agronaukaАграрная наука Евро-Северо-ВостокаAgricultural Science Euro-North-East2072-90812500-1396FARC North-East10.30766/2072-9081.2023.24.3.498-509agronauka-1376Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ. МЕХАНИЗАЦИЯ, ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ, АВТОМАТИЗАЦИЯMECHANIZATION, ELECTRIFICATION, AUTOMATIONРазработка и создание ходовых систем сельскохозяйственных тракторов со сменной полугусеницейDesign and development of undercarriage systems for agricultural tractors with replaceable half-trackshttps://orcid.org/0000-0002-1665-3730ГоджаевЗ. А.GodzhaevZ. A.

Годжаев Захид Адыгезал оглы, доктор техн. наук, профессор, член-корреспондент РАН

1-й Институтский проезд, д. 5, г. Москва, Российская Федерация, 109428

Zakhid A. Godzhaev, DSc in Engineering, Сorresponding member of RAS, professor

1st Institutskiy proezd, 5, Moscow, Russian Federation, 109428 

fic51@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-6942-5950ОвчинниковЕ. В.OvchinnikovE. V.

Овчинников Евгений Валентинович, научный сотрудник

1-й Институтский проезд, д. 5, г. Москва, Российская Федерация, 109428

 Evgeniy V. Ovchinnikov, researcher 

1st Institutskiy proezd, 5, Moscow, Russian Federation, 109428

vim@vim.ruhttps://orcid.org/0000-0002-1407-6757ОвчаренкоА. С.OvcharenkoA. S.

Овчаренко Александр Сергеевич, ведущий инженер,

1-й Институтский проезд, д. 5, г. Москва, Российская Федерация, 109428

 Alexander S. Ovcharenko, lead engineer 

1st Institutskiy proezd, 5, Moscow, Russian Federation, 109428

vim@vim.ruФГБНУ «Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ»РоссияFederal Scientific Agroengineering Center VIMRussian Federation202328062023243498509Copyright © Годжаев З.А., Овчинников Е.В., Овчаренко А.С., 20232023Годжаев З.А., Овчинников Е.В., Овчаренко А.С.Godzhaev Z.A., Ovchinnikov E.V., Ovcharenko A.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.agronauka-sv.ru/jour/article/view/1376

Обоснована потребность в необходимости применения подобных движителей в мобильных энергетических средствах сельского хозяйства. Показана актуальность данной разработки исходя из мировых тенденций. Цель исследований – разработка конструкции, оценка напряженно-деформированного состояния и функциональных характеристик ходовых систем сельскохозяйственных тракторов со сменной полугусеницей. Разработана и изготовлена опытная конструкция сменной (съемной) гусеничной ходовой системы (СГХС), выполнено моделирование нагрузочных режимов, проведены расчеты методом конечных элементов напряженно-деформированного состояния элементов конструкции по 6 нагрузочным схемам – стоянка трактора на ровной горизонтальной поверхности; движение с максимальной силой тяги; стоянка поперек уклона в 30° для верхней гусеницы; стоянка поперек уклона в 30° для нижней гусеницы; заезд на препятствие с отклонением СГХС на 15°; проезд препятствия с опорой на центральные катки. По результатам расчетов определено, что выбранный конструкционный материал при вышеназванных режимах нагружения обеспечивает работоспособность СГХС. Проведены расчеты по проверке адекватности разработанной математической модели при испытаниях на опытных полях ФГБНУ ФНАЦ ВИМ. Определено, что, максимальное напряженно-деформированное состояние конструкции рамы СГХС, при всех видах нагружения не превысило 100 МПа. Это обеспечивает двукратный запас прочности по текучести конструкции с учетом характеристик выбранного материала. В максимально нагруженном состоянии – стоянка поперек уклона 30° – наибольшее напряжение на верхней гусенице составляет 161 МПа, что соответствует запасу прочности 1,45. Деформация подшипникового узла составила не более 4 мм, что допускается конструкцией узла привода и гусеницы.

The need to use such propulsion devices in mobile agricultural power units is substantiated. The relevance of this development based on global trends is shown. The purpose of the research is to develop the design, to evaluate strain-stress state and functional characteristics of undercarriages of agricultural tractors with replaceable half-tracks. An experimental design of the replaceable tracked undercarriage was developed and manufactured, modeling of loading modes was performed, calculations were carried out by the finite element method of the stress-strain state of structural elements according to 6 load schemes – tractor parking on a flat horizontal surface; movement with maximum traction force; parking across a 30° slope for the upper track; parking across a 30° slope for the lower caterpillar; driving into an obstacle with a deviation of 15°; driving over obstacles based on the central rollers. It was determined that the selected structural material, by the above mentioned loading modes ensure the operability of replaceable tracked undercarriage. Calculations were carried out to check the adequacy of the developed mathematical model using field tests in testing ground of FSAC VIM. It was determined that the maximum stress-strain state of the frame structure of a replaceable tracked undercarriage for all types of loading did not exceed 100 MPa. This provides a two-fold margin of safety in terms of fluidity of the structure, taking into account the characteristics of the selected material. In the maximum loaded state - parking across a slope of 30° - the highest stress on the upper track is 161 MPa, which corresponds to a safety margin of 1.45. The deformation of the bearing assembly was no more than 4 mm, which is allowed by the design of the drive assembly and the caterpillar.

сменные гусеницыметод конечных элементовнапряженно-деформированное состояниедавление на почвумобильные энергосредстваreplaceable tracksfinite element methodstress-strain statesoil pressuremobile power unitsработа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ в рамках Государственного задания ФГБНУ ФНАЦ ВИМ (НИОКР «10.9.03. Разработка системы универсальных мобильных энергетических и транспортно-технологических комплексов для сельскохозяйственного производства»).the research was carried out under the support of the Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation within the state assignment of the Federal Scientific Agroengineering Center VIM (theme № 10.9.03.)ReferencesFashutdinov M., Khafizov K., Galiev I., Gabdrafikov F., Khaliullin F. Research of dynamics of turning of machine-tractor aggregate with tractor on wheeled-crawler mover. BIO Web of Conferences. 2020;17:00056. DOI: https://doi.org/10.1051/bioconf/20201700056Fashutdinov M., Khafizov K., Galiev I., Gabdrafikov F., Khaliullin F. Research of dynamics of turning of machine-tractor aggregate with tractor on wheeled-crawler mover. BIO Web of Conferences. 2020;17:00056. DOI: https://doi.org/10.1051/bioconf/20201700056Shafaei S. M., Loghavi M., Kamgar S. Fundamental realization of longitudinal slip efficiency of tractor wheels in a tillage practice. Soil and Tillage Research. 2021;205:104765. DOI: https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104765Shafaei S. M., Loghavi M., Kamgar S. Fundamental realization of longitudinal slip efficiency of tractor wheels in a tillage practice. Soil and Tillage Research. 2021;205:104765. DOI: https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104765Fang Yu., Zhang Yu., Li N., Shang Y. Research on a medium-tracked omni-vehicle. Mechanical Sciences. 2020;11(1):137-152. DOI: https://doi.org/10.5194/ms-11-137-2020Fang Yu., Zhang Yu., Li N., Shang Y. Research on a medium-tracked omni-vehicle. Mechanical Sciences. 2020;11(1):137-152. DOI: https://doi.org/10.5194/ms-11-137-2020Srivastava A. K., Goering C. E., Rohrbach R. P., Buckmaster D. R. Tractor Hitching, Traction, and Testing. Chapter 7. Engineering Principles of Agricultural Machines, 2nd ed., pp. 139-168 St. Joseph, Michigan: ASABE. 2006. American Society of Agricultural and Biological Engineers. St. Joseph, Mich. DOI: https://doi.org/10.13031/2013.41469Srivastava A. K., Goering C. E., Rohrbach R. P., Buckmaster D. R. Tractor Hitching, Traction, and Testing. Chapter 7. Engineering Principles of Agricultural Machines, 2nd ed., pp. 139-168 St. Joseph, Michigan: ASABE. 2006. American Society of Agricultural and Biological Engineers. St. Joseph, Mich. DOI: https://doi.org/10.13031/2013.41469García-Tomillo A., de Figueiredo T., Dafonte Dafonte J., Almeida A., Paz-González A. Effects of machinery trafficking in an agricultural soil assessed by Electrical Resistivity Tomography (ERT). Open Agriculture. 2018;3(1):378-385. DOI: https://doi.org/10.1515/opag-2018-0042García-Tomillo A., de Figueiredo T., Dafonte Dafonte J., Almeida A., Paz-González A. Effects of machinery trafficking in an agricultural soil assessed by Electrical Resistivity Tomography (ERT). Open Agriculture. 2018;3(1):378-385. DOI: https://doi.org/10.1515/opag-2018-0042Seguel O., Díaz D., Acevedo E., Silva P., Homer I., Seitz S. Hydraulic Conductivity in a Soil Cultivated with Wheat-Rapeseed Rotation Under Two Tillage Systems. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2020;20:2304-2315. DOI: https://doi.org/10.1007/s42729-020-00296-wSeguel O., Díaz D., Acevedo E., Silva P., Homer I., Seitz S. Hydraulic Conductivity in a Soil Cultivated with Wheat-Rapeseed Rotation Under Two Tillage Systems. Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2020;20:2304-2315. DOI: https://doi.org/10.1007/s42729-020-00296-wEzzati S., Najafi A., Rab M. A., Zenner E. K. Recovery of soil bulk density, porosity and rutting from ground skidding over a 20-year period after timber harvesting in Iran. Silva Fennica. 2012;46(4):521-538. DOI: https://doi.org/10.14214/sf.908Ezzati S., Najafi A., Rab M. A., Zenner E. K. Recovery of soil bulk density, porosity and rutting from ground skidding over a 20-year period after timber harvesting in Iran. Silva Fennica. 2012;46(4):521-538. DOI: https://doi.org/10.14214/sf.908Kumar A. A., Tewari V. K., Nare B. Embedded digital draft force and wheel slip indicator for tillage research. Computers and Electronics in Agriculture. 2016;127:38-49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2016.05.010Kumar A. A., Tewari V. K., Nare B. Embedded digital draft force and wheel slip indicator for tillage research. Computers and Electronics in Agriculture. 2016;127:38-49. DOI: https://doi.org/10.1016/j.compag.2016.05.010Damanauskas V., Janulevičius A., Pupinis G. Influence of extra weight and tire pressure on fuel consumption at normal tractor slippage. Journal of Agricultural Science. 2015;7(2):55-67. DOI: https://doi.org/10.5539/jas.v7n2p55Damanauskas V., Janulevičius A., Pupinis G. Influence of extra weight and tire pressure on fuel consumption at normal tractor slippage. Journal of Agricultural Science. 2015;7(2):55-67. DOI: https://doi.org/10.5539/jas.v7n2p55Marsili A., Servadio P. Compaction effects of rubber or metal-tracked tractor passes on agricultural soils. Soil and Tillage Research. 1996;37(1):37-45. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-1987(95)00514-5Marsili A., Servadio P. Compaction effects of rubber or metal-tracked tractor passes on agricultural soils. Soil and Tillage Research. 1996;37(1):37-45. DOI: https://doi.org/10.1016/0167-1987(95)00514-5Li Sh., Zhang J., Du Yu. Vibration analysis and simulation verification for suspension of track tractor. AIP Conference Proceedings. 2019;2154:020041. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5125369Li Sh., Zhang J., Du Yu. Vibration analysis and simulation verification for suspension of track tractor. AIP Conference Proceedings. 2019;2154:020041. DOI: https://doi.org/10.1063/1.5125369Hawkins E. M., Buckmaster D. R. Benchmarking costs of fixed-frame, articulated, and tracked tractors Applied Engineering in Agriculture. 2015;31(5):741-745. DOI: https://doi.org/10.13031/aea.31.11074Hawkins E. M., Buckmaster D. R. Benchmarking costs of fixed-frame, articulated, and tracked tractors. Applied Engineering in Agriculture. 2015;31(5):741-745. DOI: https://doi.org/10.13031/aea.31.11074ГОСТ Р 58656-2019. Техника сельскохозяйственная мобильная. Методы определения воздействия движителей на почву. М.: Стандартинформ, 2019. 24 с. URL: https://files.stroyinf.ru/Data/724/72400.pdfIzmaylov A. Yu., Godzhaev Z. A., Kryukov M. L., Naumov Yu. N. Replaceable caterpillar mover of a wheeled vehicle: patent RF, no. 2018. URL: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servletИзмайлов А. Ю., Годжаев З. А., Крюков М. Л., Наумов Ю. Н. Сменный гусеничный движитель колесного транспортного средства: пат. № 2652282 Российская Федерация. № 2017119225: заявл. 02.06.2017; опубл. 25.04.2018. Бюл. 12. 17 с. Режим доступа: https://www1.fips.ru/registers-doc-view/fips_servletFedotkin R. S., Kryuchkov V. A., Beynenson V. D., Parfenov V. L. Design method of pin engagement drive sprocketswith rubber-reinforced tracks of traction and transportation vehicles. Traktory i sel'khozmashiny. 2017;(3):24-32. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=29385765Федоткин Р. С., Крючков В. А., Бейненсон В. Д., Парфенов В. Л. Методика проектирования ведущих колес цевочного зацепления с резиноармированными гусеницами тяговых и транспортных машин. Тракторы и сельхозмашины. 2017;(3):24-32. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=29385765 EDN: YTBGRHDashtiev I. Z. Structures of elements of the undercarriage of high-speed tracked vehicles. Moscow: Izd-vo MGTU im. N. E. Baumana, 2003. 108 p.Даштиев И. З. Конструкции элементов ходовой части быстроходных гусеничных машин. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2003. 108 с.Fedotkin R. S., Beynenson V. D., Kryuchkov V. A., Sharipov V. M., Shchetinin Yu. S. Rubber-reinforced caterpillar tracks of agricultural tractors. stiffness at tension and bending. Izvestiya MGTU "MAMI". 2016;(2(28)):32-38. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=26180300Федоткин Р. С., Бейненсон В. Д., Крючков В. А., Шарипов В. М., Щетинин Ю. С. Резиноармированные гусеницы сельскохозяйственных тракторов. Жесткость при растяжении и изгибе. Известия МГТУ "МАМИ". 2016;(2(28)):32-38. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=26180300 EDN: WAXMODIzmaylov A. Yu., Godzhaev Z. A., Rusanov A. V., Kuzmin V. A. Ecological safety of the "mechanized means – the soil – a harvest" system. Aktual'nye problemy gumanitarnykh i estestvennykh nauk. 2017;(5-1):75-79. (In Russ.). URL: https://elibrary.ru/item.asp?id=28997441Измайлов А. Ю., Годжаев З. А., Русанов А. В., Кузьмин В. А. Экологическая безопасность системы «механизированное средство – почва – урожай. Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2017;(5-1):75-79. Режим доступа: https://elibrary.ru/item.asp?id=28997441 EDN: YKOIFXGodzhaev Z. A., Evtyushenkov N. E. Decreasing the effect of the chasis system on the soil. Sel'skiy mekhanizator. 2016;(8):38-39. (In Russ.).Годжаев З. А., Евтюшенков Н. Е. Снижение воздействия ходовых систем на почву. Сельский механизатор. 016;(8):38-39.Годжаев З. А., Евтюшенков Н. Е. Снижение воздействия ходовых систем на почву. Сельский механизатор. 016;(8):38-39.

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