyright © Падалкин Б.В., Котиев Г.О., Стадухин А.А., Косицын Б.Б., 20202020Падалкин Б.В., Котиев Г.О., Стадухин А.А., Косицын Б.Б.Padalkin B.V., Kotiev G.O., Stadukhin A.A., Kositsyn B.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nami.elpub.ru/jour/article/view/142Введение

Введение. В настоящее время интенсивно ведутся разработки по созданию гусеничных машин, оснащённых тяговыми электродвигателями, применение которых практически позволяет отказаться от элементов управления в механическом приводе (фрикционных муфт или тормозов), организовав при этом бесступенчатое прямолинейное движение и поворот, а также рекуперацию части кинетической энергии движения при торможении.

Цель исследования – проведение сравнительного анализа схем электромеханических трансмиссий гусеничных машин с двумя тяговыми электродвигателями.

Методология и методы

Методология и методы. Для обеспечения возможности сравнительного анализа электромеханических трансмиссий в работе представлены уравнения кинематических и силовых связей, позволяющие в общем виде описывать механизмы передачи-поворота гусеничных машин, оснащённых двумя тяговыми электродвигателями. Сравнение проводится между такими вариантами схемных решений организации трансмиссии, как: бортовой привод ведущих колёс, раздельный привод на прямолинейное движение и поворот, совместный привод на прямолинейное движение и поворот. Критерием оценки электромеханических трансмиссий выбрана величина установочной мощности электродвигателей (произведение максимального момента на предельную частоту вращения вала ротора), отнесённая к мощностным затратам, необходимым для обеспечения прямолинейного движения. Для проведения расчётов сформирован ряд эксплуатационных режимов работы гусеничных машин.

Результаты и научная новизна. Методы, представленные в настоящей работе, позволяют на этапе проектирования проводить сравнительную оценку эффективности применения различных схемных решений механизмов передачи-поворота разрабатываемых гусеничных машин. Их отличительной особенностью является применение единого подхода к анализу полученных решений. Результатом исследования является научно обоснованный выбор рациональных схем механизмов передачиповорота для быстроходных гусеничных машин с двумя тяговыми электродвигателями.

Практическая значимость

Практическая значимость. В рамках проведённой работы получен ряд рациональных схемных решений механизмов передачи-поворота гусеничных машин, применение которых позволит уменьшить величину суммарной установочной мощности тягового электропривода и, соответственно, снизить массогабаритные параметры применяемых электродвигателей.

Introduction

Introduction. Currently, an intensive development is being carried out to create tracked vehicles equipped with traction motors, the use of which practically eliminates the mechanical drive (friction clutches or brakes) controls, organizing stepless rectilinear motion and rotation together with the partial kinetic recuperation of braking energy.

The purpose of the study was to conduct a comparative analysis of the electromechanical transmissions schemes of tracked vehicles with two traction electric motors.

Methodology and research methods. To provide the possibility of a electromechanical transmissions comparative analysis the article presented kinematic and power link equations which made it possible to describe in general terms the transmission-rotation mechanisms of tracked vehicles equipped with two traction motors. The following variants of the circuit design of the transmission were compared: on-board drive of the drive wheels, separate drive for rectilinear movement and rotation, joint drive for rectilinear movement and rotation. The criterion for evaluating electromechanical transmissions was the value of the installed capacity of electric motors (the product of the maximum moment and the maximum rotational speed of the rotor shaft), referred to the power costs necessary to ensure rectilinear motion. To carry out the calculations, a number of operational operating modes of tracked vehicles were formed.

Scientific novelty and results. The methods presented in this work allowed to conduct a comparative assessment of the applied various circuit decisions effectiveness of the transmission-rotation mechanisms in the developed tracked vehicles at the design stage. Their distinctive feature was the application of a single approach to the obtained solutions analysis. The result of the study was a scientifically based choice of rational schemes of transmission-rotation mechanisms for high-speed tracked vehicles with two traction electric motors.

Practical significance

Practical significance. In the framework of the article, a number of rational circuit solutions for the transmission-rotation mechanisms of tracked vehicles have been obtained, the use of which will reduce the total installed capacity of the traction electric drive and, accordingly, reduce the weight and size parameters of the electric motors used.

энергоэффективностьмеханизм передачи-поворотагусеничная машинаэлектромеханическая трансмиссиятяговый электродвигательустановочная мощностьenergy efficiencytransmission-rotation mechanismtracked vehicleelectromechanical transmissiontraction electric motorinstalled capacityReferencesКосицын Б.Б., Котиев Г.О., Мирошниченко А.В., Падалкин Б.В., Стадухин А.А. Метод обеспечения подвижности разрабатываемых колёсных и гусеничных машин с индивидуальным электроприводом ведущих колёс // Труды НГТУ им. Р.Е. Алексеева. – 2019. – № 3 (126). – С. 135–144.Kositsyn B.B., Kotiev G.O., Miroshnichenko A.V., Padalkin B.V., Stadukhin A.A. [The method of ensuring the mobility of the developed wheeled and tracked vehicles with individual electric drive wheels]. Trudy NGTU im. R.E. Alekseeva, 2019, no. 3 (126), pp. 135–144. (In Russian)Косицын Б.Б., Котиев Г.О., Мирошниченко А.В., Падалкин Б.В., Стадухин А.А. Определение характеристик трансмиссий колёсных и гусеничных машин с индивидуальным электроприводом ведущих колёс // Труды НАМИ. – 2019. – № 3 (278). – С. 22–35.Kositsyn B.B., Kotiev G.O., Miroshnichenko A.V., Padalkin B.V., Stadukhin A.A. [Characterization of transmissions of wheeled and tracked vehicles with individual drive wheels]. Trudy NAMI, 2019, no. 3 (278), pp. 22–35 (In Russian)Volontsevich D., Duong S.H., Veretennikov I. Analysis of curvilinear motion of tracked vehicles with electromechanical dual-flux turning mechanisms // Eastern-European Journal of Enterprise Technologies. – 2016. – № 3 (81). – P. 21–28. – DOI: 10.15587/1729-4061.2016.71982.Volontsevich D., Duong S.H., Veretennikov I. Analysis of curvilinear motion of tracked vehicles with electromechanical dual-flux turning mechanisms. EasternEuropean Journal of Enterprise Technologies, 2016, no. 3 (81), pp. 21–28. DOI: 10.15587/1729-4061.2016.71982.Mingfei G., Jibin H., Zengxiong P. Study on optimization for transmission system of electric drive tracked vehicles // The 8th International Conference on Applied Energy – ICAE2016, Energy Procedia. – 2017. – № 105. – P. 2971–2976.Mingfei G., Jibin H., Zengxiong P. Study on optimization for transmission system of electric drive tracked vehicles. The 8th International Conference on Applied Energy – ICAE2016, Energy Procedia, 2017, no. 105, pp. 2971–2976.Mingfei G., Jibin H., Zengxiong P. Configuration synthesis of electric drive transmissions for tracked vehicles // Advances in Mechanical Engineering. – 2018. № 10 (1). – P. 1–10. – DOI: 10.1177/1687814017749665.Mingfei G., Jibin H., Zengxiong P. Configuration synthesis of electric drive transmissions for tracked vehicles. Advances in Mechanical Engineering, 2018, no. 10 (1), pp. 1–10. DOI: 10.1177/1687814017749665.Zhaobo Q., Yugong L., Weichao Z., Ziheng P., Keqiang L., Huei P. Simultaneous optimization of topology, control and size for multi-mode hybrid tracked vehicles // Applied Energy. – 2018. – № 212. – P. 1627–1641.Zhaobo Q., Yugong L., Weichao Z., Ziheng P., Keqiang L., Huei P. Simultaneous optimization of topology, control and size for multi-mode hybrid tracked vehicles. Applied Energy, 2018, no. 212, pp. 1627–1641.Красненьков В.И., Вашец А.Д. Проектирование планетарных механизмов транспортных машин. – М.: Машиностроение, 1986. – 272 с.Krasnen’kov V.I., Vashets A.D. [Design of planetary mechanisms of transport vehicles]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1986. 272 p. (In Russian)Забавников Н.А. Основы теории транспортных гусеничных машин. – М.: Машиностроение, 1967. 356 с.Zabavnikov N.A. [Fundamentals of the theory of transport tracked vehicles]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1967. 356 p. (In Russian)Платонов В.Ф., Леиашвили Г.Р. Гусеничные и колёсные транспортно-тяговые машины. – М.: Машиностроение, 1986. – 296 с.Platonov V.F., Leiashvili G.R. [Caterpillar and wheel transport and traction machines]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1986. 296 p. (In Russian)Кристи М.К., Красненьков В.И. Новые механизмы трансмиссии. – М.: Машиностроение, 1967. – 216 с.Kristi M.K., Krasnen’kov V.I. [New transmission mechanisms]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1967. 216 p. (In Russian)Транспортные машины с газотурбинными двигателями / Н.С. Попов [и др.]: Под ред. Н.С. Попова. – Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1987. – 259 с.Popov N.S. et al. [Gas turbine transport vehicles. Ed. by Popov N.S.]. Leningrad, Mashinostroenie Publ., Leningrad branch, 1987. 259 p. (In Russian)Савочкин В.А., Дмитриев А.А. Статистическая динамика транспортных и тяговых гусеничных машин. – М.: Машиностроение, 1993. – 320 с.Savochkin V.A., Dmitriev A.A. [Statistical dynamics of transport and traction tracked vehicles]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1993. 320 p. (In Russian)Фаробин Я.Е. Теория поворота транспортных машин. – М.: Машиностроение, 1970. – 176 с.Farobin Ya.E. [Theory of turning transport vehicles]. Moscow, Mashinostroenie Publ., 1970. 176 p. (In Russian)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.