Optimización de desgaste de hoja rotativa y resistencia de labranza basada en el modelo de acoplamiento DEM-MBD
Autores: Mao, Zhiqiang; Zhang, Yang; Zhang, Keping; Wang, Jiuxin; Yang, Junqian; Zheng, Xiaobao; Chen, Shuaikang; Yang, Zhongqing; Luo, Biao
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2025
Acceso abierto
Artículo científico
Categoría
Ciencias Agrícolas y Biológicas
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 7
Citaciones: Sin citaciones
Para resolver los problemas de alta resistencia al laboreo y el desgaste rápido de la cuchilla rotativa durante el laboreo, este estudio empleó un algoritmo acoplado del método de elementos discretos (DEM) y dinámica de múltiples cuerpos (MBD) con la teoría de contacto de partículas de Hertz-Mindlin con JKR para establecer un modelo de cuchilla rotativa-suelo arenoso. Se analizó la interacción entre la cuchilla rotativa y el suelo arenoso. Los resultados indicaron que las resistencias lateral y horizontal de la cuchilla rotativa alcanzaron los valores máximos cerca de la profundidad máxima de labranza, mientras que la resistencia vertical alcanzó su pico antes. El desgaste de la cuchilla ocurrió predominantemente en el borde de corte lateral, el borde de la zona de flexión y el borde lateral, con el desgaste más significativo observado en el borde lateral, seguido por el borde de la zona de flexión y el borde de corte lateral, que mostraron patrones de desgaste similares. Para reducir el desgaste y la resistencia al laboreo, se aplicó una optimización de Box-Behnken para optimizar los parámetros locales de la cuchilla. Los parámetros óptimos: la altura de la cara final del borde tangente era de 51 mm, el radio de flexión era de 28 mm y el ángulo de flexión era de 116 grados, redujeron el desgaste en un 22.4% y la resistencia al laboreo en un 12%. Un análisis de perturbación del suelo demostró que la cuchilla optimizada tiene un mejor rendimiento en términos de ancho de laboreo en comparación con la cuchilla no optimizada. La cuchilla rotativa optimizada logra los efectos de reducir la resistencia y el desgaste, mejora la vida útil de la cuchilla, reduce la pérdida de material y cumple con los requisitos de la producción agrícola sostenible.
Descripción
Para resolver los problemas de alta resistencia al laboreo y el desgaste rápido de la cuchilla rotativa durante el laboreo, este estudio empleó un algoritmo acoplado del método de elementos discretos (DEM) y dinámica de múltiples cuerpos (MBD) con la teoría de contacto de partículas de Hertz-Mindlin con JKR para establecer un modelo de cuchilla rotativa-suelo arenoso. Se analizó la interacción entre la cuchilla rotativa y el suelo arenoso. Los resultados indicaron que las resistencias lateral y horizontal de la cuchilla rotativa alcanzaron los valores máximos cerca de la profundidad máxima de labranza, mientras que la resistencia vertical alcanzó su pico antes. El desgaste de la cuchilla ocurrió predominantemente en el borde de corte lateral, el borde de la zona de flexión y el borde lateral, con el desgaste más significativo observado en el borde lateral, seguido por el borde de la zona de flexión y el borde de corte lateral, que mostraron patrones de desgaste similares. Para reducir el desgaste y la resistencia al laboreo, se aplicó una optimización de Box-Behnken para optimizar los parámetros locales de la cuchilla. Los parámetros óptimos: la altura de la cara final del borde tangente era de 51 mm, el radio de flexión era de 28 mm y el ángulo de flexión era de 116 grados, redujeron el desgaste en un 22.4% y la resistencia al laboreo en un 12%. Un análisis de perturbación del suelo demostró que la cuchilla optimizada tiene un mejor rendimiento en términos de ancho de laboreo en comparación con la cuchilla no optimizada. La cuchilla rotativa optimizada logra los efectos de reducir la resistencia y el desgaste, mejora la vida útil de la cuchilla, reduce la pérdida de material y cumple con los requisitos de la producción agrícola sostenible.