Хоменко С.М. МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ ПРИ ДОСЛІДЖЕННІ ВЗАЄМОДІЇ РОБОЧИХ ОРГАНІВ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАШИН З ОРГАНІЧНИМИ ДОБРИВАМИ
Хоменко С.М., асистент
Житомирський національний агроекологічний університет
МЕТОДИ МОДЕЛЮВАННЯ ПРИ ДОСЛІДЖЕННІ ВЗАЄМОДІЇ РОБОЧИХ ОРГАНІВ СІЛЬСЬКОГОСПОДАРСЬКИХ МАШИН З ОРГАНІЧНИМИ ДОБРИВАМИ
В результаті аналізу літературних джерел було встановлено, що при вирішенні задач моделювання органічних добрив і їх взаємодії з робочими органами сільськогосподарських машин, можуть використовуватися п'ять основних методів:
1. Метод, що базується використанні теорії руху матеріальної частинки по шорсткій площині [1].
2. Реологічний метод, який дозволяє будь-яке тіло представити сукупністю пружних, в'язких і пластичних елементів [6].
3. Метод, що базується на використанні механіки суцільного середовища і використання побудованих на її основі моделей ґрунту (механіка ґрунтів, теорія різання ґрунтів) [3, 4, 7].
4. Метод дискретних елементів, суть якого полягає в тому, що систему, яка являє собою сипке середовище, представляють у вигляді сукупності взаємодіючих частинок (найчастіше сферичної форми), для кожної з яких розраховують діючі сили і траєкторії руху [8, 9, 10].
5. Експериментальний метод [2].
Перший метод є найбільш поширеним, відносно простим і дозволяє, як показали результати багатьох досліджень пов'язаних з вивченням взаємодії робочих органів сільськогосподарських машин з добривами та іншими матеріалами отримувати адекватні результати. Очевидним недоліком є те, що широкий спектр фізико-механічних властивостей матеріалів, при побудові моделей даним методом, як правило включає лише коефіцієнт зовнішнього тертя [1].
Другий метод служить в основному для аналізу закономірностей зміни деформацій [6].
Третій метод, використовуючи положення механіки ґрунтів, володіє, відповідно і його недоліками, якими Хайбулін Р.Р. [7], в своїй докторській дисертації зазначив низьку точність розрахунків при побудові моделей різання (розходження до 100 %). Проте з поміж трьох методів: реологічного, експериментального та розглядуваного теоретичного, він все ж надав перевагу останньому, зазначивши його коректне використання при необхідності введення додаткових умов і врахуванні особливостей протікання процесів фрезерування ґрунтів.
Варто зазначити, що моделювання ґрунтів і їх взаємодія з робочими органами є набагато більш вивченими питаннями, аніж це стосується органічних добрив. Враховуючи, що ґрунти і органічні добрива відносяться до насипних вантажів, проявляють як пружні так і пластичні властивості, можна з певними уточненнями використовувати моделі ґрунту.
Четвертий метод дискретних елементів (МДЕ), хоча й має більш ніж тридцятирічну історію розвитку, являється відносно новим, і його інтенсифікація за останнє десятиріччя була б неможливою без розвитку сучасних швидкодіючих ПЕОМ. Це пояснює його становлення та розвиток в першу чергу в роботах закордонних колег.
Використовуючи МДЕ, складна задача про рух сипкого середовища як суцільного, зводиться до суми множин простих і добре досліджених задач механічного контакту між окремими частинками.
Дослідження внесення компостів розкидачем з двома вертикально розташованими барабанами, використовуючи МДЕ та спеціалізоване програмне забезпечення PFC3D (Version 3.0), в 2005/2006 рр. виконав H. Landry [10].
Група науковців, під керівництвом H. Landry, провела моделювання машини для приготування компостів, використовуючи ту ж методику і програмне забезпечення, що розглянуті вище [8, 9].
Проте, проведення подібних досліджень вимагає закупівлі дуже дорого програмного забезпечення, що в нашій країні може собі дозволити лише організація, що займається крупномасштабним промисловим моделюванням.
Наприклад, для використання згадуваної вище програми PFC3D, необхідно сплатити 22700 доларів США за стандартну ліцензію (інформація станом на 07.08.2009 р. за версію 4.0 програми PFC3D).
Тому, існує реальна необхідність у створенні програмних пакетів, які б дозволяли без суттєвих затрат вирішувати задачі легкого і середнього класів, якими займаються окремі дослідники або наукові групи. І до перших вагомих результатів, на теренах СНГ, можна віднести роботу Дорофеєнка С.О. [5], виконану в 2004/2008 рр. Автор, при моделюванні сипких середовищ методом дискретних елементів, проаналізував і розвинув підхід до реалізації алгоритму МДЕ, розробив власне програмне забезпечення та використав безкоштовну програму YADE, що працює під управлінням ОС Linux.
П'ятий, експериментальний метод, дає достатньо точні дані, проте вони адекватні для конкретних умов і систем, що не дозволяє в разі потреби досліджувати , наприклад оригінальні робочі органи і прогнозувати реакцію системи на зміну умов протікання процесів, що досліджуються.
Література:
1. Василенко П.М. Теория движения частицы по шероховатым поверхностям сельскохозяйственных машин / П.М. Василенко.- К.: Изд-во УАСХН, 1960. - 283 с.
2. Ветров Ю.В. Резание грунтов землеройными машинами / Ю.В. Ветров. - М.: Машиностроение, 1975. - 357 с.
3. Зеленин, А.Н. Физические основы теории резания грунтов / А.Н. Зеленин. - М.- Л.: АН СССР, 1950. - 355 с.
4. Зенков Р.Л. Механика насыпных грузов / Р.Л. Зенков. - М.: Машиностроение, 1964. - 250 с.
5. Дорофеенко С.О. Моделирование сыпучих сред методом дискретных элементов: дис. ... канд. физ.- мат. наук: 01.04.17 / Дорофеенко Сергей Олегович. - Черноголовка, 2008. - 114 с. - Библиогр.: с. 106 - 114.
6. Рейнер М. Реология / М. Рейнер. - М.: Наука, 1965. - 223 с.
7. Хайбуллин Р.Р. Теоретические основы разрушения грунта при фрезеровании и бурении рабочими органами строительных машин: автореф. дис. на соискание ученой степени докт. техн. наук: спец. 05.05.04 «Дорожные, строительные и подъемно-транспортные машины» / Хайбуллин Рашид Равильевич; Карагандинский гос. техн. ун-т. - Караганда, 2008.- 40 с.
8. Landry H. Discrete element modeling of machine-manure interactions / H. Landry, C. Laguё, M. Roberge // Computers and Electronics in Agriculture. - Volume 52. - Issues 1-2. - June 2006. - pp. 90 - 106.
9. Landry H. Discrete element representation of manure products / H. Landry, C. Laguё, M. Roberge // Computers and Electronics in Agriculture. - Volume 51. - Issues 1-2. - April 2006. - pp. 17 - 34.
10. Landry H. Numerical modeling of the flow of organic fertilizers in land application equipment / H. Landry, F. Thirion, C. Laguё, M. Roberge // Computers and Electronics in Agriculture. - Volume 51. - Issues 1-2. - April 2006. - pp. 35 - 53.
e-mail: Sergie55irl@rambler.ru
