A talaj-kultivátorszerszám kölcsönhatás laboratóriumi vizsgálata és diszkrételemes szimulációja
A talaj-kultivátorszerszám kölcsönhatás laboratóriumi vizsgálata és diszkrételemes szimulációja
Oláh Zsófia BSc III. évf., Rácz-Szabó Lilla BSc III. évf.
email: rszlilla@gmail.com
Konzulens: Dr. Tamás Kornél, Gép- és Terméktervezés Tanszék
e-mail: tamas.kornel@gt3.bme.hu
A világ népességének élelmiszerrel való ellátása a talajművelés folyamatos fejlesztésének igényét vonja maga után. Az évezredek során az emberiség különböző talajművelő módszereket és technológiákat fejlesztett ki, a növénytermesztés hatékonyságságának növelése és az energiafelhasználás csökkentése érdekében. Alapvetően a talajművelés folyamatát felbonthatjuk elsődleges és másodlagos folyamatokra. Az elsődleges talajművelés általában az alapozást szolgálja, célja a talaj megforgatása, lazítása nagyobb munkamélységben. A másodlagos talajművelés a felszíni réteg előkészítését valósítja meg, legtöbbször a megfelelő vetőágy létrehozására, a talajt megkötő növényi szárak elvágásával és a talaj megfelelő szerkezetének létrehozásával.
A számítógépes technológia fejlődésével egyre inkább elterjedt a valós fizikai jelenségeket nagy pontossággal modellezni képes numerikus szimulációs szoftverek alkalmazása. Így a számítási idő lecsökkentése lehetővé tette a talaj-kultivátorszerszám kölcsönhatásának behatóbb vizsgálatát. A talaj-szerszám kapcsolatát korábban pusztán kísérletezés útján és analitikus módszerekkel elemezték, csupán a vontatási ellenállás megbecslésére voltak alkalmazhatók. A legkorszerűbb numerikus modellek már nemcsak az egyszerű szerszámra ható erők becslésére alkalmasak, hanem a talaj keveredésének a vizsgálatát is lehetővé teszik. Továbbá alkalmazásuk lehetőséget ad például a különböző szerszámgeometriák, talajnedvesség tartalmak, beállított munka mélységek alapján számítógépes szimulációs vizsgálatokra a munkaminőség, illetve az erőhatások együttes elemezhetőségével.
A kutatási témánk középpontjában a talaj-kultivátorszerszám kapcsolat vizsgálata állt: a célunk egy laboratóriumi talajvályús kísérlet végrehajtásával párhuzamosan egy háromdimenziós diszkrét-elemes modell (DEM) megalkotása volt. Három különböző szélességű (100 mm, 230 mm, 300 mm), különböző kialakítású kultivátor kapát használtunk fel a talajvályús mérések során, amelyet különböző nedvesség tartalmú homoktalajon, különböző sebességek mellett hajtottunk végre 0,15 m munkamélységben. A szerszámok modelljeit azok szimulációban történő beillesztéséhez 3D scannerrel hoztuk létre a megfelelő pontosság és alakhűség szem előtt tartásával.
A DEM modellt a YADE nyílt forráskódú programban hoztuk létre. Első lépésben egy kalibrálási folyamatot végeztünk el az energiadisszipáció szimulációjához leginkább alkalmas szemcsegeometria megkereséséhez, majd ezt követően további futtatásokat alkalmaztunk a laboratóriumi talajvályús mérések validációihoz. A kísérleti és szimulációs eredmények összehasonlításával a talaj-kultivátorszerszám DEM modelljét tökéletesíthettük, végül pedig a szemcsék közötti súrlódásos-kohéziós (CohFrictMat) kötési modell beállítási paramétereit validáltuk.
Irodalom:
1. McKyes, Edward: Soil cutting and tillage, Elsevier, Amsterdam, Oxford, New York, Tokyo (1985)
2. Lisowski,A., Klonowski, J., Green, O., Swietochowski, A., Sypula, M., Struzyk, A., Nowakowski, T., Chlebowski, J., Kaminski, J., Kostyra, K., Mieszkalski, L., Lauryn, D., Margielski, J. et al.: Duckfoot tools connected with flexible and stiff tines: Three components of resistances and soil disturbance, Soil & Tillage Research 158, 76-90 (2016)
3. Gürsoy, S., Chen, Y., & Li, B. (2017). Measurement and modelling of soil displacement from sweeps with different cutting widths. Biosystems Engineering, 161, 1-13.
szerzők
-
Oláh Zsófia
Ipari termék- és formatervezői alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc) -
Rácz-Szabó Lilla
Ipari termék- és formatervezői alapszak (BSc)
alapképzés (BA/BSc)
konzulens
-
Dr. Tamás Kornél
egyetemi docens, Gép- és Terméktervezés Tanszék
