Печать

PDF Скачать статью в pdf.

DOI: 10.15507/2658-4123.035.202502.266-283

EDN: https://elibrary.ru/nbajrh

УДК 631.3.06:621

 

Концептуальные основы создания электрического селекционного комбайна с комбинированной энергетической установкой

 

Чаплыгин Михаил Евгеньевич
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник, заведующий лабораторией технологий и машин для посева и уборки зерна и семян в селекции и семеноводстве Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (109428, Российская Федерация, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), ORCID: https://orcid.org/0000-0003-0031-6868, Researcher ID: AAZ-6056-2020, Scopus ID: 57211741695, SPIN-код: 2268-6927, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Старостин Иван Александрович
кандидат технических наук, заведующий лабораторией прогнозирования развития систем машин и технологий в АПК Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (109428, Российская Федерация, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-8890-1107, SPIN-код: 7301-6845, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

Овчаренко Александр Сергеевич
младший научный сотрудник лаборатории технологий и машин для посева и уборки зерна и семян в селекции и семеноводстве Федерального научного агроинженерного центра ВИМ (109428, Российская Федерация, г. Москва, 1-й Институтский проезд, д. 5), ORCID: https://orcid.org/0000-0002-1407-6757, Этот адрес электронной почты защищён от спам-ботов. У вас должен быть включен JavaScript для просмотра.

 

Аннотация
Введение. Низкий уровень технического обеспечения селекционных работ приводит к сохранению высокой доли ручного труда в отрасли, нарушению агротехнических требований, повышению потерь дорогостоящего семенного материала, высоким материальным затратам на производство, что является сдерживающим фактором развития отечественной селекции и расширенного воспроизводства посевного материала. Одной из наиболее ответственных операций в селекции и семеноводстве, при которой затрачивается существенное количество энергии и выделяется большой объем отработавших газов, является механизированная уборка селекционных семян, в связи с чем актуально проведение исследований по совершенствованию селекционных комбайнов в направлении повышения качества выполнения уборочных работ и показателей энергосбережения, снижению негативного воздействия на окружающую среду.
Цель исследования. Повышение качества выполнения технологических операций, энергоэффективности и экологичности селекционных комбайнов путем применения автоматизированного электропривода и гибридной энергетической установки с накопителями электрической энергии.
Материалы и методы. Объектом исследования выступил технологический процесс работы селекционного зерноуборочного комбайна. Основой исследования послужили научные публикации по технологиям механизированной уборки селекционных посевов зерновых культур, информационные материалы предприятий-изготовителей селекционных комбайнов. В процессе исследования использовались такие методы, как системный анализ, структурно-функциональный анализ, синтез.
Результаты исследования. Проведен анализ машинных технологий уборки, технических характеристик и режимов работы современных селекционных зерноуборочных комбайнов, по результатам которого выявлены закономерности энергопотребления при работе селекционного комбайна. Произведен структурный анализ селекционного зерноуборочного комбайна с построением функциональной схемы. С целью повышения его энергоэффективности, качества работы и снижения негативного экологического воздействия на окружающую среду предложено использование съемных энергетических модулей с электроприводом, а также применение электропривода агрегатов комбайна. Даны рекомендации по реализации электропривода рабочих органов, предложены варианты использования различных силовых установок, в том числе съемных энергетических модулей, разработана функциональная схема селекционного зерноуборочного комбайна на автоматизированном электроприводе основных узлов с питанием от съемного энергетического модуля.
Обсуждение и заключение. Проведенные исследования способствуют решению задач по повышению энергетической и экономической эффективности, снижению негативного экологического воздействия на окружающую среду при выполнении механизированных уборочных работ в селекции путем применения комбинированной энергетической установки. Использование дополнительного электропривода и буферных накопителей электрической энергии по так называемой гибридной схеме позволяет снизить влияние неравномерных нагрузок, обусловленных особенностями технологического процесса уборки делянок, на работу двигателя внутреннего сгорания, где циклы загрузки с ярко выраженными режимами максимальной мощности, минуя переходные режимы, сменяются периодами незначительного энергопотребления. Определен круг задач для дальнейших исследований, заключающихся в определении оптимальных параметров съемного энергетического модуля и электропривода основных узлов селекционного комбайна методом математического моделирования их энергопотребления на различных режимах работы.

Ключевые слова: селекция, селекционный комбайн, электропривод, гибридная силовая установка, функциональная схема

Конфликт интересов: авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Благодарности: авторы выражают признательность анонимным рецензентам, объективные замечания которых способствовали повышению качества статьи.

Для цитирования: Чаплыгин М.Е., Старостин И.А., Овчаренко А.С. Концептуальные основы создания электрического селекционного комбайна с комбинированной энергетической установкой. Инженерные технологии и системы. 2025;35(2):266–283. https://doi.org/10.15507/2658-4123.035.202502.266-283

Вклад авторов:
М. Е. Чаплыгин – научное руководство; формулирование основной концепции исследования, целей и задач; анализ литературных источников; создание и подготовка рукописи: критический анализ черновика рукописи, внесение замечаний и исправлений членами исследовательской группы, в том числе на этапах до и после публикации.
И. А. Старостин – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор данных; создание и подготовка рукописи: визуализация результатов исследования и полученных данных.
А. С. Овчаренко – осуществление научно-исследовательского процесса, включая выполнение экспериментов и сбор данных; создание и подготовка рукописи: написание черновика рукописи, включая его перевод на иностранный язык.

Все авторы прочитали и одобрили окончательный вариант рукописи.

Поступила в редакцию 13.12.2024;
поступила после рецензирования 27.12.2024;
принята к публикации 17.01.2025

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

  1. Жалнин Э.В., Чаплыгин М.Е. Совершенствование конструкции зерноуборочных комбайнов путем гармонизации их базовых технических параметров. Инженерные технологии и системы. 2023;33(3):403–416. https://doi.org/10.15507/2658-4123.033.202303.403-416
  2. Давыдова С.А., Чаплыгин М.Е. Техническая оснащенность селекции и семеноводства кукурузы. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2020;14(3):66–74. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2020-14-3-66-74
  3. Лобачевский Я.П., Дорохов А.С. Цифровые технологии и роботизированные технические средства для сельского хозяйства. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2021;15(4):6–10. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2021-15-4-6-10
  4. Хорт Д.О., Кутырев А.И., Смирнов И.Г., Моисеев Г.В., Соловьев В.И. Управление движением сельскохозяйственной автономной роботизированной платформы. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2023;17(1):25–34. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2023-17-1-25-34
  5. Годжаев З.А., Крюковская Н.С., Сенькевич С.Е. Разработка стенда для испытания системы управления беспилотным зерноуборочным комбайном. Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Машиностроение. 2020;20(3):5–14. https://elibrary.ru/xmqjjw
  6. Ценч Ю.С., Шаров В.В. Становление отечественной мобильной сельскохозяйственной техники на электротяге. Сельскохозяйственные машины и технологии. 2024;18(3):4–13. https://doi.org/10.22314/2073-7599-2024-18-3-4-13
  7. Лачуга Ю.Ф., Стребков Д.С., Годжаев З.А., Редько И.Я. Электрификация сельскохозяйственных мобильных энергосредств на основе тягово-энергетической концепции развития техники. Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Инженерные исследования. 2020;21(4):260–270. https://doi.org/10.22363/2312-8143-2020-21-4-260-270
  8. Юферев Л.Ю., Споров А.П., Гусаров В.А., Писарев Д.Ю. Тенденции развития сельскохозяйственной электрифицированной мобильной техники. Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022;69(1):3–8. https://elibrary.ru/sgjmph
  9. Perez Estevez M.A., Frigola J.M., Llobet J.A., Alberti L., Renzi M. Optimal Design of a Series Hybrid Powertrain for an Agricultural Tractor. Energy Conversion and Management: X. 2024;24:100789. https://doi.org/10.1016/j.ecmx.2024.100789
  10. Ali D., de Castro R., Ehsani R., Vougioukas S., Wei P. Unlocking the Potential of Electric and Hybrid Tractors Via Sensitivity and Techno-Economic Analysis. Applied Energy. 2025;377C:124545. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2024.124545
  11. Weng S., Yuan C., He Y., Shen J., Chen L., Xu L., et al. Neural Network Energy Management Strategy for Plug-in Hybrid Electric Combine Harvesters Based on Quasi-Periodic Samples. Engineering Applications of Artificial Intelligence. 2024;136B:109051. https://doi.org/10.1016/j.engappai.2024.109051
  12. Zhu Z., Chai X., Xu L., Quan L., Yuan C., Tian S. Design and Performance of a Distributed Electric Drive System for a Series Hybrid Electric Combine Harvester. Biosystems Engineering. 2023;236:160–174. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2023.10.015
  13. Музыченко А.Н., Басакин З.Е. Сравнение концепций электропривода управления вариатором барабана с гидравлическим приводом. Научный аспект. 2024;34(2):4233–4239. https://elibrary.ru/lqmsqc
  14. Назаренко Д.В., Большев В.Е., Грищенко В.И., Ивлиев Е.А., Медведев Д.Д. Разработка электрогидравлического актуатора для сельскохозяйственной техники. Аграрный научный журнал. 2024;(9):134–146. https://doi.org/10.28983/asj.y2024i9pp134-146
  15. Леонтьев Д.С., Аипов Р.С., Камалов Т.И. Модернизация привода сегметного режущего аппарата жатки зерноуборочного комбайна. Вестник Башкирского государственного аграрного университета. 2022;(1):110–115. https://elibrary.ru/gjfoxw
  16. Чаплыгин М.Е., Годжаев З.А., Уютов С.Ю. Обоснование параметров и режимов работы электропривода базовых рабочих органов селекционного комбайна. Вестник Воронежского государственного аграрного университета. 2024;17(1):112–124. https://doi.org/10.53914/issn2071-2243_2024_1_112
  17. Измайлов А.Ю., Евтюшенков Н.Е., Рожин В.Ф. Разработка математического аппарата для моделирования технологий по транспортированию селекционного урожая. Вестник российской сельскохозяйственной науки. 2015;(6):14–16. https://elibrary.ru/uosuon
  18. Жалнин Э.В., Чаплыгин М.Е. Динамика фракционного состава зерносоломистой массы, обмолачиваемой в молотильном аппарате зерноуборочного комбайна. Инженерные технологии и системы. 2022;32(2):249–262. https://doi.org/10.15507/2658-4123.032.202202.249-262
  19. Чаплыгин М.Е., Чулков А.С., Степанов К.А. Способы передвижения транспортного средства в поле при подборе груза. Электротехнологии и электрооборудование в АПК. 2022;69(4):37–43. https://doi.org/10.22314/2658-4859-2022-69-4-37-43

 

Лицензия Creative Commons
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.

Подробности
Просмотров: 20