agroengineeringАгроинженерияAgricultural Engineering (Moscow)2687-11492687-1130РГАУ-МСХА10.26897/2687-1149-2026-2-92-102agroengineering-1269Research ArticleЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ И АВТОМАТИЗАЦИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВАPOWER SUPPLY AND AUTOMATION OF AGRICULTURAL PRODUCTIONЛинейный электродвигатель для электрифицированного секатораLinear electric motor for an electric prunerhttps://orcid.org/0000-0003-2797-0755НикитенкоГ. В.NikitenkoG. V.

Никитенко Геннадий Владимирович, д-р техн. наук, профессор

Scopus author ID: 57202640003

355035, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12

 Researcher ID: N-1769-2014

AuthorID: 155686

Gennady V. Nikitenko, DSc (Eng), Professor

SPIN code: 9068-0520

Scopus Author ID: 57202640003

Researcher ID: N-1769-2014

AuthorID: 155686

12, Zootekhnichesky Lane, Stavropol, 355035

nikitenko_gv@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8931-269XАнтоновС. Н.AntonovS. N.

Антонов Сергей Николевич, канд. техн. наук, доцент

Scopus author ID: 57021226800

Researcher ID: V-1081-2017

355035, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12

Sergey N. Antonov, CSc (Eng), Associate Professor

SPIN code: 2575-3686

Scopus Author ID: 57021226800

Researcher ID: V-1081-2017

12, Zootekhnichesky Lane, Stavropol, 355035

antonov_serg@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8684-118XМастепаненкоМ. А.MastepanenkoM. A.

Мастепаненко Максим Алексеевич, канд. техн. наук, доцент

Scopus Author ID: 56768146500

AuthorID: 731041

355035, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12

Maksim A. Masterpanenko, CSc (Eng), Associate Professor

Scopus Author ID: 56768146500

AuthorID: 731041

12, Zootekhnichesky Lane, Stavropol, 355035

mma_26@inbox.ruhttps://orcid.org/0009-0000-8956-0626КаланчукИ. В.KalanchukI. V.

Каланчук Игорь Владимирович, ассистент кафедры электрооборудования и энергообеспечения АПК

AuthorID: 1181858

355035, Ставропольский край, г. Ставрополь, пер. Зоотехнический, 12

Igor V. Kalanchuk, Assistant of the Department of Electrical Equipment and Energy Supply for the Agro-Industrial Sector

12, Zootekhnichesky Lane, Stavropol, 355035

igor.kalanchuk@gmail.comСтавропольский государственный аграрный университетРоссияStavropol State Agrarian UniversityRussian Federation20262604202628292102Copyright © Никитенко Г.В., Антонов С.Н., Мастепаненко М.А., Каланчук И.В., 20262026Никитенко Г.В., Антонов С.Н., Мастепаненко М.А., Каланчук И.В.Nikitenko G.V., Antonov S.N., Mastepanenko M.A., Kalanchuk I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://agroengineering.timacad.ru/jour/article/view/1269

Ручные и электрические секаторы, используемые при обрезке деревьев в промышленном садоводстве,являются недостаточно эффективными. Электрифицированный секатор с усовершенствованным магнитопроводом (статором и якорем электродвигателя) и оптимальными энергетическими характеристиками будет способствовать эффективному развитию отрасли. Исследования проведены с целью разработки линейного электродвигателя (ЛЭД) для привода ручного электрифицированного секатора и адаптации его технических характеристик (силы резания) к условиям промышленного садоводства. В предлагаемой конструкции ЛЭД усилие резания создается двумя намагничивающими катушками (рабочей и пусковой). Первая катушка установлена на неподвижный магнитопровод, вторая расположена на магнитной системе, имеющей немагнитную вставку. Линейный размер немагнитной вставки якоря варьировался и достигал 5, 10 и 15 мм. Теоретические значения силы тяги якоря в зависимости от размера немагнитной вставки, полученные моделированием в программе ElCut, сравнивали с экспериментальными данными. Результаты исследований показали, что чем длиннее немагнитная вставка, тем больше длина эффективного хода второй (пусковой) катушки. Для немагнитной вставки размером 5 мм длина хода составила 3 мм, а у вставки 15 мм – 9 мм соответственно. Установлено, что с увеличением размера немагнитной вставки пусковое усилие снижается с 27 до 17 Н. Суммарное усилие, создаваемое двумя намагничивающими катушками, позволяет в начальный момент осуществить перемещение системы на холостом ходу, а в конце рабочего хода при действии первой (рабочей) катушки реализовать процесс резания ветки диаметром 6 мм с нарастающим усилием от 25 до 132 Н. Теоретические значения суммарной силы тяги практически совпадают с экспериментальной кривой. Полученные характеристики силы резания ветки и работы линейного электродвигателя можно использовать при проектировании ручных электрифицированных секаторов.

Manual and electric pruners used for tree pruning in industrial horticulture are insufficiently effective. An electric pruner with an improved magnetic circuit (a stator and an armature of the electric motor) and optimal energy characteristics will contribute to the effective development of the industry. The research aimed to develop a linear electric motor (LEM) for driving a manual electric pruner and to adapt its technical characteristics (cutting force) to the conditions of industrial horticulture. In the proposed LEM design, the cutting force is generated by two magnetizing coils (working and starting). The first coil is mounted on a stationary magnetic circuit, while the second is located on a magnetic system featuring a non-magnetic insert. The linear dimension of the armature non-magnetic insert was varied to 5, 10, and 15 mm. Theoretical values of the armature traction force depending on the size of the non-magnetic insert, obtained through simulation in the ElCut software, were compared with experimental data. The research results showed that the longer the non-magnetic insert, the greater the effective stroke length of the second (starting) coil. For a non-magnetic insert size of 5 mm, the stroke length was 3 mm, while for a 15 mm insert, it was 9 mm, respectively. It was established that with an increase in the size of the non-magnetic insert, the starting force decreases from 27 to 17 N. The total force generated by the two magnetizing coils enables the system to move at idle at the initial moment. At the end of the working stroke, under the action of the first (working) coil, a 6 mm diameter branch is cut with a force increasing from 25 to 132 N. The theoretical values of the total traction force practically coincide with the experimental curve. The obtained characteristics of the branch cutting force and the operation of the linear electric motor can be used in the design of manual electrified puners.

садоводствообрезка деревьевлинейный электродвигательэлектродвигатель для электрифицированного секаторасекаторпроцесс резаниямагнитопроводнемагнитная вставкаhorticulturetree pruninglinear electric motorelectric motor for electric prunersprunercutting processmagnetic circuitnon-magnetic insertReferencesТавасиев P.M. Обоснование энергетического средства для крестьянских (фермерских) хозяйств // Механизация и электрификация сельского хозяйства. 2007. № 11. С. 42-43. EDN: ICCUGVTavasiev R.M. Justification of an energy means for farm households. Mekhanizatsiya i elektrifikatsiya selskogo khozyaystva. 2007;11:42-43. (In Russ.)Кудзаев А.Б., Тавасиев Р.М. Обоснование конструктивно-технологической схемы обрезчика ветвей // Известия Горского государственного аграрного университета. 2009. Т. 46, № 2. С. 82-86. EDN: MVJLDDKudzaev A.B., Tavasiev R.M. Rationale for a structural design of a branch cutter. Proceedings of Gorsky State Agrarian University. 2009;46(2):82-86. (In Russ.)Тавасиев Р.М., Кудзаев А.Б., Туриев О.И. Математическая модель гидравлической цепи обрезчика ветвей // Аграрная наука. 2008. № 9. С. 13. EDN: JUYNPDTavasiev R.M., Kudzaev A.B., Turiev O.I. Mathematical model of hydraulic chain of branch cutter. Agrarian science. 2008;9:13. (In Russ.)Апхудов Т.М., Шекихачев Ю.А. Разработка и исследование садовой пилы с электрическим приводом // АгроЭкоИнфо. 2020. № 1 (39). С. 15. EDN: FPVRHTAphudov T.M., Shekikhachev Yu.A. Development and research of an electrically driven garden saw. AgroEcoInfo. 2020;1(39):15. (In Russ.)Усанов К.М., Каргин В.А., Волгин А.В., Моисеев А.П. Оценка режимов работы электромагнитных ударных машин // Вестник Алтайского государственного аграрного университета. 2020. № 10 (192). С. 137-142. EDN: AJVDGGUsanov K.M., Kargin V.A., Volgin A.V., Moiseev A.P. The analysis of operating modes of electromagnetic impact machines. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2020;10(192):137-142. (In Russ.)Kargin V.A., Volgin A.V., Moiseev A.P. et al. Linear stepping electromagnetic engine for driving conveyors. Journal of Physics: Conference Series: International Conference «Information Technologies in Business and Industry». 4 – Mechatronics, Robotics and Electrical Drives. Novosibirsk: Institute of Physics Publishing. 2019;1333(5):052011. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1333/5/052011Kargin V.A., Volgin A.V., Moiseev A.P. et al. Linear stepping electromagnetic engine for driving conveyors. Journal of Physics: Conference Series: International Conference “Information Technologies in Business and Industry” – 4 – Mechatronics, Robotics and Electrical Drives. Novosibirsk: Institute of Physics Publishing. 2019;1333(5):052011. https://doi.org/10.1088/1742-6596/1333/5/052011Usanov K.M., Volgin A.V., Kargin V.A. et al. Electric converters of electromagnetic strike machine with battery power. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Tomsk: Institute of Physics Publishing. 2018;327(5):052031. https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/5/052031Usanov K.M., Volgin A.V., Kargin V.A. et al. Electric converters of electromagnetic strike machine with battery power. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. Tomsk: Institute of Physics Publishing. 2018;327(5):052031. https://doi.org/10.1088/1757-899X/327/5/052031Kargin V., Usanov K., Moiseev A. et al. Simulation of energy conversion processes in linear electromagnetic motors with through axial channel. Strojnicky Casopis. 2023;73(2):71-82. https://doi.org/10.2478/scjme-2023-0022 EDN: XKXBIFKargin V., Usanov K., Moiseev A. et al. Simulation of energy conversion processes in linear electromagnetic motors with through axial channel. Strojnicky Casopis. 2023;73(2):71-82. https://doi.org/10.2478/scjme-2023-0022Antonov S., Nikitenko G., Adoshev A. et al. Simulation of the magnetic system of a linear motor for a delimber. International Scientific-Practical Conference «Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources» (FIES2021): Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources. Kazan: EDP Sciences. 2021;37:00097. EDN: CVWEPEAntonov S., Nikitenko G., Adoshev A. et al. Simulation of the magnetic system of a linear motor for a delimber. International Scientific-Practical Conference “Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources” (FIES2021): Agriculture and Food Security: Technology, Innovation, Markets, Human Resources. Kazan: EDP Sciences. 2021;37:00097.Forbes M., Robertson W.S.P., Zander A.C., Paulides J.J.H. An elemental modelling method for linear motor parametric studies using boundary-free analytic magnetic field solutions: Including 3D geometry, permeability, and end effects. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2025;630:173416. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2025.173416Forbes M., Robertson W.S.P., Zander A.C., Paulides J.J.H. An elemental modelling method for linear motor parametric studies using boundary-free analytic magnetic field solutions: Including 3D geometry, permeability, and end effects. Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 2025;630:173416. https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2025.173416Hsieha Min-Fu, Tungb Chin-Juei, Yao Wu-Sung et al. Servo design of a vertical axis drive using dual linear motors for high speed electric discharge machining. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2007;47:546-554. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.05.011Hsieha Min-Fu, Tungb Chin-Juei, Yao Wu-Sung, et al. Servo design of a vertical axis drive using dual linear motors for high speed electric discharge machining. International Journal of Machine Tools & Manufacture. 2007;47:546-554. https://doi.org/10.1016/j.ijmachtools.2006.05.011Guo G., Zhao Y., Yu A. Analysis of electromagnetic vibration of submerged tubular linear motors based on wave propagation approach. Wave Motion. 2024;127:103287. https://doi.org/10.1016/j.wavemoti.2024.103287Guo G., Zhao Y., Yu A. Analysis of electromagnetic vibration of submerged tubular linear motors based on wave propagation approach. Wave Motion. 2024;127:103287. https://doi.org/10.1016/j.wavemoti.2024.103287Линейный электродвигатель: Патент № 2835904 C1 Российская Федерация, МПК H02K 33/02 / Г.В. Никитенко, С.Н. Антонов, И.В. Каланчук; заявл. 02.08.2024; Опубл. 05.03.2025. EDN: JOWISQNikitenko G.V., Antonov S.N., Kalanchuk I.V. Linear motor: Patent, No. 2835904 C1 Russian Federation, IPC H02K 33/02.: applied on 02.08.2024: published on 05.03.2025. (In Russ.)

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