طراحی، ساخت و ارزیابی تیغه های جدید برش ساقه در ماشین برداشت نیشکر

امروزه برداشت نیشکر بر اساس برش ناشی از حرکت دورانی تیغه های برش ماشین برداشت نیشکر انجام می گیرد. مطابق بررسی های انجام شده مشخص گردیده است که یکی از مشکلات اصلی کار با دستگاه های برداشت نیشکر، شکستگی و سایش تیغه های برش ماشین برداشت نیشکر در زمان برداشت محصول می باشد که تاثیر بسزایی در کیفیت محصول نهایی و کاهش ضایعات این محصول دارد. در این پژوهش ابتدا مقاومت و انرژی برشی ساقه نیشکر در شرایط آزمایشگاهی جهت طراحی و تحلیل تیغه ها اندازه گیری شد. در مرحله بعد با استفاده از نرم افزار های (cae) تیغه ها طراحی شده و مورد تحلیل قرار گرفتند. در پایان تیغه ها با سه نوع فولاد (100cr6, 16mncr5, ck60) و دو روش سخت کاری (القایی و حرارتی) ساخته شد و مقدار سایش آن ها در حین عملیات برداشت مزرعه ای اندازه گیری و با یکدیگر مقایسه شد. نتایج اندازه گیری مقاومت و انرژی برشی ساقه نیشکر نشان داد که با کاهش رطوبت از 78% به 46% (w.b)، مقاومت و انرژی برشی به ترتیب 3/16% و 7/16% کاهش می یابند. با افزایش سرعت در برش به روش شبه استاتیکی افزایش 2/3% و 6/4% در مقاومت و انرژی برشی مشاهده شد. انتخاب گره هایی در ارتفاع بالاتر ساقه، به دلیل کاهش قطر ساقه، کاهش مقاومت برشی و انرژی برشی مشهود بوده است. متوسط مقاومت برشی و انرژی برشی ساقه نیشکر در برش شبه استاتیکی به ترتیب برابر (mpa)1/3 و (2mj/mm)6/102 می باشد. مدل ریاضی تابع درجه سوم بهترین همبستگی بین مقاومت و انرژی برشی با رطوبت داشت و همچنین مدل هرل نیز بهترین همبستگی بین مقاومت و انرژی برشی با سرعت برش را داشته است. همچنین نتایج تحلیل نرم افزاری تیغه ها نشان داد که بیشترین تنش ها در محل اتصال تیغه ها به صفحه دوار ماشین برداشت نیشکر رخ می دهد. تیغه مثلثی با داشتن فرکانس هفتم به میزان 40/429 هرتز بهترین تیغه از نظر مقاومت در برابر پدیده تشدید می باشد. نتایج بدست آمده از تحلیل خستگی تیغه ها نشان داد که تیغه مثلثی با میزان آسیب خستگی 19-10×37/4 و ضریب اطمینان 22/4 برای نقطه بحرانی، بهترین تیغه می باشد. نتایج تجزیه واریانس آزمون مزرعه ای تیغه ها نشان داد که اثر روش سخت کاری، جنس تیغه، طرح تیغه و اثر متقابل روش سخت کاری و جنس تیغه بر روی سایش در سطح احتمال 1% معنی دار می باشند. همچنین نتایج نشان داد که جنس 100cr6 و سخت کاری القایی با 41/64 گرم سایش در 24 ساعت کاری تیغه ها، کمترین سایش را نیز به خود اختصاص داده است.