مدل سازی عملکرد تیغه های مختلف زیرشکن با استفاده از روش المان‌های مجزا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشگاه محقق اردبیلی

2 سایر

چکیده

 بر اساس تحقیقات انجام گرفته برای مواد دانه ای مانند خاک، روش عددی المان مجزا از نظر شبیه سازی دقیق­تر از سایر روش­ها مانند روش­های تحلیلی و المان محدود است. در این تحقیق عملکرد سه نوع ساقه کج­ساق، پاراپلو و مرسوم در دو حالت آزمایشی و مدلسازی مورد ارزیابی قرار گرفت. آزمایش‌ها در انباره خاکی به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام گرفت. فاکتور­های مورد بررسی سرعت پیشروی و نوع تیغه بودند. سرعت پیشروی در 5 سطح 1، 5/1، 2، 5/2 و  km/h3 و عمق ثابتcm 35 بر روی نیروی مقاوم کششی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجزیه واریانس و مقایسه میانگین نشان داد که سرعت پیشروی و نوع تیغه در سطح احتمال ٪1 تاثیر معنی­داری روی نیروی مقاوم کششی داشتند. بیشترین نیروی مقاوم کششی N 1541 مربوط به تیغه مرسوم در سرعت km/h 3 و کمترین مقدار نیروی مقاوم کششیN  8/294 مربوط به تیغه کج ساق در سرعت  km/h 1 می­باشد. با افزایش سرعت حرکت تیغه انرژی پیوندی در واحد زمان، مقدار کار اصطکاکی بین سطح تیغه و ذرات خاک و انرژی جنبشی ذرات افزایش یافته که این پارامترها از عوامل موثر در افزایش نیروی کشش می باشند. در تمامی سرعت­ها کمترین نیروی مقاوم کششی مربوط به تیغه کج­ساق و بیشترین نیروی مقاوم کششی مربوط به تیغه مرسوم است. ضریب تبیین بالا بین نتایج آزمایشگاهی و مدلسازی (R2=0.9935) نشان می­دهد که مدل المان مجزا تاثیر سرعت پیشروی و نوع تیغه را بر روی نیروی مقاوم کششی به خوبی نشان می­دهد. میانگین خطای نسبی مقادیر اندازه­گیری شده و پیش بینی شده با استفاده از روش المان مجزا 871/6% برای میانیگن نیروی مقام کششی بدست آمد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Modeling of different subsoiler tines performance using discrete element method

نویسندگان [English]

  • Gholamhosein Shahgholi 1
  • Sirvan HajiMamandi 2
1
2
چکیده [English]

For designing tillage implements it would be better to estimate soil forces exerted to the implements. Many researches showed that numerical method of discrete element method (DEM) is the cheapest and fastest technique for modeling granular material such as soil and especially sandy soil. In this study, paraplow and bentleg tines performance was compared with conventional tine using experimental and numerical methods. Experiments were conducted in a soil bin at Agricultural Machinery department of Urmia University based on factorial experimental design with three replications. Three types of tine at 5 levels of travel speed of 1, 1.5, 2, 2.5, 3 km/h at constant depth of 35 cm were examined. Before modeling to calibrate DEM parameters, soil parameters were calibrated by shear test simulation. Then tine and soil bin with certain dimension were modeled by PFC3D software. Results of analysis of variance and mean comparison showed that tine type and travel speed had significant effect on draft force. Bentleg tine had the lowest draft in comparison to the other tines, while the conventional tine had the highest.

کلیدواژه‌ها [English]

  • subsoiler
  • Bentleg tine
  • Paraplow
  • draft
Asaf, Z., Rubinstein, D. & Shmulevich I. (2006). Evaluation of link-track performances using DEM. Journal of Terramechanics, 43, 141-161.
Asaf, Z., Rubinstein, D. & Shmulevich I. (2007). Determination of discrete element model parameters required for soil tillage. Soil & Tillage Research, 92, 227-242.
Coetzee, C. J. & Els D. N. J. (2009). Calibration of granular material parameters for DEM modeling  and numerical verification by blade-granular material interaction. Agriculture Engineering  Research, 109, 63–84
Esehaghbeygi, A., Tabatabaeefar, A., Keyhani, A.R., & Raoufat M. H. (2005). Depth and rake angle’s influence on the draft force of an oblique blade subsoiler. Journal of Iranian Agricultural science, 364, 1045–1052. (In Farsi)
Gueirf, J. (1994). Effect of compaction on soil strength parameters. Series 11. Elsevier, Amsterdam, The Netherlands, pp.191-214.
Harrison, H. P. (1988). Soil reacting forces for a bentleg plow. Transaction of the ASABE, 31(1), 47-51.
Harrison, H. P. (1990). Soil reacting forces for two tapered bentleg plows. Transaction of the ASABE, 33(5), 1473-1476.
Itasca manual. (2005). PFC3D user’s guide, version 3.10., Itasca consulting group, Inc. Minneapolis, USA.
Kushwaha, R. L. & Zhang, Z. X. (1998). Evaluation of factors and current approaches related to computerized desing of tillage tool: A review. Journal of Terramechanics, 35(2), 69-86.
Luth, H.J. & Wismer, R.D. (1971). Performance of plane cutting blades in sand. Transaction of ASAE, 14(2), 255–262.
Momozu, M., Oida, A., Yamazaki, M. &. Koolen, A. J. (2003). Simulation of a soil  loosening process by means of the modified distinct element method. Journal of Terramechanics, 39 (4), 207–220.
Oida, A., Schwanghart, H. & S. Ohakubo. (1999). Effect of tire lug cross section on tire performance simulated by distinct element method, In:Proceedings of the 13th International Conferenceof the ISTVS, Munich, Germany, pp.345–352.
Owen, D. (1989). Force-depth relationships in a pedogenetically compacted caly loam soil. Applied Egieering in Agriculture, 5 (2), 185-191.
Ramadan, M.N. (2014). Developmenet and performance evaluation of the double tines subsoiler in silty clay soil part1: draft force, disturbed area and specific resistance, Mesopotamia Journal of Agriculture, 42(1), 293-313.
Raoufat, M. H. & Mashhadi,H. (2000). Determination the distance between bent leg plow tines to get optimum tillage. Journal of Iranian Agricultural science, 3(2), 319-330. (In Farsi)
Shahi, N. & Shahgholi, G. (2010). Modeling soil and oscillatory tine interaction using discrete element method. McS dissertation, University of Mohaghegh Ardabili. (In Farsi)
Sohne, W. (1956). Einge grundlagen fur eine landtechnische bodenmechanik (Some basic considerations of soil mechanics as applied to agricultural engineering). Grundlage derland technic 7. Translation 53, Library, National Institute of Agricultural Engineering, Silsoe.
Shmulevich, I., Asaf, Z. & Rubinstein, D. (2007). Interaction between soil and a wide cutting blade using the discrete element method. Soil & Tillage Research, 97, 37-50.
Stafford, J.V. (1979). The performance of a rigid tine in relation to soil properties and speed. Journal of Agricultural Engineering Research, 24, 41–57.
Summers, J.O., Khalilian, A. & Batchelder, D. G. (1986). Draft relationships for primary tillage in Oklahoma soils. Transaction of the ASABE, 29 (1), 37 - 39.
Tanaka, H., Momzu, M., Oida, A. & Yamazaki, M. (2000). Simulation of soil deformation and resistance at bar penetration by distinct element method. Journal of Terramechanics, 37 (1), 41–56.
Williams, M. (1981). Enter a new kind of plow. Power Farming Magazing, October, pp. 34-35.
Yan, W. M. (2009). Fabric evolution in numerical direct shear test. Computers geotechnics, 36, 597-603.
Yong, R. N., Fattah, E. A. & Skiadas, N. (1984) Vehicle Traction Mechanics, Elsevier, Amsterdam, The Netherlands.