CSBE-SCGAB

Soil bin tests and discrete element modeling of a disc opener

Authors: Steven E. Murray and Ying Chen
Description: Soil disturbance and cutting force are two of the most common performance indicators for openers. These were investigated for a disc opener through measurements in an indoor soil bin and modeling using the discrete element method (DEM). In the soil bin experiments, the disc was tested at a constant depth of 37.5 mm and different tilt angles (0°, 10°, and 20°). Draft and vertical forces, and soil throw caused by the disc were measured. The DEM model was validated using the results from the experiments. The validated model was used to predict soil-cutting forces under various operational parameters. Both the experiments and the model showed an increasing trend of soil throw with the tilt angle. The model produced a decreasing trend for the draft force and vertical force, while the experiments did not show any particular trend. In comparison with the experimental results, the model results had relative errors of 10.5%, 1.9%, and 59.7% in predicting soil throw, draft and vertical forces, respectively. The draft force predicted with the model increased from 9.4 to 74.7 N following a polynomial equation when the gang angle of the disc was varied from 0° to 30°, and from 3.1 to 82.9 N following a polynomial equation as well when the working depth was varied from 12.5 to 75.0 mm. The model was able to produce well-defined trends of draft, vertical, and lateral forces of the disc opener.
Keywords: Angle, DEM, disc, disturbance, force, soil.
Résumé: Le déplacement du sol et la force de découpage sont deux des indicateurs de performance plus communs pour les ouvre-sillons. Ceux-ci ont été étudiés pour un ouvre-sillon à disque au moyen de mesures dans un bac de sol intérieur et la modélisation à l’aide de la méthode des éléments discrets (DEM). Dans les essais en bac de sol, l’ouvre-sillon à disque a été testé à une profondeur constante de 37,5 mm et différents angles d’inclinaison (0°, 10° et 20°). L’effort de tirage et la force verticale, ainsi que la projection du sol causé par le disque ont été mesurés. Le modèle DEM a été validé en utilisant les résultats des essais. Le modèle validé a été utilisé pour prédire les efforts de coupage du sol pour différents paramètres d’opération. Les observations sur la projection du sol ainsi que le modèle démontrent une augmentation du sol projeté avec l’accroissement de l’angle d’inclinaison verticale. Le modèle suggère une tendance à la baisse pour l’effort de tirage et la force verticale, alors que les expériences n’indiquent aucune tendance particulière. Relativement aux résultats expérimentaux, les prédictions du modèle montrent des écarts de 10.5%, 1.9% et 59.7% avec les mesures de projection du sol, l’effort de tirage et la force verticale, respectivement. Le modèle DEM prédit une augmentation de l’effort de tirage de 9.4 à 74.7 N suivant une équation polynomiale lorsque l’angle du gang du disque passait de 0° à 30° et de 3.1 à 82.9 N suivant une équation polynomiale ainsi lorsque la profondeur de travail variait de 12.5 à 75.0 mm. Le modèle DEM a été en mesure d’illustrer des tendances bien définies de l’effort de tirage et des forces verticales et latérales de l’ouvre-sillon à disque.
Mots-clés: Angle, DEM, disque, déplacement du sol, force, sol.
Technical field: Machinery Systems Engineering
Citation: Murray, S.E., and Y. Chen. 2018. Soil bin tests and discrete element modeling of a disc opener. Canadian Biosystems Engineering/Le génie des biosystèmes au Canada 60: 2.1-2.10.
Volume: 60
Issue: 1
Start page number: 2.1
End page number: 2.10
Publisher: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Contributor: R. Sri Ranjan
Date: April 11, 2018
Publication type:
  • Journal
Type: Text.Article
Format: PDF
Identifier: C18347
Language 1: en
Language 2: fr
Rights: Canadian Society for Bioengineering / Société Canadienne de Génie Agroalimentaire et de Bioingénierie
Located in: Volume 60 (2018)