13

บทที่ 3 อุปกรณ์และวิธีการ

3.1 อุปกรณ์ 3.1.1. อุปกรณ์วัดคุณสมบัติดิน

3.1.1.1 อุปกรณ์เก็บตัวอย่างดิน (core sampling) 3.1.1.2 อุปกรณ์วัดความต้านทานการแทงทะลุ 3.1.1.3 กระดาษบันทึกข้อมูลขนาดมาตรฐาน (unit in MPa) 3.1.1.4 อุปกรณ์วัดพารามิเตอร์ความแข็งแรงดิน 3.1.1.5 ขวดPycnometerขนาด500มิลลิลิตร ส าหรับการหาความถ่วงจ าเพาะดิน 3.1.1.6 อุปกรณ์หาจุดเปลี่ยนสถานะดิน 3.1.1.7 กรอบเหล็กสี่เหลี่ยมขนาด 50 เซนติเมตร 3.1.1.8 ตาชั่ง (ความละเอียด 0.01 กรัม) 3.1.1.9 ตู้อบที่สามารถควบคุมอุณหภูมิได้ 3.1.1.10 ถุงเก็บตัวอย่างดิน 3.1.1.11ที่ตักดิน 3.1.1.12 ตลับเมตร 3.1.1.13 ไม้บรรทัด

3.1.2 อุปกรณ์ที่ใช้วิธีร่อนผ่านตะแกรง (sieves analysis) 3.1.2.1 ชุดตะแกรงเบอร์มาตรฐาน

ตะแกรงเบอร์ 10 ขนาดรูตะแกรง 10 มิลลิเมตร ตะแกรงเบอร์ 20 ขนาดรูตะแกรง 20 มิลลิเมตร ตะแกรงเบอร์ 30 ขนาดรูตะแกรง 30 มิลลิเมตร ตะแกรงเบอร์ 40 ขนาดรูตะแกรง 40 มิลลิเมตร ตะแกรงเบอร์ 50 ขนาดรูตะแกรง 50 มิลลิเมตร

3.1.2.2 ถาดใส่ตัวอย่างดิน 3.1.2.3 เครื่องชั่งที่มีความละเอียดในการวัด 0.01 กรัม 3.1.2.4 เครื่องเขย่าตะแกรงแบบใช้มอเตอร์ 3.1.2.5 ค้อนยางส าหรับใช้ทุบดินให้แตกกระจาย 3.1.2.6 แปรงท าความสะอาดตะแกรง

3.1.3 อุปกรณ์ที่ใช้ในการวัดแรง 3.1.3.1 เครื่องบันทึกสัญญาณอเนกประสงค์ (KYOWA , EDX-100A) 3.1.3.2 อุปกรณ์วัดแรงบิด (torque transducer) 3.1.3.3 อุปกรณ์วัดความเร็วรอบหมุนที่เพลาอ านวยก าลัง (Proximity switch)

14

3.1.4 อุปกรณ์ใช้หาค่าความเร็วในการเคลื่อนที่ของรถแทรกเตอร์ 3.1.4.1 Pole และ Pin 3.1.4.2 เทปวัดระยะ

3.1.4.3 นาฬิกาจับเวลา 3.1.4.4 ปูนขาว

3.1.5 อุปกรณ์วัดความเร็วรอบการหมุนที่เพลา Tachometer 3.1.6 รถแทรกเตอร์ที่ใช้ในการทดลอง

รถแทรกเตอร์ที่ใช้ในการทดลอง ผลิตจากประเทศอังกฤษ ยี่ห้อ Massy Ferguson รุ่น 390 เกียร์ 12 speed ขับเคลื่อน 4 ล้อ

แรงม้าสูงสุด 86 แรงม้า เมื่อรอบเครื่องยนต์ 2200 รอบต่อนาที แรงบิดสูงสุด 233 ปอนด์-ฟุต เมื่อรอบเครื่องยนต์ 1250 รอบต่อนาที แรงม้าสูงสุดที่เพลาอ านวยก าลัง 73 แรงม้า

ความเร็ว PTO 540 รอบต่อนาที เมื่อเครื่องยนต์หมุน 1789 รอบต่อนาที

3.2 วิธีการ 3.2.1 ปัจจัยการทดลอง การทดลองอุปกรณ์พรวนกลบวัสดุเกษตรโดยใช้ไถจานชนิดใช้ก าลังขับในแปลงเกษตรนั้น ซึ่งมีปัจจัยที่เราสนใจท าการศึกษาก็คือ เพลา PTO 2 ชุด คือ ใช้เพลา PTO ในการไถทดลอง และไม่ใช้เพลา PTO เป็นตัวเปรียบเทียบ มุมจาน 2 มุมจาน ก็คือ มุมจานไถที่ 35 และ 40 องศา ความเร็วรอบของเพลา PTO ที่ใช้ในการไถ 3 ความเร็วรอบ คือที่ความเร็ว 130, 150 และ 180 รอบต่อนาที ทดลองที่ความเร็วการเดินทางที่เกียร์รถแทรกเตอร์ Low1, Low2 และ Low3 ทดลองซ้ า 2 ครั้ง ในแต่ละเงื่อนไขการทดลอง ดังนั้นจ านวนการทดลองทั้งหมดเท่ากับ 48 การทดลอง โดยท าการทดลองในแปลงทดสอบ ภาควิชาวิศวกรรมเกษตร คณะวิศวกรรมศาสตร์ ก าแพงแสน เงือ่นไขการทดลองถูกแสดงในตารางที่ 3 ตารางท่ี 3 เงื่อนไขการทดลองสมรรถนะอุปกรณ์สับพลิกกลบวัสดุเกษตรชนิดใช้ก าลังขับ

พารามิเตอร์การทดลอง รายละเอียด อุปกรณ์สับพลิกกลบใบอ้อย อุปกรณ์สับพลิกกลบใบอ้อยชนิดจานแบน 2 จานหน้า และจาน

แบบSpiral nosched disc 1 จานหลัง ติดตั้งระบบกล่องเกียร์ 2 ตัว

มุมจานไถ 35 และ 40 องศา เกียร์รถแทรกเตอร์ Low1, Low2 และ Low3 จ านวนซ้ าของการทดลอง 2 ซ้ า จ านวนการทดลองทั้งหมด 48 การทดลอง

15

ตารางท่ี 4 แสดงแผนผังแปลงทดลอง A1 L1 N1 R1 A1 L3 N1 R1 A2 L1 N1 R1 A2 L3 N1 R1 A1 L1 N1 R2 A1 L3 N1 R2 A2 L1 N1 R2 A2 L3 N1 R2 A1 L1 N2 R1 A1 L3 N2 R1 A2 L1 N2 R1 A2 L3 N2 R1 A1 L1 N2 R2 A1 L3 N2 R2 A2 L1 N2 R2 A2 L3 N2 R2 A1 L1 N3 R1 A1 L3 N3 R1 A2 L1 N3 R1 A2 L3 N3 R1 A1 L1 N3 R2 A1 L3 N3 R2 A2 L1 N3 R2 A2 L3 N3 R2 A1 L2 N1 R1 A1 L1 R1 A2 L2 N1 R1 A2 L1 R1 A1 L2 N1 R2 A1 L1 R2 A2 L2 N1 R2 A2 L1 R2 A1 L2 N2 R1 A1 L2 R1 A2 L2 N2 R1 A2 L2 R1 A1 L2 N2 R2 A1 L2 R2 A2 L2 N2 R2 A2 L2 R2 A1 L2 N3 R1 A1 L3 R1 A2 L2 N3 R1 A2 L3 R1 A1 L2 N3 R2 A1 L3 R2 A2 L2 N3 R2 A2 L3 R2

โดยที ่ A คือ มุมจานไถ

L คือ เกียร์รถแทรกเตอร์ Low 1, Low 2, Low 3 N คือ ความเร็วรอบการหมุนของเพลา PTO R คือ จ านวนซ้ าของการทดลอง 2 ซ้ า

3.2.2 การวัดคุณสมบัติดิน 3.2.1.1 ปริมาณความชื้นในดิน (Soil Moisture Content) ปริมาณน้ าในดินนิยมบอกเป็นเปอร์เซ็นต์ของน้ าหนักในดินเทียบกับน้ าหนักของดิน การหาปริมาณความชื้นในดินท าได้โดยการสุ่มเก็บตัวอย่างดิน 6 ตัวย่างต่อหนึ่งแปลง ตัวอย่างดินจะถูกน ามาชั่งน้ าหนักด้วยตาชั่งที่มีความละเอียด 0.01 กรัม (weight of wet soil sample) น าตัวอย่างดินเข้าตู้อบที่อุณหภูมิ 105 C เป็นเวลา 24 ชั่วโมง (weight of oven dry soil) จากนั้นค านวณหาปริมาณความด้วยสมการที่ (1)

ปริมาณความชื้นในดิน = หลังอบแหง้น้ าหนักดิน

หลังอบแหง้น้ าหนักดินกอ่นอบแหง้น้ าหนักดิน …(1)

3.2.1.2 ความหนาแน่นมวลรวมสภาพแห้งของดิน (Dry Bulk Density of Soil) ความหนาแน่นมวลรวมสภาพแห้งของดิน หมายถึงมวลแห้งของดินต่อปริมาตรทั้งหมด ซึ่งจะรวมปริมาตรของทั้งส่วนเป็นของแข็งและช่องว่าง

16

ความหนาแน่นมวลรวมสภาพแห้ง = ดินทัง้หมดปริมาตรของ

หง้มวลของดินแ …(2) 3.2.3 การวัดความลึกการไถ และความกว้างการพลิกกลบดิน หลังจากการไถแต่ละครั้งจะท า การวัดความลึกการไถซึ่งท าได้โดยใช้ไม้บรรทัดวางบนผิวดินในแนวระดับ จากนั้นใช้อุปกรณ์วัดระยะวัดความลึกการไถ โดยวัดระยะจากระดับดินต่ าสุดในร่องไถถึงแนวระดับไม้บรรทัด (ภาพที่8 ก) และความกว้างการพลิกกลบดินท าได้โดยการใช้อุปกรณ์วัดระยะวัดจากขอบร่องได้จนถึงแนวการพลิกกลับดิน (ภาพที8่ ข)

(ก) วัดความลึกการไถ

(ข) วัดความกว้างการพลิกกลบดิน

ภาพที ่8 การวัดความลึกการไถ และความกว้างการพลิกกลบดิน

3.2.4 ความเร็วการเดินทาง ความเร็วการเดินทาง (Operating Speed) การวัดความเร็วการเดินทางของเครื่องจักรกลในแปลงทดสอบท าได้โดยวัดเวลาการท างานของเครื่องจักรในช่วงระยะทาง 15 เมตร โดยที่

working width

17

เครื่องจักรเคลื่อนที่เป็นแนวตรงตามแนวแปลงทดสอบ ระยะทาง 15 เมตรจะถูกก าหนดในช่วงกึ่งกลางแปลงทดสอบ ระบุระยะทางด้วยการปัก pole A และ B บริเวณแนวขอบด้านหนึ่งของแปลง และpole C และ D ไว้ที่ขอบแปลงอีกด้านหนึ่ง poleทั้งสี่อันจะปักในลักษณะสี่เหลี่ยมมุมฉาก บันทึกเวลาที่เครื่องจักรเคลื่อนที่เป็นแนวตรงระยะทาง 15 เมตร จากนั้นค านวณความเร็วของเครื่องจักร 3.2.5 การลื่นไถล ( Slip) การลื่นไถลของล้อขับเคลื่อนรถแทรกเตอร์จะเกิดขึ้นในระหว่างการท างานในแปลง ระยะทางท่ีรถแทรกเตอร์เคลื่อนที่ไปข้างหน้าจะลดลง เปอร์เซ็นต์การลื่นไถล บางครั้งถูกเรียกว่า อัตราการลดลงในการเคลื่อนที่ (travel reduction ratio) อย่างไรก็ตามในบางกรณีการเคลื่อนที่ของรถแทรกเตอร์ในจ านวนรอบที่ก าหนด ระยะทางการเคลื่อนที่ของรถแทรกเตอร์เพ่ิมขึ้น กรณีดังกล่าวปรากฏขึ้น ขณะที่รถแทรกเตอร์ต่อพ่วงกับอุปกรณ์พรวนกลบวัสดุเกษตรชนิดใช้ก าลังขับ ซึ่งเป็นเครื่องมือที่ผลักไปรถแทรกเตอร์ไปข้างหน้า เปอร์เซ็นต์การลื่นไถลมีค่าเป็นลบ วิธีที่ใช้ในการวัดการลื่นไถลท าได้ได้โดยท าสัญลักษณ์บนล้อขับเคลื่อนของรถแทรกเตอร์ด้วยเทปหรือสีและวัดระยะทางการเคลื่อนที่ วัดระยะทางที่ล้อรถแทรกเตอร์หมุน 5 รอบ ขณะไม่มีโหลดหรืออุปกรณ์ยังไม่ถูกใช้งานบนพ้ืนแปลงทดสอบ (ระยะ A ดังแสดงในภาพที่ 10) และวัดระยะทางท่ีล้อรถแทรกเตอร์หมุน 5 รอบ ขณะมีโหลดหรือรถแทรกเตอร์เคลื่อนขณะอุปกรณ์ก าลังสับและพลิกกลบใบอ้อย (ระยะ B) การระบุระยะทางที่ล้อรถแทรกเตอร์หมุนบนแปลงทดสอบท าได้โดยใช้หมุด (pin) สมการที่ (3) ใช้ในการค านวณเปอร์เซ็นต์การลื่นไถลของล้อรถแทรกเตอร์ ภาพแสดงการวัดระยะทางการเคลื่อนที่ของรถแทรกเตอร์ขณะอุปกรณ์ก าลังสับพลิกกลบใบอ้อย (ระยะ B) ถูกแสดงในภาพที่ 10

ภาพที่ 9 การวัดความเร็วการเดินทาง

.

18

ภาพที่ 10 การวัดการลื่นไถลล้อรถแทรกเตอร์

เปอร์เซ็นต์การลื่นไถลข้องล้อ (% ) = x100A

BA …(3)

3.2.6 ความเร็วรอบการหมุนของเพลาขับจานไถ การหาความเร็วรอบการหมุน ท าได้โดยการใช้อุปกรณ์วัดความเร็วรอบ tachometer ต่อเข้ากับอุปกรณ์จี้หัวเพลา แล้วจี้เข้ากับหัวเพลา ดังรูปภาพที่ 11 3.2.7 ก าลังท่ีเพลาอ านวยก าลัง (PTO power) ทอร์กทรานสดิวเซอร์ (torque transducer) เป็นอุปกรณ์ส าหรับการวัดทอร์กท่ีเพลาอ านวยก าลัง และความเร็วรอบที่เพลาอ านวยกาลังถูกวัดด้วยอุปกรณ์ proximity sensor จากนั้นจึงค านวณค่ากาลังที่เพลาอ านวยก าลังโดยใช้สมการที่ 4 ( การติดตั้งทอร์กทรานสดิวเซอร์ และ proximity sensor ถูกแสดงด้วยภาพที่ 12)

60

Tn2 ังลาอ านวยก าลก าลังทีเ่พ

หน่วย: วัตต์ …(4)

โดยที ่ n คือ ความเร็วรอบท่ีเพลาอานวยก าลัง หน่วย: รอบต่อนาที

T คือ ทอร์ก (torque) ที่เพลาอ านวยก าลัง หน่วย: นิวตัน-เมตร

19

ภาพที่ 11 การวัดความเร็วจากเพลาโดยใช้ Tachometer

ภาพที่ 12 การติดตั้งอุปกรณ์วัดทอร์กและProximity switch

3.2.8 ความกว้างการไถ (Tilling Width) ความกว้างการไถพรวน หมายถึง พ้ืนที่หน้าตัดการไถของผาลจาน ที่ตั้งฉากกับแนวการเคลื่อนที่ของรถแทรกเตอร์ พ้ืนที่หน้าตัดการไถนั้นสามารถค านวณได้ดังสมการที่ 5 ภาพที1่3

Proximity switch Torque transducer

20

AP = sin tan 00

0

01-2

bu

u

bb …(5)

โดย b : รัศมีผาลจาน b0 : รัศมีของขอบผาลจานที่ระดับผิวดิน u0 : ระยะแนวดิ่ง จากจุดศูนย์กลางของผาล

จานถึงผิวดิน Z0 : ระยะในแนวดิ่ง จากจุดต่ าสุดของผาล

จานถึงผิวดิน : มุมของผาลจาน

ภาพที่ 13 ความกว้างการไถ (Tilling Width) ด้วยคุณภาพของการไถถูกประเมินด้วยความลึก และความกว้างของการพลิกกลบดิน

3.2.9 ก าลังขับจ าเพาะที่เพลาอ านวยก าลัง (Specific PTO Power) การค านวณหาค่าก าลังจ าเพาะที่เพลาอ านวยก าลังนั้นสามารถท าได้โดยการน าค่าก าลังที่เพลาอ านวยก าลังส่วนด้วยความสัมพันธ์ระหว่างความกว้างและความลึกการไถ (Ap) ดังสมการที่ 6

ก าลังขับจ าเพาะที่เพล าอ านวยก าลัง = Ap

ังลาอ านวยก าลก าลังทีเ่พ ...(6)

3.2.10 การสอบเทียบอุปกรณ์วัด

การหาขนาดของแรงที่กระท ากับอุปกรณ์วัด คือ ทอร์กที่วัดด้วยทอร์กทรานสดิวเซอร์ (torque transducer) จ าเป็นต้องสอบเทียบอุปกรณ์วัดเหล่านี้เพ่ือทราบถึงความสัมพันธ์ระหว่างแรงและค่าความเครียด (strain) ที่เกิดขึ้นในอุปกรณ์วัดขณะรับแรงขนาดต่าง ๆ กัน ซึ่งมีโหลดทั้งหมด 6 ก้อน และมีระยะ moment arm 38 cm ความสัมพันธ์ดังกล่าวหาได้โดยการบันทึกสัญญาณความเครียดที่แปรผันตามน้ าหนัก(load) ที่กระท าบนอุปกรณ์วัด การสอบเทียบอุปกรณ์วัดถูกแสดงด้วยภาพที่ 14

b

Soil surface

Z0

u0

R

AP

b

b0

21

ภาพที่ 14 การสอบเทียบอุปกรณ์ทอร์กทรานสดิวเซอร์

3.2.11 กระบวนการบันทึกสัญญาณจากเครื่องมือวัด ขณะอุปกรณ์ไถสับและพลิกกลบใบอ้อย สัญญาณความเครียด (strain signal) หน่วย micro strain (𝜇𝜀) จากอุปกรณ์วัดทอร์ก (torque transducer) ถูกส่งไปที่เครื่องบันทึกเอนกประสงค์ (universal recorder) ยี่ห้อ KYOWA รุ่น EDX-100A ภาพที่ 15 ซึ่งท าหน้าที่ขยายสัญญาณและแปลงสัญญาณ อนาล็อก (analog) เป็นตัวเลข (Digit) พร้อมทั้งน าส่งสัญญาณไปที่ Notebook

ภาพที ่15 Universal Data Recorder (KYOWA EDX-100A)

3.2.12 ขนาดเส้นผ่านศูนย์กลางเฉลี่ยก้อนดิน ขนาดเฉลี่ยก้อนดินที่ไถได้ การหาขนาดเฉลี่ยของก้อนดินจาก RNAM Test Codes&

Procedures for Farm Machinery (1995) สามารถท าได้โดยน าดินที่ได้จากการไถมาร่อนผ่านตะแกรง

Universal Data Recorder (KYOWA EDX-100A)

22

มาตรฐาน ซึ่งขนาดของตะแกรงจะเป็นไปตาม Test Codes of Agriculture Machinery Projects in Thailand ประกอบด้วยตะแกรงท่ีมีขนาดของรูตะแกรง 10, 20 ,30 40 และ 50 มิลลิเมตร (ตารางที ่5)

ตารางท่ี 5 แสดงข้อมูลตัวอย่างวิธีการหาขนาดก้อนดิน ขนาดของรูตะแกรง ก้อนดินที่ตกค้าง ขนาดเฉลี่ยของก้อนดิน น้ าหนักที่ค้างบน

(มม.) บนตะแกรง (มม.) (มม.) ตะแกรง (กก.) Pan <10 5 A 10 10-20 15 B 20 20-30 25 C 30 30-40 35 D 40 40-50 45 E 50 50> N F

NF+45E+35D+25C+15B+(5AW

1 dsc …(7)

เมื่อ

dsc = ขนาดเฉลี่ยของก้อนดิน (มม.) W = A+B+C+D+E+F N = ขนาดของก้อนดินที่ค้างอยู่บนตะแกรงท่ีมีขนาดรูตะแกรงใหญ่ที่สุด (มม.)

3.3 ผลการทดลองการสอบเทียบอุปกรณ์วัดแรง

3.3.1 ผลการสอบเทียบอุปกรณ์วัดแรงบิด (Torque Transducer) ตารางท่ี 6 การสอบเทียบอุปกรณ์วัดแรงบิด (Torque Transducer)

น้ าหนัก

สัญญาณ (𝜇𝜀)

Average (ค่าเฉลี่ยของสัญญาณทั้ง 3 ซ้ า)

(𝜇𝜀) น้ าหนักแต่ละ ละกอ้น

(N)

น้ าหนักสะสม (N)

ทอร์ก (N·m)

Test 1

Test 2

Test 3

0 0 0 0.25 0.19 0.37 0.27 249.17 249.17 94.6846 587.90 587.34 588.86 588.03 251.14 500.31 190.1178 1182.52 1180.31 1181.99 1181.61 251.14 751.45 285.551 1775.45 1773.53 1775.70 1774.89 249.17 1000.62 380.2356 2363.04 2360.17 2363.47 2362.23 253.10 1253.72 476.4136 2958.71 2956.58 2959.52 2958.27 249.17 1502.89 571.0982 3548.38 3547.86 3550.46 3548.90

23

y = 0.161x - 0.0396 R² =1

0

100

200

300

400

500

600

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000

แรง ( N )

สัญญาณ ( 𝜇𝜀 )

ภาพที ่16 แสดงความสัมพันธ์ของแรงกับค่าเฉลี่ยสัญญาณทั้ง 3 ซ้ า