بررسی برهم‌کنش خاک و تیغه پنجه‌غازی توسط شبیه‌سازی عددی و اعتبارسنجی نتایج با آزمون‌های انباره خاک

ماشین های کشاورزی

مقاله 10، دوره 12، شماره 4 - شماره پیاپی 26، دی 1401، صفحه 587-599   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.2021.70572.1041

نویسندگان

هوشنگ محبوب ینگجه؛ عارف مردانی کرانی^*

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

چکیده

در این مطالعه به بررسی نیروی کششی تیغه پنجه‌غازی در دو بخش شبیه‌سازی به روش اجزای محدود با تحلیل اویلرین- لاگرانژی و آزمون‌های تجربی در محیط انباره خاک پرداخته شد. از دو تیغه با فاصله cm 35 و در سه عمق 6، 10 و 14 سانتی‌متری با سرعت 2.5 کیلومتر بر ساعت استفاده شد. نیروی کششی تیغه طی شبیه‌سازی در عمق‌های 6، 10 و 14 سانتی‌متر به‌ترتیب 0.6، 2.5 و 3 کیلونیوتن بوده و نسبت به نتایج انباره خاک دارای محدوده خطای 7.3، 5.6 و 4.16 درصد بود. بیشترین تنش ایجاد شده در خاک در سه عمق 6، 10 و 14 سانتی‌متر به‌ترتیب در حدود 20، 68 و 69 کیلوپاسکال بوده است. در عمق 6 سانتی‌متر با توجه به نرم بودن خاک، نیروی عمودی وارده بر تیغه متاثر از وزن خاک بوده است. همچنین بررسی گسترش تنش در خاک حاکی از آن بوده است که با افزایش عمق کار، مقدار به‌هم‌خوردگی سطحی خاک و همچنین انتشار تنش به سطح خاک کاهش می‌یابد. علاوه بر چگونگی تغییرات تنش، هم‌پوشانی دو تیغه مجاور نیز با افزایش عمق کار ازنظر به‌هم‌خوردگی خاک، کمتر می‌شود. با توجه به افزایش نیروی کششی تیغه در عمق‌های بالاتر، عمق کار بیشتر از 10 سانتی‌متر بر اساس نتایج مربوط به چگونگی توزیع تنش در خاک توصیه نمی‌شود. در همین رابطه، توان مصرفی هر تیغه در عمق کمتر از 10 سانتی‌متر در حدود 0.4 کیلو وات بوده است درحالی که در عمق‌های بالا در حدود 2 کیلو وات برای هر تیغه توان لازم است.

کلیدواژه‌ها

برهم‌کنش خاک-تیغه؛ خاک‌ورزی؛ روش المان محدود؛ کولتیواتور

مراجع

1. Asaf, Z., Rubinstein, D., & Shmulevich, I. (2007). Determination of discrete element model parameters required for soil tillage. Soil and Tillage Research, 92(1-2): 227-242. https://doi.org/10.1016/j.still.2006.03.006
2. Azimi-Nejadian, H., Karparvarfard, S. H., Naderi-Boldaji, M., & Rahmanian-Koushkaki, H. (2019). Combined finite element and statistical models for predicting force components on a cylindrical mouldboard plough. Biosystems Engineering, 186, 168-181. https://doi.org/10.1016/j.Biosystemseng.2019.07.007
3. Birkás, M. (2009). Classic cultivation requirements and the need of reducing climatic damage. Növénytermelés, 58(2): 123-134. https://doi.org/10.1556/novenyterm.58.2009.2.8
4. Busari, M. A., Kukal, S. S., Kaur, A., Bhatt, R., & Dulazi, A. A. (2015). Conservation tillage impacts on soil, crop and the environment. International Soil and Water Conservation Research, 3(2), 119-129.‏ https://doi.org/10.1016/j.iswcr.2015.05.002
5. Godwin, R. J., & Spoor, G. 1977. Soil failure with narrow tines. Journal of Agricultural Engineering Research, 22(3), 213-228. https://doi.org/10.1016/0021-8634(77)90044-0
6. Ibrahmi, A., Bentaher, H., Hamza, E., Maalej, A., & Mouazen, A. M. (2015). Study the effect of tool geometry and operational conditions on mouldboard plough forces and energy requirement: Part 2. Experimental validation with soil bin test. Computers and Electronics in Agriculture, 117, 268-275. https://doi.org/10.1016/j.compag.2015.08.004
7. Kešner, A., Chotěborský, R., Linda, M., Hromasová, M., Katinas, E., & Sutanto, H. (2021). Stress distribution on a soil tillage machine frame segment with a chisel shank simulated using discrete element and finite element methods and validate by experiment. Biosystems Engineering, 209, 125-138. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2021.06.012
8. Kushwaha, R. L., & Shen, J. (1995). Finite element analysis of the dynamic interaction between soil and tillage tool. Transactions of the ASAE, 38(5), 1315-1319. https://elibrary.asabe.org/abstract.asp?aid=27953
9. Kushwaha, R. L., & Zhang, Z. X. (1998). Evaluation of factors and current approaches related to computerized design of tillage tools: a review. Journal of Terramechanics, 35(2), 69-86. https://doi.org/10.1016/S0022-4898(98)00013-5
10. Liu, Z., Liu, K., Ma, Z., Ni, F., & Gu, L. (2021). Mechanical responses and fracture mechanism of rock with different free surfaces under the chisel pick cutting. Engineering Fracture Mechanics, 247, 1-16.
11. Mardani, A., Shahidi, K., & Karim-Maslak, H. (2010). An indoor traction measurement system to facilitate research on agricultural tires. Journal of Food, Agriculture and Environment, 8(2), 642-646.
12. McKyes, E. (Ed.). (1985). Soil cutting and tillage. Elsevier. p 216.
13. Mouazen, A. M., & Neményi, M. (1999). Finite element analysis of subsoiler cutting in non-homogeneous sandy loam soil. Soil and Tillage Research, 51(1-2), 1-15. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(99)00015-X
14. Sadeghnejad, H., & Islami, K. (2006). Comparison of wheat yield by changing the tillage method. Agricultural Sciences, 12(1), 103-112. (in Persian).
15. Shao, Y., Xie, Y., Wang, C., Yue, J., Yao, Y., Li, X., ... & Guo, T. (2016). Effects of different soil conservation tillage approaches on soil nutrients, water use and wheat-maize yield in rainfed dry-land regions of North China. European Journal of Agronomy, 81, 37-45.‏ https://doi.org/10.1016/j.eja.2016.08.014
16. Shmulevich, I., Asaf, Z., & Rubinstein, D. (2007). Interaction between soil and a wide cutting blade using the discrete element method. Soil and Tillage Research, 97(1), 37-50. https://doi.org/10.1016/j.still.2007.08.009
17. Smatana, J., Macák, M., & Demjanová, E. (2010). The influence of different tillage practices on soil physical characteristics. Research Journal of Agricultural Science, 42(3), 315-319.
18. Tamás, K., Jóri, I. J., & Mouazen, A. M. (2013). Modelling soil–sweep interaction with discrete element method. Soil and Tillage Research, 134, 223-231. https://doi.org/10.1016/j.still.2013.09.001
19. Ucgul, M., & Saunders, C. (2020). Simulation of tillage forces and furrow profile during soil-mouldboard plough interaction using discrete element modelling. Biosystems Engineering, 190, 58-70. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2019.11.022
20. Várallyay, G. (2010). The role of soil resilience in sustainable Növénytermelés, 59 (Supplement): 173-176.