До дослідження динаміки трансмісії колісного трактора працюючого у складі ґрунтообробного агрегату
DOI:
https://doi.org/10.31359/2311.441X.2026.28.96Ключові слова:
динаміка, трансмісія, математична модель, момент, сила, ґрунтообробний, машинно-тракторний агрегатАнотація
Анотація. Визначено, що дослідження динаміки трансмісії колісного трактора, що працює у складі ґрунтообробного агрегату, є ключовим для підвищення ефективності, надійності та довговічності сільськогосподарської техніки. Це комплексне завдання, яке охоплює аналіз взаємодії трактора з ґрунтом, динамічних навантажень на трансмісію, а також оптимізацію систем перемикання передач та управління. Встановлено, що ефективність ґрунтообробних агрегатів значною мірою залежить від взаємодії робочих органів з ґрунтом та тягових характеристик трактора. Встановлено, що дослідження динаміки трансмісії повнопривідного колісного трактора працюючого у складі ґрунтообробного МТА потребує складання відповідної динамічної та математичної моделі. Використовуючи методи формування рівнянь динаміки трансмісії трактора складено відповідні динамічну та математичну моделі трансмісії трактора. Математичну модель динаміки повнопривідного колісного трактора, шо працює у складі ґрунтообробного агрегату досліджено на прикладі колісного трактора ХТЗ-17021 та культиватора КПС-4,2. Встановлено залежності швидкостей обертання елементів трансмісії та коліс повнопривідного колісного трактора від часу. Визначено залежності моментів, що діють на елементи трансмісії та крутні моменти коліс повнопривідного колісного трактора від часу. Розраховано залежності дотичних сил тяги та опору руху коліс повнопривідного колісного трактора від часу. Кутові швидкості ω1, ω2 та ω3 мають виражений перехідний процес на початковому етапі (t < 1 с). Після короткочасного перехідного процесу система виходить на усталений режим роботи при ω1 ≈ 275 рад/с, ω2 ≈275 рад/с та ω3 ≈40 рад/с. Після завершення перехідного процесу крутні моменти коліс трактора стабілізуються на рівні Mk11 ≈ Mk12 ≈ 1,8 ·104 Н·м та Mk21 ≈ Mk22 ≈ 1,1 104 Н·м. У початковий момент часу спостерігається короткочасний різкий імпульс (пікове значення) дотичних сил тяги та опору руху коліс повнопривідного колісного трактора, після чого всі криві швидко затухають (на рівні Рk11 ≈ Рk12 ≈ 0,73·104 Н та Рk21 ≈ Рk22 ≈ 0,45·104 Н).
Посилання
Список використаних джерел
1. Wen C.K., Ren W., Zhu Q.Z., Zhao C.J., Luo Z.H., Zhang S.L., et al. Reducing Operation Emissions and Improving Work Efficiency Using a Pure Electric Wheel Drive Tractor. Engineering, 2024. Jun, 37. РР. 230–45. http://dx.doi.org/10.1016/j.eng.2024.01.026.
2. Jeon H.H., Baek S.Y., Baek S.M., Choi J.Y., Kim Y.S., Kim W.S., et al. Efficiency Analysis of Powertrain for Internal Combustion Engine and Hydrogen Fuel Cell Tractor According to Agricultural Operations. Sensors, 2024 Aug 24. Vol. 24(17). P. 5494. http://dx.doi.org/10.3390/s24175494.
3. Yan J., Kong Z., Liu Y., Li N., Yang X., Zhuang M. A high-resolution energy use efficiency assessment of China’s staple food crop production and associated improvement potential. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2023.
4. Zheng L. Optimization of Agricultural Machinery Task Scheduling Algorithm Based on Multiobjective Optimization. Zhang W, editor. Journal of Sensors, 2022. Vol. 7(2022). PP. 1–12. http://dx.doi.org/10.1155/2022/5800332.
5. Li B., Pan J., Li Y., Ni K., Huang W., Jiang H., et al. Optimization Method of Speed Ratio for Power-Shift Transmission of Agricultural Tractor. Machines, 2023. Vol. 29. 11(4). P. 438. http://dx.doi.org/10.3390/machines11040438.
6. Askari M, Abbaspour-Gilandeh Y, Taghinezhad E, Hegazy R, Okasha M. Prediction and optimizing the multiple responses of the overall energy efficiency (OEE) of a tractor-implement system using response surface methodology. Journal of Terramechanics [Internet]. 2022 Oct;103:11–7. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jterra.2022.06.003
7. Al-Dosary N.M.N., Alnajjar F.M., Aboukarima A.E.W.M. Estimation of wheel slip in 2WD mode for an agricultural tractor during plowing operation using an artificial neural network. Sci Rep, 2023. Vol. 13(1). http://dx.doi.org/10.1038/s41598-023-32994-7.
8. Zhu Z., Sheng J., Zhang H., Wang D., Chen L. Optimization and Analysis of Clutch Switching Timing for Hybrid Tractors Equipped with Hydraulic Mechanical Combined Transmission. Applied Sciences, 2024. Vol. 14(11). P. 4914. http://dx.doi.org/10.3390/app14114914.
9. Mahore V., Soni P., Paul A., Patidar P., Machavaram R. Machine learning-based draft prediction for mouldboard ploughing in sandy clay loam soil. Journal of Terramechanics, 2024. Vol. 111. PP. 31–40. http://dx.doi.org/10.1016/j.jterra.2023.09.002.
10. Cheng J., Zheng K., Xia J., Liu G., Jiang L., Li D. Analysis of Adhesion between Wet Clay Soil and Rotary Tillage Part in Paddy Field Based on Discrete Element Method. Processes, 2021. Vol. 9(5). P. 845. http://dx.doi.org/10.3390/pr9050845.
11. Zhai S., Shi Y., Zhou J., Liu J., Huang D., Zou A., et al. Simulation Optimization and Experimental Study of the Working Performance of a Vertical Rotary Tiller Based on the Discrete Element Method. Actuators, 2022. Vol. 11(12). P. 342. http://dx.doi.org/10.3390/act11120342.
12. Roman Antoshchenkov, Ivan Halych, Viktor Antoshchenkov, Anton Nykyforov, Liliia Kis-Korkishchenko, Halyna Cherevatenko, Dmytro Smitskov. Measuring system of dynamics and energy of mobile machines: monograph. Katowice:Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, 2024. 150 p.
13. Антощенков Р. В., Галич І. В., Череватенко Г. І. Динаміка та енергетика руху машинно-тракторного агрегату з урахуванням профілю опорної поверхні: монографія. Харків: ДБТУ, 2024. 100 с.
14. Roman Antoshchenkov, Ivan Halych, Anton Nikiforov, Halyna Cherevatenko, Serhii Sheptun. Study of inter-wheel differential influence on dynamics of traction and transport machine. Engineering for Rural Development, 2025, 24. 234–241. DOI: 10.22616/ERDev.2025.24.TF046.
15. Volodymyr Bulgakov, Adolfs Rucins, Lucretia Popa, Roman Antoshchenkov, Mykyta Kuskov, Mariia Ruzhylo, Mykhailo Chernovol, Ivan Holovach, Oleksandra Trokhaniak. Experimental and theoretical study on straightness improvement in agricultural machinery movement. INMATEH – Agricultural Engineering, 2025. Vol. 76. No. 2. PP. 1268–1278. DOI: 10.35633/inmateh-76-106.
16. Антощенков Р. В., Череватенко Г. І., Антощенков В. М., Скляр О. Г., Скляр Р. В. Дослідження впливу між колісного диференціалу на динамічні та тягово-енергетичні показники повнопривідного чотирьох колісного трактора. Український журнал прикладної економіки та техніки, 2025. Том 10. № 2. С. 295–299. https://doi.org/10.36887/2415-8453-2025-2-62.
17. Antoshchenkov, R., Bogdanovich, S., Halych, I., Cherevatenko, H. Determination of dynamic and traction-energy indicators of all-wheel-drive traction-transport machine. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2023. 1 (7 (121)), 40–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.270988.
18. R. Antoshchenkov, V. Antoshchenkova, V. Kis, D. Smitskov. Increasing accuracy of measuring functioning parameters of agricultural units. Engineering for Rural Development, 2023, 22. pp. 210–215. https://doi.org/10.22616/ERDev.2023.22.TF040.
19. Антощенков Р. В., Череватенко Г. І., Задорожнии В. П., Світличниий О. В., Кусков М. А. Дослідження динаміки повнопривідної тягово-транспортної машини. Український журнал прикладної економіки та техніки, 2023. Т. 8. № 4. С. 336 – 341.
References
1. Wen C.K., Ren W., Zhu Q.Z., Zhao C.J., Luo Z.H., Zhang S.L., et al. Reducing Operation Emissions and Improving Work Efficiency Using a Pure Electric Wheel Drive Tractor. Engineering, 2024. Jun, 37. РР. 230–45. http://dx.doi.org/10.1016/j.eng.2024.01.026.
2. Jeon H.H., Baek S.Y., Baek S.M., Choi J.Y., Kim Y.S., Kim W.S., et al. Efficiency Analysis of Powertrain for Internal Combustion Engine and Hydrogen Fuel Cell Tractor According to Agricultural Operations. Sensors, 2024 Aug 24. Vol. 24(17). P. 5494. http://dx.doi.org/10.3390/s24175494.
3. Yan J., Kong Z., Liu Y., Li N., Yang X., Zhuang M. A high-resolution energy use efficiency assessment of China’s staple food crop production and associated improvement potential. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2023.
4. Zheng L. Optimization of Agricultural Machinery Task Scheduling Algorithm Based on Multiobjective Optimization. Zhang W, editor. Journal of Sensors, 2022. Vol. 7(2022). PP. 1–12. http://dx.doi.org/10.1155/2022/5800332.
5. Li B., Pan J., Li Y., Ni K., Huang W., Jiang H., et al. Optimization Method of Speed Ratio for Power-Shift Transmission of Agricultural Tractor. Machines, 2023. Vol. 29. 11(4). P. 438. http://dx.doi.org/10.3390/machines11040438.
6. Askari M, Abbaspour-Gilandeh Y, Taghinezhad E, Hegazy R, Okasha M. Prediction and optimizing the multiple responses of the overall energy efficiency (OEE) of a tractor-implement system using response surface methodology. Journal of Terramechanics [Internet]. 2022 Oct;103:11–7. Available from: http://dx.doi.org/10.1016/j.jterra.2022.06.003
7. Al-Dosary N.M.N., Alnajjar F.M., Aboukarima A.E.W.M. Estimation of wheel slip in 2WD mode for an agricultural tractor during plowing operation using an artificial neural network. Sci Rep, 2023. Vol. 13(1). http://dx.doi.org/10.1038/s41598-023-32994-7.
8. Zhu Z., Sheng J., Zhang H., Wang D., Chen L. Optimization and Analysis of Clutch Switching Timing for Hybrid Tractors Equipped with Hydraulic Mechanical Combined Transmission. Applied Sciences, 2024. Vol. 14(11). P. 4914. http://dx.doi.org/10.3390/app14114914.
9. Mahore V., Soni P., Paul A., Patidar P., Machavaram R. Machine learning-based draft prediction for mouldboard ploughing in sandy clay loam soil. Journal of Terramechanics, 2024. Vol. 111. PP. 31–40. http://dx.doi.org/10.1016/j.jterra.2023.09.002.
10. Cheng J., Zheng K., Xia J., Liu G., Jiang L., Li D. Analysis of Adhesion between Wet Clay Soil and Rotary Tillage Part in Paddy Field Based on Discrete Element Method. Processes, 2021. Vol. 9(5). P. 845. http://dx.doi.org/10.3390/pr9050845.
11. Zhai S., Shi Y., Zhou J., Liu J., Huang D., Zou A., et al. Simulation Optimization and Experimental Study of the Working Performance of a Vertical Rotary Tiller Based on the Discrete Element Method. Actuators, 2022. Vol. 11(12). P. 342. http://dx.doi.org/10.3390/act11120342.
12. Roman Antoshchenkov, Ivan Halych, Viktor Antoshchenkov, Anton Nykyforov, Liliia Kis-Korkishchenko, Halyna Cherevatenko, Dmytro Smitskov. Measuring system of dynamics and energy of mobile machines: monograph. Katowice:Wydawnictwo Uniwersytetu Śląskiego, 2024. 150 p.
13. Antoshchenkov R. V., Galich I. V., Cherevatenko G. I. Dynamics and energetics of the movement of a machine-tractor unit taking into account the profile of the supporting surface: monograph. Kharkiv: DBTU, 2024. 100 p.
14. Roman Antoshchenkov, Ivan Halych, Anton Nikiforov, Halyna Cherevatenko, Serhii Sheptun. Study of inter-wheel differential influence on dynamics of traction and transport machine. Engineering for Rural Development, 2025, 24. 234–241. DOI: 10.22616/ERDev.2025.24.TF046.
15. Volodymyr Bulgakov, Adolfs Rucins, Lucretia Popa, Roman Antoshchenkov, Mykyta Kuskov, Mariia Ruzhylo, Mykhailo Chernovol, Ivan Holovach, Oleksandra Trokhaniak. Experimental and theoretical study on straightness improvement in agricultural machinery movement. INMATEH – Agricultural Engineering, 2025. Vol. 76. No. 2. PP. 1268–1278. DOI: 10.35633/inmateh-76-106.
16. Antoshchenkov R. V., Cherevatenko G. I., Antoshchenkov V. M., Sklyar O. G., Sklyar R. V. Research into the influence of the inter-wheel differential on the dynamic and traction-energy indicators of an all-wheel drive four-wheel tractor. Ukrainian Journal of Applied Economics and Technology, 2025. Vol. 10. No. 2. P. 295–299. https://doi.org/10.36887/2415-8453-2025-2-62.
17. Antoshchenkov, R., Bogdanovich, S., Halych, I., Cherevatenko, H. Determination of dynamic and traction-energy indicators of all-wheel-drive traction-transport machine. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2023. 1 (7 (121)), 40–47. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.270988.
18. R. Antoshchenkov, V. Antoshchenkova, V. Kis, D. Smitskov. Increasing accuracy of measuring functioning parameters of agricultural units. Engineering for Rural Development, 2023, 22. pp. 210–215. https://doi.org/10.22616/ERDev.2023.22.TF040.
19. Antoshchenkov R. V., Cherevatenko G. I., Zadorozhnyi V. P., Svitlychnyi O. V., Kuskov M. A. Research on the dynamics of an all-wheel drive traction and transport vehicle. Ukrainian Journal of Applied Economics and Technology, 2023. Vol. 8. No. 4. P. 336 – 341.
