Új lehetőségek az erdészeti gépesítés-fejlesztésben

4. ábra: Az y irányú normálfeszültség eloszlása a második kapa munkájának kezdeténA 2015-ös innoLignum Sopron erdészeti és faipari vásár és rendezvénysorozat alkalmával Erdészeti gépesítés-fejlesztés témakörben rendeztek konferenciát, amelyen “Új lehetőségek az erdészeti gépesítés-fejlesztésben” címmel tartott előadást Major Tamás és Horvát Béla a Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Karának Erdészeti-műszaki és Környezettechnikai Intézetétől. Előadásuk anyagát most engedéllyel az Erdő-Mező Online is közzé teszi.

Az innoLignum Sopron kiállításon megrendezett konferencia többi előadása is olvasható az Erdő-Mező Online portálon!
A cikk alján ajánlót és tartalomjegyzéket is talál!

Új lehetőségek az erdészeti gépesítés-fejlesztésben

Major Tamás – Horvát Béla
Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Kar, Erdészeti-műszaki és Környezettechnikai Intézet
E-mail: major@emk.nyme.hu

Kulcsszavak: gépfejlesztés, talajművelés, forgó szerszám, numerikus analízis.

Bevezetés
Magyarország adottságai közt eredményes erdőfelújítást végrehajtani a területek többségén csak megfelelő minőségű talaj-előkészítést követően lehet.
Tuskós területek talajművelésére alapvetően:
− speciális (hátrahajló élű) mélylazítókat;
− pásztakészítő ekéket;
− nehéztárcsákat;
− speciális tárcsalevelű hajtott tárcsákat;
− speciális kialakítású forgó rendszerű pásztakészítőket
alkalmaznak.
Ezekre jellemző, hogy élkialakításuk következtében képesek a tuskókon, köveken való áthaladásra a gép szerkezeti részeinek károsodása nélkül. Ugyanakkor − mind tudományos alapok nélkül − gyakorlati tapasztalatokra építve kifejlesztett szerszámok, ezek elemzése, vizsgálata hiányzik.
Míg korábban a szerszámok elemzése és vizsgálata hosszú időt vett igénybe, ma már a szerszám-talaj kapcsolat modellezésével lehetővé válik a fejlesztés idejének és költségének jelentős csökkentése. A nagyteljesítményű számítógépek gyors fejlődésének és a numerikus eljárásoknak köszönhetően ma már lehetőség van ezen modellezések elvégzésére. A numerikus eljárások, köztük a végeselem-módszer alkalmazása beépült a termék előállításának folyamatába.

Előzmények
Egyetemünkön (az NYME) Mosonmagyaróvári Karán Mouazen (1997) alkalmazott először végeselem módszert talaj-gép kapcsolat modellezésére. Háromdimenziós végeselem analízis alkalmazásával különböző kialakítású előrehajló élű mélylazítókat vizsgált, melynek során meghatározta azt az optimális konstrukciójú eszközt, amely minimális vonóerőt igényel, ugyanakkor jó minőségű talajlazítást végez (1. ábra).

1. ábra: Előrehajló élű mélylazító végeselem analízise

1. ábra: Előrehajló élű mélylazító végeselem analízise

Ezt követően a móváriakkal együttműködve vizsgáltuk az erdészetben használatos hátrahajló élű mélylazítót is. Meghatároztuk a vízszintes és függőleges erőket (2. ábra), ill. talajelmozdulásokat (3. ábra), valamint a feszültségeloszlási mezőket.

2. ábra: A hátrahajló élű mélylazítóra ható erő az elmozdulás függvényében

2. ábra: A hátrahajló élű mélylazítóra ható erő az elmozdulás függvényében

3. ábra: A talaj függőleges irányú elmozdulása 5 cm művelőeszköz elmozdulása után

3. ábra: A talaj függőleges irányú elmozdulása 5 cm művelőeszköz elmozdulása után

Forgó szerszám modellezése
A elmúlt években egy speciális forgó késrendszerű pásztázógép (BPG-600) modellezésére vállalkoztunk. Itt a már jól bevált végeselem analízis nem használható.
A forgó szerszám működése közben (haladó és forgó mozgás együtt) nagy erőhatások, illetve elmozdulások lépnek fel. A végeselem-módszer (VEM) csak kis elmozdulások és erőhatások esetén alkalmazható, ugyanis nagy elmozdulások esetén a végeselem háló folytonossága megszűnik, aminek következtében a szimuláció megakad. Hagyományos VEM módszerrel az anyag szakadásának modellezése gyakorlatilag lehetetlen, ezért VEM-SPH kapcsolt szimulációt alkalmaztunk a talaj-szerszám kapcsolat modellezésére. A szerszámot hagyományos véges elemekből építettük fel, a talajt pedig SPH elemekből.
Az SPH elemeket önálló részecskékként képzeljük el, melyek egymáshoz képest bármekkora mértékben elmozdulhatnak. Egy részecske fizikai tulajdonságai a szomszédok tulajdonságaiból kerülnek kiszámításra egy speciális, általunk választott súlyfüggvény alapján. Az SPH szimulációk nagy előnye, hogy a testek jelentős deformációkon eshetnek át, széttöredezhetnek, egymással elkeveredhetnek, anélkül, hogy ez a futást érdemben veszélyeztetné.
A talaj szilárdsági tulajdonságainak leírására a Drucker-Prager anyagmodellt alkalmaztuk, melynek alapadatai az 1. táblázatban látható.

1. táblázat: A talaj és a talaj - szerszám kapcsolat tulajdonságai

1. táblázat: A talaj és a talaj – szerszám kapcsolat tulajdonságai

A szimulációt különböző haladási sebesség és 58 1/min fordulatszám mellett futtattuk, mely alapján meghatároztuk a vonóerő átlagos és legnagyobb értékét:
− 1 km/h haladási sebességnél: 560 N, illetve 882 N;
− 1,5 km/h haladási sebességnél: 636 N, illetve 992 N.
Meghatároztuk továbbá a feszültség eloszlást a talajban (4. ábra).

4. ábra: Az y irányú normálfeszültség eloszlása a második kapa munkájának kezdetén

4. ábra: Az y irányú normálfeszültség eloszlása a második kapa munkájának kezdetén

A kutatás jövőbeni irányai
Forgó szerszám vizsgálata, modellezése különböző geometriai kialakítás
− különböző íveltségű szerszám,
− különböző élezési szög,
− más lazítószárny kialakítás
mellett, mely alapján meghatározható egy olyan optimális konstrukciójú forgó késrendszerű szerszám, amely minimális vonóerőt igényel, és jó minőségű talajlazítást végez.
Két párhuzamosan működő szerszám vizsgálata, a szerszámok közti optimális távolság meghatározásához.
A forgó késrendszerű talajművelő gépek optimális haladási sebességének és fordulatszámának meghatározása.
Szükséges lenne továbbá a numerikus analízist más talajművelő szerszámok vizsgálatára is kiterjeszteni.

Irodalom
BÁNHÁZI J. SZERK. (1984): A szántóföldi munkagépek működésének elméleti alapjai. Mezőgazdasági Kiadó, Budapest.
BOJTÁR I. (1988): Mechanikai anyagmodellek. Tankönyvkiadó, Budapest.
ÉGERT J. – PERE B. (2011): Végeselem analízis. MSC jegyzet és példatár. UNIVERSITAS-GYŐR Nonprofit Kft, Győr.
MONAGHAN, J. J. (1988): An introduction to SPH. Computer Physics Communications. 48:89-96.
MOUAZEN, A. M. (1997): Modelling the interaction between the soil and tillage tools. Candidate of Science (Doctor of Philosophy, Ph.D.) Mosonmagyaróvár.
MOUAZEN, A. M. – NEMÉNYI, M. (1995): Modeling the interaction between the soil and simple tillage tool. Hungarian Agricultural Engineering 8:67-70.
MOUAZEN, A. M. – NEMÉNYI, M. – HORVÁTH, B. (1998): Investigation of Forestry deep subsoiling by the finite element method. Hungarian Agricultural Engineering. 11:47-49.
PÁCZELT I. (1993): A végeselem-módszer alapjai. Miskolci Egyetemi Könyvkiadó, Miskolc.
RÁZSÓ I. SZERK. (1958): Mezőgazdasági gépek elmélete. Tankönyvkiadó, Budapest.
SITKEI GY. (1986): Mezőgazdasági és erdészeti járművek modellezése. Akadémiai Kiadó. Budapest.

A következő napokban az alábbi előadás-anyagokat is olvashatja portálunkon:
Erdészeti gépek korszerű erőforrásai >>>
Energetikai faültetvények gépesítési gyakorlata >>>
Erdészeti kihordókeret fejlesztése >>>
Új lehetőségek az erdészeti gépesítés-fejlesztésben –—————
Többműveletes fakitermelő gépek és a térinformatika kapcsolata – Várható közzététel: 2015. szeptember 15.

Rövid tudósítás a konferenciáról >>>

A konferenciakiadvány ingyenesen elérhető a Nyugat-magyarországi Egyetem Erdőmérnöki Karának Erdészeti-műszaki és Környezettechnikai Intézetében.

(Erdő-Mező Online – www.erdo-mezo.hu)

erdomezolike

Hozzászólások

hozzászólás

Vélemény, hozzászólás?