New tractor architectures for precision farming

The aim of this research activity, realized in Politecnico di Milano, is to make the ploughing more efficient and productive. The work has focused on top class farm tractors. The possibility of improving the ploughing including a traction system also on the plough, using an electric motor, has been examined. First of all, a study on the forces exchanged between the tillage tool and the soil has been addressed basing on the works found in literature. With the same approach a model for the interaction between the tires and the soil in off-road conditions has been developed. Particular attention has been payed to the high value of slip and thrust force. Basing on the previously collected information, a multi-body model of the plough+tractor system has been created in Matlab Simulink environment. The model has been used to evaluate the effect of the main parameters of the plough and of the tractor. Among the most influent parameters there are the tire inflation pressure and and the number of the working bodies of the plough. The cases of semi-mounted and trailed plough have been analyzed separatedly. After the determination of the main phoenomena and parameters of the ploughing process, innovative architectures of plough+tractor system have been studied. The effects of the add of one or more electric motors on the plough has been considered. Attention has also been paid to the effect of the variation of the position of the axles of the plough, as well as of the number of wheels per axle. At the end an approximated analysis from the economical point of view has been performed, in order to understand the profitability of the investment in the new architectures.

L’obiettivo di questa attivit`a di ricerca, svolta presso il Politecnico di Milano, `e di rendere pi`u efficiente e produttiva l’aratura. Il lavoro si `e focalizzato su trattrici agricole di alta gamma. Si `e voluta esaminare la possibilit`a di migliorare l’aratura includendo un sistema di trazione, utilizzando un motore elettrico, anche sull’aratro. Prima di tutto `e stato affrontato uno studio sulle forze scambiate tra utensile e terreno basandosi su lavori gi`a presenti in letteratura. Con lo stesso approccio `e stato sviluppato un modello dell’interazione tra pneumatico e terreno in fuori strada con particolare attenzione agli alti valori di scorrimento e forza di trazione. Sulla base delle informazioni raccolte, in ambiente Matlab Simulink, `e stato creato un modello multi-body del sistema trattore+aratro per il calcolo delle prestazioni del trattore durante l’aratura su diversi tipi di terreno. Tramite il modello sono stati valutati gli effetti dei principali parametri del veicolo e dell’aratro sul processo di aratura, considerando separatamente i due casi di aratro trainato e semiportato. Tra i parametri pi`u influenti sono stati individuati la pressione di gonfiaggio degli pneumatici e il numeri di corpi dell’aratro. Dopo aver determinato i principali fenomeni e parametri legati all’aratura, si sono studiate delle architetture innovative del sistema trattore+aratro. Si sono considerati gli effetti dell’aggiunta di uno o pi`u motori elettrici sull’aratro, prestando attenzione all’effetto della variazione della posizione degli assi dell’aratro cos`ı come del numero di ruote per asse. Alla fine `e stata fatta un’analisi dal punto di vista economico, seppur approssimata, per capire se l’investimento nelle nuove architetture proposte possa risultare remunerativo.