Design and evaluation of a date palm climbing machine /
Abdalla Mamdouh Mohamed,
Design and evaluation of a date palm climbing machine / تصميم وتقييم آلة لتسلق نخيل البلح by Abdalla Mamdouh Mohamed ; Supervisors Gamal El-deen Mohamed Nasr, Dr. Wahba Mohammady El-Adawy, Dr. Mohamed Ahmed Refai. - 147 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2024.
Bibliography: pages 142-147.
Egypt leads the global production of date production with more than 16 million fruit palms with a total production representing 18% of global production and 24% of the production of the Arab world. Giza Governorate topped Egypt's production with 2052738 tons. Date palms are one of the crops that need little service and water. Therefore, workers must be protected and minimize the effort of climbing palm trees, in addition to minimizing the risks and injuries to them, Date palm operations such as pollination, thinning and curving, harvesting and pruning. All palm service operations depend mainly on manual labor. This research aims to design, manufacture and evaluate a palm climbing machine to automate some palm service operations under Egyptian conditions. The manufactured machine can be used to complete most of the palm service work. The study was conducted in Giza governorate and the palm planted at the Faculty of Agriculture, Cairo University. The timing of climbing and descending for the worker during the service process, including harvesting, was studied and the workers were classified according to the timing of ascending and descending into 3 categories. The first step was to use machine learning and programming languages to study a palm trunk such as (diameter and scars at the base of the frond or petiole) using Python 3.11.1 and origin lab 2023b, which was used to analyze and find relationships between collected data. Also, the variable palm diameter every 5 meters of the palm trunk and the dimensions of the scars at the base of the frond or petiole in height and depth were used in the design of the beams to match the topography of the palm trunk. The second step was to design and analyze the force acting on the machine (normal elastic strain, maximum shear stress, and overall morphology) to identify the most affected parts of the machine during the climbing or descending process, the motor torque was calculated by ANSYS R15 software, and the images of the results were analyzed by HQ 510 color separation software. The results of the force analysis showed that the most affected area is the climbing mechanism of the machine. By analyzing the colors and their area on the machine and on the moving parts of the machine such as the truck-chain, it was found that the larger the diameter of the palm tree or the speed of climbing, the greater the area of stresses on the moving parts of the machine and vice versa. The third step was to fabricate and evaluate the final model of the climbing machine. The evaluation showed that the first PTO speed (540 rpm) and fuel consumption were 0.2, 0.25, and 0.34 liters per palm, respectively, and the torque was 105.2, 106.2, and 107 Nm, respectively. The second PTO speed (1000 rpm) was studied, and the fuel consumption was 0.23, 0.3, and 0.4 liters per palm, respectively, and the torque was 105.8, 106.8, and 109 Nm, respectively. The machine was evaluated at climbing speeds (10-20-30 cm/s) at different diameters (70-80-100 cm). The study found that operating the machine at a speed of 10 cm/s with a diameter of 70 cm results in the least strain on the machine and the lowest fuel consumption. The higher the speed, the higher the fuel consumption and operating costs. The study recommends operating the machine at climbing speeds not exceeding 30 cm/s to preserve the palm trunk and the life span of the palm and the machine. تتصدر مصر الإنتاج العالمى لإنتاج البلح بمعدل اكثر من 16 مليون نخلة مثمرة بإجمالى إنتاج يمثل 18% من الإنتاج العالمى و 24 % من إنتاج الوطن العربى.كما تصدرت محافظة الجيزة إنتاج مصر بمقدار2052738 طن.يعد النخيل من المحاصيل التى تحتاج عمليات خدمة و مياه قليلة. لذلك يجب حماية العمال و تقليل الجهد عنهم نتيجة لتسلقهم النخيل بالإضافة الي تقليل المخاطر و الإصابات التي تلحق بهم. ومن العمليات الاساسية للنخيل التلقيح ،الخف والتقويس ،الحصاد والتقليم. جميع عمليات خدمة النخيل تعتمد بشكل اساسى على العمالة اليدوية. يهدف هذا البحث إلى تصميم وتصنيع وتقييم آلة لتسلق النخلة لميكنة بعض عمليات خدمة النخيل في ظل الظروف المصرية. ويمكن استخدام الالة المصنعة في إتمام غالبية الأعمال الخاصة بخدمة النخيل.تمت الدراسة فى محافظة الجيزة والنخيل المنزرع فى كلية الزراعة جامعة القاهرة. تم دراسة توقيتات التسلق و النزول للعامل اثناء القيام بعملية الخدمة منها الحصاد و تم تصنيف العمال طبقا لتوقيتات الصعود والنزول إلى 3 فئات. كانت الخطوة الأولى هي استخدام التعلم الآلي و لغات البرمجة لدراسة جذع نخيل مثل (القطر والندبات عند قاعدة السعفة أو السويقات) باستخدام Python 3.11.1 و origin lab 2023b، والذي تم استخدامه لتحليل و إيجاد علاقات بين البيانات المجمعة.من توقيتات التسلق و النزول و ايضا تم إستخدام قطر النخلة المتغير كل 5 متر من جذع النخلة و ابعاد الندبات عند قاعدة السعفة او السويقات من إرتفاع و عمق لاستخدامها فى تصميم عوارض الكاتينة لتتناسب مع تضاريس جذع النخلة. الخطوة الثانية كانت التصميم وتحليل القوة المؤثرة على الالة وهى (الانفعال المرن الطبيعي، أقصى إجهاد القص، والتشكل الكلي) للوقوف على الاجزاء الاكثر تاثرا فى الالة اثناء عملية التسلق او النزول, كما تم حساب عزم دوران المحرك بواسطة برنامج ANSYS R15، وتم تحليل صور النتائج بواسطة برنامج فصل الألوان HQ 510. أظهرت نتائج تحليل القوة أن المنطقة الأكثر تأثراً في آلية الصعود بالالة و هى الكاتينة . تبين بتحليل الالوان و مساحتها على الالة و على الاجزاء المتحركة على الالة مثل الكاتينة بان كلما زاد قطر النخلة او سرعة التسلق زادت مساحة الإجهادات على الاجزاء المتحركة للالة والعكس صحيح. الخطوة الثالثة كانت تصنيع وتقييم النموذج النهائى لآلة التسلق. أظهر التقييم أن سرعة PTO الأولى (540 لفة في الدقيقة) واستهلاك الوقود كانا 0.2، 0.25، و 0.34 لتر لكل نخلة، على التوالي، وكان عزم الدوران 105.2، 106.2، و 107 نيوتن متر، على التوالي. تمت دراسة سرعة PTO الثانية (1000 دورة في الدقيقة)، وكان استهلاك الوقود 0.23، 0.3، و 0.4 لتر لكل نخلة على التوالي، وكان عزم الدوران 105.8، 106.8، و 109 نيوتن متر على التوالي. تم تقييم الالة عند سرعات تسلق (10-20-30 سم/ث) عند اقطار مختلفة (70-80-100 سم) . وتوصلت الدراسة إلى ان تشغيل الالة عند سرعة 10سم/ث مع قطر 70 سم ينتج عنده اقل إجهاد على الآلة واقل إستهلاك للوقود . كلما ازدادت السرعة زاد استهلاك الوقود وتكاليف التشغيل. توصى الدراسة بتشغيل الالة على سرعات تسلق لا تتجاوز 30 سم/ث للحفاظ على جذع النخلة والعمر الإفتراضى للنخلة والالة.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Agricultural engineering
الهندسة الزراعية
Date palm production Climbing machine Force analysis Track chain Machine learning K-means clustering
631.3
Design and evaluation of a date palm climbing machine / تصميم وتقييم آلة لتسلق نخيل البلح by Abdalla Mamdouh Mohamed ; Supervisors Gamal El-deen Mohamed Nasr, Dr. Wahba Mohammady El-Adawy, Dr. Mohamed Ahmed Refai. - 147 pages : illustrations ; 25 cm. + CD.
Thesis (M.Sc)-Cairo University, 2024.
Bibliography: pages 142-147.
Egypt leads the global production of date production with more than 16 million fruit palms with a total production representing 18% of global production and 24% of the production of the Arab world. Giza Governorate topped Egypt's production with 2052738 tons. Date palms are one of the crops that need little service and water. Therefore, workers must be protected and minimize the effort of climbing palm trees, in addition to minimizing the risks and injuries to them, Date palm operations such as pollination, thinning and curving, harvesting and pruning. All palm service operations depend mainly on manual labor. This research aims to design, manufacture and evaluate a palm climbing machine to automate some palm service operations under Egyptian conditions. The manufactured machine can be used to complete most of the palm service work. The study was conducted in Giza governorate and the palm planted at the Faculty of Agriculture, Cairo University. The timing of climbing and descending for the worker during the service process, including harvesting, was studied and the workers were classified according to the timing of ascending and descending into 3 categories. The first step was to use machine learning and programming languages to study a palm trunk such as (diameter and scars at the base of the frond or petiole) using Python 3.11.1 and origin lab 2023b, which was used to analyze and find relationships between collected data. Also, the variable palm diameter every 5 meters of the palm trunk and the dimensions of the scars at the base of the frond or petiole in height and depth were used in the design of the beams to match the topography of the palm trunk. The second step was to design and analyze the force acting on the machine (normal elastic strain, maximum shear stress, and overall morphology) to identify the most affected parts of the machine during the climbing or descending process, the motor torque was calculated by ANSYS R15 software, and the images of the results were analyzed by HQ 510 color separation software. The results of the force analysis showed that the most affected area is the climbing mechanism of the machine. By analyzing the colors and their area on the machine and on the moving parts of the machine such as the truck-chain, it was found that the larger the diameter of the palm tree or the speed of climbing, the greater the area of stresses on the moving parts of the machine and vice versa. The third step was to fabricate and evaluate the final model of the climbing machine. The evaluation showed that the first PTO speed (540 rpm) and fuel consumption were 0.2, 0.25, and 0.34 liters per palm, respectively, and the torque was 105.2, 106.2, and 107 Nm, respectively. The second PTO speed (1000 rpm) was studied, and the fuel consumption was 0.23, 0.3, and 0.4 liters per palm, respectively, and the torque was 105.8, 106.8, and 109 Nm, respectively. The machine was evaluated at climbing speeds (10-20-30 cm/s) at different diameters (70-80-100 cm). The study found that operating the machine at a speed of 10 cm/s with a diameter of 70 cm results in the least strain on the machine and the lowest fuel consumption. The higher the speed, the higher the fuel consumption and operating costs. The study recommends operating the machine at climbing speeds not exceeding 30 cm/s to preserve the palm trunk and the life span of the palm and the machine. تتصدر مصر الإنتاج العالمى لإنتاج البلح بمعدل اكثر من 16 مليون نخلة مثمرة بإجمالى إنتاج يمثل 18% من الإنتاج العالمى و 24 % من إنتاج الوطن العربى.كما تصدرت محافظة الجيزة إنتاج مصر بمقدار2052738 طن.يعد النخيل من المحاصيل التى تحتاج عمليات خدمة و مياه قليلة. لذلك يجب حماية العمال و تقليل الجهد عنهم نتيجة لتسلقهم النخيل بالإضافة الي تقليل المخاطر و الإصابات التي تلحق بهم. ومن العمليات الاساسية للنخيل التلقيح ،الخف والتقويس ،الحصاد والتقليم. جميع عمليات خدمة النخيل تعتمد بشكل اساسى على العمالة اليدوية. يهدف هذا البحث إلى تصميم وتصنيع وتقييم آلة لتسلق النخلة لميكنة بعض عمليات خدمة النخيل في ظل الظروف المصرية. ويمكن استخدام الالة المصنعة في إتمام غالبية الأعمال الخاصة بخدمة النخيل.تمت الدراسة فى محافظة الجيزة والنخيل المنزرع فى كلية الزراعة جامعة القاهرة. تم دراسة توقيتات التسلق و النزول للعامل اثناء القيام بعملية الخدمة منها الحصاد و تم تصنيف العمال طبقا لتوقيتات الصعود والنزول إلى 3 فئات. كانت الخطوة الأولى هي استخدام التعلم الآلي و لغات البرمجة لدراسة جذع نخيل مثل (القطر والندبات عند قاعدة السعفة أو السويقات) باستخدام Python 3.11.1 و origin lab 2023b، والذي تم استخدامه لتحليل و إيجاد علاقات بين البيانات المجمعة.من توقيتات التسلق و النزول و ايضا تم إستخدام قطر النخلة المتغير كل 5 متر من جذع النخلة و ابعاد الندبات عند قاعدة السعفة او السويقات من إرتفاع و عمق لاستخدامها فى تصميم عوارض الكاتينة لتتناسب مع تضاريس جذع النخلة. الخطوة الثانية كانت التصميم وتحليل القوة المؤثرة على الالة وهى (الانفعال المرن الطبيعي، أقصى إجهاد القص، والتشكل الكلي) للوقوف على الاجزاء الاكثر تاثرا فى الالة اثناء عملية التسلق او النزول, كما تم حساب عزم دوران المحرك بواسطة برنامج ANSYS R15، وتم تحليل صور النتائج بواسطة برنامج فصل الألوان HQ 510. أظهرت نتائج تحليل القوة أن المنطقة الأكثر تأثراً في آلية الصعود بالالة و هى الكاتينة . تبين بتحليل الالوان و مساحتها على الالة و على الاجزاء المتحركة على الالة مثل الكاتينة بان كلما زاد قطر النخلة او سرعة التسلق زادت مساحة الإجهادات على الاجزاء المتحركة للالة والعكس صحيح. الخطوة الثالثة كانت تصنيع وتقييم النموذج النهائى لآلة التسلق. أظهر التقييم أن سرعة PTO الأولى (540 لفة في الدقيقة) واستهلاك الوقود كانا 0.2، 0.25، و 0.34 لتر لكل نخلة، على التوالي، وكان عزم الدوران 105.2، 106.2، و 107 نيوتن متر، على التوالي. تمت دراسة سرعة PTO الثانية (1000 دورة في الدقيقة)، وكان استهلاك الوقود 0.23، 0.3، و 0.4 لتر لكل نخلة على التوالي، وكان عزم الدوران 105.8، 106.8، و 109 نيوتن متر على التوالي. تم تقييم الالة عند سرعات تسلق (10-20-30 سم/ث) عند اقطار مختلفة (70-80-100 سم) . وتوصلت الدراسة إلى ان تشغيل الالة عند سرعة 10سم/ث مع قطر 70 سم ينتج عنده اقل إجهاد على الآلة واقل إستهلاك للوقود . كلما ازدادت السرعة زاد استهلاك الوقود وتكاليف التشغيل. توصى الدراسة بتشغيل الالة على سرعات تسلق لا تتجاوز 30 سم/ث للحفاظ على جذع النخلة والعمر الإفتراضى للنخلة والالة.
Text in English and abstract in Arabic & English.
Agricultural engineering
الهندسة الزراعية
Date palm production Climbing machine Force analysis Track chain Machine learning K-means clustering
631.3