Influence of the Forward Speed in the Cutting Forces of a Vibrating Subsoiler
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Resumo
In the present work, it is analyzed the behavior of the cutting forces (draft force and vertical force)of a vibrating subsoiler tilling a silt loam soil (ferralitic), by a soil-tillage interaction simulation model, developed applying the Finite Element Model and using the elastoplastic Drucker-Prager constitutive model and Solid Works design software. The soil parameters and properties required for simulation, the boundary conditions and acting loads were assigned to model and the meshing of the model was realized. Several running of the model were also realized for four forward speeds (0 ms-1; 0, 4 ms-1; 0, 8 ms-1 and 1, 2 ms-1). The results showed the quadratic behavior of both forces with the increasing of forward speed.
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Referências
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.
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, 2013, ISSN: 0167-1987.
DE LA ROSA, A.A.A.; QUINTEROS, A.P.R.; GONZÁLEZ, C.O.; RODRÍGUEZ, M.A.; HERRERA, S.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, e-ISSN: 2071-0054.
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.
GEBREGZIABHER, S.; MOUAZEN, A.M.; VAN BRUSSEL, H.; RAMON, H.; MERESA, F.; VERPLANCKE, H.; NYSSEN, J.; BEHAILU, M.; DECKERS, J.; ALBURQUERQUE, J.A.: “Design of the Ethiopian ard plough using structural analysis validated with finite element analysis”, Biosystems Engineering, 97(1): 27-39, 2007, ISSN: 1537-5110.
GONZÁLEZ, C.O.: Modelación de la compactación provocada por el tráfico de neumáticos, de los vehículos agrícolas, en suelos en condiciones de laboratorio, 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, Mayabeque, Cuba, 100 p., publisher: Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ciencias …, 2011.
GONZÁLEZ, C.O.; HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; LÓPEZ, B.E.: “Modelos constitutivos drucker prager extendido y drucker prager modificado para suelos rhodic ferralsol”, Terra Latinoamericana, 32(4): 283-290, 2014, ISSN: 0187-5779.
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., publisher: Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas. Facultad de Ciencias …, 2006.
HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; GONZÁLEZ, C.O.; LÓPEZ, B.E.: “Propiedades mecánicas de un Rhodic Ferralsol requeridas para la simulación de la interacción suelo implemento de labranza mediante el Método de Elementos Finitos: Parte II Interfase suelo-herramienta”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 17(4): 50-54, 2008a, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.
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, e-ISSN: 2071-0054.
HERRERA, S.M.; IGLESIAS, C.C.E.; JARRE, C.C.; LEÓN, S.Y.; LÓPEZ, B.E.; GONZÁLEZ, C.O.: “Predicción de la resistencia del suelo durante la labranza mediante los modelos de presiones pasivas”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 24(3): 5-12, 2015, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.
HESAR, H.D.; 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.
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, A.A.D.; EL-HADDAD, Z.A.; AFIFY, M.T.: “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, ISSN 1110-041, Disponible en:https://assjm.journals.ekb.eg.
MARÍN, C.L.O.; LEYVA, S.O.; HERRERA, S.M.: “Efecto del modo de vibración y la velocidad de trabajo en la disminución de la resistencia traccional de los órganos escarificadores vibratorios”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 20(3): 57-62, 2011, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.
MARÍN, C.L.O.; GARCÍA DE LA FIGAL, C.A.E.: “Model of Soil-TillageTool Interaction Using Finite Element Method”, Revista Ciencias Técnicas Agropecuarias, 28(4): 40-50, 2019, ISSN: 1010-2760, e-ISSN: 2071-0054.
MOLLAZADE, K.; JAFARI, A.; EBRAHIMI, E.: “Application of dynamical analysis to choose best subsoiler’s shape using ANSYS”, New York Science Journal, 3(3): 93-100, 2010.
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.
ONWUALU, A.P.; WATTS, K.C.: “Draught and vertical forces obtained from dynamic soil cutting by plane tillage tools”, Soil and Tillage Research, 48(4): 239-253, 1998, ISSN: 0167-1987.
PAYNE, P.: “The relationship between the mechanical properties of soil and the performance of simple cultivation implements”, Journal of Agricultural Engineering Research, 1(1): 23-50, 1956.
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, p. 117, 2002, ISBN: 1-892769-82-4.
SOIL SURVEY STAFF: Keys to soil taxonomy, Ed. USDA Natural Resources Conservation Service, Washington, DC, USA, 346 p., 2010.
SOIL SURVEY STAFF: Keys to Soil Taxonomy, Ed. Government Printing Office, USDA Natural Resources Conservation Service ed., Washington, DC, USA, 346 p., 2014, ISBN: 0-16-092321-2.
TOPAKCI, M.; CELIK, H.K.; CANAKCI, M.; RENNIE, A.; AKINCI, I.; KARAYEL, D.: “Deep tillage tool optimization by means of finite element method: Case study for a subsoiler tine”, Journal of Food, Agriculture and Environment, 8(2): 531-536, 2010, ISSN: 1459-0255.
WANG, Y.; OSMAN, A.N.; ZHANG, D.; YANG, L.; CUI, T.; ZHONG, X.: “Optimized design and field experiment of a staggered vibrating subsoiler for conservation tillage”, International Journal of Agricultural and Biological Engineering, 12(1): 59-65, 2019, ISSN: 1934-6352.