Эта статья является препринтом и не была отрецензирована.
О результатах, изложенных в препринтах, не следует сообщать в СМИ как о проверенной информации.
Математическое моделирование динамической нагруженности механизма агрегатирования самоходной уборочной косилки
Введение. Современные самоходные уборочные косилки, предназначенные для работы с широкозахватными адаптерами, оснащаются механизмом агрегатирования, объединяющим системы навески и уравновешивания. Эффективность функционирования данного механизма определяет качество выполнения ряда технологических операций, включая перевод навешиваемого адаптера из рабочего в транспортное положение. В известных научных работах механизмы уравновешивания и навески, как правило, рассматриваются независимо друг от друга, что обусловлено конструктивными особенностями их исполнения. Целью настоящего исследования является математическое описание динамической нагруженности механизма агрегатирования как единой рычажной системы в режиме перевода адаптера в транспортное положение, а также оценка влияния упругого элемента на характер нагружения.
Материалы и методы. Объектом исследования выбран механизм агрегатирования самоходной уборочной косилки KSU-1 с жаткой-хедер транспортерной. Аналитическое описание динамической нагруженности механизма выполнялось с использованием математической модели, построенной на основе теории комплексных чисел и принципа возможных скоростей. Динамическая нагруженность оценивалась по величине усилий на штоке гидроцилиндра подъема и в блоке уравновешивающих пружин. Верификация разработанной модели осуществлялась в среде динамического анализа систем твердых тел MSC.ADAMS.
Результаты исследования. Получены аналитические выражения, позволяющие определить усилия на штоке гидроцилиндра подъема механизма навески и в блоке уравновешивающих пружин механизма уравновешивания. Для режима подъема установлены три характерных этапа нагружения. Выявлен и описан эффект «подбрасывания» адаптера, проявляющийся на втором этапе: за счет энергии, накопленной пружинами, происходит резкое увеличение высоты подъема (с 0,44 до 0,84 м) при незначительном ходе штока гидроцилиндра (около 0,05 м). Разработан алгоритм определения функциональной зависимости между свободным ходом телескопической тяги механизма уравновешивания и ходом штока гидроцилиндра подъема механизма навески, обеспечивающей статическое равновесие системы.
Обсуждение. Выявленный эффект «подбрасывания» свидетельствует о возможности возникновения динамических перегрузок в элементах конструкции механизма агрегатирования, что должно учитываться на этапе проектирования. Сравнительный анализ данных, полученных аналитическим методом (в PTC MathCAD) и методом компьютерного моделирования (в MSC.ADAMS), подтвердил высокую степень сходимости результатов, что доказывает адекватность предложенной математической модели и достоверность методики исследования.
Заключение. Разработанная математическая модель обеспечивает возможность комплексного анализа динамической нагруженности механизма агрегатирования как единой системы в режиме перевода навешиваемого адаптера из рабочего в транспортное положение. Полученные результаты могут быть использованы для оптимизации механизма агрегатирования с целью минимизации эффекта «подбрасывания», выполнения прочностных расчетов элементов конструкции, а также при проектировании плоских рычажных механизмов, идентичных по структуре с рассматриваемым механизмом.
1. Мишуров Н.П., Свиридова С.А., Петухов Д.А., Семизоров С.А. Оценка эффективности кормоуборочных самоходных косилок. Техника и оборудование для села. 2021;294(12):42-45. https://doi.org/10.33267/2072-9642-2021-12-42-45
2. Дюжев А.А., Котов А.В., Чупрынин Ю.В. Обеспечение универсальности навесного устройства энергосредства УЭС-2-250А «Полесье» с целью создания сельскохозяйственных агрегатов модульного типа. В: Докл. междунар. науч.-практ. конф. «Энергосберегающие технологии и технические средства в сельскохозяйственном производстве». Минск: БГАТУ; 2008. Ч.1. С. 78–84. URL: https://rep.bsatu.by/bitstream/doc/4502/1/obespechenie-universalnosti-navesnogo-ustrojstva-ehnergosredstva-uehs-2-250a-polese-s-celyu-sozdaniya-selskohozyajstvennyh-agregatov-modulnogo-tipa.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
3. Karakoç Emir Murat. Design and analysis of a novel electrohydraulic draft control system in agricultural machinery. MS thesis. Middle East Technical University; 2019. 117 p.
4. Чупрынин Ю.В., Джасов Д.В., Попов В.Б. Методы проектирования унифицированных систем самоходных сельскохозяйственных машин. Гомель: ГГТУ им. П. О. Сухого; 2024. 265 с.
5. Белов В.В. Теоретические основы синтеза и конструирования пружинных механизмов в машиностроении. Чебоксары: ЧГУ им. И.Н. Ульянова; 2018. 372 с.
6. Yi Niu, Ruixue Li, Wei Liu, Kai Rong, Haoxuan Hong, Guohai Zhang. Development and Testing of the Adaptive Control System for Profiling Grain Header. Agriculture. 2025;15:473. https://doi.org/10.3390/agriculture15050473
7. Строк Е.Я., Бельчик Л.Д., Ананчиков А.А., Александрова Т.Л. Построение активной системы контактного копирования рельефа поля. Актуальные вопросы машиноведения. 2018;7:115-120. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_36804555_34577462.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
8. Попов В.Б., Тюрин С.А. Аналитическое описание связи между компонентами механизма агрегатирования косилки самоходной CS140. Актуальные вопросы машиноведения. 2025;14:120-124. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_85769136_19839303.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
9. Котов А.В., Кроль Д.Г. Исследование эксплуатационных характеристик механизма агрегатирования самоходной уборочной косилки методом математического моделирования. В: Материалы Междунар. науч.-техн. конф. «Научно-технический прогресс в сельскохозяйственном производстве». Минск: Беларуская навука; 2025. С. 120–125. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_88341358_38104073.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
10. Яхин С.М., Халиуллин Ф.Х., Имамиев А.З., Матяшин А.В., Егоров С.В. Анализ кинематики навесного устройства трактора с регулируемыми характеристиками. Транспортное, горное и строительное машиностроение: наука и производство. 2022;2(17):250-259. https://doi.org/10.26160/2658-3305-2022-17-250-259
11. Xin Zhe, Jiang Qiubo, Zhu Zhongxiang, Shao Mingxi. Design and optimization of a new terrain-adaptive hitch mechanism for hilly tractors. International Journal of Agricultural and Biological Engineering. 2023;16(4):134–144.
12. Попов В.Б. Математическое моделирование подъемно-навесных устройств мобильных энергетических средств. Гомель: ГГТУ им. П. О. Сухого; 2016. 251 с.
13. Котов А.В., Кроль Д.Г. Исследование влияния коэффициента сопротивления перемещению башмака на характеристику копирования рельефа поля. В: Сб. науч. статей Междунар. науч.-практич. конф. посвящ. 70-летию образования агромеханического факультета «Техническое обеспечение инновационных технологий в АПК». Минск: БГАТУ; 2025. С. 107-109. URL: https://rep.bsatu.by/bitstream/doc/24453/1/kotov-a-v-issledovanie-vliyaniya-koehfficienta-soprotivleniya-peremeshcheniyu-bashmaka-na-harakteristiku-kopirovaniya-relefa-polya.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
14. Рехлицкий О.В. Чупрынин Ю.В. Математическое описание системы уравновешивания адаптеров мобильной кормоуборочной машины с применением пневмогидроаккумулятора. Механика машин, механизмов и материалов. 2014;26(1):40-48. URL: https://mmmm.by/pdf/ru/2014/1_2014/4.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
15. Котов А.В., Кроль Д.Г. Способ и программная реализация кинематического анализа кулисного механизма. Механика машин, механизмов и материалов. 2025;73(4):25-30. https://doi.org/10.46864/1995-0470-2025-4-73-25-30
16. Котов А.В., Кроль Д.Г. Кинематический и силовой анализ механизма подъема наклонной камеры зерноуборочного комбайна с применением теории комплексных чисел. В: Сборник научных работ «Конструирование, использование и надежность машин сельскохозяйственного назначения». Брянск: Брянский ГАУ; 2025;24(1). С. 40-48. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_82710515_21034066.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
17. Котов А.В., Кроль Д.Г. Аналитический метод силового анализа плоских рычажных механизмов с применением теории комплексных чисел. Вестник Гомельского государственного технического университета имени П.О. Сухого. 2025;103(4):5–15. https://doi.org/10.62595/1819-5245-2025-4-5-15
18. Джасов Д.В., Конявский А.Д., Шантыко А.С., Чупрынин Ю.В. Математическая модель механизма уравновешивания и подъема косилки-плющилки ротационной. Актуальные вопросы машиноведения. 2020;9:27-30. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_44355318_23584267.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
19. Воскобойников Ю.Е., Задорожный А.Ф. Основы вычислений и программирования в пакете MathCAD PRIME: Учебное пособие для вузов. Санкт-Петербург: Лань, 2023.
20. Котов А.В., Чупрынин Ю.В., Дюжев А.А. Проектирование и исследование механизма очистки зерноуборочного комбайна при помощи пакета ADAMS. В: Доклады Междунар. науч.-техн. конф., посвящ. 80-летию со дня рождения д.т.н., проф. Скотникова В. А. «Тракторы, автомобили, мобильные энергетические средства: проблемы и перспективы развития». Минск: БГАТУ; 2009. С. 165-171. URL: https://drive.google.com/file/d/1rt7C3MdFTMMVWAMm5eUWgpce9dwnaf-F (дата обращения: 01.07.2026).
21. Шмелев А.В., Лопух Д.Г., Дробышевская О.В. Моделирование и анализ силовой нагруженности системы штанг самоходного опрыскивателя в среде MSC.ADAMS. Актуальные вопросы машиноведения. 2016;5:91-94. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_29305416_52728249.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
22. Марченко Д.М. Шимановский А.О. Верификация сил трения, реализуемых в MSC.ADAMS при работе функции "contact". Механика. Исследования и инновации. 2018;11:185-194. URL: https://elibrary.ru/download/elibrary_37522294_93424355.pdf (дата обращения: 01.07.2026).
