Stress analysis of the sugar beet lifter with the finite element method (FEM)

• Autorzy: Boryga Marek , Kołodziej Paweł

Identyfikatory

DOI

10.1515/agriceng-2019-0023

Warianty tytułu

PL

Analiza naprężeń wyorywacza buraków cukrowych z wykorzystaniem metody elementów skończonych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The article presents the method of creating a 3D model of a passive lifter with (polder) plowshares, used in sugar beet harvesters, along with stages of its preparation and results of stress analysis. The computer simulation takes into account force timelines obtained during field tests of the tool. The Stress analysis module of the Autodesk Inventor program was used for the analysis, using the finite element method (FEM). The analysis included the elements that constitute the working part of the lifter, whereas elements of the flexible system were omitted. The results confirm that the lifter structure was developed correctly in terms of durability. The highest reduced stresses, calculated according to the Huber-Mises-Hencky (HMH) hypothesis, were 128.4 MPa (the minimum value of the safety factor related to the yield point is 1.61). The paper also discusses the construction of two flexible couplings with infinitely variable torsional stiffness, which can be used as an alternative solution for a typical flexible system: a shock absorber and a helical spring.

PL

W artykule przedstawiono sposób tworzenia modelu 3D, etapy przygotowania oraz wyniki analizy naprężeń wyorywacza kombajnu do buraków cukrowych z lemieszami płytowymi (polderowymi). W komputerowej symulacji uwzględniono przebiegi w czasie sił otrzymane z testów polowych. Do analizy wykorzystano moduł Analiza naprężeń programu Autodesk Inventor wykorzystujący metodę elementów skończonych. Wyniki analizy potwierdzają poprawność konstrukcji wyorywacza pod względem wytrzymałościowym. Największe naprężenia zredukowane obliczone wg hipotezy wynosiły 128,4 MPa (minimalna wartość współczynnika bezpieczeństwa odniesionego do granicy plastyczności wynosi 1,61). Dodatkowo omówiono budowę dwóch sprzęgieł podatnych mających możliwość bezstopniowej regulacji sztywności skrętnej, które mogą stanowić alternatywne rozwiązanie dla typowego układu podatnego w postaci amortyzatora oraz sprężyny śrubowej.

Słowa kluczowe

EN

passive sugar beet lifter; stress analysis; finite element method; FEM; system with adjustable torsional stiffness

PL

wyorywacz pasywny; buraki cukrowe; analiza naprężeń; metoda elementów skończonych; układ z regulowaną sztywnością skrętną

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Inżynierii Rolniczej
• Czasopismo: Agricultural Engineering
• Rocznik: 2019
• Tom: Vol. 23, No. 3
• Strony: 29--39
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Boryga Marek

• Department of Mechanical Engineering and Automation, University of Life Sciences in Lublin, Poland

autor

Kołodziej Paweł

• Department of Mechanical Engineering and Automation, University of Life Sciences in Lublin, Poland

Bibliografia

• Boryga, M., Kołodziej, P. (2018). Numerical verification of the correctness of the modelling clutch with adjustable torsional. Mechanik, 10, 838-841.
• Boryga, M., Kołodziej, P. (2019). Dynamic analysis of sugar beet lifter. Journal of Research and Applications in Agricultural Engineering, 64(2), 19-24.
• Celik, H.K.,Topakci, M., Akinci, I. (2009). Structural optimization with FEM in agricultural engineering: a case study for irrigation plumbing element. Proceedings 37th International Symposium „Actual tasks on agricultural engineering”, Opatija, Croatia, 497-506.
• Choi, W.S., Pratama, P.S., Supeno, D., Jeong, S.W., Byun, J.Y., Woo, J.H., Lee, E.S., Park, C.S. (2018). Characteristics of reduction gear in electric agricultural vehicle. 5 th International Conference on Mechanical Engineering, Materials Science and Civil Engineering 324, Article Number: 012036.
• Debski, H., Koszalka, G., Ferdynus, M. (2012). Application of fem in the analysis of the structure of a trailer supporting frame with variable operation parameters. Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability, 14(2), 107-113.
• Dykstra, M. (1996). Entwicklung und Untersuchungen von Rodewerkzeugen für Zuckerrübenerntemaschinen. Technische Universität Dresden. Fakultät Maschinenwesen. Dissertation A.
• Herrmann, K. (1996). Untersuchngen an höherfrequent schwingenden Polderscharen zur Zuckerrübenernte. Technische Universität Dresden. Fakultät Maschinenwesen. Dissertation A.
• Kołodziej, P., Boryga, M. (2014). Frequency analysis of coupling with adjustable torsional flexibility. Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability, 16(2), 325-329.
• Kołodziej, P., Stępniewski, A. (2007). Sprzęgło podatne. Patent PL 193910 B1.
• Kołodziej, P., Gołacki, K. (2006). Stanowiska do badań sił reakcji korzeni buraka cukrowego na zadane typy obciążeń dynamicznych. Inżynieria Rolnicza, 5, 273-281.
• Kołodziej, P., Boryga, M. (2017). Static analysis of the stresses of clutch components with infinitely variable adjustment of the torsional flexibility using FEM. Mechanik, 11, 1052-1054.
• Korzybski, W., Rode, H. (2014). Systemy komputerowe w mechanice. Logistyka, 6, 5716-5724.
• Łukaszewicz, K. (2017). Use of CAD software in the process of virtual prototyping of machinery. 7 th International Conference on Engineering, Project, and Production Management, Procedia Engineering, 182, 425-433.
• Malon, H., Garcia-Ramos, F.J., Vidal, M., Bone, A. (2016). Design and optimization of a chassis for an air-assisted sprayer with two fans using the finite element method. Project Management and Engineering Research, 2014. Lecture Notes in Management and Industrial Engineering, 103-115.
• Pater, Z., Tomczak, J., Kołodziej, P., Boryga, M., Gołacki, K. (2017). Sprzęgło podatne. Patent PL 225230 B1.
• Patyk, R., Kukiełka, L. (2009). Prognozowanie wytrzymałości zmęczeniowej zęba kultywatora z wykorzystaniem metod numerycznych. Inżynieria Rolnicza, 9(118), 181-187.
• Pawłowski, T., Szczepaniak, J. (2005). Współczesna metodyka projektowania i weryfikacji konstrukcji maszyn rolniczych. Inżynieria Rolnicza, 14, 267-275.
• Švrcek, M. (1995). Theoretische und experimentelle Untersuchungen an einem federnden Bodenlockerungswerkzeug im Hinblick auf mögliche Energieeinsparungen. Technische Universität Dresden. Fakultät Maschinenwesen. Dissertation.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).