طراحی و ساخت دستگاه دروگر بوته برای برداشت دو مرحله ای لوبیا چیتی

STUDENT

DEGREE

YEAR

The importance of beans in Iran, as a nutritious crop, is after cereals, namely wheat and rice. Cultivated fields under the production of beans are about 10 percent of the land under cereals. Bean crops importance comes after cereal crops and in Iran beans consumption is placed in third position after wheat and rice. Land under beans cultivation is 10% of the land assigned to cereal crops production. In Iran beans are hand harvested in two stages, first plants are undercut by hand and left to dry for a few days, and in the second stage dried stalks are collected and threshed using a stationary thresher to separate seeds from pods. To reduce labor costs in bean crop production, a harvesting machine is necessary. Varieties planted in Iran are of the runner type and therefore, a harvester machine should be equipped with a mechanism to lift the laying plants before undercutting stems. A cutter bar and a pick up mechanism similar to what exists in balers were used in this research for harvesting pinto beans. Spring fingers in the pickup lifted the stems as the machine moved forward before the cutter bar damaged the pods. To prevent stems from tangling around lifting fingers, separating bars were used. After lifting stems, the fingers moved through the separating bars and thus, stems were left on to be transmitted to the conveyor. A front three-point hitch positioned on the tractor was used to prevent the tractor moving on the uncut crop. To achieve proper cutter bar speed and the least vibration, hydraulically driven power motor was used. Shear energy for cutting a stem, which determined by a pendulum method, was 20 Jules. The shear energy data was used to design and select hydraulic pump and motors. Power requirement was determined considering a forward speed of 5 km h -1 and the plant density of 60 bushes per square meter. Power requirement was calculated to be 15 and 2.3 horsepower for the cutter bar and the pickup unit, respectively. Having the power and number of revolutions, torque requirements was calculated to be 213 N.m. and 322 N.m. for the cutter bar and pickup, respectively. A hydraulic motor model MR125 for the pickup mechanism and MR80 for the cutter bar was selected based on the torque requirements. A hydraulic pump providing 175 bar pressure and 50 L s -1 flow rate was selected. After fabricating the machine, preliminary tests were conducted in the workshop. A digital tachometer was used to measure shaft speed of the cutter bar and the pickup mechanism. No serious malfunction was observed during the tests. Minimum rotational speed of the pickup was 52 and 512 rpm for the cutter bar which was comparable with the initial design assumptions. Keywords: Pickup unit, cutter bar, hydraulic system, pinto bean harvester, shear energy

به طور کلی اهمیت حبوبات بعد از غلات است و در ایران پس از گندم و برنج قرار دارد. اراضی تحت کشت حبوبات برای تولید دانه خوراکی حدود 10 درصد مساحت زیر کشت غلات است و میزان تولید کل آنها حدود 5/3 درصد می باشد. در برداشت دستی لوبیا که در ایران به صورت دو مرحله ای انجام می شود، ابتدا بوته ها بریده شده و برای خشک شدن چند روز در سطح مزرعه رها شده و سپس برای انجام عملیات خرمن کوبی و جدایش دانه از کاه و کلش به خرمن گاه انتقال داده می شوند. به منظور کاهش هزینه کارگری و توسعه مکانیزاسیون کشاورزی وجود یک ماشین جهت برداشت لوبیا ضروری به نظر می رسد. با توجه به نوع لوبیای کشت شده در ایران که از نوع رونده هستند، ماشین دروکن آن بایستی مجهز به مکانیزمی باشد که بوته را همراه غلاف ها قبل از بریده شدن به سمت بالا هدایت کند. در طرح حاضر جهت برش بوته لوبیا از یک شانه برش و جهت بلند کردن بوته لوبیا از مکانیزمی شبیه به واحد بردارنده بسته بند کن علوفه استفاده شد. در واحد بردارنده ماشین دروگر لوبیا چیتی، انگشتی های فنری نصب شده بر روی محورهای نگه دارنده، داخل محصول خوابیده فرو روفته و با بلند کردن بوته از سطح زمین ضمن هدایت آن به پشت سر، از برش غلاف ها توسط شانه برش نیز جلوگیری می کند. جهت جلوگیری از گیر کردن بوته های لوبیا چیتی به دور انگشتی ها و برگشتن آنها به جلوی دستگاه که منجر به تجمع و خفگی دستگاه می شود از تسمه های جدا کننده در یک مسیر بادامکی استفاده شده است. انگشتی ها پس از بلند کردن و انتقال بوته های لوبیای بریده شده، در انتهای مسیر از بین تسمه های جدا کننده پایین رفته و در نتیجه بوته های لوبیا چیتی از آنها جدا می شوند. به جهت اینکه تراکتور روی محصول بریده نشده حرکت نکند از یک مکانیزم اتصال سه نقطه جلو تراکتوری جهت جلو سوار کردن دستگاه برداشت لوبیا چیتی استفاده شد. جهت ایجاد امکان اتصال دستگاه به انواع تراکتورها از اتصال کرپی استفاده شد. برای دستیابی به سرعت مناسب شانه برش به طوری که کمترین ارتعاش را ایجاد کند، از سامانه انتقال قدرت هیدرولیکی استفاده شد تا امکان تنظیم پیوسته سرعت مهیا شود. برای انتخاب پمپ و هیدروموتورهای مناسب، انرژی مورد نیاز برش و برداشت بوته لوبیا تعیین گردید. به این منظور میانگین انرژی برشی مورد نیاز ساقه لوبیا چیتی به روش آونگ اندازه گیری شد که مقدار آن جهت برش یک ساقه لوبیا چیتی 20 ژول محاسبه گردید. با احتساب سرعت پیشروی دستگاه (5 کیلومتر درساعت) و تراکم بوته در واحد سطح (60 بوته در واحد سطح) توان مورد نیاز شانه برش تعیین گردید.توان مورد نیاز شانه برش 15 اسب بخار و توان مورد نیاز واحد بردارنده 30/2 اسب بخار تعیین گردید. با داشتن مقدار توان و تعداد دور هر واحد، مقدار گشتاور مورد نیاز آن واحد بدست خواهد آمد. بنابراین مقدار گشتاور مورد نیاز واحد برش 213 نیوتن متر و مقدار گشتاور واحد بردارنده 322 نیوتن متر بدست آمد. سپس با استفاده از این سه پارامتر اقدام به انتخاب هیدروموتور هر واحد شد که برای واحد بردارنده هیدروموتور مدل MR125 و برای واحد برش هیدروموتور مدل MR80 انتخاب شد. در ادامه با داشتن مقدار فشار وارده به سامانه هیدرولیک که مقدار آن 175 بار است و مقدار دبی مورد نیاز سامانه هیدرولیک که 50 لیتر بر دقیقه تعیین شد، اقدام به انتخاب پمپ برای سامانه هیدرولیک شد. پس از تکمیل مراحل طراحی و ساخت، دستگاه در کارگاه مورد آزمایش قرار گرفت. با استفاده از دور سنج نوری- دیجیتالی، سرعت محور واحد بردارنده و شانه برش اندازه گیری شد. در طول انجام آزمایشات مشکل عمده ای در عملکرد دستگاه مشاهده نشد. حداقل سرعت واحد بردارنده 52 دور در دقیقه و سرعت واحد برش 512 دور در دقیقه بود که با فرضیات اولیه تطابق داشت. کلمات کلیدی: واحد بردارنده، شانه برش، سامانه هیدرولیک، دروگر لوبیا چیتی، انرژی برشی