Разработка роботизированной сельскохозяйственной машины для разбросного посева семян сельскохозяйственных культур

Полный текст

Для аграрнопромышленного комплекса (АПК) на сегодняшний день большое значение имеет рост производства зерна. Важной технологической операцией в получении продукции растениеводства является посев [1]. Сеялки для посева зерновых культур производимые промышленностью и применяемые в большинстве случаев в хозяйствах оснащены в основном двухдисковыми сошниками. В результате налипания влажной почвы на поверхность дисковых сошников происходит изменение формы бороздки, образуется предсошниковый холм, что в итоге приводит к нарушению агротехнических требований, предъявляемых к механизированному посеву сельскохозяйственных культур. Ухудшается качество выполняемой работы, вследствие трения образующейся почвы, на дисковом сошнике, о почву наблюдается существенный рост тягового сопротивления, а при высоких показателях влажности почвы посев практически невозможен. 

Специалистами в нашей стране и за рубежом предлагались различные способы решения данной проблемы.  Например, в работе [2] для улучшения качества посева зерновых культур на влажных почвах предлагается добавить в конструкцию двухдискового сошника долото и стойку с наральником и отражателем. Безусловно такая конструкция сошника существенно увеличивает тяговое сопротивление, хотя и позволяет повысить качество посева семян. В работе [3] предлагается внести в конструкцию дискового сошника чистики для удаления влажной почвы с ее поверхности. Способ [4] для очистки от почвы дисковых сошников состоит из литого нейлонового кольца, установленного на опорном ролике в верхней части дискового сошника. Кольцо имеет контакт с одной из сторон режущей кромки диска, а для его правильной работы необходимо много сборочных единиц. Добавление в конструкцию рабочего органа дополнительных деталей приводит к повышению металлоемкости и расходов на производство дискового сошника [5]. Также для решения данного вопроса – залипания почвой рабочих органов сеялки предлагалось осуществлять посев разбросным способом, заменив сошники на дисковый разбрасыватель. Существуют различные устройства для посева семян зерновых культур разбросным способом [6, 7].  Недостатком данных устройств является не равномерное разбрасывания семян по поверхности поля. Кроме того, следует отметить, что с учетом современных темпов развития роботостроения в сельском хозяйстве как в нашей стране, так и во всем мире, технологическая операция – посев может быть полностью автоматизирован и выполняться с минимальным участием человека. Известно, что немецкая компания Fendt разработала робота Xaver для посева зерновых культур оснащенного двухдисковым сошником (рисунок 1). К недостаткам этой сельскохозяйственной машины можно отнести нарушение работоспособности рабочих органов при эксплуатации во влажных почвах, а также его высокую стоимость.

Рисунок 1 – Робот – сеялка Xaver немецкой компании Fendt

Цель исследования

Разработка конструкции роботизированной сельскохозяйственной машины для разбросного посева семян сельскохозяйственных культур, оснащенной дисковым рабочим органом.

Материалы и методы

При разработке роботизированной сельскохозяйственной машины в качестве материалов для исследований использовались существующие конструкции различных разбрасывающих дисков для посева и внесения удобрений. Применялись известные методы проектирования и конструирования промышленных роботов [8, 9, 10].

Результаты и обсуждение

Предлагаемая роботизированная сельскохозяйственная машина предназначена для разбросного посева семян сельскохозяйственных культур.

Роботизированная сельскохозяйственная машина (далее РСМ) (рисунок 2) включает в себя раму 1 и четыре мотор – колеса 13. Спереди на раме 1 размещен блок управления 2, внутри которого находится аккумуляторная батарея для обеспечения током всех электрических устройств РСМ. В средней части рамы размещается бункер для семян 4 с крышкой 5 закрепленный на опорных стойках 3. Бункер 4 через семяпровод 7 соединен с дисковым разбрасывателем 14, который размещается в нижней части рамы 1 между осями мотор – колес 13. Между дисковым разбрасывателем 14 и осью передних движителей находится бороздообразующий каток 18 установленный на держателе 17, который соединен с актуатором 16 для возможности изменения его положения в вертикальной плоскости. Сзади рамы 1 по торцам жестко установлены петли 11 для закрепления на них цепного загортача 12. Внутри семяпровода 7 в верхней его части находится заслонка 6, которая приводится в действие от шагового двигателя 9. На нижнюю часть семяпровода 7 установлен ведомый шкив ременной передачи 8, привод которого показан цифрой 10. Бункер 4 закреплен под углом на опорных стойках 3 для лучшего осыпания семян к семяпроводу 7. На дисковом разбрасывателе 14 имеются направляющие 15 вогнутой формы по которым семена равномерно распределяются по поверхности поля. 3D модель дискового разбрасывателя и РСМ показаны на рисунках 3 и 4. Крышка бункера для семян 5 имеет резиновое уплотнение, что предотвращает попадание в нее дождя и пыли. Также в верхней части блока управления 2 возможна установка солнечной панели для получения дополнительного питания аккумуляторной батареи РСМ.

Принцип действия РСМ осуществляется следующим образом. Перед началом работы бороздообразующий каток 18 устанавливается на необходимую высоту с помощью актуатора 16. Дисковый разбрасыватель 14 приводится в действие через ременную передачу 8 приводом 10, вал которого соединен с ведущим шкивом, а ведомый шкив насажен на нижнюю часть семяпровода 7. Затем после начала движения РСМ открывается заслонка 6 внутри семяпровода 7 приводом 9. Далее семена из бункера 4 поступают в семяпровод 7 и проходя через заслонку 6 попадают на дисковый разбрасыватель 14. После чего семенной материал движется по направляющим 15 дискового разбрасывателя 14 и попадает на дно образованных бороздок. Заделка семян происходит цепным загортачом 12, который расположен в задней части рамы 1. Данная РСМ оснащается необходимыми электронными компонентами (микроконтроллер, драйвер, дальномеры, датчики препятствий и т.д.) для выполнения ею заданных функций в автоматическом режиме с минимальным участием человека, а также средствами освещения для возможности работы в ночное время.

Рекомендации по улучшению предлагаемой разработки в дальнейшем. Для обеспечения безопасности РСМ по окончанию работы предлагается предусмотреть специальный ангар с автоматическими воротами, который будет защищать его от климатического воздействия и нежелательного доступа. Также возможно оснащение робота специальным звуковым сигналом, отпугивающим посторонних и видеокамерой, изображение с которой можно было, просматривать с мобильного телефона находясь на расстоянии. Кроме этого нужно учесть возможность геопозиционирования робота.

Чтобы не допустить различных травм людей, по каким-либо причинам, оказавшихся в зоне действия данной машины необходимо соблюдение принципа коллаборативности, т.е. на стадии разработки нужно предусмотреть различные датчики, компьютерное зрение и остановочные защитные механизмы способные фиксировать перемещение человека. Если люди оказываются на определенном расстоянии, от траектории его движения, происходит снижение скорости до минимальных значений, либо при необходимости и возможности столкновения полная остановка. Возможно, также предусмотреть подачу звукового и светового сигналов с целью привлечения внимания для того, чтобы предотвратить наезд на человека или животное. Общие формы самодвижущихся роботов необходимо проектировать более обтекаемой формы, без каких-либо заостренных элементов, которые могут представлять опасность в случае столкновения. Также рекомендуется использовать эластичные защитные элементы на передней части робота.

Рисунок 2 – общий вид роботизированной сельскохозяйственной машины 

1 – рама; 2 – блок управления; 3 – опорные стойки бункера для семян; 4 – бункер для семян; 5 – крышка бункера для семян; 6 – заслонка; 7 – семяпровод; 8 – ременная передача; 9 – привод заслонки; 10 – привод ременной передачи; 11 – петля для крепления цепного загортача; 12 – цепной загортач; 13 – мотор – колесо; 14 – дисковый разбрасыватель; 15 – направляющие дискового разбрасывателя; 16 – актуатор; 17 – держатель бороздообразующего катка; 18 – бороздообразующий каток.

Рисунок 3 – 3D модель дискового разбрасывателя

Рисунок 4 – Роботизированная сельскохозяйственная машина

Выводы

Предлагаемая разработка позволит роботизировать посев зерновых культур разбросным способом, что обеспечит выполнения данной технологической операции с минимальным участием человека, исключив при этом различные человеческие факторы в работе. Также сокращаются расходы на содержание рабочего персонала. Предложен рабочий орган – дисковый разбрасыватель который, благодаря своей конструкции обеспечит равномерное распределение семян по поверхности поля.

Об авторах

Руслан Адальбиевич Нотов

Автор, ответственный за переписку.
Email: notovr@inbox.ru
ORCID iD: 0000-0001-5855-5963
Россия

Список литературы

Дополнительные файлы