Підвищення енергоефективності дводискових сошників на основі методу граничних оцінок впливу профілю посівної борозни

Станіслав Ніколаєнко, Геннадій Вірченко, Микола Волоха, Олексій Воробйов, Юлія Лазарчук-Воробйова
Анотація

Актуальність дослідження полягає у світовій необхідності підвищення енергоефективності сільськогосподарських знарядь при збереженні високих агротехнічних показників. Метою статті було аналітично оцінити вплив параметрів профілю борозни на експлуатаційні енергетичні характеристики ґрунтообробних знарядь на прикладі дводискових сошників. Методологія ґрунтувалася на геометричному моделюванні робочих компонентів сошника в декартовій системі координат, виведенні параметричних рівнянь контурів борозни та аналітичному обчисленні площі її поперечного перерізу залежно від глибини обробітку, діаметра дисків і кутів їх встановлення. У ході дослідження було встановлено, що площа борозни для дисків діаметром 350 мм зростала від 415 мм² до 4106 мм² зі збільшенням глибини обробітку від 20 мм до 80 мм. За фіксованої глибини 50 мм і кутів α=50°, β =20°, площа борозни змінювалася від 1762 мм² до 1935 мм² залежно від зміни діаметра дисків від 300 мм до 400 мм. Було запропоновано квадратичну апроксимацію для опису цієї залежності. Результати показали, що зменшення глибини обробітку з 50 мм до 45 мм зменшувало площу борозни з 1851 мм² до 1277 мм², а її збільшення до 55 мм призводило до зростання площі до 2516 мм². Також було продемонстровано вплив кутів встановлення дисків: при зменшенні до α=40° і β=15° площа борозни зменшувалася до 1522 мм². Запропонований підхід дозволив здійснити подальшу оптимізацію конфігурації сошників у реальних умовах. Методика, представлена в даній публікації, дозволяє визначити найбільш раціональну конфігурацію ґрунтообробних знарядь для існуючих обставин шляхом проведення відповідного аналізу

Ключові слова

енергоефективність сільськогосподарської техніки, дискові ґрунтообробні знаряддя, математичне моделювання, автоматизоване проєктування, комп’ютерні інформаційні технології

ЦИТУВАТИ
Nikolayenko, S., Virchenko, G., Volokha, M., Vorobiov, O., & Lazarchuk-Vorobiova, Yu. (2025). Improving energy efficiency of double-disc coulters using boundary estimation method of seed furrow profile influence. Machinery & Energetics, 16(3), 20-32. https://doi.org/10.31548/machinery/3.2025.20
Використані джерела
  1. Ahmad, F., Qiu, B., Ding, O., Ding, W., Khan, Z., Shoaib, M., Chandio, F., Rehim, A., & Khaliq, A. (2020). Discrete element method simulation of disc type furrow openers in paddy soil. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 13(4), 103-110. doi: 10.25165/j.ijabe.20201304.4800.
  2. Aikins, K., Barr, J., Ucgul, M., Jensen, T., Antille, D., & Desbiolles, J. (2020). No tillage furrow opener performance: A review of tool geometry, settings and interactions with soil and crop residue. Soil Research, 58(7), 603-621. doi: 10.1071/SR19153.
  3. Chandio, F., Li, Y., Xu, L., Ma, Z., Ahmad, F., Cuong, D., & Lakhiar, I. (2020). Predicting 3D forces of disc tool and soil disturbance area using fuzzy logic model under sensor-based soil-bin. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 13(4), 77-84. doi: 10.25165/j.ijabe.20201304.5115.
  4. Damanauskas, V., & Janulevičius, A. (2022). Effect of tillage implement (spring tine cultivator, disc harrow), soil texture, forward speed, and tillage depth on fuel consumption and tillage quality. Journal of Agricultural Engineering, 53(3), article number 1371. doi: 10.4081/jae.2022.
  5. Hamid, A., & Alsabbagh, A. (2023). Effect of Moldboard types, Two depths of tillage and two speeds of tractor in some physical properties and pulverisation of soil. Kufa Journal for Agricultural Sciences, 15(1), 105-116. doi: 10.36077/kjas/2023/v15i1.10334.
  6. Karayel, D., Jotautiene, E., & Šarauskis, E. (2024). the effect of furrow opener and disc coulter configurations on seeding performance under different residue cover densities. AgriEngineering, 6(2), 1277-1288. doi: 10.3390/agriengineering6020073.
  7. Kumar, N., Sawant, C., Sharma, R., Chhokar, R., Tiwari, P., Singh, D., Roul, A., Tripathi, S., Gill, S., & Singh, G. (2021). Combined effect of disc coulters and operational speeds on soil disturbance and crop residue cutting under no-tillage system in soil bin. Journal of Scientific & Industrial Research, 80(9), 739-749. doi: 10.56042/jsir.v80i09.40333.
  8. Malasli, M., & Çelik, A. (2023). Effects of the disc and tilt angle of a single disc-type furrow opener of a no-till seeder on residue distribution and the furrow profile. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 47(6), article number 19. doi: 10.55730/1300-011X.3146.
  9. Nikolaenko, S., Bondar, M., Bulgakova, O., Vasileva, V., & Vartukapteinis, K. (2021). Studying requirements for substantial list of professional knowledge for students of agricultural engineering specialities. In 20th international scientific conference: Engineering for rural development (pp. 1519-1525). Jelgava: Latvia University of Life Sciences and Technologies. doi: 10.22616/ERDev.2021.20.
  10. Parihar, D., Dogra, B., & Narang, M. (2023). Performance evaluation of different furrow openers for sustainable tillage: A review. Indian Journal of Ecology, 50(4), 1133-1142. doi: 10.55362/IJE/2023/4025.
  11. Pavlova, Ya., & Litvinov, D. (2024). The influence of previous crops and tillage on available moisture reserves of chernozem typical for growing spring barley. Plant and Soil Science, 15(2), 32-41. doi: 10.31548/plant2.2024.32.
  12. Ranta, O., Gheţe, A., Stănilă, S., Muntean, M., Marian, O., & Molnar-Irimie, A. (2021). Influence of design of the disc furrow opener of no-till sowing machines on the seedbed quality. Romanian Agricultural Research, 38, 239-249. doi: 10.59665/rar3826.
  13. Rosu, B., Voicu, G., Constantin, G., Tudor, P., & Stefan, E. (2024). Aspects regarding the physical parameters and wear in the work process of the disc openers for seeding machines. Agriculture, 14(7), article number 1066. doi: 10.3390/agriculture14071066.
  14. Sadek, M., Chen, Y., & Zeng, Z. (2021). Draft force prediction for a high-speed disc implement using discrete element modelling. Biosystems Engineering, 202, 133-141. doi: 10.1016/j.biosystemseng.2020.12.009.
  15. Sugirbay, A., et al. (2023). Double disc colter for a no-till seeder simultaneously applying granular fertilisers and wheat seeds. Agriculture, 13(5), article number 1102. doi: 10.3390/agriculture13051102.
  16. Vorobiov, O. (2024). Computer modelling of basic design and operational geometrical parameters of double disc coulters. Bulletin of Sumy National Agrarian University. The Series: Mechanisation and Automation of Production Processes, 4(58), 12-20. doi: 10.32782/msnau.2024.4.
  17. Xu, G., Xie, Y., Peng, S., Liang, L., & Ding, Q. (2023). Performance evaluation of vertical discs and disc coulters for conservation tillage in an intensive rice-wheat rotation system. Agronomy, 13(5), article number 1336. doi: 10.3390/agronomy13051336.
  18. Yablonskyi, P., Rogovskii, I., Sobczuk, H., Virchenko, G., Volokha, M., & Vorobiov, O. (2024). Computational approach to geometric modelling of plough bodies. Journal of Engineering Sciences, 11(1), E9-E18. doi: 10.21272/jes.2024.11(1).e2.
  19. Yablonskyi, P., Rogovskii, I., Virchenko, G., Borek, K., Volokha, M., & Golova, O. (2025). Geometric modelling of disc furrow profile. Journal of Engineering Sciences, 12(1), E1-E8. doi: 10.21272/jes.2025.12(1).e1.
  20. Zeng, Z., Thoms, D., Chen, Y., & Ma, X. (2021). Comparison of soil and corn residue cutting performance of different discs used for vertical tillage. Scientific Reports, 11, article number 2537. doi: 10.1038/s41598-021-82270-9.