بخشی از مقاله
چکیده
بومها مهمترین قطعه در مکانیزم کارساز - ع ملگر - لودرها هستند که تح ت بارهاي بزرگی قرار دارد. بومها در واقع یک قطعه رابط بین باکت و شاسی لودر هستند، که مکانیزم Z -bar نیز بر روي آنها سوار میشود. این قطع ه مهم با اینکه بسیار سخت و محکم است ولی گاهاً بر اثر ارتعاش دچار تغییر شکل ماندگار میشوند. به همین منظور تعیین فرکانس طبیعی قطعه جهت جلوگیري از پدیده ت شدید بسیار مهم و ضروري است، در حقیقت شناسایی سرعت بحرانی حرکت بوم براي تعیین محدوده فرکان س تشدید ضروري است.
در پژوهش حا ضر به مدلسازي دقیق و المان بندي هندسه سه بعدي کامل مجموعه بوم لودر HWL6 5B به کمک فرایند مهندسی CAE بررسی میش ود. در این پژوهش از نرمافزار Mechanical براي مدلسازي هندسی سهبعدي - - 3D، از نرمافزار Hyp erMesh براي ال مانبندي و ساخت مدل سه بعدي اجزاي محدود و از نرمافزار Abaqus براي تحلیل مودال، تعیین فرکانسها ي طبیعی و ش کل مود بوم لو در استفاده شد.. نتایج این پژوهش نشان میدهد فرکانس مود اول تا ششم تقریباً ص فر بوده و حرکت قطعه صلب میباشد، و فرکانس طبیعی مود هفتم بوم - فرکانس تشدید - 2/48 2 هرتز است، بنابراین با توجه به سرعت پایین حرکت بوم احتمال پدیده تشدید در این قطعه بسیار پایین است.
-1 مقدمه
امروزه رضایت مشتري به یکی از مقوله هاي مهم در بین شرکتها ي سازنده ماشینآلات تبدیل شده است. لذا شناسایی، بررسی و بهینه سازي قسم ت هایی که عموماً تحت خطر شکست ، خستگی و ارتعاش هستند، اهمیت بسزایی دارد.
بهینهسازي قطعات اصلی ماشینآلات علاوه بر کاهش جرم قطعات، موجب اصلاح شکل نقاط ضعیف و بالا رفتن ضریب ایمنی قطعات ماشین آلات می شود.
بطور کلی لودر شامل یک قسمت محرك و یک قسم ت عملگر میباشد. بخش م حرك شامل مولد و سیستم انتقال قدرت میباشد. بخش عملگر لودر شامل باکت، بوم، مکانیزم Z-bar و جک هاي هیدرولیکی است. بوم عضو رابط و منتقل کننده نیرو بین سیلن درهاي هیدرولیکی و باکت است. جنس بوم از فولاد St-52 با وزن تقریبی 6 10kg میباشد. از آنجا که این قطعه تمامی نیروهاي موثر بین ماشین و خاك را تحمل می کند، طراحی دقیق و مطمئن آن حائز اهمیت است. نیروهاي وارده به بوم شامل نیروهاي وارده از طرف باکت، سیلندرهاي هیدرولیکی و نیروهاي وارده از سوي شاسی لودر میباشند.
در این نوع لودرها سیلندرهاي هیدرولیکی به دو دسته تقسیم میشوند و وظایف متفاوتی را بر عهده دارند شکل - -1الف - .
دسته اول که سیلندرهاي بالابر نام دارند، وظیفه کنترل موقعیت بوم را بر عهده دارند. دسته دوم سیلندرهاي تمایل هستند و موقعیت باکت را بر روي بوم کنترل میکنند
شکل – 1 الف - سیلندرها و نحوه ارتباط آنها با بوم، ب و ج - بیشترین نیروي بالابري و برش
مطالعه ارتعاشات به حرکت نوسانی اجسام و نیروهاي وابسته به آنها مربوط می شود، یعنی ارتعاشات یک پدیده دینامیکی است. تمام اجسامی که داراي جرم و خاصیت الاستیسیته - یعنی حرکت نسبی بین ذرات - باشند، قادر به ارتعاش ازاد هستند؛ بنابراین اغلب ماشینها و سازههاي مهندسی تا اندازه اي تحت تاثیر ارتعاش میباشند. اگرچه در بیشتر مواقع ارتعاشات زائیده ناخواسته یک عملکرد مفید هستند؛ ولی بعضی ارتعاشات نیز عمداً ایجاد میشوند. هدف طراح، کنترل ارتعاشات ناخواسته و اعمال ارتعاشات خواسته، در هنگام ضرورت است. ارتعاشات ناخواسته در سیستمهاي مکانیکی ممکن است موجب اختلال در عملکرد آنها و نهایتاً موجب شکست در اثر خستگی شود
ارتعاشات به دو دسته عمومی، ارتعاشات آزاد و ارتعاشات اجباري تقسیم بندي میشوند. ارتعاشات آزاد وقتی انجام میگیرد که سیستم در اثر اعمال نیروهاي ذاتی و لاینفک خود تحت یک تحریک اولیه نوسان کند و نیروهاي خارجی حضور نداشته باشند. سیستم تحت ارتعاش آزاد، با یک یا چند فرکانس طبیعی خود مرتعش میشود، که از ویژگیهاي سیستمهاي دینامیکی هستند و به وسیله توزیع جرم و سختی آن تعیین میگردند. ارتعاشی که تحت اثر نیروهاي خارجی انجام میپذیرد، ارتعاش اجباري نامیده میشود. وقتی که نیروي محرك نوسانی است، سیستم بلاجبار با فرکانس نیروي محرك مرتعش میگردد. اگر فرکانس نیروي محرك بر یکی از فرکانسهاي طبیعی سیستم منطبق شود، حالت تشدید
اتفاق میافتد و نوسانی با دامنه بزرگ خطرناك ممکن است نتیجه گردد. شکست سازهایی مانند پلها، ساختمانها یا بال هواپیما، یک اتفاق وحشتناك ناشی از پدیده تشدید است، بنابراین محاسبه فرکانسهاي طبیعی در مطالعه ارتعاشات از اهمیت خاصی برخوردار میباشد
یکی از مسایل مهمی که در بوم لودر به چشم میخورد، لرزشها و ارتعاشات آن است. در مرحله طراحی سازه ها و قطعات صنعتی که تحت تاثیر نوسانات به واسطه بارها و محرك هاي ارتعاشی میباشند، انجام آنالیز مودال کاملا ضروري است.
زیرا باید قطعه طوري طراحی شود که تا حد امکان از محدوده فرکانس تشدید آن دور باشد، زیرا نوسانات در محدوده فرکانس طبیعی سازه، موجب افزایش دامنه نوسان و در نتیجه خطر از هم پاشیدگی قطعه را بسیار زیاد می کند. از آنالیز مودال جهت تعیین مقدار فرکانس هاي طبیعی و شکل مود آن، در فرکانس هاي مزبور استفاده می گردد. مقدار فرکانس طبیعی هر سازه بستگی به شکل آن سازه ، جنس و تکیه گاه هاي آن سازه دارد.
روش اجزاي محدود - Finite Element Method -FEM - و تحلیل غیر خطی مسائل توزیع تنش یک روش بسیار سودمند و مفید میباشد، که امروزه از گستره بسیار زیادي برخوردار است. مدلسازي و تحلیل مسایل به کمک روش اجزاي محدود نیازمند استفاده از نرم افزارهاي تخصصی قدرتمند است. امروزه پیشرفت و کاربرد رایانه در مهندسی - CAE - ،امکان استفاده از این ابزار را در تحلیلهاي بسیار پیچیده و محاسبات طاقت فرسا به وجود آورده، که موجب کاهش وقت و هزینه شده است
در این تحقیق بوم لودر در وضعیت برش خاك مورد تحلیل قرار گرفته است. بیشترین مقدار نیروي افقی برابر با بیشترین نیروي پیشروي لودر در نظر گرفته میشود. همچنین شناسایی منابع ارتعاش، ساخت مدل سهبعدي اجزاي محدود و تعیین فرکانس بحرانی از اهداف این تحقیق است.
در حقیقت پژوهش حاضر عبارت است از مدلسازي هندسی به کمک نرمافزار Mechanical، ساخت، پیش پردازش مکانیکی، اصلاح سطوح، المانبندي مدل و اعمال شرایط مرزي توسط نرمافزار Altair Hyper Work 9.0 و تحلیل مودال و تعیین فرکانسهاي طبیعی بوم لودر به روش اجزاي محدود توسط نرم افزار .Abaqus 6.8.1 همچنین شکل 10 مود ارتعاشی اول بوم لودر نیز مشخص شده است.
-2 پیشینه تحقیق
بهرغم تولید انبوه این ماشین در جهان و استفاده گسترده از آن در زمینه هاي مختلف، طی بررسی هاي انجام شده، پژوهش در این زمینه بسیار اندك می باشد. به همین دلیل در اینجا مروري بر مطالعات انجام شده در مورد قطعاتی که از لحاظ شرایط کاري یا بارگذاري تا حدودي شبیه به بوم لودر میباشند، ارائه گردیده است. شایان به ذکر است که تمامی پژوهشهاي صورت گرفته به روش مدلسازي و تحلیل تنش توسط نرم افزار هاي تحلیلی اجزاء محدود بوده است، که این مطلب دلیلی بر سودمند بودن تحلیل با استفاده از روش اجزاء محدود می باشد. در زمینه تحلیل مودال بوم بطور مشخص پژوهشی گزارش نشده، به همین منظور ابتدا چند نمونه تحقیق که بروي بوم انجام شده مرور و در پایان تحلیل مودال قطعات مشابه آورده شده است.
Rusinski و همکاران به تحلیل عددي و تجربی شکست بوم در یک نوع لودر مورد استفاده در معادن زیرزمینی با استفاده از روش اجزاء محدود پرداختند. همچنین براي ارزیابی ماده مورد استفاده در بوم از روش فراکتوگرافیک1 و میکروسکپی، تحلیل شیمیائی و تست سختی استفاده کردند. ایشان با مقایسه داده هاي بدست آمده از شبیه سازي عددي با نتایج حاصل از ارزیابی ماده مورد استفاده، تفاوتی معنی داري را گزارش نکردند. همچنین دریافتند که به علت وجود تمرکز تنش در محل شکست و ساختار نامناسب مواد در محل مذکور، ایجاد شکست اجتناب ناپذیر بوده است.
