פרוייקט מערכות מכניות 2

הטכניון

המסלול להנדסה חקלאית הפקולטה להנדסה אזרחית וסביבתית

1

2פרוייקט בחלקי מכונות

739410

פיצוח אגוז המרולה

תמיר מעברי מגיש:

מנחים: ד"ר עמוס מזרח

נחום אורלב

תאריך הגשה:

29.70.39

הטכניון


2

תקציר מנהלים

הוא עץ בר אשר במקור מדרום אפריקה. הפרי של העץ מחולק לציפה אכילה, עץ המרולה

זרעים עתירי 3-ל 2שממנה גם מפיקים דברי מאכל ומשקאות, ולגרעין אשר בתוכו יש בין

שמן, שמהם מפיקים מוצרים הן לתעשיית האוכל והן לתעשיית הקוסמטיקה.

שאר תכונות המרולה.בתחילת העבודה מוצגת סקירה בוטנית, היבט חקלאי ו

לאחר מכן מוצגות שיטות פיצוח שונות של אגוזים ומוצגים פטנטים בתחום.

וכל הפיצוח מעשה ידנית, כיום בעולם לא קיימת מכונה אשר מפצחת את אגוזי המרולה

בעיקר על ידי נשים בדרום אפריקה, לכן מכונה אשר תוכל לפצח בקצב תעשייתי תוכל להוזיל

את עלויות הייצור ובכך להגדיל את הרווח של החקלאי.

מטרת המחקר של הפרויקט היא מתן פתרון מכני הנדסי לפיצוח האגוז, כלומר לפתח מכונה

קה כזאת שלחקלאי ישתלם לרכוש אותה.שתהיה אוטומטית ותיתן תפו

מטרות המחקר המשניות הן למיין את האגוזים במיון ראשוני; גודל, מס' זרעים וכיוון, ובמיון

שניוני; הפרדת הזרעים מהגרעין והחזרת אגוזים שלא נשברו במקרה הצורך, כל זה על מנת

שתהליך הפיצוח יהיה אופטימלי.

מכיוון שלא קיימות מכונות קיימות לפיצוח המרולה ערכנו מספר ניסויים על מנת לבדוק שיטות

שונות, בעזרת שיטות אלו פסלנו שיטות שונות ונבחר את החלופה העדיפה. הניסויים

קולטה להנדסה חקלאית ובעזרתו הנדיבה של פרופ' דה לתכונות פיסקליות בפבנערכו במע

יצחק )שמילו( שמילוביץ' וצוות עובדי הפקולטה.

ב בין מתן החלופות שנבחרו הן: הראשונה היא מתן מספר אימפקטים לאגוז והשנייה היא שילו

אימפקטים והפעלת לחץ על האגוז.

הייתי צריך להחליט על חלופות אשר לאחר שבחרתי שיטה אשר מתאימה לפיצוח האגוז

יספקו את התוצאה הרצויה. לכן סקרתי אמצעים להניע את הזרוע )גל ארכובה, גל זיזים או

מנוע(, קבעתי את מבנה המפצח לפי ההנחות שהנחתי ובחרתי מנוע מתאים אשר יוכל להניע

את המערכת.

אשר מחובר עם ממיר תדר דרך KW3בעל הספק של חשמלי הנבחרת היא מנועהחלפה

לתנועה קווית של המפצח.מצמד לגל ארכובה אשר ממיר את התנועה הסיבובית

לאחר קביעת כלל המכלולים עשיתי חישובי ואנליזות חוזק עבור המפצח, הטלטל, גל הציר,

מחבר את הטלטל למפצח ועבור הגל ארכובה.הפין ה

,כלומר יקיימו את DESIGN TO PRODUCTבחירת חומרים, מסבים ומנוע נבחרו ע"פ ;כל התכנון

DESIGN TO COSTהדרישות אך לאו דווקא התכנון הכלכלי ביותר, לכן בהמשך נצטרך לבצע

לבחור התכנון המשתלם ביותר כלכלית.

..למפצח יש לבצע מיון לאגוזים לפי גודל ואוריינטציה לפני הכנסה

הטכניון


3

עניינים תוכן

2 .................................................................................................................. מנהלים תקציר

6 ..................................................................................................................... ואמב: 1 פרק

6 .. הפרויקט במהלך שיוזכרו מערכות על טכנית ספרות וסקר היסטורית סקירה 1.1

6 ..........................................................................................ארכובה גל 1.1.1

7 .............................................................................................. זיזים גל 1.1.2

7 ................................................................................................... מנוע 1.1.3

8 .................................................................................... הפחתה תיבת 1.1.1

9 .......................................................................................... תדר ממיר 1.1.1

11 .....................................................................................לפרויקט מוטיבציה 1.2

11 ............................................................................ העיקרית המחקר מטרת 1.3

11 ................................................................. מפורטות משניות מחקר מטרות 1.1

11 ........................................................................................... דרישות מפרט 1.1

12 .................................................................................................... ואמצעים שיטה: 2 פרק

12 ...................................................................... 1 מפרויקט ומסקנות תוצאות 2.1

12 .................................. האגוז של הפיזיקליות התכונות בדיקת -1 ניסוי 2.1.1

11 ............................................................................. אימפקט – 2 ניסוי 2.1.2

16 ......................................................... רטיבות תכולת בדיקת -3 ניסוי 2.1.3

17 ................................................................אימפקטים מספר – 1 ניסוי 2.1.1

18 ................................................................................... פיצוח שיטת בחירת 2.2

19 ............................................................................................................... תוצאות: 3 פרק

19 ............................................................................................ חלופות פירוט 3.1

19 ................................................................................................. מנוע 3.1.1

23 ...................................................................... המפצחת הזרוע הנעת 3.1.2

21 ........................................................................המפצח זרוע משוואת 3.1.3

27 .................................................................................................... ומסקנות ניתוח: 1 פרק

27 ..................................................................................................... חלופות בחירת 1.1

29 .........................................................................................................חוזק חישובי 1.2

29 ........................................................................................................... מפצח 1.2.1

33 ........................................................................................................ הציר גל 1.2.2

32 ...................................................................... לטלטל המפצח את המחבר פין 1.2.3

33 ............................................................................................................. טלטל 1.2.1

הטכניון


1

31 ..................................................................................................... ארכובה גל 1.2.1

31 ........................................................................................................... מסבים 1.2.6

36 ................................................................................................................ מוצר עץ 4.3

37 ....................................................................................... להמשך והמלצות סיכום: 1 פרק

38 ....................................................................................................... ייצור שרטוטי: 6 פרק

38 ................................................................................................מפצח ייצור שרטוט 6.1

39 ................................................................................................ טלטל ייצור שרטוט 6.2

13 ........................................................................................ ארכובה גל ייצור רטוטש 6.3

11 .................................................................................................................... ביבליוגרפיה

13 ........................................................................................................................... נספחים

רשימת טבלאות

12 .....................................................................המרולה אגוז של ממוצעים נתונים - 1 טבלה

12 ..........................................................לאורך כוח הפעלת בעת המדידות ממוצע - 2 טבלה

12 .........................................................לרוחב כוח הפעלת בעת המדידות ממוצע - 3 טבלה

13 ............................................ האגוז גובה על כוח הפעלת בעת המדידות ממוצע - 1 טבלה

16 ......................................................................................רטיבות בדיקת תוצאות -5 טבלה

17 ..................................................................................................1 ניסוי תוצאות -6 טבלה

21 .............................................................. ומקסימליים מינימליים מרחקים קביעת -7 טבלה

21 ..........................................................................המפצחת הזרוע נוסחת חישוב - 8 טבלה

27 .......................................................................................... חשמלי מנוע בחירת -9 טבלה

27 ......................................................................................המפצח הנעת בחירת -13 טבלה

תמונותרשימת

7 .............................................................(שחור) תנופה וגלגל( אדום) ארכובה גל - 1 תמונה

7 ............................................................................................................ זיזים גל - 2 תמונה

8 ..................................................................................................הפחתה תיבת – 3 תמונה

13 .................................................................לאורך כוח הפעלת בעת אופייני שבר -4 תמונה

13 ................................................................. לרוחב כוח הפעלת בעת אופייני שבר-1 תמונה

11 ..................................................................................... אימפקט לאחר מרולה - 6 תמונה

11 ................................................................................................ אימפקט מתקן - 7 תמונה

18 ........................................................................................................ 1 אופציה - 8 תמונה

DC ................................................................................................ 23 מנוע מבנה - 9 תמונה

AC....................................................................................................... 22 מנוע – 13 תמונה

23 ....................................................................................................... זיזים גל – 11 תמונה

28 ...................................................................... הנבחרים תדר והממיר המנוע – 12 תמונה

29 ....................................................................................................מפצח ח"דג -13 תמונה

29 ..................................................................................... בקורה כוחות מהלכי - 11 תמונה

הטכניון


1

29 ................................................................................. בקורה מומנטים מהלכי - 11 תמונה

AISI 1313 ................................................................................... 33 של תכונות - 16 תמונה

33 ..........................................................................................הציר גל על ח"דג - 17 תמונה

31................................................................... ציר גל כיפוף מומנטי מהלכי - 18 תמונה

31 .....................................................................................ציר גל כוחות מהלכי - 19 תמונה

31 ...................................................................................... ציר גל פיתול מהלכי - 23 תמונה

SAE 1040 normalized @16500F ............................................ 31 החומר תכונות -א 21 תמונה

SAE 1040 normalized @16500F ............................................ 32 החומר תכונות -ב 22 תמונה

32 .................................................................. לטלטל מפצח בין מחבר פין ח"דג - 23 תמונה

32..........................................................................פין גזירה כוחות מהלכי - 21 תמונה

32 ....................................................................................... פין מומנטים מהלכי - 21 ונהתמ

33 ..................................................................................................טלטל ח"דג - 26 תמונה

33 ................................................................................... חשודות נקודות טלטל - 27 תמונה

31 ............................................................................................ ארכובה גל דגח - 28 תמונה

31 .................................................................... ארכובה גל פיתול מומנטי מהלך - 29 תמונה

31 ............................................................................ חשודות נקודות ארכובה גל -33 תמונה

31 ............................................................................... ציר הגל עבור מסב נתוני - 31 תמונה

31 ...........................................................................ארכובה גל עבור מסב נתוני - 32 תמונה

רשימת גרפים

21 .............................................................................. רוחב - מפצחת זרוע משוואת - 1 גרף

26 ...............................................................................אורך - מפצחת זרוע משוואת - 2 גרף

הטכניון


6

א: מבו3פרק

קטעל מערכות שיוזכרו במהלך הפרוי טכנית תסקירה היסטורית וסקר ספרו 1.1

על מנת להגיע לפתרון מכני הנדסי של הפרויקט אשתמש בהמשך העבודה ברכיבים ומערכות

את הבעיה.שונות אשר יוכלו לעזור לפתור

בכלליות במקום שהם נפוצים, כלומר את ההסבר על מערכות אלה, אשר מגיע בפרק זה, אתן

תפקידם במנוע, על מנת לקבל רעיון כללי עלבעיקר גל ארכובה, גל זיזים וגלגל תנופה אסביר

ואינטואיטיבי של הרכיב ובהמשך העבודה, כאשר אשתמש בהם, אתייחס יותר בפירוט על

כונת פיתוח.תפקידם במ

ארכובהגל 1.1.1 מבוססי בוכנות. מכיוון שעליו י ביותר בסוגים שונים של מנועים ל הארכובה הינו חלק מרכזג

לעמוד בעומסים כבדים, במיוחד במנועים שמגיעים למהירות סיבוב גבוהה, הוא יהיה עשוי

.בדרך כלל מחומרים חזקים ועמידים

עד לימי האימפריה הרומית ואף מעבר לה. ההיסטוריה של גל הארכובה נמשכת לאחור

דגמים שונים של כננות וארכובות עשויות עץ או מתכת שימשו במבנים שונים ובמכונות שונות

כגון תחנות קמח, שהמירו את אנרגיית המים או הרוח לאנרגיית עבודה. גם לגל הארכובה

ם לאנרגיית עבודה המודרני תפקיד חשוב בהמרת האנרגיה שמיוצרת בשריפת דלקים שוני

.שמאפשרת למנוע לעשות את המוטל עליו באפקטיביות

.תפקיד גל הארכובה להפוך את התנועה הקווית של הבוכנה לתנועה סיבובית

מנועים רבים, כגון כאלה שנמצאים במכוניות או בגנראטורים שפועלים על דלק נוזלי, גז או

ספקת הכוח המביאה להנעת הרכב חשמל, מבוססים על בוכנות. במנוע בנזין, למשל, א

הוא להמיר את קדימה נוצרת באופן ישיר על ידי בוכנות מנוע . האתגר של מנוע בוכנת

למעלה למטה לכדי תנועה סיבובית שתוכל להניע את גלגלי השנע בוכנההתנועה של ה

המכונית ועל ידי כך לאפשר את תנועת הרכב. המרה פיזיקלית זו של תנועה, המכונה מעבר

מתנועה קווית לתנועה סיבובית, נעשית על ידי גל הארכובה. הדבר מתבצע באמצעות חיבורן

חיבורו של גל הארכובה לגלגל –של הבוכנות לגל הארכובה על ידי מיסבים, ובמקביל

.התנופה

בסוגים שונים של מנועים ניתן למצוא גלי ארכובה -חלק חזק ומסיביעל גל הארכובה להיות

בגדלים שונים ובתצורות שונות מעט. הדבר נובע לא רק ממספר הבוכנות אלא גם ממהירות

ויים מכמה יחידות העבודה של המנוע. לצד כאלה שעשויים יציקה אחת, ישנם אחרים שבנ

.נפרדות

http://perimotors.co.il/%D7%9B%D7%99%D7%A6%D7%93-%D7%A4%D7%95%D7%A2%D7%9C%D7%95%D7%AA-%D7%91%D7%95%D7%9B%D7%A0%D7%95%D7%AA-%D7%9E%D7%A0%D7%95%D7%A2

הטכניון


7

גל ארכובה )אדום( וגלגל תנופה )שחור( - 3 תמונה

במקרים רבים צפוי גל הארכובה לעמוד בלחצים גבוהים במיוחד במהלך עבודת המנוע.

מסיבה זו, חלק חשוב זה של המנוע עשוי ממתכות חזקות באופן מיוחד. בין אם מדובר בחלק

במנוע של מכונית משפחתית ובין אם מדובר בהתקן שמצוי במכונית מהירה או שנמצא

במשאית, בתחום התחבורה מגיע גל הארכובה למהירויות גבוהות מאוד ועל כן עליו לעמוד

בפני כוחות חזקים שעשויים להביא לכיפופים, עיוותים או סדקים. לכן, על פי רוב יהיו גלי

.ו סגסוגת פלדה חזקה יותרהארכובה עשויים יציקת ברזל א

גל זיזים 1.1.2 גם את שסתום או שסתומי ) ל הזיזים הוא החלק במנוע המתזמן ופותח את השסתומיםג

גל הזיזים הוא מעין מוט ברזל עם בליטות במיקומים .(היניקה וגם את שסתומי הפליטה

מסתובבות יחד עם גל מדויקים מאד הנקבעים על ידי היצרן ואותן בליטות בעת פעולת המנוע

וכך מתאפשרת יניקת אויר אל )כל שסתום בזמנו) הזיזים עצמו ולוחצות על קצות השסתומים

.תוך הצילינדרים ופליטת הגזים שנשרפו לסעפת הפליטה לאחר פעולת הבעירה

מובן שישנם סוגים שונים של גלי זיזים ומספר הבליטות על גל הזיזים של המנוע תלוי בכמות

.רים ובכמות השסתומים לכל צילינדרלינדהצי

גל זיזים - 2 תמונה

מנוע 1.1.3

הנו התקן הממיר אנרגיה לעבודה מכאנית. מנוע המשתמש בדלק לשם ייצור אנרגיה מנוע

מנוע המשתמש בצורה מוכנה מראש של אנרגיה )חשמל, אוויר ;מניע ראשוני קינטית נקרא

.מוטור וכו'( נקראדחוס, זרם מים

הטכניון


8

המנועים העיקריים אשר משתמשים בהם הן בתעשייה והן בתחום הרכב הם מנועי בעירה

פנימית ומנועים חשמליים.

הנוצרת בשריפה אנרגיית החום והופך את ,דלק השורף מנוע חום הוא מנוע בעירה פנימית

ששריפת הדלק הוא נקרא כך משום .עבודה מכנית לאנרגיית לחץ, אשר מנוצלת לביצוע

במנוע בעירה בוכנאי. של מנוע והעבודה המכנית נעשות בתוך המנוע עצמו, למשל בצילינדר

,קיטור לעומת זאת, שריפת הדלק מתבצעת במכלול נפרד וחיצוני למנוע, למשל בדוד ,חיצונית

.בעוד שהעבודה המכנית נעשית בתוך המנוע עצמו, למשל בטורבינת קיטור

לאנרגיה מכנית. מנוע חשמלי מבוסס על אנרגיה חשמלית הממירה ,מכונה הוא מנוע חשמלי

סליל דרך חשמלי זרם על ידי העברת שדה מגנטי המאפשר יצירת ,עיקרון האלקטרומגנטיות

:מנועים חשמליים ניתנים לחלוקה על פי מספר תכונות

.(AC) זרם חילופין לעומת מנועי (DC) זרם ישר מנועי

תיבת הפחתה 1.1.1

אחד ממכשיר אנרגיה העברת של מכאנית שיטה היא הילוכים או תיבתהפחתה תיבת

עומדת הסיבוב מהירות. מהירות הפחתת תוך המומנט את להגדיל כדי משמש והוא, למשנהו

מומנט את מגביר נמוך להילוך ההילוכים תיבת שילוב ולכן, המופעל למומנט הפוך ביחס

. נגדו מפעיל המונע שההתקן ההתנגדות על קלות ביתר להתגבר לו ומאפשר, המניע ההתקן

גלגלי של פעולתם אופן את להבין יש, הילוכים תיבת פועלת כיצד טובה בצורה להבין כדי

או המהירות של הפחתה תוך המומנט את להגדיל הוא השיניים גלגלי של תפקידם. השיניים

סנטימטר שלושים שהיקפו שיניים גלגל אם. המומנט של הפחתה תוך המהירות את להגדיל

הרי(, שיניים עשר או) סנטימטר עשרה שהיקפו שיניים גלגל יסובב(, שיניים שלושים או)

פי יקטן שיתקבל המומנט, אבל. שנכנסה מהמהירות שלושה פי היא שתתקבל שהמהירות

לשנות האפשרות – שיניים גלגלי שילוב ידי על המתקבל נוסף דבר. שנכנס מהמומנט שלושה

שיוצמד השיניים גלגל, השעון כיוון עם מסתובב אחד שיניים גלגל אם, למשל. הסיבוב כיוון את

נותרה הסופית המהירות אך, השתנה השיניים גלגלי תנועת כיוון. השעון כיוון נגד יסתובב אליו

.זהה

תיבת הפחתה – 1 תמונה

הטכניון


9

:ההילוכים תיבת של מטרותיה

לשיא המומנט שיא בין) אופטימלי הוא שבו( לדקה סיבובים) ד"סל תחום יש מנוע לכל .1

במהירויות היעיל ד"הסל בתחום המנוע את שישמרו כך בנויים ההילוכים(, ההספק

.השונות הנסיעה

בצורה להינזק עלול הוא(, האדום הקו באזור) ד"סל של כלשהו לסף מגיע מנוע אם .2

.ייהרס שלא עליו שומרים ההילוכים בתיבת נכון שימוש ידי על, לכן. הפיכה בלתי

על, אותו להכפיל יש ולכן, מאוד נמוך המנוע של המומנט, מסוים ד"סל לתחום מתחת .3

כוחות בגלל מומנט תוספת דרושה) הנסיעה את להתחיל מומנט מספיק שיהיה מנת

(.תנועה ללא שהרכב רק שפועלים שונים חיכוך

יוכל לא הרכב(, אחד הילוך) הילוכים בתיבת אחד ארוך הפחתה יחס ניצור אם .1

בהילוך ואילו. הנמוך ד"בסל הנסיעה לתחילת מומנט די יהיה לא כי, לנוע להתחיל

די כבר יש בו, גבוה מספיק ד"בסל נמצא המנוע הנסיעה בתחילת כבר, רגיל ראשון

(.יותר טוב מאיץ הרכב, מומנט יותר שיש ככל, כן כמו) הנסיעה לתחילת מומנט

שיש מפני מוגבלת תהיה הסופית המהירות אז, קצר אחד הפחתה יחס ניצור אם .1

(.האדום הקו באזור) ייהרס הוא שאחריו מרבי ד"סל למנוע

ממיר תדר 1.1.1

יכולים להיבנות עבור פעולה במספר מהירויות. שינוי המהירות מתבצע על ידי ACמנועי

קטבים. רוב היישומים של מנועי השראה מתוכננים למהירות סיבוב מיתוג מספר זוגות

במקרים, בהם נדרש שינוי רציף של מהירות הסיבוב, ניתן להשתמש במנועי זרם קבועה.

ישר, אך המנועים הללו מורכבים מבחינת המבנה ולכן יקרים הרבה יותר. מעבר לכך, בכדי

וקר )משתנה( לזרם ישר. לשנות מהירות מנוע לזרם ישר נדרש ספק מתח מב

כלכלית להשתמש במנוע השראה עם מכשיר המסוגל -במקרים רבים, עדיף מבחינה טכנו

מבין השיטות לשינוי מהירות, היעילה ביותר היא הזנת המנוע לשנות את מהירות המנוע.

מירמכשיר ייחודי הנקרא משנה מהירות או מ בתדירות משתנה. שינוי התדירות מבוצע על ידי

(. VFD-variable frequency driverתדר )

יכולת שליטה על המהירות, במיוחד עם בקרה בחוג סגור, משפרת מאד את ביצועי מערכת

עם התפתחות הטכנולוגיה של שימוש במוליכים למחצה, ובמיוחד טרנזיסטורים ודיודות, כולה.

לבקרת ממיר תדר הואהופיעו ממירי תדר יעילים ואמינים. השימוש הנפוץ ביותר של

של מנועי חשמל. המהירות והמומנט

אמצעים וותיקים יותר לבקרת המהירות והמומנט של הנע חשמלי הם :

תמסורת מכנית א.

הטכניון


13

תמסורות הידרוליות ב.

כנסת נגדים למסלול של זרם החשמלשינוי המהירות והמומנט של מנוע החשמל על ידי ה ג.

1דיודות, או 1זרם החילופין מהרשת מיושר באמצעות גשר של הממיר תדר עובד כך:

דיודות. הזרם הישר מועבר דרך גשר דומה של 6פאזי יהיו -מערכות של דיודות. בחשמל תלת

טרנזיסטורים, המתפקדים כמפסקי חשמל, בעלי שני מצבים: פתוח וסגור. תזמון 6או 1

שפעם הזרם כולו מועבר מצד אחד של ההפעלה של אלו נשלט על ידי בקר אלקטרוני, באופן

הגשר ואחר כך מהצד השני וחוזר חלילה. מהגשר יוצא זרם החשמל כך שהשינוי שלו על פני

הזמן נראה כמו גל מרובע, פעם חיובי ופעם שלילי. תדר המעבר מגל חיובי לגל שלילי נשלט

הסיבוב נקבעת מהירות על ידי הבקר האלקטרוני. הפעלת הבקר נקבעת לפי צרכי המערכת.

לפי התדירות בה מתחלף הגל ממצב חיובי למצב שלילי, המומנט נקבע על ידי שינוי משך

הבקר של האינוונטר אינו מעביר את כל מה הזמן בו מועבר הזרם בכל אחד מהמחזורים.

משך שמגיע אליו, אלא פולסים של זרם לזמנים קצרים כך שהשפעתם מסתכמת לצורת גל.

כל פולס, נקרא בשם רוחב הפולס, והוא הקובע את כמות האנרגיה המועברת הזמן בו מועבר

הממיר תדר מסנן את הזרם היוצא ממנו כך שלא בכל שלב ולפיכך את המומנט של המנוע.

יהיו קפיצות מתח לא רצויות, או ניצוצות, ופעולת המנוע תהיה יציבה. הסינון מושג באמצעות

ת קבלים וסלילים.הפיקוד על הטרנזיסטורים ובאמצעו

יתרונות:

. הפעלת המנוע במהירות ובמומנט הנדרש, ולא יותר, משפר את יעילות הפעולה של 1

ויסות ההספק של משאבה או מדחס ע"י ברז גורם מביאה לחסכון בעלות החשמל. המנוע

לבזבוז אנרגיה.

ובהתאם גם כיבוי רך. מאפשר התנעה הדרגתית של המנוע )התנעה רכה( .2

י אחידות בהספקת החשמל המתבטאת בקפיצות מתח, מתוקנת ע"י הממיר.א .3

של הזרימה במקרה של משאבה, או ת( גורמת לאי יציבוOn-Offויסות ע"י כיבוי והדלקה ) .1

לאי יציבות של הטמפרטורה במקרה של מזגן

הקטנת בלאי, רעש והלמים במערכת בעלת הספק גבוה הפועלת בתנאים של דרישה .1

.נמוכה

הטכניון


11

מוטיבציה לפרויקט 1.1

כיום בעולם לא קיימת מכונה אשר מפצחת את אגוז המרולה ומפרידה את הזרעים מבית

בוה של השמן הגלעין אלא כל העבודה נעשית בידיים בידי המקומיים, דבר אשר גורם למחיר ג

הן לקוסמטיקה והן למאכל מאוד גבוהים ומי כיום מחירי תוצרי המרולה וליצור מוגבל בכמות.

כל להפיק רווח נאה.ושיצליח לספק את הדרישות י

מיליארד 73כמו כן שוק הקוסמטיקה, שבו נמכר רוב השמן מהמרולה, הינו שוק ענק )מעל

( וממשיך להתפתח, בעיקר בכלכלות המתפתחות כמו הודו וסין, לכן שמן כמו בשנה דולר

מצוינות, יכול לתפוס מקום נרחב בשוק הקוסמטיקה העולמי ותפוס נתח המרולה, בעל תכונות

רחב.

כמו כן תעשיית המזון העולמית, לאחר שנים של שימוש ברכיבים כימיים ומלאכותיים, מחפשת

חלופות ותוספים אשר יהיו טבעיים ובעלי ערכים תזונתיים גבוהים, חלופה אשר שמן המרולה

. פק אותו בכמויות גדולותיכול לתפוס אם יהיה ניתן לס

העיקרית המחקר מטרת 1.1

של פרויקט זה היא לתת פתרון מכני הנדסי לפיצוח אגוז המרולה והפרדת המרכזית המטרה

ש בהם בתור חומרי גלם ומיש יתאפשרבית הגלעין מהזרעים בצורה מוחלטת על מנת ש

לייעודם השונה.

מפורטות משניות מחקר מטרות 1.1

מתאימים אביזריםלמפצח: מנוע ובחירת מערכת הנעה -

בחירת מבנה זרוע מפצחת מתאים -

: גובה, אורך ורוחבת האגוז לקראת הפיצוחינטצייקביעת אורי -

או בשיפוע מנח המכונה: אנכי, אופקי -

תנועה סיבובית לתנועה קווית תהעבר -

מפרט דרישות 1.1

אגוזים בשנייה 13כלכלית, לפחות : על המכונה לעבוד במהירות מהירות -

שעות ברציפות ביום 13המכונה צריכה לעבוד לפחות : זמן -

יההאגוזים אשר נכנסים אל אמינות גבוהה: המכונה צריכה לפצח את כל -

מחיר: סך כל המחיר של המכונה צריך להיות כלכלי על מנת שנאכל למכור את -

השמן במחיר שלו כיום ועדיין להרוויח

הטכניון


12

שיטה ואמצעים :2פרק

, על מנת שיהיה קל להבין כאשר 1פרק זה למעשה מביא את התוצאות והמסקנות מפרויקט

שיטת הפיצוח והנושא מתייחסים אליהם, ומשלים אותם עם הניסוי הנוסף אשר בוצע ובחירת

.2לפרויקט

1 תוצאות ומסקנות מפרויקט 1.1

המרולה נתונים ממוצעים של אגוז - 1טבלה

משקל ממוצע

]גרם[

אורך ממוצע

]מ"מ[

גובה ממוצע

]מ"מ[

רוחב ממוצע

]מ"מ[

5.70 29.93 17.67 23.56

אגוזשל ה הפיזיקליות תכונותהבדיקת -1ניסוי 2.1.1

על מנת למצוא את תחום הכוחות אשר דרוש לפצח את רוב האגוזים נניח שהתפלגות, של

הכוח הדרוש לפיצוח האגוז, היא התפלגות נורמלית לכן תחום הכוחות ,אשר יידרש מהמכונה

על מנת להגיע לכשל בעת הפעלת כוח לאורך האגוז, יהיה 99.73%ויתן לנו

מתייחס לסטיית תקן. מציין ממוצע ו מהאגוזים. כאשר

לאורך כוח הפעלת בעת המדידות ממוצע - 2 טבלה

אורך

-ממוצע

מ"מ

כוח מקסימלי

קג"כ -ממוצע

סטיית

תקן

מעוות

ממוצע בכוח

-מקסימלי

מ"מ

סטיית

תקן

עיבור

ממוצע

כוח

-מקסימלי

קג"כ

מעוות

בכוח

-מקסימלי

מ"מ

עיבור

בכוח

מקסימלי

29.93 474.15 78.25 5.43 1.88 0.18 665.76 9.26 0.31

מ"מ. 3-11קג"כ. טווח השינוי באורך הינו 239-739טווח הכוחות הוא

לרוחב כוח הפעלת בעת המדידות ממוצע - 1 טבלה

אורך ממוצע

מ"מ -

כוח מקסימלי

קג"כ -ממוצע סטיית תקן

מעוות

ממוצע בכוח

-מקסימלי

מ"מ

סטיית

תקן

עיבור

ממוצע

כוח

-מקסימלי

קג"כ

מעוות

בכוח

-מקסימלי

מ"מ

עיבור

בכוח

מקסימלי

23.56 418.78 58.35 3.69 0.63 0.16 524.3 3.85 0.19

קג"כ. 211-191טווח הכוחות אשר צריך להפעיל על רוחב האגוז על מנת להגיע לשבר הוא

מ"מ. 2-6הוא טווח השינוי ברוחב

הטכניון


13

האגוז גובה על כוח הפעלת בעת המדידות ממוצע - 9 טבלה

אורך

-ממוצע

מ"מ

כוח

מקסימלי

-ממוצע

קג"כ

סטיית תקן

מעוות

ממוצע

בכוח

מקסימלי

מ"מ -

סטיית

תקן

עיבור

ממוצע

כוח

מקסימלי

קג"כ -

מעוות

בכוח

מקסימלי

מ"מ -

עיבור

בכוח

מקסימלי

17.67 359.33 49.81 2.79 1.15 0.47 435 2.75 0.14

קג"כ. 213-139טווח הכוחות אשר צריך להפעיל על גובה האגוז על מנת להגיע לשבר הוא

מ"מ. 3-6ברוחב הוא טווח השינוי

o קודם, שהכשל באגוז מתחיל בפקקים, אשר וצגומהניסוי ראינו, מלבד התכונות אשר ה

כוח על גובה כמו כן ראינו שכאשר הפעלנו מכסים את הזרעים, בכל כיוון שניסינו בו.

האגוז היו מספר אגוזים שנמעכו לפני הגעה לשבר, דבר אשר לא קרה בכיוונים אחרים .

לאורך כוח הפעלת בעת אופייני שבר -4 תמונה

לרוחב כוח הפעלת בעת אופייני שבר-5 תמונה

הטכניון


11

אימפקט – 2יסוי נ 2.1.2

בניסוי זה בדקנו האם נצליח לפצח את האגוז בעזרת מכה יחידה.

על מנת לחשב את משך CASIO ZR200 פריים לשניה 1333בניסוי השתמשנו במצלמת

הקינטית את האנרגיה שפוגעת באגוז נחשב בהנחת שימור אנרגיה, האנרגיהזמן הפגיעה.

באגוז שווה לאנרגיה הפוטנציאלית. העיפגה בעת

mgh=0.5*m*v2

:כאשר

m מסת המשקולת

g תאוצת הכובד

h ו ∅-וט בזמן השחרורשב לפי הזווית בין המוט במצב חופשי למוח - הגובה מהאגוזl אורך

המוט.

h=l*sin(∅)

v מהירות המסה בעת הפגיעה נקבל

v=(2*g*h)0.5

נמצא את הכוח שפוגע באגוז לפי שינוי התנע:

m*v=F*t

F- הכוח הפועל על האגוזF=m*v/t

t- באגוז זמן הפגיעה

בניסוי שלנו:

l=50 [cm]

m1=1.5 [kg]

m2=6 [kg]

, אך לא קרה כלום לאגוז933ושחררנו בזווית ק"ג 1.1בתחילת הניסוי שמנו את משקולת של

נחשב כוחות במסה זו., לכן לא ואין צילום של חלק זה

וראינו שהחלו סדקים 933ק"ג ושחררנו בזווית 6לאחר מכן החלפנו את המשקולת במשקולת

באזור הפקקים, אשר זיהינו כבר בניסוי הקודם כאזורים החלשים יותר. ביצענו את הניסוי פעם

אחת לכל כיוון של האגוז וראינו שכאשר נתנו את המכה על גובה האגוז הוא שבר את הזרעים

בתוכו ולכן לא כדאי לתת מכות בכיוון זה.

שניות לכן הכוח הפועל על 3.31לשנייה. זמן הפגיעה מטר 3.13מהירות הפגיעה באגוז היא

ניוטון. 173האגוז הוא

הטכניון


11

, ריסקנו את האגוז 933כאשר ניסינו לתת שתי מכות אימפקט אחת אחרי השנייה, בזווית

לחלוטין.

333ומכה שנייה בזווית 933ק"ג שתי מכות: מכה ראשונה בזווית 6בהמשך נתנו עם משקולת

לא נשברים, לכן הדרך של מספר זרעיםבשני כיוונים שונים וראינו שיש שבר גדול וה

ה לעבוד ונצטרך לבדוק אותה בהמשך.אימפקטים יכול

אימפקט לאחר מרולה - 6 תמונה

מתקן אימפקט - 0 תמונה

המסקנות מניסוי זה הן שמכת אימפקט אחת לא תהיה יעילה עבור אגוז המרולה וממה

בלבד או בשילוב עם נצטרך לשבור את האגוז היא במספר אימפקטיםבה שראינו הדרך ש

.שיטה נוספת

של המהירות, זמן פגיעה והכוח רשומים ערכים שונים 1: בניסוי בפרויקט הערה

אשר נבעו מטעות חשוב של המהירות ובנוסף טעות בחישוב זמן הפועל על האגוז

מפקט. הפגיעה אשר נבע עקב זה שהאגוזים קפצו בעת מתן האי

הטכניון


16

בדיקת תכולת רטיבות -3ניסוי 2.1.3

בדקנו את תכולת הרטיבות באגוזים לפי השיטה להלן:

שעות 18למשך C 633הכנסת האגוזים לתנור בטמפרטורה .א

שקילת האגוזים .ב

הכנסת האגוזים לשעתיים לתנור .ג

חזרה על שלבים ב. ג. עד שהמשקל מתייצב .ד

תוצאות בדיקת רטיבות -5 טבלה

משקל כללי משקל כלי שעה תאריך

משקל

גלעינים

גר גר גר

19.1.2014 14:08 440.6 641.8 201.2

21.1.2014 11:00 440.6 628 187.4

21.1.2014 14:30 440.6 628 187.4

22.1.2014 09:00 440.6 627.8 187.2

23.1.2014 14:00 440.6 627.7 187.1

37גרעינים שנבדקו: מס'

גרם 1.11משקל גרעין ממוצע :

% 7.36= חומר רטוב

הטכניון


17

מספר אימפקטים – 1ניסוי 2.1.1

ניסוי זה נבדוק בו בדקנו רק מתן אימפקט יחיד וב אשר 2ניסוי זה הוא המשך של ניסוי

מספר אימפקטים.

.2כמו בניסוי החישובים של הכוחות בוצעו באותן הנחות )שימור אנרגיה ושינוי תנע(

ניוטון וכוח זה 923מניסוי זה רואים שהגבול העליון של הכוח שניתן הוא בסביבות

.יהיה הכוח המקסימלי שיפעל על האגוז

משקולת )ק"ג(

זווית )מעלות(

הערות תוצאהגובה הזרוע

מהאגוז )ס"מ(

מהירות המסה )מטר

לשניה(

זמן פגיעה באגוז

)שניות( כוח )ניוטון(

9

1111.345 0.025 3.13 50 חזק מדי מרסק לגמרי 90 1077.312 0.025 3.04 46.98 לא טוב 70

50 מועך טיפה את

הראש 38.30 2.74 0.025 972.693

987.862 0.025 3.13 50 כלום 90 7

8 90

918.941 0.027 3.13 50 לא קרה כלום 918.941 0.027 3.13 50 סדק

918.941 0.027 3.13 50 שבר לגמרי לא קרה כלום

אותו אגוז50 3.13 0.027 918.941

918.941 0.027 3.13 50 ריסק כלום

אותו אגוז50 3.13 0.027 918.941

918.941 0.027 3.13 50 סדק

כלום אותו אגוז

50 3.13 0.027 918.941 918.941 0.027 3.13 50 כלום

918.941 0.027 3.13 50 כלום 9 ניסוי תוצאות -6 טבלה

הטכניון


18

בחירת שיטת פיצוח 1.1

נשארו שתי אפשרויות לפיצוח מספר אימפקטים או מספר אימפקטים ולחץ. 1בסוף הפרויקט

ראינו שניתן לפצח את – 1השיטה אשר נבחרה היא מתן מספר אימפקטים בעקבות ניסוי

האגוזים בשיטה זו באחוזים גבוהים ובנוסף לא צריך לתת לחץ ראשוני דבר אשר יאט את

התהליך ואף ייקר אותו.

מתוך שיטה נבחן שתי אופציות:

o ( זזה במהירות 1הזרוע המעוגלת ) :( 1 )תמונהכמו בפיצוח שקדים( 1אופציה

נת מכות על האגוז עד שהוא נשבר מספיק ויכול לעבור קבועה ונות

. 2-ל 1את המרחק המינימלי בין זרוע

o פטישים במסות שונות נופלות על מספר פטישים:( 2אופציה

האגוז בזמן שהוא על המסוע .

בחירת אופציה:

מכיוון שהיתרון המשמעותי שלה הוא שניתן לשלוט על 1האופציה שנבחרה היא אופציה

לא ניתן מכיוון 2מתרסק לחלוטין, דבר שבאופציה העיוות באגוז, כלומר לוודא שהוא לא

שהאגוז חייב לעבור את כל הפטישים .

י הוא שעל מנת שכל פטיש יפגע באגוז התהליך יהיה איט 2חסרון נוסף של אופציה

.יותר מהיר יהיה התהליך כלשבה 1משמעותית יחסית לאופציה

מרחק מקסימלי

מרחק מינימלי

1

2

3אופציה - 8 תמונה

הטכניון


19

תוצאות: 1פרק

פירוט חלופות 1.1

מנוע 3.1.1

אבחר במנוע חשמלי.עבור המכונה

מנוע החשמלי משחק תפקיד מרכזי כמעט בכל מוצר המונע בידי חשמל, החל מהמגבים

ברכב ועד לשואב האבק הביתי. מנוע חשמלי הינו למעשה מכשיר אשר מתרגם אנרגית

חשמל לאנרגית תנועה. עקרון הפעולה של מנוע חשמלי מנוגד לעקרון הפעולה של תחנת

ן יוצר תנועה. כוח. במקום שתנועה תיצור חשמל, חשמל כא

לגושכל המנועים החשמליים עובדים על אותו העיקרון. זרם חשמלי עובר דרך חוט חשמל

גרפיט הנקרא "מברשת". המברשת מעבירה את הזרם ל"מחלף" אשר מכיל שתיים או יותר

.טבעות חצי מעגליות נפרדות. המחלף מחובר לסליל חוטי חשמל הנקרא "עוגן" ולציר היציאה

הזרם עובר מהמחלף לעוגן וחזרה דרך מברשת נוספת לאלקטרומגנט המכיל סליל חוטי

חשמל המלופפים סביב פיסת ברזל. הזרם דרך הסליל יוצר שדה מגנטי אשר לו קוטב צפוני

וקוטב דרומי. הזרם בסליל העוגן המוצג כמלבן, מגיב עם השדה המגנטי ויוצר תנועה. כיוון

.והזרם התנועה נובע מכיוון השדה

מגע עם המברשת, על מנת לשמר את הזרם החשמלי באותו הטבעות של המחלף באות ב

הכיוון ביחס לשדה המגנטי. מכאן שהסליל ממשיך להסתובב באותו הכיוון ומסובב את הציר

.אשר מייצר את התנועה במנוע

יתרונות המנוע החשמלי:

קל לשילוב במערכות שונות

בקרה קלה על מהירות

בקרה קלה על מומנט סיבוב

אין מגבלה על מומנט סיבוב

אין מגבלה על מהירות

שחיקה איטית -משקל נמוך של חלק נע

שקט ולא פולט חום

( 73-93%נצילות גבוהה)

חסרונות המנוע החשמלי:

בעיית מקור מתח גבוה

יקר יחסית לייצור

הטכניון


23

פיזית גדול

במיוחדק הבקרה במהירויות נמוכות בעיות בדיו

שחלק גדול מהחסרונות של המנוע החשמלי פחות בעיתיות עבורנו:ניתן לראות

מכיוון שמדובר במכונה סטטית אשר נמצאת במפעל לא תהיה -בעיית מתח גבוה -

בעיה לחבר מתח גבוה קבוע.

במפעל אין בעיית מקום כמו בכלי רכב –פיזית גדול -

המנוע אמור להסתובב בסל"דים -ק הבקרה במהירויות נמוכות במיוחדבעיות בדיו -

.כן לא אמורות להיות בעיות במקרה שלנוסל"ד, ל 1333בינוניים, בסביבות

מנוע חשמלי מתחלק לשני סוגים עיקריים:

העיקרון של המנוע מבוסס על מגנטים ומגנטיות. המנוע משתמש - (DCמנוע זרם ישר )

נמשכים והזהים דוחים אחד את השני. במגנטים כדי ליצור תנועה. כידוע, במגנטים, הפכים

מגנטים כאשר הקצוות מסומנים ב"צפון" ו"דרום" אזי הצפון של מגנט 2כלומר, אם יש לך

אחד ימשוך אליו את הדרום של המגנט השני. מצד שני, הצפון של מגנט אחד ידחה את הצפון

ת שנוצרים של המגנט השני )באופן דומה הדרום ידחה את הדרום(. בתוך המנוע הכוחו

.מהדחיה והמשיכה יוצרים תנועה סיבובית

DCמבנה מנוע - 4 תמונה

מגנט. -מגנטים. האחד הוא העוגן)או רוטור(, זהו אלקטרו 2לה ניתן לראות מעבתמונה מל

המגנט השני הוא מגנט שדה קבוע)סטטור(.

השדה המנוגד לשדה הסטטור נוצר ע"י שינוי זרימה אלקטורמגנטית בסלילים על גבי הרוטור.

הקטבים המגנטים של שדה הרוטור ינסו להסתדר בשורה אם הקטבים המנוגדים לשדה

צבו ישנו חלק יהנוצר ע"י הסטטור. כדי שהמערכת לא תעצור ברגע שהקטבים המנוגדים יתי

הטכניון


21

ל הסלילים שנקרא מחלף. המנוע יסתובב כלפי נקודת האיזון של הרוטור דרכו זורם הזרם א

נחושת)אליהן מחובר מקור -וברגע שהוא יגיע לנקודה הזו מברשות מוליכות העשויות מפחמן

המתח( יחליפו את כיוון הזרם על המחלף ויגרמו לשינוי הקוטביות של הרוטור. כיוון שהרוטור

ב בגלל קיום התנע ימשיך כעט להסתובב עבר את נקודת האיזון הקודמת והמשיך להסתוב

.הרוטור אל נקודת האיזון החדשה בהמשך לכיוון התנועה

.ימים מספר סלילים כדי לגרום לתנועה חלקה יותר של המנועיברוב מנועי זרם ישר ק

:תרונותי

יתן למנוע גבוה ככל שהמתח שנ –השליטה על המהירות פשוטה מאוד :שליטה על מהירות -

של סיבוב שלנו גדולה יותר. היחס ישר עד להגעה למהירות המקסימלית ככה המהירות יותר

המנוע.

תול היא גם במנועי זרם ישר עם מברשות, שליטה על מומנט הפי :שליטה על מומנט פיתול -

לזרם. אם נגביל את הזרם אז יוגבל גם מומנט הפיתול אליו יוכל יחסיתפשוטה, כיוון שהוא

מנוע. מסיבה זה מנוע זרם ישר אידאלי לשימושים שדורשים עדינות רבה, כגון יצור להגיע ה

.טקסטיל

-סלילים אלקטרו\שדה מגנטי קבוע נוצר בסטטור ע"י מגנטים קבועים –תכנון המנוע פשוט -

.רם לו להסתובבומגנטים הגורמים לזרם שיוצר את המומנט במנוע וג

:חסרונות

יקר ליצור -

גרוע במהירויות נמוכותשליטה -

במהירויות נמוכות אמינות המנוע נמוכה -

גדול פיסית -

))ניקוי המברשת דורש תחזוקה שותפת -

ניים, ניצוצותרורעשים אלקט -

מנועי זרם חליפין סינכרוניים הם מנועים בעלי מהירות קבועה, - )AC(מנוע זרם חליפין

המהירות נקבעת לפי מספר זוגות הקטבים במנוע, ופועלים בתזמון מוחלט עם התדירות.

מנועים אלה טובים לנו כאשר צריכה להיות למכונה מהירות קבועה ומדויקת וכאשר אנו רוצים

לאנרגיה מכאנית. ACלהמיר אנרגית

:המהירות של מנוע זרם חילופין תלויה בשלושה דברים

המספר הקבוע של ליפופי סלילים )הידוע בתור קטבים( אשר קובעים את המהירות 1.

. הבסיסית של המנוע

הטכניון


22

.ונה גוררת מהירות שונה של המנועהתדירות של זרם החילופין. תדירות ש . 2

.מופעל על המנוע אשר גורם להקטנת המהירותהנט פיתול מהמו 3.

ACמנוע – 37 תמונה

:יתרונות

סדרה של שלושה סלילים על החלק -מבנה הפשוט של מנוע זרם חילופין :מבנה פשוט (1

נה נוצר ע"י מקור מתח של זרם שתהשדה המהחיצוני )סטטור( וחלק מסתובב )רוטור(.

אשר גורם לרוטור להסתובב סביב הצירים של (Hz) ,הרץ 63או 13ן בתדירות של יפיחל

.המנוע

כתוצאה מהמבנה הפשוט מנוע זרם חילופין הוא המנוע הזול ביותר :עלות נמוכה (2

ופין מועדפים וואט. מסיבה זו מנוע זרם חיל 321לאפליקציות הדורשות הספק העולה על

ם בהם ניתן לחבר בקלות לשימושים בתעשיה הדורשים מהירות קבועה ושימושים מסחריי

מהמנועים בשימוש הם מנועי זרם חילופין. משתמשים 93%בעל זרם חילופין. מקור מתח

'.בהם במזגנים, מכונות כביסה, מיבשים, שואבי אבק וכד

שאינו דורש תחזוקה. בניגוד למנועי זרם המבנה הפשוט הוא אמין במיוחד וכמעט :אמינות (3

אין מברשות שצריך להחליף לעיתים תקופות. אם משתמשים בהם בסביבה (DC ) ישר

יקציה מתוכננת היטב, להנכונה יהיה צורך בהחלפת מסיבים פעם במספר שנים. אם האפ

.לא יהיה צורך להחליף את המסיבים במשך עשור שלם

ישנו תחום רחב של תנאי –ת( המנוע בתנאי סביבה שונים הרבה אפשרויות לכיסוי )עטיפ (1

סביבה שבהם רוצים לעבוד עם מנועים אלו ולכן למנוע זרם חליפין יש תחום רחב של

.כיסויים מיוחדים המתאימים לתנאי סביבה שונים

:חסרונות

מהירות היא יקרה. האלקטרוניקה הנדרשת כדי השליטה על :מהירות יקרה שליטת (1

לבנות בקר למנוע זרם חילופין היא יקרה יותר באופן משמעותי מן האלקטרוניקה

הנדרשת כדי לשלוט על מנוע זרם ישר. למרות זאת, אם המהירות המינימלית הנדרשת

הטכניון


23

יקציות גדולה משליש המהירות הבסיסית, מנועי זרם חילופין בדרך כלל זולים יותר לאפל

. כוחות סוס 13-הדורשות יותר מ

: חוסר היכולת לפעול במהירויות נמוכות (2

אין להפעיל את מנוע זרם החילופין הסטנדרטי במהירויות קטנות יותר משליש המהירות

. הבסיסית משיקולים של התחממות. יש לשקול שימוש במנוע זרם ישר במקרים כאלו

פצחתמהנעת הזרוע ה 3.1.2

להעביר לה את המומנט מהמנוע שיגרום על מנת שהזרוע תבצע את העבודה שלה נצטרך

שתזיז אותה קדימה ואחורה לפי הדרישות. לתנועת הזרוע

החלופות אשר יכולות לספק דרישה זו הן:

: מנוע אשר ייעצר ויחליף את כיוונו בכל פעימה 1חלופה

: גל זיזים וקפיץ2חלופה

גל ארכובה: 3חלופה

: היתרון העיקרי של חלופה זו הוא שהיא דורשת רק מנוע וגל מניע, אך על הגל 1חלופה

יופעלו עומסים רבים דבר שעלול לגרום לכשל של הגל, ייקור המכונה והפחתת היעילות שלה.

כמו כן מנוע אשר מחליף את כיוונו בתדירות גבוהה וגם צריך לספק כוח רב יהיה יקר מאוד

רבים. ונתון תחת עומסים

מורכב אשר –בחלופה זו תזמון סגירת הזרוע וסגירתה נעשה על ידי הגל זיזים :2חלופה

ממוט )גל( ועליו בליטות אקסצנטריות )כעין אליפסה(, כך שבסיבוב הגל בליטות אלו עולות

התנועה של הגל זיזים רק תסגור את הזרוע, לכן על הזרוע.סגירת ויורדות וכך מתזמנות את

שהזרוע תיפתח שוב יחובר אליה קפיץ, שיפעיל כוח נגדי לגל זיזים, אשר יפתח את הזרוע מנת

כאשר אין מגע עם הגל זיזים.

החיסרון של חלופה זו לעומת החלופה הנבחרת הוא שחלופה זו מורכבת משני תת מכלולים

מופעל )גל זיזים וקפיץ( ובנוסף הקפיץ מתעייף עם הזמן דבר אשר עלול לשנות את הכוח ה

ואת מיקום הזרוע, אשר מאוד קריטיים לפעולת המכלול.

גל זיזים – 33 תמונה

הטכניון


21

:3חלופה

הגל ארכובה הופך את התנועה הסיבובית של המנוע לתנועה קווית אשר תגרום לפתיחת

הארכובה .צווארי גלארכובה וזוג -, זוג לחייארכובה מפין הארכובה עצמה בנויהוסגירת הזרוע.

מחוברת לזרוע בעזרת מוט אשר נקרא טלטל.

המסב נושא את משקל גל הארכובה ומעביר אל גוף המנוע את העומס ,הגל נישא על מסב

אל לחיי הארכובות מחוברות בברגים משקולות איזון, המאזנות את . שמפעילה עליו הבוכנה

הנוצר על ידי הכוח הצנטריפוגלי המסה האקצנטרית של כל ארכובה, ותורמות לאיזון

.ובבת של פין הארכובה, מסב הטלטל ולחיי הארכובותהס מסהה

גל הארכובה נתון למאמצים גדולים, הנובעים מצורת המבנה שלו ומן הכוחות הפועלים עליו

. בשל כך עליו להיות חזק באופן מיוחד. גלי ארכובה של מנועים קטנים העבודה בשעת

( כיחידה אחת. במנועים בעלי 3.1%או מחושלים מפלדת פחמן ) ברזל עשויים יצקת ומהירים

.ובה מחושל מפלדת פחמן כיחידה אחתסיבובים לדקה( גל הארכ 133-1333מהירות בינונית )

מכיוון שחלופה זו מורכבת מתת מכלול אחד זה מפשט את הפעילות שלה ועקב החומרים

החזקים שממנו הוא עשוי ומחירו הזול יחסית זו החלופה הנבחרת למכלול זה.

משוואת זרוע המפצח 3.1.3

מ"מ על מנת שיהיה 61על מנת לחשב את עקום הזרוע קבעתי שאורך הזרוע הנגדית תהיה

יהיה X=5יהיה המרחק המקסימלי ,כאשר X=65 ים בממוצע, כאשר מקום לארבעה אגוז

יהיה מיקום הציר ושם יהיה מרחק קבוע, אשר בו לא מופעל כוח X=2 -המרחק המינימלי וב

כיוון שהוא לא זז, המרחק שם קטן מעט מהמרחק המינימלי על מנת שלא יתקעו שם אגוזים.

משוואת זרוע המפצח חושבה בהנחות הבאות:

נקודות 8, סה"כ מ"מ על המפצח 13נבחרה נקודה כל (1

(7קביעת מרחקים מקסימליים ומינימליים בין המפצח לזרוע הנגדית )טבלה (2

המינימלי יהיה הממוצע )הרוחב או האורך( פחות המעוות הממוצע (3

המרחק המקסימלי יהיה הממוצע ועוד שלושה מילימטרים (1

מרחק -רוחב מספר גרעינים מקסימלי מ"מ

מרחק -רוחב (* 3.69מינימלי )

מ"מ

מרחק -אורך מקסימלי מ"מ

מרחק -אורך (* 1.13מינימלי )

מ"מ

2 11 8 32 21

3 18 9 27 19

1 21 16 32 21 קביעת מרחקים מינימליים ומקסימליים -0 טבלה

אינסטרוןראשון עם ה* נקבעו ע"פ הדפורמציה בניסוי ה

http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9B%D7%95%D7%97_%D7%A6%D7%A0%D7%98%D7%A8%D7%99%D7%A4%D7%95%D7%92%D7%9C%D7%99

http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9B%D7%95%D7%97_%D7%A6%D7%A0%D7%98%D7%A8%D7%99%D7%A4%D7%95%D7%92%D7%9C%D7%99

http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%9E%D7%A1%D7%94

http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%91%D7%A8%D7%96%D7%9C

http://he.wikipedia.org/wiki/%D7%91%D7%A8%D7%96%D7%9C

הטכניון


21

אורך רוחב

מרחק זרוע מרחק זרוע Xציר מס' גרעינים

2+3

גרעינים

65 18 32

55 13 27

45 11 25

35 10 24

25 9 23

15 8.5 22

5 8 21

2 7 19

גרעינים 1

65 24 32

55 21 30.8

45 19 30

25 17 26

15 16.5 25.5

5 16 25

2 15 24 וב נוסחת הזרוע המפצחתשחי - 8 טבלה

רוחב -משוואת זרוע מפצחת - 3 גרף

y = 0.0029x2 - 0.0475x + 7.894 R² = 0.9562

y = 0.0019x2 - 0.0008x + 15.621 R² = 0.9801

0

5

10

15

20

25

30

010203040506070

תדי

נגה

ע רו

הזמ

ע רו

זק

חרמ

["מ

[מ

[מ"מ] Xציר

עבור מתן מכה לרוחב -משוואת הזרוע

גרעינים 2+3

גרעינים 1

הטכניון


26

אורך -משוואת זרוע מפצחת - 2 גרף

y = 0.002x2 + 0.0383x + 20.157 R² = 0.9439

y = 0.0004x2 + 0.098x + 23.995 R² = 0.978

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

010203040506070

תדי

נגה

ע רו

הזמ

ע רו

זק

חרמ

["מ

[מ

[מ"מ] X ציר

עבור מתן מכה לאורך -משוואת הזרוע

גרעינים 2+3

גרעינים 1

הטכניון


27

ניתוח ומסקנות: 9פרק

בחירת חלופות 1.1

קריטריון נבחר1.1רגישות

מנוע חשמלי הקריטריון

DC AC חלוקהתת

5 5 8 התאמה לאוטומציה מלאה

4 5 7 עלות

4 4 5 פשטות מכנית

4 2 6 אחזקה שוטפת

112 107 דירוג Xרגישות

בחירת מנוע חשמלי -4 טבלה

רגישות קריטריון נבחר הקריטריון

חלופה

1 2 3

5 4 1 9 עמידה בעומסים גבוהים

4 5 2 4 עלות

5 2 4 6 מס חלקים -פשטות מכנית

4 3 1 7 אחזקה שוטפת

95 71 42 דירוג Xרגישות

בחירת הנעת המפצח -37 טבלה

:החלופות אשר נבחרו הן

הדרושים לנו שלמהירויות עבודה שלנו ולהספקים מכיוון ACהמנוע שנבחר הוא מנוע (1

והאמינות שלו. אי הצורך לתחזוקה שוטפת ,הוא העדיף ביותר בנוסף לפשטות המכנית

-גל ארכובה -3החלופה העדיפה להנעת המפצח היא חלופה 8כפי שניתן לראות מטבלה (2

החומרים החזקים ,שלה הפעלהמפשט את האשר חלופה זו מורכבת מתת מכלול אחד

שממנו הוא עשוי ומחירו הזול יחסית זו החלופה הנבחרת למכלול זה.

ומהירות סיבוב KW 1.17ניתן לראות שההספק הדרוש מהמנוע הוא (3מהחישובים )נספח

Marelli - IE2 3ph B3 Foot Mount AC Motor – MAQ100LB4 סל"ד לכן נבחר את המנוע 1329של

המפרט המלא אתסל"ד, 111-2163ומהירויות סיבוב KW 3בעל ארבעה קטבים והספק

.8שלו נמצא בנספח

הטכניון


28

ולכן 133%מכיוון שהמנוע לא בעל נצילות של KW 1.1ולא של KW3בחרתי במנוע של

אינם נותנים הספק מתאים וגם אם נרצה להפעיל עוד עומס על הגל KW 1.1מנועים של

או להגדיל את המהירות סיבוב( המנוע שנבחר יתאים ולא יעבוד בגבול )להגביר את הכוח

העבודה שלו.

מכיוון שבחרתי מנוע אשר טווח העבודה שלי מבחינת הספק ומומנט רצוי נחבר למנוע ממיר

אשר יתאם את המהירות הסיבובית אשר יוצאת מהמנוע ( מפרט מצורף בנספח ***) תדר

למהירות הסיבובית הדרושה בגל ארכובה.

בין המנוע לגל ארכובה נשים מצמדים אשר יעבירו את המומנטים בין הגלים מכיוון שיכולות

אי התאמות רדיאליות ו/או זוויתיות הנוצרות בנקודות חיבור הגלים בממשק בין להיות

ם נרצה לעצור את המכונה לרגע מבלי לכבות את המנוע נוכל לבצע זאת ע"י וגם א מכלולים

. הפרדת המצמדים

יםהנבחר והממיר תדר המנוע – 32תמונה

בחירת משוואת זרוע המפצח: מבחינת חישובי חוזק ותכן שאר המכלולים במערכת אין -

חשיבות גדולה לאיזו משוואה ניקח אלא רק מבחינת ייצור הזרוע המפצחת המתאימה, לכן

אגוזים עבור מכה לרוחב, אשר המשוואה היא: 2+3עבור הפרויקט אקח את המשוואה של

.

לב זה נבחר מבנה השכב, אשר מהווה קונטרה למפצח, כבעל משוואה ליניארית אך ניתן בש

לייצר אותו גם כבעל משוואה פולינומית מסדר שני או שלישי על מנת לשלוט יותר טוב

בדפורמציות אשר נוצרות.

יספק את הדפורמציה הרצויה, לכן לפי החישובים אשר ביצעתי גם מבנה המשוואה ליניארית

ר ייצור אב טיפוס אם יהיה צורך בשינוי המשוואות יתבצע חישוב למשוואת השכב.לאח

הטכניון


29

חישובי חוזק 1.1

מפצח 1.2.1

.בעלת חתך מלבני מלא קורה תאת החישובי חוזק של המפצח עשיתי בהנח

היא מקום חיבור A, כאשר נקודה 13הדיאגרמת גוף חופשי של המפצח מובאת בתמונה

במקום הראשון Fחיבור המפצח לגל ה"טיפש" ומיקום הכוח Bהטלטל למפצח, נקודה

שהמפצח פוגש באגוז.

( במפצח. 11( ומהלכי מומנטים )תמונה 11)תמונה ניתן לראות את מהלכי הקורות

מהלכי כוחות בקורה - 39 תמונה

מהלכי מומנטים בקורה - 35 תמונה

F

A B

LA LB

FA FB

דג"ח מפצח -13תמונה

MA MB

הטכניון


33

ומיקום A ,Bניתן לראות שהחתכים המסוכנים של המפצח הם בנקודות 11-ו 11מתמונות

אשר סימולציית חוזק 11ובנספח פורטיםניתן לראות חישובי חוזק מ 1בנספח הפעלת הכוח. )

( SOLIDWORKSשל SimulationXpress Studyנעשתה בעזרת

בעלת הנתונים הבאים: – - מהמפצח עשוי

AISI 9197תכונות של - 36 תמונה

( אשר מקל על הלחץ Normalizationחישול אשר נקרא נורמליזציה )תהליך הפלדה עברה

מחוממת הפלדה להפוך את החומר לשביר וקשה יותר. כדילאחר עבודה בקר בפלדות קשות

.גרעינים עידוןלאפשר מספיק לזמן והחזיקה שלה העליונה הקריטית הטמפרטורה מעל מעט

ך היא מכיוון שאיננו רוצים שלאחר זמן החוזק הגבוה והדרישה שהחומר יהיה שביר ולא פרי

מה חלקים מהמפצח יתחילו להתפורר ויכנסו חלקי מתכת לתוך שברי האגוזים.

השכב יהיה עשוי מאותו חומר ע"מ להקנות חוזק.

גל הציר 1.2.2

המפצח. אשר מהווה את ציר הסיבוב של "טיפש" גלזהו

הדג"ח על הגל:

דג"ח על גל הציר - 17 תמונה

הטכניון


31

18-23ניתן לראות את מהלכי המומנטים והכוחות בתמונות

מהלכי כוחות גל ציר - 34 תמונה מהלכי מומנטי כיפוף גל ציר - 38 תמונה

מהלכי פיתול גל ציר - 27 תמונה

במרכז הגל. היהי הוא כשל יהיה שאם לראות ניתן והמומנטים וחותכה מהלכי של םימהגרפ

( פורטיםניתן לראות חישובי חוזק מ 1בנספח ) 3.13מקדם הביטחון הוא

. SAE 1040 normalized @16500Fהחומר אשר ממנו עשוי הגל הינו

SAE 1040 normalized @16500Fתכונות החומר -א 23 תמונה

הטכניון


32

SAE 1040 normalized @16500Fתכונות החומר -ב 22 תמונה

פין המחבר את המפצח לטלטל 1.2.3

הדג"ח:

22-23ניתן לראות את מהלכי המומנטים והכוחות בתמונות

מהלכי מומנטים פין - 25 מהלכי כוחות גזירה פין תמונה - 29 תמונה

במרכז הגל. היהי הוא כשל יהיה שאם לראות ניתן והמומנטים וחותכה מהלכי של םימהגרפ

.1.17מקדם הביטחון במקרה זה הוא

.פורטיםניתן לראות חישובי חוזק מ 6בנספח

(.21כמו הגל ציר )תמונה SAE 1040 normalized @16500Fהחומר אשר ממנו עשוי הגל הינו

FB=4159[N] 22.5[mm] 22.5[mm]

דג"ח פין מחבר בין מפצח לטלטל - 21 תמונה

הטכניון


33

טלטל 1.2.1

הדג"ח:

דג"ח טלטל - 26 תמונה

מכיוון שפועל רק כוח צירי על הטלטל אין מומנטי כפיפה ופיתול על הטלטל.

(:27על הטלטל יש שלוש נקודות חשודות לכשל והן )תמונה

18.71מקדם הביטחון שחושב הוא –חיבור הטלטל לפין (1

3.9מקדם הביטחון שחושב הוא –היצרות בטלטל (2

18.123מקדם הביטחון שחושב הוא -ארכובה חיבור הטלטל לגל (3

(.21)תמונה יםכמו הגל SAE 1040 normalized @16500Fהחומר אשר ממנו עשוי הגל הינו

טלטל נקודות חשודות - 20 תמונה

סימולציית חוזק אשר נעשתה 12ובנספח מפורטיםניתן לראות חישובי חוזק 7 בנספח

.SOLIDWORKSשל SimulationXpress Studyבעזרת

1נקודה חשודה



הטכניון


31

גל ארכובה 1.2.1

הדג"ח:

מהלך מומנטי פיתול גל ארכובה - 24 תמונה

:בגל ארכובה יש שתי נקודות חשודות לכשל

17מקדם ביטחון - במיסב אשר קרוב למנוע (1

21.386 במרכז הגל ארכובה במקום אשר מתחבר לטלטל (2

(.21שאר הגלים )תמונה בכמו SAE 1040 normalized @16500F החומר אשר ממנו עשוי הגל

.9חישובי חוזק מפורטים בנספח

נקודות חשודות גל ארכובה -17 תמונה

Tshaft=11.5[Nm]

40[mm] 52[mm]

דגח גל ארכובה - 28 תמונה



הטכניון


31

מסבים 1.2.6

במכלול המתוכנן שמתי שני זוגות מסבים:

בגל ציר (1

גל ארכובה (2

המסבים אשר נבחרו הם:

(31)תמונה Deep groove ball bearings, single rowגל ציר : עבור ה

נתוני מסב עבור הגל ציר - 13 תמונה

(32)תמונה C ylindrical roller bearings, Single rowעבור גל ארכובה

נתוני מסב עבור גל ארכובה - 12 תמונה

.13, מצורף דוח מפורט בנספח SKFבחירת המסבים נעשתה בעזרת המחשבון של

הטכניון


36

עץ מוצר 4.3

AC

הטכניון


37

: סיכום והמלצות להמשך5פרק

במציאת פתרון לפיצוח אגוז המרולה. פרויקט זה עוסק

לרקע ו לשימושים הרקע של המרולה, מהרקע הבוטני והחקלאי ועד סקרתי את 1פרויקט ב

המכונה.הכלכלי אשר מהווה מוטיבציה לפיתוח

כמו כן נגעתי בשיטות שונות לפיצוח אגוזים אשר היוו מקור לאופן פיצוח האגוז ומהן מצאתי

שיטה אשר מתאימה לי, לאחר מגוון ניסויים אשר ערכתי שבהם קבעתי את חוזק האגוז ואת

השיטה המתאימה.

הייתי צריך להחליט על חלופות אשר לאחר שבחרתי שיטה אשר מתאימה לפיצוח האגוז

יספקו את התוצאה הרצויה. לכן סקרתי אמצעים להניע את הזרוע )גל ארכובה, גל זיזים או

מנוע(, קבעתי את מבנה המפצח לפי ההנחות שהנחתי ובחרתי מנוע מתאים אשר יוכל להניע

את המערכת.

לאחר קביעת כלל המכלולים עשיתי חישובי ואנליזות חוזק עבור המפצח, הטלטל, גל הציר,

מחבר את הטלטל למפצח ועבור הגל ארכובה.הפין ה

המנוע כמו המסבים והמצמד נבחרו לפי דרישות המערכת אך לא עברו אנליזות.

,כלומר יקיימו DESIGN TO PRODUCT: בחירת חומרים, מסבים ומנוע נבחרו ע"פ כל התכנון שלי

DESIGN TO COSTאת הדרישות אך לאו דווקא התכנון הכלכלי ביותר, לכן בהמשך נצטרך לבצע

לבחור התכנון המשתלם ביותר כלכלית.

.( אנכי, אופקי או בשיפוע) כמו כן בעתיד יש לקבוע את מנח המכונה המתאים

למפצח. בנוסף יש לבצע מיון לאגוזים לפי גודל ואוריינטציה לפני הכנסה

הטכניון


38

: שרטוטי ייצור6פרק

שרטוט ייצור מפצח 1.1

הטכניון


39

שרטוט ייצור טלטל 1.1

הטכניון


13

שרטוט ייצור גל ארכובה 1.1

הטכניון


11

ביבליוגרפיה

-http://www.robot-and-machines-design.com/Articles-and. 2311 איך לבחור מנוע.

Reference/Mechanics/Tips-and-HowTo/556-Motor-Selection-How-To-Select-A-

Motor-Motor-Types.html.

-http://www.inverterdrive.com/group/Motors-AC/IE2-AC-Motor-3kw. 2311 בחירת מנוע.

4HP-4-pole-Marelli-MAQ100LB4-B3./

-http://www.acohen.co.il/garage/2010/06/%D7%92%D7%9C. 2311 גל זיזים.

%D7%96%D7%99%D7%96%D7%99%D7%9D-%D7%90%D7%95-camshaft./

. 2313 חומר. -גל

http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=b33278e0924144bcb1a

9124a2ff84b12.

. NORMALITION. 2311-חישול

http://metals.about.com/od/metallurgy/g/Normalization.htm.

. 2313 ממיר תדר.לאור, יוסי.

http://www.civileng.co.il/%D7%90%D7%99%D7%A0%D7%95%D7%95%D7%A8%D7%

98%D7%A8-inverter-%D7%9E%D7%94-%D7%96%D7%94-%D7%95%D7%9E%D7%94-

%D7%96%D7%94-%D7%A2%D7%95%D7%A9%D7%94.

. • 2311 מכון וייצמן. -מאגר מידע

http://davidson.weizmann.ac.il/online/maagarmada/technology/%D7%9B%D7%99%

D7%A6%D7%93-%D7%A4%D7%95%D7%A2%D7%9C-

%D7%9E%D7%A0%D7%95%D7%A2-%D7%97%D7%A9%D7%9E%D7%9C%D7%99.

.http://www.wisegeek.org/what-is-a-gearbox.htm. 2336 מה זה תיבת הפחתה.

-http://www.ynet.co.il/home/0,7340,L-2421-280. 2311 מהו גלגל תנופה ומהו תפקידו.

28781244,00.html.

.http://www.ee.bgu.ac.il/~indela/Lab7.pdf. 2312 ממיר תדר.

. 2311 מנוע.

http://www.doronmotors.com/%D7%9E%D7%95%D7%A6%D7%A8%D7%99%D7%9D

/%D7%9E%D7%A0%D7%95%D7%A2%D7%99-%D7%97%D7%A9%D7%9E%D7%9C./

-http://www.gold. 2313 גל הארכובה וגלגל התנופה. -מנועים לרכב

engines.co.il/article_3.html.

.http://www.gold-engines.co.il/flywheel.html. 2312 מנועים לרכב וגלגל התנופה.

הטכניון


12

. AISI 4340. 2311 -מפצח חומר

http://www.matweb.com/search/DataSheet.aspx?MatGUID=4a3cfc1e1cfd451091e6

7d3f3b66bb80.

. 2311 תיבת הפחתה.

https://www.google.co.il/url?sa=t&rct=j&q&=esrc=s&source=web&cd=9&

ved=0CEYQFjAI&url=http%3A%2F%2Framat-

gan.org%2Fschools%2FDemo2%2FLearningMaterials%2FLearningMaterialsDocLib%2F

%25D7%25AA%25D7%2599%25D7%2591%25D7%25AA%2520%25D7%2594%25D7%

2599%25D7%259C%25.

. 2311 תפקידו של גל ארכובה במנועי בוכנה.

http://perimotors.co.il/%D7%AA%D7%A4%D7%A7%D7%99%D7%93%D7%95-

%D7%A9%D7%9C-%D7%92%D7%9C-

%D7%90%D7%A8%D7%9B%D7%95%D7%91%D7%94-

%D7%91%D7%9E%D7%A0%D7%95%D7%A2%D7%99-

%D7%91%D7%95%D7%9B%D7%A0%D7%94.

הטכניון


13

נספחים

פרוייקט מערכות מכניות 2

Documents

Transcript of פרוייקט מערכות מכניות 2