Rynek maszyn rolniczych dynamiczny i silnie konkurencyjny, stale ewoluuje. W procesie projektowania sprzętów rolniczych konieczne jest uwzględnienie nie tylko warunków ich pracy, lecz także interakcji z materiałami, z którymi będą działać. Fizyczne testy na sprzęcie mogą być nie tylko kosztowne, ale także czasochłonne i możliwe do wykonania tylko w określonej porze roku. Dodatkowo, opóźnienia spowodowane np. niekorzystnymi warunkami atmosferycznymi podczas testów terenowych mogą znacznie opóźnić wprowadzenie produktu na rynek. Dlatego wykorzystanie efektywnego, umożliwiającego podejmowanie istotnych decyzji projektowych już na wczesnym etapie prac narzędzia CAE – takiego jak Altair EDEM – staje się nieodzownym elementem wydajnego kreowania niezawodnych maszyn rolniczych.

Materiały sypkie a maszyny rolnicze

Projektowanie maszyn rolniczych wymaga kompleksowego podejścia, szczególnie w kontekście materiałów sypkich, takich jak ziarno, gleba czy nasiona. Precyzyjne zrozumienie interakcji tych surowców ze sprzętem oraz zmian ich zachowania w różnych warunkach jest kluczowe dla optymalizacji konstrukcji pod katem wytrzymałości, wydajności pracy i niezawodności. Wnikliwa analiza tych zależności pozwala także zminimalizować późniejsze ryzyko wystąpienia typowych problemów takich jak blokowanie się czy nierówna dystrybucja materiału.

W procesie projektowania maszyn rolniczych należy mieć na uwadze jednocześnie sposób interakcji z materiałem sypkim, zakres operacji sprzętu, warunki pracy i charakterystykę terenu, w którym jest ona podejmowana. Liczba zmiennych i czynników, które trzeba brać pod uwagę, aby dostarczać funkcjonujące wydajnie maszyny jest znaczna. Ich kompleksowe uwzględnienie pozwala stale podnosić jakość i niezawodność dostarczanego sprzętu. Dzięki wykorzystaniu oferowanych przez oprogramowanie Altair EDEM symulacji komputerowych i wirtualnych testów można efektywnie sprostać temu wyzwaniu.

Proste rozwiązanie na trudne wyzwanie

Altair EDEM to działające w oparciu o metodę elementów dyskretnych (DEM) oprogramowanie do symulacji zachowania materiałów sypkich i ziarnistych, takich jak m.in.:

  • gleba,
  • ziarno,
  • uprawy okopowe,
  • warzywa,
  • owoce,
  • czy inne płody rolne,

a także włóknistych, jak trawy czy słoma. Umożliwia analizę zachowania samych materiałów, ich interakcji i wpływu na sprzęt oraz maszyny w różnych warunkach pracy. Pozwala także na uzyskiwanie kluczowych informacji na temat interakcji maszyna-gleba i maszyna-uprawy.

W programie można wykorzystać geometrię z większości standardowych formatów takich jak STEP, Parasolid, STL, IGES oraz bezpośrednio z najbardziej popularnych systemów CAD takich jak SOLIDWORKS, NX, Inventor czy CATIA. Sam EDEM ma natomiast wbudowaną możliwość definiowania prostych geometrii, edycji modeli oraz tworzenia geometrii pomocniczych.

Przyjazna obsługa i integracja Altair EDEM

Nawigacja po programie jest przejrzysta i intuicyjna. Altair EDEM podzielony jest na trzy etapy:

EDEM Creator – czyli pre-procesor, w którym definiowane są materiały, cząstki, modele geometryczne i fizyczne. Program pozwala tworzyć cząstki o różnym kształcie, np. sferyczne, wielosferyczne, wielościenne czy sferyczno-cylindryczne oraz łączyć je ze sobą, tak by nadać kształt jak najbliższy rzeczywistemu. Warto nadmienić, że program potrafi generować losową wielkość cząstek.

EDEM Simulator – solver, w którym wprowadzane są ustawienia symulacji oraz czas wykonywania, a następnie przeprowadzane są symulacje z wykorzystaniem procesorów CPU lub karty graficznej GPU. Wsparcie obliczeń przez kartę graficzną znacznie przyspiesza pracę, nawet kilkukrotnie skracając czas potrzebny na obliczenia.

EDEM Analyst – postprocesor, narzędzie do prezentacji wyników, tworzenia animacji, raportów, wykresów i eksportu danych.

Zakres dostępnych analiz można dodatkowo rozszerzyć dzięki łatwej integracji z innymi narzędziami CAE. Przykładowo, w zależności od rodzaju obliczeń, jakie będą przeprowadzane, Altair EDEM można łączyć z następującymi programami:

  • analiza elementów skończonych (MES) – Altair HyperMesh, ANSYS Mechanical, Abaqus,
  • analiza typu Multi-Body Dynamic (MBD) – Altair MotionSolve, Adams, RecurDyn, LMS Virtual.Lab Motion,
  • analiza przepływu płynów (CFD) – Altair AcuSolve, Fluent, OpenFOAM.

Ponadto, dzięki wykorzystaniu EDEM-HyperStudy Connector można wygodnie dokonywać optymalizacji parametrycznej EDEM bezpośrednio w graficznym interfejsie (GUI) HyperStudy z wykorzystaniem prostego i intuicyjnego przepływu pracy. To połączenie może zostać wykorzystane m.in. do kalibracji modeli materiałowych, optymalizacji projektowej i operacyjnej oraz innych zastosowań projektowych z wykorzystaniem sztucznej inteligencji (AI).

Praktyczne zastosowanie Altair EDEM

Dzięki swoim właściwościom i możliwościom Altair EDEM znajduje szerokie zastosowanie zarówno w projektowaniu całych maszyn, jak i ich pojedynczych elementów. Poniżej przedstawiamy kilka praktycznych przykładów jego zastosowania w odniesieniu do konkretnych urządzeń rolniczych:

  1. Przenośnik śrubowy kombajnu – program pozwala na przewidywanie przepływu materiału, obliczanie przepustowości i mocy niezbędnej do przeładunku ziarna oraz mierzenie wydajności pracy całego systemu. Ponadto umożliwia także symulację i wizualizację rozładunku zbiornika na ziarno oraz działanie innych systemów wykorzystujących przenośniki ślimakowe.
  2. Kombajn okopowy (do ziemniaków) – EDEM daje możliwość przeprowadzania wirtualnych testów różnych konstrukcji, określenia skuteczności sortowania ziemniaków oraz redukcji uszkodzeń transportowanego materiału. W tym przypadku można go także wykorzystać do analizy i symulacji różnych części wyposażenia.
  3. Przenośnik kubełkowy – dzięki pracy z programem można przewidywać i zoptymalizować wydajność przenośnika, a także zrozumieć profil przepływu ziaren.
  4. Zbiornik zasypowy – w Altair EDEM można zbadać siły kontaktowe, a następnie wykorzystać wyniki jako dane wejściowe do analizy metodą elementów skończonych (MES), a także określić wpływ tych sił na konstrukcję w różnych momentach pracy.
  5. System czyszczenia ziarna w kombajnie zbożowym – oprogramowanie pozwala na analizę interakcji pomiędzy ziarnem/słomą a zespołem młócącym, a także na określenie skuteczności separacji i straty ziarna.
  6. Suszarnia do zboża – narzędzie umożliwia określenie przepływu cząstek, identyfikację niedosuszeń i przesuszeń ziarna, celem uzyskania równomiernego suszenia oraz minimalizację ryzyka utraty jakości i marnowania energii.
  7. Przystawka do zbioru kukurydzy – w programie można wykonać symulację procesu ścięcia kukurydzy i oderwania kolby czy przewidywać interakcję pomiędzy włóknistymi materiałami rolniczymi a częściami maszyn.
  8. Rozsiewacz nawozów – Altair EDEM daje możliwość sprawdzenia wzoru rozsiewu i pomaga w osiągnięciu równomiernej dystrybucji, pozwala przewidywać przepływ cząstek, a także ograniczyć testy fizyczne poprzez wirtualną weryfikację testów terenowych. Dodatkowo, łącząc go z AcuSolve, można wprowadzić do symulacji również ruchy powietrza.
  9. Kosiarka – wykorzystanie oprogramowania umożliwia symulację interakcji urządzenia z trawą, śledzenie skuteczności koszenia w różnych warunkach oraz sposobu wydostawania się trawy spod kosiarki, przewidywanie wydajności kosiarki, określenie jednolitości wysokości cięcia oraz wymagań mocy kosiarki.
  10. Zgrabiarka – w programie EDEM można zbadać interakcję elastycznych włókien z maszyną celem optymalizacji procesu projektowego, przewidywać przepływ materiału i optymalizować wydajności zgrabiania. Ponadto, w połączeniu z MotionSolve, program umożliwia symulację pracy ciągnika ze zgrabiarką, pozwalając przewidzieć: skuteczność zagrabiania i interakcję ze skoszoną trawą/sianem, ilościowe obciążenia i naprężenia komponentów maszyny oraz oszacować wytrzymałość sprzętu.
  11. Pług – w narzędziu jest możliwość wykonania modelowania uprawy roli i interakcji pomiędzy glebą a pługiem, analizy ruchów gleby i doboru głębokości orki, określenia wydajności sprzętu oraz optymalizacji jego geometrii.
  12. Ciągnik – łącząc EDEM z MBD można wykonać modelowanie interakcji maszyna-gleba z uwzględnieniem dynamicznych reakcji wyposażenia, uzyskać dokładną informację o siłach wywieranych na sprzęt, a także przeprowadzić wirtualne testy nowych projektów z wykorzystaniem różnych materiałów oraz wszystkich manewrów sprzętu bez potrzeby tworzenia fizycznego prototypu.
  13. Ciągnik z agregatem uprawowym – dzięki wykorzystaniu połączenia EDEM z MotionSolve i Activate powstaje możliwość symulowania pracy w terenie z zachowaniem realistycznej interakcji maszyny z glebą. Narzędzie pozwala określić skuteczność mieszania warstw ziemi, kontrolować prędkość pojazdu i hydraulikę, przewidywać moment obrotowy niezbędny do prawidłowego działania sprzętu uprawowego w założonych warunkach, a także odpowiednio dobrać rozmiar i typ opon celem uniknięcia ześlizgnięć.

Dążąc do doskonałości

Altair EDEM to wszechstronne narzędzie, które rewolucjonizuje sposób projektowania maszyn rolniczych. Symulując zachowanie i interakcje materiału ziarnistego lub włóknistego, umożliwia na wczesnym etapie projektu identyfikację ryzyka zużycia lub zablokowania sprzętu, a także przewidywanie jego reakcji. Pozwala to na odpowiednio szybką optymalizację konstrukcji i minimalizuje ryzyko potencjalnych awarii, poprawiając tym samym niezawodność maszyn. Dodatkowo, zmniejszając zapotrzebowanie na fizyczne prototypy, znacznie przyspiesza cały proces projektowania, nie tylko ograniczając koszty, ale także pozwalając szybciej wprowadzać produkty na rynek.

Altair EDEM nie tylko przyspiesza rozwój, ale także podnosi standardy jakości maszyn, przynosząc korzyści zarówno projektantom, jak i użytkownikom finalnych produktów.

Jeżeli chcą Państwo dowiedzieć się więcej o wykorzystaniu Altair EDEM w branży rolniczej oraz zapoznać się z przykładowymi symulacjami, zapraszamy do obejrzenia naszego webinaru. By przejść do nagrania, wystarczy kliknąć w link: Webinar – Zastosowania oprogramowania EDEM w branży rolniczej.