بخشی از مقاله
چکیده
بیودیزل سوختی است که از پسماندهای روغنی محصولات کشاورزی و صنایع غذایی و یا بصورت محصول اصلی دانههای روغنی مثل کرچک تهیه میگردد. نوع سوخت تاثیر مستقیم بر پدیده احتراق موتورهای احتراق تراکمی - IC - دارد. یکی از مهمترین پارامترهای کیفی کارکرد موتور که در اثر نوع سوخت تغییر میکند، صدای موتور میباشد. تحقیق حاضر جهت بررسی تاثیر سوخت بیودیزل بر روی صدای موتور انجام گرفت. صدای موتور تک سیلندر دیزلی با استفاده از هفت مخلوط متفاوت سوخت گازوئیل و بیودیزل اندازه-گیری شد. نتایج نشان داد که فرکانس غالب صدای موتور 315 Hz و با منشا احتراق و ساختار اگزوز میباشد. در این فرکانس تراز فشار صدای موتور با سوخت B10، % 23 کمتر از سوخت B30 - مخلوط 30 درصد بیودیزل و 70 درصد سوخت گازوئیل - بود. کمترین صدای تولیدی موتور در مخلوط سوخت B10، و بیشترین صدای تولیدی در B30 اتفاق میافتد.
واژههای کلیدی: بیودیزل؛ تحلیل فرکانسی؛ تراز فشار صدا؛ صدای موتور دیزل.
-1 مقدمه
منابع متعددی برای ایجاد صدا در یک محیط صنعتی و کشاورزی وجود دارد. ماشینهای دوار یا رفت و برگشتی مانند موتورها، کمپرسورها، وسایل نقلیه مانند کامیونها، ترنها و هواپیماها، و ماشینهای کشاورزی مانند تراکتورها و کمباینها از منابع تولید-کننده صدا هستند. صدا معیار بسیار مهمی در انتخاب یک ماشین میباشد. تراز صدای ماشینها تاثیر مستقیمی بر روی سیستمهای بیولوژیک و روانی کاربر و اطرافیان دارد. همچنین از آنالیز سیگنال صدا میتوان به چگونگی کارکرد یک ماشین نیز پی برد.در تحقیقی که بر روی ویژگیهای نویز و آثار آن بر سلامتی راننده تراکتور انجام گرفت دو تراکتور با توان بالا - 18/7 و - 20 kW و دو تراکتور کوچک 4/6 - و - 6/7 kW بررسی شدند.
نتایج نشان داد که تراز فشار صدا با افزایش دور موتور و سرعت پیشروی زیاد میگردد و همچنین SPL برای عملیاتی که به کشش بیشتری نیاز دارند بالاتر خواهد بود. آنها دریافتند که سطح صدای تراکتورهای مورد مطالعه بیشتر از مقداری بود که یک کارگر بتواند در طول 8 ساعت کاری، که به وسیله استانداردهای ISO و OSHA توصیه شده، تحمل کند .[1 ]هونگ1 و بینگ منابع ایجاد صدا را در قسمت جلوی یک موتور دیزل را بررسی نمودند. مشخص شد که با استفاده از اندازهگیری تراز شدت صدا میتوان منابع ایجاد صدا را مشخص نمود .[2]حسنبیگی بیدگلی طی تحقیقی، سر و صدای تراکتور دو چرخ را در حالت حمل و نقل و شرایط مختلف مزرعهای بررسی کرد.
نتایج این تحقیق نشان داد که با افزایش سرعت دورانی موتور از 1300 به 2200 دور بر دقیقه، تراز فشار صدای تیلر 12 d% در محدوده فرکانسی 200 تا 10000 Hz افزایش مییابد. نتیجه دیگر این تحقیق نشان داده است که در دور موتور 2200 دور بر دقیقه، شدت صدا به 92 d% - A - میرسد که بسیار بیشتر از حد استاندارد - 85 d% - میباشد .[3]گوانگپو1و همکاران طی تحقیقاتی که بر روی موتور دیزل هشت سیلندر یک خودروی نظامی انجام دادند به نتایج زیر دست یافتند .[4]
·با افزایش دور موتور از 800 به 1900 دور بر دقیقه، سطح صدای موتور بشدت افزایش مییابد. ولی با افزایش دور موتور از 1900 به 2200 دور بر دقیقه سطح صدای موتور افزایش چندانی پیدا نمیکند
·وقتی دور موتور به 1900 و 2200 دور بر دقیقه میرسد به ترتیب تاثیر صدای سیستم هوای ورودی و اگزوز بیشتر میشود. سطح تراز صدا در نزدیکی لوله ورودی هوا و اگزوز به 120 dBمیرسد.
·با توجه به تصاویر طیفهای فرکانسی، فرکانس صدای موتور با فرکانس عملکرد موتور انطباق نزدیکی دارد.حسنبیگی بیدگلی و همکاران طی تحقیقات خود بر روی نویز تراکتور در حال حرکت بر روی جاده آسفالت روستایی نشان داند که صدا در موقعیت گوش راننده درمقایسه با موقعیت اطرافیان 7/74 dB - A - تا 10/75 dB - A - بیشتر است. همچنین، نتایج تحقیقات آنها نشان داد که سرعت موتور نقش تعیین کنندهای بر شدت سر و صدا دارد .[5]حسنبیگی بیدگلی و قبادیان خواص میرایی سطوح مختلف جادهای را در حین حرکت یک تیلر بررسی نمودند. آنها سیگنالهای فشار صدای تیلر را در غالب نسبتهای دنده جعبه دنده و دور موتورهای متفاوت بررسی نمودند.
سطوح جاده مطالعه شده عبارت بودند از سطح آسفالت، جاده خاکی روستایی و چمنزار. نتایج تحقیقات آنها نشان داد که بیشترین خاصیت میراکنندگی مربوط به جاده چمنزار مییاشد. به طوری که، سطح صدای ناشی از تیلر ثبت شده برای سطح جاده چمنزار 2/5 dB - A - کمتر از جادههای با سطح آسفالت و خاک بود .[6]پروست2 و همکاران صداهای ناشی از احتراق موتور را از صدای ناشی از فرایندهای مکانیکی موتور جدا نمودند. آنها دریافتند که هم دور موتور و هم بار روی موتور بر شدت صدای ایجاد شده موثر خواهد بود. همچنین آنها پیشنهاد کردند که به هر حال تحقیقات باید ادامه یابد تا مشخص گردد که در شرایط مختلف در چه سطح فشار صدا و در چه مقیاس سر و صدا منجر بر از دست دادن شنوایی میگردد .[7]یوشیدا3 و همکاران روش کنترل فعال صدا را برای کاهش تراز صدای دو تراکتور میتسوبیشی بکار گرفته، و بطور میانگین تراز فشار صدا را 10 dBA کاهش دادند .[8]
باتاچاریا4 و همکاران در تحقیق خود چنین گزارش کردهاند :[9]
·سرعت دورانی موتور و زمان پاشش سوخت از عوامل مهم و موثر در تراز صدای تولیدی میباشند.
·گشتاور موتور تاثیر چندانی بر صدای تولیدی ندارد.
·احتراق بیشترین سهم در تولید صدای موتور را دارد.
آلباربارا5 و همکاران با استفاده از روش توزیع وینگر-وایل - - WVD6 و با بکارگیری روش فیلترهای وفقی، صدای ناشی از سوزن انژکتورهای موتور را شناسایی نمودند. WVD در مقایسه با روشهای مشابه، جذابیت بیشتری دارد به این خاطر که این روش فرضیه ایستایی کوتاه مدت سیگنال را نادیده میگیرد و به مشکل تفکیکپذیری بین زمان و فرکانس غلبه میکند؟ اما این روش عیبهایی را در نمایش طیفهای بدست آمده دارد که همپوشانی طیفی نامیده میشود؟ بعضی اوقات تداخل حاصل از همپوشانی طیفی منجر به عدم شناسایی فرکانسهای ارتعاشی میگردد 10] و .[11
آنیو7 و همکاران روش CWT1 را برای تحلیل سیگنالهای موتور، تحلیل فرکانسی مناسبی ندیده و از روش A-Weighted CWT برای تحلیل زمان- فرکانس استفاده کردند. این روش، تصویر بهتری از صداهای ناپایدار بدست میدهد که برای معرفی منابع صدا بسیار موثر است .[12]گیاکومیس2 و همکاران صدای یک موتور دیزل با توربوشارژ را تحت شرایط مختلف از جمله حالت رانندگی در جاده، شتابگیری و افزایش بار مورد آزمایش قرار دادند. برای بدست آوردن اثرات توربوشارژر در موتور، یک بستر آزمون با تمامی امکانات فراهم شد. برای تعریف چگونگی انتشار صدای احتراق، از اندازهگیری فشار درون سیلندرها، عکسالعمل توربوشارژر و گاورنر/ پمپ سوخت استفاده کردند. نتایج این آزمون بصورت زیر گزارش شده است .[13]
·جواب با تاخیر توربوشارژر به تغییرات دریچه گاز، بیشترین تاثیر را در تولید صدا دارد.
·دقت کالیبره کردن زمان پاشش سوخت، تاثیر بسزایی روی سطح صدای تولیدی موتور دارد.
·دمای دیواره سیلندر با تغییر شرایط سوخت نمیتوانست خود را تطبیق دهد، که همین امر باعث تولید صدا میگردد.
راکپلوس3 و همکاران طی تحقیقی که انجام دادند، سر و صدای احتراق با استفاده از سوخت بیودیزل در شروع کار یک موتور پرخوران شده مورد بررسی قرار گرفت. این آزمایش با سه نوع سوخت دیزل، بیودیزل B25 و بیودیزل B30 صورت گرفت. نتایج این تحقیق نشان داد که استفاده از سوخت بیودیزل تاثیر چندانی در کاهش صدای ناشی از احتراق موتور ندارد .[14]ژیونگ4 و همکاران برای تحلیل صدای موتور از تبدیل S استفاده کردند. تبدیل S که حاصل ترکیب تبدیل فوریه زمان کوتاه، و تبدیل موجک پیوسته بود، تحلیل زمان- فرکانس بهتری نسبت به هر دوی آنها داشت. در این روش با استفاده از شتاب بدنه موتور میتوان صدای موتور را بررسی کرد. تبدیل موجک پیوسته یکی از روشهای تجزیه طیفی برای سیگنالهای ناپایدار به منظور دست یافتن به قدرت تفکیک زمانی و فرکانسی بهتر سیگنال است .[15]
با توجه به اهمیت موضوع صدای ماشینهای کشاورزی و سوختهای زیستی جدید، مطالعه آنها ضروری است. تراکتورهای دوچرخ - تیلر - از جمله ماشینهای مهم کشاورزی هستند که به دلیل کوچکی، ارزانی و انعطاف در انواع استفاده - از قبیل حمل و نقل، شخم زمین مخصوصا شالیزارها، کاشت محصولهای ردیفی، استفاده به عنوان محرک پمپ آب و ژنراتور برق و... - استفاده زیادی دارند. با توجه به بررسیهای صورت گرفته، تحقیقات چندانی بر روی این ماشینها در رابطه با صدای تولیدی به هنگام استفاده از سوخت بیودیزل صورت نگرفته است. این تحقیق جهت بررسی اثرات سوخت بهینه از لحاظ صدای تولیدی موتور است.
-2 مواد و روشها
موتور تراکتور دو چرخ مورد استفاده در تحقیق حاضر ساخت شرکت صنایع تولیدی اشتاد ایران میباشد. در زمان آزمون از چرخهای لاستیکی استفاده شد. در این تحقیق از شاسی خود تراکتور دو چرخ به عنوان استند استفاده گردید و صدای تولیدی در واقع فقط صدای موتور میباشد. تراکتور مورد آزمون دارای یک موتور دیزلی تک سیلندر آبخنک با پاشش مستقیم میباشد که توان نامی آن 7/5 اسب بخار در سرعت موتور 2200 دور بر دقیقه است.آزمون در موقعیت گوش چپ راننده و بر اساس استانداردهای ISO5131 و SAE J1174 انجام گرفت. برای اندازهگیری دور موتور از دور سنج مدل Lurton 2364 استفاده شد.
دقت اندازهگیری این دستگاه برای دورهای بیشتر از 1000 RPM، 1 RPM است. برای کسب بیشترین دقت در اندازهگیری دور موتور از قسمت اندازهگیری تماسی آن استفاده شد. برای این منظور قطعهای چوبی تراش داده شده و درون سوراخ پولی بزرگ موتور جاگذاری شد. با مرغکی که در وسط قطعه چوبی ایجاد گردید، امکان تماس بدون لغزش دورسنج و قطعه چوبی فراهم گردید. میکروفن مورد استفاده در تحقیق حاضر از نوع خازنی با امپدانس پایین و الگوی دریافت تک جهتی میباشد. اندازه آن1/2̎ و از پیش قطبیدهشده و دارای پیشتقویتکننده بود. حساسیت میکروفن 50 mV/Pa و دامنه فرکانسی آن، 10Hz تا 20 kHz بصورت تخت میباشد.صدای موتور با استفاده از میکروفن دستگاه صداسنج مدل HT157 اندازهگیری و با استفاده از نرمافزار Sound View ذخیره و دادهبرداری شد. آزمون تحت آزمایش فاکتوریل و با طرح بلوکهای کامل تصادفی انجام گرفت. تحلیلها به کمک نرمافزار PASW
