بخشی از مقاله
چکیده
در این تحقیق دینامومتري طراحی و ساخته شد که بتواند نیروهاي وارد بر ادوات خاكورزي را در سه جهت عمود برهم - در راستاي محورهاي مختصات - تا محدوده حداکثر 20 کیلونیوتن و همچنین گشتاورهاي ایجاد شده را حول محورهاي مختصات تا حداکثر20 کیلونیوتن متر را اندازهگیري نماید. واحد اندازهگیري نیرو و گشتاور شامل دو مبدل رینگی با ساختار هشت وجهی که عمود بر هم سوار شدهاند و همچنین یک مبدل براي اندازهگیري گشتاور - لوله گشتاورسنج - میباشد که توسط دو رینگ واسط به هم پیچ میشوند و لودسل نیز بر روي یک شاسی قابل اتصال به تراکتور سوار میگردد. نیروها و گشتاورهاي وارد بر دینامومتر از طریق کرنشسنجهایی که روي اجزاي لودسل نصب شدهاند، اندازهگیري میشوند.
بهمنظور طراحی مکانیکی شاسی دینامومتر و همچنین واحد اندازهگیري آن از روش اجزاي محدود و از نرمافزار CATIA استفاده شد. نتایج تجزیه و تحلیل نیروهاي وارد بر دینامومتر، نحوه طراحی رینگها ولوله گشتاورسنج، نحوه سوار شدن اجزاي لودسل روي هم، نحوه سوارشدن لودسل روي شاسی و نحوه قرارگیري کرنش سنج روي لودسل، به عبارت دیگر چگونگی قرارگیري اجزاي دینامومتر در این مقاله بیان می شود.
مقدمه
امروزه با توجه به افزایش تصاعدي جمعیت جهان و لزوم تهیه مواد غذایی بعنوان اصلیترین نیاز بقاي انسان با توجه به محدودیت زمینهاي قابل کشت و زرع از یک طرف باید از روشهاي نوین در کشاورزي بهره جست و از طرف دیگر به نوعی باید بر بومی سازي ادوات کشاورزي اهتمام ورزید. تولید مواد غذایی مراحل مختلفی را میطلبد که خاكورزي و آماده سازي بستر بذر به عنوان یکی از مراحل آن میباشد که نیاز به انرژي بالایی دارد.
با عنایت به اینکه انرژي مصرفی تراکتورها عمدتاً از سوختهاي فسیلی تامین میگردد و سوختهاي فسیلی نیز جزو منابع انرژي تجدید ناپذیر و محدود در جهان بوده و روز به روز بر قیمت آن افزوده میشود، بهینه کردن عملکرد ادوات خاكورزي و بومی کردن ادوات مطابق با شرایط کشور میتواند بسیاري از افتهاي انرژي را کاهش دهد که لازمه این امر دانستن نیروهاي وارد از طرف خاك بر ادوات خاكورزي میباشد.
اندازهگیري نیروهایی که به منظور برش خاك در طول عملیات خاكورزي لازم است یکی از هدفهاي اصلی بسیاري از تحقیقات در زمینه خاكورزي و دینامیک خاك میباشد. مولفههاي افقی برش خاك و کشش توجه بسیاري از محقّقین را به خود جلب کرده است زیرا این مولفه ها ارتباط مستقیمی با احتیاجات انرژي خاكورزي و همچنین اندازه تراکتور - منبع توان - بهمنظور کشیدن ادوات خاكورزي دارند. همچنین مکرراً مشاهده شده است که یکی از هدفهاي اصلی این مطالعات مشخص کردن و بررسی رابطه این نیروها با خصوصیات فیزیکی خاك میباشد.
بهمنظور تعیین نیرويهاي وارد بر ادوات خاكورزي از طرف خاك در حین اجراي عملیات خاكورزي باید از دینامومترها استفاده شود. واژه دینامومتر از دو کلمه دینامو1 به مفهوم نیروي حاصل از توان و میتر2 به معنی اندازهگیري تشکیل شده است. بنابراین دینامومتر یک وسیله اندازهگیري نیرو میباشد. گرچه ممکن است دینامومتر همه کمیتهاي موردنیاز براي محاسبه توان اعمال شده، یعنی نیرو، مسافت و زمان را اندازه بگیرد. اما اصطلاح دینامومتر عموماً به وسایلی اطلاق میشود که فقط نیرو و گشتاور اعمال شده را میسنجند. بطورکلی هدف از این تحقیق طراحی و ساخت یک دینامومتر ادوات خاكورزي بود بطوریکه که قادر باشد نیروها و گشتاورها وارد بر ادوات خاكورزي مختلف را در جهات سهگانه و حول محورهاي مختصات اندازهگیري نماید.
مواد وروشها
-1 طراحی و ساخت شاسی دینامومتر
ساختار دینامومتر ادوات خاكورزي طراحی و ساخته شده در این تحقیق، شامل یک شاسی و واحد اندازهگیري نیرو میباشد. شاسی دینامومتر از یک قابی به مشخصات شکل 1 ساخته شده است که شامل قسمتهاي دربرگیرنده واحد اندازهگیري نیرو و قسمت اتصال به سیستم اتصال سهنقطه تراکتور میباشد. شاسی از یک ناودانی فولادي 14 با تنش تسلیم 235 مگاپاسکال ساخته شده است. دو لبه ناودانی روي هم قرارگرفته و جوش داده شد تا تشکیل یک قوطی به ابعاد 14×12 سانتیمتر به ضخامت 5 میلیمتر را بدهد. در درون قاب طراحی و ساخته شده، جهت اتصال واحد اندازهگیري نیرو و گشتاور به شاسی، از یک ورق فولادي 20 میلیمتر از جنس فولاد به ترتیبی که در شکل 1 نشان داده شده است، استفاده گردید. طراحی، تجزیه و تحلیل تنش و کرنش در شاسی توسط نرم افزار CATIA انجام شد.
در محیط طراحی ابتدا شاسی دستگاه و واحد اندازهگیري به همان صورت که ساخته می شد، شبیه سازي و طراحی شد و سپس به محیط تحلیل منتقل گردید. در این محیط ابتدا تمام خطوط، نقاط جوش، شرایط مرزي - از قبیل نقاط تکیهگاهی و نقاط اعمال نیرو و گشتاور - و مقدار نیرو وگشتاور اعمالی تعریف شد. در این تحلیل که از روش اجزاء محدود استفاده شد اجزاء - المانها - از نوع حجمی و چهار وجهی بودند. نقاط تکیهگاهی به عنوان یکی از موارد شرایط مرزي، سه نقطه بر روي دستگاه که جهت اتصال شاسی دستگاه به تراکتور تعبیه گردیده، در نظر گرفته شده است. یکی دیگر از موارد شرایط مرزي، نقاط اعمال نیرو و گشتاور است که بر روي صفحه بالایی قاب که به صورت گسترده توزیع شده است، میباشد.
-2 طراحی و ساخت واحد اندازهگیري دینامومتر
واحد اندازهگیري نیرو در این دینامومتر، شامل دو مبدل با ساختار هشت وجهی هشت3 وجهی می باشد که توسط رینگ واسط با پیچ بصورت عمود برهم به یکدیگر متصل می شوند که این مجموعه از یک طرف به یک مبدل گشتاورسنج جهت اتصال به شاسی و از طرف دیگر به یک رینگ براي سوار کردن ادوات به دینامومتر پیچ می شود. مبدلها با ساختار هشت وجهی و گشتاورسنج با ماشینکاري و ازجنس فولاد 1015 ساخته شدند. شکل 2 نیروهاي و گشتاورهاي وارد بر واحد اندازه گیري دینامومتر را نشان میدهد.
