تحلیل مکانیکی سامانه جدا کننده دانه از خوشه یک هد جدید برداشت دانه های شلتوک

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه شیراز، شیراز، ج. ا. ایران

2 استادیار بخش مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی دانشگاه شیراز، شیراز، ج.ا. ایران

چکیده

در این مقاله تحلیل تنش و کرنش شانه محور بیرونی و شانه محور درونی هد برداشت جدید برنج با استفاده از روش المان محدود ارائه می‌شود. این هد برداشت شامل سامانه جدا کننده دانه از ساقه بوده که هریک از شانه­­های محورهای بیرونی و درونی عضوی از این سامانه می­باشند. از نرم‌افزاز اباکوس با حلگر صریح دینامیکی برای انجام واکاوی، و از بلوک­های هشت گره­ای و المان­های تتراهدرال به منظور المان­بندی قطعات استفاده شد. پس از اتمام شبیه­سازی، نمودارهای تنش و کرنش قطعات رسم شده و مقادیر بیشینه آن­ها در هر یک از قطعات تعیین شد. از روش تحلیلی به منظور صحت سنجی نتایج حاصل از شبیه­سازی و همچنین محاسبه ضریب اطمینان و تعیین عمر هر یک از قطعات استفاده شد. حداکثر میزان نیروی اعمال شده بر روی هر دندانه شانه 29/4 نیوتن بر میلیمتر بود. حداکثر تنش در هر دو شانه 43/44 مگاپاسکال بدست آمد. نتایج نشان داد ضریب اطمینان خستگی تمام قطعات از ضریب اطمینان تسلیم آن­ها کمتر است. بنابراین قطعات زودتر دچار خستگی می­شوند. عمر محاسبه شده برای هر یک از قطعات بیشتر از  ۱۰۶بود. بنابراین قطعات (شانه محور بیرونی و شانه محور درونی) در محدوده عمر نامحدود قرار دارند. خط رگرسیون با ضریب تبیین ۹۸/۰ بر داده­ها انطباق داده شد و همچنین اختلاف بین داده­های پیش­بینی شده از روش المان محدود و محاسبه شده با روش تحلیلی در محدوده ۸۹/۷± بود. بنابراین می­توان نتیجه گرفت که انطباق قابل قبولی بین داده­های پیش­بینی شده و محاسبه شده، وجود دارد. 

کلیدواژه‌ها


Abdulkarim, K., Abdulrahman, K., Ahmed, I., Abdulkareem, S., ADEBISI, J., & Harmanto, D. (2017). Finite element  analysis of mini combined harvester chassis and hitch. Journal of Production Engineering, 20, 48-54.
Azimi Nejadian, H. (2016).Design and fabrication of a head for paddy harvesting machine. (Master’s thesis, University of Tarbiat Modares, Tehran, Iran). (In Persian).
Azimi Nejadian, H., Tavakoli Hashjin, T., Ghobadian, B. & Hoseini, S. S., (2016). Measurement requirement force to separate the grain paddy for design of rice harvesting  head. Iranian Journal of Biosystems Engineering,47(2), 337-343. (In Persian).
Azimi-Nejadian, H., Karparvarfard, S. H., Naderi-Boldaji, M., & Rahmanian-Koushkaki, H. (2019). Combined finite element and statistical models for predicting force components on a cylindrical mouldboard plough. Biosystems Engineering, 186, 168-181.
Beni, Y. T., Vahdati, A. R., & Abadyan, M. (2013). Using ALE-FEM to simulate the instability of beam-type nano-actuator in the presence of electrostatic field and dispersion forces. Iranian Journal of Science and Technology. Transactions of Mechanical Engineering, 37(M1), 1-9.
Bursi, O. S., & Jaspart, J. P. (1998). Basic issues in the finite element simulation of extended end plate connections. Computers & Structures, 69(3), 361-382.
Chandrajith, U. G., Gunathilake, D. M. C. C., Bandara, B. D. M. P., & Swarnasiri, D. P. C. (2016). Effects of combine harvesting on head rice yield and chaff content of long and short grain paddy harvest in Sri Lanka. Procedia Food Science, 6, 242-245.
Denguir, L. A., Outeiro, J. C., Rech, J., Fromentin, G., Vignal, V., & Besnard, R. (2017). Friction model for tool/work material contact applied to surface integrity prediction in orthogonal cutting simulation. Procedia CIRP, 58, 578-583.
Elsawaf, S. A., & Hassan, M. M. (2018). Behaviour of structural sub-assemblies of steel beams with openings in fire conditions. Journal of Constructional Steel Research, 148, 627-638.
Elsoragaby, S., Yahya, A., Mahadi, M. R., Nawi, N. M., & Mairghany, M. (2019). Comparative field performances between conventional combine and mid-size combine in wetland rice cultivation. Heliyon, 5(4), 1-25.
Fadaei, A., & Mokhtari, H. (2015). Finite element modeling and experimental study of residual stresses in repair butt weld of ST-37 plates. Iranian Journal of Science and Technology Transactions of Mechanical Engineering, 39, 291-307.
Fu, L., Peng, J., Nan, Q., He, D., Yang, Y., & Cui, Y. (2016). Simulation of vibration harvesting mechanism for sea buckthorn. Engineering in Agriculture, Environment and Food, 9(1), 101-108.
Fu, Y. B., & Chui, C. K. (2014). Modelling and simulation of porcine liver tissue indentation using finite element method and uniaxial stress–strain data. Journal of Biomechanics, 47(10), 2430-2435.
Gao, S. (2019). Nonlinear finite element failure analysis of bolted steel-concrete composite frame under column-loss. Journal of Constructional Steel Research, 155, 62-76.
Harewood, F. J., & McHugh, P. E. (2007). Comparison of the implicit and explicit finite element methods using crystal plasticity. Computational Materials Science, 39(2), 481-494.
Heintze, S. D., Monreal, D., Reinhardt, M., Eser, A., Peschke, A., Reinshagen, J., & Rousson, V. (2018). Fatigue resistance of all-ceramic fixed partial dentures–Fatigue tests and finite element analysis. Dental Materials, 34(3), 494-507.
Horgan, F. G., Ramal, A. F., Bernal, C. C., Villegas, J. M., Stuart, A. M., & Almazan, M. L. (2016). Applying ecological engineering for sustainable and resilient rice production systems. Procedia Food Science, 6, 7-15.
Jahanbakhshi, A., & Heidarbeigi, K. (2019). Simulation and mechanical stress analysis of the lower link arm of a tractor using finite element method. Journal of Failure Analysis and Prevention, 19(6), 1666-1672.
Jahanbakhshi, A., Ghamari, B., & Heidarbeigi, K. (2017). Assessing acoustic emission in 1055I John Deere combine harvester using statistical and artificial intelligence methods. International Journal of Vehicle Noise and Vibration, 13(2), 105-117.
Jain, R., Pal, S. K., & Singh, S. B. (2018). Finite element simulation of pin shape influence on material flow, forces in friction stir welding. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 94(5-8), 1781-1797.
Khanali, M., Jafari, A., Mobli, H., & Rajabipour, A. (2010). Analysis and design optimization of a frontal combine harvester axle using finite element and experimental methods. Journal of Food, Agriculture & Environment, 8(2), 359-364.
Kim, J., Yoon, J. C., & Kang, B. S. (2007). Finite element analysis and modeling of structure with bolted joints. Applied Mathematical Modelling, 31(5), 895-911.
Li, H., Zhao, G., & He, L. (2008). Finite element method based simulation of stress–strain field in the quenching process. Materials Science and Engineering: A, 478(1-2), 276-290.
McCarthy, M. A., McCarthy, C. T., Lawlor, V. P., & Stanley, W. F. (2005). Three-dimensional finite element analysis of single-bolt, single-lap composite bolted joints: Part I—model development and validation. Composite Structures, 71(2), 140-158.
Motevali, A., Hashemi, S. J., & Tabatabaeekoloor, R. (2019). Environmental footprint study of white rice production chain-case study: Northern of Iran. Journal of Environmental Management241, 305-318.
Muntakim, A., Siddiquee, M., & Udagepola, K. (2016). Finite element simulation of the effect of loading rate on the stress-strain behaviour of Albany sand. Journal of the National Science Foundation of Sri Lanka, 44(2), 203-209.
Reid, J. D., & Hiser, N. R. (2005). Detailed modeling of bolted joints with slippage. Finite Elements in Analysis and Design, 41(6), 547-562.
Seyedabadi, E. (2015). Finite element analysis of lift arm of a MF-285 tractor three-point hitch. Journal of Failure Analysis and Prevention, 15(5), 737-743.
Shahani, A. R., Shakeri, I., & Kashani, H. M. (2015). Fatigue life estimation of bolts in flanges of a reinforced cylindrical shell. Modares Mechanical Engineering, 14(13),201-208. (In Persian).
Shaw, M. C., & Cookson, J. O. (2005). Metal cutting principles (Vol. 2). New York: Oxford University Press.
Shigley, J. E. (2011). Shigley's mechanical engineering design. New York:  Tata McGraw-Hill Education.
Soltani, P., & Mirhosseini, R. T. (2013). Study of non-linear dynamic behavior of structures with steel shear wall under the near fault earthquakes. Journal of Civil Engineering and Urbanism, 3(6), 372-379.
Tanlak, N., Sonmez, F. O., & Talay, E. (2011). Detailed and simplified models of bolted joints under impact loading. The Journal of Strain Analysis for Engineering Design, 46(3), 213-225.
Ucgul, M., Saunders, C., & Fielke, J. M. (2018). Comparison of the discrete element and finite element methods to model the interaction of soil and tool cutting edge. Biosystems Engineering, 169, 199-208.
Umbrello, D. (2008). Finite element simulation of conventional and high speed machining of Ti6Al4V alloy. Journal of Materials Processing Technology, 196(1-3), 79-87.   
Ushio, Y., Saruwatari, T., & Nagano, Y. (2019). Elastoplastic FEM analysis of earthquake response for the field-bolt joints of a tower-crane mast. Advances in Computational Design, 4(1), 53-72.
Yorgun, C., Dalcı, S., & Altay, G. A. (2004). Finite element modeling of bolted steel connections designed by double channel. Computers & structures, 82(29-30), 2563-2571.
Zhao, Z., Huang, H., Yin, J., & Yang, S. X. (2018). Dynamic analysis and reliability design of round baler feeding device for rice straw harvest. Biosystems Engineering, 174, 10-19.