ارزیابی تاثیر نرخ تغییر شکل خاک برای تخمین مصرف انرژی برهمکنش خاک و تایر با استفاده از رابطه فشار-نشست خاک

ماشین های کشاورزی

مقالات آماده انتشار، اصلاح شده برای چاپ، انتشار آنلاین از تاریخ 10 خرداد 1404   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی انگلیسی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2024.89154.1269

نویسندگان

هادی اسدالهی¹؛ بهزاد محمدی الستی^{* 1}؛ عارف مردانی کرانی²؛ مهدی عباسقلی پور¹

¹گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، واحد بناب، دانشگاه آزاد اسلامی، بناب، ایران

²گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

درک دینامیک تغییر شکل خاک در زمینه‌های مختلف مانند تحرک وسایل نقلیه خارج از جاده، کشاورزی و مکانیک خاک بسیار مهم است. به‌طور خاص، ارزیابی فعل و انفعالات خاک و تایر برای بهینه‌سازی مصرف انرژی و به حداقل رساندن اثرات منفی تراکم خاک ضروری است. این مطالعه تأثیر نرخ تغییر شکل خاک بر رابطه فشار- نشست و مصرف انرژی را با استفاده از یک محیط انباره خاک و یک سیستم بوامتر بررسی می‌کند. هدف اصلی این مطالعه بررسی این است که چگونه سطوح مختلف عبور و نرخ‌های نفوذ متفاوت بر انرژی مورد نیاز برای دستیابی به عمق نشست مشخص تأثیر می‌گذارند. این مطالعه از یک طرح بلوک کاملا تصادفی استفاده کرد که هر تیمار سه بار تکرار شد تا از دقت و قابلیت اطمینان، اطمینان حاصل شود. اندازه‌گیری‌های کمی با استفاده از یک لودسل متصل به بوامتر انجام شد. نتایج نشان داد که سطح ترافیک و سرعت نفوذ بر مقاومت خاک و مصرف انرژی تأثیر معناداری دارد. برای صفحه بزرگتر، فشار مورد نیاز برای نفوذ با سرعت‌ها و سطوح عبور بالاتر افزایش می‌یابد. در بالاترین سرعت (45 میلی‌متر بر ثانیه) و عبور هشتم، نیروی مورد نیاز برای نشست خاک حداکثر بود. مصرف انرژی برای هر سطح با اندازه‌گیری سطح زیر منحنی نیرو- نشست محاسبه شد. تجزیه و تحلیل واریانس (ANOVA) نشان داد که تعداد عبور چرخ، اندازه صفحه و سرعت نفوذ به‌طور قابل‌توجهی بر مصرف انرژی تأثیر می‌گذارد. به‌عنوان مثال، در بالاترین عمق نشست (60 میلی‌متر)، مصرف انرژی برای صفحه بزرگ‌تر با سرعت 45 میلی‌متر بر ثانیه و عبور هشتم تقریبا دو برابر صفحه کوچک‌تر بود. این نتایج بر اهمیت در نظر گرفتن تراکم و سرعت ناشی از تعداد عبور در هنگام طراحی وسایل نقلیه خارج از جاده یا ماشین‌های کشاورزی که با زمین‌های تغییر شکل‌پذیر تعامل دارند، تأکید می‌کند.

کلیدواژه‌ها

انرژی تغییر شکل خاک؛ بوامتر؛ عبورهای متعدد؛ مکانیک خاک؛ نرخ نفوذ

مراجع

1. Apfelbeck, M., Kuß, S., Rebele, B., & Schäfer, B. (2011). A systematic approach to reliably characterize soils based on Bevameter testing. Journal of Terramechanics, 48(5), 360-371. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2011.04.001
2. ASAE. (2018). ANSI/ASAE S296.5, DEC2003 (R2018), General Terminology for Traction of Agricultural Traction and Transport Devices and Vehicles. ASAE, St. Joseph, MI.
3. Bekker, M. G. (1960). Off-the-Road Locomotion University of Michigan Press. Ann Arbor, 27-29.
4. Bekker, M. G. (1969). Off-Road Locomotion. Ordnance, 53(292), 416-418. https://www.jstor.org/stable/45361962
5. Brunskill, C., Patel, N., Gouache, T. P., Scott, G. P., Saaj, C. M., Matthews, M., & Cui, L. (2011). Characterisation of martian soil simulants for the ExoMars rover testbed. Journal of Terramechanics, 48(6), 419-438. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2011.10.001
6. Earl, R., & Alexandrou, A. (2001). Deformation processes below a plate sinkage test on sandy loam soil: experimental approach. Journal of Terramechanics, 38(3), 153-162. https://doi.org/10.1016/s0022-4898(00)00018-5
7. Golanbari, B., & Mardani, A. (2023). Analytical Traction Force Model Development for Soil-Tire Interaction: Incorporating Dynamic Contact Area and Parameter Analysis Using Taguchi Method. Biomechanism and Bioenergy Research, 2(2), 56-64.
8. Golanbari, B., & Mardani, A. (2024). An analytical model for stress estimation at the soil-tire interface using the dynamic contact length. Journal of Terramechanics, 111, 1-7. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2023.08.006
9. Golanbari, B., Mardani, A., Hosainpour, A., & Taghavifar, H. (2023). Modeling Soil Deformation for Off-Road Vehicles Using Deep Learning Optimized by Grey Wolf Algorithm. Journal of Agricultural Machinery, 14(1), 69-82. https://doi.org/10.22067/jam.2023.84339.1188
10. Gonzalez, R., & Iagnemma, K. (2018). Slippage estimation and compensation for planetary exploration rovers. State of the art and future challenges. Journal of Field Robotics, 35(4), 564-577. https://doi.org/10.1002/rob.21761
11. Grahn, M. (1996). Einfluß der Fahrgeschwindigkeit auf die Einsinkung und den Rollwiderstand von Radfahrzeugen auf Geländeböden.
12. Kruger, R., Els, P. S., & Hamersma, H. A. (2023). Experimental investigation of factors affecting the characterisation of soil strength properties using a Bevameter in-situ plate sinkage and shear test apparatus. Journal of Terramechanics, 109, 45-62. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2023.06.002
13. Majdoubi, R., Masmoudi, L., & Elharif, A. (2024). Analysis of soil compaction under different wheel applications using a dynamical cone penetrometer. Journal of Terramechanics, 111, 21-30. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2023.09.001
14. Mardani, A., & Golanbari, B. (2024). Indoor measurement and analysis on soil-traction device interaction using a soil bin. Scientific Reports, 14(1), 10077. https://doi.org/10.1038/s41598-024-59800-2
15. Taghavifar, H., & Mardani, A. (2013). Investigating the effect of velocity, inflation pressure, and vertical load on rolling resistance of a radial ply tire. Journal of Terramechanics, 50(2), 99-106. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2013.01.005
16. Taghavifar, H., & Mardani, A. (2014). Analyses of energy dissipation of run-off-road wheeled vehicles utilizing controlled soil bin facility environment. Energy, 66, 973-980. https://doi.org/10.1016/j.energy.2014.01.076
17. Taheri, A., & Tatsuoka, F. (2015). Small-and large-strain behaviour of a cement-treated soil during various loading histories and testing conditions. Acta Geotechnica, 10(1), 131-155. https://doi.org/10.1007/s11440-014-0339-7