بخشی از مقاله
چکیده:
با توجه به هزینه بالای آماده سازی زمین در روش مرسوم، استفاده از ادواتی که مراحل مختلف خاکورزی را با هم ادغام کرده و این کار را به صورت همزمان انجام دهند، نقش قابل توجهی در کاهش هزینه ها و زمان انجام عملیات خواهد داشت . ضمن اینکه استفاده از روش خاکورزی مرسوم سبب بروز مشکلاتی از قبیل تردد بیش از حد ماشین آلات و فشردگی خاک، زمان و هزینه بالای عملیات و فرسایش زیاد خاک می گردد.
به همین منظور، اقدام به طراحی و ساخت گونه جدیدی از یک خاک ورز اولیه شد که با استفاده از یک مارپیچ خاک ورز دوار به آماده سازی زمین می پردازد. این دستگاه ترکیبی از ساختار دیسک و خاک همزن دوار مرسوم بوده و به دلیل حذف ضربات ناگهانی، ارتعاشات بسیار کمتری نسبت به گاوآهن دوار داشته و عملیات نفوذ و برگردان کردن خاک را بهتر از دیسک انجام می دهد. در کاربری این دستگاه برآیند نیروهای جانبی وارد بر دستگاه و تراکتور صفر می باشد.
مقدمه:
خاکورزی اولیه یکی از مهمترین عملیات آماده سازی زمین بوده و استفاده از ادوات مناسب برای این کار و به کارگیری صحیح آن ها، نقش مهمی در بهره وری نهایی خواهد داشت. با توجه به هزینه بالای آماده سازی زمین در روش مرسوم، استفاده از ادواتی که مراحل مختلف خاک ورزی را با هم ادغام کرده و این کار را به صورت هم زمان انجام دهند، نقش قابل توجهی در کاهش هزینه ها و زمان انجام عملیات خواهد داشت .
از طرفی این ادوات بایستی به گونه ای طراحی شوند که علاوه بر به کارگیری حداکثر توان واحد محرک، دارای کمترین ارتعاشات بوده و حتی الامکان بتوان از آن ها در شرایط مختلف استفاده کرد . برای مثال این ادوات باید قابلیت کار در عمق های مختلف و شرایط رطوبتی متفاوت خاک را دارا باشند . در کشور ما کماکان از روش خاکورزی مرسوم استفاده می شود که این امر سبب بروز مشکلاتی از قبیل تردد بیش از حد ماشین آلات و فشردگی خاک، زمان و هزینه بالای عملیات و فرسایش زیاد خاک میگردد. به منظور نیل به این هدف، اقدام به طراحی گونه جدیدی از یک خاک ورز اولیه شد که با استفاده از یک مارپیچ خاک ورز به آمادهسازی زمین میپردازد.
کاربرد خاک همزنهای دوار نیز به عنوان یک ماشین خاک ورز اولیه و به عبارت دیگر روش برگزیدن خاک همزنی جهت آماده کردن زمین به علت نیاز به انرژی خیلی زیاد آن نسبت به گاوآهن برگردان و پودرسازی بالای آ ن محدودتر گردیده است. زیرا انرژی ویژه مورد نیاز خاک همزنهای دوار در مقایسه با انرژی لازم برای شخم با گاوآهن برگردان، دو تا سه برابر بیشتر است . متوسط مقاومت کشش مخصوص برای کار خاک همزن در خاک متوسط، حدود 10 kg/cm2 است، به عنوان مثال خاک همزنی به عرض کار 1m و عمق کار 15cm برای کار با سرعت 1m/sec به تراکتوری با قدرت مالبندی 41 HP نیاز دارد . همچنین قدرت مورد نیاز تراکتور برای بکار انداختن خاک همزنها، به ازای هر سانتیمتر از عرض کار حدود 0/3 kw بر روی محور تواندهی تعیین شده است.
در سال 1940 میلادی فریورت اثر افزایش طول تکه ها بر روی انرژی مورد نیاز را در دو شرایط -1 - با افزایش سرعت پیشروی -2 با کاهش سرعت دورانی - بررسی نمود. در هر حال انرژی ویژه مورد نیاز کاهش یافت . مقادیر اندازه گیری شده از نظر ارقام به 10 برابر مقاومت کششی مخصو ص گاوآهن ها رسیده است . با توجه به تحقیقات فریورت، حتی پایین ترین حد انرژی مورد نیاز محور دوار خاک همزنها تقریباُ سه برابر انرژی مورد نیاز یک گاوآهن برگردان دار در همان خاک می باشد.
در سال 1962 برناکی، کار مخصوص انجام شده توسط یک خاک ورز فعال را به صورت مجموعی از کار استاتیکی و کار دینامیکی ارائه نموده است:
در رابطه فوق بخش اول مربوط به کار استاتیکی - A0 - بوده که بستگی به مقاومت مخصوص خاک دارد و قسمت دوم طرف راست فرمول مربوط به کار دینامیکی - AB - بوده که به سرعت مماسی تیغه بستگی دارد.
به منظور رفع نقایص سیستم های خاک ورزی و ادوات موجود، اقدام به طراحی و ساخت دستگاهی گردید که حتی الامکان مزایای همه ادوات خاکورزی اولیه را به صورت توام دارا باشد . اهداف این طراحی عبارتند از : کاهش هزینه ها و زمان آماده سازی زمین با جایگزینی یک دستگاه به جای چندین وسیله خاک ورز، کاهش فشردگی خاک با یک بار عبور به جای عبورهای مکرر تراکتور در سطح مزرعه ، کاهش توان مورد نیاز و ارتعاشات با خنثی کردن نیروهای جانبی و یکنواخت کردن نیروی کشش ی مورد نیاز و حذف ضربات ناگهانی ، انجام کار در شرایط مختلف شامل توانایی کار در عم ق ها، رطوبت ها و خاک های متفاوت، استفاده در سایر موارد همچون کندن نهر آب ، خرد کردن کلوخه ها و به جا گذاشتن سطحی نرم و یکنواخت با یک بار عبور ا ز سطح مزرعه و در نهایت جلوگیری از پودر شدگی بیش از حد خاک.
مواد و روش ها :
با توجه به اینکه یکی از عملیات مهم در هر سال، صاف کردن زمین جوی و پشته ای پس از کشت صیفی جات در مهرماه است، لذا باید به گونه ای عرض کار دستگاه را انتخاب کنیم که دارای بهترین عملکرد باشد . طبق اندازه گیریهای انجام شده در مزارع صیفی در اواخر تابستان، میانگین ابعاد مقطع جوی و پشته ها جهت طراحی بهینه دستگاه بدست آمد.
اندازه گیری ابعاد جوی پشته ها نشان داد که باید عرض کار دستگاه حداقل 1400میلیمتر باشد تا پاسخگوی نیازهای ما برای دسترسی به عمق های کار بیشتر باشد . به دلیل اینکه در صورت بیشتر یا کمتر بودن عرض دستگاه، برخورد دیواره های کناری و محفظه خورشیدی ها به کنارههای پشتهها سبب جلوگیری از افزایش عمق کار میگردد.
به منظور پی بردن به سرعت پیشروی و دورانی بهینه دستگاه در خاک، باید آن را در سرعت های مختلف آزمایش کرد. جعبه دنده انتخاب شده برای این دستگاه دارای دو خروجی بوده و سرعت را با نسبت ثابت 18:5 کاهش میدهد، بنابراین برای دست یابی به سایر نسبت ها باید اندازه چرخ زنجیرها را تغییر داده و عملکرد دستگاه را در سرعت های مختلف بسنجیم . برای شروع از چرخ زنجیرهای 17 دندانه مشابه و سرعت پیشروی 4 کیلومتر بر ساعت استفاده گردید. با توجه به دور محور تواندهی 540 دور بر دقیقه و گیربکس کاهنده 18:5 دور محور خروجی برابر با 135 دور بر دقیقه می شود که مشابه دور روتیواتور است اما ساختار خود مارپیچ مشابه دیسکی است که آن را امتداد داده باشیم
شکل :1 اندازه مارپیچ و ابعاد خارجی دستگاه
با در نظر گرفتن این نکته که تا کنون چنین دستگاهی ساخته نشده و طبعا توان ویژه مورد نیاز آن محاسبه نشده است، محاسبات خود را یک بار بر اساس توان ویژه مورد نیاز روتیواتور و بار دیگر بر اساس دیسک انجام دادیم.
به دلیل عدم وجود ضربات ناگهانی در حین کار در این دستگاه و رانش پیوسته خاک به طرفین، می توان گفت که توان مورد نیاز آن کمتر از روتیواتور بوده و به دلیل دوران مارپیچ، این خاک ورز باید نسبت به دیسک ها توان بیشتری را مطالبه کند.
فرض ما در طراحی این دستگاه، کار در شرایط خاکی با بافت متوسط با عمق کار حداکثر 15 سانتی متر و استفاده از تراکتور مسی فرگوسن 285 به منظور راهاندازی آن بود. در ابتدا فرض شد که مقاومت کششی مخصوص مارپیچ برابر مقاومت کششی مخصوص گاواهن دوار باشد.
