بخشی از مقاله
چکیده:
بعد از انجام خاکورزی اولیه در سطح زمین کلوخه هایی ایجاد میشود که باید با انجام عملیات خاکورزی ثانویه آنها را از بین برد. این عملیات توسط هرس انجام میشود. در این مقاله طراحی و آنالیز نوعی هرس مورد بررسی قرار میگیرد که با حرکت چرخشی خود کار خرد کردن کلوخهها و سلههای موجود و تسطیح سطح زمین را انجام می دهد .
هرس هایی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند عبارتند از دندانه میخی، دندانه انگشتی، دندانه فنری و ارتعاشی که به لحاظ شکل چنگه مانند، چنگه نامگذاری شدهاند اما هرسی که در این مقاله مورد بررسی قرار میگیرد به لحاظ ساختار مارپیچی شکل، هرس مارپیچی نامگذاری شد که میتواند علاوه بر شکستن کلوخه ها کار تسطیح زمین را نیز انجام دهد و همچنین به دلیل شکل مارپیچی عضو خاکورز، نیروی کمتری برای کشش لازم دارد .
در طراحی عضو خاکورز از فولاد آبدا ده و بازپخت شده - ASTMA-514 - و در طراحی شاسی این هرس از قوطی 50×50×5 میلی متر از جنس فولاد آبداده و بازپخت شده - ASTMA-A36 - براساس استاندارد ASTM به صورت پیش فرض استفاده شده است . در تحلیل انجام شده که برای خاک شنی لومی ریز بیشترین جابجایی الاستیک برای عضو خاکورز و شاسی به ترتیب برابر 38/315 و 6/001 میلی متر و بیشینه تنش بر اساس معیار ونمیسز به ترتیب برابر410 و73/39 مگاپاسکال بدست آمد که از این مقادیر ضرایب اطمینان 1/68 و 3/39 حاصل شد.
مقدمه
از دید یک متخصص کشاورزی، خاک ماده ایست که زندگی گیاه را تامین نموده و گیاه میتواند در آن رشد نماید . اما از دیدگاه مهندسین، خاک مفهوم نسبتا وسیع تری دارد. در نظر یک مهندس، خاک عبارت است از هرگونه مواد معدنی تحکیم نیافته متشکل از ذرات جامد و مجزا از هم که حفرات بین آن ها را هوا و یا سایر گازها و مایعات بخصوص آب اشغال کرده است و در عمل بعنوان تکیه گاه ساختمان و یک ماده ساختمانی مورد استفاده قرار میگیرد. لذا بر طبق تعاریف فوق متخصص امور کشاورزی بیشتر به خاکهای ارگانیک - آلی - و مهندسین بیشتر به خاکهای غیر آلی توجه دارند
خاکورزی یکی از روشهای اصلی کشاورزان برای کنترل رشد محصولات زراعی و علف های هرز و تنظیم فرآیند میکروبی برای تجزیه بقایای گیاهی به منظور تولید مواد مغذی میباشد. [Dick, 1992 ] گرچه خاکورزی به وسیله گاوآهن برگرداندار و گاوآهن چیزل قسمت اصلی عملیا ت خاکورزی سالیانه را تشکیل می دهد اما عموما سطحی که به اندازه کافی صاف و نرم باشد بدست نمی آید و بیشتر اوقات یک خاکورزی ثانویه به دنبال آن به وسیله انواع هرس به منظور کاهش اندازه کلوخهها و آماده سازی سطح برای کاشت انجام می شود [Van Muysen and . Govers, 2001 ] هر چند که این دو مرحله بودن خاکورزی میتواند به وسیله شدت خاکورزی اولیه کمتر با ادواتی شبیه کولتیواتور و روتیواتور جایگزین شود.
ادواتی که برای خاکورزی ثانویه به کار میروند عبارتند از هرس دیسکیٌ که به وسیله وزن خود و بار اضافی روی آن در خاک نفوذ می کند، هرس چرخانٍ که مقاومت خاک باعث چرخش عضو خاکورز می شود، روتیواتور یا خاک همزنَ که زاویه کار آن میتواند به صورت عمودی و افقی تنظیم شده و با این کار شدت خاکورزی کنترل شود و انواع مختلف دیگر شامل هرس دندانه میخیُ و کولتیواتور مزرعه نوع دانمارکیِ. [Krause et al., 1984 ] از طرفی باید توجه داشت که عمق خاکورزی ثانویه سطحی و حدود ًٌ تا ٌِ سانتیمتر می باشد
امروزه با به کارگیری فنون طراحی به کمک کامپیوتر میتوان به مطالعه عواملی از قبیل نیروها، تنشها، تغییرشکل و بهینه سازی شکل قطعات پرداخت و عملکرد سازه تحت بارهای استاتیک را بسیار کارآمدتر و سریعتر از گذشته شبیه سازی و تحلیل کرد. نرم افزار انسیسّ یکی از ابزارهایی است که از روش اجزاء محدود برای تجزیه وتحلیل قطعات و مسائل مهندسی استفاده میکند
مواد و روشها
این هرس شامل دو بخش کلی شاسی و عضو خاکورز میباشد. شاسی دستگاه در محل اتصال عضو خاکورز دارای زاویه با مسیر حرکت میباشد که این باعث برش خاک و همچنین ارتعاش عضو خاکورز به منظور خرد کردن کلوخهها میشود. در طراحی عضو خاکورز از فولاد آبداده و بازپخت شده - ASTMA-514 - با استحکام نهایی ، استحکام تسلیم و مدول کشسانی به ترتیب برابر با 760، 690، 200 مگاپاسکال و در طراحی شاسی این هرس - چنگه - از قوطی50×50×5 میلیمتر از جنس فولاد آبداده و بازپخت شده - ASTMA-A36 - با استحکام نهایی، استحکام تسلیم و مدول کشسانی به ترتیب برابر با 400، 250، 200 مگاپاسکال براساس استاندارد ASTM به صورت پیش فرض استفاده شده است]واحدیان، .[1385 عملیات طراحی این سله شکن در نرم افزار سالیدورکسْ انجام شد و برای تحلیل نیرویی این طراح از نرم افزار انسیس استفاده شد . در شکل 1 نمایی از دستگاه سله شکن و نمایی از عضو خاکورز قابل مشاهده است.
شکل - 1 الف. نمای ایزومتریک هرس ب. نمای ایزومتریک قطعه خاکورز
برای تعیین نیروی وارده بر مارپیچی این هرس که عمل خاکورزی را انجام میدهد، یکی از حلقههای این مارپیچ را در نظر میگیریم و بعد از تحلیل آن را به کل حلقه ها تعمیم میدهیم. در شکل 2 ، یکی از حلقههای مارپیچ را می بینیم که نیروی گسترده Pi از طرف خاک در عمق Z که حلقه در آن قرار دارد وارد میشود. نیروی وزن W سهم یکی از حلقهها از کل وزن دستگاه و نیروی D نیروی کشش دستگاه میباشد.
شکل-2 نیروهای وارده بر یک حلقه
مقدار مقاومت غلتشی R را میتوان با استفاده از رابطه بکرٌ محاسبه کرد. اگرZ زیاد باشد در این صورت حلقه را
به عنوان جسم صلب بهحساب میآوریم در این حالت Z ثابت نبوده و رابطه1 را باید م نظور نمود
علاوه بر نیروی مقاومت غلتشی که به حلقه وارد می شود نیروی دیگری نیز در حین برش خاک توسط لبه تیز کنار حلقه به آن وارد میشود. برای محاسبه این نیرو با توجه به شکل 3 که حلقه را در مسیر حرکت و نیروی ناشی از برش خاک را نشان میدهد به محاسبه نیروی برش میپردازیم.
شکل - 3 نیروی برشی وارد بر تیغه
