بخشی از مقاله
چکیده
تراکم محصول و اندازهگیری آن یکی از فاکتورهای مهم در کشاورزی دقیق و از مهمترین عواملی است که بر روی عملکرد یک دستگاه برداشت نظیر کمباین و دروگر تاثیر میگذارد. هدف این تحقیق طراحی و ارزیابی سامانهای برای تخمین تراکم گیاهانی نظیر گندم، جو و یونجه است . میتوان بین تعداد ساقه هایی که در جلوی شانه برش قرار دارند و نیروی مقاومتی که مجموعه ی ساقهها در مقابل خم شدن، هنگام پیشروی دروگر نشان میدهند، رابطهای یافت. این نیرو را میتوان به وسیلهی نیروسنج - Load Cell - که در فاصله-ای جلوتر از شانه برش قرار دارد تخمین زد و رابطه ای میان نیرو و تراکم محصول بیان کرد . برخی خواص فیزیکی و مکانیکی ساقه ی گیاه یونجه اندازه گیری شد . با نمونه گیری کاملا تصادفی از ساقه های یونجه، میانگین قطر ساقههای یونجه 2/24 میلیمتر، ضخامت جداره ساقه 0/71 میلیمتر و ارتفاع متوسط ساقهها 394 میلیمتر بدست آمد .
از خواص مکانیکی یک ساقه ی یونجه برای اندازه گیری ارتفاع مناسب نصب نیروسنج استفاده شد . برای محاسبه ی ارتفاع مناسب میله از سطح زمین از خیز بیشینهی ساقه قبل از شکست استفاده شد. برای اینکه ساقه بدون شکست و دولا شدن از میلهی رابط نیروسنج عبور کند، ارتفاع نصب میلهی در تماس با ساقهها باید بهگونهای باشد که فاصله ی میله از نوک گیاه حدا کثر 0/0084 مربع طول ساقه - r = 0.0084 L 2 - باشد. تحقیقات نشان داد که برای انتخاب نیروسنج مناسب برای انجام این کار در نظر گرفتن فرکانس تشدید بسیار حائز اهمیت است . سرعت پیشروی دروگر و ارتفاع نصب نباید به گونهای باشد که فرکانس ایجاد شده از طرف ساقه ها با فرکانس تشدید نیروسنج مساوی باشد . علاوه بر اینبا توجه تغییر محت وای رطوبتی محصول در طی فصل برداشت و به تبع تغییر تنش خمشی ساقه هانیروسنجی با حداقل حساسیت 0/1 نیوتن و محدوده ی اندازهگیری 10 نیوتن به بالاتر توصیه میشود.
کلمات کلیدی: یونجه، لودسل، کشاورزی دقیق، خواص فیزیکی و مکانیکی
مقدمه
در سالهای اخیر تحقیقات زیادی بر روی روش های تخمین تراکم محصولات کشاورزی به وسیله ی حسگرها انجام شده است . انواع مختلفی از حسگرها برای تخمین تراکم محصول مورد استفاده قرار گرفته اند که از لحاظ اصول کارکرد به دو دسته کلی حسگرهای تماسی و حسگرهای غیر تماسی تقسیم می شوند. حسگرهای تماسی انحراف یک جز قابل حرکت را که در تماس با محصول است اندازه می گیرند.[Saeys et al, 2009] اصول اندازه گیری تراکم محصول با امواج آلتراسونیک سال ها قبل ابداع شد و برای کنترل سرعت، تراکم محصولی که در جلوی ماشین قرار داشت با استفاده از آلتراسونیک تخمین زده شد .[Homborg,1980] ابزارهای مکانیکی نیز برای تخمین تراکم استفاده شدند، یکی از این ابزارها شامل یک پاندول افقی بود و رابطه ای میان انحراف پاندول و تراکم محصول - R2=0.89 - برای یک مساحت معین بدست آمد .
پیشبینی مقدار محصول با این روش خوب گزارش شد .[Hammen, 1991] در تحقیقی دیگر از صفحه به جای پاندول استفاده شد و رابطه ی خطی با ضریب R2=0.77-0.86 میان سیگنال دریافتی و مقدار واقعی محصول در هلیس تغذیه گزارش شد .[De Clipple, 2000] ابزار مکانیکی دیگری شامل یک میله ی فلزی متصل به پتانسیومتر در جلوی هد برداشت استفاده شد تا ساقه های ذرت در حال برداشت را بشمارد .[Sudduth, 2000] کارآیی ابزارهای مکانیکی بسیار وابسته به نوع محصول، شرایط آن و سرعت پیشروی است .[Ehlert et al, 2003] میتوان بین تعداد ساقه هایی که در جلوی شانه برش قرار دارند و نیروی مقاومتی که مجموعه ی ساقه ها در مقابل خم شدن، هنگام پیشروی دروگر نشان می دهند، رابطهای یافت. هدف این تحقیق بررسی امکان استفاده از نیروسنج به صورت مستقیم برای تخمین تراکم علوفه و غلات است.
مواد و روشها
محصول یونجه مورد استفاده در آزمایش ها به صورت تصادفی از مزرعه کشاورزی دانشگاه شهید باهنر کر مان چیده شد. پارامترهای فیزیکی قابل اندازه گیریای نظیر محتوای رطوبت بر مبنای وزن تر، قطر میانی ساقه و ضخامت جدارهی ساقه اندازهگیری شدند. برای تعیین مقدار رطوبت متوسط ساقه یونجه، نمونه ها از مزرعه درو و وزن شدند و در دمای 105درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت در داخل آون خشک شده و دوباره وزن شدند.محتوای رطوبت به دو طریق بیان می شود؛ بر مبنای تر - W.B - که جرم آب موجود در یک واحد محصول را بر حسب درصدی از جرم کل آن واحد محصول بیان می کند و بر مبنای خشک - D.B - که جرم آب را بر حسب درصدی از فقط جرم ماده خشک - d.m - محصول حساب میکند ]بهروزی لار، .[1380 روابط 1 و 2 به ترتیب این تعاریف را نشان می دهند.
کاربرد مبنای خشک بهتر است چون مبنا یعنی جرم ماده خشک تغییر نمی کند. با این وجود در بیشتر تحقیقات بر روی محصولات کشاور زی از مبنای تر استفاده می کنند ]بهروزی لار، .[1380 در این تحقیق نیز از مبنای تر استفاده شد.میتوان بین تعداد ساقه ها یا جرم محصولی که در جلوی شانه برش قرار دارند و نیروی مقاومتی که مجموعه ی ساقهها در مقابل خم شدن، هنگام پیشروی دروگر نشان می دهند، رابطهای یافت . این نیرو را می توان به وسیله ی یک نیروسنج که در فاصله ای جلوتر از شانه برش قرار دارد تخمین زد و رابطه ای میان نیرو و تراکم محصول بیان کرد. در شکل 1 شماتیک مکانیزم پیشنهادی برای استفاده از نیروسنج به عنوان ابزاری برای تخمین تراکم محصولاتی نظیر گندم، جو و یونجه نمایش داده شده است.
ساقه یونجه در تماس با میله ی متصل به نیروسنج را می توان مشابه تیر یکسر گیر دار در نظر گرفت و از این رو مقاومت خمشی ساقه در هنگام درو بسیار مهم است.تنش خمشی برای محصولات کشاورزی وابسته به محتوای رطوبت است، طبق تحقیقات تجربی می توان از رابطهی - 3 - برای محاسبه ی تنش خمشی ساقهی یونجه بر حسب رطوبت با ضریب تبیین R2 = 0/ 96 و همچنین برای محاسبهی مدول الاستیسیته از رابطه ی - 4 - با ضریب تبیین R2 = 0/ 99 استفاده کرد ]نظری گله دار و همکاران، .[1387 در رابطهی Y - 3 - مقدار تنش خمشی بیشینه و در رابطهی - 4 - مدول الاستیسیته و x محتوای رطوبت به درصد است.
حداکثر نیروی خمشی مجاز بر روی ساقه ی گیاه تا ساقه در اثر خم شدگی نشکند، با رابطه ی - 5 - قابل محاسبه است :[Crook & Ennos, 1994; Gere & Timoshenko, 1997 ]که در آن Fb نیروی خمشی بیشینه - N - ، Ib گشتاور دوم سطح مقطع - mm4 - ، a شعاع ساقه - mm - ، L طول نمونه مورد آزمایش - mm - و b تنش نهایی خمشی - Mpa - میباشند.برای محاسبهی گشتاور دوم سطح حول محور بزرگتر سطح مقطع ساقه - - میتوان از رابطه ی زیر استفاده کرد:[Gere & Timoshenko, 1997]در رابطهی فوق a و b به ترتیب شعاع بزرگ و گوچک و t ضخامت جداره ساقهاند. a و b در محاسبات برابر در نظر گرفته شدند.هنگام پیشروی دروگر، ساقه ها که در تماس با میله ی حسگر هستند در مقابل حرکت مقاومت می کنند و خم می-شوند. اگر ارتفاع میله مناسب نباشد ساقه ها تا هنگام شکستن و دولا شدن در تماس با میله باقی میمانند. بنابراین
