بخشی از مقاله
چکیده
طراحی شکل صفحه برگردان به دلیل پیچیدگی و زمانبری زیاد، کاری مشکل میباشد. صفحه برگردانهای معمول و پرمصرف - نیمه پیچیده - بیشترین کاربرد را در عملیات کشاورزی دارا میباشد. پلاستیکها یا رزینهای تقویت شده با الیاف و به عبارت بهتر کامپوزیت-های پلیمری، امروزه در صنعت از اهمیت خاصی برخوردار هستند و روز به روز برکاربردهای مختلف آنها افزوده میشود. صنعت کامپوزیت - گاهی معروف به فایبرگلاس - ، صنعتی رو به رشد است که در جامعه ما به خوبی شناخته نشده است.
در موقع اعمال بار قسمت اعظم نیرو توسط الیاف تحمل میشود و زمینه پلیمری در واقع ضمن حفاظت از الیاف از صدمات فیزیکی و شیمیایی، کار انتقال نیرو به الیاف را انجام میدهد. در ضمن الیاف را مانند یک چسب کنار هم نگاه میدارد و البته گسترش ترک را محدود میکند. لذا در این پژوهش از فایبرگلاس برای ساخت صفحه برگردان استفاده شده است.
شکل صفحه برگردان با استفاده از مختصات دکارتی تعدادی از نقاط آن به دست آمد. سپس در نرم افزار انسیس با وارد کردن نیروی 1 نیوتن مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت. با این کار نواحی بحرانی یعنی نقاطی که بیشترین تنش بر روی آنها اعمال میشد به دست آمد. به علت وجود خطر گسیختگی بالاتر در آنها است که مکان یابی آنها مهم و مورد توجه مهندسین طراحی میباشد و باید استقامت را در آن نواحی بالا برد، بدون اینکه نیاز به بالا بردن مقاومت در قسمتهای دیگر باشد. . صفحه برگردان فایبرگلاس در مقایسه با صفحه گردان فولادی دارای وزن کمتر - 4 کیلوگرم - دارای انعطاف عالی میباشد.
.1مقدمه
عملیات خاکورزی یکی از مهمترین مراحل عملیات زراعی میباشد، که بیشترین مقدار انرژی را به خود اختصاص میدهد از میان وسایل خاکورزی، گاوآهن برگرداندار یکی از پرمصرف ترین و قدیمی ترین ابزار خاکورزی محسوب شده و تا کنون کاربرد خود را حفظ کرده است. این وسیله قابلیت برگردان کردن خاک را به طور کامل داشته، که این ویژگی در سایر ابزار خاکورزی کمتر مشاهده میشود. در حدود شش هزارسال قبل از میلاد اولین قدمها، در امور کشت و زرع برداشته شد و در این دوران بود که نخستین ابزار برای شیار دادن زمین به وجود آمد..
گاوآهن برگرداندار رایجترین وسیلهای است که برای شخم اراضی کشاورزی و مراتع در جهان مورد استفاده قرار میگیرد و بیشترین مصرف انرژی را در تولید محصولات کشاورزی به خود اختصاص می دهد
کسرائی و صبور روح اقدم مقدار خاکی که فقط به ازای یک بار شخم در اراضی ایران جابجا میشود را بیش از 46 میلیاردتن برآورد نمودهاند.[2] چنانچه مقدار گازوئیل مصرفی برای به هم زدن یا برگردان کردن یک تن خاک 3/6 * 108 لیتر گازوئیل مورد نیاز خواهد بود.
کامپوزیت مادهای چند جزئی است که خواص آن از هر کدام از اجزاء بیشتر است، ضمن آنکه، اجزای مختلف کارایی یکدیگر را بهبود میبخشند. یکی از رایجترین و عمومیترین نوع کامپوزیتها؛ کامپوزیتهای زمینه پلیمری است و به نام PMC خوانده میشوند.
این کامپوزیتها بیش از 95 درصد مصرف جهانی را به خود اختصاص دادهاند. کامپوزیتهای زمینه پلیمری شامل زمینه از جنس پلیمر - رزین - که به فاز توزیع شدهی تقویت کننده متصل شده است. پلیمرها دستهای از مواد مهندسی هستند که از دهه 40 قرن حاضر به بعد مورد توجه قرار گرفتهاند. مواد کامپوزیت، جزء مواد با تکنولوژی بالا محسوب میشوند و از این جهت، بین مصرف این مواد و پیشرفت صنعتی جوامع، ارتباط معناداری دیده میشود. در جدول -1 توزیع مصرف مواد کامپوزیت در مناطق مختلف جهان نشان داده شده است.
جدول 1 توزیع مصرف مواد کامپوزیت در مناطق مختلف جهان در سال .[7]2004
پیشینه تحقیق
یکی از اولین سازندگان گاوآهن یک مرد انگلیسی بنام لومیس بود که گاوآهنی با محاسبات فنی طراحی کرد.. [3 ] هافمن - 1752 - ، در مورد تأثیر نیروی کششی بر روی گاوآهن تحقیقات و بررسیهایی انجام داد. برش - - 1759، مطالعاتی در مورد انحناء و خمیدگی صفحه برگردان به عمل آورد. اسمال - 1784 - و بیلی - - 1795، دو محقق انگلیسی گاوآهنی را بر مبنای حرکت خاک بریده شده بر روی صفحه برگردان طراحی نمودند. بیلی برای گاوآهن خود یک صفحه بر گردان انحناءدار - پیچیده - ساخت
جفرسون سومین رئیس جمهور آمریکا - 1798 - ، صفحه برگردانی با سطح پیچیده و با محاسبات ریاضی طراحی نمود.[3] برادران واورکا - 1825 - ، گاوآهنی بنام رخادلو ساختند - شکل . - 4-2 در این گاوآهن صفحه برگردان و تیغه به صورت یکپارچه و به شکل چهارگوش با انحنای استوانهای طراحی شده بود. استفاده از این گاوآهن بعد از تغییرات متعددی در تمام اروپا و آمریکا متداول گشت و سپس صفحه برگردان استوانهای پس از مدتی جای خود را به صفحه برگردان شبه استوانهای داد که در کشورهای انگلیس و آمریکا مورد استفاده عموم قرار گرفت.
موریسون - 1862 - ، صفحه برگردانی از ترکیب دو نوع فولاد نرم و سخت، ساخت و این گاوآهن بعد از چند سال توسط شخصی بنام لین از آمریکا تکمیلتر گردید. صفحه برگردان به صورت فلز سه لایه بود که لایههای کناری سخت و لایههای میانی از فولاد نرم تشکیل شده بود. این نوع گاوآهنها که به صفحه محافظدار معروفند تا به امروز هم مورد استفاده قرار میگیرند.
گوریاچکین - 1920 - ، تئوری ترسیمی شکل گاوآهن را توسعه داد. اشبی - - 1931 روش مقایسه اشکال خیش گاوآهن را ارائه داد. نیکلز و رید - 1934 - ، اثرات فیزیکی خاک روی سطح صفحه برگردان را بررسی کردند. کراسین و لوئن با استفاده از روشهای تحلیلی و معادلات ریاضی، نرم افزاری را برای طراحی خیش معرفی کردند.
ریشی و سریواستاوا امکان استفاده از ترسیمات سه بعدی کامپیوتری را برای طراحی خیش مورد بررسی قرار دادند.[8] زوز - 1779 - طی پژوهشی به دیاگرام آزاد نیروی تراکتور و تحلیل نیروهای آن، یک سری معادلات برای تخمین بازده کششی تراکتورهای دو چرخ محرک بدست آورد.[5] مجیدی و همکاران - 1997 - با ساخت یک دستگاه گاوآهن کجساق منفرد با زاویه خمش 30 درجه، به بررسی مقاومت کششی آن پرداختند. نتایج نشان داد که عمق و زاویه حمله تأثیر معنیداری بر مقاوت کششی دارد.
2 مواد و روشها
1-2طراحی صفحه برگردان
مدل المان محدود صفحه برگردان ساخته شده از فایبرگلاس با استفاده از نرم افزار انسیس 14 تهیه گردید. برای کشیدن مدل هندسی صفحه برگردان در نرم افزار از مختصات دکارتی نقاطی از آن استفاده کرده و به شیوه ای خاص ترسیم شد. برای تعیین نوع المان آن از المان shell استفاده شد. و مدل مورد نظر صفحه برگردان به صورت ماده ای الاستیک خطی در نظر گرفته شد.
به هر حال در همه روشها رسم نمای مقابل خیش به عنوان یکی از قدمهای اولیه و اساسی در فرایند طراحی به شمار میرود. جهت انجام اولین قدم یعنی رسم رویه صفحه برگردان از روش نقطه یابی استفاده گردید. مختصات دکارتی تعدادی از نقاط تعیین شده بر روی صفحه اندازه گیری شده و با وارد کردن آنها در داخل نرم افزار Inventor و تبدیل هر چند نقطه به یک خط، صفحهای از تمام خطوط گذرانده شدکه در آخر رویه مورد نظر به طور تقریبی به دست آمد. این رویه با پسوند SAT ذخیره گردید تا امکان ورود به نرم افزار انسیس را داشته باشد.
شکل -1 طراحی با استفاده از نرم افز ار انسیس
