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.

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.

Dans le contexte du développement d’une agriculture durable, il est nécessaire d’optimiser le coût énergétique des opérations agricoles tout en garantissant des temps de travaux courts ainsi que la qualité des opérations réalisées. Cette question concerne en particulier l’opération du semis qui est déterminante pour la qualité de la future récolte. Les semoirs de grande capacité et à haute productivité conçus aujourd’hui se doivent d’être compatibles avec cet ensemble de contraintes. L’enjeu essentiel de cette thèse est donc d’élaborer une méthodologie innovante et utilisant des outils de modélisation dans le but de réduire la consommation énergétique des matériels de semis. En suivant cette logique, nous avons étudié quatre aspects clef de la conception des semoirs pneumatiques : la manœuvrabilité des semoirs poly-articulés, l’établissement des conditions du transport pneumatique des semences et des engrais, l’optimisation des systèmes de répartition des semences ou des engrais, et enfin les aspects énergétiques du mode d’introduction des semences dans le circuit pneumatique. Chaque modélisation a été précédée par une phase expérimentale de détermination des phénomènes majoritaires influençant le processus étudié. Ensuite une modélisation du processus étudié, basée sur la simulation des effets du phénomène majoritaire identifié a pu être mise en œuvre et des conclusions, appuyées par des essais expérimentaux, proposées quant à la conception des semoirs pneumatiques. L’étude de la manœuvrabilité des ensembles poly articulés a démontré qu’il était possible de proposer et de tester un modèle explicatif de prédiction de trajectoires adapté aux engins agricoles. Cette approche ouvre la voie à l’optimisation et à de nouvelles méthodes d’automatisation de manœuvres complexes, notamment des demi-tours en bout de champ. Il est par ailleurs possible de démontrer qu’une trémie en position arrière permet de réaligner plus rapidement la barre de semis après une manœuvre. L’étude des conditions du transport pneumatique a montré notamment que l’établissement de conditions de transport correctes au niveau des sorties de la tête de distribution conditionne l’ensemble de la conception du circuit de distribution de la matière. L’étude des systèmes de répartition des semences a permis d’expliquer l’origine des principaux défauts de répartition observés et notamment l’importance de l’adéquation entre le coude et la conduite verticale qui précède la tête de répartition des semences. Ces résultats ont ouvert la voie à l’étude de la mise en place de systèmes d’anticipation et de correction de ces défauts. Enfin l’étude comparée de deux systèmes d’introduction de la matière dans un circuit pneumatique a montré que du point de vue énergétique les systèmes pressurisés sont plus intéressants que les systèmes injecteurs. / In the context of sustainable farming, the optimization of the energy costs of agricultural operations allows shorter working times and high quality of the agricultural operations. This question relates particularly to the seeding. This operation one is decisive for the quality of the future harvest. The modern high capacity seed drills must be compatible with all the constraints. The main goal of this PhD thesis is thus to develop an innovative methodology, integrating the modeling tools, in order to reduce the energy consumption of the heavy seeding equipment. Thus, we explored four key aspects concerning air seed drill design: maneuverability of poly-articulated seed drills; establishment of the pneumatic conveying conditions of seeds and fertilizers; seed distribution accuracy optimization, and finally the energy aspects of the air stream loading systems. Each modeling was preceded by a preliminary experimental phase, defying the majority phenomena influencing the studied process. The modeling of the studied process and the conclusions (supported by experimental trials) have been proposed for the design of air seed drills. The study of maneuverability of poly-articulated agricultural machines showed that it was possible to get and test an explanatory model of trajectory prediction adapted for agricultural machines. This approach opens the way for optimization and automation of complex operations, including U-turns on headlands. We showed that a towed behind storage hopper (air-cart) allows faster realignment of the coulter bar after maneuvers. The study of pneumatic conveying conditions showed that the establishment of the correct conveying conditions in the outlets after the dispensing head defines the entire design of the distribution system. The study of seed distribution systems explains that the origin of the low distribution accuracy is caused in particular by the elbow and the vertical pipe before the dispensing head. These results open the way for the development of anticipation systems and correction of these defects. Finally the comparative study of two air-stream loading systems has showed that from the energy point of view the pressurized systems are more interesting than the injectors systems. / В рамках концепции устойчивого развития, необходимо учитывать энергетический аспект, сохраняя при этом эффективность использования рабочего времени и качества выполнения сельскохозяйственных операций. Особенно, это касается операции посева, определяющей в наибольшей степени будущий урожай. Современные широкозахватные зерновые сеялки и посевные комплексы вписываются в рамки устойчивого сельского хозяйства. Главной целью данной диссертации является разработка действенной методики проектирования пневматических сеялок, применяя методы моделирования и оптимизации, с целью уменьшения энергопотребления. Таким образом, мы использовали причинно-следственный подход для энергетической оптимизации четырех определяющих параметров: маневренность многозвеньевых посевных машин, обоснования необходимых условий пневмотранспорта, оптимизация распределения посевного материала, и ввода материала в магистральный трубопровод. В дополнение, снижение энергопотребления не должно сказываться на качестве выполнения технологического процесса посева. Моделирование каждого процесса, является следствием длительной экспериментальной фазы, посвященной определению наиболее значимых факторов, для каждого отдельного явления. В результате моделирований, симуляций и анализа, были составлены практические рекомендации, для конструкторов пневматических сеялок. Изучение маневренных характеристик многозвеньевых агрегатов позволило предложить и испытать физическую модель, позволяющую предопределить траекторию движение каждого звена машинно-тракторного агрегата. Такой подход позволяет автоматизировать выполнение наиболее сложных маневров (например, разворотов в конце гона). Кроме всего было показано, что заднеприцепные бункера позволяют более быстрое выравнивание агрегата после разворота. Изучение условий пневмотранспорта, позволило установить оптимальные, с точки зрения энергосбережения, параметры пневмотранспорта на выходе из распределительной головки, что послужило исходными данными для расчета характеристик пневмотранспорта в целом. Исследование процесса распределения семян в распределительной головке вертикального типа, позволило определить причины неравномерного распределения семян между выходными трубопроводами, в частности влияние отвода и вертикального трубопровода. На основании полученных данных, было предложена система устройств, позволяющих избежать возникновения завалов в системе, при минимальных энергопотерях. Сравнительные исследования двух систем ввода материала в магистральный трубопровод, позволили заключить, что питатели с наддувом являются менее энергоемкими по сравнению с питателями эжекторного типа.