نموذج ریاضی للتنبؤ بضغط الهواء السالب لآلة زراعة دقیقة تناسب حبوب البصل

نوع المستند : Original Article

المؤلفون

1 باحث مساعد بمعهد بحوث الهندسة الزراعیة، مصر.

2 أستاذ الهندسة الزراعیة بمشتهر- جامعة بنها، مصر.

3 مدیر معهد بحوث الهندسة الزراعیة، مصر.

4 مدرس بقسم الهندسه الزراعیة بمشتهر- جامعة بنها، مصر.

المستخلص

إن تصمیم أجهزة التلقیم لمعدات الزراعة الدقیقة التی تعمل بشفط الهواء یعتمد على عدة عوامل منها: الخصائص المختلفة للحبوب (Physical, mechanical and aerodynamic properties) ، خصائص الهواء  (Vacuum characteristics)، الأبعاد الهندسیة لفتحات الهواء فی قرص التلقیم ، وکذلک الضغط السالب الذی ینتج بواسطة مضخات الهواء والمسئول عن التقاط الحبوب ونقلها وأخیرا دفعها إلى أنابیب البذور. وبالرغم من توافر کثیرا من  معدات الزراعة الدقیقة التی تعمل بشفط الهواء على المستوى التجاری ، إلا أن معظم هذه المعدات تستخدم للحبوب الکبیرة لأنه مازال استخدامها مع الحبوب الصغیرة مثل البصل یواجه بعض الصعوبات والتی تعود إلى الاختلافات الکبیرة فی أشکال وأحجام تلک الحبوب بالإضافة إلى أن معظم تلک المعدات تم تصمیمها اعتمادا على خصائص الحبوب الفیزیقیة فقط.

ونظرا لمحدودیة عدد النماذج الریاضیة التی توضح العلاقة بین الضغط السالب للهواء والخواص المختلفة للحبوب خصوصا الصغیرة منها (Shafii and Holmes, (1990); Guarella et al., (1996); and Karayel et al., (2004)) ، فإن الهدف من هذه الدراسة هو تطویر نموذج ریاضی یمکنه التنبؤ بالضغط السالب للهواء على فتحات قرص التلقیم باستخدام کلا من الخصائص المختلفة لحبوب البصل - خصائص الهواء - الأبعاد الهندسیة لفتحات الهواء فی قرص التلقیم. 
وللوصول لهذا الهدف تم اجراء تجارب معملیة لتقدیر الخصائص المختلفة لحبوب البصل کما تم اجراء تجارب فی معمل التربة لتحقیق فاعلیة النموذج باستخدام وحدة زراعة دقیقة لبذور البصل تحت مستویات مختلفة من سرعات مضخة الهواء (Blower Speeds) وباستخدام ثلاثة أقراص تلقیم ذات فتحات للهواء مختلفة الأقطار کما تم أیضا اجراء حسابات هندسیة لتقدیر أبعاد فتحات الهواء فی قرص التلقیم وتقدیر بعض خصائص حبوب البصل.
وکانت أهم النتائج التی تم التوصل إلیها کما یلی:

إن المعادلات التجریبیة التی تم استنتاجها لتقدیر العوامل التی تؤثر على الضغط السالب الناتج على فتحات البذور أظهرت مایلی:

-  القیمة المثلى لتصرف الهواء داخل الفتحة یجب ألا تقل عن 1.8×10-5m3/s وأن لاتزید عن 2.88×10-5 m3/s لفتحة الهواء ذات القطر 1.0 mm تحت المستویات المختلفة من سرعات مضخة الهواء.
-  لا یوجد تغییر ملحوظ فی سرعة الهواء داخل الفتحة کلما تغیر قطرها ، بینما زادت سرعة الهواء داخل الفتحة کلما زادت سرعة مضخة الهواء.
-  قیمة الضغط الساکن لحمل بذرة البصل ضد الجاذبیة الأرضیة کانت 16.51Pa. ، بینما کانت للضغط الدینامیکی الناتج عن السرعة الحرجة للبذور 37.35 Pa..
-  إن فرق الضغط الأمثل خلال الفتحة Pressure difference across the hole یجب ألا یزید عن 963.2 Pa..
-  القیمة المثلى للضغط اللازم لالتقاط البذرة کانت 3.1 kPa. عند 4500-rpm سرعة مضخة الهواء وباستخدام قرص التلقیم ذو القطر 1.0 mm.
-  قیمتا زاویتی الرفع الاستاتکی وکذلک زاویة التماس تحت المستویات المختلفة من سرعة المضخة وباستخدام الأقراص المختلفة للتلقیم کانتا قریبتین جدا من الصفر مما یعنی أنه لیس هناک ضرورة لوجود طارد میکانیکی للحبوب.
-  القیمة المثلى للضغط اللازم لحمل البذرة ضد الفتحة یجب ألا تقل عن 49.7Pa. وأن لاتزید عن 113.6Pa. لفتحات الهواء المختلفة.
-  القیمة المثلى للضغط السالب على الفتحة کانت 3.6kPa. عند 4500-rpm سرعة مضخة الهواء وباستخدام قرص التلقیم ذو القطر 1.0 mm.

إن العلاقة بین القیم النظریة والأخرى المقاسة للضغط السالب على الفتحة أظهرت أن النموذج یمکنه التنبؤ بالضغط السالب على الفتحة لآلات زراعة البصل التی تعمل بشفط الهواء بکفاءة قدرها 0.99.
بناءا على نتائج هذه الدراسة فإنه یمکن التوصیة باستخدام النموذج الذی تم تطویره للتنبؤ بقیم الضغط السالب علی الفتحة للمحاصیل التی تتشابه الخصائص المختلفة لحبوبها مع حبوب البصل.

الموضوعات الرئيسية

المراجع

Bufton L P;  Richardson P; O'Dogherty M J (1974). Seed displacement after impact on a soil surface. J. Agric. Eng. Res. 19(4):327-338.
Fallak S S; Sverker P. (1984). Vacuum nozzle design for seed metering. Transactions of the ASAE., 688-696.
Giannini G R; Chancellor W J; Garrett R E (1967). Precision planter using vacuum for seed pickup. Transactions of the ASAE, 10 (5): 607-610, 614.
Guarella P; Pellerano A; Pascuzzi S (1996). Experimental and theoretical performance of a vacuum seeder nozzle for vegetable seeds. Agric. Eng. Res. 46, 29-36
Hammond J E (1965). Precision vacuum type planter head. USDA-ARS 42-115.
Holmes R G (1985). Seed planter, planter assembly and method of picking up and discharging single seeds. U.S. Patent No. 4,515,291.
Huang J (1999). "Speed of skydiver" (Terminal velocity)". The physics Factbook. Glenn Elter, Midwood High School, Brooklen Collage.
Karayel D; Barut Z B; Ozmerzi A (2004). Mathematical modeling of vacuum pressure on a precision seeder. Biosystems Engineering. 87 (4):437-444.
Moden W L; Jacobson R S (1973). Planter for nursery seedbeds. ASAE Paper No. 73-1545, ASAE, St. Joseph, MI 49085.
Mohsenin N N (1986). Physical properties of plant and animal materials. Gordon and  Breach     Science Publishers, New York. USA.
Rohrbach R P; Holmes R G (1970). Anew concept in seed metering. ASAE Paper Number 70-108. St. Joseph, MI: ASAE.
Shafii S; Holmes R G (1990). Air-jet seed metering, a theoretical and experimental study. Transactions of the ASAE., 33 (5): 1432-1438.
Short T H; Huber S G (1970). The development of planetary-vacuum seed  metering device.  Transactions of the ASAE 13(6):803-805.
Sial F S (1978). Design of nozzles for horticultural vacuum planters. Ph.D. Thesis, The Pennsylvania State University, University Park, 194 pp.
Sial F S; Persson S P E (1979). Optimum design of vacuum planter metering mechanisms. ASAE Paper No. 79-1075, ASAE, St. Joseph, MI 49085.
Sweetman I C (1957). A suction operated precision planter. N. Z. J. of Sci. and Tech. A38(6):577-582.
Walters J  (1971). Precision sowing of forest tree seed for container planting. Transactions of the ASAE 14(6):1136-1138.
Wanjura D F; HudspethE B (1969). Performance of vacuum wheels metering individual cotton seeds. Transactions of the ASAE 12(6):775-777.
المجلة المصرية للهندسة الزراعية
المجلد 26، العدد 4
أكتوبر 2009
الصفحة 1776-1799

ملفات

شارك

إرسال الاستشهاد إلى

الإحصائيات