SUPERVISOR
Ali Esehaghbeygi,Abbas Hemmat,Aminolah Masoumi,Morteza Sadeghi
علی اسحق بیگی (استاد راهنما) عباس همت (استاد مشاور) امین اله معصومی (استاد راهنما) مرتضی صادقی (استاد مشاور)
STUDENT
Maryam Asadi mohammadi
مریم اسدی محمدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده کشاورزی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1391
TITLE
Instrumentation of a Rotary Soil Bin for Measuring the Power Consumption of Tillage Tools
To obtain the total performance of a tillage implement, besides measuring draft and energy requirement, it is important to evaluate the abrasive wear of the tillage tools. Abrasive wear is due to the interaction between soil and tool surfaces. Given to the importance of these two topics, many studies have been conducted by researchers on tillage tools wear as well as their draft requirements in situ (field test) and in controlled environment (soil bin). In the field tests, despite of the actual test conditions and more realistic results, controlling most of the factors affecting the performance of the tillage tools is not possible, and is expensive and time consummating. Most of the studies on the wear of tillage tools have been conducted in laboratory by abrasive wear devices using small dimension of the material from which the tillage tool is made. In this study, after troubleshooting and equipping a rotary soil bin in the Biosystems Engineering workshop of the Isfahan University of Technology, the wear resistance and power requirement of three tillage tines were investigated. During the tests, the oil temperature in the hydraulic power transmission system of the soil bin was raised to more than 65°C, therefore, an oil cooling system was considered for the hydraulic power system. Raising the oil temperature to above 50°C, which is the maximum permissible temperature for most hydraulic systems, causing oxidation, decreasing viscosity and oil film thickness, and eventually lead to damage to the seals and will reduce the life of moving parts. By designing and selecting a suitable air cooling system, the increase in oil temperature was solved. In order to push down and level the soil surface behind the working tillage tool, a smooth roller for the soil bin was designed and constructed. According to the calculation, the weight requirement for compressing the soil to a depth of 200 mm was about 154 kg. Bulk densities (BD) measurements showed that the roller was able to increase BD a value of 1.75 g/cm 3 . In order to moisturize to specific water content, a water sprayer was designed and constructed. To have uniform water spraying with non-splash, a disc nozzle of a microner sprayer was used. After the design of moisturizer system, the water contents in the depths of 0-10 and 10-20 cm were measured and the performance of the system was good. In order to measure the draft force, a tension-compression S-shaped loadcell, with a maximum capacity of 5 kN, was installed at the junction of the shank of tillage tool and the frame of the soil bin carrier. After equipping the soil bin, the abrasive characteristics of a narrow chisel blade made from CK45 steel with a working width of 30 mm and working at constant depth of 200 mm and at two water contents of 0.5 PL and 0.9 PL and at the speed of 5 km/h with three replications were evaluated. The blade wear was measured by weighing method using a digital scale with a precision of 0.001. Results showed when water content was increased, wear rate was reduced. The decrease in wear rate can be attributed to increasing the soil plasticity and soil adhesion to the blade surface and as a result decreasing metal friction. The loadcell calibration was obtained using a universal tension and compression machine. Draft, specific draft and drawbar power of two narrow chisels with widths of 30 and 50 mm, and a sweep with a width 180 mm at working depth of 200 mm, at two water contents of 0.9 PL and 0.5 PL and two speeds of 3 and 5 km/h using a completely randomized factorial experiment with three replications was determined. Analysis of variance results showed that forward speed and soil water content had significant effects on the performance of tillage blades. Mean comparison showed that with increasing the forward speed and soil water content, draft, specific draft, and drawbar power for each of the three blades increased (0.05 LSD). This could be due to an increase in impact force from the blades and soil adhesive forces between soil and the blade, respectively. The tine type also had a significant effect on drawbar power. Maximum mean value of the drawbar power was related to sweep blade and water content of 0.9 PL and speed of 5 km/h treatment with value of 4.16 kW and the minimum mean value of the drawbar power was related to narrow chisel blade and water content of 0.5 PL and speed of 3 km/h with value of 0.95 kW. Keywords : Tillage, Rotary soil bin, Wear, Draft, Drawbar power.
علاوه بر نیاز به اندازه گیری مقاومت کششی و مصرف انرژی ماشین های خاک ورزی، ارزیابی مقاومت به سایش خراشان ابزار خاک ورز در حین کار بسیار مهم است. سایش خراشان در اثر کنش متقابل بین خاک و سطح ابزار بوجود می آید. با توجه به اهمیت این دو موضوع، مطالعات گسترده ای توسط محققین بر روی سایش ابزار خاک ورز و اندازه گیری مقاومت کششی آنها در سطح مزرعه و انباره خاک انجام شده است. در آزمون های مزرعه ای، علی رغم حقیقی بودن شرایط آزمون و واقعی تر بودن نتایج، کنترل بسیاری از عوامل مؤثر امکان پذیر نبوده و نیازمند صرف هزینه و زمان زیادی می باشد. لذا اکثر مطالعات انجام شده درخصوص سایش ابزار خاک ورز، در شرایط آزمایشگاهی و خارج از مزرعه، توسط دستگاه سایش خراشان با نمونه گیری از فلز در ابعاد کوچک انجام شده است و از انباره خاکی دوار برای بررسی اثر شکل ابزار در میزان سایش آنها استفاده می شود. همچنین اندازه گیری مقاومت و توان کششی ادوات خاک ورز بصورت آزمایشگاهی در انباره های خاک خطی یا دوار انجام شده است. در تحقیق حاضر، ضمن تجهیز و رفع عیب سیستم هیدرولیک انباره خاک دوار موجود در کارگاه ماشین های کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان، به بررسی میزان سایش و توان مصرفی سه تیغه خاک ورز پرداخته شد. از آنجا که بالا رفتن دمای روغن سامانه ی انتقال توان هیدرولیکی مخزن خاک دوار به بیش از 65 درجه سلسیوس، استفاده از دستگاه را غیرممکن می نمود و بنابراین، خنک سازی روغن در اولویت کار قرار گرفت. افزایش دمای روغن به بیش از 50 درجه سلسیوس که حداکثر دمای مجاز برای اکثر سیستم های هیدرولیک می باشد، موجب اکسیداسیون روغن، کاهش ویسکوزیته و کاهش ضخامت فیلم روغن گردیده و منجر به آسیب دیدن آب بندها و کاهش عمر قطعات متحرک می گردد. با طراحی و ساخت یک خنک کننده ی هوایی، مشکل گرم شدن روغن سیستم هیدرولیک برطرف گردید. سپس اقدام به ساخت یک غلتک صاف به منظور تأمین فشردگی لازم گردید. طبق محاسبات انجام شده وزن لازم برای این فشردگی در عمق 200 میلی متر حدود 154 کیلوگرم بود؛ و بعد از ساخت، مورد ارزیابی قرار گرفت. اندازه گیری چگالی ظاهری نشان داد که این غلتک قادر به ایجاد تراکم به مقدار g/cm 3 75/1 در عمق کار و حداقل رطوبت موردنظر در خاک شن رسی لومی بود. همچنین به منظور فراهم آوردن شرایط مختلف رطوبت خاک، طراحی و ساخت سامانه ی مرطوب کننده ی خاک انباره، در دستور کار قرار گرفت. از آنجا که یکنواختی پاشش آب و شره نکردن نازل آبپاش مد نظر بود، از نازل دیسکی سم پاش های میکرونر بهره گرفته شد. پس از طراحی و ساخت سامانه مرطوب کننده، یکنواختی تر کردن خاک در لایه های مختلف از عمق موردنظر را با اندازه گیری درصد رطوبت در دو عمق 0-10 و 10-20 سانتی متر ارزیابی شد و نتیجه ی مطلوبی داشت. با طراحی و ساخت سامانه اندازه گیری مقاومت کششی ادوات خاک ورز، ضمن نصب یک بارسنج کششی- فشاری S شکل با حداکثر ظرفیت 5 کیلونیوتن، در محل اتصال ساق تیغه ها، محاسبه توان کششی مصرفی ادوات خاک ورز نیز میسر شد. واسنجی بارسنج توسط دستگاه جامع کشش و فشار انجام شد. پس از تجهیز انباره خاک، با هدف ارزیابی عملکرد صحیح انباره خاک آزمون سایش تیغه ی خاک ورز چیزل باریک از جنس CK45 به عرض 30 میلی متر در عمق ثابت 200 میلی متر و دو سطح رطوبت L9/0 و PL 5/0(:PL حد خمیر) خاک، در سرعت پیشروی ثابت 5 کیلومتر بر ساعت در یک خاک شن رسی لومی در سه تکرار انجام شد. میزان سایش تیغه ها به روش توزین و به وسیله ی ترازوی دیجیتال با دقت 001/0 اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که با افزایش رطوبت خاک، میزان سایش تیغه ها افزایش یافت. افزایش میزان سایش تیغه را می توان به افزایش اصطکاک خاک و چسبیدن آن به سطح تیغه ها نسبت داد. مقاومت کششی، مقاومت ویژه و توان مصرفی سه تیغه ی خاک ورز چیزل باریک به عرض 30 میلی متر، چیزل به عرض 50 میلی متر و پنجه غازی به عرض 180 میلی متر، در دو سرعت پیشروی 3 و 5 کیلومتر بر ساعت، در دوسطح رطوبت L9/0 و L5/0 خاک بصورت فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی در سه تکرار انجام شد. نتایج آنالیز واریانس نشان داد که سرعت پیشروی و رطوبت خاک بر عملکرد تیغه های خاک ورز تأثیر معنی داری داشت. مقایسه میانگین نشان داد که با افزایش سرعت پیشروی تیغه و افزایش رطوبت خاک، مقاومت کششی، مقاومت ویژه و توان کششی مصرفی هر سه تیغه خاک ورز افزایش یافت (0.05 LSD) که دلیل آن را می توان به ترتیب به افزایش نیروی ضربه از طرف خاک به تیغه و افزایش نیروهای دگردوسی بین خاک و تیغه نسبت داد. همچنین نوع تیغه ی خاک ورز نیز تأثیر معنی داری بر توان کششی داشت. بیشترین مقدار توان کششی مصرفی مربوط به تیمار پنجه غازی و رطوبت L9/0 و سرعت 5 کیلومتر بر ساعت به میزان 16/4 کیلووات و کمترین مقدار مربوط به تیمار چیزل باریک در رطوبت L5/0 و سرعت 3 کیلومتر بر ساعت به مقدار 95/0 کیلووات بود. واژه های کلیدی: خاک ورزی، مخزن خاک دوار، سایش، مقاومت کششی، توان مصرفی.