بخشی از مقاله
چکیده
ایجاد بستر مناسب و بذرکاری دستی بذرهای سبزیجات کوچک در سینی های کاشت نشاء یک کار زمانگیر و مستلزم نیروی انسانی بالاست و موجب محدود شدن ظرفیت تولید کشت سبزیجات در گلخانه ها میشود. کشاورزان از بذرکارهای ظرفیت بالای خارجی استفاده نمیکنند زیرا قیمت آنها خیلی گران است. هدف از این پژوهش شبیه سازی و ساخت یک روبوت بذرکار دقیق برای سینی های کاشت بوده که از مواد بومی و قطعات استاندارد در دسترس و ساده از قبل موجود تهیه شده است.
بر اساس پارامترهای طراحی شده در آزمایشگاه، یک نمونه اولیه از یک بذرکار بادی توسط نرم افزار سالیدوورکس شبیه سازی شده و برای کاشت بذر سبزیجات مورد تحلیل آزمایش قرار گرفت. این روبوت بذرکار میتواند در یک ردیف از سلولها در یک سینی شیار ایجاد کند وبا اندک زمانی تاخیر یک عدد بذر را در آن شیار جادهد. این بذر کار در فشار مکش 3/89 و 3/42 و قطر سوراخ های 0/47 و 0/49 میلی متر مورد بررسی قرار گرفت.
بسته به ظرفیت سینی ها ظرفیت این بذرکار بین 17000 تا 35000 سلول در ساعت میباشد. قیمت تمام شده بذرکار 17000 سلول با استفاده از نمونه اولیه این دستگاه بذرکار حدود 8 میلیون تومان میشود که تنها 30 درصد از هزینه محاسبه شده بذرکار دستی است. به منظور ارزیابی سامانه، 10 سینی نشاء در سه تکرار توسط روبوت طراحی شده کشت شد و در هر مرحله تعداد بذر صحیح کشت شده در هر سینی شمارش شد. دقت سامانه طراحی شده بهطور میانگین 90 درصد بود. ظرفیت کشت سامانه، 170 سینی در هر ساعت اندازهگیری شد.
.1 مقدمه
ایجاد بستر مناسب و بذرکاری دستی بذرهای سبزیجات کوچک در سینی های کاشت نشاء موجب محدود شدن ظرفیت تولید کشت سبزیجات در گلخانه ها میشود و از طرفی هم این بذرها گران قیمت هستند باید درصد جوانه زنی و جوانه های سالم و بدون بیماری را برای انتقال به مزرعه های فضای باز، به حداکثر رساند. آماده سازی جوانه ها در سینی های نشاء نوعی تکنلوژی برای پاسخ دهی به این نیاز است - Peyvast and Tafazzoli, 1999 - . این تکنولوژی در سطح سرمایه گذاری کشاورزی، هم برای کشاورز و هم برای سرمایه گذار مزایای زیادی دارد.
سینی ها با یک لایه بدون خاک پوشیده شده که شامل کودپیت و ومیکولیت است و آنگاه پس از شیارزنی و آماده کردن بستر مناسب، درون هر سلول به طور دستی یک عدد بذر گذاشته میشود؛ اما قرار دادن دستی بذر مرحله ای زمان گیر و مستلزم نیروی کار بالاست. برای بذرکاری 100 سینی نشاء - 7*15 - جهت رشد 10200 جوانه حدود 16 فرد در ساعت لازم است. همین امر موجب میشود به علت در دست نبودن نیروی کار کافی ظرفیت تولید گلخانه ها کاهش یابد. به خصوص در فصل کار یافتن نیروی کار برای بذرکاری جوانه ی سبزیجات خیلی دشوار است.
بنابراین مکانیزه کردن عملیات بذرکاری در سینی ها جهت افزایش ظرفیت صنعت روبه رشد گلخانه های ایران ضروری است. برای اینکه بذرکاری دقیق انجام شود باید یک عدد بذر از داخل مخزن برداشته شود و درون هر سلول جاگذاری گردد. در سراسر دنیا مرحله ی تکی سازی بذر مورد مطالعه ی پژوهشگران مختلفی قرار گرفته است و انواع مختلفی از سیستم های بذرکاری برای محصولات ارائه شده است.
برای مثال: یک جدا کننده تکی بذر برای سینی ها تراکم بالا ارائه داده است که میتواند بذرهای بیضی شکل را به صورت تکی جدا کند اما قادر به تکی سازی بذرهایی که شکل نا منظم دارند نیست. - - Hanacek and Bickel, 1984 از این رو یک قالب مکشی ارائه شد که از دو صفحه 3 میلی متری پلاستیک الکتریک تشکیل شده است که زاویه مثلثی دانه را میبرند و آن را سوراخ میکنند تا بتواند انها را برداشت کند - Margolin et al, 1986 - . همچنین یک بذرکار مکشی چند منظوره ارائه شد که هم برای بذرهای صاف مناسب است هم برای بذرهای کروی. طبق گزارشات ارائه شده این بذرکار 36 بار سریعتر از کاشت دستی است - Chen et al, 1993 - .
محققی دیگر کارآمدی بذر کار ماشینی بذرهای سبزیجات را در 18 نوع مخزن محصول مطالعه کرد و چنین نتیجه گیری کرد که فاکتورهایی که روی کارآمدی بذرکار اثر دارند عبارتند از: درجه مکش، قطردهانه، شیوه ی ورود دهانه به مخزن حاوی بذر، شکل بذر و نیز برخی خصوصیات بذر مثل تمیز بودن، اندازه سطح سیقلی یا شکل کپسولی داشتن - Zigmanov, 1997 - . برای بذر باشی اتوماتیک دانه های بزرگ میوه ها، سبزیجات و محصولات ریشه زیرزمینی یک بذر کار مکشی ارائه شده است - Kim et al, 2003 - . طبق گزارشات این محقق، فاکتورهای مهمی که اغلب روی سرعت بذر پاشی اثر دارند عبارتند از قطردهانه و فشار مکشی استخراج .
2. ابزارها و شیوه ها
1.2. مراحل آزمایشگاهی
ابتدا در آزمایشگاه به بررسی خواص بذرهای گوجه فرنگی پرداخته شد: اندازه، شکل، وزن، سرعت خروجی و سرعت کمینه حمل. سپس یک واحد تکی سازی مکش-محور آزمایشی برای کسب پارامترهای طراحی آماده شد، به طوری که بتوان یک بذر واحد از بذرهای گوجه فرنگی را برداشت. کمترین زمان جایگیری - MRT - 1 بخش دهانه برای برداشتن بذر محاسبه شد . MRT عبارت است از کمترین بازهی زمانی که دهانه باید روی مخزن بذر ثابت بماند تا یک عدد بذر واحد را بردارد. این کار بوسیله ی یک دوربین دیجیتال با سرعت 25 فریم بر هر ثانیه انجام شد و با تحلیل نتایج، زمان مورد نیاز برای حرکت بذر از مخزن به دهانه محاسبه گشته.
.2.2 ملاحظات مربوط به طراحی
بر مبنای مقادیر بهینه ی بدست آمده از فشار مکش، اندازه ی دهانه و MRT بدست آمده، یک نمونه اولیه از یک بذر کار طراحی و ساخته شد. اصلی ترین مواردی که در طراحی و ساخت مد نظر قرار گرفت عبارتند از: هزینه ها، آسانی عملکرد، قابلیت حمل و نقل، استفاده از مواد و وسایل بومی و در دسترس و از قبل از موجود و نیز ظرفیت بذرپاش، شیوه ی تکی سازی بذر. در شکل - 1 - طرحواره دستگاه قابل مشاهده است.
درتحقیقی که با چند گلخانه تجاری صورت گرفت آشکار شد که در فصل کشت حدوداً روزانه 20 هزار نشای سبزیجات تقاضا می شود، اما انتظار می رود در آینده ای نزدیک این رقم دو برابر شود. طبق مطالعات صورت گرفته روی کارهای صورت گرفته ی قبلی مبنای کار بر تکی سازی بادی بذر قرار گرفت. برای اینکه هزینه ها کمینه شود، از قطعات ساده ی از پیش موجود استفاده شد، مثل پمپ های مکش، موتور الکتریکی، PLC، اینورتر، سنسورهای نوری، کنداکتورهای سنسورها، جک های بادی، اتصالات و شیرهای برقی، تسمه و غیره. قطعاتی هم که موجود نبودند، طراحی شدند.
سامان دهی و شکل بندی اجزا نیز بر مبنای آسانی عملکرد، تطابق و هماهنگی کنار هم قرار گیری اجزا بود. قبل از پایان طراحی به جنبه های آرگونومیک کار پرداخته شد. سکوی دستگاه 780 میلی متر در نظر گرفته شد به طوری که ارتفاع شاخص طوری باشد که مناسب یک کارگر متوسط باشد که روی صندلی نشسته یا ایستاده است. کلیدها و دریچه ها طوری قرار داده شده اند که در دسترس کاربر باشند. همزمان سازی حرکتی و زمانی اجزا دستگاه به ترتیب زیر صورت گرفت:
الف - قرار دادن اولین سینی نشاء برروی تسمه حرکتی دستگاه.
ب - دریاف اولین سیگنال مبنی بر ورود سینی و باز شدن دریچه مخزن اولیه جهت کودریزی.
ج - آماده کردن بستر کشت و کوبش یک ردیف از سلول های سینی در یک زمان.
د - تأمین ترکیبی از پارامترهای طراحی ماشینی و عملیاتی از جمله: اندازه ی سوراخ های استوانه، فشار مکش، ارتفاع مخزن بذر، کمترین زمان جایگیری و ارتعاش مخزن بذر برای تکی سازی برداشتن بذر.
ه - برداشتن بذرها از مخزن بذر و آزادسازی آن از دهانه برای قرارگیری درون سلول های سینی نشاء .
و - در مرحله پایانی باز شدن دریچه مخزن ثانویه جهت کودریزی.
این مراحل - ب - تا - و - در یک دور از چرخش موتور با سرعت 60 دور در دقیقه انجام می شود، در حالیکه برای کاشت هر سینی فقط 22 ثانیه زمان لازم است تا ظرفیت تولید کشت بذر مطلوب به شمار رود. برای بررسی همزمانی اجزاء عملیاتی، قبل بررسی نهایی بذر کار، با استفاده از نرم افزار …solid works» اجزاء عملیاتی را شبیه سازی و حرکت آنها را بررسی کردیم. شکل - 2 -
