Authors

Abstract

Soil adhesion is a physical phenomenon which results in undesirable effects including increment in drag force and energy consumption of cutting or tillage tools. One method to reduce the soil adhesion is biomimetics, i.e., focusing on the technique soil-burrowing animals’ benefit. In this study, three types of blade were designed and built: flat blade, corrugated blade and a combination of flat and corrugated blades. The corrugated blade was simulated from Armadillidium vulgare body surface geometrical shape. Experimental results showed that in dry soil, flat and corrugated blades required similar drag force while the combined blade showed higher drag force requirements. In wet soil, the corrugated blade resulted in the lowest drag force, which was due to faster movement of soil layer on the blade surface. Drag force of the corrugated blade was lower than the half of the drag force of two other blades at travel speed of 0.04 m/s. Besides, the drag force of corrugated blade decreased by increasing the blade travel speed. Furthermore, in wet soil, the energy consumption of the corrugated blade at the travel speeds of 0.02 and 0.04 m/s was 66% and 83% lower than the flat blade, respectively.

Abstract in Persian

چسبندگی خاک یک پدیده فیزیکی است که منجر به اثرات نامطلوب از جمله افزایش نیروی کششی و مصرف انرژی ابزار برش یا خاک‌ورز می‌شود. یکی از روش‌های کاهش چسبندگی خاک، بایومیمتیک است، یعنی تمرکز بر روی تکنیکی که حیوانات حرکت‌کننده در خاک از آن بهره می‌گیرند. در این مطالعه سه نوع تیغه طراحی و ساخته شد: تیغه مسطح، تیغه کنگره‌ای و ترکیبی از این دو تیغه‌. تیغه کنگره‌ای از شکل هندسی سطح بدن Armadillidium vulgare شبیه‌سازی شد. نتایج آزمایشات تجربی نشان داد که در خاک خشک، تیغه‌های مسطح و کنگره‌ای نیاز به نیروی کششی مشابه دارند، در حالی که تیغه ترکیبی نیروی کشش مورد نیاز بیشتری را نشان داد. در خاک مرطوب، تیغه کنگره‌ای منجر به کمترین نیروی کششی شد که دلیل آن، حرکت سریع‌تر لایه خاک بر روی سطح تیغه بود. نیروی کشش تیغه کنگره‌ای کمتر از نیمی از نیروی کششی دو تیغه دیگر در سرعت پیشروی 04/0 متر بر ثانیه بود. علاوه بر این، با افزایش سرعت پیشروی تیغه، نیروی کششی تیغه کنگره‌ای کاهش یافت. همچنین، در خاک مرطوب، مصرف انرژی تیغه کنگره‌ای در سرعت‌های پیشروی 02/0 و 04/0 متر در ثانیه به ترتیب 66٪ و 83٪ کمتر از تیغ مسطح بود.