Техніка та енергетика

Симуляція удосконаленої системи подачі насіння пневматичної зернової сівалки

Ельчин Алієв, Ольга Алієва, Петро Безверхній, Павло Луц
Завантажити статтю
Анотація

Метою цього дослідження було підвищення точності розміщення насіння в пневматичному сівалці John Deere шляхом покращення конструкції системи подачі насіння в висівній секції. Удосконалена висівна секція включала кілька основних компонентів: верхній та нижній датчики норми висіву, сповільнювач насіння, що складається з перфорованого циліндра з отворами, верхні та нижні вузькі розтруби, циліндричне забрало з жорстко змонтованою вигнутою зубчастою рейкою та сервоприводом із зубчастим колесом. Ці удосконалення були спрямовані на поліпшення рівномірності розподілу насіння та оптимізацію точності посадки. Чисельні моделювання сповільнювача насіння, проведені за допомогою програмного пакету Simcenter Star-CCM+, дозволили візуалізувати як рух насіння, так і динаміку повітряного потоку в робочій зоні сповільнювача. Регресійні рівняння другого порядку були сформульовані на основі чисельних моделювань та обробки даних у програмному пакеті Wolfram Cloud. Ці рівняння, уточнені шляхом видалення незначних коефіцієнтів відповідно до t-тесту Стьюдента, описали залежності основних параметрів: швидкість повітря на виході зі сповільнювача насіння (Vaout), швидкість насіння на виході (Vpout) та коефіцієнт зміни норми висіву (η) як функції швидкості вхідного повітря (Vain) та співвідношення площі виходу до площі входу (ε). Згідно з агрономічними вимогами, допустиме відхилення норми висіву не повинно перевищувати 1 %. Для стандартної та удосконаленої конструкцій висівної секції пневматичної сівалки John Deere 90 Series були проведені порівняльні чисельні моделювання. Результати показали, що поліпшена конструкція забезпечує кращу ефективність, забезпечуючи більш рівномірне розміщення насіння. Відстань між насінинами в удосконаленій конструкції варіюється від 0,0404 м до 0,0493 м, при коефіцієнті варіації 0,223, що відповідає середньому розміру відстані 0,0448 ± 0,004 м. Ці результати підтверджують, що удосконалена висівна секція відповідає необхідним вимогам точності, що веде до підвищення потенціалу урожайності. Результати дослідження можуть бути використані для подальшої оптимізації пневматичних сівалок з метою підвищення точності висіву та зменшення втрат врожаю.

Ключові слова

сповільнювач, параметри, точність висіву, швидкість, потік повітря

ЦИТУВАТИ
Aliiev, E., Aliieva, O., Bezverkhniy, P., & Luts, P. (2026). Simulation of an improved seed delivery system for a pneumatic grain seeder. Machinery & Energetics, 17(1), 9-19. https://doi.org/10.31548/machinery/1.2026.09
Використані джерела
  1. Aliiev, E.B. (2019). Physical and mathematical models of the processes of precision separation of sunflower seed material. Zaporizhzhia: STATUS.
  2. Aliiev, E.B. (2023). Numerical modeling of agro-industrial production processes. Kyiv: Agrarian Science. doi: 10.31073/978-966-540-584-9.
  3. Boiko, A., Popyk, P., Gerasymchuk, I., Bannyi, O., & Gerasymchuk, N. (2018). Application of the new structural solutions in the seeders for precision sowing as a resource saving direction. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5(1(95)), 46-53. doi: 10.15587/1729-4061.2018.142023.
  4. Cao, H.Y., Wang, D.B., Shi, J.G., Zhu, K.L., Dong, S.T., Liu, P., Zhao, B., & Zhang, J.W. (2015). Effects of sowing depth on seedling traits and root characteristics of summer maize. Ying Yong Sheng Tai Xue Bao, 26(8), 2397-2404.
  5. Dhillon, G.S., Baarda, L., Gretzinger, M., & Coles, K. (2022). Effect of precision planting and seeding rates on canola plant density and seed yield in southern Alberta. Canadian Journal of Plant Science, 102(3), 698-709. doi: 10.1139/cjps-2020-0186.
  6. Dozet, G., Đukić, V., Miladinov, Z., Cvijanović, G., & Ranđelović, P. (2020). Sowing depth – a significant factor for establishing the optimal number of plants per unit area of soybean. Journal of Agronomy, Technology and Engineering Management, 3(6), 516-522.
  7. Johnston, M. (2003). Seed boot for a seeding machine (U.S. Patent No. US7168376B2). Retrieved from https://patents.google.com/patent/US7168376B2/en.
  8. Koller, A.A., Taylor, R.K., Weckler, P.R., Buser, M.D., & Raun, W.R. (2013). Design, performance prediction, and validation of a seed orienting corn planter. In 2013 ASABE annual international meeting (Paper No. 131620580). Kansas City: American Society of Agricultural and Biological Engineers. doi: 10.13031/aim.20131620580.
  9. Li, K., Li, S., Ni, X., Lu, B., & Zhao, B. (2023). Analysis and experimental of seeding process of pneumatic split seeder for cotton. Agriculture, 13(5), article number 1050. doi: 10.3390/agriculture13051050.
  10. Li, Y., Bingxin, Y., Yiming, Y., Xiantao, H., Quanwei, L., Zhijie, L., Yin, X., Zhang, D., & Cui, T. (2016). Global overview of research progress and development of precision maize planters. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 9(1), 9-26.
  11. Lin, H.-T., & Lee, Y.-H. (2023). Implementing a precision pneumatic plug tray seeder with high seeding rates for Brassicaceae seeds via real-time trajectory tracking control. Actuators, 12(9), article number 340. doi: 10.3390/act12090340.
  12. Liu, L.J., Yang, H., & Ma, S.C. (2016). Experimental study on performance of pneumatic seeding system. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 9(6), 84-90. doi: 10.3965/j.ijabe.20160906.2129.
  13. Mahawar, M.K., Samuel, D.V.K., Sinha, J.P., & Jalgaonkar, K. (2018). Moisture-dependent physical and physiological properties of accelerated aged pea (Pisum sativum L.) seeds. Current Science, 114(4), 909-915. doi :10.18520/cs/v114/i04/909-915.
  14. Özköse, A. (2017). Effect of sowing depth on yield and some yield components of pea genotypes. Sakarya University Journal of Science, 21(6), 1188-1200. doi: 10.16984/saufenbilder.306457.
  15. Paksoy, M., & Aydin, C. (2006). Determination of some physical and mechanical properties of pea (Pisum sativum L.) seeds. Pakistan Journal of Biological Sciences, 9(1), 26-29. doi: 10.3923/pjbs.2006.26.29.
  16. Popov, S.I., Hlubokyi, O.M., & Avramenko, S.V. (2022). Sowing rate effect on the performance and seed quality of pea cultivars in the eastern Forest-steppe of Ukraine. Selection and Seed Breeding, 121, 94-104. doi: 10.30835/2413-7510.2022.261001.
  17. Salo, V., Leshchenko, S., Loozan, P., & Salo, L. (2022). Machines for sowing, planting, and crop care. Kropyvnytskyi: CNTU.
  18. Shevchenko, I.A. (2016). Management of the agro-physical condition of the soil environment. Kyiv: Vinichenko Publishing House.
  19. Tang, H., Xu, F., Guan, T., Xu, C., & Wang, J. (2023). Design and test of a pneumatic type of high-speed maize precision seed metering device. Computers and Electronics in Agriculture, 211, article number 107997. doi: 10.1016/j.compag.2023.107997.
  20. Turan, J., Višacki, V., Sedlar, A., Pantelić, S., Findura, P., Máchal, P., & Mareček, J. (2015). Seeder with different seeding apparatus in maize sowing. Acta Universitatis Agriculturae et Silviculturae Mendelianae Brunensis, 63(1), 137-141. doi: 10.11118/actaun201563010137.
  21. Wei, M., Diao, P., & Wang, W. (2022). Design and experiment of the seed delivery device with a rotating brush wheel for precision seeder. Engenharia Agrícola, 42(6). doi: 10.1590/1809-4430-eng.agric.v42n6e20220089/2022.
  22. Xiong, D., Wu, M., Xie, W., Liu, R., & Luo, H. (2021). Design and experimental study of the general mechanical pneumatic combined seed metering device. Applied Sciences, 11(16), article number 7223. doi: 10.3390/app11167223.
  23. Yalçın, İ., Özarslan, C., & Akbaş, T. (2007). Physical properties of pea (Pisum sativum) seed. Journal of Food Engineering, 79(2), 731-735. doi: 10.1016/j.jfoodeng.2006.02.039.