Determination of the efficiency of a plowing unit with an electro-hydraulic control system of working bodies

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

BACKGROUND: When performing plowing operations with modern tractor units equipped with automatic control systems for hitches, various methods of regulating the depth of soil cultivation are used. The main attention should be paid to compliance with agricultural requirements and fuel consumption reduction. However, there is no integrated numerical criterion for joint assessment of these technological process parameters, helping to justify a reasonable regulation method.

AIMS: Development the integral criterion for assessment of the efficiency of plowing unit operation and selection of a reasonable method for adjusting the depth of cultivation for specific soil conditions.

METHODS: Mathematical modeling of a plowing unit including the Belarus 1523 tractor with an electro-hydraulic system for controlling the hitch and with the PLN-4-35 four-furrow mounted plow.

RESULTS: When using the positional method of adjusting the soil cultivation depth, the total fuel consumption per shift is mp = 28.18 kg with a variation of the cultivation depth Va = 9.99%, when using the power method — mp = 29.74 kg and Va = 5.25%, when using the height method — mp = 29.78 kg and Va = 3.23%, and when using combined methods of adjustment, such as positional-power or height-power, the fuel consumption is mp = 28.94 kg, Va = 5.01% and mp = 29.58 kg, Va = 2.63% respectively.

CONCLUSIONS: The comparative analysis of the research results shows that, given the force and kinematic disturbances from the soil on the plowing unit, the preferred method of adjusting the soil cultivation depth is the height-force method with a mixing coefficient of α = 0.5. With this method, the value of the integral criterion is respectively 1.4 and 1.2 times lower than with force and height adjustment methods.

About the authors

Leanid D. Belchik

The Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus

Email: leonbel59@gmail.com
ORCID iD: 0009-0009-5156-7385
SPIN-code: 8436-1736

Associate Professor, Cand. Sci. (Tech.), Leading Researcher of the R&D Center “Onboard Control Systems of Mobile Machines”

Belarus, 12 Akademicheskaya street, 220072 Minsk

Anton A. Ananchikov

The Joint Institute of Mechanical Engineering of the National Academy of Sciences of Belarus

Author for correspondence.
Email: anton0ananchikov@gmail.com
ORCID iD: 0009-0001-2598-0119
SPIN-code: 5865-6037

Cand. Sci. (Tech.), Head of the of Electrohydraulic Control Systems Department of the R&D Center “Onboard Control Systems of Mobile Machines”

Belarus, 12 Akademicheskaya street, 220072 Minsk

References

  1. Hesse H. Tractor Hitch-Control — History and Future. In: Ingenieurburo für Hydraulik. Stuttgart symposium 2001. Stuttgart: Landmark University; 2001. Accessed: 22.02.2023. Available from: https://prog.lmu.edu.ng/colleges_CMS/document/books/ABE322%20-%20Tractor%20Hitch%20Control.pdf
  2. Polivaev OI, Grebnev VP, Vorokhobin AV, et al. Tractors and cars. Design. Moscow: Knorus; 2016. (in Russ).
  3. Strok DE. Study of dynamic processes in the hydraulic attachment of an arable unit when copying the soil relief. Izvestiya Natsionalnoy akademii nauk Belarusi. Ser. fiziko-tekhn. nauk. 2004;2:49–54. (in Russ).
  4. Strok YY, Belchik LD, Vaschula AV, et al. Non-contact copying of the field surface topography by agricultural machinery tools with the use of acoustic methods. Tractors and Agricultural Machinery. 2012;79(6):35–40. (in Russ). doi: 10.17816/0321-4443-69391
  5. Partha SS, Avinash K, Sudipto S, et. al. Development of Electro-Hydraulic Hitch Control System through Lower Link Draft Sensing of a Tractor. Journal of Scientific and Industrial Research. 2022;81:384–392. (in Russ). doi: 10.56042/jsir.v81i04.51135
  6. Attachment position control system (EHR). (in Russ). Accessed: 22.02.2023. Available from: https://ama-volga.ru/sistema-pozitsionnogo-regulirovaniya-navesnogo-ustroystva-ehr
  7. Wang SY, Liu Z, Li RC, et al. Variable weight force-position mixed control of high-power tractor based on soil specific resistance. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Machinery. 2018;49:351–357.
  8. Jiangyi H, Changgao X, Gaogao S, et al. In-field experiment of electro-hydraulic tillage depth draftposition mixed control on tractor. Materials Science and Engineering. 2017;274:1–8. doi: 10.1088/1757-899X/274/1/012028
  9. Zhdanovich CI, Boykov VP, Povarekho AS. The influence of an automatic control system on the quality of plowing. In: Scientific support for the development of domestic tractor equipment, multi-purpose wheeled and tracked vehicles, urban electric transport. Minsk: BNTU; 2018:85–90. (in Russ). Accessed: 22.02.2023. Available from: https://rep.bntu.by/handle/data/48907
  10. Zhdanovich CI, Boykov VP, Povarekho AS. Dependence of soil resistance during plowing on the speed of the unit. In: Scientific support for the development of domestic tractor equipment, multi-purpose wheeled and tracked vehicles, urban electric transport. Minsk: BNTU; 2018:81–85. (in Russ). Accessed: 22.02.2023. Available from: https://rep.bntu.by/handle/data/48906
  11. Savchuk SV. Povyshenie kachestva funktsionirovaniya elektrogidravlicheskogo privoda rabochikh organov mobilnykh mashin pri beskontaktnom kopirovanii relyefa poverkhno-sti [dissertation] Minsk; 2019. (in Russ).
  12. Qiang G, Zhixiong L, Jinlin X, et al. Design and test of hydraulic device for electro-hydraulic controlled hitch system of a horticultural tractor. INMATEH — Agricultural Engineering. 2020;60(1):253–260. doi: 10.35633/inmateh-60-28
  13. Patent RUS № 175337/ 01.12.2017 Byul. № 34. Arbuzov VI, Strok EYa, Belchik LD, et al. Elektrogidravlicheskiy regulyator navesnogo ustroystva sel-skokhozyaystvennoy mashiny. (in Russ). Accessed: 22.02.2023. Available from: https://new.fips.ru/iiss/document.xhtml?faces-redirect=true&id=a84554161eae9a733b507ca71c821b8e
  14. Patent EAPV № 039622 / 17.02.2022 Byul. №2. Strok EYa, Belchik LD, Ananchikov AA, et al. Elektrogidravlicheskaya sistema tochnogo pozitsionirovaniya navesnogo ustroystva mobilnoy mashiny. (in Russ). Accessed: 22.02.2023. Available from: https://worldwide.espacenet.com/patent/search/family/078768167/publication/EA039622B1?q=pn%20any%20%22039622%22
  15. Strok EYa, Belchik LD, Zorich PA. Development of a generalized dynamic model of a tractor unit with an electro-hydraulic drive of a hitch. Aktualnye voprosy mashinovedeniya. 2017;6:177–180. (in Russ).
  16. Belchik LD, Ananchikov AA, Aleksandrova TL. Assessment of agrotechnical and energy indicators of the functioning of an arable unit with various methods of regulating the position of working bodies. Mekhanika, mashin i mekhanizmov. 2022;61(4):19–27. (in Russ). doi: 10.46864/1995-0470-2022-4-61-19-27
  17. GOST 12.2.002-2020 Tekhnika selskokhozyaystvennaya. Metody otsenki bezopasnosti. Minsk: Gos. komitet po standartizatsii Respubliki Belarus; 2021. (in Russ). Accessed: 22.02.2023. Available from: https://docs.cntd.ru/document/1200018537

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The scheme of layout of components of the electro-hydraulic control system for a hitch on a plowing unit: 1 — a control panel; 2 — a force sensor; 3 — a power hydraulic cylinder; 4 — a hydraulic block; 5 — a pump; 6 — a hitch; 7 — a controller; 8 — a hydraulic tank; 9 — a non-contact position sensor; 10 — a soil cultivation tool; 11 — an ultrasonic distance sensor.

Download (135KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Block diagram of the electro-hydraulic control system for a tractor hitch.

Download (119KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Principle hydraulic diagram of the electrically controlled regulator.

Download (50KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. General dynamic model of a plowing unit with the electro-hydraulic drive for a tractor hitch.

Download (60KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Design diagram of the electro-hydraulic drive for a hitch.

Download (141KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Time-domain changing the depth of soil cultivation using various adjustment method: a — the positional method; b — the power method; c — the positional-power method (α = 0,5); d — the height-power method (α = 0,5).

Download (171KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Skidding of the plowing unit at various methods of adjusting soil cultivation depth: a — the positional method; b — the power method; c — the positional-power method (α = 0,5); d — the height-power method (α = 0,5).

Download (197KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 Eco-Vector

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
 


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».