لینک دانلود و خرید پایین توضیحات
فرمت فایل word و قابل ویرایش و پرینت
تعداد صفحات: 11
طراحی گاوآهن بشقابی دوطرفه با سنتز یک مکانیزم پنج رابطی خط مستقیم (کد مقاله82)
سید ایمان ساعدی، محمدحسین آق خانی2 ، عبدالعلی فرزاد
چکیده
گاوآهن بشقابی یکی از ادوات مهم خاکورزی می باشد که به کارگیری نوع دوطرفه آن به سبب صرفه جویی در وقت و هزینه و افزایش راندمان فرایندهای زراعی حائز اهمیت بالایی می باشد. با انگیزه ساده سازی و اصلاح طرح های موجود، پس از بررسی انواع مکانیزم ها طراحی نوع جدیدی از گاوآهن بشقابی دوطرفه به انجام رسید. ساختار این گاوآهن، یک مکانیزم پنج رابطی خط مستقیم است که پس از بهینه سازیِ مکانیزم چهار رابطی خط مستقیم دانیل به دست آمد. در این طرح، علاوه بر مکانیزم های تغییر جهت بشقاب ها و چرخ شیار عقبی، مواردی از جمله تثبیت موقعیت گاوآهن در شرایط شخم و مکانیزمی برای تغییر زاویه تمایل طولی بشقاب ها لحاظ گردیده است. این طرح، سپس از جنبه نیرویی تحلیل شد و نمودارهایی برای تعیین روند تغییرات آن برای بخش های مختلف مکانیزم، به دست آمد. تحلیل ابعادی این گاوآهن در دو مرحله انجام گرفت. مرحله اول مربوط به طول رابط ها و موقعیت مفصل ها برای تولید حرکات مورد نظر (بهینه سازی مکانیزم) و مرحله دوم مربوط به مقطع عرضی بخش های مختلف با در نظر گرفتن شرایط نیرویی و انتخاب ماده و ضریب اطمینان مشخص. گاوآهن جدید به سبب طراحی ساده و عدم نیاز به قطعات مکانیکی کمکی خصوصیات شاخصی مثل کاربری آسان، هزینه تمام شده پایین و حداقل نیاز به سرویس و نگهداری را خواهد داشت. بخش اعظم فرایند مدل سازی توسط نرم افزار CATIA انجام پذیرفته است.
کلید واژه: بهینه سازی مکانیزم، تحلیل ابعادی، تحلیل نیرویی، گاوآهن بشقابی دوطرفه، مکانیزم دانیل
مقدمه:
یکی از زمینه های بسیار گسترده ماشینهای کشاورزی عملیات خاکورزی است که هدف نهایی آن تهیه بستر بذر برای انجام فرایندهای سه گانه زراعی (کاشت، داشت و برداشت) می باشد. از آنجا که بیشترین هزینه تولید محصولات زراعی مربوط به عملیات خاکورزی است، از این رو، بهینه سازی عملکرد ادوات مربوطه، از جمله ابزارهای بشقابی که در زمرة مهمترین ماشین های خاکورزی می باشند، می تواند نقش اساسی در کاهش هزینه های تولید داشته باشد.
یکی از راهبردهای افزایش کیفیت عملکرد ادوات بشقابی بهینه سازی طراحی آنها می باشد که از جمله این روش ها به کارگیری انواع دوار می باشد.
آزاد بخت یک گاوآهن بشقابی موتور گرد یکطرفه و آق خانی یک هرس بشقابی دوار ساختند. این نوع ادوات که در واقع طرح های بهینه سازی شده ای از گاوآهن بشقابی و هرس بشقابی برای عملیات خاکورزی اولیه می باشند، علاوه بر نیروی کششی از محور توان دهی نیز استفاده می کنند. از این رو مزایایی از قبیل کاهش توان کششی، کاهش سرخوردگی چرخ های تراکتور، بهبود کیفیت خاکورزی، آماده سازی زمین برای کشت دوم در سال و بازگرداندن بقایای گیاهی به خاک به عنوان کود سبز را ارائه می دهند[1و2].
روش دیگر بهینه سازی عملکرد گاوآهن های بشقابی استفاده از نوع دوطرفه آنها می باشد. به کارگیری گاوآهن های بشقابی دوطرفه در کنار داشتن کلیه مزایای ابزارهای بشقابی، به سبب ایجاد حداقلِ ناهمواری ها در زمین وحداقلِ نیاز به ادوات خاکورزی بعدی، موجب صرفه جویی در وقت و هزینه، افزایش راندمان آبیاری، حفظ ساختمان خاک و غیره خواهند شد.
ویلیام و همکاران یک گاوآهن بشقابی دوطرفه اختراع کردند. در این گاوآهن، تغییر وضعیت بشقاب ها از حالت چپ ریز به راست ریز به این صورت انجام می گیرد که دیرک حامل بشقاب ها که حول نقطه مرکزی قاب اصلی قابلیت گردش دارد، 30 تا 40 درجه دوران می کند و یک مکانیزم ثانویه، پس از گردش دیرک, به منظور تنظیم زاویه تمایل طولی, هر بشقاب را حول ساقه خود می چرخاند. همزمان چرخ شیار عقبی نیز با سیستم اهرم خاص خود گردش می کند و وضعیت جدید و متناسبی می یابد. عمل تغییر وضعیت اغلب به وسیله یک جک هیدرولیکی دوطرفه انجام می پذیرد]12[.
مواد و روش ها
برای به دست آوردن حرکات مورد نیاز گاوآهن بشقاب دوطرفه مکانیزم های مختلفی مورد بررسی قرار گرفت که از بین آنها مکانیزم چهار رابطی خط مستقیم دانیل انتخاب گردید. این مکانیزم با داشتن ویژگی های مفید و مطلوب, نیازهای طراحی را مرتفع ساخته است[7]. (شکل شماره 1).
شکل شماره 1 : مکانیزم چهار رابطی دانیل برای تغییر جهت شاسی حامل بشقاب ها (AO) در یک مرحله (بدون نیاز به مکانیزم ثانویه تنظیم زاویه تمایل طولی بشقاب ها).
در این مکانیزم رابط AO به عنوان شاسی متحرک حامل بشقابها در نظر گرفته شده است. بدین ترتیب برای حرکت این رابط, بازوهای DE و FC حول مفصل های E و F گردش می کنند و در این حین نقاط A و O بر روی مسیرهای تقریباً مستقیم الخط افقی و عمودی حرکت می کنند. این حرکتهای مستقیم الخط بدون نیاز به کشویی یا راهنما و با حداقل اصطکاک در لولاها انجام می شود که از مزایای این مکانیزم محسوب می شود. ویژگی دیگر این اهرم بندی این است که می تواند وزنه ای که در نقطه متحرک این مکانیزم (A) آویزان شده است را در حالت تعادل نگه دارد. این پدیده نشان دهنده "تعادل خنثی" در این مکانیزم می باشد.
برای بهینه سازی این مکانیزم، شرایط کاری گاوآهن بشقابی دوطرفه مدّ نظر می باشند. این شرایط شامل موارد ذیل می گردد:
الف) مکانیزم چرخش یک مرحله ای بشقاب ها در سطح افقی برای رسیدن به وضعیت متقارن برای زوایای تمایل طولی 42 تا 47 درجه بشقاب ها.
ب) مکانیزم چرخ شیار عقبی با داشتن مقداری تمایل طولی چرخ.
ج) مکانیزم توقف برای تثبیت گاوآهن به هنگام شخم.
د) مکانیزم تغییر زاویه تمایل طولی بشقاب ها.
ه) حالت حمل و نقل دستگاه در خارج از مزرعه (ترانسپورت).
نسبت طول بازوها و محل قرارگرفتن لولا ها با اهمیت هستند. در حالت کلی می توان گفت که این مکانیزم با رسم یک مثلث قائم الزاویه AOF' (شکل شماره 1 الف) به دست می آیدکه بر روی اضلاع AO و OF' طول های AD=F'D'=L و AC=F'C'=L' جدا می شوند. نقاط C و D و نیز محل تلاقی عمود منصف پاره خط های CC' و DD' با F'O (نقاط F و E) لولاهای این مکانیزم را تشکیل خواهندداد (شکل شماره 1 ب). برای بهینه سازی حرکت مکانیزم برای تغییر موقعیت گاوآهن بشقابی دوطرفه، رابط (1) استخراج شده است:
(1)
رابطه (1) به طور خلاصه بیان می کند که تحت هر انتخابی از برای طراحی اولیه، طول L چه درصدی از طول AO باشد تا با رسم مثلث قائم الزاویه اولیه AOF' بتوان مکانیزم دانیل را به گونه ای به دست آورد که قابلیت بازشدن تا زاویه 48 درجه به ازای زاویه رأس (42 درجه به ازای زاویه تمایل طولی بشقاب ها ) را داشته باشد، بدون اینکه رابط DE به وضعیت افقی خود برسد (با حالت افقی زاویه 5 درجه بسازد) تا از حرکت دلخواه مکانیزم اطمینان حاصل گردد. بدیهی است که با محاسبه L ، پارامتر L' برای طراحی مکانیزم یک پارامتر اختیاری خواهد بود. البته هرچه این طول تفاوت کمتری با نصف طول AO داشته باشد، حرکت نقطه A به مستقیم الخط نزدیک تر خواهد بود. رابطه (1) قابل تعمیم است و آن را می توان برای هر کاربردی از مکانیزم دانیل اصلاح و معرفی نمود. برای ایجاد تقارن در هر دو حالت راست و چپ ریز، لازم است که صفحه بشقاب ها به صورت ثابت و عمود بر محور حامل باشد (شکل شماره 1 ب).
مرحله بعدی بهینه سازی مکانیزم لحاظ کردن چرخ شیار عقبی می باشد. این چرخ در پشت آخرین خیش بشقابی بایستی به گونه ای قرارگیرد که با دیوارة شیار تماس داشته باشد. معمولاً برای آن یک زاویه تمایل طولی هم نسبت به راستای حرکت درنظر می گیرند[8] (شکل شماره 2).
شکل شماره 2: مکانیزم پنج رابطی گاوآهن بشقابی دوطرفه و زوایای تعیین کننده طراحی.
همانگونه که در شکل شماره 2 مشاهده می شود، برای استقرار چرخ شیار عقبی در موقعیت درست، رابطهایAO و FO مکانیزم دانیل از سمت O به اندازه کافی امتداد داده شده اند تا به ترتیب، نقاط B وG به دست آیند. رابط پنجم (BG) به طریقة نشان داده شده به مکانیزم چهار رابطی اولیه افزوده می شود. محل در نظر گرفته شده برای چرخ شیار عقبی در نقطه G انتخاب می گردد. انتخاب ابعاد مناسب برای رابط های OB و OG به روش ترسیمی می باشد.
در نگاه اول به مکانیزم پنج رابطی به دست آمده مشاهده می شود که این اهرم بندی قابلیت حرکت ندارد، یعنی درجه آزادی آن صفر است. برای رفع این مشکل، رابط جدید BG به صورت شیار دار طراحی شده است تا یک درجه آزادی به آن داده شود. در این صورت با حرکت مکانیزم، نقطه B نیز با حرکتی که تلفیقی از حرکت رابطهای BG و AB می باشد به گونه ای تغییر موقعیت خواهد داد که پس از اتمام حرکت در موقعیت متقارن نسبت به حالت اولیه درآید.
همانگونه که بیان گردید، در حین تغییر مسیر رابط AB مکانیزم (شاسی متحرک حامل بشقاب ها)، نقطه O در یک مسیر نسبتاً مستقیم عمودی حرکت رفت و برگشتی انجام می دهد تا دوباره به حالت اولیه برگردد.
از این ویژگی سه خاصیت مهم دیگر برای طراحی گاوآهن بشقابی دوطرفه به دست خواهد آمد:
1- با مهار مناسب این نقطه در واقع می توان قفل مناسبی برای گاوآهن منظور نمود.
2- با بالا و پایین بردن جزئی نقطه O در حقیقت می توان زاویه تمایل طولی گاوآهن بشقابی را تغییر داد.
3- با متوقف کردن نقطه O در موقعیت نهایی بالایی وضعیت حمل و نقل (ترانسپورت) مناسب ایجاد خواهد شد.
در شکل شماره 3 نمای بالایی و در شکل شماره 4 نماهای جانبی و پشتی گاوآهن بشقابی دوطرفه مدل شده توسط نرم افزار CATIA نشان داده شده است. مکانیزم های توقف (پین O) و تغییر زاویه تمایل طولی بشقاب ها را در این تصاویر می توان مشاهده نمود.
دانلود مقاله کامل درباره طراحی گاوآهن بشقابی دوطرفه 13 ص
