ارزیابی اثر سرعت پیشروی و بار عمودی چرخ بر پارامترهای معادله تغییر شکل خاک و انرژی تغییر شکل در انباره خاک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، واحد بناب، دانشگاه آزاد اسلامی، بناب، ایران

2 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه ارومیه، ارومیه، ایران

چکیده

پارامترهای مکانیکی خاک طی چند دیدگاه مختلف برای توصیف رفتار مکانیکی خاک در برابر بارهای دینامیکی تدوین شده است و معادله بکر یکی از متداول­ترین این روش­ها است. در این مطالعه تاثیر سرعت تغییر شکل خاک و همچنین بار روی چرخ بر پارامترهای سه­گانه معادله تغییر شکل خاک و همچنین انرژی هدر­رفته برای تغییر شکل خاک بررسی شده است. آزمایش­ها در محیط انباره خاک و با استفاده از آزمونگر تک­چرخ و یک بوامتر انجام شد. سرعت­های پیشروی 5/0، 1 و 5/1 کیلومتر بر ساعت و همچنین سه سطح بار عمودی 2، 5/2 و 3 کیلونیوتن بر روی چرخ برای دو اندازه مختلف از صفحات نفوذ مستطیلی شکل، انتخاب و هر آزمون سه بار تکرار شد. رفتار نمایی یکتایی برای تغییرات نشست- فشار در تمامی ترکیب­های بار و سرعت پیشروی دیده شد که تقریبا به موازات یکدیگر پیش می­روند. مبتنی بر مشاهدات تحقیق، از بین سه پارامتر n، Kc و Kφ، هم سرعت پیشروی و هم بار روی چرخ، اثر معنی‌داری درسطح 1% بر دو پارامترKc  و Kφ دارد درحالی­که تغییرات پارامتر n مستقل از سطوح مختلف بار و سرعت پیشروی دیده شد و از سویی  اثر متقابل بار-سرعت پیشروی معنی‌دار نیست. با افزایش بار عمودی و به تبع آن سخت­تر شدن خاک، روند افزایشی در مصرف انرژی برای نفوذ صفحات به داخل خاک مشاهده شد و سرعت نفوذ صفحات با میزان انرژی مصرفی رابطه مستقیم نشان داد. سرعت در سطح 5٪ تأثیر قابل توجهی بر مصرف انرژی دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Evaluation of the Effect of Forward Velocity and Vertical Wheel Load on the Parameters of Soil Deformation Equation and Deformation Energy in Soil Bin

نویسندگان [English]

  • Hadi Asadollahi 1
  • Behzad Mohammadi Alasti 1
  • Aref Mardani 2
  • Mahdi Abbasgholipour 1
1 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Bonab branch, Islamic Azad University, Bonab, Iran
2 Department of Mechanical Engineering of Biosystems, Urmia University, Urmia, Iran
چکیده [English]

The mechanical parameters of soil have been used in several different perspectives to describe the mechanical behaviors of the soil-dynamic loads interaction, and Becker's equation is one of the most common methods. In this study, the effect of the speed of soil deformation and the load on wheel on the three parameters of the soil deformation equation as well as the deformation energy for soil deformation have been investigated. The tests were performed in the soil bin environment using a single-wheel tester and a Bevameter. Forward speeds of 0.5, 1, and 1.5 km/h as well as three vertical load levels of 2, 2.5, and 3 kN on the wheel for two different sizes of rectangular pressure plates, were selected. Each test was repeated three times. A same exponential behavior was observed for pressure-sinkage changes in all combinations of load and speed, which progress almost parallel to each other. Based on the research observations, among the three parameters n, Kc and Kφ, both the forward velocity and the load on the wheel have a significant effect at 1% level on the two parameters kc and Kφ. While, the changes of the n parameter are independent of different levels of load and forward velocity. On the other hand, the load-velocity interaction effect was not significant. With the increase of vertical load, resulted in soil compaction, an increasing trend was observed for the energy of penetration of plates into the soil. The speed of penetration of plates showed a direct relationship with the amount of deformation energy. Velocity at 5% level has a significant impact on the soil deformation energy.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bekker’s equation
  • Soil compaction
  • Soil deformation energy
  • Soil bin
  • Wheel

مراجع

Bahrami M., Naderi-Boldaji M., Ghanbarian D., Ucgul M. and Thomas Keller, (2020). Simulation of plate sinkage in soil using discrete element modelling: Calibration of model parameters and experimental validation. Soil and Tillage Research. 203(2020):104700.
Battiato, A. and Diserens, E. (2017). Tractor traction performance simulation on differently textured soils and validation: A basic study to make traction and energy requirements accessible to the practice. Soil and Tillage Research. 166 (3): 18‒32.
Bekker, M.G. (1960). Off road locomotion. Research and development in terramechanics. Ann Arbor, Michigan, USA: The University of Michigan Press.
Bekker, M.G. (1969). Introduction to terrain–vehicle systems. Ann Arbor (MI, USA): University of Michigan Press.
Bilanski, W.K. and Esperance, A.L.L. (1990). An investigation of the bevameter soil physical measurements in the prediction of soil tool draft. Journal of Terramechanics. 27(1): 41–50.
Brunskill, C., Patel, N., Gouache, T.P., Scott, G.P., Saaj, C.M., Matthews, M. and Cui, L. (2011). Characterization of Martian soil simulants for the ExoMars rover testbed. Journal of Terramechanics. 48(6): 419–438.
Damian S., Dudziński, P. A. (2021). Soil shear strength determination methods – State of the art. Soil and Tillage Research. 208(2021): 104881.
Ding, L., Gao, H., Deng, Z., Li, Y. and Liu, G. (2014). New perspective on characterizing pressure–sinkage relationship of terrains for estimating interaction mechanics. Journal of Terramechanics. 52(5): 57‒76.
Earl, R. and Alexandrou, A. (2001). Deformation processes below a plate sinkage test on sandy loam: experimental approach. Journal of Terramechanics. 38(3):153‒162.
Edwards, M. B., Dewoolkar, M. M., Huston, D. R., and Creager, C. (2017). Bevameter testing on simulant Fillite for planetary rover mobility applications. Journal of Terramechanics. 70: 13‒26.
Huang, H., Li, J., Chen, B., Wu, B., and Zou, M. (2016). Performance evaluation of a wire mesh wheel on deformable terrains. Journal of Terramechanics, 68: 9‒22.
Mahboob Yengejeh H. and Mardani A. (2021). Design and Fabrication of a Bevameter for Measuring the Soil Deformation Details. Iranian Journal of Biosystem Engineering. 52(3): 487‒498 (In Persian). 
Mahonen J., Lintzen N. and Casselgren J. (2021). Portable bevameter for measuring snow properties in field. Cold Regions Science and Technology. 182(2021): 103195.
Mason, G. L., Salmon, J. E., McLeod, S., Jayakumar, P., Cole, M. P., and Smith, W. (2020). An overview of methods to convert cone index to bevameter parameters. Journal of Terramechanics. 87: 1‒9.
Taghavifar H, Mardani, A. (2013). Investigating the effect of velocity, wheel load and inflation pressure on rolling resistance of radial ply tire. Journal of Terramechanics. 50(3): 99‒106.
Taghavifar, H. and Mardani, A. (2014). Analyses of energy dissipation of run-off-road wheeled vehicles utilizing controlled soil bin facility environment. Energy. 66(3): 973‒980.
Taghavifar H, Mardani A. (2016) Off-road Vehicle Dynamics: Analysis, Modelling and Optimization. Springer: Mechanical Engineering, Switzerland.
Yang, C., Yang, G., Liu, Z., Chen, H. and Zhao, Y. (2018). A method for deducing pressure–sinkage of tracked vehicle in rough terrain considering moisture and sinkage speed. Journal of Terramechanics. 79(3): 99‒113.
مکانیزاسیون کشاورزی
دوره 7، شماره 3
مهر 1401
صفحه 27-34

فایل ها

سابقه مقاله

  • تاریخ دریافت: 27 مهر 1401
  • تاریخ بازنگری: 03 دی 1401
  • تاریخ پذیرش: 04 دی 1401

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار