Чисельне моделювання процесу роботи ґрунтообробного модуля для передпосівного обробітку ґрунту

Abstract

Для аналізу нових конструкцій ґрунтообробного модуля і дослідження їх взаємодії із ґрунтом використано метод дискретних елементів (Discrete Element Method) у програмному пакеті Simcenter STAR-CCM+. У результаті чисельного моделювання процесу взаємодії різних конструкцій ґрунтообробних модулів (2 барабана + леміш, 1 барабан, 1 барабан + леміш, 1 барабан + леміш + кожух, 1 барабан + леміш + кожух + очисник) для передпосівного обробітку із ґрунтом отримано візуалізацію скалярної сцени і гістограми розподілу агрегатів за їх діаметром і глибиною розміщення. В якості базової (контрольної) конструкції обрано двобарабанний-лемішний сепаратор (конструкція Шевченка І. А., Крижачківського Р. М., Ковязина О. С. і Трачова В. В.), чисельне моделювання якого дозволило встановити, що після обробки у шарі 0–4 см вміст фракції розміром 10–20 мм складав 64,8 ± 0,3 %, а фракції 20–30 мм – 24,5 ± 0,3 % (загально – 89,3 ± 0,3 %), у шарі 4–8 см вміст фракції розміром 0–10 мм складав 76,3 ± 0,3 %. Отримані дані підтверджуються експериментом Шевченка І. А., що свідчить про адекватність створеної чисельної моделі в Simcenter STAR-CCM+ і правильності прийняття фізико-механічних властивостей ґрунтового середовища. За результатами чисельного моделювання встановлено, що найбільш ефективною є конструкція, яка містить 1 барабан, леміш, кожух і очисник, так як вона виконує операцію сепарації і перерозподілу агрегатів ґрунту практично із такою ж самою ефективністю, як і базова (контрольна) конструкція. Про це свідчать значення вмісту фракції розміром 10–30 мм у шарі 0–4 см – 87,8 ± 0,3 % і вмісту фракції розміром 0–10 мм у шарі 4–8 см – 83,5 ± 0,3 %. - The Discrete Element Method in the Simcenter STAR-CCM+ software package was used to analyze the new designs of the tillage module and study their interaction with the soil. As a result of numerical simulation of the process of interaction of various designs of tillage modules (2 drums + plowshare, 1 drum, 1 drum + plowshare, 1 drum + plowshare + casing, 1 drum + plowshare + casing + cleaner) for pre-sowing cultivation with the soil, a visualization of the scalar scene was obtained and histograms of the distribution of aggregates by their diameter and placement depth. As a basic (control) design, a two-drum-plow separator was chosen (design by I. A. Shevchenko, R. M. Kryzhachkivskyi, O. S. Kovyazyn and V. V. Trachova), numerical modeling of which made it possible to establish that after processing in the layer 0–4 cm, the content of the 10–20 mm fraction was 64.8 ± 0.3%, and the 20–30 mm fraction was 24.5 ± 0.3% (total – 89.3 ± 0.3%), in in layers 4–8 cm, the content of the 0–10 mm fraction was 76.3 ± 0.3%. The obtained data are confirmed by the experiment of I. A. Shevchenko, which testifies to the adequacy of the created numerical model in Simcenter STAR-CCM+ and the correctness of accepting the physical and mechanical properties of the soil environment. According to the results of numerical modeling, it was established that the most effective design is the one that contains 1 drum, ploughshare, casing and cleaner, as it performs the operation of separation and redistribution of soil aggregates with almost the same efficiency as the basic (control) design. This is evidenced by the content of the 10–30 mm fraction in the 0–4 cm layer – 87.8 ± 0.3% and the content of the 0–10 mm fraction in the 4–8 cm layer – 83.5 ± 0.3%.