Simulación de la labranza sin inversión del suelo empleando el método de los elementos discretos
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Resumen
En el presente trabajo se desarrolla un modelo de simulación por el método de los elementos discretos (DEM) para la labranza sin inversión del prisma con un apero tipo paratill. El bloque virtual de suelo se conformó con macro-partículas que responden a la geometría simplificada de los fragmentos del suelo con atributos y propiedades físico-mecánicas de un suelo cohesivo del tipo vertisol. Para el modelo virtual del apero se realizó el diseño y estudio resistivo del paratill mediante el método de elementos finitos (FEM). La simulación de la interacción del apero y el bloque de suelo permitió determinar los patrones de movimiento y velocidad de las partículas, así como la magnitud de la fuerza de tiro. Los resultados mostraron que el diseño del apero cumple con las exigencias tensionales que le permiten soportar sin deformaciones permanentes la actividad de labranza. Por su parte la dinámica del proceso de labranza permitió establecer la posición final de las partículas, así como las presiones específicas entre ellas y con el apero. Finalmente se obtuvo el valor promedio de la fuerza tiro mediante la simulación, estando en correspondencia con la cohesión del suelo y el diseño del paratill. La validación analítica, mediante las ecuaciones de la mecánica clásica, mostraron adecuados resultados de la fuerza de tiro.
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Citas
ABDELDAYEM, M. A.; TEKESTE, M. Z.: "Simulation of cohesive-frictional artificial soil-to-blade interactions using an elasto-plastic discrete element model with stress-dependent cohesion", Journal of Terramechanics, vol. 117 (1): 2025. ISSN:0022-4898.
MARÍN-CABRERA, L. O.; GARCÍA DE LA FIGAL, C. A. E.; MARTÍNEZ, R, A.: "Draft Force Prediction of Narrow Tillage Tool Using the Finite Element Method", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 31 (3): 2022. ISSN:2071-0054.
HE, D.; LI, H.; HE, J.; LU, C.; WANG, C.; WANG, Y, et al. GAO, Z.: "Research on vibration characteristics of no-tillage seeding unit based on the MBD-DEM coupling", Computers and Electronics in Agriculture, vol. 230 (1): 2025. ISSN:0168-1699.
KIM, Y.-S.; LEE, S.-D.; BAEK, S.-M.; BAEK, S.-Y.; JEON, H.-H.; LEE, J.-H., et al. SIM, T.: "Development of DEM-MBD coupling model for draft force prediction of agricultural tractor with plowing depth", Computers and Electronics in Agriculture, vol. 202 (1): 2022. ISSN:0168-1699.
KIM, Y.-S.;. SIDDIQUE, M. A. A; KIM, W.-S.; KIM, Y.-J.; LEE, S.-D.; LEE, D.-K., et al. LIM, R.-G.: "DEM simulation for draft force prediction of moldboard plow according to the tillage depth in cohesive soil", Computers and Electronics in Agriculture, vol. 189 (1): 2021. ISSN:0168-1699.
KUŘE, J.;. LINDA, M; CHOTĚBORSKÝ, R.; ČERNILOVÁ, B.; HROMASOVÁ, M.: "DEM modelling of tillage tools in sand and verification of draft forces in the soil box", Agronomy Research vol. 19 (4): 2021. ISSN:2228-4907.
LIEBHARD, G.; KLIK, A.; NEUGSCHWANDTNER, R. W.; NOLZ, R.: "Effects of tillage systems on soil water distribution, crop development, and evaporation and transpiration rates of soybean", Agricultural Water Management, vol. 269 (1): 2022. ISSN:0378-3774.
MARÍN-CABRERA, L. O.; GARCÍA DE LA FIGAL-COSTALES, A. E.; MARTÍNEZ-RODRÍGUEZ, A.: "Predicción de Fuerza Traccional de herramienta de labranza estrecha mediante el Método de Elementos Finitos", Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, vol. 31 (3): 2022. ISSN:2071-0054.
OBERMAYR, M.; DRESSLER, K.; VRETTO, C. S.; EBERHARD, P.: "Prediction of draft forces in cohesionless soil with the Discrete Element Method", Journal of Terramechanics, vol. 48 (3): 47-58, 2011. ISSN:0022-4898.
PATIDAR, P.; SONI, P.; JAIN, A.; MAHORE, V.: "Modelling soil-rotor blade interaction of vertical axis rotary tiller using discrete element method (DEM)", Journal of Terramechanics, vol. 112 (1): 59-68, 2024. ISSN:0022-4898.
PERUMPRAL, J. V.; GRISSO, R. D.; DESAI, C. S.: "A soil-tool model based on limit equilibrium analysis", Transactions of the ASABE, vol. 26 (4): 991-996, 1983. ISSN:2151-0040.
SEDARA, A. M.; ABDELDAYEM, M. A.; DE FREITAS, F. P. G.; MEHARI, T. Z.: "Optimization of subsoiler design using similitude-based DEM simulation and soil bin testing on cohesive-frictional artificial soil", Journal of Terramechanics, vol. 117 (1): 2025. ISSN:0022-4898.
SUN, J.; WANG, Y.; MA, Y.; TONG, J.; ZHANG, Z.: "DEM simulation of bionic subsoilers (tillage depth >40 cm) with drag reduction and lower soil disturbance characteristics", Advances in Engineering Software, vol. 119 (1): 30-37, 2018. ISSN:09659978.
TAN, H.; SHEN, C.; MA, J.; WU, C.; XU, L.; MA, S.: "The reduction of energy consumption and soil disturbance mechanisms in trenching using biomimetic blades", Computers and Electronics in Agriculture, vol. 230 (1): 2025. ISSN:0168-1699.
TOPA, D.; CARA, I. G.; JITĂREANU, G.: "Long term impact of different tillage systems on carbon pools and stocks, soil bulk density, aggregation and nutrients: A field meta-analysis", Catena, vol. 199 (1): 2021. ISSN:0341-8162.
ZEIN EL-DIN, A. M.; YOUSSEF-TAHA, R. M.; ABDEL-HAMIED, R. G.: "Mathematical models for predicating draft forces of tillage tools: A Review", Journal of the Advances in Agricultural Researches, vol. 26 (2): 48-52, 2021. ISSN:1110-5585.
ZENG, Z.; THOMS, D.; CHEN, Y. MA, X.: "Comparison of soil and corn residue cutting performance of different discs used for vertical tillage", Scientific Reports, vol. 11 (1): 2021. ISSN:2045-2322.
ZHANG, C.; XU, J.; ZHENG, Z.; WANG, W.; LIU, L.; CHEN, L.: "Three-dimensional DEM tillage simulation: Validation of a suitable contact model for a sweep tool operating in cohesion and adhesion soil", Journal of Terramechanics, vol. 108 (1): 59-67, 2023a. ISSN:0022-4898.
ZHANG, J.; XIA, M.; CHEN, W.; YUAN, D.; WU, C.; ZHU, J.: "Simulation analysis and experiments for blade-soil-straw interaction under deep ploughing based on the discrete element method", Agriculture, vol. 13 (1): 136, 2023b. ISSN:2077-0472.