Численное моделирование и оптимизация параметров земляного шнека в холмистой местности с использованием программного обеспечения EDEM

Mar 16, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 19526 (2022) Цитировать эту статью

643 доступа

Подробности о метриках

Раскопки в холмистых районах — важная мера по содействию облесению на труднодоступных участках. С учетом условий работы по устройству ямы для рыбной чешуи на склоне в данной работе был исследован шнековый механизм подъема и отбрасывания грунта. В этом исследовании использовалось программное обеспечение EDEM для создания рабочей модели земляного бура и проведения экспериментов по виртуальному моделированию DEM (метод дискретных элементов). Тест на комбинацию квадратичных вращающихся ортогональных центров был реализован путем установки эффективности транспортировки грунта (Y1) и расстояния выброса грунта (Y2) в качестве оценочных показателей. Дисперсионный анализ и оптимизация поверхности отклика были выполнены на виртуальных экспериментальных данных. Результаты показали, что вес факторов, влияющих на Y1 и Y2, был следующим: скорость подачи > угол спирали > скорость вращения > угол наклона и наклон шнека > скорость вращения > скорость подачи > угол спирали. Получено оптимальное сочетание параметров каждого влияющего фактора. Среди них, когда требовалась подготовка склона, оптимальным сочетанием рабочих параметров шнека было: Уклон 26,467°, Угол спирали 21,567°, Скорость подачи 0,1 м/с, Скорость вращения 67,408 об/мин. Это исследование предоставляет теоретические основы для оптимизации конструкции земляного бура в холмистых регионах.

В процессе энергичного продвижения масштабного озеленения земель во всем обществе основная проблема заключается в том, что на данном этапе рельеф осваиваемых лесных массивов сложен, изменения склонов разнообразны, а условия лесоразведения трудны. Уровень механизации лесоразведения очень низкий, что ограничивает скорость масштабного расширения лесоразведения.

Подготовка кавернозной почвы, также известная как рытье ямы, является одним из важнейших звеньев процесса облесения. Он широко используется в процессах производства и эксплуатации лесного хозяйства, таких как посадка деревьев, рыхление почвы и глубокое внесение удобрений1. На данном этапе разработанный земляной бур хорошо адаптируется к равнинным участкам и получил широкую популяризацию2,3. Для холмистых и горных районов со сложным рельефом существующие шнеки имеют проблемы с низкой эффективностью и низким коэффициентом безопасности в процессе применения4.

В регламенте лесоразведения для преодоления неадаптируемости земляных буров и других машин и инструментов к холмистой местности проблема будет решена путем предварительной подготовки ровного уступа на склоне5. Однако работы по подготовке земли являются тяжелыми, и первоначальная форма рельефа серьезно повреждена. С другой стороны, из-за узкого регионального пространства и сложного рельефа крупные машины не могут выполнять подготовку земель. Горизонтальная подготовка земли, очевидно, не самый эффективный способ посадки деревьев6. При посадке деревьев на склоне формирование ям из чешуи является одним из эффективных способов экономии воды и почвы. Пик сбора почвы веерообразной формы после раскопок на склоне имеет ту же форму, что и яма из чешуи, как показано на рис. 1. После формирования формы почвы требуется только ручное армирование7,8. Изучая технологию искусственного формирования ям из чешуи, в этом исследовании изучаются механизированные операции рытья на склоне, которые помогают формировать ямы из чешуи.

Лесной участок для посадки рыбной чешуи.

В 1870-х годах начались исследования механизма земляного бура. Лиан и др. провел ранние исследования и обзор теории конструкции шнека. До сих пор многие эмпирические формулы использовались исследователями в качестве справочной информации9,10. Ученые Макферсонет и др. соответственно исследовали потребляемую мощность и изгибно-крутильную вибрацию буровых долот, что способствовало проектированию и инновациям экскаваторов11,12. В последние годы для решения проблем засорения и чрезмерной засыпки в процессе транспортировки грунта многие эксперты использовали MATLAB, ADAMS, ANSYS и другие программы моделирования для анализа статики и динамики шнека13,14,15. .