Simulação numérica e otimização de parâmetros de trado de terra em área montanhosa usando o software EDEM

Mar 16, 2023

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 19526 (2022) Citar este artigo

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Detalhes das métricas

Escavar em regiões montanhosas é uma medida importante para promover o reflorestamento em locais difíceis. Tendo em vista as condições de trabalho para a construção de escamas de peixe em talude, o mecanismo trado de levantamento e lançamento de solo foi investigado neste estudo. Este estudo utilizou o software EDEM para estabelecer o modelo de operação do trado de terra e conduzir experimentos de simulação virtual DEM (Método do Elemento Discreto). Um teste de combinação de centros ortogonais de rotação quadrática foi implementado definindo a eficiência do solo transportador (Y1) e a distância do solo lançador (Y2) como os índices de avaliação. Análise de variância e otimização da superfície de resposta foram realizadas nos dados experimentais virtuais. Os resultados indicaram que o peso dos fatores que afetam Y1 e Y2 foram velocidade de alimentação > ângulo de hélice > velocidade de rotação > ângulo de inclinação e trado de inclinação > velocidade de rotação > velocidade de alimentação > ângulo de hélice. A combinação ótima de parâmetros de cada fator de influência foi obtida. Entre eles, quando a preparação da inclinação foi necessária, a combinação ideal de parâmetros operacionais do trado foi: Inclinação de 26,467°, Ângulo de hélice de 21,567°, Velocidade de alimentação de 0,1 m/s, Velocidade de rotação de 67,408 r/min. Esta pesquisa fornece referências teóricas para a otimização do projeto do trado de terra em regiões montanhosas.

No processo de promoção vigorosa do esverdeamento em larga escala em toda a sociedade, o principal problema é que, nesta fase, o terreno das áreas florestais a serem desenvolvidas é complexo, as mudanças de declive são diversas e as condições de florestação são difíceis. O nível de mecanização da arborização é muito baixo, o que limitou a velocidade de expansão da escala da arborização.

O preparo cavernoso do solo, também conhecido como escavação, é um dos elos essenciais no processo de arborização. É amplamente utilizado nos processos de produção e operação florestal, como plantio de árvores, solo solto e fertilização profunda1. Nesta fase, o trado de terra desenvolvido tem boa adaptabilidade em áreas planas e tem sido amplamente popularizado2,3. Para áreas acidentadas e montanhosas com terreno complexo, as brocas existentes apresentam problemas de baixa eficiência e baixo fator de segurança no processo de aplicação4.

Nos regulamentos de operação de florestamento, a fim de superar a capacidade de inadaptação do trado de terra e outras máquinas e ferramentas para regiões montanhosas, isso seria resolvido realizando a preparação prévia do terreno em bancada de nível na encosta5. No entanto, o trabalho de preparação do terreno é pesado e o relevo original está seriamente danificado. Por outro lado, devido ao estreito espaço regional e ao terreno complexo, máquinas de grande porte não conseguem realizar o preparo do terreno. A preparação horizontal da terra obviamente não é a forma mais eficiente para o plantio de árvores6. Quando o plantio de árvores ocorre na encosta, a formação de fossas escamosas é uma das formas eficazes de conservar a água e o solo. O pico de coleta de solo em forma de leque após a escavação no talude tem o mesmo formato da fossa escama de peixe, conforme mostrado na Fig. 1. Após a conformação do solo, necessita apenas do reforço manual7,8. Ao investigar a tecnologia de formação artificial de poços de escamas de peixe, este estudo explora a operação de escavação mecanizada na encosta para fornecer ajuda para moldar poços de escamas de peixes.

Local de plantação tipo cova de escama de peixe.

Na década de 1870, começaram as pesquisas sobre o mecanismo do trado de terra. Lian et ai. conduziu uma pesquisa inicial e um resumo sobre a teoria do design do trado. Até o momento, muitas fórmulas empíricas têm sido utilizadas como referência para pesquisadores9,10. Os estudiosos, Macphersonet et al., investigaram respectivamente o consumo de energia de operação e a vibração flexo-torcional de brocas, que contribuíram para o projeto e inovação de escavadeiras11,12. Nos últimos anos, para resolver os problemas de bloqueio e taxa excessiva de aterro no processo de transporte do solo, muitos especialistas usaram MATLAB, ADAMS, ANSYS e outros softwares de análise de simulação para analisar a estática e a dinâmica do trado13,14,15 .