Master's Thesis

Optimization of the geometry of the chisel plough shank and components

Final Thesis 3.41 MB Appendix 5.81 MB

Author of thesis: Ing. Adam Svoboda

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.

Reviewer: Ing. Pavel Fajkus

Abstract:

This diploma thesis deals with the optimization of the geometry of the components of the chisel plough. Optimization is done using discrete element method. The aim of the thesis is to conduct the necessary research to create a virtual model of the soil, on which the chisel plough can be tested and subsequently optimize the geometry of individual components. The Altair EDEM program was used to create a virtual model of the soil. The virtual soil model is based on experimental measurements of soil properties. During optimization, the force effects were recorded directly by the Altair EDEM program. The resulting furrow shape was also monitored during the optimization process. In the end, DEM-MBD co-simulation with optimized geometry is performed.

Keywords:

Soil types, chisel plough, DEM, Altair EDEM, shank geometry, optimization, contact model, Hysteretic Spring

Date of defence

08.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentoval svou závěrečnou práci a odpověděl na otázky vedoucího i oponenta. Dále odpovídal na dotazy členů zkušební komise a to následovně: 1) Práce je pěkná. Bude se navržený model prakticky (experimentálně) ověřovat? - odpověděl 2) Parametry měření mechanicko fyzikálních veličin zemin - odpověděl 3) Výpočetní čas simulace v DEM, vstupní parametry - odpověděl

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Automotive and Material Handling Engineering (N-ADI-P)

Composition of Committee

prof. Štefan Čorňák, Dr. (místopředseda)
doc. Ing. Robert Brázda, Ph.D. (předseda)
Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D. (člen)
Ing. Antonín Šťastný, Ph.D. (člen)
Ing. Jan Žlebek (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jaroslav Kašpárek, Ph.D.

Diplomant Adam Svoboda se ve své práci zabývá optimalizací geometrie slupice dlátového pluhu a jeho komponent. Práce má dle názvu charakter výpočtový se zaměřením na modifikaci tvaru dlátového pluhu v zemědělství s využitím novějších metod simulací.
Práce svou osnovou splňuje dílčí cíle uvedené v zadání. Převážnou část práce student věnuje zkoumání fyzikálních vlastností a nalezení hodnot pro nejčastěji se vyskytující půdní materiály u nás. Tyto vlastnosti experimentálně i simulačně validuje a nastavuje pro závěrečnou simulaci orebního procesu dlátového kypřiče ve dvou nejčastějších hloubkách orby. Výsledky z testů z virtuálního „pole“ v závěru analyzuje a porovnává i stavy vrstev v brázdách. Hlavním výsledkem práce je však porovnání energetické náročnosti upraveného dlátového pluhu s optimálními parametry částí pluhu s původním modelem pluhu.
Diplomová práce splnila dané požadavky a cíle zadání Výsledky práce jsou velmi kvalitní a detailně popsané. Rozsah rešeršního úvodu práce je úplný dle zadání a přehledný.
Z hlediska formálnosti a logického uspořádání je práce na výborné úrovni. Po stránce grafického zpracování není připomínek ke kvalitě obrázků. Student se důkladně odvolává na citace zdrojů, obrázky i tabulky v textu. Schopnost interpretovat své výsledky v práci jsou u studenta na výborné úrovni.
Po formální stránce je práce hodnotná. Student vypracováním této kvalitní práce prokázal znalosti v oblasti sypkých materiálů a v problematice DEM simulací a tvorby výpočtových modelů.
Doporučuji tuto práci k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality A
Ability to interpret achieved results and draw conclusions A
Applicability of results in practice or theory A
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Student's independence when working on the topic A

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
Ing. Pavel Fajkus

Předložená závěrečná práce se zabývá optimalizací geometrie slupice dlátového pluhu a jeho komponent.

V úvodních kapitolách je ukázán přehled typů půd zastoupených v ČR, pracovní části dlátových pluhů a vlastnosti sypkých materiálů a zemin. Následuje kapitola měření vlastností zeminy z odebraných vzorků, na kterou navazuje obsáhlá kapitola popisu DEM simulací, zejména jednotlivé typy kontaktních modelů a jejich výhod/nevýhod a oblastí použití.

Stěžejní část práce, tj. kapitoly 6 až 9, obsahují výběr virtuálního modelu zeminy, simulační model (zde jenom drobná výtka – kapitola „Simulační model“ měla být pravděpodobně samostatně číselně značena, případně jako podkapitola), kalibraci modelu zeminy, simulace průjezdu stroje zeminou a optimalizace pracovních elementů.

V kapitole 9.1 mají tabulky 19, 20 a 21 všechny shodně „úhel nastavení dláta“, přičemž tabulka 20 by měla obsahovat „úhel křidélek“ a tabulka 21 „úhel radličky“.

V tabulce 19 se domnívám, že došlo k prohození hodnot u vertikální síly v hloubce 55 cm při nastavení mezi úhly 29 a 34°, jelikož všechny ostatní hodnoty mají lineární vzestup a pokles.

V kapitole 9.2 mají tabulky 22, 23 a 24 opět špatné popisky.

V Kapitole 9.3 by bylo vhodné doplnit obrázky brázdy pro hloubku 55 cm.

Až na výše uvedené připomínky nemám k práci žádné zásadní výhrady.

Práci doporučuji k obhajobě.
Evaluation criteria Grade
Fulfilment of requirements and objectives of assignment A
Working process, extent and suitability of applied methods A
Scholarly contribution and originality C
Ability to interpret achieved results and draw conclusions B
Applicability of results in practice or theory B
Logical arrangement of thesis and its layout A
Grafic layout, used style and language level A
Work with used sources including quotations A
Topics for thesis defence:
  1. 1. Na začátku kapitoly 7 píšete: „Z důvodu nedostatečného vybavení laboratoře VUT nebylo možné koeficienty restituce změřit na reálném vzorku zeminy.“ Jaké přístroje by na to byly potřeba a jak moc by toto vlastní měření ovlivnilo Vaše simulace?
  2. 2. V kapitole 8.2 nastavení vazeb je pro uložení táhel hrotových pěchů na rámu použita cylindrická vazba, ale u držáku přímo na pěchu je použita rotační – je to z důvodu korektnosti výpočtu nebo to má ještě jiný důvod?

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová