بخشی از مقاله
چکیده
پارامترهای بار- تغییر شکل خاک در ملاحظات مربوط به ترامکانیک و مکانیک برهمکنش چرخ و خاک از اهمیت بالایی برخوردار است. تعیین این پارامترها بهمنظور شناخت از ویژگیهای خاک در کشاورزی دقیق، پیشبینی اندرکنش خاک در برابر رفتوآمدهای مکرر وسایل نقلیه و همچنین تعیین ظرفیت کششی ماشینهای کشنده و تراکتورها امری مهم است.
هدف این تحقیق طراحی و ساخت سامانه اندازهگیری پارامترهای خاک است. اساس کار این سامانه، از طریق روابط فشار-نشست خاک است که یکی از شناختهشدهترین روشها برای تعیین پارامترهای خاک و سنجش قابلیت حرکتی وسیله نقلیه بوده و توسط بکر ارائهشده است. پارامترهای مکانیکی خاک kc، N و n به کمک دستگاه بوامتر اندازهگیری میشوند. دستگاه اندازهگیری پارامترهای مکانیکی خاک تشکیلشده از بخشهای مکانیکی، الکتریکی و الکترونیکی است.
شاسی، الکتروموتور و اینورتور، سیستم انتقال قدرت و گیربکس، پروبهای آزمایش ، لودسل، سیستم اندازهگیری جابجایی با دقت بالا و مجموعه تحصیل داده اجزای ترکیبشده در این مجموعه است. دستگاه ساختهشده برای ارزیابی عملکرد بر روی سویل بین با خاک از نوع لومی-رسی با سه تکرار برای صفحات مستطیلی مورد آزمایش قرار گرفت.
نتایج آزمایشها برای ارزیابی کار دستگاه حاکی از عملکرد قابلقبول آن بوده است. همچنین بوامتر طراحیشده با توجه به ساختار مورد پیشنهاد در این پژوهش با استفاده از فناوریهای روز پیشبینیشده، قابلیت تعویض پروبها و دارا بودن سرعتهای مختلف این دستگاه امکان آزمونهای مختلف ابزار و چرخ را مهیا میکند.
مقدمه
محققان عرصه ترامکانیک برای کاهش پیچیدگیهای مدل ریاضی، طراحیهای مختلف را ارائه و پیادهسازی کردهاند که میزان اندرکنش خاک و ابزار را با حداقل تلاش به دست آورند . زمین شامل، مواد - خاک، آب و پوشش گیاهی - و همچنین هندسه سطح است. توانایی زمین برای حمایت و ارائه کشش برای عملیات خودرو را توانایی ترافیک گویند. در اینجا ضرایب خواص مکانیکی برای پیشبینی عملکرد جادهای، توانی ترافیکی و تغییر شکل خاک - تراکم - که ناشی از حرکت و عبور وسیله نقلیه است موردنیاز است که زمینه مکانیک کشش و پتانسیل مزرعهای و صحرایی پژوهشهای مربوط به آن، علاقه زیادی را برای توصیف مطالعات و توسعه ابزاریهای خوب و دقیق ایجاد کرده است.
در قرن حاضر تحقیقات گسترده و کاربردی درزمینه مکانیک خاک- ماشین صورت گرفته است.اغلب مطالعات صورت گرفته در خصوص اندرکنش بین چرخ و جاده مرتبط با ماشینهای درون جادهای - On-road - میباشند که نظر به شرایط خاص و متفاوت این نوع تقابل در مسیرهای برونجادهای، حوزهای در این خصوص به نام ترا مکانیک - Terramechanics - با پیش تازی کسانی مانند بکر - Bekker 1969 - معرفی و تدوین گردید.
پیشبینی عملکرد برهمکنش چرخ- خاک بخشی از دانش ترا مکانیک است،که برای طراحی مکانیکی، ارزیابی، بهینهسازی، شبیهسازی دینامیک، شناسایی پارامترهای خاک، کنترل حملونقل و مسیر حرکت، و حتی به برنامهریزی مسیر برای مریخنوردها کاربردی است
ماشینآلات غیر جادهای Off- - - road باعث ایجاد تنش دینامیکینسبتاً بالایی به خاکهای سست و فشرده میشود - . - Reece 1977 این فشار - تنشها - اغلب در نرخ بالایی صورت میگیرد. پیشبینی حالتهای فشار برای هر یک از ماشینهای غیر جادهای توسط نظریههای پایهای مکانیک خاک بهاندازه کافی قابل پیشبینی نیست،بنابراین برای مطالعه هر سیستم ماشین غیر جادهای مقدار پارامترهای خاص مکانیک خاک ضروری است.
مقاومت به نفوذ خاک و تنش برشی در بین پارامترهای خاک پارامتری هستند،که از طرفی با محدود کردن پتانسیل مزرعهای بر رشد گیاه و از طرف دیگر با محدود کردن پتانسیل کششی بر قابلیت حرکت وسیله نقلیه اثر میگذارد
پارامترهای مقاومت برشی به دلیل همبستگی آنها با ساختار خاک مهمترین خواص مهندسی خاک ازنظر تولید کشش به شمار میروند .تغییر در این پارامترها میتواند بر مقاومت خاکها در برابر عبور ماشینهای برونجادهای تأثیر بگذارد - . - Rahimi and Illkhani,1996 بنابراین مقاومت برشی خاک از خصوصیاتی است که بر روی مقدار ظرفیت کشش و سائل زمین گیرایی و همچنین نیروی مقاوم در برابر عبور ابزار خاک ورز در خاک اثرگذار است
نتایج مربوط تحقیقات - Bernstein 1913 - ،یک مدل تجربی به نام صفحات بارگذاری است ،که توسط رابطه فشار-نشست جهت آزمایش و ارزیابی تعامل چرخ و خاک ارائهشده است و طی معادله - 1 - نشان دادهشده است.
که در اینجا Kc، . وn پارامترهای فشار- نشست هستند.=P مقدار فشار برحسب Kg/cm2 ، Kc مدول چسبندگی خاک تغییر شکل یافته برحسب - Kg/cm - n+1 - - ، =K مدول اصطکاکی خاک تغییر شکل یافته برحسب Kg/cm - n+2 - - - ، n ضریب بدون بعد، Z مقدار نشست صفحه بارگذاری برحسب سانتیمتر و b کوچکترین بعد صفحه برحسب سانتیمتر است.
برای محاسبه ضرایب معادله بالا بر اساس روش بکر برای حل معادله - 3 - باید از دو صفحه بارگذاری با عرضهای متفاوت استفاده کرد. روش کار بهاینترتیب است که ابتدا معادله بکر برای دو صفحه با عرضهای متفاوت نوشته میشود . - 4 - سپس از طرفین دو معادله لگاریتم گرفتهشده طبق معادله - 5 - ، نمودار لگاریتم Z در برابرP برای هر دو صفحه رسم میشود شیب نمودار بیانگر مقدارn است. این دو نمودار در خاکهای همگن موازی بوده ولی در خاکهای غیر همگن ممکن است باهم موازی نباشند. در این حالت مقدار میانگین n بهدستآمده از دو نمودار در نظر گرفته میشود.
با توجه به معلوم بودنb2، b1، n و همچنین با توجه به مقادیر اندازهگیری شده برای Z ، P میتوان مقادیر مجهول Kø، Kc را محاسبه کرد
وسایل اندازهگیری روابط فشار-نشست برای فشار - Kg/cm2 - 1/03 و نشست 40 سانتیمتر در نظر گرفتهشدهاند. زیرا فشار وارد از طرف وسایل نقلیه غیر جادهای بر سطح خاک بیشتر از - Kg/cm2 - 1/03 و این فشار حداکثر تا عمق 40 سانتیمتر از سطح زمین تأثیرگذار است. در میان روشهای اندازهگیری اندرکنش زمین در ارتباط با حرکت ماشین، بوامتر بهعنوان یک شبیهساز خوب از شرایط بارگذاری خودرو توسط بیکر توسعه و ارزیابی شد
در سالیان بعد انواع دیگری از وسایل اندازهگیری مقاومت خاک ساخته شد که بهواسطه اتصال به وسایل نقلیه، قابلانتقال به صحرا بودند. یو نیز بوامتر متحرکی را ابداع کرد که علاوه بر انجام آزمایش نشست صفحه بارگذاری و آزمایش برش خاک، قابلیت نصب نفوذسنج مخروطی را نیز داشت و قادر بود میزان شاخص مخروطی را هم اندازهگیری کند. این بوامتر دارای دو جک هیدرولیک افقی و عمودی بود. جک هیدرولیک عمودی برای اعمال بار بر روی صفحه بارگذاری و جک هیدرولیک افقی برای تأمین حرکت افقی صفحه برشی به کار میرفت
شکل1 بوامتر تعیین پارامترهای خاک - و برف - در واحد تحقیقات مهندسی ارتش آمریکا
ازآنجاکه شکل صفحات بارگذاری روی مقادیر پارامترهای فشار-نشست تأثیر مهم دارد نسبت طول به عرض صفحههای بارگذاری بهصورت استاندارد در حدود6 1/4 در نظر گرفتهشده، که مشابه با الگوهای اصطلاحی فشار-نشست بیکراست - Van, . - Matsuo et al. 2008 بر همین اساس، یکی دیگر از پارامترهای مهم برای آزمایش، سرعت نفوذ صفحه بارگذاری به خاک است که باید بین 2/5 تا cm/s 5 باشد
با توجه به کارهای انجامشده توسط محققان و اهمیت موضوع رابطه خاک و ابرازهای درگیر با خاک یکی از عمدهترین افتهای انرژی زمانی که چرخ روی خاک نرم حرکت میکند، و معیاری به نام مقاومت غلتشی است که بهینهسازی مقدار مقاومت غلتشی به بهبود بازده انرژی کمک خواهد کرد، مدلسازی دقیق برهمکنش خاک-تایر کلید اساسی برای این بهینهسازی است
