Вдосконалена конструкція віброплуга з п’єзокерамічним актуатором
Анотація
Сфера сільського господарства є однією з найголовніших сфер життєдіяльності людини, оскільки завдання сільського господарства – забезпечувати населення продовольством, необхідним для його існування. На сьогоднішній час розвиток сільського господарства є одним із найефективніших способів подолання голоду в усьому світі. Однією з головних проблем сільського господарства є складність та ефективність обробки землі. Головним органом обробки ґрунту в сільському господарстві є плуг. В роботі представлено і розглянуто основні проблеми та відмінності звичайних плугів від вібраційних. Одним із найбільш ефективних методів обробки ґрунту є використання вдосконаленого плуга з вібруючою частиною (віброплуга), використання якого дозволить зменшити силу тертя плужного відвалу з ґрунтом, що дасть можливість зменшити витрати палива та збільшити термін експлуатації сільгосптехніки. Робота полягає в удосконаленні конструкції віброплуга на основі п’єзокерамічного актуатора, а також його комп’ютерної моделі, враховуючи повний набір геометричних, фізикомеханічних та електричних параметрів, що дасть змогу збільшити частоту віброколивань та зменшити тертя з ґрунтом. Запропонована вдосконалена комп’ютерна модель віброплуга на основі п’єзокерамічного актуатора, яка створена за допомогою пакета програм COMSOL Multiphysics, враховуючи повний набів геометричних, фізико-механічних та електричних параметрів, дає змогу визначати та прогнозувати його основні механічні характеристики. В результаті проведених комп’ютерних моделювань визначено резонансну частоту, при якій забезпечуються максимальні амплітуди коливань віброплуга. Окрім цього, представлено експериментальні результати, в яких ультразвуковий випромінювач використовувався в режимі датчика
Ключові слова
п’єзоелемент; автоматизація; зменшення тертя; віброплуг; моделювання; відвал; датчик
Використані джерела
[1] S. Kalogiannidis, D. Kalfas, F. Chatzitheo- doridis, and O. Papaevangelou, "Role of crop-protection technologies in sustainable agricultural productivity and management", Land, vol. 11 (10), 2022. Available: https://doi.org/10.3390/land11101680. Accessed on: Nov. 22, 2022.
[2] M. Rosegrant et al., Food Security in a World of Growing Natural Resource Scarcity: The Role of Agricultural Technologies. Washington, D.C., USA: International Food Policy Research Institute, 2014. Available: http://dx.doi.org/10.2499/978089 6298477. Accessed on: Nov. 22, 2022.
[3] V. M. Bulgakov, M. O. Sviren, I. P. Palamarchuk, V. V. Dryga, O. M. Chernysh, and V. V. Yaremenko, Vibration Machines for Agricultural Production. Kirovohrad, Ukraine, 2012.
[4] S. Dong, M. Dapino, and J. Vis, "Experiments on ultrasonic lubrication using a piezoelectrically-assisted tribometer and optical profilometer", J. Vis. Exp., vol. 103, p. 52931, 2015.
[5] V. S. Loveykin, Y. V. Chovnyuk, and L. A. Dyachenko, "Vibrating plow", National University of Bioresources and Nature Management of Ukraine, IPC 2009.01 A01B 63/111 [in Ukrainian].
[6] S. S. Yashchenko, S. A. Filimonov, A. V. Batrachenko, and N. V. Filimonova, "The use of smart piezoceramics for tillage in agriculture", Visnyk Cherkaskogo derzhavnogo tekhnolohichnogo universytetu, no. 2, 2019.
[7] V. Ya. Halchenko, S. S. Yashchenko, S. A. Filimonov, and N. V. Filimonova, "Mathematical modeling of features of electrophysical processes in a vibration plow with piezoelectric actuator", Agricultural machinery, Bulgaria, pp. 36-39, 2022.
[8] S. A. Filimonov, C. V. Bazilo, S. S. Yash- chenko, and N. V. Filimonova, "Method of reducing friction in the plow moldboard with soil during cultivation due to the implementation of ultrasonic vibrations", Springer Nature Switzerland AG, pp. 281289, 2022. Available: https://doi.org/ 10.1007/978-3-031-03877-8. Accessed on: Nov. 22, 2022.
[9] L. Wang, L. Zhao, Z. Jiang et al., "High accuracy Comsol simulation method of bimorph cantilever for piezoelectric vibration energy harvesting", AIP Advances, vol. 9, 095067, pp. 1-9, 2019.
[10] V. Sharapov, Piezoceramic Sensors. New York, USA: Springer Verlag, 2011. Available: https://www.researchgate.net/ publication/260733733_Sharapov_V_ Piezoceramic_sensors_-_Springer_Verlag_ Heidelberg_Dordrecht_London_New_York _2011_-_498_p. Accessed on: Nov. 22, 2022.
[11] G Akhras, "Smart materials and smart systems for the future", Canadian Military Journal, no. 3, pp. 25-32, 2000.
[12] V. Ya. Halchenko, S. A. Filimonov, A. V. Batrachenko, and N. V. Filimonova, "Increase the efficiency of the linear piezoelectric motor", Phys., vol. 10, no. 4, 04025, 2018.
[13] V. Ya. Halchenko, Yu. Yu. Bondarenko, S. A. Filimonov, and N. V. Filimonova, "Determination of influence of geometric parameters of piezoceramic plate on amplitude characteristics of linear piezomotor", Electrical Engineering & Electromechanics, no. 1, pp. 17-22, 2019.
[14] L. Spicci, and M. Cati, "Ultrasound piezodisk transducer model for material parameter optimization", Excerpt from the Proceedings of the COMSOL Conference, Paris, 2010, pp. 1-7.
[15] V. Sharapov, Piezoceramic Sensors. Heidelberg, Dordrecht, London: Springer Verlag, 2011.