شبیه سازی تأثیر زوایای مختلف ارتعاشی بر عملکرد زیرشکن ارتعاشی و خاک با استفاده از روش المان‌های گسسته

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مکانیک ماشین های کشاورزی

2 دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

 برهم‌­کنش بین خاک و ماشین چالشی اساسی برای محققان، توسعه دهنده­گان، سازندگان و طراحان ماشین­های کشاورزی است. مدلسازی ادوات شخم زنی کاری اساسی در مهندسی است. هرچند که مدلسازی برهم کنش ­های بین خاک و ماشین به علت تغییرات سه­بعدی خاک، رفتارغیرخطی خاک، پدیده برخورد و جریان­پذیری خاک منطقه فصل مشترک (ارتباط) بین خاک و ادوات و تاثیرات دینامیکی فرآیندی پیچیده است. شبیه‌سازی صحیح بر هم کنش بین خاک و ادوات کلید اساسی برای این بهینه‌­سازی است و ممکن است نیاز به تست­های مزرعه­ای زیاد با هزینه­های گران را حذف کند. هدف این پژوهش توسعه مدل سه بعدی یک زیرشکن ارتعاشی با استفاده از روش المان­های گسسته ، شبیه­سازی تاثیر زوایای مختلف ارتعاشی بر عملکرد زیرشکن و تعیین پارامترهای تاثیر­گذار بر نتایج شبیه­سازی بود. برای مدلسازی توده­ی خاک به عنوان یک ماده­ی گرانوله­ای، از برنامه­ی رایانه­ای PFC3D استفاده شده است. تیغه تحت سرعت زاویه­ای و انتقالی در جهت مثبت محور x در داخل سویل­بین به حرکت در آمد. برای تیغه غیر­ارتعاشی تنها سرعت انتقالی و برای تیغه ارتعاشی علاوه بر سرعت انتقالی، سرعت زاویه­ای نیز تعریف شده بود. عمق کاری تیغه زیرشکن 38سانتی­متر و سرعت انتقالی 89/0 متربرثانیه انتخاب شده بود. برای بررسی تاثیر زاویه ارتعاش بر عملکرد زیرشکن از زوایای ارتعاشی 27، 16، 8، صفر، 5/14- و 5/22- درجه در فرکانس 9/4 هرتز و دامنه69± میلی‌متر استفاده گردید. با افزایش زاویه ارتعاشی (مثبت و منفی)، میزان جابجایی عمودی تیغه در یک سیکل افزایش می­یابد و در نتیجه حرکت بالاروی تیغه باعث گسیختگی بیشتر خاک می­گردد. با توجه به نتایج شبیه­سازی، میزان کار مرزی، انرژی جنبشی و کار اصطکاکی در زوایای ارتعاشی مثبت بیشتر از زوایای ارتعاشی منفی بود و با افزایش بیشتر در زوایای منفی کارمرزی و اصطکاکی کاهش بیشتری داشت. با تغییر زاویه از 5/22- به 27 درجه میانگین انرژی پیوندی ذرات کاهش یافت.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Modeling the effect of different oscillation angles on the oscillatory tine performance using Discrete Element Method

نویسندگان [English]

  • naser kanyawi 1
  • gholamhossein shahgholi 2
1
2
چکیده [English]

Interaction between soil and machine is essential challenge for researchers, developers, designers and manufacturers of agricultural machineries. Modeling of tillage equipment is an important Engineering work. However, interaction modeling is a complex process due to three-dimensional changes in soil, nonlinear soil behavior phenomenon and soil flow quality in connection area between the soil and tool and the dynamic effects of equipment. Correct simulation of the interaction of soil is the key point for the optimization of tillage tools and can eliminate required field tests with high costs. The purpose of this study is to develop a three-dimensional model of a vibrating subsoiler using discrete element method, simulation frequency and oscillation angle on the performance of vibration subsoiler and determining different parameters affecting the simulation results. The information from model simulation will be useful for the design and optimization of vibrating subsoiler. For modeling soil mass as a granular material, the computer program PFC3D. Blade was moved with angular and transition speed in the positive x-axis direction. For non-vibrating blade only included transition speed and for vibration blade in addition to transition speed, angular velocity was also defined. Working depth was 38 cm and blade speed of 0.89 meters per second was defined. To evaluate the effect of vibration angle on vibrating subsoiler different vibration of 27, 16, 8, zero,-14.5,-22.5 degrees in frequency of 4.9 Hz and amplitude of ± 69 amplitude was tested by simulation. In all vibration tests in comparison with non-vibrating,with Increasing vibration angle (positive and negative), the amount of vertical displacement of blade increased which caused more soil rupture. Simulation results showed that the rate of boundary work, kinetic energy and friction work at positive angles were more than negative vibration angles. With increasing negative angle boundary work and friction work significantly decreased. Changing the angle from -22.5 to 27 degrees decreased average bond energy of particles.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Discrete Element Method
  • Oscillatory subsoiler
  • draft
  • Numerical simulation

مراجع

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 and Tillage Research. 92, 227-242.
Coetzee, C. J., Els, D. N. J. (2009). Calibration of granular material parameters for DEM modelling and numerical verification by blade-granular material interaction. Journal of Terramechanics. 46(1), 15-26.
Franco, Y., Rubinestein, D., Shmulevich, I. (2006). Prediction of soil–bulldozer blade interaction using Discrete Element Method. Trans. ASABE. 50(2): 345-353.
Eggenmuller, A. (1958). Oscillation tools for soil cultivation:Kinematics and testing of single model tools. Grundlagen der. Landtechnik. 10, 55-70.
Itasca manual, (2006b). PFC3D User’s Manual, Version 3.1., Itasca Consulting Group Inc., Minneapolis, Minn, USA.
Sakai,K., Hata,S.I., Takai, M., Nambu, S. (1993). Design parameters of four-shank vibrating subsoiler. Trans. ASAE. 36(1):23-26.
Shahgoli, G., Saunders, C., Desbiolles, J., Fielke, J. 2009. The effect of oscillation angle on the performance of oscillatory tillage. Soil and Tillage Research, 104(1), 97-105.
Upadhyaya SK, Rosa UA, Wulfsohn D, 2002. Application of the finite element method in agricultural soil mechanics. Adv Soil Dynamics, 2, 117-153.
Shmulevich, I, (2010). State of the art modeling of soil–tillage interaction using discrete element method. Soil and Tillage Research. 111, 41-53.
Van der linde, J. (2007). Discrete element modelling of vibratory subsoiler. Master thesis, University of Stellenbosch, South Africa.
 
   
مهندسی بیوسیستم ایران
دوره 49، شماره 2
تیر 1397
صفحه 181-194

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 14 مهر 1395
  • تاریخ بازنگری: 27 آبان 1396
  • تاریخ پذیرش: 12 دی 1396

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار