طراحی ساخت و شبيهسازی عملکرد ماشين نوين کودپاش هليسی کود دامی چکيده

Transcript

1 ص) ) مهندسی بيوسيستم ايران دورۀ 74 شمارۀ 2 تابستان 3195 طراحی ساخت و شبيهسازی عملکرد ماشين نوين کودپاش هليسی کود دامی 7 1 *2 3 جليل تقیزاده طامه علی جعفری حسين موسیزاده نازيال طربی 1 و 4. دانشجوی کارشناسی ارشد مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی دانشگاه تهران 2.استاد گروه مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی دانشگاه تهران 3.استادیار گروه مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی دانشگاه تهران )تاریخ دریافت: 1313/11/11- تاریخ تصویب : 1314/2/1( چکيده کود دامی عالوه بر نداشتن مشکالت زیست محیطی کودهای شیمیایی موجب کاهش تراکم خاک افزایش تخلخل خاک افزایش سرعت نفوذ آب و بهبود کیفیت خاک میشود. استفاده بهینه از مزایای کود دامی در گرو روش پخش آن در سطح مزرعه است. بدین منظور در این پژوهش به طراحی ساخت و بررسی عملکرد ماشین کودپاش هلیسی پرداخته شد که قادر به پخش کود دامی در رطوبتهای مختلف و با حداکثر عرض پاشش است. در کف مخزن ماشین دو هلیس قرار دارد و در وسط محور هلیسها چنگکهایی تعبیه شده است که کود را به واحد پاشش انتقال میدهد. واحد پاشش شامل دو درام مارپیچی است که در دو طرف مخزن قراردارد. چرخش درامها موجب پخش کود در سطح مزرعه میشود. تاثیر سرعت و جرم ذرات کود بر عرض پاشش ماشین مورد بررسی قرار گرفت. توان دورانی ماشین شامل توان هلیس و درامهای پاشش بود که در سرعتهای مختلف دورانی و در سه نوع کود با ضرایب اصطکاک داخلی متفاوت محاسبه شد. حجم مخزن این ماشین 6 متر مکعب و عرض پاشش آن 14 متر محاسبه شد و نرخ پاشش کود در بازه 1/122 تا 1/173 مترمکعب بر ثانیه به دست آمد. نتایج نشان داد که با افزایش ضریب اصطکاک داخلی کود و سرعت دورانی توان دورانی افزایش مییابد. بیشترین مقدار توان دورانی و کششی ماشین به ترتیب برابر 34/2 و 11/44 اسببخار تعیین شد. واژههای کليدی: نقاله پیچی )هلیس( کود دامی عرض پاشش شبیهسازی عملکرد 3 مقدمه امروزه استفاده بیش از حد از کودهای شیمیایی باعث ایجاد مشکالت فراوان زیستمحیطی شده است. کودهای شیمیایی به صورت عناصر سنگین در خاک و سیستمهای گیاهی ذخیره شده و گیاهان با جذب کردن این مواد باعث ورود آنها به زنجیره غذایی انسان میشوند. از دیگر پیامدهای مصرف کودهای شیمیایی میتوان به آلودگی آبهای سطحی و زیرزمینی (2012 (Savci, کاهش تولید محصوالت کشاورزی و اسیدی شدن خاکها اشاره کرد 2010) al.,.(adeleye et این در حالی است که مصرف کودهای دامی معایب استفاده از کودهای شیمیایی را نداشته و عالوه بر افزایش منابع آلی و بهبود چرخه تغذیه گیاه نقش موثری در افزایش تولید محصوالت کشاورزی و جلوگیری از آلودگیهای زیستمحیطی دارد * (2006 Liu,.(Li & همچنین استفاده از کودهای دامی موجب کاهش تراکم خاک افزایش تخلخل خاک افزایش سرعت نفوذ آب و هدایت هیدرویکی اشباع شده که این عوامل نویسنده مسئول: Jafarya@ut.ac.ir در بهبود کیفیت خاک نقش مهمی دارند (Fares et al., 2008; (2011 al.,.uzoma et استفاده بهینه از مزایای کود دامی در گرو روش صحیح پخش آن در سطح مزرعه بوده و پخش کود یکی از مراحل مهم در کشاورزی و تولید محصول میباشد. روشهای نامناسب در پخش کود موجب کاهش تولید محصوالت کشاورزی میشود.(Duhovnik et al., 2004) ماشینهای مختلفی به منظور پخش کود جامد حیوانی در سطح مزرعه وجود دارند که از ابتداییترین آنها میتوان به ماشین ساخته شده توسط راس در سال 1114 اشاره کرد (Ross,.1905) با گذشت زمان این ماشینها توسعه یافته و قابلیتهای جدیدی به آنها اضافه شده است. جدول )1( خالصهای از تاریخچه روند توسعه ماشینهای کودپاش دامی از سال 1111 تا به امروز را نشان میدهد. از دیگر انواع پخشکننده کود دامی ماشینی است که توسط al. (2009) Popa et طراحی و ساخته شد. حجم مخزن ماشین برابر 4/4 متر مکعب بود و در انتهای مخزن آن 4 محور مجهز به پرههای هلیسی برای پخش کود وجود داشت. همچنین (2005) Lague et al. به مطالعه در مورد دو نوع سیستم انتقال

2 391 مهندسی بيوسيستم ايران دورۀ 74 شمارۀ 2 تابستان 3195 کود و دو نوع پخشکننده برای ماشینهای کودپاش پرداختند. سیستمهای انتقال کود شامل دو نوع زنجیرنقالهای و هلیسی بود و همچنین پخشکنهای کود در دو نوع تسمهنقالهای و هلیسی با عرض پاشش سه متر مورد بررسی قرار گرفتند. فاکتورهای مورد ارزیابی آنها شامل یکنواختی پاشش در دو راستای طولی و عرضی انرژی مخصوص و نرخ تخلیه بود. نتایج نشان داد که استفاده از هلیس برای انتقال کود دارای عملکرد بهتری نسبت به نوع زنجیر نقاله میباشد. اکثر ماشینهای کودپاش موجود عمل پخش کود را به صورت ریزشی )بدون پرتاب کردن( انجام میدهند و به همین دلیل عرض پاشش نسبتا کمی دارند و قابلیت پخش کود با درجه رطوبت باال در آنها وجود ندارد. همچنین به علت کوچک بودن حجم مخزن نیاز به بارگیری بیشتری داشته و ازدیاد رفت و آمد ماشین در سطح مزرعه را موجب میشوند که باعث تخریب ساختمان خاک و افزایش مصرف انرژی میشود. بنابراین هدف از این پژوهش طراحی و ساخت ماشینی است که بتواند کار پخش کود دامی با رطوبتهای مختلف را در عرض وسیعی از سطح مزرعه و با استفاده از نیروی گریز از مرکز انجام دهد به عالوه دارای حجم مخزن بزرگ بوده و همچنین یکنواختی پاشش را در دو راستای طولی و عرضی داشته باشد. جدول 3- خالصه تاريخچه ماشينهای کودپاش کود دامی منبع تامین توان نحوه انتقال کود شیوه پخش کود قابلیتهای جدید مرجع (Whitely & Whitely, 1911) چرخ دستگاه با نقاله خرد کردن و ریزش کود با دو خردکننده خردکن با لبه کنگرهای (Johnson, 1940) چرخ دستگاه با نقاله ریزش از کنار دستگاه به وسیله نقاله نقاله ریزش از کنار )County, 1971( محور تریلی گاردان با بلند کردن مخزن ریزش از انتهای دستگاه با نقاله زاویهدار زنجیرنقاله زاویهدار (Meyer & Meyer, 1996) محور PTO تراکتور با هلیس ریزش از انتهای دستگاه با پرتاب کنندههای عمودی پرتاب کنندههای عمودی (Peeters et al., 2011) محور PTO تراکتور با نقاله ریزش کود از انتهای دستگاه با هلیس خردکن هلیسی با لبه کنگرهای مواد و روشها طراحی و ساخت ماشين کودپاش طراحی ماشین مورد نظر بر اساس بیشترین مقدار عرض پاشش انجام شد. این ماشین به صورت کشیدنی بوده و توان خود را از تراکتور دریافت میکند. قسمتهای اصلی ماشین شامل مخزن دو عدد نقاله پیچی )هلیس( در کف مخزن واحد پاشش سیستم انتقال توان و دیگر اجزا میباشد )شکل 1 (. مکانیزم ماشین به گونهای است که در ابتدا کود داخل مخزن با استفاده از هلیس به وسط مخزن انتقال پیدا میکند. در وسط مخزن و بر روی شفت هلیس چنگکهایی قرار دارند که کود را به سمت دریچههای خروجی که در دو طرف ماشین قرار دارد هدایت میکنند و در آنجا درامهای پاشش با استفاده از نیروی گریز از مرکز کود را در سطح مزرعه پخش میکنند. از مزایای این نوع سیستم انتقال و پاشش کود میتوان به پایین بودن هزینه ساخت و تعمیر و نگهداری سادگی سیستم و همچنین قابلیت پخش کود با رطوبتهای مختلف اشاره کرد. مخزن شکل 3- ماشين کودپاش هليسی کود دامی در طراحی مخزن توجه به دو نکته ضروری است اول اینکه مخزن ماشین نباید به اندازهای بزرگ باشد که فشار وارده بر خاک باعث ایجاد الیه سخت در خاک شود و دوم اینکه مخزن ماشین نباید کوچکتر از حدی باشد که برای عمل پاشش نیاز به بارگیری بیش از حد دستگاه باشد زیرا این امر موجب اتالف زمان و هزینه افزایش تردد ماشین و فشردگی خاک میشود. بنابراین حجم مخزن بر اساس میزان مصرف کود در هکتار و

3 399 تقیزادهطامه و همکاران: طراحی ساخت و شبيهسازی عملکرد ماشين نوين... سرعت حرکت تراکتور در مزرعه طراحی شد. میزان مصرف کود بر اساس نوع خاک و محصول در بازه 21 تا 61 تن در هکتار در است (Mansouri-Rad, 2009) و سرعت حرکت تراکتور برای عملیات پخش کود در بازه 1 تا 16 کیلومتر بر ساعت قرار دارد (ASAE Standards, 2000) که بر اساس آن حجم مخزن برابر 6 متر مکعب طراحی شد. از نکات مورد اهمیت در طراحی مخزن شیب دیواره مخزن است که بر اساس ضریب اصطکاک بین کود و دیواره و اصطکاک بین ذرات کود تعیین میشود تا به این تربیت مانع از چسبیدن کود به دیواره مخزن گردد. بدین منظور ضریب اصطکاک کود و سطح ورقه فوالد بر اساس رطوبت کود در بازه 1/112 تا 1/731 در نظر گرفته شد (Sadin et al., (2009. شیب دیواره مخزن برابر 44 درجه تعیین شد که این مقدار بیشتر از ضریب اصطکاک کود با سطح فلزی بوده و بدین ترتیب از چسبیدن کود به دیواره مخزن جلوگیری میشود. در کف مخزن ماشین دو عدد صفحه مشبک )مشبندی شده( وجود دارد که نسبت به یکدیگر دارای حرکت خطی در راستای طولی هستند. تعبیه این صفحات در کف مخزن اجازه پخش کود در زیر مخزن را میدهد )شکل 2 (. نقاله پيچی )هليس( هلیس از یک شفت تشکیل شده که بر روی آن پرههایی وجود دارد و با چرخش شفت هلیس کود در راستای پرهها حرکت میکند. در ماشین مورد نظر از دو هلیس دوطرفه استفاده شد که کود را به وسط ماشین منتقل میکنند. در وسط شفت هلیس چنگکهایی وجود دارد که با چرخش هلیس دوران کرده و جریان کود را به دریچههای خروجی هدایت میکند )شکل 2 (. ظرفیت انتقال و توان مورد نیاز هلیس به پارامترهای مختلفی از جمله قطر پره هلیس قطر شفت گام هلیس سرعت دورانی و خواص فیزیکی کود بستگی دارد. به منظور طراحی هلیس عرض پاشش ماشین برابر 14 متر در نظر گرفته شد. همچنین سرعت حرکت تراکتور و نرخ پاشش کود به ترتیب برابر 16 تا 1 کیلومتر بر ساعت و 21 تا 61 تن بر هکتار بود که با توجه به عرض پاشش ماشین نرخ پاشش کود )دبی هلیس( در بازه 1/173 تا 1/122 مترمکعب بر ثانیه تعیین شد. سپس پارامترهای هلیس از قبیل قطر پره قطر شفت و طول گام بر اساس رابطه )1( طراحی شد )رابطه 1( که در آن.(Srivastava et al., 2006) ( ) دبی هلیس Q t )m( قطر پره هلیس d sf )m 3 /s( d ss قطر شفت هلیس )m( l p گام هلیس )m( و n سرعت دورانی )rps( هلیس میباشد. الزم به ذکر است که در عمل هلیس به طور کامل پر نمیشود و برای تصحیح دبی آن ضریب 1/7 در نظر گرفته شد. همچنین بهترین عملکرد هلیس زمانی است که طول پیچ آن بین 1/1 تا 1/4 برابر قطر پره باشد (Srivastava et.al., 2006) شکل 2- نمای باالی ماشين کودپاش هليسی و اجزای تشکيلدهنده آن واحد پاشش واحد پاشش ماشین شامل دو درام است که در دو طرف مخزن ماشین قرار دارد. اجزای تشکیلدهنده این درامها شامل شفت تسمههای فلزی و صفحات مستطیلی میباشد. هر درام شامل سه واحد بوده و هر واحد از دو تسمه فلزی و چهار صفحه مستطیلی تشکیل شده است. صفحات مستطیلی با زاویه 11 درجه نسبت به یکدیگر بر روی یک واحد قرار گرفتهاند و واحدها به صورت مارپیچ بر روی شفت مونتاژ میشوند )شکل 3 (. چرخش درام حول محور خود باعث برخورد صفحات مستطیلی به جریان کود خروجی شده و با استفاده از نیروی گریز از مرکز

4 200 مهندسی بيوسيستم ايران دورۀ 74 شمارۀ 2 تابستان 3195 نیاز PTO 2 بوده که با استفاده از تراکتور تامین میگردد. سیستم و این صفحات عملیات پخش کود در سطح مزرعه انجام میشود. شکل 1- درام پاشش و اجزای آن شبيهسازی عملکرد ماشين شبيهسازی عرض پاشش ماشين به منظور تعیین عرض پاشش ماشین ذرات کود دامی به صورت کروی و با شش جرم و 111 گرمی در نظر گرفته شد و مسیر حرکت آنها در بازه سرعت دورانی درام شبیهسازی شد. ذرات کود پس از پرتاب شدن از روی صفحات کودپران تحت تاثیر انرژی جنبشی درام پاشش نیروی وزن و مقاومت هوا قرار گرفته و مسیری را تا برخورد با سطح زمین طی میکنند که این مسافت بر اساس ابعاد صفحات کودپران و سرعت چرخشی آنها ارتفاع صفحات از سطح زمین مقاومت و چگالی هوا و همچنین چگالی کود توسط رابطه )2( محاسبه شد ( ).(Srivastava et al., 2006) )رابطه 2( h که در آن سرعت اولیه ذرات مسافت افقی طی شده توسط ذرات کود )m( میباشد. پارامتر )m/s( زمان سقوط t ذرات کود بوده و با استفاده از رابطه )3( محاسبه میگردد. همچنین ضریب C مربوط به مقاومت و چگالی هوا چگالی ذره و قطر موثر ذره میباشد که با استفاده از رابطه )4( تعیین میشود.(Srivastava et al., 2006) )رابطه 3( )رابطه 4( )رابطه 4( ( ) که در آن C D ضریب بادبردگی ρ a چگالی هوا ارتفاع درامهای پاشش از سطح زمین Z )kg/m 3 ( ρ b )m( )kg/m 3 ( و d p قطر موثر ذرات کود سيستم انتقال توان ماشين میباشد. )m( چگالی کود توان ماشین کودپاش شامل توان کششی ماشین و توان مورد انتقال توان به گونهای است که در ابتدا توان با استفاده از مکانیزم گاردان از محور PTO تراکتور به شفت اصلی ماشین منتقل میگردد و در آنجا به دو قسمت توان هلیس و توان درام تقسیم میشود. برای انتقال توان به هلیس از سیستم زنجیر و چرخ زنجیر استفاده شد که برای سرعتهای پایین و گشتاورهای زیاد مناسب است. از مزیتهای این نوع سیستم میتوان به ثابت بودن نسبت سرعت عدم وجود لغزش و خزش و همچنین عمر طوالنی اشاره کرد.(Richard & Keith, 2011) به دلیل سرعت نسبتا باالی درامهای پاشش و گشتاور کم آنها از سیستم تسمه و پولی برای انتقال توان استفاده شد. استفاده از V تسمههای شکل و پولی باعث جذب بارهای ضربهای شده و در صورت بیشباری تسمه و پولی بر روی یکدیگر سر خورده و بدین ترتیب از آسیبرسیدن به سیستم انتقال توان جلوگیری میشود.(Richard & Keith, 2011) توان کششی ماشین به پارامترهایی از قبیل مقاومت غلتشی ماشین وزن ماشین و عدد حرکت پذیری چرخ در مزرعه بستگی دارد و با استفاده از رابطه )6( محاسبه میشود.(Goering, 1992) )رابطه 6( که در آن ( ) P db سرعت حرکت تراکتور میباشد. توان مورد نیاز کشش ماشین V )kw( )m/s( و w وزن کل ماشین )kn( C n تعیین میشود )رابطه 7( که در آن عدد حرکتپذیری بوده و با استفاده از رابطه )7( ( ).(ASAE Standards, 2000) CI قطر چرخ δ خوابیدگی چرخ و توان شاخص مخروطی خاک عرض چرخ b h ارتفاع مقطع چرخ میباشد. d PTO ماشین شامل توانهای هلیس و درام پاشش میباشد. توان هلیس به خواص فیزیکی کود و پارامترهای طراحی هلیس بستگی دارد و با استفاده از رابطه )1( محاسبه شد.(Srivastava et al., 2006) )رابطه 1( ( ) ( ) ( ) توان الزم برای چرخش آزاد هلیس نیز به عواملی از قبیل اینرسی آن در راستای چرخش و سرعت دورانی آن بستگی دارد که با استفاده از رابطه )1( محاسبه شد. 2 Power take-off

5 203 تقیزادهطامه و همکاران: طراحی ساخت و شبيهسازی عملکرد ماشين نوين... )رابطه 1( طول تغذیه هلیس l i که در آن l p )m( Q a )m( ظرفیت حجمی واقعی ρ b )m 3 /s( d sf )kg/m 3 ( قطر خارجی هلیس f(θ) )m( با سطح افق μ ضریب اصطکاک داخلی کود انتقال مواد طول گام هلیس چگالی ظاهری کود ضریب زاویه هلیس P h P i )W( توان الزم برای چرخش آزاد هلیس توان الزم برای )W( سرعت زاویهای ω )rad/s( I میباشد. و ممان اینرسی درامهای پاشش بوده که با استفاده از نرمافزار سالیدورک محاسبه شد. انتقال توان به هلیس با استفاده از سیستم زنجیر و چرخ زنجیر انجام شد. انتخاب شماره زنجیر بر اساس توان طراحی و سرعت دورانی هلیس انجام شد که در این سیستم از زنجیر شماره 111 برای انتقال توان استفاده شد (ANSI Standard, (1975. همچنین طول بر واحد زنجیر نیز با استفاده از رابطه )11( محاسبه گردید. )رابطه 11( که در آن ( ) طول زنجیر L C P C گام زنجیر )mm( )mm( C C فاصله مراکز شفتهای زنجیر به ترتیب N 2C و N 1C و )mm( تعداد دندانههای چرخ زنجیر کوچک و بزرگ میباشند. توان مورد نیاز درامهای پاشش به دو قسمت توان الزم برای چرخش آزاد درام و توان الزم برای پخش کود تقسیم میشود. توان چرخش آزاد درام به ممان اینرسی درام در راستای چرخش بستگی دارد و با استفاده از رابطه )1( محاسبه شد. توان الزم برای پخش کود نیز با استفاده از رابطه )11( تعیین شد. )رابطه 11( درام که در آن V سرعت چرخش درام V 0 سرعت اولیه ( ) )m/s( P s )m/s( توان الزم برای پخش کود دبی پخش و )W( میباشد. )kg/s( کود انتقال توان به درامهای پاشش با استفاده از سیستم تسمه و پولی انجام شد. در ابتدا توان از شفت اصلی ماشین به شفتهای ثانویه که در دو طرف ماشین و زیر درامهای پاشش قرار دارند انتقال داده میشود. در اثر این انتقال نسبت سرعت دورانی افزایش مییابد و پس از آن توان به درامهای پاشش منتقل میشود. به منظور معکوس کردن جهت چرخش درام راست از سیستم تسمه و پولی ضربدری استفاده شد )شکل 4 (. نوع و تعداد تسمه نیز بر اساس توان و سرعت دورانی درام و با استفاده از رابطه )12( محاسبه شد. )رابطه 12( توان طراحی P b که در آن P rate )kw( )kw( توان انتقالی تسمه f 1 ضریب زاویه درگیری تسمه )قوس تماس( و f 2 ضریب سرویس است. زاویه درگیری تسمه به قطر موثر پولیها بستگی داشته که با استفاده از رابطه )13( محاسبه شد. در رانشهای ضربدری زاویه درگیری تسمه برای هر دو پولی برابر است.(Richard & Keith, 2011) )رابطه 13( طول تسمهها برای رانش باز و ضربدری به ترتیب با استفاده از روابط )14 و 14( محاسبه شد ]11[. )رابطه 14( )رابطه 14( و که در آن d ( ) ( ) ( ) ( ) و D قطر پولیهای کوچک و بزرگ θ d )mm( θ D زاویه درگیری پولیهای کوچک و بزرگ بین مراکز شفتهای پولی C )rad( L op )mm( )mm( و L sc طول تسمه رانش ضربدری فاصله طول تسمه برای رانش باز است. )mm( شکل 7- سيستم انتقال توان ماشين کودپاش هليسی و اجزای آن 3( شفت اصلی 2( شفت ثانويه 1( درام چپ 7( درام راست

6 202 مهندسی بیوسیستم ایران دورة 47 شمارة 2 تابستان 1395 هلیس سرعت حرکت تراکتور و میزان مصرف کود بر هکتار را نشان میدهد. نتایج نشان داد که با افزایش سرعت حرکت تراکتور و افزایش نرخ پاشش کود بایستی سرعت دورانی هلیس افزایش یابد تا مصرف مورد نیاز کود تامین شود. شعاع درامهاي واحد پاشش برابر 200 میلیمتر به دست آمد. نتایج بررسی تاثیر جرم ذرات کود و سرعت چرخشی درام بر روي عرض پاشش ماشین نشان داد که با افزایش جرم ذرات کود در رطوبت معین قطر موثر ذرات در مقابل جریان هوا افزایش پیدا میکند. افزایش قطر ذرات باعث افزایش نیروي مقاومت هوا و کاهش عرض پاشش ماشین میشود (شکل 7 ). همچنین با افزایش سرعت دورانی درامهاي پاشش ذرات به نقاط دورتري پرتاب شده و افزایش عرض پاشش ماشین را موجب میشوند. نتایج نشان داد که در سرعت 810 دور بر دقیقه عرض پاشش ماشین حدود 14 متر است. در سیستم انتقال توان از محور PTO تراکتور تا درامهاي پاشش و هلیسهاي انتقال کود افت توانهایی وجود دارد. این افت توانها ناشی از اینرسی قطعات دوار مانند شفت پولی و چرخزنجیر و همچنین اصطکاك اجزاي سیستم بوده و براي طراحی دقیق سیستم انتقال توان بایستی آنها را لحاظ نمود. شکل (5) دیاگرام افت توان در سیستم انتقال توان ماشین را نشان میدهد. براي محاسبه افت توان از رابطه (9) استفاده شد. نتایج و بحث ظرفیت مخزن ماشین بر اساس میزان مصرف کود در هکتار و سرعت حرکت تراکتور در مزرعه برابر 6 متر مکعب طراحی شد. به منظور تامین دبی مورد نیاز پاشش ابعاد هندسی هلیس شامل قطر پره قطر شفت و گام هلیس به ترتیب برابر و 250 میلیمتر محاسبه شد. شکل (6) رابطه بین سرعت دورانی شکل 5- دیاگرام افت توان در ماشین کودپاش هلیسی شکل 6- تاثیر سرعت تراکتور و نرخ پاشش کود بر سرعت دورانی هلیس

7 201 تقیزادهطامه و همکاران: طراحی ساخت و شبيهسازی عملکرد ماشين نوين... شکل 4- تاثير سرعت و جرم ذرات کود بر عرض پاشش ماشين PTO PTO توان ماشین شامل توان دورانی هلیس و درامهای پاشش میباشد. توان مورد نیاز هلیس در بازه سرعت 11 تا 661 دور بر دقیقه محاسبه شد و ضریب اصطکاک داخلی کود نیز در سه سطح 1/41 1/44 و 1/44 در نظر گرفته شد. همچنین توان مورد نیاز برای چرخش آزاد هلیس نیز در این بازه محاسبه شد )شکل 1 ا- لف(. طبق نتایج به دست آمده مشخص شد که با افزایش ضریب اصطکاک داخلی کود توان دورانی هلیس افزایش مییابد. همچنین رابطه بین سرعت دورانی و توان مصرفی هلیس از نوع نمایی میباشد. بیشترین مقدار توان نیز در سرعت 661 دور بر دقیقه و ضریب اصطکاک 1/44 به دست آمد که مقدار آن برابر 1/1 اسب بخار بود. توان مورد نیاز درامهای پاشش شامل توان الزم برای چرخش بدون بار درام و توان الزم برای پرتاب کود میباشد که در بازه سرعت 441 تا 141 دور بر دقیقه محاسبه شد )شکل 1 -ب(. نتایج نشان داد که افزایش سرعت دورانی درامهای پاشش موجب افزایش توان مصرفی آنها میشود. همچنین به دلیل سرعت نسبتا باالی درامهای پاشش نسبت به هلیس توان چرخش آزاد آن بیشتر است. افت توان در سیستم انتقال توان ماشین در بازه سرعت تراکتور )صفر تا 441 دور بر دقیقه( محاسبه شد. بیشترین مقدار افت توان در سیستم تسمه و پولی بود که علت آن اینرسی نسبتا باالی این سیستم و همینطور سرعت دورانی باالی آن است. کمترین مقدار افت توان نیز در شفت اصلی بود. شکل )1( رابطه بین سرعت و افت توان را در سیستم انتقال توان نشان میدهد. توان دورانی مورد نیاز ماشین بر اساس سرعت دورانی PTO محاسبه شد و رابطه بین آنها از نوع نمایی بود )شکل 11 - الف(. بیشترین مقدار این توان در سرعت 441 PTO دور بر دقیقه برابر 34/2 اسب بخار بدست آمد. همچنین توان کششی ماشین در سرعت پیشروی 16 تا 1 کیلومتر بر ساعت و در خاکهای مختلف محاسبه شد. رابطه بین سرعت حرکت تراکتور و توان کششی ماشین از نوع خطی بوده و با افزایش سرعت توان کششی ماشین افزایش یافت )شکل 11 -ب(. شکل 1- الف( رابطه بين سرعت دورانی هليس و توان مورد نياز ب( رابطه بين سرعت دورانی درام و توان مورد نياز

8 207 مهندسی بيوسيستم ايران دورۀ 74 شمارۀ 2 تابستان 3195 شکل 9- رابطه بين افت توان در سيستم انتقال توان ماشين کودپاش هليسی و سرعت دورانی محور PTO تراکتور شکل 30- الف( توان دورانی مورد نياز ماشين در سرعت دورانی مختلف PTO تراکتور ب( توان کششی ماشين در سرعتهای مختلف تراکتور نتيجهگيری در این پژوهش طراحی و ساخت ماشین کودپاش دوطرفه هلیسی ارائه شد که توانایی پخش کود با رطوبتهای مختلف را دارد. حجم مخزن آن 6 متر مکعب بود و میزان نرخ پاشش کود توسط ماشین در بازه 1/173 تا 1/122 متر مکعب بر ثانیه محاسبه شد. برای جلوگیری از چسبیدن کود به دیواره مخزن شیب دیواره آن 44 درجه در نظر گرفته شد. واحد انتقال کود از دو هلیس تشکیل شده که در کف مخزن قرار دارند و کود را به وسط ماشین انتقال میدهند. واحد پاشش ماشین از دو درام مارپیچی تشکیل شده که کود را از دو طرف مخزن در سطح مزرعه پخش مینماید. نتایج نشان داد که در سرعت 111 دور بر دقیقه درامهای پاشش عرض پاشش ماشین حدود 14 متر است. بیشترین مقدار توان مورد نیاز PTO برابر 34/2 اسب بخار محاسبه شد. بیشترین مقدار توان کششی ماشین در بازه سرعت 1 تا 16 کیلومتر بر ساعت برابر 11/44 اسب بخار بود. نتایج به دست آمده برای توانهای کششی و دورانی ماشین نشان داد که برای تامین توان آن میتوان از تراکتورهای مرسوم در کشور مانند مسیفرگوسن 214 و 311 استفاده کرد. سپاسگزاری این پژوهش به سفارش شرکت مهرگان ماشین ایرانیان و با حمایتهای مالی این شرکت و همچنین همکاری معاونت علمی پردیس کشاورزی و منابع طبیعی دانشگاه تهران طی طرح پژوهشی- کاربردی به شماره ) ( اجرا شد که بدینوسیله از ایشان تشکر و قدردانی میگردد. REFERENCES Adeleye, E. O., Ayeni, L. S. and Ojeniyi, S. O. (2010). Effect of Poultry Manure on Soil Physico- Chemical Properties, Leaf Nutrient Contents and Yield of Yam (DioscoreaRotundata) on Alfisolin Southwestern Nigeria. Journal of American Science, 6(10),

9 205 تقیزادهطامه و همکاران: طراحی ساخت و شبيهسازی عملکرد ماشين نوين... ANSI Standards, Transmission Roller Chains and Sprocket Teeth.(1975). ANSI, B29.1. ASAE Standards, Agricultural Machinery Management Data. (2000). Joseph, MI: ASAE, D County, V. F. W. (1971).U.S. Patent No. 3,602,404. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Duhovnik, J., Benedicic, J. and Bernik, R. (2004). Analysis and design parameters for inclined rotors used for manure dispersal on broadcast spreaders for solid manure. Transactions of the ASAE, 48(5), Fares, A., Abbas, F., Ahmad, A., Deenik, J. L. and Safeeq, M. (2008). Response of Selected Soil Physical and Hydrologic Properties to Manure Amendment Rates, Levels, and Types. Soil Science, 173(8), Goering, C. E. (1992). Engine and tractor power (3rd ed.). American Society of Agricultural Engineers (ASAE). Johnson, R. A. (1940). U.S. Patent No. 2,202,858. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Lague, C., Landry, H., and Roberge, M. (2005). Engineering of land application systems for livestock manure: A Review. Canadian Biosystems Engineering, 47 (6). Li, S. T. and Liu, R. L. (2006). Establishment and Evaluation for Maximum Permissible Concentrations of Heavy Metals in Biosolid Wastes as Organic Manure. Journal of Agro- Environment Science, 25, Mansouri-Rad, D. (2009). Farm Machinery and Tractors. (15th ed.). Bu-Ali Sina University. (Chapter 19). (In Farsi) Meyer, D. A., and Meyer, L. (1996). U.S. Patent No. 5,501,404. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Peeters, K. J., Wilke, G. L., and Landon, G. L. (2011).U.S. Patent No. 7,871,024. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Popa, L., Pirna, I., Nedelcu, A., and Ciuperca, R. (2009). Spreading Machine of 5 Tons Capacity, MG-5. Research Journal of Agricultural Science, 41(2), Richard, G. B., and Keith, J. B. (2011). Shigley's mechanical engineering design. Tata McGraw- Hill Education. (Chapter 17) Ross, E. P. (1905). U.S. Patent No. 787,401. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office. Sadin, A., Aghkhani, M. H., and Abbaspourfard, M. H. (2009). Design of manure gathering machine. Journal of Agricultural Sciences and Natural Resources, 16(1), (In Farsi) Savci, S. (2012). Investigation of Effect of Chemical Fertilizers on Environment. APCBEE Procedia, 1, Srivastava, A. K., Goering, C. E., and Rohrbach, R. P. (2006). Engineering principles of agricultural machines. (2nd ed.). American society of agricultural engineers. Uzoma, K. C., Inoue, M., Andry, H., Fujimaki, H., Zahoor, A. and Nishihara, E. (2011). Effect of Cow Manure Biochar on Maize Productivity Under Sandy Soil Condition. Soil use and management, 27(2), Whitely, W. N., and Whitely Jr, W. N. (1911). U.S. Patent No. 982,330. Washington, DC: U.S. Patent and Trademark Office.