This is a master thesis from Linköpings University with an emphasis on mobile working hydraulic systems. This thesis was conducted at and in collaboration with Väderstad AB with the premise to make it easier for smaller tractor’s and tractor’s with small hydraulic pumps installed to drive bigger and more advanced planters. The seed machine Spirit and the precision planter Tempo have been studied with focus on the fertilizer fan and augers. The machines are dragged behind a tractor and a rehydraulically powered from the tractor’s built in hydraulic pump. The project covers a study of concepts with the aim to expand the hydraulic capacity by installing a pump which is driven by the tractor’s power take-off. The goal was to present different solutions for how the concepts could be designed. The different concepts were compared and evaluated from a performance, energy efficiency and economic perspective. The purpose of this concept study was to present a solution which through further development can be suggested as an addonoption for customers with smaller tractors. This thesis contains a theorysection where mobile hydraulic systems, tractor’s and the above-named seed machine and planter are treated. The concepts are based on the theory and a method for generating and creating concepts is described. All concepts are studied in the simulation software Hopsan. Reference systems based on the current design of the planters were modelled in Hopsan together with disturbances. The models were validated through different experimental tests and were later used to evaluate the concepts. Through the concept study eleven different concepts had to undergo the tests in order to see how they deal with disturbances and how well they can achieve the goals. The ability to obtain a predetermined rotational speed for the fan and to do it with high efficiency at a low cost was considered as essential performance for this project. The concepts with closed-loop control proved to be the best from a performance perspective. Systems with pumps with variable displacement had the highest efficiency and the concepts with fixed displacement pumps are the most inexpensive alternatives. As a result of a display of variation of performance in different areas a model where the customers themselves can choose which parameters are important was made. The model, together with the input from the customers, can then present the concept which is the most suitable for the task. / Detta är ett examensarbete på masternivå vid Linköpings universitet med inriktning mot mobila hydraulsystem. Arbetet utfördes i samarbete med Väderstad AB med utgångspunkten att försöka göra det lättare för traktorer med liten installerad hydrauleffekt att driva större och mer krävande såmaskiner. Väderstads såmaskin Spirit och precisionssåmaskin Tempo studerades med fokus på gödningsfläkt och tillhörande omrörningsskruvar. Maskinerna kopplas baktill på en traktor och drivs hydrauliskt av traktorns inbyggda hydraulpump. Arbetet behandlar en konceptstudie för att utöka traktorns hydrauliska kapacitet genom att installera ett externt pumpsystem som drivs av traktorns kraftuttagsaxel. Målet var att presentera olika konceptlösningar på det externa pumpsystemet för att sedan jämföra och utvärdera dem för att komma fram till det alternativ som står sig bäst ur ett prestandamässigt, energieffektivt och ekonomiskt perspektiv. Syftet var att de framtagna koncepten ska kunna vidareutvecklas till förslag som tillval till kunder vid inköp av ovan nämnda såmaskiner. Arbetet innefattar en förstudie där teori om såmaskiner och traktorer behandlas, en konceptgenereringsfas och simuleringar i simuleringsverktyget Hopsan. Referensmodeller för såmaskinerna modellerades tillsammans med olika störningar. Modellerna validerades genom tester och användes för att utvärdera de framtagna koncepten. Totalt genererades elva koncept som fick genomgå tester för att se vilka som hanterar störningar bäst och uppnår förutbestämda mål. Konceptens förmåga att hålla ett bestämt varvtal, hålla ner kostnaden och samtidigt ha en god verkningsgrad är parametrarna som ansågs vara väsentliga i detta projekt. De koncept med återkopplade system visade sig ha bäst prestanda och hade lättast att hålla det bestämda varvtalet. System med pumpar med variabelt deplacement hade den högsta verkningsgraden och de enklare koncepten med pumpar med konstant deplacement är de mest kostnadseffektiva alternativen. I och med att de elva koncepten uppvisade varierande prestanda för olika förutsättningar konstruerades en viktningsmodell där kunden själv får gradera hur viktiga hen tycker egenskaperna är och således erhålla den konceptlösning som lämpar sig bäst för uppgiften.

This report presents the work on improving the lateral stability of the seed coulters of Väderstad seed drill model Spirit. The work lasted ten weeks and was carried out at Väderstad AB spring 2019. The basic problem was analyzed with a number of different methods, and tests were carried out both in the field and in the test rig. With the results from these, it was found that the suspension of the seed coulters allowed both torsional and lateral movements at low loads.   The work started with a root cause analysis which was then used to produce a requirement specification. This was then used to develop concepts. After evaluation, the best concepts were selected, analyzed, modeled and calculated. When the concepts were deemed to be sufficiently functional, several manufacturing analyses were made to assess the suitability for serial production.   Three concepts were developed. One is a final concept that can be mounted directly on existing machines in the form of injection-molded plastic blocks on the seed coulters. One is a concept for future year models were flanges are mounted on the fall of the seed coulters. This concept is available in two parts, either in the form of a welded steel profile or as part of a sand cast reconstruction of the seed coulters. The third and final concept is a reconstruction of the machine's seed coulters with a spring to control the bill pressure. In addition, a method for evaluating the side stability of the seed coulters has been developed.   The reason for the Nordic model's problems is that the seed coulters tend to track the grooves of the fertilizer carriers. This can be solved by having the seed coulters support each other in the lateral direction.   As a continued work, a more thorough examination of the sand cast flange concept is recommended. This is in line with Väderstad's philosophy of making built to last products.

Examensarbetet har genomförts på Väderstad AB som tillverkar jordbruksredskap i övre premiumsegmentet av marknaden. I Väderstads såmaskiner finns idag hydrauliskt styrda fläktar som driver pneumatiska funktioner som till exempel transport av utsäde och gödning. Fläktarna styrs idag från traktorn med manuell reglering av flödet till fläktmotorn och varvtalstabeller. Väderstad AB ser den manuella styrningen som ett problem då omgivande faktorer som yttertemperaturen, lufttryck och driftstid kan påverka varvtalet i drift. Målet med detta projekt är att utreda och föreslå systemlösningar som kan övervaka och automatiskt kontrollera en eller flera fläktar från såmaskinens styrsystem. Detta minskar kraven på jordbrukaren och säkerställer optimal drift, vilket bidrar till att effektivisera sådden. Arbetet har innefattat konceptgenerering, modellering och en parameterstudie. Det har resulterat i en metod för att analysera hydrauliska fläktdrifter. Ett koncept som klarar av drift från traktorns samtliga mekaniska och hydrauliska uttag skulle bli komplicerat och kräva onödigt många komponenter. Det koncept som valdes ut för modellering och parameterstudie är ett system med ingående strypning, i form av en 2/2-styrventil, tillsammans med en kulventil för redundans och omkoppling till manuell styrning. Detta koncept drivs ifrån traktorns PTLS-system. För att kunna garantera en stabil återkoppling med det valda konceptet visade parameterstudien att det krävs en ventil med responstid på 111 ms eller snabbare.

Under våren 2023 utfördes detta examensarbete på Väderstad AB, ett företag som tillverkar högpresterande jordbruksmaskiner, däribland såmaskiner, precisionssåmaskiner och jordbearbetningsmaskiner. En av dessa är tallrikskultivatorn Carrier XL, vilken kan utrustas med den monterbara såmaskinen BioDrill 360 för att kunna så frön samtidigt som jorden bearbetas. På senare tid har det uppstått ett behov att även kunna montera en större sålåda, BioDrill 500, på Carrier XL. Målet med detta arbete blev därför att ta fram ett konstruktionsförslag på hur BioDrill 500 kan implementeras på Carrier XL 425-725, med hänsyn till Väderstads produktion, fungerande frötransport, utrymmeskrav samt krav på hållfasthet. Arbetet har bestått av teoriundersökning, konceptgenerering och utveckling i flera iterationer samt CAD-modellering i Creo. Dimensionerande beräkningar har utförts i form av FEM-analyser och andra hållfasthetsberäkningar på maskinens drag och hjulaxel. Dessutom har en undersökning av produktarkitektur utförts för att se till vilken grad modularitet och funktionsdelning kan implementeras på infästningen för att göra den fördelaktig ur ett tekniskt och ekonomisk perspektiv.  Arbetets resultat består av en ställning som monteras på hjulstället till Carrier XL som gör att toppen av sålådan konstant hålls parallell med marken tack vare ett parallellänkage. En plattform utvecklas och placeras vid sidan av BioDrill 500 för att tillgodose tillgänglighet för användaren och två fördelarhuvuden monteras i parallellänkaget framför BioDrill 500 för att möjliggöra en fungerande frötransport. Produktariktekturen anpassas genom att implementera en kombination av modulära och integrerade lösningar samt funktionsdelning. För att passa i produktionen på Väderstad används mestadels plåtar och rör av stål som främst bearbetas genom laserskärning och bockning samt mindre inslag av svets. Dessutom anpassas infästningen med hjälp av Design for Manufacturing och Design for Assembly för att underlätta tillverkning och montering.

This master thesis was conducted during the spring of 2024 at Väderstad AB. Väderstad manufactures agricultural machines, including two types of seed drills used to plant seeds: conventional seed drills and precision planters. The primary difference lies in the seed dispensing unit, which distributes the seeds from storage before planting. Conventional seed drills utilize randomness to distribute seeds, while precision planters use a complex unit that dispenses seeds one by one. The precision seed dispensing unit comes at a higher cost and requires more space, resulting in wider row spacing compared to conventionalseed drills. A low row distance is desired to maximize crop yield. This master thesis aims to develop a seed dispensing unit which can be used for a new type of seed drill. The seed dispensing unit intends to be smaller and less costly than the ones for precision planters, while achieving a better seed distribution than the conventional seed drills. The product development was carried out through a tailored process for this project, incorporating methods such as Blackbox, Brainwriting, and Pugh’s concept selection matrix. The process generated three concepts which were modeled in CAD and printed using a 3D printer. The models underwent functional assessment and seeding capacity testing, followed by redesign, reprinting, and testing in an iterative process. The master thesis resulted in two concepts which were presented for Väderstad. The first prototype consisted of a wheel with indentations. As the wheel rotated, the indentations picked up seeds and then released them into an airflow-assisted seed transport which sent the seeds into the ground. The second prototype featured a vertical screw that rotated upwards, distributing seeds evenly against the wall. This prototype also used an airflow-assisted seed transport. Presently, Väderstad has submitted a patent application for the screw concept and will continue its development within the company. / Detta examensarbete utfördes under våren 2024 hos Väderstad AB. På Väderstadtillverkas två typer av såmaskiner som används till fröplantering: konventionella såmaskiner samt precisionssåmaskiner. Den primära skillnaden mellan såmaskinerna är fröutmatningsenheten som används till fördelning av utsäde från sålådan innan plantering. I konventionella såmaskiner används slumpen till fördelningen, medan i precisionssåmaskiner används en komplex enhet där fröna matas ut ett i taget. Precisionssåmaskinens fröutmatningsenhet är dyrare samt större. Dess storlek begränsar avståndet mellan raderna där fröna planteras. Således blir radavståndet för precisionssåmaskinen större än för konventionella såmaskinen. Egentligen eftersträvas låga radavstånd för maximal avkastning på skörden. Examensarbetet syftades till att utveckla en fröutmatningsenhet som kan användas i en ny typ av såmaskin. Fröutmatningsenheten ämnades att vara mindre och billigare än den i precisionssåmaskinen, samtidigt som den uppnår en bättre fröfördelning än den konventionella såmaskinen. Produktutvecklingsmetoden anpassades efter projektet, den använde metoder som Blackbox, Brainwriting och Pughs konceptvalsmatris. Processen genererade tre koncept som modellerades i CAD och skrevs ut med en 3D-skrivare. Modellerna genomgick funktionellbedömning och testning av utmatningskapacitet, följt av omkonstruktion, ny 3D-utskrift och testning i en iterativ process. Utifrån produktutvecklingsprocessen genererades två koncept med prototyper. Den förstaprototypen bestod av ett hjul med fack. När hjulet roteras förbi fröbehållaren fångasutsädet i facken. Därefter släpps utsädet i en luftassisterad frötransport som transporterardet till marken. Den andra prototypen bestod av vertikal skruv som drivs uppåt. Utsädettrycks då ut mot skruvens vägg vilket gör att det fördelas jämnt. När fröna matas ut ur skruven plockas de upp av en luftassisterad frötransport som för dem till marken. Idag har Väderstad patentansökt den sistnämnda idéen och kommer fortsätta utveckla den inomföretaget.