Pro správnou výsadbu a růst rostlin je velmi důležitá příprava zeminy. Současná intenzifikace rostlinné výroby se neobejde bez používání moderní mechanizace, jejíž časté nasazování v technologických postupech u většiny pracovních operací se negativně odráží zejména na fyzikálních vlastnostech půdy. Na území České republiky se nachází rozličné zastoupení půdních druhů a typů od nejhojněji se vyskytující černo a hnědozemě až po nivní a glejové půdy. Každý z těchto typů půd vykazuje své specifické vlastnosti, které jej charakterizují podle zrnitosti, textury, uspořádání půdních horizontů, půdního zhutnění, aj. Tomuto je pak přizpůsobena geometrie a použité konstrukční materiály radlic, pluhů, disků a dalších zemědělských nástrojů.
Problematika prostupu překážky skrz materiál
Laboratoř sypkých hmot se v rámci centra ENET, Vysoké školy báňské – Technické univerzity Ostrava zabývá měřením a problematikou mechanicko-fyzikálních vlastností a vazeb mezi částicemi partikulárních (sypkých) látek. Jednou z vědecko-výzkumných činností skupiny je problematika prostupu překážky skrz materiál. Tento výzkum je možné aplikovat na problematiku inženýrských děl z oblasti zemědělských zařízení a nástrojů. Nejčastěji je řešen způsob interakce mezi nástrojem (radlice pluhu, radličky, odhrnovačky, disky, atd.) a zeminou. Inovačním řešením je vyvinutí vhodné metodiky pro určení kritických míst a využití novodobé technologie pro vývoj nástrojů s vyšší životností a nižším opotřebením. V minulosti se konstrukční návrhy a inovativní řešení prováděly na základě již zažitých zkušeností z chování strojů při procesech. V dnešní době je však možné použít matematické modely a počítačové simulace, které dokáží ušetřit jak čas, tak finanční náročnost vývoje. V Laboratoři sypkých hmot je využívána metoda diskrétních prvků (DEM), která umožňuje simulovat a následně vyhodnotit působení virtuálního partikulárního materiálu na konstrukční celky. Při použití vhodného numerického modelu je zde možnost simulovat mnoho vlastností materiálu, které se pak mohou projevit například jako vlhkost, kohezní síly, zhutnění, atp.
Využití
Po proměření základních mechanicko-fyzikálních parametrů sypkého materiálu v laboratoři je možné vytvořit jeho matematický model a pomocí DEM lze tímto modelem nechat prostoupit aktivní součásti stroje tak, aby bylo možné odečíst silové a tlakové působení studovaného materiálu na daný nástroj. Získaná data pak lze dále použít jako vstup pro metodu konečných prvků a takto hledat kritická místa konstrukce, průběhy napětí v jednotlivých součástech, vlastní frekvence, atd. Toto nám nabízí geometrickou a materiálovou optimalizaci, například náběhové geometrie pluhů. Využití popsaných metod posouvá konstrukční a projektové postupy na další úroveň a otevírá nám zcela nové a netušené možnosti.
