بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق، رفتار یک تیلر دوار تحت تاثیر بارهاي دینامیکی گذرا بررسی میشود. مدل سهبعدي دستگاه ذکرشده در نرمافزار Solidworks 2007 SPO ایجاد شد و مدل اجزاي محدود آن با استفاده از نرمافزار تجاري ANSYS 11 شبیهسازي و تحلیل گردید. در بارگذاري دینامیکی سیستم، بارهاي دینامیکی وارد بر کل تیغهها در بازههاي زمانی مشخص با توجه به سرعت دورانی سیستم، اعمال شدند. در سرعت دورانی 200 دوردردقیقه، سرعت پیشروي 2.9 کیلومتربرساعت و طول قطعه خاك جداشده 8 سانتیمتر، حداکثر تنش، کرنش و جابجایی به ترتیب برابر با 21.7
مگاپاسکال ، 10.9 × 10-5 و 0.2387 میلیمتر به دست آمدند. تغییر تنش در طول شفت در طی یک دور دوران کامل نیز مورد بررسی قرار گرفت.
مقدمه
عمل خاکورزي عبارت است از کار نیروهاي مکانیکی روي خاك. طراحی ابزار خاکورزي به منظور ایجاد یک سیستم مکانیکی که قادر به کنترل نیروهاي اعمالی جهت رسیدن به شرایط مطلوب خاك باشد، انجام میگیرد. هدف از طراحی ابزار، بهینهسازي عملکرد، کارایی و کاهش هزینههاي عملیات خاکورزي است - گیل و برگ، . - 1967 ابزارهاي خاکورزي، انرژي را به طور مستقیم وارد خاك میکنند تا نتایج مطلوب که شامل برش، شکستن، برگرداندن و جابجایی خاك است، حاصل شوند.
خاکورزي یکی از اصلیترین عملیات درگیر با انرژي و در نتیجه هزینه در تولید محصولات کشاورزي است. بنابراین، افزایش کارایی ابزار خاکورزي، حتی به مقدار جزئی، میتواند منجر به جلوگیري از اتلاف انرژي شود. بیشتر ابزارهاي خاکورزي و ابزارهاي درگیر با خاك که امروزه مورد استفاده قرار میگیرند، بر اساس تجربه و ابتکار ساخته شدهاند. بررسی بیشتر و دقیقتر این ابزارها امکان بهینهسازي آنها را فراهم میکند. امروزه، با استفاده از نرمافزارها میتوان تاثیر تکتک پارامترهاي طراحی را روي عملکرد دستگاه بررسی کرده و مقادیر بهینه آنها را تعیین نمود
تیلر دوار یکی از ماشینهاي خاکورزي است که شامل یک محور براي انتقال توان است. این وسیله میتواند به مزایایی مانند نیازهاي کششی کمتر، خردکردن بهتر خاك، برگرداندن و مخلوط کردن موثرتر بقایا دست یابد. بدین منظور، این وسیله شامل محوري است که تعدادي تیغه در طول آن روي فلانجها نصب شده و با حرکت دورانی خود حین پیشروي ابزار، خاك را به قطعات کوچکتر تبدیل میکنند.
زمانی که یک تیلر دوار در یک مزرعه کار میکند، بافت نهایی خاك تابعی از شرایط خاك، دینامیک تیغه و دینامیک جریان خاك خواهد بود - کینزل و همکاران، . - 1981 عوامل زیادي در عملکرد تیلرهاي دوار موثرند که شامل نوع تیغه - انواع Lشکل،C شکل، ... - ، عمق کار دستگاه، طول قطعه خاك برش داده-شده، زاویه برش، زاویه بین دو تیغه مجاور روي یک فلانج، زاویه بین دو تیغه روي دو فلانج مجاور، سرعت پیشروي، سرعت دورانی محور حامل تیغهها، نسبت سرعت محیطی تیغه به سرعت پیشروي - شاخص سینماتیکی - و غیره میباشند
در این میان تحقیقات زیادي در جهت بررسی تک تک عوامل ذکرشده انجام گرفته است.
به علت درجه پودرسازي و هوادهی نسبتا زیاد تیلرهاي دوار، طول قطعه خاك باید مناسب شرایط خاکی انتخاب شود. فرورت - 1940 - در تحقیقاتش متوجه شد که با افزایش طول قطعه خاك از 4 به 8 سانتیمتر، اندازه کلوخهها به طور قابل توجهی افزایش مییابد. طول قطعه خاك یکی از فاکتورهاي مهم و موثر بر توان مورد نیاز ماشین میباشد
در آزمایشات انجام شده توسط دالین - - 1951 مشخص شد سرعت متوسط برش براي خاکهاي رسی سبک و متوسط باید بین 3 تا 4 متر بر ثانیه و براي خاکهاي باتلاقی و چمنی و چسبنده بین 6 تا 8 متر بر ثانیه باشد.
براي افزایش یکنواختی ضربات وارد شده روي روتور، بهترین راه، افزایش توام عرض کار و کاهش زاویه بین تیغهها روي دو فلانج مجاور تا مقداري مشخص است. افزایش بیش ازحد زاویه مذکور سبب اعمال ضربات غیریکنواخت و افزایش تنشها خواهد شد. به دلیل اهمیت کنترل میزان خرد شدن قطعه خاك برش دادهشده و جلوگیري از پودر شدن بیش از اندازه خاك، باید با توجه به شرایط خاك، میزان شاخص سینماتیکی را به صورت بهینه مشخص کرد. در خاكهایی با بافت سنگین و محتواي رطوبتی پایینتر باید آن را کاهش داده و طراحی محور حامل تیغهها براي نیروهاي بیشتر صورت گیرد. چنانچه رطوبت خاك بیشتر و خاك از نظر مواد آلی نیز غنیتر باشد، این امکان وجود دارد که بتوان با افزایش شاخص سینماتیکی، میزان بیشتري از این تنشها کاست که این امر در افزایش کارکرد دستگاه نیز موثر میباشد
مواد و روشها
با توجه به عوامل متعدد موثر بر عملکرد تیلر دوار، براي تحلیل سیستم، ناگزیر به کمک گرفتن از نرمافزارها و روش اجزاي محدود هستیم. نرمافزار Ansys، نرمافزاري قدرتمند در زمینه تحلیل سیستمها به روش اجزاي محدود است.
در تحقیق حاضر، براي تحلیل دینامیکی دستگاه، روش آنالیز دینامیکی گذرا مورد استفاده قرار گرفت. به کمک آنالیز دینامیکی گذرا، میتوان به محاسبه پاسخ دینامیکی یک سیستم تحت تاثیر بارگذاريهاي وابسته به زمان پرداخت. در این آنالیز میتوان جابجایی ها، کرنشها، تنشها و نیروهاي متغیر با زمان در یک سیستم را محاسبه کرد. معادله اصلی در یک آنالیز دینامیکی گذرا به صورت زیر است:
که در آن، M ماتریس جرم سیستم، C ماتریس میرایی، K ماتریس سختی، بردار شتاب، بردار سرعت، X بردار جابجایی و f - t - بردار بار متغیر با زمان است. در سیستم موجود، براي حل معادله بالا، ماتریس کامل سیستم تشکیل داده میشود و پاسخ آن توسط نرمافزار محاسبه میگردد
در ادامه تحقیق، با در نظر گرفتن دوران سیستم، رفتار آن در برابر بارهاي دینامیکی وارد بر کل مجموعه بررسی شد. براي داشتن برش یکنواخت و حداقل کردن نوسانات دستگاه، تیغهها باید با یک الگوي مارپیچی منظم حول محور تیلر دوار چیده شوند. این موارد در مدل موجود لحاظ گردید و زاویه بین تیغهها روي دو فلانج مجاور با استفاده از روابط مربوطه محاسبه شد.
مدل هندسی دستگاه تیلر دوار موجود در کارگاه گروه ماشینهاي کشاورزي دانشگاه تبریز با استفاده از نرمافزار Solidworks 2007 SPO طراحی و مونتاژ و در نهایت به صورت فایل Parasolid - *.x_t - ذخیره شد. براي تحلیل دینامیکی مدل از نرمافزار ANSYS 11 استفاده گردید.
محیط ANSYS قادر است فایلهاي اطلاعاتی مربوط به دیگر نرم- افزارها را دریافت کرده و با استفاده از آنها شکل هندسی را تعریف نماید. فایل Parasolid یکی از این نوع فایلهاي واسطه میباشد - رضایی، . - 1386 پس از وارد کردن مدل، المان مورد نظر براي مشبندي ساختاري، المان SOLID185 انتخاب شد که المان 3-D و 8 گرهی است و براي هر گره سه درجه آزادي دارد. این المان براي مشبندي مدلهاي بی- قاعده خوب است و براي مدلسازي حجمها با خطوط مرزي منحنی مناسب میباشد.
مشخصات هندسی دستگاه تیلر دوار موجود در کارگاه گروه ماشینهاي کشاورزي دانشگاه تبریز در جدول1 داده شده است.
