عنوان پایان‌نامه
بررسی وتحلیل ارتعاش تراکتور MF-۳۹۹ در حالت ایستایی با مخلوط سوخت های بیودیزل و دیزل
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی-مکانیک ماشینهای کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 58076;کتابخانه پردیس ابوریحان شماره ثبت: 677
- تاریخ دفاع
- ۱۵ بهمن ۱۳۹۱
- دانشجو
- ابوالفضل جوهر
- استاد راهنما
- سیدرضا حسن بیگی بیدگلی, محمد ابونجمی
- چکیده
- امروزه به دلیل آلودگی محیط زیست، افزایش قیمت روز افزون سوخت¬های فسیلی و رو به اتمام بودن ذخایر سوخت¬های فسیلی تمایل بشر به استفاده از سوخت¬های جایگزین (زیستی) بیشتر شده است. دو سوخت زیستی بیودیزل و بیواتانول به ترتیب از مواد روغنی و قندی محصولات کشاورزی و ضایعات تولید می¬شوند. این سوخت¬ها با نسبت¬های مختلف با دیزل مخلوط شده و در موتورهای درونسوز استفاده می¬گردد. ارتعاش موتورهای احتراق داخلی می¬تواند باعث خرابی قطعات موتور و بروز ناراحتی و آسیب در کاربران شود. تغییر نوع سوخت سبب تغییر ماهیت احتراق موتورهای احتراقی و تغییر رفتار ارتعاشی آنها می¬شود. لذا در این پژوهش رفتار ارتعاشی موتور تراکتور (مدل پرکینز، دیزل، چهار زمانه پاشش مستقیم) در حالت ایستایی در دو موقعیت موتور و صندلی راننده، در سرعت¬های مختلف موتور در نتیجه تغییر نوع سوخت بررسی شد. سیگنال¬های شتاب ارتعاش موتور در 5 سطح سرعت موتور (1900،1800،1700،1600و2000 دور بر دقیقه) و 6 سطح سوخت (D100B0E0، D93B5E2، D86B10E4، D79B15E6، D72B20E8 و D65B25E10) و در سه جهت طولی، عمودی و جانبی اندازه¬گیری شدند. درصد بیودیزل و اتانول در این مخلوط¬ها به گونه¬ای انتخاب شد که سوخت پایه دیزل باشد. از اتانول به عنوان یک مکمل و برای به¬سوزی استفاده شد به همین جهت بیشترین درصد اتانول 10% در نظر گرفته شد، زیرا مقادیر زیاد اتانول ممکن است بر مشخصات سوخت و روند احتراق تأثیر بگذارد. همچنین مقادیر بیودیزل حداکثر 25% انتخاب شد تا جرم حجمی بیشتر آن بر خصوصیات سوخت تأثیر نداشته باشد. سه شتاب سنج (CTC AC102) برای اندازه¬گیری شتاب ارتعاش استفاده شد. سیگنال¬های شتاب اندازه¬گیری شده روی هاردیسک لپ تاپ ذخیره شد. سیگنال¬های دیجیتال اندازه¬گیری شده حوزه زمان با استفاده از الگوریتم تبدیل فوریه سریع، به حوزه فرکانس تبدیل شدند و سپس طیف 3/1 اکتاو شتاب ارتعاش برای همه سیگنا¬ل¬ها محاسبه شد. مقدار آسیب ارتعاشی بدن راننده و حدود مواجهه با ارتعاش مطابق با استاندارد ISO محاسبه شد. بررسی نتایج نشان داد که مقادیر RMS شتاب ارتعاش به طور معنی¬داری (P<0.01) متأثر از سرعت موتور، نوع سوخت و اثرات متقابل آن¬ها است. میزان RMS شتاب ارتعاش از موتور به صندلی به طور معنی داری حدود 96% کاهش یافت. با افزایش سرعت دورانی موتور میانگین RMS شتاب ارتعاش برای همه سوخت¬ها روند افزایشی داشت. مقادیر RMS در سرعت موتور 2000 دور بر دقیقه برای سوخت¬های D100B0E0، D93B5E2، D86B10E4، D79B15E6، D72B20E8 و D65B25E10 به ترتیب برابر بود با 91/53، 62/47، 36/58، 44/59، 31/59 و23/60 متر بر مجذور ثانیه. بیشترین و کمترین مقادیر RMS ارتعاش به ترتیب مربوط به سوخت D65B25E10 (12 درصد افزایش نسبت به سوخت دیزل) و D93B5E2 (11 درصد کاهش نسبت به سوخت دیزل) می¬باشد. دلیل افزایش شتاب با افزایش سرعت، افزایش تعداد کورس¬های توان در واحد زمان و نیروهای اینرسی قطعات موتور است. کمتر بودن مقادیر RMS شتاب ارتعاش در سوخت D93B5E2 می¬تواند مربوط به احتراق کامل¬تر این سوخت در نتیجه محتوای اکسیژن بیشتر این سوخت باشد. مقادیر بیشتر RMS ارتعاش برای سوخت¬های D86B10E4 ، D79B15E6 ، D72B20E8 و D65B25E10 در قیاس با سوخت دیزل خالص می¬تواند مربوط به کمتر بودن محتوای حرارتی اتانول و بیودیزل نسبت به سوخت دیزل و نیز بیشتر بودن گرمای نهان تبخیر اتانول نسبت به سوخت دیزل باشد که بر محتوای اکسیژن بیشتر آن¬ها غلبه کرده است. مقادیر RMS شتاب ارتعاش به طور معنی¬داری وابسته به جهت مختصات بود و در موقعیت موتور در راستای جانبی بیشتر از عمودی و عمودی بیشتر از طولی بود که به دلیل تعادل خوب در موتور 6 سیلندر در راستای عمودی نسبت به جانبی می-باشد. مقادیر RMS شتاب ارتعاش در موقعیت صندلی در راستای طولی بیشتر از عمودی و عمودی بیشتر از جانبی بود که دلیل آن عدم وجود قید در راستای طولی بر روی صندلی است. بررسی طیف 3/1 اکتاو شتاب ارتعاش در موقعیت¬های موتور و صندلی نشان داد که مقادیر بیشینه RMS به ترتیب در فرکانس¬های 4000 (209متر بر مجذور ثانیه) و 125 هرتز(42/10 متر بر مجذور ثانیه) اتفاق می¬افتد که این فرکانس¬ها ضرایبی از فرکانس احتراق موتور می¬باشد. نتایج همچنین نشان داد که شد میزان شتاب معادل انتقال یافته از صندلی برای 8 ساعت کار در روز(ISO 2631, 1997 (در فرکانس¬های 9/1 تا 4/2 هرتز در محدوده کمی ناراحت و در فرکانس¬های 1/1 تا 3/1 هرتز در محدوده تقریبا ناراحت قرار دارد. مدت زمان مواجهه مجاز در جهت عمودی کمتر از 8 ساعت کار در روز و در جهات طولی و جانبی بیشتر از 8 ساعت کار در روز بود. واژه¬های کلیدی: سوخت، دیزل، بیودیزل، بیواتانول، ارتعاش، تراکتورMF-399، زمان مواجهه، باند 3/1 اکتاو.
- Abstract
- Today, human tendency to use alternative fuels (bio) has increased due to environmental pollution, increasing prices of fossil fuels and depletion of fossil fuel reserves. Biodiesel and ethanol are biofuels which was produced from oil and sugar of agricultural materials and waste, respectively. The fuels were mixed with diesel fuel at different ratios and are used in internal combustion engines. Vibration of internal combustion engines can cause failure in engine components and discomfort and injuries in users. The engine vibration behaviour is changed due to change of fuel types and engine combustion. Therefore, in this study the vibration behaviour of tractor engine (Perkins model, four-stroke, direct injection diesel) were evaluated in stationary mode at tractor engine and driver seat positions for different engine speeds due to changing in fuel types. Vibration signals were measured on five levels of engine speed (1600, 1700, 1800, 1900 and 2000 rpm) and six levels of fuel blend types (D100B0E0 , D93B5E2, D86B10E4, D79B15E6, D72B20E8 and D65B25E10) at the lateral, longitudinal and vertical directions. Percentage of biodiesel and ethanol in the blends were chosen so that the base fuel was diesel fuel. Ethanol was used as a supplement for improving combustion and therefore the maximum percentage of ethanol was limited to 10% because more amounts of ethanol could be affected the characteristics of the blends and the combustion process. The maximum amount of biodiesel was chosen as 25% so the more density of biodiesel could be affected the blends properties. Number of three accelerometers (CTC AC102 model) was used for measuring the vibration acceleration. The measured vibration signals were stored in laptop computer hard disk. The recorded digital signals in time domain was converted to frequency domain using a developed Fast Fourier Transform (FFT) computer programm and then 1/3rd 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. The results showed that the vibration root mean square (RMS) values were significantly (P<0.01) affected by the engine speed, fuel tyes and their interactions. The RMS of vibration acceleration was decreased significantly about 96% from engine to seat. The RMS of vibration acceleration was increased with increasing the engine speed for all the fuel blends. At 2000 rpm engine speed the RMS values for D100B0E0, D93B5E2, D86B10E4, D79B15E6, D72B20E8, and D65B25E10 were 53.91, 47.62, 58.36, 59.44, 59.31 and 60.23 m/s2, respectively. The maximum and minimum values of the vibration RMS were belonged to D65B25E10 and D93B5E2 blends, respectively. Increase in number of power strokes per unit time and inertia forces of engine components were the reason for increasing of the RMS values with the engine speed. The lower RMS values of vibration acceleration for the D93B5E2 fuel blend could be attributed to more complete combustion of this blend due to more oxygen content of the blend. The greater vibration RMS values for the D86B10E4, D79B15E6, D72B20E8, and D65B25E10fuel blends than the pure diesel, D100B0E0, could be attributed to the smaller heat content of ethanol and biodiesel than to diesel fuel as well as greater values of vaporization latent heat of ethanol than to diesel fuel which has been overcame to more oxygen content of the blends. The mean RMS acceleration was significantly depended on direction of measurement and was the greatest values at the lateral direction followed by the vertical and longitudinal directions on the engine position, which was attibuted to the six cyliners engine well balance in the vertical direction than the two others directions. The mean RMS acceleration on the seat position was the greatest values at the longitudinal direction followed by the vertical and lateral, which might be related to lack of constrain on the seat at the longitudinal direction. Investigating the 1/3rd octave band spectrum of vibration acceleration on the engine and seat positions revealed that the maximum RMS values were occurred at 4000 and 125 Hz, respectively. The results also showed the equivalent vibration transmitted from the seat for eight hours working per day (ISO 2631, 1997) on frequencies of 1.9 to 2.4 Hz was in the range of a little uncomfortable and on frequencies of 1.1 to 1.3 Hz was in the range of almost uncomfortable. The allowable exposure time on the vertical direction was less than eight hours per day, and on the longitudinal and lateral directions were more than eight hours per day.
