بخشی از مقاله
چکیده
طراحی ادوات خاکورزی و محاسبه صحیح ضریب اطمینان قطعات عامل بسیار مهمی در محافظت از ادوات در مقابل برش، پیچش و خستگی ناشی از فشارهای ناگهانی است. از این رو در تحقیق حاضر سعی گردید تا با تصحیح توزیع فشار خاک که از شاخص مخروطی خاک به دست آمده است، توزیع فشار اعمال شده از خاک بر روی عامل خاکورز به واقعیت نزدیک تر شود. در همین راستا تیغه ی باریکی با ارتفاع60 ، پهنای 10 و ضخامت 15 سانتی متر طراحی و در محیط نرم افزارANSYS 2013 مدلسازی شد. سپس با استفاده از روابط موجود برای پیش بینی نیرو، مقدار فشار روی تیغه در عمق های 5 ،15 و20 سانتی متر محاسبه شده سپس با اندازه گیری شاخص مخروطی خاک و شبیه سازی آن روی تیغه، مدل جدیدی برای توزیع فشار روی تیغه خاک ورز ارائه شد. در نهایت پس از اعمال توزیع تنش تصحیح شده بر روی تیغه، پین برشی مناسب تیغه خاک ورز طراحی شد.
مقدمه
با توجه به اینکه تراکتور وماشین های کشاورزی سهم مهمی از هزینه تولید محصول را به خود اختصاص می دهند و با در نظر گرفتن جایگاه قابل ملاحظه آن در عرصه تولیدات زراعی، تصمیمات مدیریتی در ارتباط با نحوه عملکرد تراکتورها در مزرعه می تواند در سود حاصل از کار زراعی موثر باشد. یکی از عواملی که می تواند در مدیریت ماشین های کشاورزی منجر به افزایش بهره وری و بازده اقتصادی شود، انتخاب واتصال مناسب ماشین ها است.
برای تحقق این امر داشتن توانایی کشش تراکتورها و توان مورد نیاز ادوات لازم بوده و در نتیجه به دست آوردن نیروی بین تراکتور وادوات از اهمیت بسزایی بر خوردار است. با داشتن این اطلاعات می توان توان کششی تراکتورها وتوان مورد نیاز ادوات را مشخص کرد و به انتخاب صحیح ادوات ویا تعیین دقیق تراکتور مناسب اقدام کرد. همچنین اطلاعات مربوط به توان ونیروی ما بین تراکتور ها وادوات می تواند برای ارزیابی انواع ماشین های کشاورزی مورد استفاده قرار گیرد . - Mckyes et al., 1985 -
نتایج بسیاری از تحقیقات نشان میدهد که اثر خصوصیّات فیزیکی خاک روی نیروی لازم برای کشیدن ادوات خاکورزی و انرژی موردنیاز، امری کاملاً اثبات شده میباشد. خصوصیّات و پارامترهای خاک که بر نیروی کششی و انرژی مورد نیاز ادوات تاثیرگذار میباشد عبارتند از: محتوی رطوبتی خاک، جرم مخصوص ظاهری، شاخص مخروطی و بافت خاک - Summers et al., 1986; . - Bernaki et al., 1972 ; Makyes, 1989 اثرات این پارامترهای مؤثر در نیروی کششی توسط بسیاری از محققان بررسی شده است. همچنین اثرات شکل هندسی ابزار و طریقه شکست خاک با استفاده از آنالیز ابعادی و سایر روشهای تحلیلی مورد مطالعه قرار گرفته است . - Summers et al., 1986; Bernaki et al., 1972 -
کشش و توان مورد نیازعوامل مهمی برای اندازه گیری و ارزیابی ادوات خاک ورزی است و بنابراین داده های قابل ملاحظه و ضروری در هماهنگ کردن صحیح یک ابزار خاک ورزی با تراکتور هستند . - Makyes, 1989 - با پیدایش روش اجزاء محدود، این روش توانست مقداری از محدودیتهای روشهای تحلیلی را جبران نماید و حداقل این روش توانست به روش نظری، توزیع تنش و عکس العمل بین خاک و ابزار و همچنین نیروی کششی را پیشبینی نماید.
بنا براظهار نظر اکثر محققین از جمله هائوک و همکاران - 1984 - ، بازده کششی مهمترین پارامتر ارزیابی عملکرد یک تراکتور می باشد. آنان وزن تراکتور، شرایط خاک، فشار باد لاستیک و اندازه چرخ را از عوامل مؤثر بر بازده کششی و میزان سوخت مصرفی ذکر کرده اند. بر اساس نتایج حاصل از آزمایشهای آنان میزان لغزش چرخ بین 8 تا 16 درصد متغیر بوده است و در 10 تا 15 درصد لغزش، بهترین بازده کششی حاصل گردید. افزایش وزنه روی چرخهای محرک جهت کاهش لغزش به پایین تر از 8 درصد موجب فشردگی خاک می گردد. از طرفی لغزش بیشتر از 16 درصد مصرف سوخت را بالا برده و فرسایش شدید لاستیکهای تراکتور را به دنبال خواهد داشت . - Abbaspour -Gilandeh et al., 2005 -
ابولخیرو همکاران - 2011 - با تجزیه و تحلیل نیروهای شخم، خستگی ادوات خاکورز، طول عمر ادوات ونیروی کششی وارد بر آنهارا محاسبه کردند. تحلیل این تحقیق توسط نرم افزارMatlab و Ansys انجام شده است ونتایج قابل قبولی به دست آمده است . - Upadhyaya et al., 1987 - یانگ وهانا - 1977 - به ارائه یک مدل استاتیکی برای رفتار تیغه خاک ورز در مقابل خاک پرداختند. این دو پژوهشگر تطابق نتایج شبیه سازی اجزاء محدود با ملاحظات تحلیلی را تأیید کردند . - Makyes, 1989 - از روش اجزای محدود FEM در مطالعه برش خاک و خاکورزی نیز بطور گسترده ای استفاده شده است .
در این تحقیق طراحی پین برشی مناسب برای یک تیغه خاکورز با ارتفاع 60، ضخامت 15 وپهنای 10 سانتیمتر با زاویه حمله 90 درجه ارائه شده است. ابتدا با استفاده از روابط موجود برای پیش بینی نیرو، مقدار فشار روی تیغه در عمق های 5 ،15 و20 سانتی متر محاسبه شده سپس با اندازه گیری شاخص مخروطی خاک و شبیه سازی آن روی تیغه، مدل جدیدی برای توزیع فشار روی تیغه خاک ورز ارائه شد. با استفاده از داده های آزمایش و تصحیح توزیع فشار بر تیغه، پین برشی مناسب تیغه خاک ورز باریک با استفاده از نرم افزارAnsys طراحی شده است.
مواد و روش ها
برای انجام این آزمایش از قطعه زمینی به مساحت 200متر مربع در دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبعی ساری استفاده گردید. مقادیر مقاومت به نفوذ خاک توسط یک دستگاه نفوذ سنج دستی مدلsl 138 با زاویه مخروط 30 درجه وسطح مقطع مخروط0/5 اینچ مربع در سه عمق 15،5 و20 سانتی متری اندازه گرفته گردید. این دستگاه مجهز به لودسل حلقوی با قرائت مستقیم نیروی نفوذ می باشد - شکل. - 1 داده های این بخش از آزمون برای تعیین توزیع تنش روی تیغه خاکورز مورد استفاده قرار گرفت.
نتایج و بحث
معادله پیش بینی نیروهای وارد بر تیغه های عریض توسط هیتاراتچی وهمکاران - - 1966 و هیتاراچی و ریسه - 1974 - برای گسیختگی دو بعدی خاک ارائه شده است. این معادلات بر اساس تئوری دیواره نگهدارنده غیر فعال ارائه گردیده که محاسبات پیچیده آن جهت پیش بینی نیروی غیر فعال به یک معادله ساده مبدل گشته است بطوریکه در آن از اثرات کناری لبه های تیغه برش خاک صرف نظر شده است.
