Simulazione numerica e ottimizzazione dei parametri di una trivella in zona collinare mediante software EDEM

Mar 16, 2023

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 19526 (2022) Citare questo articolo

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Lo scavo nelle regioni collinari è una misura importante per promuovere il rimboschimento in siti difficili. In considerazione delle condizioni di lavoro per costruire una fossa a scala di pesce sul pendio, in questo studio è stato studiato il meccanismo della coclea di sollevamento e lancio del terreno. Questo studio ha utilizzato il software EDEM per stabilire il modello di funzionamento della trivella terrestre e condurre esperimenti di simulazione virtuale DEM (Discrete Element Method). È stato implementato un test combinato di centro ortogonale rotante quadratico impostando l'efficienza del terreno di trasporto (Y1) e la distanza del terreno di lancio (Y2) come indici di valutazione. Sui dati sperimentali virtuali sono state eseguite l'analisi della varianza e l'ottimizzazione della superficie di risposta. I risultati hanno indicato che il peso dei fattori che influenzano Y1 e Y2 erano velocità di alimentazione > angolo di elica > velocità di rotazione > angolo di inclinazione e coclea inclinata > velocità di rotazione > velocità di alimentazione > angolo di elica. È stata ottenuta la combinazione ottimale dei parametri di ciascun fattore d'influenza. Tra questi, quando è stata richiesta la preparazione della pendenza, la combinazione ottimale dei parametri operativi della coclea era: pendenza di 26,467°, angolo dell'elica di 21,567°, velocità di alimentazione di 0,1 m/s, velocità di rotazione di 67,408 giri/min. Questa ricerca fornisce riferimenti teorici per l'ottimizzazione della progettazione della trivella in zone collinari.

Nel processo di promozione vigorosa dell’inverdimento del territorio su larga scala nell’intera società, il problema principale è che, in questa fase, il terreno delle aree forestali da sviluppare è complesso, i cambiamenti di pendenza sono diversi e le condizioni di rimboschimento sono difficili. Il livello di meccanizzazione del rimboschimento è molto basso, il che ha limitato la velocità di espansione della scala di rimboschimento.

La preparazione del terreno cavernoso, detta anche scavo, è uno degli anelli essenziali del processo di rimboschimento. È ampiamente utilizzato nei processi produttivi e operativi della silvicoltura, come la piantagione di alberi, il dissodamento del terreno e la fertilizzazione profonda1. In questa fase, la trivella da terra sviluppata ha una buona adattabilità nelle aree pianeggianti ed è stata ampiamente diffusa2,3. Per le zone collinari e montane con terreni complessi, le coclee esistenti presentano problemi di bassa efficienza e basso fattore di sicurezza nel processo di applicazione4.

Nei regolamenti relativi alle operazioni di rimboschimento, al fine di superare l'inadattabilità della trivella e di altre macchine e strumenti alle regioni collinari, il problema verrebbe risolto effettuando in anticipo una preparazione del terreno pianeggiante sul pendio5. Tuttavia, i lavori di preparazione del terreno sono pesanti e la morfologia originaria è gravemente danneggiata. D’altro canto, a causa dello spazio regionale ristretto e del terreno complesso, le macchine di grandi dimensioni non possono eseguire la preparazione del terreno. La preparazione orizzontale del terreno ovviamente non è il modo più efficiente per piantare alberi6. Quando si piantano alberi su un pendio, la formazione di fosse a scala di pesce è uno dei modi più efficaci per conservare l'acqua e il suolo. Il picco di raccolta del terreno a forma di ventaglio dopo lo scavo sul pendio ha la stessa forma della fossa a squame di pesce, come mostrato in Fig. 1. Dopo aver modellato la forma del terreno, necessita solo del rinforzo manuale7,8. Indagando sulla tecnologia della modellatura artificiale delle fosse a squame di pesce, questo studio esplora l'operazione di scavo meccanizzato sul pendio per fornire aiuti per modellare le fosse a squame di pesce.

Sito di piantagione boschiva del tipo a fossa a squame di pesce.

Negli anni '70 dell'Ottocento iniziarono le ricerche sul meccanismo della trivella. Lian et al. ha condotto le prime ricerche e sintesi sulla teoria della progettazione della coclea. Finora molte formule empiriche sono state utilizzate come riferimento per i ricercatori9,10. Gli studiosi Macphersonet et al. hanno studiato rispettivamente il consumo energetico durante il funzionamento e la vibrazione flessionale-torsionale delle punte da trapano, che hanno contribuito alla progettazione e all'innovazione degli escavatori11,12. Negli ultimi anni, al fine di risolvere i problemi di intasamento e di eccessivo tasso di riempimento nel processo di trasporto del suolo, molti esperti hanno utilizzato MATLAB, ADAMS, ANSYS e altri software di analisi di simulazione per analizzare la statica e la dinamica della coclea13,14,15 .