КОМП’ЮТЕРНЕ МОДЕЛЮВАННЯ БАЗОВИХ КОНСТРУКЦІЙНО-ЕКСПЛУАТАЦІЙНИХ ГЕОМЕТРИЧНИХ ПАРАМЕТРІВ ДВОДИСКОВИХ СОШНИКІВ

О. М. Воробйов

doi:10.32782/msnau.2024.4.2

О. М. Воробйов Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» https://orcid.org/0000-0001-5314-1075

DOI: https://doi.org/10.32782/msnau.2024.4.2

Ключові слова: автоматизоване проєктування, сільськогосподарські ґрунтообробні знаряддя, дискові сошники, геометричне моделювання, структурно-параметричне формоутворення

Анотація

У нинішній складний воєнний час для України питання підвищення ефективності сільськогосподарського виробництва становить актуальну державну та наукову прикладну проблему. Один із шляхів її вирішення полягає в подальшому вдосконаленні різноманітних застосовуваних технічних засобів, зокрема для обробітку ґрунту перед посівом та за умови одночасної сівби. На теперішньому етапі розвитку серед них доволі перспективні дискові знаряддя. У порівнянні з полицевими їхньою головною перевагою є суттєво менші енергетичні витрати при виконанні багатьох агротехнічних процесів. Також дискові робочі органи сприяють збереженню належної структури ґрунту, краще відповідають екологічним вимогам. Мета даної публікації полягає у викладенні запропонованого математичного апарату, який спрямований на забезпечення ефективної комп’ютерної дефініції раціональних варіантів дводискових сошників. Останнє реалізується завдяки докладно поданим і проаналізованим аналітичним залежностям між базовими геометричними конструкційно-експлуатаційними параметрами зазначених виробів. Це стосується діаметрів дисків, їхнього відхилення від вертикалі, кутів повороту в горизонтальній площині, положення точок сходження, глибини обробітку ґрунту та характеру отримуваних при цьому профілів борозни. Наведений математичний апарат і проілюстровані відповідні прийоми геометричного моделювання сприяють не тільки підвищенню точності різноманітних розрахунків, наприклад, землеробської механіки, а й дозволяють надалі покращувати якість та продуктивність автоматизованого проєктування розглянутих сільськогосподарських знарядь, зокрема, засобами структурно-параметричного формоутворення. Це здійснюється на основі варіантного комп’ютерного конструювання, що спирається на вказану методологію. Її напрацьовано науковою школою прикладної геометрії Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» й апробовано у вітчизняній авіаційній галузі. Поширення акцентованого підходу на засоби механізації сільськогосподарського виробництва сприятиме подальшому вдосконаленню як існуючих теоретичних положень, так і наявної практики. Окреслена тематика становить, на думку автора, відповідний перспективний напрямок проведення належних прикладних наукових досліджень.

Посилання

1. Abbasi, R., Martinez, P., & Ahmad, R. (2022). The digitization of agricultural industry – a systematic literature review on agriculture 4.0. Smart Agricultural Technology, 2, 100042. DOI: 10.1016/j.atech.2022.100042
2. Ahmad, F., Qiu1, 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
3. Ahmad, F., Weimin, D., Qishuo, D., Hussain, M., & Jabran, K. (2015). Forces and straw cutting performance of double disc furrow opener in no-till paddy soil. PLoS ONE, 10(3), e0119648. DOI: 10.1371/journal.pone.0119648
4. Chen, W., Ren, J., Huang, W., Chen, L., Weng, W., Chen, C., & Zheng, S. (2024). Design and parameter optimization of a dual-disc trenching device for ecological tea plantations Agriculture, 14(5), 704. DOI: 10.3390/agriculture14050704
5. 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
6. Khosravani, A., Desbiolles, J., Fielke, J., Ucgul, M., & Saunders, C. (2023). Prediction of single disc seeding system forces, using a semi-analytical and discrete element method (DEM). Agriculture, 13(1), 206. DOI: 10.3390/agriculture13010206
7. Khudaverdiieva, V. (2022). Priorytety innovatsiinoho rozvytku haluzi silskoho hospodarstva [Priorities of innovative development of the agricultural sector]. International Science Journal of Engineering & Agriculture, 1(3), 62–86. DOI: 10.46299/j.isjea.20220103.6 [in Ukrainian]
8. Kravchenko, M. V. (2020). Mekhanizmy vprovadzhennia innovatsiinykh tekhnolohii u vyrobnytstvo ahrarnoho sektoru [Mechanisms of introducing innovative technologies into the production of the agrarian sector]. Innovative Economy, (7–8), 158–164. DOI: 10.37332/2309-1533.2020.7-8.22 [in Ukrainian]
9. 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
10. Malasli, M., & Çelik, A. (2023). Effects of the disc and tilt angle of a single disc-type furrow opener of a no-till seeder onresidue distribution and the furrow profile. Turkish Journal of Agriculture and Forestry, 7(6), 12. DOI: 10.25165/j.ijabe.20241704.8661
11. 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
12. Ranta, O., Gheţe, A., Stănilă, S., Muntean, M., Marian, O., & Molnar-Irimie, A. (2021). Influence of design of the disk 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), 1066. DOI: 10.3390/agriculture14071066
14. Rud, A. V., Hrushetskyi, S. M., Korchak, M. M., & Zamoiskyi, S. M. (2024). Rol suchasnykh tekhnolohii u zabezpechenni staloho rozvytku silskoho hospodarstva shliakhom optymizatsii posivnykh protsesiv. [The role of modern technologies in ensuring sustainable development in agriculture through optimization of sowing processes]. Bulletin of Sumy National Agrarian University. Series: Mechanization and Automation of Production Processes, 55, 69–74. DOI: 10.32782/msnau.2024.1.9 [in Ukrainian]
15. Rudenko, M. V. (2019). Vplyv tsyfrovykh tekhnolohii na ahrarne vyrobnytstvo: metodychnyi aspect. [The impact of digital technologies on agricultural production: a methodological aspect]. Scientific notes of Taurida National V. I Vernadsky University. Series: Technical Sciences, 30 (6), 30–37. DOI: 10.32838/2523-4803/69-6-28 [in Ukrainian]
16. Sugirbay, A., Zhao, K., Liu, G., Hu, G., Chen, J., Mustafin, Z., Iskakov, R., Kakabayev, N., Muratkhan, M., Khan, V., Chen, Y., & Zhang, S. (2023). Double disc colter for a zero-till seeder simultaneously applying granular fertilizers and wheat seeds. Agriculture, 13(5), 1102. DOI: 10.3390/agriculture13051102
17. Sun, J, Wang, Y., Zhang, S., Ma, Y., Tong, J., & Zhang, Z. (2020). The mechanism of resistance-reducing/anti-adhesion and its application on biomimetic disc furrow opener. Mathematical Biosciences and Engineering, 17(5), 4657–4677. DOI: 10.3934/mbe.2020256
18. Teslyuk, G. V., Volyk, B. A., Sokol, S. P., Kobets, O. M., & Semenyuta, A. M. (2016). Gruntoobrobni ahrehaty na osnovi dyskovykh robochykh orhaniv: monohrafiia. [Tillage machines based on disk working elements: monograph]. Dnipropetrovsk: DDAEU [in Ukrainian].
19. Tukhtakuziev, A., Rasuljonov, A., Azizov, S., & Temirkulova, N. (2024). Substantiation of the parameters of the double flat disc seeder for directly sowing repeated crops in the soil after wheat crop harvesting in Uzbekistan. IV International Conference on Agricultural Engineering and Green Infrastructure for Sustainable Development, 105, 01015. DOI: 10.1051/bioconf/202410501015
20. Vanin, V. V., Virchenko, G. A., & Yablonskyi P. M. (2019). Avtomatyzovane heometrychne modeliuvannia dyskovykh robochykh orhaniv tekhnichnykh obiektiv. [Automated geometrical modelling of disc working bodies of technical objects]. Information systems, mechanics and control, 21, 5–13. DOI: 10.20535/2219-3804212019197602 [in Ukrainian].
21. Vanin, V. V., Virchenko, G. A., & Yablonskyi, P. M. (2019). Deiaki heometrychni aspekty klasyfikatsii dyskovykh robochykh orhaniv gruntoobrobnykh znariad. [Some geometrical aspects of the classification of disc working bodies of tillage implements]. Modern problems of modeling, 16, 70–75. DOI: 10.33842/2313-125X-2019-16 [in Ukrainian].
22. Vanin, V. V., Virchenko, G. A., & Yablonskyi P. M. (2022). Teoretychni osnovy strukturno-parametrychnoho heometrychnoho modeliuvannia vyrobiv mashynobuduvannia: monohrafiia [Theoretical foundations of structural-parametric geometric modeling of mechanical engineering products: monograph]. Kyiv: KPI im. Ihoria Sikorskoho [in Ukrainian].
23. Wang, W., Diao, P., Jia, H., & Chen, Y. (2020). Design and experiment evaluation of furrow compaction device with opener for maize. International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 13(2), 123–131. DOI: 10.25165/j.ijabe.20201302.4941
24. 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), 1336. DOI: 10.3390/agronomy13051336
25. Yablonskyi P. M., Virchenko, G. A., Volokha, M. P., Vorobiov, O. M., & Lazarchuk‑Vorobiova, Yu. V. (2022). Do pytannia analizu heometrychnykh modelei suchasnykh gruntoobrobnykh znariad. [To the issue of analysis of geometric models of modern tillage tools]. Modern problems of modeling, 24, 193–200. DOI: 10.33842/2313125X-2022-24-182-189 [in Ukrainian].
26. Ye, R., Ma, X, Zhao, J., Liao, J., Liu, X., Xi, L., & Su, G. (2023). Optimization and design of disc‑type furrow opener of no‑till seeder for green manure crops in south Xinjiang orchards. Agriculture, 13(8), 1474. DOI: 10.3390/agriculture13081474
27. 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, 2537. DOI: 10.1038/s41598-021-82270-9
28. Zubko, V. M., Sirenko V. F., & Kuzina T. V. (2016). Analiz konstruktsii soshnykiv posivnykh mashyn. [Analysis of constructions coulter sowing machines]. Engineering of nature management, 1(5), 98–102. [in Ukrainian].