طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاه اندازه گیری پارامترهای مکانیکی خاک

نام خانوادگی دانشجو: نصرالهی آذر نام: جعفر عنوان پایان نامه: طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاه اندازه گیری پارامترهای مکانیکی خاک استاد راهنما: دکتر غلامحسین شاهقلی استاد مشاور: دکتر یوسف عباسپور گیلانده مقطع تحصیلی: کارشناسی ارشد رشته: مهندسی کشاورزی گرایش: مکانیک ماشین های کشاورزی دانشکده: کشاورزی تاریخ فارغ التحصیلی: تعداد صفحه: کلید واژه ها: آزمایش مکانیک خاک، شاخص مخروطی، نشست خاک، برش خاک چکیده: در قرن حاضر تحقیقات گسترده و کاربردی در زمینه مکانیک خاک صورت گرفته که شمار زیادی از آنها در زمینه طراحی ادوات کشاورزی و تاثیر عبور و مرور وسایل نقلیه بر روی خاک بوده است. هدف اصلی در انجام این تحقیقات تعیین پارامترهای مهم و بنیادی خاک است. تعیین این پارامترها به منظور شناخت و آگاهی از ویژگی های خاک درکشاورزی، برای تعیین عکس العمل خاک در برابر ادوات خاک-ورزی و رفت و آمدهای مکرر وسایل نقلیه و همچنین تعیین مقاومت غلتشی خاک ضروری است تا بوسیله آن میزان مصرف انرژی را به حداقل برسانند.در همین راستا دستگاه اندازه گیری پارامترهای مکانیکی خاک، با قابلیت اندازه گیری پارامترهای برشی خاک(c، و ?)، پارامترهای فشار- نشست خاک ( kc، و n) و شاخص مخروطی خاک را به صورت آزمایشگاهی اندازه گیری نماید. دستگاه اندازه گیری پارامترهای مکانیکی خاک دارای دو حرکت افقی و عمودی است که به ترتیب وظیفه انجام آزمایش برش و نفوذ را دارد. دستگاه ساخته شده از سه بخش مکانیکی و الکتریکی و الکترونیکی تشکیل شده است. بیشتر اجزای آن به منظور کاهش قیمت تولید بصورت مکانیکی ساخته شده است این قسمت شامل یک شاسی محکم است که سایر اجزای دیگر بر روی آن قرار گرفته و در ارتباط با هم کار می کنند. برای تامین حرکت مورد نیاز دستگاه از یک الکتروموتور با قدرت 5/1 کیلو وات استفاده شده است. برای تبدیل حرکت دورانی الکتروموتور به حرکت افقی از پیچ حرکتی و برای تبدیل حرکت دورانی به حرکت عمودی از جک مکانیکی بهره گرفته که توسط گاردان از الکتروموتور به هر یک از آنها انتقال می یابد. در این طرح توسط یک دیتالاگر، اطلاعات بدست آمده از نیروسنج ها و جابجایی سنج ها، جمع آوری شده و با انتقال داده ها به کامپیوتر متصل به آن، نمودارها برای هر یک از آزمایش های مورد نظر بدست آمد. به منظور ارزیابی دستگاه اندازه گیری پارامترهای مکانیکی خاک، برای هر آزمایش خاک را در دو شرایط رطوبتی و چگالی متفاوت مورد آزمایش قرار گرفت. داده های حاصل از آزمایش شاخص مخروطی با داده های یک نفوذسنج دستی در همان شرایط آزمایش مورد مقایسه قرار گرفت. ارتباط بین شاخص مخروطی نفوذسنج دستی و نفوذسنج دستگاه، از طریق رگرسیون خطی و معادله ضریب هم بستگی در خاک با رطوبت 15 و 20 درصد بر پایه خشک تعیین شد، که مقدار ضریب هم بستگی به ترتیب برابر با 98/0 و 95/0به دست آمد. برای آزمایش فشار نشست خاک، صفحات دایره ای با شعاع های 25 و 35 میلی متر و صفحات مستطیلی با نسبت طول به عرض کم (4/1 و 2) و دارای عرض مساوی با قطر صفحات دایره ای و همچنین صفحات مستطیلی با نسبت طول به عرض زیاد (3 و 6) و دارای عرض مساوی با شعاع صفحات دایره ای مورد مقایسه قرار گرفتند. با مقایسه مقادیر kc، k? و n بدست آمده با صفحات دایره ای و مستطیلی به این نتیجه رسیدیم که صفحات مستطیلی به نسبت طول به عرض بالا و دارای عرض مساوی با شعاع صفحات دایره ای تطابق بیشتری با پارامترهای بدست آمده با صفحات دایره ای دارند. همچنین مقادیر پارامترهای kc و k? با افزایش نسبت طول به عرض کاهش یافت. آزمایش برش خاک با صفحه آجدار در نیروهای مختلف عمودی با دو سطح رطوبتی و چگالی های متفاوت انجام شد. نتایج حاکی از آن بود که با افزایش چگالی خاک در رطوبت بالاتر مقادر نیروی برشی، زاویه اصطکاک داخلی و چسبندگی افزایش یافتند. همچنین تاثیر رطوبت بر این پارامترها کمتر از تاثیر چگالی بود.