DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2023.53.196-208

Research on of the Influence of Deep Tiller Parameters and Combination of Operating Parts on Soil Cultivation Efficiency

Serhii Leshchenko, Vasyl Salo, Dmytro Petrenko, Olexiy Vasylkovskyi, Viktor Melnychenko

About the Authors

Serhii Leshchenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: serafsgm@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9339-4691

Vasyl Salo, Professor, Doctor in Technics (Doctor of Technic Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: salovm@ukr.net, ORCID ID: 0000-0003-2263-6002

Dmytro Petrenko, Associate Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: petrenko.dimitriy@gmail.com, ORCID ID: 0000-0003-4565-9653

Olexiy Vasylkovskyi, Professor, PhD in Technics (Candidate of Technics Sciences), Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine, e-mail: olexa74@ukr.net, ORCID ID: 0000-0001-9590-742X

Viktor Melnychenko, post-graduate, Central Ukraіnian National Technical University, Kropyvnytskyi, Ukraine

Abstract

The paper proves the expediency of deep subsurface tillage with combined chisel deep tillers and raises the question of the expediency of studying the influence of tillage unit parameters and a combination of operating parts on the efficiency of tillage. Existing research addresses the issues of soil monolith destruction, interaction of certain elements and operating parts with soil particles, construction of statistical models of the operation of certain elements of tillage units, search for rational forms of surfaces of operating parts and the ways to reduce overall traction resistance of different deep tillers, but the assessment of the quality of operation of such tillage units depending on their design, combination of operating parts and parameters has not been sufficiently studied. To study the parameters of a deep tiller, a prototype was made, which is actually a full-fledged tillage unit with three chisel tines with a straight riser, a chisel, a tooth and wings. The design of the experimental deep tiller is made in such a way that the position of the chisel tines on the unit frame can be changed on the brackets in a wide range, both between rows and in terms of the working width of the unit. In addition, the deep tiller can be operated with different variants of the toothed roller. After selecting the most significant factors and the interval of their values based on the methodology for planning a multivariate experiment, studies were conducted to obtain a statistical mathematical model and response surfaces for tillage efficiency. The obtained regression equation was tested for reproducibility and adequacy, and the graphical display of the research results allows obtaining the desired design parameters and operating modes of the tillage unit. Experimentally found areas of rational values at which the quality of soil pulverization is equal to 70...75%, which is achieved at the depth of loosening with chisel tines 32...42 cm, the distance between the chisel tines in one row 80... 100 cm, distance between rows of chisel tines 40...55 cm, tillage speed 8...9.5 km/h, depth of wings on the tine riser 24...27 cm and number of additional operating parts (toothed rollers) 2 pcs.

Keywords

parameters of a deep tiller, combination of operating parts, soil cultivation efficiency, chisel tines, additional operating parts

Full Text:

PDF

References

1. Salo, V.M., Leshhenko, S.M., Luzan, P.G., Machok, Yu.V. & Bogatir`ov, D.V. (2016). Mashyny dlia obrobitku gruntu ta vnesennia dobryv. Navchalnyi posibnyk dlia studentiv ahrotekhnichnykh spetsialnostei [Tillage and fertilizer machines. A textbook for students of agricultural specialties]. Kharkiv: Machulin [in Ukrainian].

2. Kravchuk, V.I. & Melnyk, Yu.F. (2009). Posibnyk. Mashyny dlia obrobitku gruntu ta sivby [Manual. Machines for soil cultivation and seeding]. Doslidnytske: UkrNDIPVTim. L. Pohoriloho. [in Ukrainian].

3. Vasylkovska, K.V, Leshchenko, S.M., Vasylkovskyi, O.M. & Petrenko, D.I. (2016). Improvement of equipment for basic tillage and sowing as initial stage of harvest forecasting. INMATEH-Agricultural Engineering, Vol.50, No.3, 13-20 [in English].

4. Azizi, A., Gilandeh, Y. A., Mesri-Gundoshmian, T., Saleh-Bigdeli, A. A., & Moghaddam, H. A. (2020). Classification of soil aggregates: A novel approach based on deep learning. Soil and Tillage Research, 199, 104586. https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104586 [in English].

5. Shevchenko, I.A. (2016). Keruvannya agrofizichnim stanom gruntovogo seredovisha [Management of Agrophysical Condition of Soil Environment]. Kyiv: Vidavnichij dim «Vinichenko» [in Ukrainian].

6. Hukov, Ya.S. (1999). Obrobitok hruntu. Tekhnolohiia i tekhnika [Tillage of the soil. Technology and equipment]. Kyiv: Nora-Prynt [in Ukrainian].

7. Hukov, Ya.S. (2000). Obgruntuvannia deiakykh parametriv rozpushuvachiv gruntu [Justification of some parameters of soil looseners]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiia silskoho hospodarstva – Mekanisasion ken elektripikasion ti agrikultura, Issue 83, 84-88 [in Ukrainian].

8. Dubrovin, V.O. & Tesliuk, V.V. (2013). Doslidzhennia efektyvnosti tekhnolohii i tekhniky minimalizatsii vesnianoho peredposivnoho obrobitku gruntu pid sivbu tsukrovykh buriakiv [Study of the efficiency of the technology and technique of minimizing the spring pre-sowing tillage for sowing sugar beets]. Naukovyi visnyk Natsionalnoho universytetu bioresursiv i pryrodokorystuvannia Ukrainy. Seriia: Tekhnika ta enerhetyka APK  Sientipiko a Boletin ti Nailian nga Unibersidad ti Bioresources ken Panagmanehar ti Nakaparsuaan ti Ukraine. Serye: Teknolohia ken enerhia ti industria ti agrikultura, Vol. 185(1), 10–20. [in Ukrainian].

9. Kovbasa, V.P. (2006). Mekhaniko-tekhnolohichne obgruntuvannia optymizatsii vzaiemodii robochykh orhaniv z gruntom [Mechanical and technological substantiation of the optimization of the interaction of working bodies with the soil] . Extended abstract of doctor's thesis. Kyiv [in Ukrainian].

10. Korabelskyi, V.I., Spirin, A.V. & Kovalova, I.M. (2011). Rozrobka serpovydnoi stoiky asymetrychnoho chyzelia [Development of a sickle-shaped rack of an asymmetric chisel]. Zbirnyk naukovykh prats Vinnytskoho natsionalnoho ahrarnoho universytetu. Seriia: Tekhnichni nauky  Sientipiko a Boletin ti Nailian nga Unibersidad ti Bioresources ken Panagmanehar ti Nakaparsuaan ti Ukraine. Serye: Teknolohia ken enerhia ti industria ti agrikultura, Vol. 6, 72-75. Retrieved from http://repository.vsau.org/getfile.php/3502.pdf [in Ukrainian].

11. Voitiuk, D.H. & Havryliuk, H.R. (2018). Silskohospodarski mashyny [Agricultural machinery]. Kyiv: Karavela [in Ukrainian].

12. Bulhakov, V.M., Sviren, M.O., Kisilov, R.V., Oryshchenko, S.B. & Lisovyi, I.O. (2015). Doslidzhennia vibratsiinykh protsesiv pry osnovnomu obrobitku gruntu [Study of vibrational processes during basic tillage]. Naukovyi visnyk Tavriiskoho derzhavnoho ahrotekhnolohichnoho universytetu  Sientipiko a boletin ti Tavriyya State Agro-Teknolohiko nga Unibersidad, Isue 5, Vol. 1, 3–13. [in Ukrainian].

13. Leschenko, S., Salo, V. & Petrenko, D. (2014). Experimental estimate of the efficiency of basic tilling by chisel equipment in the conditions of soil. Konstrujuvannja, vyrobnyctvo ta ekspluatacija silʹsʹkohospodarsʹkyx mashyn – Design, manufacture and operation of agricultural machinery, Issue 44, 237-243 [in English].

14. Leshchenko, S.M., Salo, V.M. & Petrenko, D.I. (2015). Eksperymentalna otsinka yakosti roboty kombinovanoho chyzelia z dodatkovymy horyzontalnymy ta vertykalnymy deformatoramy [Experimental assessment of the quality of work of a combined chisel with additional horizontal and vertical deformers]. Visnyk Kharkivskoho natsionalnoho tekhnichnoho universytetu silskoho hospodarstva imeni Petra Vasylenka . Mekhanizatsiia silskoho hospodarstva  Boletin ti Petro Vasylenko Kharkiv Nailian a Teknikal nga Unibersidad ti Agrikultura. Mekanisasion ti agrikultura, Vol. 156, 25-34. [in Ukrainian].

15. Leshchenko, S.M., Salo, V.M. & Petrenko, D.I. (2018). Otsinka enerhoiemnosti hlybokoho obrobitku gruntu kombinovanymy chyzelnymy hlybokorozpushuvachamy [Assessment of energy intensity of deep cultivation of soil by combined chisel deep tillers]. Tekhnika v silskohospodarskomu vyrobnytstvi, haluzeve mashynobuduvannia, avtomatyzatsiia : zb. nauk. prats TNTU  Machinery in Agricultural Production, Industry Machine Building, Automation :Collected Works of KNTU, Vol. 31, 10–20 [in Ukrainian].

16. Leshchenko, S.M. & Salo, V.M. (2016). Shliakhy pidvyshchennia efektyvnosti roboty kombinovanykh chyzelnykh gruntoobrobnykh znariad z dodatkovymy deformatoramy [Ways to improve the efficiency of combined chisel tillage tools with additional deformers]. Mekhanizatsiia ta elektryfikatsiia silskoho hospodarstva: zahalnoderzhavnyi zb.  Mekanisasion ken elektripikasion ti agrikultura: nailian a koleksion, Issue 4(103), 31-37. Retrieved from https://journal.imesg.gov.ua/info/attach.php?id=66.

17. Leshchenko, S.M., Salo, V.M., Vasylkovskyi, O.M. & Petrenko, D.I. (2022). Vyznachennia parametriv ta efektyvnist roboty dodatkovykh robochykh orhaniv hlybokorozpushuvachiv [Determination of parameters and efficiency of additional operating parts of deep tillers]. Konstrujuvannja, vyrobnyctvo ta ekspluatacija silʹsʹkohospodarsʹkyx mashyn – Design, manufacture and operation of agricultural machinery, Issue 52, 108-117. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2022.52.108-117 [in Ukrainian].

Citations

1. Машини для обробітку ґрунту та внесення добрив. Навчальний посібник для студентів агротехнічних спеціальностей / Сало В.М. та ін. Х.: Мачулін, 2016. 244 с.

2. Машини для обробітку ґрунту та сівби : посібн. ; за ред. Кравчука В.І., Мельника Ю.Ф. Дослідницьке: УкрНДІПВТ ім. Л. Погорілого, 2009. 288 с.

3. Vasylkovska K.V., Leshchenko S.M., Vasylkovskyi O.M., Petrenko D.I. Improvement of equipment for basictillage and sowing asinitialsta geofharvest for ecasting. INMATEH-Agricultural Engineering . 2016 . Vol.50 No.3, P.13-20 ref.18.

4. Azizi A., Gilandeh Y. A., Mesri-Gundoshmian T., Saleh-Bigdeli A. A., Moghaddam H. A. Classification of soil aggregates: A novel approach based on deep learning. Soil and Tillage Research. 2020. 199, 104586. https://doi.org/10.1016/j.still.2020.104586.

5. Шевченко І.А. Керування агрофізичним станом ґрунтового середовища . К.: Видавничий дім «Вініченко», 2016 . 320 с.

6. Гуков Я.С. Обробiтокгрунту. Технологiя i технiка . К.: Нора-Принт, 1999 . 275 с.

7. Гуков Я.С. Обґрунтування деяких параметрів розпушувачів ґрунту . Механізація та електрифікація сільського господарства. 2000. Вип.83. С.84-88.

8. Дубровін В.О., Теслюк В.В. Дослідження ефективності технології і техніки мінімалізації весняного передпосівного обробітку ґрунту під сівбу цукрових буряків . Науковий вісник Національного університету біоресурсів і природокористування України. Серія : Техніка та енергетика АПК. 2013. Вип. 185(1). С. 11-17.

9. Ковбаса В.П. Механіко-технологічне обґрунтування оптимізаціївзаємодії робочих органів з ґрунтом: автореф. дис. на здобуття наук.ступеня д-ра техн. наук. : 05.05.11. Київ, 2006. 35 с.

10. Корабельський В.І., Спірін А.В., Ковальова І.М. Розробка серповидної стойки асиметричного чизеля . Збірник наукових праць Вінницького національного аграрного університету. Серія: Технічні науки. 2011. Вип. 6. С. 72-75. URL: http://repository.vsau.org/getfile.php/3502.pdf (дата звернення: 17.11.2023).

11. Войтюк Д.Г., Гаврилюк Г.Р. Сільськогосподарські машини: підр. К.: Каравела, 2018. 552 с.

12. Дослідження вібраційних процесів при основному обробітку ґрунту / В.М. Булгаков та ін. Науковий вісник Таврійського державного агротехнологічного університету. 2015. Вип. 5, Т. 1. С. 3-13.

13. Leschenko S., Salo V., Petrenko D. Experimental estimate of the efficiency of basic tilling by chisel equipment in the conditions of soil. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: загальнодерж. міжвід. наук.-техн. зб. 2014. Вип. 44 . С. 237-243.

14. Лещенко С.М., Сало В.М., Петренко Д.І. Експериментальна оцінка якості роботи комбінованого чизеля з додатковими горизонтальними та вертикальними деформаторами . Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. Механізація сільського господарства . 2015. Вип. 156. С. 25-34.

15. Лещенко С.М., Сало В.М., Петренко Д.І. Оцінка енергоємності глибокого обробітку ґрунту комбінованими чизельними глибокорозпушувачами . Техніка в сільськогосподарському виробництві, галузеве машинобудування, автоматизація : зб. наук. праць ЦНТУ . 2018. Вип. 31. С. 10–20.

16. Лещенко С. М. , Сало В.М. Шляхи підвищення ефективності роботи комбінованих чизельних ґрунтообробних знарядь з додатковими деформаторами . Механізація та електрифікація сільського господарства: загальнодержавний збірник. 2016. Вип. №4 (103) . С. 31-37. URL: https://journal.imesg.gov.ua/info/attach.php?id=66 (дата звернення: 22.11.2023).

17. Лещенко С.М., Сало В.М., Васильковський О.М., Петренко Д.І. Визначення параметрів та ефективність роботи додаткових робочих органів глибокорозпушувачів. Конструювання, виробництво та експлуатація сільськогосподарських машин: загальнодерж. міжвід. наук.-техн. зб. 2022. Вип. 52. С. 108-117. DOI: https://doi.org/10.32515/2414-3820.2022.52.108-117.

Copyright (c) 2023 Serhii Leshchenko, Vasyl Salo, Dmytro Petrenko, Olexiy Vasylkovskyi, Viktor Melnychenko