Particle dynamics method: simulation of a combined tillage tool used in reforestation and forest protection
Authors: Малюков С.В. , Бухтояров Л.Д. , Лысыч М.Н. , Шавков М.В. , Поздняков Е.В. , Петков А.Ф. 
Published: November 2023

Для теоретического исследования процесса взаимодействия рабочих органов комбинированного орудия с лесной почвой разработана математическая модель. Целью исследования является разработка математической модели на основе метода (DEM), позволяющей оценить влияние параметров комбинированного орудия, технологических параметров процесса и параметров лесной почвы на силовые характеристики, испытываемые орудием. С помощью разработанной модели был проверен принцип комбинирования рабочих органов, то есть одновременная обработка почвы рабочими органами двух или более типов, установленными друг за другом. Для этого проводили компьютерные эксперименты по движению комбинированного орудия в лесной почве до выхода орудия в установившийся режим обработки. На основе серий компьютерных экспериментов с моделью установлен характер влияния параметров комбинированного орудия, технологических параметров процесса и параметров лесной почвы на силовые характеристики, испытываемые орудием. Определено, что сила сопротивления движению комбинированного орудия для влажных липких почв в 0,886 раз ниже суммы сил сопротивления движению отдельных рабочих органов. Для сухих песчаных рассыпчатых почв данный эффект 0,985 практически не выражен. Для моделирования использовался метод динамики частиц. Виртуальный почвенный канал имел длину 4 м и ширину 1,2 м. Горизонтальная скорость движения рабочего органа задавалась равной 1 м/с, а общее модельное время составляло 3 с. Для охвата широкого диапазона параметров лесной почвы проводили экспериментыс почвами двух типов: влажным черноземом с существенной связностью почвы и сухой рассыпчатой песчаной почвой.

For a theoretical study of the process of interaction between the working bodies of a combined tool with forest soil, a mathematical model has been developed. The aim of the study is to develop a mathematical model based on the method (DEM), which makes it possible to evaluate the influence of the parameters of the combined tool, the technological parameters of the process and the parameters of the forest soil on the power characteristics experienced by the tool. With the help of the developed model, the principle of combining working bodies was tested, that is, simultaneous tillage by working bodies of two or more types installed one after another. For this, computer experiments were carried out on the movement of the combined tool in the forest soil until the tool entered the steady-state processing mode. On the basis of a series of computer experiments with the model, the nature of the influence of the parameters of the combined tool, technological parameters of the process and forest soil parameters on the power characteristics experienced by the tool has been established. It was determined that the force of resistance to the movement of the combined tool for wet sticky soils is 0.886 times lower than the sum of the forces of resistance to the movement of individual working bodies. For dry sandy crumbly soils, this effect of 0.985 is practically not expressed. The particle dynamics method was used for modeling. The virtual soil channel had a length of 4 m and a width of 1.2 m. The horizontal speed of the working body was set equal to 1 m/s, and the total model simulation time was 3 s. To cover a wide range of forest soil parameters, experiments were carried out with soils of two types: wet chernozem with significant soil cohesion and dry crumbly sandy soil.