عنوان پایان‌نامه
طراحی بهینه مدلسازی وارزیابی واحد خاکورزی اولیه دریک ماشین چند کاره کشاورزی(کمبینات )سوار
- رشته تحصیلی
- مهندسی کشاورزی - مکانیک ماشینهای کشاورزی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی شماره ثبت: 4358;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 48326
- تاریخ دفاع
- ۱۲ بهمن ۱۳۸۹
- دانشجو
- اصغر محمدی
- استاد راهنما
- رضا علیمردانی
- چکیده
- به دلیل نیاز کشاورزان جهت کاهش انرژی مصرفی، ادوات مختلف کشاورزی مخصوصاً در عملیات خاک-ورزی و کاشت بیش از پیش در حال توسعه هستند. تیغه های بالدار به دلیل مزایای نسبی نظیر عدم برگرداندن خاک و غیره در مقایسه با ادوات خاک¬ورزی مرسوم نقشی فزاینده را در طراحی ماشین¬های خاک¬ورزی خصوصاً در سامانه¬های کم خاک¬ورزی ایفا می¬کنند. از طرفی پیش¬بینی نیروهای ادوات خاک¬ورزی جهت دستیابی به انطباق مناسب اندازه ادوات و توان تولیدی تراکتور از اهمیت بالایی برای طراحان و برنامه¬ریزان تجهیزات خاک¬ورزی و کاشت برخوردار است. پیچیدگی عکس¬العمل خاک- ماشین و خاک- تیغه خاک¬ورز و وجود عوامل ناشناخته و مبهم در آنها، درجه محدودیت روش-های مرسوم مدل¬سازی و پیش¬بینی عکس¬العمل خاک- ماشین و خاک- ابزار خاک¬ورز را افزایش می¬دهد. در سال¬های اخیر استفاده از هوش مصنوعی از جمله منطق فازی به منظور مدل¬سازی عکس¬العمل خاک- ابزار خاک¬ورز توسعه یافته است. در قیاس با روش¬های مرسوم و سنتی، منطق فازی دارای مزایایی نظیر کارایی بیشتر در تخمین رابطه ورودی- خروجی خصوصاً در شرایط نامشخص است. در این تحقیق مطالعه¬ای به منظور بهینه¬سازی و ارزیابی واحد خاک¬ورزی اولیه در یک ماشین مرکب خاک¬ورزی و کاشت(کمبینات) صورت پذیرفت. این واحد از دو تیغه باله¬دار به عرض کار تقریبی cm 65 و وزن kg40 تشکیل شده است که عرض کار m 5/1 کمبینات را تحت پوشش قرار می¬دهند. پارامترهایی نظیر افزایش قابلیت تنظیم، افزایش قابلیت نگهداری و تعمیرات، کاهش وزن واحد خاک¬ورزی و نیز کاهش توان مصرفی در فرآیند بهینه¬سازی این واحد مورد توجه قرار گرفته و بر همین اساس سه تیغه باله¬دار به عرض cm 45 و وزن kg 18 با قابلیت تنظیم عمق کار و زاویه تمایل به منظور استفاده در واحد خاک¬ورزی اولیه ماشین طراحی، ساخته و ارزیابی شد. جهت ارزیابی تیغه خاک¬ورز پیشین (تیغه شاهد) و تیغه بهینه سازی شده، نیروی کشش افقی و عمودی وارد بر تیغه¬های باله¬دار در یک مخزن خاک اندازه¬گیری شد. تحلیل داده ها با استفاده از آزمون فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی صورت پذیرفت. در آزمایش¬های تیغه خاک¬ورز شاهد، مقدار نیروی کشش افقی از kN 10/2 در عمق کار cm 15 با سرعت پیشروی km/h 3 تا kN 78/5 در عمق کار cm 25 با سرعت پیشروی km/h 6 تغییر کرد. این درحالی است که در عمق کار و سرعت پیشروی متناظر برای تیغه بهینه سازی شده( با زاویه تمایل باله ?20 و زاویه جاروب باله ?90) مقادیر نیروی کشش افقی بین kN 11/1 تا kN 88/3 به دست آمد. همچنین در همین عمق¬های کار و سرعت¬های پیشروی، مقدار نیروی عمودی تیغه شاهد از kN 42/0 تا kN 06/3 و برای تیغه بهینه سازی شده ( با زاویه تمایل باله ?20 و زاویه جاروب باله ?90) ، مقادیر بین kN 23/0 و kN 16/1 تغییر کرد. برای پیش¬بینی نیروی کشش افقی و عمودی مورد نیاز تیغه¬های باله¬دار، یک سامانه استنتاج فازی مبتنی بر روش "کمینه- بیشینه" ممدانی توسعه یافت. در ارزیابی همبستگی بین داده های مخزن خاک و داده های پیش بینی شده در مدل توسعه یافته فازی، مقادیر ضریب تعیین در پیش بینی نیروی کشش افقی و عمودی وارد بر تیغه خاک¬ورز شاهد به ترتیب 96/0 و 96/0 به دست آمد. همچنین مقادیر متناظر ضریب تعیین در تیغه بهینه سازی شده (در زاویه جاروب ?90) به ترتیب 91/0 و 95/0 به دست آمد که مبین دقت بالای مدل فازی توسعه یافته در پیش بینی عکس¬العمل خاک¬- تیغه خاک¬ورز است. این نتایج نشان می¬دهد که مدل توسعه یافته پتانسیل پیش بینی عکس العمل خاک- تیغه را برای شرایط و تیغه های مشابه دارا است و می¬تواند به عنوان روشی جدید در مدل¬سازی رابطه خاک- تیغه خاک¬ورز مورد استفاده قرار گیرد.
- Abstract
- Nowadays tillage and cultivar machines have been developed owing to the need of farmers to reduce energy consumption in different fields of farming specially, in tillage and cultivation operation. Winged shares tillage tools are growing more important in design of minimum tillage systems because of their benefits such as non inverting soil profile in comparison to traditional tillage tools. Prediction of tillage tools' force is of value to designers and managers of cultivation equipment to achieve the best matching of implement size to tractor power. Complexity of soil-tool and soil-machine interaction and existence of some fuzzy and unknown factors in those, increase the restriction and limitation degree of traditional soil-machine and soil-tool interaction prediction and modeling methods. In recent years, use of Artificial Intelligence (AI) methods such as fuzzy logic has been increased for modeling of soil-tillage tool interaction. Compared with traditional approaches, fuzzy logic is a more efficient method in estimating input-output relations in uncertain conditions. In this research, a study was conducted to optimize the primary tillage units in an agricultural combined machine. The unit has two winged shares of 66 cm in width and 40 kg in weight that are arranged across of combined machine with a working width of 150 cm. Some factors such as improving adjustment capability and maintenance capability, decreasing unit weight and power consumption were considered in the optimization design process and three adjustable winged shares of 44cm wide and 18kg in weight were designed and fabricated in order to use as the primary tillage units. In order to determine the draft performance of designed tillage tool and compare it with the existing tillage tool (control share), it was necessary to conduct some experimental tests. To evaluate the draft and vertical forces, winged shares were tested in a soil bin facility and then analysis was done using factorial experimental in the form of completely randomized design (CRD). Results of soil bin tests showed that draft force of control winged share changed from 2.10 kN at working depth of 15cm and forward speed of 3 km/h to 5.78 kN at working depth of 25 cm and forward speed of 6km/h. Also according to the result of corresponding depths and speeds, draft force of designed share (at rake angle of 20? and sweep angle of 90?) changed from 1.11 kN to 3.88 kN. Also Results of soil bin tests showed that vertical force of control winged share changed from 0.42 kN to 3.06 kN at the same working depth and speed ranges. Also the vertical force of designed share (at rake angle of 20? and sweep angle of 90?) changed from 0.23 kN to 1.16 kN. A Fuzzy Inference System (FIS) model, with Mamdani “min—max” method was developed to predict the draft and vertical forces required for the two winged share tillage tools. Correlation coefficient between predicted values of draft and vertical forces from FIS model and soil bin results were obtained as 0.96 and 0.96 respectively for the existing winged share. Also, the corresponding values for designed share (at sweep angle of 90?) were obtained 0.96 and 0.96 respectively. These results showed that the developed model has the potential of predicting soil-tool interaction for similar conditions and tillage tools and could be used in order for modeling of soil-tool interaction.
