خاک ورزی کشاورزی CAD روتیواتور

خاک ورزی کشاورزی CAD روتیواتور – ایران ترجمه – Irantarjomeh

مقالات ترجمه شده آماده گروه  مکانیک

مقالات ترجمه شده آماده کل گروه های دانشگاهی

مقالات

چگونگی سفارش مقاله

الف – پرداخت وجه بحساب وب سایت ایران ترجمه(شماره حساب)ب- اطلاع جزئیات به ایمیل irantarjomeh@gmail.comشامل: مبلغ پرداختی – شماره فیش / ارجاع و تاریخ پرداخت – مقاله مورد نظر --مقالات آماده سفارش داده شده پس از تایید به ایمیل شما ارسال خواهند شد.

آنالیز طراحی اجزای سیستم خاک ورزی کشاورزی با استفاده از ادوات CAD: خاک ورز / روتیواتور

چکیده

در این مقاله از برنامه CAD/CAM در زمینه بهینه سازی طراحی ابزار خاک ورزی کشاورزی بر پایه روش اجزای محدود و روش شبیه سازی، با استفاده از نرم افزار CAD برای آنالیز ساختاری، بهره گرفته شده است. بخش های مختلف ابزار خاک ورزی از طریق تهیه مدل سه بعدی به صورت هندسی ایجاد شده و شبیه سازی با پارامترهای رتبه بندی عملکرد میدانی واقعی و نیز شرایط مرزی انجام شده است. انرژی مورد نیاز برای ابزار خاک ورزی یک تراکتور با توان ۳۵ اسب بخار و ۴۵ اسب بخار (Hp) در نظر گرفته شده است و نیروهای برآورد شده در یک سطح مشترک بین خاک – ابزار  عمل می نمایند. اثرات وارده بر تیغه و کل دستگاه خاک ورز  از  توزیع  تنش  و  نقشه های تغییر شکل / دفرمه شدگی به دست آمده است.

تحقیق ارائه شده منجر به شناسایی تلرانس کافی در تغییر ابعاد مقطعی قالب خاک ورز و جعبه دنده جانبی برای انتقال وزن اضافی به یک مقطع ثابت و نیز افزایش وزن تیغه برای حصول ویژگی مطمئن از نظر استحکام می گردد. مدل موجود با تیغه خاک ورز بگونه ای تحت فرآیند تحلیلی جدید قرار گرفت که با توجه به تغییر هندسی، کارایی حداکثری درخصوص از بین بردن علفهای هرز، از طریق ارائه نتایج عملی در یک محیط میدانی، را داشته باشد.

تحقیق جاری از یک سیستم تجربی با کمک کامپیوتر برای تست طراحی و مشخص نمودن ارزش ابزارها و تجهیزات کشاورزی استفاده می کند. مدل فیزیکی انتخاب شده برای خاک ورز با ابعاد دقیق اندازه گیری شده و یک مدل سه بعدی از طریق مونتاژ بخش های مجزا با جزئیات آنها، با استفاده از نرم افزار CAD، مثل ANSYS، Catia، Pre-E، hyper mesh و غیره تهیه شد.

خاک ورزی کشاورزی CAD روتیواتور

 ۱- خاک ورز

خاک ورز یک ماشین کشاورزی است که برای آماده سازی زمین برای بذرافشانی (بدون زیر و رو کردن خاک)، و ریشه کنی علف های هرز، ترکیب کردن کود کشاورزی با خاک، شخم زدن یا احیای مراتع و خرد کردن کلوخ ها و غیره طراحی شده است. در مقایسه با سیستم های خاک ورزی سنتی، سیستم موجود از مزایایی نظیر آماده سازی سریع بستر خاک و کاهش اثرات محیطی برخوردار است. در مقایسه با ماشین شخم زنی، این سیستم ۳۰-۳۵% در زمان و ۲۰-۲۵% در هزینه صرفه جویی نموده و از نظر کیفیت نیز (۲۵-۳۵%)  بالاتر می باشد. دستگاه خاک ورز موثرترین ابزار انتقال مستقیم توان موتور به خاک است که از هیچگونه لغزشی برخوردار نیست و دارای کمترین اتلاف در خصوص انتقال قدرت گیبرکس می باشد.

کلمات کلیدی: ابزار خاک ورزی کشاورزی، شبیه سازی، FEM،  آنالیز طراحی، تنش، تغییر شکل / دفرمه شدگی، خاک ورز / روتیواتور

خاک ورزی کشاورزی CAD روتیواتور

۱- مقدمه

دستگاه خاک ورزی کشاورزی در آماده سازی بستر خاک و کنترل علف های هرز در زمین های قابل کشت و کشاورزی و باغبانی بکار می رود. این دستگاه از قابلیت زیادی در خصوص شخم زنی و آماده سازی سطح فوقانی خاک برای بذر افشانی برخوردار است. و همچنین هفت برابر بیشتر از یک گاوآهن توانایی مخلوط کردن خاک را دارد. اجزای آن به خاطر قدرت، ارتعاش و اثر ضربه ای با بخش های مختلف خاک به محض رسیدن به بخش های بالاتر، تحت تاثیر نیروهای گوناگونی خواهند بود. خطاهای مرتبط با بهینه سازی طرح و تولید را می توان از طریق آنالیز و بهینه سازی طراحی اجزای آن به حداقل رساند. مخصوصا تیغه ها و عناصر انتقالی/ گیربکس باید قابلیت مقاومت مناسبی در برابر نیروهای عمل کننده را داشته باشند. پیش بینی توزیع تنش برای طراح، تولید کننده و در نهایت کاربر بسیار مهم می باشد.

بهینه سازی طراحی ابزار خاک ورزی  از طریق کاهش وزن و هزینه و نیز توسعه عملکرد در زمینه بالا بردن راندمان حذف علف های هرز حاصل می شود. آنالیز طراحی با کمک کامپیوتر از طریق تهیه مدل سه بعدی و کاربرد روش اجزای محدود در صنعت بطور گسترده ای رشد یافته است. بنابراین به خاطر توزیع نامطلوب تنش/ فشار بر روی اجزا، قابلیت جبران نیروهای عامل، یعنی عوامل محیطی، وجود نداشته و در نتیجه به خاطر تنش های بالاتر و تغییر شکل یا دفرمه شدگی احتمال بروز شکست و از هم پاشیدگی قطعات وجود خواهد داشت.

تحقیق جاری از یک سیستم تجربی با کمک کامپیوتر برای تست طراحی و مشخص نمودن ارزش ابزارها و تجهیزات کشاورزی استفاده می کند. مدل فیزیکی انتخاب شده برای خاک ورز با ابعاد دقیق اندازه گیری شده و یک مدل سه بعدی از طریق مونتاژ بخش های مجزا با جزئیات آنها، با استفاده از نرم افزار CAD، مثل ANSYS، Catia، Pre-E، hyper mesh و غیره تهیه شد.

خاک ورزی کشاورزی CAD روتیواتور

۱- خاک ورز

خاک ورز یک ماشین کشاورزی است که برای آماده سازی زمین برای بذرافشانی (بدون زیر و رو کردن خاک)، و ریشه کنی علف های هرز، ترکیب کردن کود کشاورزی با خاک، شخم زدن یا احیای مراتع و خرد کردن کلوخ ها و غیره طراحی شده است. در مقایسه با سیستم های خاک ورزی سنتی، سیستم موجود از مزایایی نظیر آماده سازی سریع بستر خاک و کاهش اثرات محیطی برخوردار است. در مقایسه با ماشین شخم زنی، این سیستم ۳۰-۳۵% در زمان و ۲۰-۲۵% در هزینه صرفه جویی نموده و از نظر کیفیت نیز (۲۵-۳۵%)  بالاتر می باشد. دستگاه خاک ورز موثرترین ابزار انتقال مستقیم توان موتور به خاک است که از هیچگونه لغزشی برخوردار نیست و دارای کمترین اتلاف در خصوص انتقال قدرت گیبرکس می باشد.

۱-۳ مدل CAD خاک ورز

یک نمای سه بعدی از مدل CAD با اندازه گیری های دقیق مدل فیزیکی خاک ورز در شکل ۳-۱ نشان داده شده است.

۱-۴ روش اجزای محدود

در ادامه سه حالت پایه روش اجزای محدود آورده شده است.

(a تقسیم کل به چند بخش؛ که امکان ارائه محدوده های پیچیده هندسی به عنوان مجموعه ای از محدوده های ساده را فراهم می کند تا بتوان یک تجزیه اسلوبی برای توابع تقریب را فراهم کرد.

(b تجزیه توابع تقریب در هر جزء؛ توابع تقریب اغلب چند جمله های جبری هستند که با استفاده از تئوری درون یابی حاصل می شوند.

(c مونتاژ اجزاء، که بر اساس پیوستگی راه حل و تعادل شارها/ فلوی داخلی است.

۱-۵ مدل سازی CAD و آنالیز:

سه مرحله مهم در برنامه نویسی ANSYS که برای مدل سازی CAD و آنالیز به کار می روند عبارتند از: (a پیش پردازش، (b حل، (c پس پردازش

پس از تهیه یک هندسه سه بعدی از خاک ورز، مراحل مهم شبکه بندی و تعیین بار و شرایط مرزی در مرحله پیش پردازش می باشد که بنابراین شبیه سازی را می توان برای ارائه یک راه حل اجرا کرد که نتایج آن در مرحله پس پردازشگر تولید می شوند.

۱-۶ ایجاد شبکه بندی (مش بندی)

بعد از تایید مدل، مرحله بعدی تولید شبکه بندی / مش اجزای محدود می باشد. در خصوص خاک ورز از عناصر SOLLD45 برای مش بندی استفاده شد. یک مش خیلی ریز آزادی مدل را افزایش می دهد، بنابراین طراح باید مدل را به صورت بهینه طراحی  کند: بر این مبنا، تنها در نواحی بحرانی مش های ریز و در مناطق دیگر مش های درشت تر قرار خواهند گرفت. بنابراین زمان اجرا کمتر بوده و در دقت نیز چندان تحت تاثیر قرار نخواهد گرفت.

۱-۷ تشریح اجزاء

۱- SOLID-45

در مش بندی سه بعدی از ۴۵ عنصر ۸ گره ای SOLID-45. استفاده می شود. DOF: سطوح UX, UY,  UZ با استفاده از عناصر مستطیلی ۶ گره ای مش بندی می شود.

۱- طول لبه جزء برای دسته محور mm5/1 است. از آنجا که در این مدل دسته محور عرض پخ/ شیار ۳ mmاست، نتیجه بهتر خواهد بود. می توانیم در این ناحیه دو جزء در نظر بگیریم .

۲- طول لبه جزء برای فلایویل و پولی mm 2- است.

خاک ورزی کشاورزی CAD روتیواتور

۲- BEAM 188

BEAM 188 دارای شش یا هفت درجه آزادی در هر گره با استفاده از جزء  DOF –  BEAM 188  می باشد: UX, UY, UZ و چرخش RX,RY,RZ. تحقیق پیشنهادی برای آنالیز اجزای محدود دستگاه خاک ورزی کشاورزی مد نظر می باشد که برای اولین بار در مبحث طراحی و توسعه دستگاه ها، ابزار و تجهیزات کشاورزی استفاده از آنالیز CAD را معرفی می کند.

۱-۸ اهداف:

• تهیه یک مدل سه بعدی هندسی از خاک ورز با استفاده از نرم افزار CAD

• ایجاد مش بندی محدود با استفاده از نرم افزار مش بندی

• تهیه گزارش آنالیز CAD از اجزای ابزار خاک ورزی کشاورزی

• مقایسه طرح موجود و شناسایی محدوده اصلاح طرح

• ۲- مواد و روش ها

• ۲-۱ مواد

مواد و مقاله های مورد نیاز این بررسی از اطلاعات پایگاه اطلاعاتی سیستم تولید خاک ورز که در صنعت مطرح شده است، حاصل آمده اند. خواص مواد و خواص خاک با توجه به داده های زیر در جدول ۱-۲ بررسی می شود.

۲-۳ پارامترهای خاک

خواص خاک مربوطه به طراحی خاک ورز با توجه به نوع خاک، رطوبت، چگالی حجمی و شاخص مخروطی شناخته می شوند. طریق سنجش و شناسایی مشخصات این خواص در بخش های بعدی توضیحات لازمه ارائه می شوند. نوع خاک که در آزمایش استفاده شده ، خاک سیاه است. رطوبت نقش مهمی در رشد محصول بازی می کند. بنابراین همانطور که در جدول ۲-۲ نشان داده شده است، مقاومت خاک و مقدار رطوبت خاک مورد بررسی قرار گرفته است.

۲-۳ اجزاء و تعداد گره ها در مدل- FE

جدول زیر تعداد کل عناصر ۳d ,2d بدست آمده از مدل FE خاک ورز را نشان می دهد.

۲-۴ آنالیز مدل

فرکانسی که در آن ارتعاش به طور طبیعی رخ می دهد و شکل های مدلی که در سیستم ارتعاش فرض می شوند بعنوان خواص سیستم بشمار آمده و می توان آنها را با استفاده از آنالیز مدل اندازه گیری کرد. جدول زیر نظریه ای در مورد فرکانس های طبیعی پایه و فرکانس های طبیعی بالاتر بر حسب HZ رانشان می دهد. بخش ۱-۴ شامل نقشه تغییر اجزای مجزا و تجهیزات برای ۱۰ فرکانس ذکر شده زیر می باشد.

خاک ورزی کشاورزی CAD روتیواتور

۳- نتایج و نتیجه گیری

یک دستگاه خاک ورزی کشاورزی نظیر روتیواتور با استفاده از نرم افزار طراحی با کمک کامپیوتر طراحی شده است. حرکت  خاک ورزی و تعاملات داخلی سطح خاک با توجه به ویژگیهای خاک مورد بررسی قرار گرفته است و دینامیک ابزار خاک ورزی با توجه به فاکتورهای عملکرد خاک ورزی نظیر توان تراکتور (hp)، ماکزیمم نیروی جانبی (N)، سرعت تاین خاک ورز (m/s)، راندمان گیربکس تراکتور (برای حرکت انتقالی همزمان ۹/۰ و برای دوران معکوس ۹/۰ / ۸/۰)، مقاومت خاک تا ۸/۰- ۷/۰ و شعاع محور دوار (mm) مورد بررسی قرار می گیرد.

آنالیز مدل

آنالیز مدل تحت شرایط ذکر شده در بالا انجام شده و نتایج از جدول ۱ در پیوست VI حاصل شده است. بر این مبنا، مشاهده شده است که :

۱- ماکزیمم و مینیمم تغییر شکل در مقطع تیغه به ترتیب mm923/1 و mm2525/0 بوده است.

آنالیز ساختاری

آنالیز ساختاری تحت شرایط بیان شده انجام و نتایج از جدول ۲ در پیوست VI حاصل شده است.

۱- جمع بردار جابجایی و تنش Von Misses  در مقطع تیغه ماکزیمم است، بگونه ای که برای تراکتور با ۳۵ اسب بخار ۷۵۷/۶   و ۰۳/۴۱۷ Mpa به ترتیب حاصل می شود.

۲- جمع بردار جابجایی و Von Misses در مقطع تیغه ماکزیمم است، بگونه ای که برای تراکتور با ۴۵ اسب بخار ۸۹۳/۷   و ۲۱/۵۰۳ Mpa به ترتیب حاصل می شود.

آنالیز تیغه

۱- ماکزیمم جمع بردار جابجایی : mm757/6 (hp35) و mm893/7 (hp45)

۲- ماکزیمم تنش Von Misses  : Mpa 03/417 (hp 35) و Mpa 20/503 (hp 45)

۳- ماکزیمم فشار اصلی برای تراکتور با ۳۵ اسب بخار (hp)، در مقطع تیغه معادل Mpa 490 است. این مقدار فشار کمتر از تنش تسلیم ماده تیغه، یعنی Mpa 690 است.

۴- ماکزیمم فشار اصلی برای تراکتور ۴۵ اسب بخار، در مقطع تیغه Mpa 577 است. این مقدار فشار کمتر از تنش تسلیم ماده تیغه یعنی Mpa 690 است.