rolling resistance
در نشریات گروه مکانیزاسیون کشاورزی-
در این تحقیق مدل سازی عملکرد کششی تراکتور شامل پارامترهای توان مالبندی، مقاومت غلتشی و بازده کششی با استفاده از شبکه عصبی کانولوشنی در دو نوع خاک لومی رسی شنی و رسی انجام گردید. آزمایش ها در داخل هر بافت خاک در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک کامل تصادفی (RCBD) و با سه تکرار انجام شدند. در داخل هر بافت خاک سطوح مختلف رطوبت از 8 تا 17 درصد برای خاک های خشک و 18 تا 40 درصد برای خاک های مرطوب، سرعت پیشروی تراکتور در چهار سطح 2/1، 6/1، 8/1 و 2/2 کیلومتر بر ساعت، عمق کار در دو سطح 30 و 50 سانتی متر، تعداد عبور تراکتور در دو سطح 2 و 6 بار عبور، فشار باد لاستیک تراکتور در دو سطح 20 و 25 پوند بر اینچ مربع انتخاب، و در داخل هر کرت آزمایشی مشخصه های شاخص مخروطی، بار دینامیکی، نیروی مقاوم کششی و درصد محتوی رطوبتی اندازه گیری شدند. شبکه های طراحی شده در این تحقیق از نوع شبکه های کانولوشنی بودند. از الگوریتم هایSgdm ، Adam و Rmsprop به منظور آموزش شبکه استفاده گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که شبکه عصبی توسعه داده شده با الگوریتم Sgdm در مقایسه با سایر الگوریتم ها عملکرد بهتری دارد. بنابراین از این الگوریتم به منظور مدل سازی استفاده شد. از معیارهای آماری R2، MSE به منظور ارزیابی عملکرد شبکه استفاده گردید. بهترین عملکرد شبکه کانولوشنی طراحی شده برای پارامترهای توان مالبندی، مقاومت غلتشی و بازده کششی به ترتیب دارای ضریب تبیین 9953/0، 9903/0 و 9888/0 و میانگین مربعات خطا به ترتیب برابر با 0016/0، 0039/0 و 003/0 بودند. همچنین مقدار حداقل و حداکثر برای توان مالبندی به ترتیب برابر با 68/5 و 48/12 کیلووات، برای مقاومت غلتشی چرخ های تراکتور به ترتیب برابر 51/2 و 33/4 کیلونیوتن و برای بازده کششی به ترتیب برابر با 42/73 و 05/80 درصد بدست آمد.کلید واژگان: بازده کششی، مقاومت غلتشی، توان مالبندی، یادگیری عمیق، شبکه های کانولوشنیIn this research, field experiments were carried out in two types of soil (sandy clay loam and clay) to model the traction performance of the tractor considering drawbar power, rolling resistance, and traction efficiency, using deep learning and convolutional neural network while having some parameters such as soil type and conditions, tool parameters, and operation parameters. The tests were conducted within each soil texture in the form of factorial tests based on the randomized complete block design (RCBD) in triplicates. The tests were done in various moisture levels (8-17% for dry soils and 18-40% for moist soils), tractor forward speed (1.2, 1.6, 1.8, and 2.2 km h-1), working depth (30 and 50 cm), the number of pass (2 and 6 times), and tire inflation pressure (20 and 25 psi). The cone index, dynamic load, draft force, and moisture content were measured in each tests. The networks designed to model the drawbar power, rolling resistance, and traction efficiency were of convolutional neural network type. Various algorithms such as Sgdm, Adam, and Rmsprop were utilized to train the network. The results showed that the neural network developed by Sgdm algorithm outperformed the others. Therefore, this algorithm was utilized for the modeling process. Statistical criteria such as R2 and MSE were also employed to evaluate the performance of the network. For the drawbar power, the 8-499-499-1 architecture showed the best performance with R2=0.9953 and MSE=0.0016. Concerning the rolling resistance, the best performance was observed in 8-301-305-1 architecture with R2=0.9903 and MSE=0.0039. The best performance for the traction efficiency was obtained by 8-371-371-1 architecture with R2=0.9888 and MSE=0.003. The results showed that these networks can be used to model parameters by removing convolution layers and reducing dimensions.Keywords: Traction Efficiency, Rolling Resistance, Drawbar Power, Deep Learning, Convolutional Neural Network
-
امروزه فشردگی، یکی از عوامل مهم و تاثیرگذار بر خاک و رشد محصولات کشاورزی است. فشردگی به معنی افزایش وزن مخصوص ظاهری خاک است که باعث فشرده شدن ذرات نزدیک به هم خاک می شود. هدایت الکتریکی ظاهری (ECa) در محیط های مثل آب یا خاک، بیانگر مقدار املاح معدنی محلول است که معیاری از میزان املاح و شوری در خاک و آب به شمار می آید. قابلیت هدایت الکتریکی ظاهری محلول خاک، متناسب با غلظت یون ها در محلول خاک است به طوری که هرچه غلظت یون ها در یک محلول خاک بیشتر باشد هدایت الکتریکی ظاهری آن نیز بیشتر خواهد بود. مقاومت غلتشی چرخ ها با دو فرآیند تغییر شکل خاک و تغییر شکل چرخ ها معرفی می شود. پژوهش حاضر به بررسی تاثیر فشردگی و رطوبت خاک بر هدایت الکتریکی ظاهری خاک و مقاومت غلتشی لاستیک تراکتور پرداخته است. آزمایش ها در قالب آزمون فاکتوریل در سه سطح فشردگی خاک 2، 4 و 6 بار عبور غلتک به ترتیب با وزن مخصوص 47/1، 54/1 و 69/1 گرم بر سانتی متر مکعب و سه سطح رطوبت خاک 10درصد ، 12درصد و 14درصد در سه تکرار انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش میزان رطوبت خاک، میزان مقاومت غلتشی و هدایت الکتریکی ظاهری آن افزایش یافت. همچنین با افزایش فشردگی خاک، مقاومت غلتشی آن کاهش یافت. به طوری که هدایت الکتریکی ظاهری خاک با وزن مخصوص 47/1 گرم بر سانتی متر مکعب 12 درصد، با وزن مخصوص 54/1 گرم بر سانتی متر مکعب 39 درصد و با وزن مخصوص 69/1 گرم بر سانتی متر مکعب 13 درصد افزایش یافت. همچنین با افزایش وزن مخصوص در رطوبت 10درصد، 12درصد و 14درصد به ترتیب مقدار مقاومت غلتشی 6/0 درصد، 29 درصد و 18 درصد کاهش یافت.
کلید واژگان: آزمونگر تایر، شاخص مخروط، لاستیک تراکتور، وزن مخصوص خاکIntroductionOne of the main factors affecting plant growth is soil compaction. More attention should be paid to soil compaction than the past. Soil compaction not only destroys the soil structure, but also leads to a heavier soil structure with natural cavities. The rolling resistance reduces energy and occurs when the tire moves on a soft soil and rolling resistance of the tire is brought about by two processes of soil deformation and wheel change. This force is influenced by the design of the tire, the parameters of the tire, and the characteristics of the soil. The apparent electrical conductivity (ECa) indicates the direct conductivity of direct current in the soil. The electrical conductivity is effective on chemical and physical properties, including the amount of soluble salts in the soil, salinity, cation exchange capacity, soil texture, organic matter content, moisture content and water holding capacity, and compression. The purpose of this study was to investigate the effect of soil compaction and soil moisture on the soil electrical conductivity and rolling resistance of the Messy Ferguson 285 tractor rear tire. This study showed the density and soil moisture were associated with soil electrical conductivity and rolling resistance.
Materials and MethodsThis test had independent and dependent variables. The dependent variables including rolling resistance and electrical conductivity, whose values were measured by a torque meter and a portable EC meter. Independent variable comprised of soil compaction and soil moisture measured by Penetrologger and soil moisture measurement tools including soil harvesting cylinder, scale and oven device. Experiments were carried out in the soil bin Laboratory with a 1.7 m wide, 24 m long and 1 m deep with soil texture of clay loamy in Agricultural Engineering Research Institute (Karaj). The soil was prepared layer by layer and up to a depth of 20 cm by the soil preparation unit. In all experiments, the vertical load was fixed at 4000 N and the tire pressure of 6899 N.m-2. On each layer, the water was evenly sprayed to reach the desired moisture. To do this research, factorial experiment with soil compaction levels at 3 levels of 2, 4 and 6 roller passes, respectively, with the bulk density of 1.47, 1.54 and 1.69 g.cm-3 and soil moisture at 3 levels of 10%, 12% and 14% were used in 3 replications. Data were analyzed using SPSS software. The tools used included the tire test rig, the rear tire of a Massy Ferguson 285 tractor, the soil preparation unit, and the measuring instrument, including the torque meter, the penetrologger and the portable EC meter.
Results and DiscussionIn this experiment, it was found that as the amount of moisture increased, the compaction was also increased. The test indicated that the soil rolling resistance was increased by decreasing the soil moisture content. Moreover, increasing in the soil compaction ration led to decreasing the soil rolling resistance. The CI was used at a depth of 20 cm to 0 cm. In these experiments, we concluded that the higher density of compaction resulted in increasing the soil cone index (CI). This index was directly related to the compaction, but it had an adverse relation with the moisture. It means the lower amount of moisture led to the higher amount of CI. The amount of electrical conductivity of soil was measured at a depth of 0-25 cm. In this experiment, we concluded that the higher compaction ratio resulted in the higher electrical conductivity. It means that electrical conductivity had a direct relation with the compaction and the moisture content. The lower moisture content led to the lower electrical conductivity of the soil.
ConclusionsIn general, considering all the tests and comparison between rolling resistance, soil cone index and apparent electrical conductivity before and after roller passing, it can be concluded that as the amount of moisture content increased, the soil cone index (CI) decreased. The soil cone index (CI) had a relationship with the moisture. The lower moisture content led to the lower soil moisture resistance, as well as the higher moisture content resulted in the higher soil resistance. The lower amount of soil compaction showed the greater soil rolling resistance, and the greater amount of soil compaction caused to the less soil moisture resistance. The electrical conductivity before and after the roller pass was different in the case of roller pass, and the higher amount of moisture led to the greater electrical conductivity, because the electrical conductivity was directly related to the moisture and the compaction affects all parameters.
Keywords: Electrical conductivity, Moisture, Rolling resistance, Soil compaction -
پیش بینی مقاومت غلتشی تایر هنگام حرکت در خاک یک مسئله مهم در مهندسی کشاورزی است و تخمین آن در شرایط مختلف عملکردی وسایل نقلیه، لازم و ضروری می باشد. یکی از راه های پیش بینی مقاومت غلتشی، استفاده از روابط ارائه شده برای رفتار فشار _ نشست خاک می باشد. در پژوهش حاضر ضرایب هر یک از این رابطه ها به کمک نرم افزار متلب تعیین گردید؛ سپس با استفاده از دو معیار ضریب تبیین و ریشه میانگین مربعات خطا مقایسه ای بین آنها صورت گرفت. نتایج نشان دادند که رابطه آپادیایا نسبت به سایر رابطه های مورد بحث در شرایط متفاوت محتوای رطوبت و جرم مخصوص ظاهری با ضریب تبیین متوسط 9175/0 و متوسط ریشه میانگین مربعات خطای 6211/69 از دقت بیشتری برخوردار می باشد. همچنین از بین رابطه های مورد نظر، رابطه گوتلند و بنوئیت با ضریب تبیین متوسط 7237/0 و متوسط ریشه میانگین مربعات خطای 071/129 با دقت کمتری مقدار نشست را پیش بینی می کند.کلید واژگان: تراکم پذیری خاک، خاک لومی رسی، رابطه فشار، نشست، مقاومت غلتشی، نرم افزار متلبPredicting the tire rolling resistance is an important issue in Agricultural Engineering, therefore, estimates it in different terms of vehicle performance is necessary. One of the rolling resistances predicting ways is to use models which are presented for pressure sinkage treatment of soil. In this study, the coefficient of each model has determined using MATLAB software, and then a comparison was made between them using two standards of correlation coefficient and root mean square error. The results showed that the Upadhyayas model with average Coefficient of determination of 0.9175 and average root mean square of 69.6211 has better accuracy in different moisture contents and bulk density. Also Gotteland and Benoits model with average Coefficient of determination of 0.7237 and average root mean square of 129.071 has less accuracy in predicting of sinkage value.Keywords: soil compaction, clay loam soil, Rolling resistance, Pressure-sinkage model, MATLAB software
-
در این پژوهش به بررسی عملکرد مدل ویسمر لوث برای تخمین مقاومت غلتشی یک چرخ با لحاظ کردن پارامترهای سرعت پیشروی و تعداد تردد چرخ پرداخته شده است. آزمون های تجربی با استفاده از یک آزمونگر تک چرخ و در محیط کنترل شده انباره خاک به انجام رسید. پارامترهای سرعت پیشروی و بار در سه سطح در نظر گرفته شده و با تکرار عبور چرخ در هر مسیر، سطوح تردد چرخ اعمال گردید. نتایج حاکی از دقت مناسب مدل ویسمر در پیش بینی مقاومت غلتشی در همه سطوح بار و سرعت پیشروی بوده است اما در رابطه با پارامتر تردد، دقت پیش بینی در ترددهای تا 5 عبور بسیار بیشتر از ترددهای بالا دیده شد. یک مدل رگرسیونی بر اساس داده های تجربی برای پیش بینی مقاومت غلتشی چرخ با اضافه کردن اثر سرعت پیشروی و تردد ارائه گردید. به طور کلی مدل ویسمر با وجود عدم در برداشتن پارامترهای سرعت پیشروی و تردد، توانایی پیش بینی خوبی از مقاومت غلتشی چرخ را از خود نشان داد.کلید واژگان: مدل ویسمر- لوث، چرخ، مقاومت غلتشی، تردد، انباره خاکIn this research, Wismer-luth model function was studied to estimate the rolling resistance of a wheel considering forward velocity and wheel number of passes parameters. Experimental tests were performed using a single wheel tester in controlled environment of a soil bin. Forward velocity and weight were considered at three levels and with wheel pass repeating in each path, it was also applied. Results suggest that Wismer model had a proper accuracy at prognosticating rolling resistance at all levels of weight and forward velocity, but with pass numbers up to 5, traffic parameter had more predicting accuracy compared with higher ones. A regression model was applied based on experimental data to predict the wheels rolling resistance with considering the effect of forward velocity and traffic. As a result Wismer model had a strong ability predicting the wheel rolling resistance while it did not encompass forward velocity and pass number.Keywords: Wismer-Luth model, tire, Rolling resistance, pass, soil bin
-
یکی از عمده ترین افت های انرژی زمانی که چرخ روی خاک نرم حرکت می کند، مقاومت غلتشی می باشد. بهینه سازی مقدار مقاومت غلتشی به بهبود بازده انرژی کمک خواهد کرد، مدل سازی دقیق برهم کنش خاک-تایر کلید اساسی برای این بهینه سازی است و نیاز به آزمایش های مزرعه ای پرهزینه را حذف کرده و زمان مورد نیاز آزمایش را کاهش می دهد. در این تحقیق جهت پیش بینی مقاومت غلتشی چرخ غیر محرک با در نظرگرفتن برخی پارامترهای حرکتی مانند فشار باد تایر، سرعت پیشروی و بار عمودی متغیر روی چرخ که با استفاده از یک آزمونگر تک چرخ در انباره خاک صورت گرفت، از شبکه عصبی مصنوعی استفاده شد. شبکه پس انتشار برگشتی با 35 نرون در لایه پنهان و 1 نرون در لایه خروجی و الگوریتم آموزشی لونبرگ-مارکوارت بهترین عملکرد را نشان داد. ضریب همبستگی آزمون شبکه مزبور 92/0 بوده است. نتایج شبیه سازی شبکه عصبی عدم وابستگی مقاومت غلتشی چرخ به پارامتر سرعت پیشروی را نشان داد و تایید کرد که با افزایش فشار باد تایر و کاهش بار عمودی روی چرخ مقاومت غلتشی کاهش خواهد یافت.کلید واژگان: آزمونگر تک چرخ، بار عمودی، شبکه عصبی مصنوعی، فشار باد تایر، مقاومت غلتشیIntroductionRolling resistance is one of the most substantial energy losses when the wheel moves on soft soil. Rolling resistance value optimization will help to improve energy efficiency. Accurate modeling of the interaction soil-tire is an important key to this optimization and has eliminated the need for costly field tests and has reduced the time required to test.
Rolling resistance will change because of the tire and wheel motion parameters and characteristics of the ground surface. Some tire design parameters are more important such as the tire diameter, width, tire aspect ratio, lugs form, inflation pressure and mechanical properties of tire structure. On the other hand, the soil or ground surface characteristics include soil type; moisture content and bulk density have an important role in this phenomenon. In addition, the vertical load and the wheel motion parameters such as velocity and tire slip are the other factors which impact on tire rolling resistance. According to same studies about the rolling resistance of the wheel, the wheel is significantly affected by the dynamic load.
Tire inflation pressure impacted on rolling resistance of tires that were moving on hard surfaces. Studies showed that the rolling resistance of tires with low inflation pressure (less than 100 kPa) was too high.
According to Zoz and Griss researches, increasing the tire pressure increases rolling resistance on soft soil but reduces the rolling resistance of on-road tires and tire-hard surface interaction. Based on these reports, the effect of velocity on tire rolling resistance for tractors and vehicles with low velocity (less than 5 meters per second) is usually insignificant.
According to Self and Summers studies, rolling resistance of the wheel is dramatically affected by dynamic load on the wheel.
Artificial Neural Network is one of the best computational methods capable of complex regression estimation which is an advantage of this method compared with the analytical and statistical methods.
It is expected that the neural network can more accurately predict the rolling resistance. In this study, the neural network for experimental data was trained and the relationship among some parameters of velocity, dynamic load and tire pressure and rolling resistance were evaluated.Materials And MethodsThe soil bin and single wheel tester of Biosystem Engineering Mechanics Department of Urmia University was used in this study. This soil bin has 24 m length, 2 m width and 1 m depth including a
single-wheel tester and the carrier.
Tester consists of four horizontal arms and a vertical arm to vertical load. The S-shaped load cells were employed in horizontal arms with a load capacity of 200 kg and another 500 kg in the vertical arm was embedded. The tire used in this study was a general pneumatic tire (Good year 9.5L-14, 6 ply)
In this study, artificial neural networks were used for optimizing the rolling resistance by 35 neurons, 6 inputs and 1 output choices. Comparison of neural network models according to the mean square error and correlation coefficient was used. In addition, 60% of the data on training, 20% on test and finally 20% of the credits was allocated to the validation and Output parameter of the neural network model has determined the tire rolling resistance. Finally, this study predicts the effects of changing parameters of tire pressure, vertical load and velocity on rolling resistance using a trained neural network.Results And DiscussionBased on obtained error of Levenberg- Marquardt algorithm, neural network with 35 neurons in the hidden layer with sigmoid tangent function and one neuron in the output layer with linear actuator function were selected. The regression coefficient of tested network is 0.92 which seems acceptable, considering the complexity of the studied process. Some of the input parameters to the network are speed, pressure and vertical load which their relationship with the rolling resistance is discussed.
The results indicated that in general trend of changes, the velocity is not affected by rolling resistance. Rolling resistance increases when tire pressure decreases. This is due to energy consumption for creating deflection on the body of the tire at the lower levels of tire inflation pressure. Another variable parameter is the vertical load on the wheel and its logical relation with rolling resistance using neural network. The results showed that increasing the vertical load increases the rolling resistance.ConclusionsThe major purpose of this study was the feasibility of using learning algorithms for interaction between wheel and soil. The parameters of the wheel when clashes with soil are not stochastic and in spite of their complexity follow a specific model, certainly. Artificial neural network trained with a correlation coefficient of 0.92 relatively had a good performance in education, testing and validation parts. To validate the network results, the impact of some factors on the extraction process such as velocity, load and inflation pressure was simulated. The main objective of this article is comparing the network performance with basic principles and other scientific reports.
In this regard, the predictions by trained neural network indicated that rolling resistance is independent of the velocity of the wheel. On the other hand, rolling resistance decreases by increasing tire inflation pressure which is a general trend similar to other studies and reports in the same mechanical condition of the soil tested. Rolling resistance changes are directly proportional to load vertical variations on the wheel in terms of quantity and quality, similar to experimental models such as Wismer and Luth.Keywords: Artificial neural network, Inflation pressure of tire, Rolling resistance, Soil bin, Vertical load -
روش های خاک ورزی حفاظتی که با مدیریت مناسب بقایای محصول همراه باشد یکی از راه کارهای موثر در جلوگیری از فرسایش خاک، کاهش آلودگی هوا، کاهش مصرف انرژی و کاهش هزینه ها در کشاورزی به شمار می رود. در این تحقیق، تاثیر روش های مختلف خاک ورزی بر پوشش بقایای گیاهی، مقاومت مکانیکی خاک و پایداری خاکدانه ها مورد بررسی قرار گرفت. همچنین تاثیر درصدهای مختلف بقایای گیاهی بر مقاومت غلتشی چرخ غیرمحرک در محیط انباره خاک مورد بررسی قرار گرفت. آزمایشات مزرعه ای به صورت فاکتوریل و در قالب طرح بلوک های کاملا تصادفی انجام شد. روش های مختلف خاکورزی در سه تیمار (گاوآهن برگردان دار، گاوآهن بشقابی و گاوآهن چیزل) با چهار تکرار صورت گرفت. مقادیر بقایای گیاهی با استفاده از دو روش برش عرضی خطی و روش پردازش تصویر محاسبه گردید. آزمایشات مربوط به مقاومت غلتشی نیز در محیط انباره خاک و در سه سطح 10، 50 و 90 درصد انجام گرفت. نتایج نشان داد که با افزایش شدت خاک ورزی، پایداری خاکدانه ها کاهش یافته است، به طوری که کمترین مقدار پایداری خاکدانه مربوط به تیمارهای خاک ورزی شده با گاوآهن برگردان دار و بیشترین مقدار پایداری مختص تیمار خاک ورزی شده با گاوآهن چیزل و بشقابی به دست آمد. نتایج حاصل از بررسی اثر بقایای گیاهی بر مقاومت غلتشی چرخ نشان داد که مقاومت غلتشی تیمارهای مختلف با یکدیگر تفاوت معنی داری ندارند. در نهایت استفاده از گاوآهن بشقابی به دلیل داشتن درصد بالایی از پوشش بقایای گیاهی و کاهش چشمگیر مقاومت مکانیکی و جرم ویژه ظاهری و نیز حفظ پایداری خاکدانه ها، به عنوان ابزار مناسب خاک ورز در این تحقیق توصیه می شود.کلید واژگان: خاک ورزی حفاظتی، مدیریت بقایای گیاهی، مقاومت غلتشیIntroductionMonitoring and management of soil quality is crucial for sustaining soil function in ecosystem. Tillage is one of the management operations that drastically affect soil physical quality. Conservation tillage methods are one of the efficient solutions in agriculture to reduce the soil erosion, air pollution, energy consumption, and the costs, if there is a proper management on the crop residues. One of the serious problems in agriculture is soil erosion which is rapidly increased in the recent decades as the intensity of tillage increases. This phenomenon occurs more in sloping lands or in the fields which are lacking from crop residues and organic materials. The conservation tillage has an important role in minimizing soil erosion and developing the quality of soil. Hence, it has attracted the attention of more researchers and farmers in the recent years.Materials And MethodsIn this study, the effect of different tillage methods has been investigated on the crop residues, mechanical resistance of soil, and the stability of aggregates. This research was performed on the agricultural fields of Urmia University, located in Nazloo zone in 2012. Wheat and barley were planted in these fields, consecutively. The soil texture of these fields was loamy clay and the factorial experiments were done in a completely randomized block design. In this study, effect of three tillage systems including tillage with moldboard (conventional tillage), tillage with disk plow (reduced tillage), chisel plow (minimum tillage) and control treatment on some soil physical properties was investigated. Depth is second factor that was investigated in three levels including 0-60, 60-140, and 140-200 mm. Moreover, the effect of different percentages of crop residues on the rolling resistance of non-driving wheels was studied in a soil bin.
The contents of crop residues have been measured by using the linear transects and image processing methods. In the linear transects method, the experiments were replicated three times in each block due to increasing the accuracy and mean of datawas calculated. The tests were randomly performed in each block. Then, the number of nodes, which are located on crop residues of size 25 mm, longitudinally, was counted. So the percentage of crop residue in each block was calculated through the percentage of nodes. The experiments of rolling resistance were also performed in three levels, 10, 50, and 90% of crop residues, inside the soil bin.Results And DiscussionResult showed that, in comparison with control treatment, tillage operation significantly decreased bulk density (pKeywords: Conservation tillage, Residue management, Rolling resistance -
در این مطالعه به منظور تحلیل برهم کنش تایر متحرک- خاک از دو روش عددی و تجربی استفاده شد تا تاثیر تغییرات سرعت پیشروی، بار دینامیکی و فشار باد تایر روی مقاومت غلتشی آن مورد بررسی قرار گیرد. در روش عددی با استفاده از نرم افزار اجزاء محدود آباکوس (ABAQUS/ Explicit) برای شبیه سازی خاک به عنوان ماده الاستو پلاستیک از مدل دراکر- پراگر و برای طراحی مولفه های سازنده تایر به عنوان لاستیک تراکم ناپذیر از مدل مواد هایپرالاستیک کرنش محدود و الاستیک استفاده شد. آزمون های تجربی نیز با استفاده از آزمونگر تک چرخ و انباره خاک در سطوح مختلفی از سرعت پیشروی، فشار باد تایر و بار دینامیکی انجام گرفتند. مقایسه نتایج حاصل از هر دو روش حاکی از مطابقت خوب نتایج شبیه سازی و اندازه گیری مقاومت غلتشی در سرعت پیشروی، بار دینامیکی و فشار بادهای مختلف است. در هر دو آزمون با افزایش بار دینامیکی تایر میزان مقاومت غلتشی به طور معنی داری افزایش یافت به طوری که ضریب همبستگی بین نتایج تجربی و عددی در کمترین و بیشترین بار به ترتیب برابر 8/0 و 78/0 می باشد. تغییرات فشار باد تایر و مقاومت غلتشی آن در هر دو آزمون نسبت معکوسی با هم داشته و در آزمون های عددی شیب تغییرات مقاومت غلتشی در برابر فشار باد تایر نسبت به آزمون های تجربی کمتر بوده است.
کلید واژگان: اجزاء محدود، انباره خاک، برهم کنش تایر متحرک، خاک، مقاومت غلتشیIntroductionEncountering soil from the viewpoint of management and product manufacturing has always been considered important, and an attempt is always made hat the tools and contrasting methods of soil be designed in such a way that itself prevents, as much as possible, the destructive consequences or energy waste that include economical or environmental limitations. Enhancing the soil encountering methods, quality reformation, and its related equipment, requires performing reliable tests in actual soil conditions. Considering the complexity and variety of variables in soil and machine contrast, this is a hard task. Hence, the numeral simulations are the key of all optimizations that illustrate efficient models by removing the costly farm tests and reducing research time. Tire is one of the main factors engaged with soil, and it is one of those tools that are discussable in both farms, and software environments. Despite the complexities in soil behavior, and tire geometry, modeling, tire movement on the soil has been the researchers’ objective from the past.Materials And MethodsA non-linear finite element (FE) model of the interaction of a non-driving tire with soil surface was developed to investigate the influence of the forward speed, tire inflation pressure and vertical load on rolling resistance using ABAQUS/Explicit code. In this research numerical and experimental tests were done under different conditions in order to estimate tire rolling resistance. In numerical tests, the soil part was simulated as a one-layer viscous-elastic material with a Drucker-Prager model by considering realistic soil properties. These properties included elastic and plastic properties which were obtained in the soil laboratory using relevant tests. The soil samples were prepared from the soil which was inside the soil bin. The same soil was utilized in experimental tests. Finite strain hyper elasticity model is developed to model nearly incompressible rubber materials for the tire. Tire model consisted of three components: tread, rubber and ring. Using a soil bin and one wheel tester with their related equipment, experimental tests were carried out in the workstation of mechanics of bio system engineering department of the Urmia University. This system includes various sections such as soil storage in dimensions of 22×2×1 meter, tools carrier or tracker, soil processing equipment, dynamic system, evaluation tools and controlling systems. In order to launch the collection and supply required power for wheel carrier, an industrial three phase electromotor with 22 kW (30 hp) was used. Both numerical and experimental tests were done at three levels of wheel dynamic load (1, 2, 3, 4 and 5) kN, tire inflation pressure (100, 200 and 300) kPa and four levels of speed (0.25, 0.45, 0.65, 0.9 and 1.15) m s-1 to obtain the rolling resistance of the tire.Results And DiscussionIn order to evaluate the performance of final non driving tire-soil model to estimate the rolling resistance, numerical results were compared with preliminary experimental data obtained from the soil-bin tests. The comparison showed reasonably good agreement between the computed and measured general pattern of the rolling resistance at the tire-soil interface under different speeds, vertical loads and inflation pressures. In both tests, a specified relation was not seen between tire velocity and its rolling resistance, as it was not seen in empirical models such as Wismar and Luce. Correlation coefficient between experimental and numerical data, in the minimum and maximum value of tire inflation pressure was computed to be 0.06 and 0.016 percent, respectively. The amount of tire rolling resistance significantly increased with increase of tire vertical load. Correlation coefficient between experimental and numerical data, in the minimum and maximum vertical loads was computed to be 80 and 87 percent, respectively. Gent and Walter obtained the same results. The tire inflation pressure and rolling resistance variables had inverse relation to each other in both numerical and experimental tests. Correlation coefficient between experimental and numerical data was computed to be 97 and 73 percent in the minimum and maximum tire inflation pressure, respectively. The gradient of changes in tire inflation pressure - rolling resistance diagram was less in numerical tests. This was because of differences between real properties and the properties entered into the software.ConclusionsTo conclude, in this investigation a new 3D tire-soil model was simulated which has specific features. The experimental results showed that the numerical data of estimation of non-driven tire rolling resistance were reliable. In both tests, the effect of changes in tire forward speed on rolling resistance was not significant.The amount of the tire rolling resistance significantly increased with increasing tire vertical load. Changes in tire inflation pressure and rolling resistance had an inverse relation with each other in both numerical and experimental tests. The slope of rolling resistance - inflation pressure diagram in numerical tests was less than the same diagram in the experimental tests.Keywords: ABAQUS, Finite element, Rolling resistance, Soil, bin, Tire, terrain interaction -
مصرف بی رویه سوخت های فسیلی، منجر به انتشار آلاینده های هوا و گازهای گلخانه ای (GHG) فراوانی شده است. مشکلات ناشی از استفاده روزافزون از سوخت های فسیلی و پیش بینی پایان پذیر بودن این سوخت ها، یافتن فناوری های نوین به جای سیستم های مبتنی بر سوخت های فسیلی را اجتناب ناپذیر نموده است. همزمان با سایر زمینه های فناوری، ضروری است صنعت کشاورزی نیز خود را آماده این جایگزینی کند. بر همین اساس، پروژه سافت (SAPHT) برای کارهای سبک کشاورزی از قبیل کاشت محصولات ردیفی، بذر پاشی، درو علوفه، سم پاشی، جابه جایی محصول در مزرعه، کارهای ثابت ایستگاهی، و برخی دیگر از عملیات طراحی و ساخته شد که به توان مصرفی پایین تری نیاز دارند. سافت، تراکتور هیبریدی دو چرخ محرکی با موتورهای الکتریکی مستقل روی هر چرخ عقب است. بخشی از انرژی سافت از خورشید و بخش دیگر از شبکه برق تامین می شود. در این تحقیق ارزیابی مزرعه ای سافت و همچنین مقایسه نتایجشبیه سازی و عملی بررسی می شود. نتایج حاصل از این تحقیق نشان می دهد که سافت قابلیت جایگزین شدن با تراکتورهای گروه «I» را دارد و با طراحی های انجام گرفته می تواند روزانه بین دو تا چهار ساعت عملیات مختلف کشاورزی را به انجام برساند. با بهبود برخی از سیستم های استفاده شده (مثل باتری) محدوده کاری سافت را می توان به بیش از سه برابر در روز افزایش داد.Developing alternative technologies for the use of fossil fuels is necessary and inevitable. To meet this need, the SAPHT project developed an energy-efficient electric hybrid tractor for agricultural light operations. The energy source for SAPHT was in part solar and the rest was supplied from a grid. This research compared simulated and experimental field results for SAPHT. The results show that SAPHT is capable of substituting for I category tractors. Using the designated parameters, SAPHT can operate standard implements for 2-4 h daily; however, improved use of batteries would make it possible to increase the daily range more than three fold.Keywords: Emissions, hybrid tractor, renewable energy, rolling resistance, traction power
-
از جمله مدل های مهم برای پیشگویی نیروی مقاومت غلتشی تایرهای بادی عدد چرخ و ویرایش های مختلف عدد تحرک پذیری است. در این تحقیق داده های آزمایشی مربوط به مقاومت کششی تایرهای معمولی و رادیال با مقادیر بدست آمده توسط مدل های مختلف مورد مقایسه قرار گرفت و میزان دقت مدل ها در پیشگویی مقاومت غلتشی و برازش با داده های آزمایشی مورد ارزیابی قرار گرفت. بدین منظور از آزمونF با سطح احتمال 95 درصد و روش خط یک به یک استفاده گردید. طبق نتایج حاصل از ارزیابی ها، مدل های Cnو Bn مقاومت غلتشی هر دو نوع تایر را بیشتر از مقادیر آزمایشی پیشگویی کردند ولی شیب خطوط برازش مربوط به داده های این دو مدل و خط یک به یک داده های آزمایشی از نظر شیب اختلاف معنی داری را نشان نداد. این امر نشان می دهد که با اعمال یک ضریب تصحیح، این دو مدل پیشگویی بهتری را ارایه خواهند نمود. مدل EMOB در مورد تایرهای رادیال پیشگویی مطلوبی را ارایه نکرد، در حالی که در مورد تایرهای معمولی این مدل نسبت به دو مدل Cn و Bn بهتر عمل نمود. مدل های FMOB، N.I.A.E و Dwyer در مورد هر دو نوع تایر چندان مطلوب عمل نکردند. با این وجود خط برازش داده ها در مدل Dwyer برای تایرهای معمولی با خط یک به یک اختلاف معنی داری را نشان نداد.
کلید واژگان: مقاومت غلتشی، مدل های پیش بینی، تایرهای بادی و رادیال، تایرهای لایه مورب و عدد تحرک پذیریWheel numeric and different versions of mobility numbers are important models for predicting the rolling resistance. In this study, data related to the rolling resistance of cross ply and radial ply tires were compared with the resultant values from several models. Also, the preciseness of models in rolling resistance prediction was evaluated. For this purpose F test and 1-1 line method (p≥ 0.05) were used. According to the results of the evaluation, Cn and Bn models overestimated the rolling resistance for both cross ply and radial ply tires, but the slope of these models did not show any significant difference compared to 1-1 lines. Results indicated that these models had better prediction if an adjusting coefficient could be applied. The EMOB model showed better results compared to Cn and Bn models for cross ply tires, whereas it did not have acceptable predictions for radial tires. The N.I.A.E., FMOB and Dwyer models did not act well for any tire type, even though the best fit line of the Dwyer model did not show any significant difference with the 1-1 line for cross ply tires.Keywords: Rolling resistance, Prediction models, Pneumatic tires, Radial tires, Cross, ply tires, Mobility number
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.