لینک پرداخت و دانلود *پایین مطلب*
فرمت فایل:Word (قابل ویرایش و آماده پرینت)
تعداد صفحه:11
فهرست مطالب:
نتایج
نتیجه گیری
چکیده
نفوذ سنج ها در تحقیقات مربوط به خاک ورزی و مکانیک چرخ های تراکتور به عنوان ابزار اندازه گیری فشردگی خاک به طور گسترده ای کاربرد دارند. نفوذ سنج های دستی با وزن سبک ابزار مفیدی در اندازه گیری شاخص مخروطی خاک می باشند. شاخص مخروطی، نیروی مورد نیاز در واحد سطح برای فروکردن یک مخروط فولادی با ابعاد استاندارد در خاک می باشد و واحد آن برحسب مگاپاسکال بیان می شود. کاربرد این دستگاه ها در شرایطی است که نوع پشت تراکتوری آن به دلیل مشکلات تردد در مزرعه قابل استفاده نباشد. در این تحقیق یک دستگاه نفوذ سنج دیجیتال دستی مجهز به سیستم تحصیل داده بر پایه میکرو کنترلر طراحی و ساخته شد که ابزاری قابل حمل برای اندازه گیری شاخص مخروطی در مطالعات خاک ورزی را فراهم می کند. این دستگاه از سه بخش اصلی مبدل نیرو از نوع تیر یک سرگیردار برای اندازه گیری نیروی نفوذ، مکانیزم اندازه گیری عمق با حسگر نوری و سیستم تحصیل داده تشکیل شده است. داده های ذخیره شده در حافظه سیستم تحصیل داده از طریق کابل سریال 232-RS و یک نرم ابزار نوشته شده به زبان Visual Basic به کامپیوتر شخصی فرستاده می شود. در مرحله ارزیابی این دستگاه، عملکرد آن با یک دستگاه نفوذسنج تجاری استاندارد در شرایط کنترل شده آزمایشگاهی در مخزن خاک مقایسه شد. نتایج اختلاف معنی داری را در سطح اطمینان 95% بین داده های دو دستگاه نشان نداد. عملکرد دستگاه طراحی شده قابل اطمینان بوده و در طی اندازه گیری هیچ گونه مشکل مکانیکی و یا الکترونیکی مشاهده نشد. وزن دستگاه ساخته شده 6 کیلوگرم بوده و کارکردن با آن بسیار ساده و درمقایسه با مدل های موجود بسیار مقرون به صرفه می باشد.
کلیدواژه: نفوذسنج دستی، مقاومت به نفوذ، مبدل نیرو، حسگر عمق، سیستم تحصیل داده
مقدمه
در مکانیک خاک های کشاورزی، اغلب ویژگی های خاک مربوط به عکس العمل خاک در مقابل نیروهای وارده می باشند]1[. این ویژگیها اغلب مربوط به استحکام خاک می باشند که در یک خاک مشخص در اثر مرور زمان، شرایط آب وهوایی، مدیریت خاک و رشد گیاه تغییر می کنند. این ویژگیهای استحکامی و همچنین تغییرات آنها درهر نوعی از خاک می تواند از طریق اندازه گیری مقاومت برشی خاک و یا مقاومت به نفوذ خاک تعیین گردند. مقادیر این مشخصه ها تا حد زیادی به چگالی ظاهری و محتوای رطوبتی خاک بستگی دارند. مقاومت به نفوذ بیانگر فشار مورد نیاز برای تشکیل یک حفره کروی درون خاک، به اندازه ای که بتواند مخروط فولادی را احاطه کرده و همچنین بر اصطکاک بین سطوح مخروط و خاک اطراف آن غلبه کند، می باشد] 2[.
ریشه گیاهان در خاک با فشردگی زیاد نمی توانند نفوذ کند. دلایل به وجود آمدن فشردگی خاک عبارتند از: 1) تردد ادوات سنگین در حین عملیات خاک ورزی وکشش در مزرعه 2) کمبود مواد ارگانیک و از بین رفتن ساختار خاک در اثر خاک ورزی بیش از حد 3) افزایش چسبندگی خاک] 3[. تردد ادوات و تراکتورها، شخم، دیسک زدن، و نوع خاک می تواند باعث فشردگی گردند. سطوح فشردگی بالاتر از 2 مگاپاسکال مانع رشد ریشه گیاهان شده و یا منجر به مشکلات زهکشی و عبور آب می شود. این موارد منجر به عملکرد کمتر محصول خواهد شد] 4[.
نفوذ سنج های مجهز به سیستم ثبت داده ، ابزارهای متداول برای اندازه گیری شاخص مخروطی خاک و به دست آوردن پروفیل فشردگی خاک در مطالعات مربوط به خواص فیزیکی خاک و اثرات آن بر رشد گیاه می باشند. علل محبوبیت این ابزارها عبارتند از: 1) آنها سریع، با کاربرد آسان و مقرون به صرفه هستند 2) داده های قابل تجزیه و تحلیل را فراهم می کنند 3) ابزارهایی هستند که در مطالعات مربوط به نمونه های دست نخورده خاک می توانند مورد استفاده قرار گیرند (شرایط مزرعه ای)] 5[. این ابزارهای قابل حمل در مواردی که نفوذ سنج های نوع تراکتوری قابل استفاده نبوده و یا نمی توان از آنها برای اندازه گیری های زیاد استفاده کرد بسیار موثر واقع می شوند. وقتی که این ابزارهای دستی به سیستم های تحصیل داده الکترونیکی مجهز شوند، می توانند داده های مربوط به مقاومت به نفوذ را ثبت کنند. مقاومت به نفوذ با اندازه گیری شاخص مخروطی تعیین می شود که توسط استاندارد 313.3 S ASAE تعریف شده است. شاخص مخروطی بیانگر میزان نیرو در واحد سطح برای فشار دادن یک مخروط فولادی با ابعاد استاندارد در عمق خاک می باشد. سطح پایه مخروط فولادی به عنوان سطح اعمال فشار در نظرگرفته می شود. مخروط فولادی با زاویه راس 30 درجه بوده و از جنس فولاد زنگ نزن می باشد. میله متصل به این مخروط نیز از جنس فولاد AISI 416 می باشد. این شاخص معیاری کمی برای طبقه بندی خاک از لحاظ فشردگی و همچنین شرایط کششی تراکتور ها می باشد] 6[.
پیشرفت های اخیر در زمینه کامپیوتر و الکترونیک به طور شگفت انگیزی توانایی طراحان را در جمع آوری، پردازش، و تجزیه و تحلیل داده های نفوذ سنج ها بالا برده است. سیستم های جمع آوری دیجیتال داده و تجهیزات اندازه گیری عمق، اندازه گیری های همزمان نیرو و عمق را امکان پذیر ساخته است. در شرایط فعلی و با تجهیزات پیشرفته کنونی، پیش بینی چگالی ظاهری خاک، بافت، رطوبت و رنگ خاک درشرایط مزرعه ای و بدون نمونه گیری از خاک امکان پذیر می باشد.
محققین زیادی در راستای ساده کردن استفاده از نفوذ سنج ها با به کارگیری سیستم های اندازه گیری پیشرفته تلاش نموده اند] 7[. ولس وهمکاران[1] (1981) یک نفوذ سنج دیجیتال دستی مجهز به سیستم جمع آوری داده قابل حمل با یک حافظه از نوع نوار مغناطیسی را طراحی کردند که باعث افزایش ظرفیت ذخیره داده درآن زمان شد] 8[. موریسون و بارتک[2] (1987) یک نفوذ سنج دیجیتال دستی که مجهز به یک پتانسیومتر برای اندازه گیری عمق بود را طراحی کردند. در این دستگاه یک سیستم جمع آوری داده, Version 4.5) Omnidate Polycorder) برای جمع آوری و ذخیره داده ها استفاده شد. وزن کل دستگاه با سیستم جمع آوری داده 7/4 کیلوگرم بود که توسط یک نفر قابل حمل می باشد] 9[. کارگیانو وهمکاران[3] (2006) یک واحد اندازه گیری قابل حمل که پارامترهایی از قبیل استحکام برشی، فرورفتگی خاک و شاخص مخروطی وهمچنین ویژگیهای اصطکاکی خاک را در یک نقطه اندازه می گیرد، طراحی کرده و ساختند. این ابزار اندازه گیری الکترونیکی (Bevameter) از یک مخروط استاندارد ASAE برای اندازه گیری شاخص مخروطی و همچنین اصطکاک بین خاک و فلز زمانی که در یک عمق مشخص در خاک پیچانده می شود، همچنین یک پره مخروطی برای اندازه گیری استحکام برشی خاک در عمق مشخص، یک حسگر اولتراسونیک برای اندازه گیری عمق و همچنین مبدل های کرنش سنجی برای اندازه گیری مقاومت به نفوذ و گشتاور پیچشی تشکیل شده است] 10[.
یکی از معایب نفوذ سنج های دستی نایکنواختی سرعت نفوذ آنها می باشد که دقت اندازه گیری را کاهش می دهد. نفوذ سنج های دستی وجود دارند که یک سیگنال صوتی اخطار دهنده را در زمانی که سرعت نفوذ از حد استاندارد خارج می شود صادر می کنند] 9[.
هدف از این تحقیق طراحی، ساخت و ارزیابی یک دستگاه نفوذ سنج قابل حمل الکترونیکی برای مطالعات خاک ورزی بود. این مقاله روش های طراحی و استفاده از این دستگاه را تشریح کرده و همچنین نتایج مقایسات این دستگاه را با یک دستگاه تجاری عنوان می کند.
مواد و روشها
در طراحی نفوذ سنج های دستی، مطلوب است که وزن دستگاه سبک بوده تا به راحتی و توسط یک نفر قابل حمل باشد. همچنین از دیگر مشخصات مطلوب دستگاه، قابلیت ذخیره سازی داده های زیاد شاخص مخروطی به منظور مطالعات در سطوح بزرگ می باشد و نهایتاً انتقال داده های ذخیره شده به یک کامپیوتر شخصی برای تحلیل های بعدی مورد انتظار می باشد. ابعاد استاندارد مخروط فولادی و میله متصل به آن در استاندارد 313.3 S ASAE و در دو اندازه مختلف عنوان شده است. 1- مخروطی با قطر mm 27/20 ومیله با قطر mm 88/15 برای خاکهای نرم و 2- مخروط با قطر پایه mm 83/12 وقطر میله mm 35/9 برای خاکهای سخت، در دستگاه طراحی شده از ابعاد کوچکتر وطول میله cm 60 وهمچنین مخروط 30 درجه استفاده شد. جنس مخروط ومیله از فولاد زنگ نزن 316 AISI بوده که با عملیات ماشینکاری تهیه شد و این دستگاه طوری طراحی شده که در شرایط خاک نرم بتوان میله ومخروط با ابعاد بزرگتر را جایگزین نمود. و همچنین مخروط به سر میله رزوه شده تا مواقعی که سایش مخروط مطابق با استاندارد از 3% تجاوز کند بتوان آن را تعویض نمود.
اندازه گیری نیرو: در این دستگاه به منظور طراحی لود سل، از تیر یک سر گیردار استفاده شد (شکل شماره 1). حداکثر نیروی وارده به این لودسل 50 کیلوگرم در نظر گرفته شد تا توسط یک نفر قابل تامین باشد. حداکثر شاخص مخروطی قابل اندازه گیری با این نیرو 4 مگاپاسکال می باشد. عنصر ارتجاعی یک قطعه مکعبی از جنس فولاد بوده که ابعاد آن mm 4×50×110 با توجه اصول طراحی لودسل از استیل AISI 4340 با مشخصات ) MPa207 (E=انتخاب شد. د. دو کرنش سنج 120 اهمی در سطح رویی و دو تای دیگر در سطح زیرین آن چسبانده شد. چهار کرنش سنج تشکیل پل وتسون داده که ورودی آن توسط یک باتری 6 ولت از سیستم تحصیل داده تامین می شود. خروجی پل نیز توسط کابل 4 رشته ای پوشش دار به سیستم تحصیل داده متصل شده و ذخیره می شود. علت استفاده از کابل پوشش دار در این لودسل کاهش تاثیرات اغتشاش می باشد.
مقاله طراحی، ساخت و ارزیابی دستگاه نفوذ سنج دیجیتال دستی (کد مقاله93)
