بخشی از مقاله
چکیده
اندازه گیری نیروی کششی ادوات در مراکز پژوهشی یک از فاکتور های مهم در طراحی ادوات و تعیین توان کششی مورد نیاز می باشد، که این نیرو به وسیله حسگر های فشاری اندازه گیری می شوند، اطلاعاتی را در اختیار محققان قرار می دهد. در این مقاله طراحی و آنالیز دینامومتر اتصال سه نقطه با استفاده از نرم افزار Solid Works با چند نوع گاوآهن چیزل، زیرشکن و برگرداندار انجام شده است. در این دینامومتر با نصب حسگرهای روی قاب اتصال سه نقطه اقدام به انداز گیری نیروی افقی و عمودی میکند.
قسمتهای حساس در این سیستم لودسلهایی استوانهای شکل هستند، که روی قلابها قاب نصب میشود. نیروی کششی از قلابها به سنسورهای کرنش سنج اعمال شده. دادههای به دست آمده از سنسورها پس از تقویت سیگنال باید مورد پردازش قرار گیرند.
به علت شرایط نامناسب تراکتور در هنگام کار و حساسیت سیستمهای پردازشگر نمیتوان دادهها روی تراکتور ثبت و پردازش کرد. بنابراین مرکز پردازش و جمعآوری داده جایی خارج از مزرعه باید انجام گیرد. برای برقراری ارتباط بین تراکتور و مرکز پردازش از سیستم انتقال دیتا بی سیم استفاده شده است. دادههای به دست آمده از این دینامومتر به عنوان پایه و اساس بسیاری از تصمیم گیریها در انتخاب انواع مناسب ادوات مورد استفاده قرار میگیرد. قلابها قابلیت تنظیم در عرض روی شاسی جهت اتصال به انواع تراکتور با توان مالبندی مختلف را فراهم می کند.
مقدمه
امروز اندازه گیری نیروی کشش بین تراکتور و ادوات خاک ورزی دارای اهمیت به سزایی می باشد. با توجه به این موضوع، برای اولین بار در کشور یک دستگاه دینامومتر اتصال سه نقطه در سال 1382 در گروه مکانیک ماشینهای کشاورزی، دانشگده مهندسی بیوسیستم دانشگاه تهران طراحی و ساخته شد .[2] درنتیجه تعیین نیروهای وارده از خاک به ابزارهای خاکورزی بسیار مهم بوده و با شناخت آنها کار طراحی و ساخت ادوات با کارایی بیشتر و مصرف انرژی کمتر امکانپذیر میگردد. نیازهای کششی ادوات خاکورزی ارتباط گستردهای با طراحی این ادوات و تصمیمگیری در مورد انتخاب تراکتور مناسب دارد
برای اندازهگیری نیروی مقاومت کششی مورد نیاز ادوات خاکورزی از وسایلی به نام دینامومترهای استفاده میشود که به دو گروه اصلی شامل دینامومترهای مالبندی و دینامومترهای اتصال سه نقطه تقسیم میشوند. دینامومترهای مالبندی به منظور اندازهگیری نیروهای وارده به وسیله ادوات کششی بر مالبند تراکتور، طراحی شدهاند
این نوع دینامومترها توسط تعداد زیادی از محققین مورد بررسی قرارگرفتهاند.[14],[12],[11],[9] اندازهگیری نیروهای بین تراکتور و ادوات سوار، محققین را به استفاده از دینامومتر های اتصال سه نقطه ناگزیر ساخته است.[5] تنها نیروسنجی که در این دستگاه استفاده شده است شامل یک عدد لودسل نصب شده بین دو قاب دینامومتر می باشد. انواع ادوات سوار به استثناء آنهای یکه از محور تواندهی تراکتور نیرو می گیرند، قابل آزمون با این دستگاه بوده و بوسیله این دینامومتر می توان تغییرات نیروی مقاومت کششی آنها را در شرایط مختلف خاکورزی اعم از عمق کارهای مختلف و سرعت های متفاوت پیشروی مورد بررسی قرار داد
دینامومترهای اتصال سه نقطه خود به دو گروه تقسیم میشوند. یک گروه آنهایی هستند که نیروسنجها مستقیماً بر روی بازوهای تراکتور نصب میشوند در حالی که در گروه دیگر، نیروسنجها بر روی قاب و یا قابهایی که بین تراکتور و ادوات قرار میگیرد، نصب میگردند که به دینامومترهای اتصال سه نقطه نوع قابی معروف هستند. این نوع دینامومترها نیز توسط تعداد زیادی از محققین موردبررسی قرارگرفتهاند
مزیت این دینامومترها، قابلیت تجزیه نیروهای اندازهگیری شده به مؤلفههای آن در جهات افقی، جانبی و عمودی میباشد. از معایب این دینامومترها نیز میتوان به جابه جایی ادوات به عقب به علت نصب قابها بین تراکتور و ادوات، همچنین افزایش وزن ترکیب تراکتور- ادوات اشاره کرد. تعداد زیادی از دینامومترهای اتصال سه نقطه نوع قابی غیرقابل تنظیم بوده و برای اتصال ادوات دارای ابعاد استاندارد گروههای II و III مورد استفاده قرار میگیرند.
در این دینامومترها، مکانیزم های اتصال سریع به منظور سهولت در اتصال به ادوات تعبیه شده است. اکثر این دینامومترها به گونهای طراحیشدهاند،که نیروهای افقی و عمودی را با دقت بالایی اندازهگیرینموده و معمولاً نیروهای جانبی را اندازه نمیگیرند چون اگرچه نیروهای جانبی وارد بر ادوات خاکورزی بر قابلیت فرمانگیری تراکتور مؤثرند، اما معمولاً این نیروها در حین عملیات خاکورزی قابل اغماض میباشند .[8] بنابراین با توجه به مزیت های دینامومترهای اتصال سه نقطه و کاربرد موفقیت آمیز دینامومتر طراحی و ساخته شده در مطالعات گسترده و توانایی به دست آوردن اطلاعات دقیق و موثر نیروی کششی تراکتور، استفاده از این دستگاه در مطالعات مختلف مربوط به اندازه گیری نیروی کششی تراکتور های رایج در ایران و بررسی پارامترهای مختلف موثر در کشش تراکتور های کشاورزی توصیه میگردد
هدف از این تحقیق طراحی و آنالیز دینامومتر با استفاده از نرم افزار solid works جهت سنجش دقیق نیروهای عمودی و افقی وارده بر اتصال سه نقطه تراکتور می باشد. لذا جهت دستیابی به هدف فوق انجام موارد ذیل ضروری میباشد.
- طراحی قاب اتصال سه نقطه الکترونیکی توسط نرم افزار،Solid Works2015
- ارسال دادها به صورت بیسیم به اپراتور
- آنالیز دادهها توسط نرم افزار
-4 خروجی اطلاعات به صورت نقشه
مواد و روشها
برای طراحی و تحلیل اجزای محدود دینامومتر اتصال سه نقطه مورد نظر در نرم افزار - Solid Works - شبیه سازی گردید. مشخصات فنی آن در - شکل - 1آمداست.
شکل :1 ویژگیهای فولاد آلیاژی
دلیل انتخاب این نرم افزار قابلیت بسیار بالا در مدلسازی میباشد. به نحوی که محیط طراحی این نرم افزار بسیار پیشرفتهتر از سایر نرم افزارهای موجود میباشد. دلیل اصلی انتخاب این نرم افزار برای مدلسازی و تحلیل اجزای محدود قدرت بسیار بالای ویرایش این نرم افزار میباشد. ویرایش قطعات در نرم افزار بسیار سریع و با دقت بسیار بالا، قابلیتهای زیادی و اشکالات بسیار کم صورت میگیرد. در طراحی این لودسل به علت این که به تغییرات بسیار زیاد برای رسیدن به شکل بهینه نیاز بود، کار با دیگر نرم افزارهای موجود به علت سرعت پایین، دقت کم و اشکالات بسیار زیاد امکان پذیر نبود. هر قطعه پس از ایجاد در محیط طراحی این نرم افزار مطابق با نیاز و شرایط دستگاه، در محیط تحلیلی اجزاء محدود آن با توجه به بارگذاریهای موجود امتحان گردید تا از لحاظ تحمل نیرو اعمال شده مشکلی نداشته باشد. برای رسیدن به شکل بهینه مدلهای بسیار زیادی طراحی و تحلیل شد تا بلاخر مدل موجود به عنوان مدل که نیاز دستگاه ما را برطرف میسازد و همچنین ساده و هزینه ساخت مناسب دارد، انتخاب گردید.
طراحی مدار الکترونیکی پردازش و ثبت دادهها
اساس کار هر سیستم الکترونیکی بر پایه دادههای ورودی استوار است. برای تعامل سیستم با محیط نیازمند ورودیهای میباشد. که این ورودیها از حسگرها گرفت شده و پس از تقویت و تبدیل مورد پردازش قرار میگیرند. سنسورها در این میان نقشه تبدیل دادهای فیزیکی به کمیت قابل اندازهگیری را دار میباشند. در مقاله برای انداز گیری نیروی کششی ادوات از استرین گیجها - شکل - 2 که اساس کار آن بر پایه تغییر مقاومت برحسب نیروی اعمالشده بوده یعنی نیروی وارد شده بر لودسل ها تبدیل به مقاومت الکتریکی میشود. به دلیل اینکه ورودی اکثر دستگاههای اندازه گیری ولتاژ بوده لذا باید خروجی
شکل :2 مدار پل وتستون و استرین گیج
