Kobe University Repository : Kernel

　Kobe
University Repository : Kernel
Title
粒剤散布装置の開発に関する研究.第1報 : 理論的計算と
散布装置の試作(農業工学)
Author(s)
西村, 功 / 川村, 恒夫 / 幸, 宣夫
Citation
神戸大学農学部研究報告, 15(1): 123-127
Issue date
1982
Resource Type
Departmental Bulletin Paper / 紀要論文
Resource Version
publisher
URL
http://www.lib.kobe-u.ac.jp/handle_kernel/00227262
Create Date: 2015-01-31
神大鹿研報 (
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) 15:123-127. 1
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粒剤散布装置の開発に関する研究
第 1報理論的計算と散布装置の試作
西村
功*・川村恒夫*・幸
宣夫*
(昭和田年 8月10日受理)
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1 Theoretical Consideration and Developing of the Machine
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本圃場機械学研究室
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1
2
4
西村
功・川村恒夫・幸
論
緒
現在，粒状肥料，農薬の散布には走行式散布装置とし
宣夫
する O エネルギ損失が無いと仮定すれば，カプセル飛行
中，粒状物質拡散中のいずれの時点をとっても位置エネ
ルギ，運動エネルギの和は一定である O
て，ブロードキャスタ，ライムソアなどの使用が考えら
カフ。セル打上げに必要なエネルギを求めるために，
れるが，作物が成長した時点において追肥や防除のため
F
i
g
.
lに示すようなエネルギ関係について考える O 縦軸
にそれらの走行式高性能機械を潤場内に入れることは，
にエネルギ，横軸にカフ。セルおよび，粒状物質の水平飛
困難なことが多く実用上不可能な面がある。そこで，闘
距離をとる O カフ。セルは運動エネルギ Eo(
=
!
-M Vめ
場内で使用することなしに，農道や畦畔から，自走型打
を持って，所定の角度で打上げられる。カフ。セル上昇に
上機(打上式粒状物質散布装置〉によって，粒状肥料，
従って位置エネルギは増加し， F
i
g
.
lのように飛行放物
農薬，種子などを空中より散布する方法が有効な手段と
線に沿って増大する。
なる o
ヘリコプタでの農薬，種子の空中散布は，大規模散布
となり，
ドリフトによる散布損失および，農薬による公
害の問題がある O 従って小規模の散布も必要であり，打
ωロ凶
機，防除機，および，播種機としての機能をそなえた打
hM叫﹄
上式粒剤散布装置の開発は必要であると思われる o 施肥
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l
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上式粒剤散布装置を試作し，広範囲に応用，利用できる
ように理論的，実験的研究を行う O
研
究
目的
子を詰めたカプセルと，そのカプセルを所定の高さまで
打上げるための打上機からなる。打上機は高度な動力源
を使用せず，コイルスプリングより発生するインパルス
カのみを利用し，取り扱い易い人力用機械とする。カプ
セルを畦畔，農道から所定の角度，方向に打上げ，昨裂
点において，糸の緊張による衝撃反力でカプセノレ表面上
に付けられたミシン目を破りカプセル内の粒状物質を空
中で拡散させ地上に均一に散布させる散布機を開発する
ことを目的とする。
D
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打上式粒剤散布装置は，粒状肥料，農薬，または，種
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打上機の開発，粒状物質の空中拡散法，均一散布のた
めの理論的，実験的研究の 3項目について総合的に研究
し，打上げ初速度，打上角度，方向，カフ・セルの!昨裂高
さ，カプセル 1個の重量等の散布に関する要因を関連づ
け，散布最適条件を求める O
今回の実験目的は均一散布を最終目標として，それに
必要な各要因の関連づけのための基礎実験となるもので
ある O また同時に，打上機自体のメカニカノレな運動の様
子もとらえる O 従って，本実験では打上機の開発，空中
拡散法の 2点にしぼり，実験結果は次報に報告する。
エネルギ Elは
O
その際に，
ミシン目を破る
Eoに等しく，昨裂直後は E2が消費
され，従って EI-E2一M g hのエネルギが粒状物質を
飛散させるのに必要なエネルギ(拡散エネルギ〉となる O
拡散エネルギは各粒状物質の運動エネルギ !
m
v2 の総
和として表わきれる。よって次式が成立する O
1
、
、、，，，-EA
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EI-E2一M ghzfim M
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裂時には位置エネルギと粒状物質の拡散エネルギに変化
フ。セノレのミシン目を引裂く
エネルギ E2が消費される o *下裂直前のカブ。セルの持つ
EE
は連動エネノレギとしてカプセルに与えられ，カプセル昨
裂高き h) に達すると，繰り出し糸に衝撃反力が働きカ
一
一
一
一
打上機のコイルスプリングによって発生するエネルギ
本体と結びつけられており，カプセルが所定の高度(昨
・
'
理論計算式
カプセルには，あらかじめ所定の長さの繰り出し糸が
(
2
)
1
2
5
粒剤散布装置の開発に関する研究
D
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Jl
I. Mを代入することで算出きれる。
各粒状物質のもつ質量を I
D
l，速度を V
lとする。
子
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D
1
V
12=iMVII
，
打出しの際にカプセルに与えるべき曙動エネルギ Eoは
Mgh+l
'lI
D
1
V
12+E2で表わされ，打出し初速度 V
より求められる。しかし，エネルギ損
は
， Eo=lMV2
一
MgDII
2O
-4
(
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O
S
Dsin
丙可函硲
2+
(
7
)
失のため理論上の必要エネルギ Eoより大きくとらなけ
よって，カプセノレおよび，粒状物質の運動をそれぞれ
と Eoが成立するような初速度 Vが
ればならず， lMV2
明らかにすることによって打上げおよび，粒状物質の拡
必要である。
散エネルギが理論式として表わされ，数値を決定代入し
をMV2はコイルスプリングの伸びによって替えられ
て理論必要エネルギが得られ，ばね定数も求められる O
たエネルギ lkX 2 より取り出すことにすると次式が成
(
1
) 力プセル飛行に関するエネルギ計算例
立しなければならなし、。
i
g
.
2に示す数値を代入してエネルギ計
上記の式に， F
会MV2
さkx2乙
W
算例を示す。
kはコイルスプリングのばね定数，公はスプリングの伸
びである o
2
6
m
分布に対して大きな影響力を持ち，最も重要な部品で
あるコイルスプリングのばね定数は次式で表わされる O
κ
/
k 中山守示i示E~)
(
4
)
従って，カプセル重最，昨裂高さ，拡散z ネノレギ，コイ
ルスプリングの伸びを決定することで，ばね定数は求ま
り，スプリングの設計が可能になる。
昨裂後の各粒状物質はそれぞれの速度，連動方向を持
っており，ある範閤内に落下する。いま拡散 1 ・ネルギ推
定のために，各粒状物質はすべて同速度 v で飛散し，
また，物質はすべて同じ大きさで阿賀畳 m とする。
を
?ID1Vll1需(子会 IDl)V2
(
5
)
= iMvl
I
F
i
g
.
2に示すように，高さ hの;昨裂点において水平方向
に対してれの角度で速度 v で飛行する物質が，昨製点
F
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. 1
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の真下の地点から落下点までの距離 Dに達したとすると
V は次式で表わされる。
カプセルに蝿薬を詰め防除機として使用する場合，防
下
一
一
一
一
一
一
一
一
=
ー
で
gD
v=ゾ2g(hCOSllf
J2+
Dsin
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Jl
O
S
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J2
)
I ・c
(
6
)
直径 Dの円内を散布範囲とするときの拡散エネルギは，
除の標準散布量を 10a当り 3kgfとして， F
i
g
.
3に示す
散布方法によって 1
0aの闇場を 6個のカプセルで均一に
.
5
散布すると仮定する。従って， 1個のカフ.セノレ重量は0
kgfであり昨裂高さ 15mとして 1個のカプセルで直径
。戸羽・
v
18mの円形散布をさせる o
高岡お国
i)昨裂点でのカプセルの位置エネルギ
M gh=73.5J
i
i
)昨裂直後の各粒状物質の運動エネルギの総和
l
1
l
l
' m
l
v
l
=20.6J
i
i
i
)昨裂エネルギ
D
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I
Iは，約1.5Jである。
室内実験による推定値 E
よって，最初打上げに必要なエネルギ Eoは9
5
.
6
Jであ
るO
西村
1
2
6
功・川村恒夫・幸
宣夫
(
2
) コイルスプリングの設計
5
.
6
J
投てき，;t1:裂，およびp 拡散に必要なエネルギ9
よりコイルスプリングのばね定数を求める O
インパルス力を投てきに変える打上機の機構は，クラン
クとコイルスプリングの組み合わせによるもので，コイ
ルスプリングはクランク半径 rの 2倍引張られる。 r
100mmとすると， (
4
)
式よりばね定数は 0
.
4
8kgf/mm
となる O ばね定数はスプリング材質，線径，平均巻径，
有効巻数で表わされるので，
k=0
.
4
8kg/fm mとなる
ように各値を決めればよ L、。ただし，スプリングのせん
断応力はその材質，線径，使用条件で決まる許容せん断
C込h
~
Cミ3
<
:
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，
)
富
c
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c
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:
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叫
Cご
:
:
.
>
COIL
~
SPRING
g
応力以下におさえる必要がある O
電とM
S
:
:
:
:
Y
粒剤散布装置の試作
前述の基本構造，理論計算に基づき，散布装置の製作
は次のように行った。
1
0
0
0
(
1
) 打上機本体
打上機の動力源は小型エンジン等を使用せすー手動式ハ
ンドルを回転させることによって，得る。打上機フレー
ムは 50mmx50mmx3m mのアンクツレを使用しその大
，横 1000mm
，幅 300mm である O
きさは高さ 800mm
またスプリングの引張力によって全体が歪むことのない
ように各面の対角線に平綱で補強した。打上時の瞬間的
衝撃でフレームが倒れたり，
移動することのないよう
に，安定のためフレーム下部に 50mmx 100mmx1
0
0
0
m mのチャンネルを 2本平行にわたした。打上機の概要
F
i
g
.4
. O
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gm
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図を F
ig.4 に示すO
(
2
) 減速装置
ラング半径の 2倍引張られたとき従動軸と従動軸のスプ
力の伝達は打上機の上面に軸中心を一直線上に並べた
ロケットの互いの爪がはずれ，スプリングの引張力によ
スプロケットとローラチェーンからなる減速機によっ
て，人が回転させるハンドル軸(駆動軸)からクラング
ってクランクが回転することで得られる。
従動軸のアーム側には円板が回定されてあり
0
3
0き
軸(従動軸)まで伝達される。駆動軸と従動軸聞は 2段
ざみの 2対づっのボルト穴のある円板とアームとを固定
5 1の減速比を設けた。第 1段では 2:1
.
することで，クランクとアームのなす角度が変えられ
第 2段では 2
.5: 1とした。軸径は 20mm
，各軸間距離
，内厚 3mm
，アームの長さ
るO アームは，外径 30mm
にわけ，
は 300mmで，回転軸はピロープロッグで回定した。ま
た，ハンドノレ回転中スプリングの引張力でハンドルが逆
回転しないように，駆動軸にラチェットをとりつけた。
スプロケットおよびローラチ
z
ーンは，呼び番号4
0を選
んだ。
500mmの中空アルミ棒とした。
(
4
) 力プセル受け台
アームにはカフ。セルを載せ，その打出し姿勢をとるた
めの受け台がとりつけてあり，受け台はアームに沿って
スライドし受け台と回転軸との長さ(アームの長さ〉を
(
3
) クランクおよびアーム
変えることのできる構造である。受け台は打上角度微調
従動軸の両端にはクランクとアームがある角度で固定
00 の範囲で任意に
のために，アームに対して O。から 2
されてあり，クランクにはスプリングの一端がとりつけ
傾斜させることができる。受け台はアルミ板で製作し
てある O アームはクラングと共に回転し，インパルス力
こ
。
T
を投てき力に変えカプセノレはアームの高速回転によっ
(
5
) コイルスプリング
て，打上げられる O アームの高速回転はスプリングがグ
カフ。セル飛行に関するエネルギ計算例の条件のもとで
粒剤散市装置の開発に関する研究
1
2
7
コイルスプリングを設計すると，ばね定数は 0
.
4
8
k
gf/
m mとなる o 実際にカプセルを投てきし条件に近い散布
をさせるのに改良を重ねた結果，最終的なスプリングの
各値はばね定数1.0kgf/mm
，線径 7mm
，平均巻径
35mm
，巻数4
3閣で，材質は SWPを使用したり
スプリングの一端はクランクに，他端はターンパック
ルを通してチャンネルに問定した。ターンパックルによ
ってスプリングの初期張力の調節を行うことができる o
クランク半径 100mmの使用において，スプリングに蓄
えられるエネルギーは 2
2
9Jで，クランクにかかる最大
力は
実験方針
カプセルを所定の条件通り打上げ，散布させることの
できる能力を持った今回試作の粒剤散布装置を使用し
て，散布実験を行う O 分布に影響を与えると思われる因
子(打上角度，糸の長さ，アームの長さ，スプリングの
ばね定数，カプセル重量等)を実験パラメータにとり，
分布状態の変化について調べる。また，アームに加速
度計をとりつけ，打上時のアームの運動についても調べ
る
。
2
1
7
k
g
，最大せん断応力は 42.4kg/mm2である O
(的繰り出し:糸回収
繰り出し糸は打上機本体とカプセル表面上の 2本のミ
シン目のはいったテープとを結びつけ，カプセル j
昨裂に
必要な衝撃反力を与える。カプセルが上昇し:糸を繰り出
してゆく途中で糸が絡まないように，また糸の回収が容
易にできるようにリ…ルを使用した。繰り出し糸は魚釣
用テグス 1
0号のナイロン糸を使用した。
(
7
) 力プセル
カプセルの形状は直径 90mm
，高さ 80mmの円筒形で
高さ 40mmの円筒が 2本の平行なミシン自の入ったテー
プで，
のり付けすることで向い合わせに組み合わされ
るo 従って，所定の長さのナイロン糸を繰り出した後，
糸に衝撃反力が働いた時ミシン目に沿って破れ，カプセ
ル本体は 2つに分裂する。カプセノレ体積は約 510cm8で
籾を 3 g
f詰めた。カフ。セ/レ本体の材質は厚さ 0.5mm
のボール紙である。カプセルにナイロン糸を連結したよ
∞
摘要
カフ。セルを所定の高度で昨裂させ，粒状物質を拡散さ
せる場合，打上時に必要とされるエネルギは昨裂点にお
けるカフ。セノレの位置エネノレギとカプセル作裂 z ネルギ，
および，粒状物質の拡散エネルギとの和で表わされ，そ
のエネルギを運動エネルギとして打上機で打出せばよ
拡散エネルギは散布範閤，カプセル重量，昨裂後の物
質の飛出し角度と昨裂高さで表わされ，推定可能であ
るO
打上機の設計においてコイルスプリングのばね定数
は，打上時に必要とされるエネノレギとスプリングの伸び
盤より決定することができ，許容せん断応力を考臆する
ことによってスプリング全体の設計ができる。
参考文献
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