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

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 19526 (2022) Citar este artigo

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A escavação em regiões montanhosas é uma medida importante para promover a florestação em locais difíceis. Tendo em vista as condições de trabalho para a construção de escamas de peixes em encostas, o mecanismo de 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 terrestre e conduzir experimentos de simulação virtual DEM (Método de Elementos Discretos). Um teste de combinação de centros ortogonais rotativos quadráticos foi implementado definindo a eficiência do transporte do solo (Y1) e a distância do lançamento do solo (Y2) como 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 sem-fim de inclinação > velocidade de rotação > velocidade de alimentação > ângulo de hélice. A combinação ideal de parâmetros de cada fator de influência foi obtida. Dentre eles, quando foi necessária a preparação do talude, a combinação ideal de parâmetros operacionais do sem-fim 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 em regiões montanhosas.

No processo de promoção vigorosa da ecologização em grande escala de toda a sociedade, o principal problema é que, nesta fase, o terreno das áreas florestais a desenvolver 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.

A preparação cavernosa do solo, também conhecida como escavação de covas, é um dos elos essenciais do processo de arborização. É amplamente utilizado nos processos de produção e operação florestal, como plantio de árvores, soltura de solo e fertilização profunda1. Nesta fase, o trado terrestre desenvolvido apresenta 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 inadaptável do trado terrestre e de outras máquinas e ferramentas às regiões montanhosas, o problema seria resolvido realizando antecipadamente a preparação do terreno em bancada nivelada 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 não é obviamente a forma mais eficiente para a plantação de árvores6. Quando o plantio de árvores ocorre em encostas, a formação de covas com escamas de peixes 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 na encosta tem o mesmo formato da cova de escama de peixe, conforme mostrado na Figura 1. Após moldar o formato do solo, ele necessita apenas do reforço manual7,8. Ao investigar a tecnologia de moldagem artificial de escamas de peixe, este estudo explora a operação mecanizada de escavação na encosta para fornecer ajuda para moldar covas de escamas de peixe.

Local de plantio florestal tipo escama de peixe.

Na década de 1870, começaram as pesquisas sobre o mecanismo da broca terrestre. Lian et al. conduziu pesquisas iniciais e resumos sobre a teoria do projeto do sem-fim. 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 operacional e a vibração flexo-torcional de brocas, o que contribuiu 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 têm utilizado MATLAB, ADAMS, ANSYS e outros softwares de análise de simulação para analisar a estática e a dinâmica do trado13,14,15 .