تطوير خلية دينامومتر لقياس نظام القوة الذي تم تطويره في الحرث والتطبيقات في الزراعة الدقيقة.

أ. حمادة لحسن

غالبا ما يكون إنشاء الآلات الزراعية معقدة للغاية و تتطلب معرفة شاملة  بتفاعل هذه الآلات مع بيئة عملها، في الحرث ، على سبيل المثال يتكون نظام القوة المطور على مستوى التفاعل بين الجرارات و الأدوات و التربة من ستة مكونات (3 قوى ؛ 3 عزم دوران) إن معرفة هذه المكونات تجعل من الممكن تحسين إعدادات الأداة عن طريق تقليل القوى وعزم الدوران (الذي لا يساهم في العمل المطلوب، نفقات الوقود غير الضرورية و تركيب الأداة و الإطارات وما إلى ذلك) و تفضيل المكونات التي تساهم في العمل المطلوب بأقل قدر من نفقات الوقود من خلال إجراء حرث عالي الجودة لخلق بيئة مواتية لتطوير المحصول مستقبلا.

« لأول مرة قمنا بتطوير خلية دينامومتر من نوع جديد تتكيف مع عقبة الجرارات ثلاثية النقاط و تسمح بالقياس في وقت واحد … »

لقياس الجهد التي طورتها أدوات الحراثة، طور العديد من الباحثين أنظمة قياس تتكيف مع عقبة الجرارات الزراعية المكونة من ثلاث نقاط ومع ذلك، فإن هذه الأنظمة لا تسمح بقياس المكونات الستة لنظام القوة المعنية في نفس الوقت و تفتقر إلى الدقة.

لأول مرة طورنا خلية دينامومتر من نوع جديد، تتكيف مع إقتران الجرارات ثلاثي النقاط و تسمح بالقياس المتزامن عبر الإنترنت (الحصول على البيانات مباشرة على الكمبيوتر أثناء الحرث أو البيانات المنقولة عن بعد) المكونات الستة لنظام القوة التي تم تطويرها على مستوى التفاعل بين الجرارات و الأدوات و الأرض، تم تنفيذ تصميمه على جهاز كمبيوتر (CAD) وسمحت لنا نمذجة العناصر المحدودة بإجراء الحسابات المعقدة لعناصره و هيكله و تم تصنيعه في ورشة العمل و سمحت لنا الإختبارات الميدانية بالتحقق من إشتغاله.

تحتوي خلية القياس على ثلاثة مقاييس دينامومتر مصممة خصيصا تتداخل بين هيكلين على شكل مثلث تم تجهيز كل واحد منهم بجسرين من مقاييس الضغط لضمان القياس المتزامن لقوتين عموديتين تعمل نمذجة العناصر المحدودة (FEM) لمقاييس الدينامومتر على تحسين موقع مقاييس الضغط و تحديد منحنيات المعايرة النظرية تشير نمذجة FEM للخلية بأكملها إلى أن الضغوط على الهيكل منخفضة و قوة الشد التي لا ينبغي تجاوزها تنتج عن معيار تشوه و تعادل 60 كيلو نيوتن، تشير معايرة مقاييس الدينامومتر إلى أن كل من أجهزة الإستشعار الثلاثة لها خطية عالية وأنه لا يوجد أي تداخل بين جسور القياس.

يتم إنشاء مصفوفة المعايرة لخلية الدينامومتر من إختبارات الشد التي أجريت في المختبر حيث يتم إجراء الإختبارات على التربة الطمية بإستخدام محراث ثلاثي يتميز صبه رقميا بإستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD). إنها توفر القوة الطولية (قوة السحب) و القوى العرضية و الرأسية بالإضافة إلى عزم الدوران الذي يخضع له المحراث، تزداد هذه الضغوط بشكل متناسب مع عمق الحرث و وفقا لقانون متعدد الحدود للنظام 2 مع سرعة التقدم. قوة السحب FX هي العنصر الأكثر أهمية تليها القوة العرضية FY في الموضع الأخير تأتي القوة الرأسية FZ، عزم دوران المحور العرضي CY هو في الأعلى يليه على التوالي عزم دوران المحور الرأسي CZ والمحور الطولي CX.

« يمكن أيضا إرسال البيانات عن بعد إلى مدير العمليات لإدارة العملية بالتشاور مع المنفذين في الحقول … »

تتيح خلية القياس المطورة القياس بضغط عال و في نفس الوقت المكونات الستة (3 قوى، 3 عزم دوران) لنظام القوة الذي تم تطويره على مستوى التفاعل بين الجرار و الأدوات الأرضية في ظل ظروف مختلفة. تتيح القياسات عبر الإنترنت الحصول على فكرة دقيقة عن كل مكون من المكونات من أجل الحصول وفقا لذلك على منهجية علمية لتحسين إعدادات الأداة في ظروف عمل حقيقية،  يمكن دمج خلية عزم الدوران في الزراعة الدقيقة للتعديل الآلي لأدوات الحراثة.

يمكن إرسال تعليمات الضبط إلى جهاز متكامل على مستوى أجهزة هذه الأداة و يمكن أيضا إرسال البيانات عن بعد إلى مدير العمليات لإدارة العملية للتشاور مع المنفذين في الحقول يمكن أن تشكل سجلات البيانات أيضا قاعدة بيانات لإنشاء خريطة لحرث التربة من حيث مقاومة العمل في ظروف مختلفة (نوع الأداة ، نوع التربة ، رطوبة التربة ، عمق العمل ، سرعة العمل ، قوة الجرار ، إلخ) و لها أداة لصنع القرار و تنظيم الموقع.

بقلم: الأستاذ الدكتور لحسن حمادة