محمداسماعیل خراسانی فردوانی

به منظور پمپاژ آب با هوای فشرده، روشهای مختلفی ابداع شده است. در این تحقیق نوعی از پمپ هوای فشرده ترکیبی طراحی شده است که بدون نیاز به حسگر سنجش ارتفاع آب قادر به پمپاژ آب می باشد. در این پژوهش یک نمونه اولیه پمپ آب هوای فشرده ترکیبی طراحی و ساخته و با پمپ هیدرونیوماتیک از نظر دبی و بازده مقایسه شد. چون هر 2 نوع پمپ در یک طبقه قرار داشتند و نیز این پمپ( هیدرونیوماتیک) در دسترس بود سعی شد پمپ هوای فشرده ترکیبی در ابعادی مشابه پمپ هیدرونیوماتیک ساخته شود. محدوده عملکرد، شامل دبی و فشار هوای ورودی ، دبی و ارتفاع پمپاژ آب با انجام آزمایشات میدانی با طرح فاکتوریل در قالب بلوکهای کاملا تصادفی برای نمونه طراحی شده استخراج و عملکرد پمپ هوای فشرده ترکیبی در شرایط واقعی ارزیابی پمپ تدوین گردید. به این منظور با شبیه سازی آب چاه در یک استخر با تغییر عمق غوطه وری در چهار سطح، دبی و فشار هوای ورودی در شش سطح و چهار تکرار، برای پمپ هوای فشرده ترکیبی و پمپ هیدرونیوماتیک با پنج آرایش ورودی هوا دبی آب خروجی پمپ اندازه گیری شد. طبق نتایج اختلاف معنی داری بین نوع پمپ، ارتفاع پمپاژ و فشار هوای کمپرسور بر دبی و بازده پمپ آب مشاهده شد؛ و برای بررسی معنی داری تیمارها و اثرات متقابل آنها از آزمون برش دهی استفاده و نمودارها و جداول مربوطه رسم شد. از نمودارهای حاصله این نتایج حاصل شد که در هر 5 مدل پمپ با افزایش عمق غوطه وری و فشارهوای ورودی دبی و بازده پمپ ها افزایش یافت. پمپ هیدرونیوماتیک به دلیل ساختار متفاوت خود دارای راندمان و دبی بالاتری نسبت به پمپ هوای فشرده ترکیبی بود؛ لیکن پمپ هوای فشرده ترکیبی به دلیل ساختار ساده تر و عدم نیاز به مدار الکترونیکی جهت راه اندازی دارای مزیت بود.

 مبدل‌های حرارتی پره-لوله از برجسته‌ترین سامانه‌هایی هستند که در صنعت کاربرد گسترده‌ای دارند. رادیاتور خودروها یکی از نمونه‌های شاخص مبادله‌کن‌های حرارت بین دو سیال مایع(آب خنک‌کاری) و هوا می‌باشند. رادیاتور به عنوان بخش اصلی این سامانه نیازمند بیشترین دقت در طراحی، ساخت و آزمون تعیین عملکرد می‌باشد. بنابراین طراحی شبکه پره-لوله رادیاتور نیازمند گزینش تعداد زیادی پارامتر متغیر است. جریان سمت مایع خنک‌کننده و خصوصیات انتقال حرارتی داخل لوله‌ها وابسته به قطر هیدرولیکی لوله‌ها است، در حالی که جریان سمت هواخور که از میان مجموعه لوله‌ها و درز بین فین‌ها عبور می‌کند وابسته به چندین پارامتر دیگر می‌باشد. به همین منظور آزمایشی بر روی موتور دیزلی کمباین جاندیر 955 انجام¬شد تا ضمن جمع¬آوری داده‌های دما، فشار و دبی ورودی و خروجی سمت هواخور و آب‌خور، این اطلاعات به همراه پارامترهای فیزیکی و ترموفیزیکی سیالات مذکور در چارچوپ خصوصیات هندسی رادیاتور مس-برنجی کنونی در نرم‌افزار متلب مورد تجزیه و تحلیل قرار گیرد. طراحی رادیاتور آلومینیومی نیز بر اساس شرایط پایه‌ای موتور دیزلی پرکینز لوول 5/6 لیتری با قدرت ترمزی 125 اسب بخار که دارای موتور شش سیلندر ردیفی بود تعمیم داده¬شد. طی تحلیل اطلاعات و پیشبرد آن‌ها به همراه بهینه‌سازی برنامه نوشته شده بصورتی که محدوده‌های فشار، چگالی، ضریب انتقال حرارت هدایتی هوا و آب از دمای 0 تا 120 درجه سلسیوس برای آب (به دلیل نیاز به لحظه گشوده شدن درب ترموستات) و از دمای 0 تا 80 درجه سلسیوس برای هوا قالب‌بندی انجام‌گرفت. در عملیات آزمایشگاهی انجام‌شده از موتور به مدت 15 دقیقه در حالت درجا (به¬منظور گرم شدن و آماده¬سازی موتور) و 15 دقیقه در حالت دوران اسمی 2650 دور بر دقیقه و دوران بیشینه 2850 دور بر دقیقه داده‌برداری صورت گرفت. روند تعیین عملکرد به منظور طراحی رادیاتور جایگزین در دمای هوای واقعی ورودی بیشینه 43 درجه سلسیوس و دمای آب ورودی به رادیاتور تا زمان باز شدن درب رادیاتور یعنی 110 درجه سلسیوس ادامه داشت. برای اندازه‌گیری تعیین عملکرد رادیاتور نیاز به تعیین اختلاف دمای بین بالادست و پایین‌دست سمت هواخور و آب‌خور بود. نتایج نهایی داده‌برداری میزان اختلاف دمایی 8 درجه سلسیوس برای سمت آب‌خور و 5/10 درجه سلسیوس برای سمت هواخور بود که با اطلاعات موجود از نتایج آزمایشگاهی شرکت کوشش رادیاتور که مقادیر 8 و 12 درجه سلسیوس به ترتیب برای سمت هواخور و سمت آب‌خور مطابقت داشت. به‌دلیل اینکه داده‌برداری در شرایط واقعی (نه شرایط تونل باد) انجام‌شد، تغییرات دمایی، فشاری، دبی و انتقال حرارت از نتایج حصل شده از خروجی برنامه کدنویسی شده در نرم¬افزار متلب حاکی از این بود که برای رادیاتور مس-برنجی و موتور جاندیر کمباین 955 تحت آزمون با دبی حجمی هوای 45/1 الی 65/2 لیتر بر ثانیه و دبی آب 12/2 الی 4 لیتر بر ثانیه افت فشار هوای 122 الی 353 پاسکال و افت فشار آب 120 الی 350 پاسکال در دماهای ذکر شده بدست می¬دهد که انتقال حرارت 14 الی 25 کیلووات در این شرایط آزمون بدست¬آمد. همچنی برای رادیاتور مس-برنجی موتور پرکینز لوول کمباین 1055 با شرایط دبی حجمی هوای 3 الی 7 و دبی آب 5/2 الی 15/4 لیتر بر ثانیه با افت فشار هوای 104 الی 278 و افت فشار آب 390 الی 960 پاسکال در دمای ورودی برای هوا 50 و برای آب 95 درجه سلسیوس میزان انتقال حرارت 60 الی 73 کیلووات طی نتایج این تحقیق بدست¬آمد که این درحالی بود که آزمون تونل باد شرکت کوشش رادیاتور میزانی انتقال حرارت 63 الی 70 کیلووات را گزارش کردند. در نهایت برای رادیاتور آلومینیومی جایگزین به همراه موتور پرکینز لوول کمباین 1055 با شرایط دبی هوای 3 الی 7 متر مکعب برثانیه و دبی آب 5/2 الی 15/4 لیتر بر ثانیه افت فشار هوای 73 الی 95 و افت فشار آب 320 الی 800 پاسکال در همان دمای آزمایشگاهی ذکر شده برای حالت قبلی میزان انتقال حرارت 40 الی 62 کیلووات برای هندسه به ابعاد حجمی 547×590×51 میلیمتر با تعداد 236 عدد فین بود. تعداد لوله‌ها 72 عدد در دو ردیف 36 تایی بود. بنابراین گام طولی و عرضی لوله‌ها 25 و 15 میلیمتر شد. گام فین‌ها نیز به دلیل اینکه گرفتگی و رسوب در طی زمان کارکردی کاهش یابد، 5/3 میلیمتر تعیین گردید. جرم کلی شبکه رادیاتور مس-برنجی 7/28 کیلوگرم بود و این در حالی است که جرم بدست آمده از شبکه رادیاتور آلومینیومی 6/9 کیلوگرم بود که دقیقاً 333/0 جرم شبکه رادیاتور مس-برنجی بود. همچنین حجم شبکه آلومینیومی نیز 44 درصد شبکه مس-برجی بود. سطح مقطع کلی شبکه رادیاتور آلومینیومی 155/1 شبکه مس-برنجی بدست آمد.

نیشکر گیاهی مهم و استراتژیک در استان خوزستان است. با توجه به بالا بودن سطح زیر کشت نیشکر در این استان، فعالیت تمام‌ وقت دستگاه‌های برداشت نیشکر در طی دوره برداشت و شرایط سخت برداشت در مزرعه، هدایت و کنترل دستگاه‌های برداشت نیشکر کاری سخت و طاقت‌فرسا است. به همین دلیل ایجاد سامانه ای برای سهولت کار با ماشین برداشت نیشکر ضرورت پیدا می¬کند. هدف از این پژوهش طراحی، ساخت و ارزیابی سامانه‌های کنترل الکترونیکی سرعت پیشروی و دور موتور ماشین برداشت نیشکر سری 7000 است. جایگزینی سامانه¬های مرسوم مکانیکی و هیدرولیکی با سامانه-های کنترل الکترونیکی تحت عنوان By-Wire-Technology معرفی می¬شود. با توجه به مزایای بسیار زیادی که استفاده از سامانه‌های کنترل الکترونیکی دارند، امروزه استفاده از فناوری¬های کنترل الکترونیکی به ‌عنوان یک نوآوری بیشتر مورد توجه قرار گرفته و جهت بهره بردن از این مزایا و حرکت در جهت ایجاد سامانه‌های نوین کنترل الکترونیکی، در این پژوهش ایجاد سامانه‌ای الکترونیکی جهت کنترل سرعت پیشروی و دور موتور ماشین برداشت مورد توجه قرار گرفت. در حال حاضر کنترل سرعت پیشروی و دور موتور ماشین¬های برداشت نیشکر سری 7000 به¬ طور مکانیکی صورت می-گیرد. در این پژوهش جهت ایجاد سامانه¬های جدید کنترل الکترونیکی سرعت پیشروی و دور موتور ماشین برداشت و جایگزینی آن با سامانه¬های مرسوم کنترل مکانیکی سرعت پیشروی و دور موتور از موتور پله¬ای، درایور موتور پله¬ای، میکروکنترلر، جوی استیک و پتانسیومتر استفاده شد. همچنین برای برنامه‌ریزی میکروکنترلرها از برنامه کدویژن و زبان برنامه‌نویسی C استفاده شد. جهت ارزیابی سامانه کنترلی جدید طی دو سری آزمون در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملاً تصادفی و طرح کاملاً تصادفی، مورد بررسی قرار گرفت. طرح اول از نوع فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی بود که جهت تعیین قدرت مانورپذیری سامانه طراحی گردید و در آن قدرت مانورپذیری ماشین برداشت یک ‌بار با سامانه کنترل مکانیکی و بار دیگر با سامانه کنترل الکترونیکی سرعت پیشروی مورد بررسی قرار گرفت. در این طرح نوع سامانه کنترلی و دور موتور به عنوان فاکتورهای طرح در نظر گرفته شد و میزان خطای موقعیت مکانی در زمان توقف نسبت به خط مبنا در هر یک از سامانه های کنترلی و در سه دور موتور مختلف به دست آمد. نتایج به دست آمده از آنالیز تجزیه واریانس تاثیر دور موتور و نوع سامانه بر قدرت مانورپذیری ماشین برداشت نشان داد که خطای توقف ماشین برداشت در سامانه کنترل الکترونیکی سرعت پیشروی ماشین برداشت معنی دار بود که نشان‌گر قابلیت بهتر مانورپذیری و عدم تاثیر تغییرات دور موتور (سرعت پیشروی) بر قدرت مانورپذیری ماشین برداشت مجهز به سامانه کنترل الکترونیکی است. در آزمون دوم جهت ارزیابی سرعت پاسخ سامانه از طرح کاملاً تصادفی استفاده شد که در آن سرعت پاسخ سامانه کنترل مکانیکی و سامانه کنترل الکترونیکی سرعت پیشروی ماشین برداشت مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور در تکرار¬های مختلف حالت¬های مکانیکی و الکترونیکی تغییرات ولتاژ پتانسیومتر (تغییرات سرعت) که بیانگر تغییرات موقعیت موتور پله¬ای و در نتیجه تغییرات موقعیت اسپول شیر کنترل بود، نسبت به حالت مطلوب مورد بررسی قرار گرفت. نتایج تجزیه واریانس اثر نوع سامانه بر سرعت پاسخ سامانه کنترل سرعت پیشروی نشان داد تاثیر نوع سامانه بر سرعت پاسخ دارای اختلاف معنی داری در سطح اطمینان 5٪ است. همچنین جهت ارزیابی سامانه کنترلی دور موتور طی آزمونی در قالب طرح کاملاً تصادفی، میزان مصرف سوخت در طی مرحله برداشت، یک بار با ماشین برداشت مجهز به سامانه کنترل مکانیکی و بار دیگر با ماشین برداشت مجهز به سامانه کنترل هوشمند دور موتور، مورد بررسی قرار گرفت. مقایسه میانگین نشان داد حالت کنترل الکترونیکی نسبت به حالت کنترل مکانیکی 6٪ کاهش مصرف سوخت وجود دارد و علت این امر کنترل دور موتور به‌صورت خودکار و هوشمند است.