Influencia del ángulo de ataque del brazo de un subsolador vibratorio en las fuerzas de corte y la falla del suelo
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Resumen
En el presente trabajo se analiza la influencia del ángulo de ataque del brazo de un subsolador vibratorio en las fuerzas de corte, así como el comportamiento de la falla del suelo a diferentes ángulos de ataque, labrando un suelo arcilloso limoso (ferralítico), mediante un modelo de simulación de la interacción suelo-herramienta de labranza, el cual fue desarrollado aplicando el Método de Elementos Finitos y la forma lineal del modelo constitutivo elastoplástico de Drucker-Prager. Para la modelación del mismo fue utilizado el software de diseño Solid Works. Se asignaron al modelo las propiedades y parámetros del suelo requeridos para la simulación, se aplicaron las condiciones de frontera y cargas actuantes, así como la discretización del mismo. Fueron realizadas, además, las corridas del modelo de simulación para tres valores distintos del ángulo de ataque (15°; 25° y 35°). Los resultados mostraron el comportamiento cuadrático de la fuerza de tracción con el aumento del ángulo de ataque del brazo del subsolador.
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Citas
ABBASPOUR, F.M.; HOSEINI, S.A.; AGHKHANI, M.; SHARIFI, A.: “The behavior of tillage tools with acute and obtuse lift angles”, Spanish journal of agricultural research, 12(1): 44-51, 2014, ISSN: 2171-9292.
ABO, E.M.; HAMILTON, R.; BOYLE, J.: “Simulation of soil–blade interaction for sandy soil using advanced 3D finite element analysis”, Soil and Tillage Research, 75(1): 61-73, 2004, ISSN: 0167-1987.
ABO, E.M.; HAMILTON, R.; BOYLE, J.T.: “3D Dynamic analysis of soil–tool interaction using the finite element method”, Journal of Terramechanics, 40(1): 51-62, 2003, ISSN: 0022-4898.
ABU, H.N.H.; REEDER, R.C.: “A nonlinear 3D finite element analysis of the soil forces acting on a disc plow”, Soil & Tillage Research, (74): 115-124, 2003, ISSN: 0167-1987.
AREFI, M.; KARPARVARFARD, S.H.; AZIMI, N.H.; NADERI, B.M.: “Draught force prediction from soil relative density and relative water content for a non-winged chisel blade using finite element modelling”, Journal of Terramechanics, 100: 73-80, 2022, ISSN: 0022-4898, DOI: https://doi.org/10.1016/j.jterra.2022.01.001.
ARMIN, A.; FOTOUHI, R.; SZYSZKOWSKI, W.: “3D Finite Element Analysis for Mechanics of Soil-Tool Interaction”, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Mechanical, Aerospace, Industrial, Mechatronic and Manufacturing Engineering, 9(5): 843-848, 2015.
BENTAHER, H.; IBRAHMI, A.; HAMZA, E.; HBAIEB, M.; KANTCHEV, G.; MAALEJ, A.; ARNOLD, W.: “Finite element simulation of moldboard–soil interaction”, Soil and Tillage Research, 134: 11-16, 2013a, ISSN: 0167-1987.
BENTAHER, H.; IBRAHMI, A.; HAMZA, E.; HBAIEB, M.; KANTCHEV, G.; MAALEJ, A.; ARNOLD, W.: “Finite element simulation of moldboard–soil interaction”, Soil and Tillage Research, 134: 11-16, 2013b, ISSN: 0167-1987.
DE LA ROSA, A.A.A.; QUINTEROS, P.R.; GONZÁLEZ, C.O.; RODRÍGUEZ, A.M.; SUÁREZ, H.M.: “Adjustment of the plastic parameters of the Extended Drucker Prager model for the simulation of the mechanical response of a clayey soil (Vertisol)”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 25(3): 4-12, 2016, ISSN: 1010-2760.
DEHGHAN, H.H.; KALANTARI, D.: “Design a biomimetic disc using geometric features of the claws”, Agricultural Engineering International: CIGR Journal, 18(1): 103-109, 2016, ISSN: 1682-1130.
DRUCKER, D.C.; PRAGER, W.: “Soil mechanics and plastic analysis or limit design”, Quarterly of applied mathematics, 10(2): 157-165, 1952, ISSN: 0033-569X.
FAO- UNESCO: Soil map of the world, reviewed legend, Ed. FAO, Report 80, Roma. Italia, Roma. Italia, 1988.
GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.E.: Maquinaria Agrícola II. Apuntes de clases. Tema I. Teoría y cálculo de órganos de preparación de suelos. 1.1. Principales propiedades físico-mecánicas (tecnológicas) de suelos, Ed. UNAH, Universidad Agraria de La Habana, Centro de Mecanización Agropecuaria, 2022.
HE, C.; YOU, Y.; WANG, D.; WANG, G.; LU, D.; KAJI, J.M.T.: “The effect of tine geometry during vertical movement on soil penetration resistance using finite element analysis”, Computers and Electronics in Agriculture, 130: 97-108, 2016, ISSN: 0168-1699.
HERNÁNDEZ, J.A.; PÉREZ, J.J.M.; MESA, N.Á.; BOSCH, I.D.; RIVERO, L.; CAMACHO, E.: Nueva versión de la clasificación genética de los suelos de Cuba., Ed. AGRINFOR, Barcaz L L ed., vol. I, La Habana, Cuba, 64 p., 1999, ISBN: 959-246-022-1.
HERRERA, S.M.: Simulación del comportamiento mecánico de los suelos ferralíticos rojos mediante el método de elementos finitos, Universidad Agraria de La Habana, Centro de Mecanización Agropecuaria, Tesis (en opción al grado científico de Doctor en Técnicas Agropecuarias), San José de las Lajas, La Habana, Cuba, 109 p., 2006.
HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; GONZÁLEZ, C.O.; LÓPEZ, B.E.; SÁNCHEZ, I.A.: “Propiedades mecánicas de un Rhodic Ferralsol requeridas para la simulación de la interacción suelo implemento de labranza mediante el Método de Elementos Finitos: Parte I”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17(3): 31-38, 2008a, ISSN: 1010-2760.
HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; GONZÁLEZ, C.O.; LÓPEZ, B.E.; SÁNCHEZ, I.A.: “Propiedades mecánicas de un Rhodic Ferralsol requeridas para la simulación de la interacción suelo implemento de labranza mediante el Método de Elementos Finitos: Parte I”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17(3): 31-38, 2008b, ISSN: 1010-2760.
IBRAHMI, A.; BENTAHER, H.; HAMZA, E.; MAALEJ, A.; MOUAZEN, A.M.: “3D finite element simulation of the effect of mouldboard plough’s design on both the energy consumption and the tillage quality”, The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 90(1): 473-487, 2017, ISSN: 1433-3015.
IBRAHMI, A.; BENTAHER, H.; HBAIEB, M.; MAALEJ, A.; MOUAZEN, A.M.: “Study the effect of tool geometry and operational conditions on mouldboard plough forces and energy requirement: Part 1. Finite element simulation”, Computers and Electronics in Agriculture, 117: 258-267, 2015, ISSN: 0168-1699.
LAMIA, D.A.: “Modeling the effect of soil-tool interaction on draft force using visual basic”, Annals of Agricultural Science, Moshtohor, 58(2): 223-232, 2020, ISSN: 1110-0419.
LI, X.Y.; ELBASHIR, M.H.; ZHAO, Z.; HEBEIL, E.A.: “Comparative finite element analysis of the effects of tillage tool geometry on soil disturbance and reaction forces”, Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology, 7(15): 3145-3149, 2014, ISSN: 2040-7467.
MESELHY, A.: “Effect of Tillage Depth Division and Vibration on Subsoiler Performance”, Plant Archives, 20(2): 3548-3567, 2020, ISSN: 2581-6063 (online), ISSN: 0972-5210.
NADERI, B.M.; ALIMARDANI, R.; HEMMAT, A.; SHARIFI, A.; KEYHANI, A.; TEKESTE, M.Z.; KELLER, T.: “3D finite element simulation of a single-tip horizontal penetrometer–soil interaction. Part I: Development of the model and evaluation of the model parameters”, Soil and Tillage Research, 134: 153-162, 2013, ISSN: 0167-1987.
ODEY, S.; OKON, O.: “Measurement of tillage forces and soil disturbance of subsoilers”, World Journal of Engineering Research and Technology, 5(2): 131-147, 2019, ISSN: 2454-695X.
ODEY, S.O.; OVAT, F.A.; OKON, O.O.: “Draughts, Power Requirements and Soil Disruption of Subsoilers”, World Journal of Engineering Research and Technology, 6(9): 17-39, 2018, ISSN: 2349-4395 (Print) & ISSN 2349-4409 (Online).
ROSA, U.; WULFSOHN, D.: “Application of the finite element method in agricultural soil mechanics”, En: Advances in Soil Dynamics Volume 2, Ed. American Society of Agricultural and Biological Engineers, vol. 2, p. 117, publisher: American Society of Agricultural and Biological Engineers, 2002, ISBN: 1-892769-82-4.
SOIL SURVEY STAFF: Keys to soil taxonomy, Ed. Government Printing Office, USDA Natural Resources Conservation Service, Washington, DC, USA, 12 th Edition. Natural Resources Conservation Service, United States Department of Agriculture, Washington, DC ed., Washington, DC., USA, 346 p., 2014, ISBN: 0-16-085427-X.
TAGAR, A.; CHANGYING, J.; ADAMOWSKI, J.; MALARD, J.; QI, C.S.; QISHUO, D.; ABBASI, N.: “Finite element simulation of soil failure patterns under soil bin and field testing conditions”, Soil and Tillage Research, 145: 157-170, 2015, ISSN: 0167-1987.
TOPAKCI, M.; CELIK, H.K.; CANAKCI, M.; RENNIE, A.E.; AKINCI, I.; KARAYEL, D.: “Deep tillage tool optimization by means of finite element method: Case study for a subsoiler tine”, Journal of Food, Agriculture & Environment, 8(2): 531-536, 2010.
ZHU, L.; ZHANG, J.W.; CHEN, P.; WU, Q.M.; WEI, M.; YIN, C.L.; LI, G.L.: “Flowing interaction between cutting edge of ploughbreast with soil in shifting tillage operations”, Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 14(1): 1404-1415, 2020, ISSN: 1994-2060.