عنوان پایان‌نامه
اندازه گیری، تحلیل و ارزیابی ارتعاش تراکتور دو چرخ در حالت حمل و نقل
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-مکانیک ماشینهای کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 551;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 51178
- تاریخ دفاع
- ۲۵ دی ۱۳۹۰
- دانشجو
- حسین احمدیان
- استاد راهنما
- سیدرضا حسن بیگی بیدگلی
- چکیده
- چکیده تراکتور¬های دوچرخ به صورت گسترده به عنوان منبع توان در مزارع کوچک و متوسط برای انجام عملیات زراعی و حمل و نقل بار و مسافر مورد استفاده قرار می¬گیرند. ارتعاش منتقل شده از تراکتور دو چرخ به بدن راننده باعث ناراحتی، آسیب، درد و کاهش بازده کار می¬گردد. در این پژوهش ارتعاش وارد شده از تراکتور دو چرخ با توان 13 اسب بخار به کاربر در حالت حمل و نقل در سطح جاده آسفالت بررسی شد. سیگنال¬های شتاب ارتعاش منتقل شده در موقعیت¬های مختلف مطابق با استاندارد¬های ISO 5349 برای ارتعاش منتقل شده به دست و بازو و ISO 2631 برای قرار گیری کل بدن در معرض ارتعاش و در سه جهت طولی، عرضی و جانبی، چهار نسبت دنده 2 سبک، 3 سبک، 2 سنگین و 3 سنگین، 5 سطح سرعت موتور (1400، 1600، 1800، 2000 و 2200 دور بر دقیقه) و در موقعیت¬های دسته تراکتور دوچرخ، مچ، بازو، قفسه سینه و سر راننده و موقعیت صندلی تریلر متصل شده به تراکتور دوچرخ در حوزه زمان اندازه¬گیری و ذخیره شدند. سپس با استفاده از الگوریتم تبدیل فوریه سریع سیگنال¬ها به حوزه فرکانس تبدیل شدند و طیف 3/1 اکتاو شتاب ارتعاش برای همه سیگنا¬ل¬ها به دست آمد. بررسی نتایج نشان داد که با افزایش سرعت دورانی موتور میانگین RMS شتاب ارتعاش به طور کلی در همه دنده¬ها و موقعیت¬ها افزایش داشت و بیشینه میزان افزایش در مقدار RMS شتاب در دنده¬های 2 سبک، 3 سبک، 2 سنگین و 3 سنگین به ترتیب برابر با 4/1، 02/1، 14/1 و 75/1 متر بر مجذور ثانیه بود. مقدار میانگین RMS شتاب ارتعاش در موقعیت¬های دسته، مچ دست، بازو، صندلی، قفسه سینه و سر برابر با 28/11، 80/3، 04/2، 99/1، 92/0 و 88/0 متر بر مجذور ثانیه بود. مقادیر RMS شتاب ارتعاش وابسته به جهت مختصات بوده و به طور کلی مقدار RMS شتاب ارتعاش در جهت عمودی بیشتر از جانبی و جانبی بیشتر از طولی بوده و تغییرات مقدار RMSشتاب ارتعاش در اثر تغییرات سطوح متغیر¬ها و اثرات متقابل آنها همگی در سطح 1% دارای اختلاف معنی¬داری می¬باشد. با بررسی طیف 3/1 اکتاو شتاب ارتعاش در موقعیت¬های مختلف مشخص شد که مقادیر قله در فرکانس¬های 40، 5/31، 25، 20، 16، 5/12، 3/6 و 5 هرتز قرار داشته و از دسته تا سر مقادیر قله علاوه بر کاهش در میزان دامنه در فرکانس¬های کمتر رخ می¬دهند. برای ساعت¬های کاری روزانه 8 ساعت مشاهده شد که میزان شتاب انتقال یافته از صندلی در محدوده m/s2 87/0- 5/0 می باشد که بالاتر از میزان مجاز بوده و در محدوده تقریبا ناراحت قرار دارد. همچنین مدت زمان مجاز رانندگی در نسبت دنده¬های سنگین¬تر و سرعت¬های موتور کمتر بیشتر است و برای قرارگیری کل بدن در معرض ارتعاش از طریق صندلی در جهت عمودی و در محدوده فرکانس¬های بین 15/3 تا 3/6 و25 تا 40 هرتز این زمان کمتر از 8 ساعت در روز می¬باشد؛ در حالی که برای موقعیت دسته تراکتور دوچرخ در بازه فرکانسی 8 تا 80 هرتز بیشتر 2 متر بر مجذور ثانیه (حد مجاز 8 ساعت در روز) بوده و در فرکانس 5/31 هرتز به 11 متر بر مجذور ثانیه رسیده که مدت مجاز مواجهه به 5/2 ساعت در روز کاهش می¬یابد. مدت زمان مجاز مواجهه دست و بازو با ارتعاش تراکتور دو چرخ برای ترکیبات نسبت دنده و سرعت موتور بین 32/2 تا 7/5 سال برای ساعات کاری روزانه 8 ساعت متغیر است و پس از این زمان در ?? درصد کاربران مواجهه شونده با ارتعاشات این تراکتور دوچرخ احتمال بروز اختلالات و بیماریهای مختلف و فرسودگی در انگشتان آنها وجود خواهد داشت. از نتایج این تحقیق می¬توان در طراحی بهینه صندلی تریلر و دسته تراکتور دوچرخ و طراحی ایزولاتورهای ارتعاش به منظور کاهش اثرات مضر آن بر کاربر استفاده نمود. کلید واژه¬ها: تراکتور دوچرخ، ارتعاش، حمل و نقل ، طیف 3/1 اکتاو، حدود مجاز مواجهه
- Abstract
- Abstract Power tillers or two wheel tractor are the main sources of power supply in small and medium size farms. Beside on field applications they also engaged on transportation of agricultural products and human beings on rural roads. These machines generate high levels of vibrations due to lack of suspension system. The power tiller operators work in harsh environment and then their ergonomic characteristics has a great importance. In the present paper, the vibration transmitted to hand-arm and whole-body of a power tiller operator was evaluated. The hand-arm transmitted vibration (HTV) and whole-body vibration (WBV) were measured respectively according to ISO 5349 and ISO 2631 standards. The vibration acceleration signals for evaluation were obtained in a field experiment using a 13-hp power tiller transporting a semi-mounted trailer with a 10000 N load in it. Tests performed in tow conditions: first in stationary mode at chassis, drawbar pull-joint and handle grip and second in transportation on rural asphalt at six locations: handle grip of power tiller, trailer seat, operator’s wrist, arm, chest and head. Experiments were conducted at five levels of engine speed (1400, 1600, 1800, 2000 and 2200 rpm), four levels of transmission gear ratio (2 heavy, 2 low, 3 heavy and 3 low), and in the lateral, longitudinal and vertical directions. Number of three accelerometers (CTC AC102) was used for measuring the vibration acceleration and vibration signals in time domain were measured and stored in laptop computer hard disk. The recorded digital signals in time domain were converted to frequency domain using a developed fast Fourier transform (FFT) and then 1/3 octave band spectrum of vibration acceleration was calculated. The amount of vibration damage on operator's body and the exposure limits were calculated in accordance with the ISO standards. Also vibration transmitted to hand-arm and whole body was studied. The results showed that the root mean square (RMS) of vibration acceleration was increased with increasing the engine speed at all gear ratios and directions at all locations and maximum increased value within RMS acceleration in 2L, 3L, 2H and 3H respectively were 1.4, 1.02, 1.14 and 1.75 m/s2. Mean RMS values at handle grip, wrist, arm, trailer seat, chest and head respectively were 11.28, 3.80, 2.04, 1.99, 0.92, and 0.88 m/s2.Also at low gear ratios the RMS acceleration was more than the heavier gear ratios which could be contributed to increase in forward speed of the power tiller at lower gear ratios. The mean RMS acceleration was significantly depended on direction of measurement and was the highest values at vertical direction followed by latral and longitudinal.The mean RMS acceleration values were significantly different at 1% level due to difrences in all variable levels and their interactions. With considering the 1/3 octave band spectrum of vibration acceleration it was revealed that for all locations maximum values were occured at these frequencies: 40, 31.5, 25, 20, 16, 12.5, 6.3, and 5 hertz and from handle grip to operator’s head in addition to decreasing in amplitude these values were occurred in lower frequencies. As the results showed the equivalent vibration transmitted from the trailer seat to body of operator was in the range of 0.5 to 0.87 m/s2 (uncomfortable range) and in frequencies between 3.15-6.3 and 25-40 hertz in vertical direction at railer seat the vibration was more than the exposure time for working 8 hours/day and increasing exposure time may cause severe discomfort, pain and injury; While For 8 hours daily exposure was observed that the vibration transmitted to the hand was more than 2 m/s2 ( exposure limit) in the frequency range of 8 to 80 hertz and at 31.5 hertz the vibration acceleration reached 11m/s2 so the allowable exposure time decreased 2.5 hour/day. the allowable exposure time for exposing hand-arm to power tiller vibration at 8 hour working day were between 2.32 to 5.7 for different gear ratios and engine speeds so after 2.32 year exposure in 10% of operators of the power tiller various diseases and disorders, and depreciation on their fingers may occur. The allowable exposure time was higher in heavy gear ratio and lower engine speed. Also it was observed that maximum of vibration transmit from handle grip to operator's hand and operator’s wrist bear the most operation loading. Gradually transmit ability of vibration decreased from wrist to chest. It is necessary to reduce the vibration transmitted to the user’s hand and body by designing and developing adequate insulating systems or isolators. Keywords: exposure limit, vibration, power tiller, transportation, 1/3 octave band
