مهندسی بیوسیستم ایران
سال:1388 | دوره:40 | شماره:2 |تعداد مقالات:10

به منظور کاهش فضای لازم برای انبار کردن و هزینه حمل و نقل بسته های علوفه و کاه، تدابیری از جمله فشرده سازی مضاعف بسته های علوفه پس از خشک شدن کامل آن توصیه می شود. در تحقیق حاضر یک دستگاه جهت فشرده سازی مضاعف بسته های یونجه و کاه طراحی، ساخته و ارزیابی گردید. از نرم افزارهای Solid works و Nastran به ترتیب برای مدل کردن و تحلیل تنش اجزا واحدهای مختلف این دستگاه استفاده شد. طراحی و ساخت اجزا مختلف سیستم از جمله محفظه فشار، پیستون فشرده کننده و محفظه خروجی دستگاه با توجه به خواص فیزیکی و رئولوژیکی بسته ها انجام شد. تاثیر سه سطح فشرده سازی (30، 40 و 50 درصد کرنش اولیه) بر مقدار بازگشت طولی بسته های دوباره فشرده شده یونجه و کاه با آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی بررسی شد. تاثیر نوع محصول و سطح فشردگی بر مقدار بازگشت طولی بسته ها در داخل کانال آسایش و پس از خروج بسته از دستگاه در سطح احتمال %1 معنی دار بود. بسته های کاه و یونجه دوباره فشرده شده تا حد %50 کاهش طول، بیشترین بازگشت طولی را داشتند. بنابراین برای دستیابی به یک کاهش طول مورد نظر لازم است که کرنش اضافه در حین عمل فشرده سازی مجدد اعمال شود تا این ازدیاد طول جبران گردد.

تجهیز تراکتورها به ابزارهای اندازه گیر جهت پایش و ثبت تغییرات مکانی عملکرد تراکتور و ادوات در حین عملیات مزرعه ای، می تواند بهره وری و بازده استفاده از آنها را بالا برد. در قالب کشاورزی دقیق، از این اطلاعات می توان برای تهیه نقشه تغییرپذیری مکانی فراسنجه ها و یافتن رابطه آنها با تغییرات در ویژگی های (بافت، رطوبت و درجه فشردگی) خاک در سطح مزرعه استفاده نمود. هدف از این تحقیق، اندازه گیری و ثبت پیوسته فراسنجه های عملکردی تراکتور و ادوات از طریق تجهیز یک تراکتور به ابزار اندازه گیر بود. یک دستگاه تراکتور مسی فرگوسن مدل 285 به حسگرهای اندازه گیر سرعت پیشروی، دور موتور و چرخ ها و مصرف سوخت تراکتور، و مقاومت کششی ادوات متصل به آن، باضافه گیرنده سامانه مکان یاب جهانی (GPS) تجهیز شد. بمنظور نمایش و ثبت پیوسته مقادیر اندازه گیری شده توسط حسگرها، یک سامانه جمع آوری رقمی اطلاعات طراحی و ساخته شد. علاوه بر واسنجی تمامی حسگرها، دستگاه دینامومتر اتصال سه نقطه ای که قبلا در گروه ماشین های کشاورزی دانشگاه صنعتی اصفهان ساخته شده بود واسنجی دینامیکی (مزرعه ای) گردید. مقایسه سرعت چرخ های تراکتور با چرخ پنجم به ترتیب نشانگر لغزش و سرش چرخ های محرک عقب و غیر محرک جلو بود. نتایج نشان داد که چرخ پنجم و چرخ های غیر محرک جلو برای اندازه گیری سرعت پیشروی تراکتور مناسب هستند. اگرچه گیرنده سامانه مکان یاب جهانی در بیشتر مواقع سرعت پیشروی را با دقت نشان داد، ولی احتمالا به علت موانع موجود در دو طرف مسیر آزمایش و نوع گیرنده، پرش هایی در مقادیر ثبت شده وجود داشت که کاربرد آن را برای اندازه گیری پیوسته سرعت پیشروی تراکتور زیر سوال برد. دورسنج القایی استفاده شده، دور موتور تراکتور را با دقت یک دور در دقیقه اندازه گیری نمود. سو خت سنج اثر - هال نصب شده روی تراکتور با دقت 0.1 لیتر در دقیقه مصرف سوخت تراکتور را در دورهای مختلف موتور نشان داد. واسنجی دینامیکی (مزرعه ای) دینامومتر اتصال سه نقطه نشان داد که روش دو تراکتوری برای اندازه گیری مقاومت کششی ادوات سوار با خطا همراه بوده و فقط تخمینی از مقاومت کششی ادوات را تامین می کند. سامانه جمع آوری اطلاعات طراحی شده قادر به جمع آوری داده ها با دقت کافی از کلیه حسگرها بوده و علاوه بر نمایش آنی اطلاعات بر صفحه نمایشگر، آنها را در یک فایل متنی برای تحلیل های بعدی ثبت می نمود. تراکتور تجهیز شده آماده جمع آوری داده های مکانی فراسنجه های عملکردی تراکتور و ادوات متصل به آن به منظور تهیه نقشه تغییرپذیری مکانی آنها می باشد.

هدف از این تحقیق، بررسی تاثیر رطوبت خاک در خاک ورزی اولیه و سرعت پیشروی در عملیات دیسک زنی بر پارامترهای عملکردی هرس بشقابی افست در یک خاک لوم رسی سیلتی بود. در اجرای این تحقیق، ابتدا تاثیر سطوح مختلف رطوبت خاک (12-14، 14-16 و 16-18 درصد بر مبنای وزن خشک) بر اندازه کلوخ های خاک ایجاد شده در عملیات شخم با گاوآهن برگردان دار را بررسی نموده و سپس با استفاده از آزمایش فاکتوریل با دو فاکتور سرعت حرکت در سه محدوده 3-5، 5-7 و 7-9 کیلومتر در ساعت و فاکتور اندازه کلوخ های خاک ایجاد شده در اثر شخم بر حسب قطر متوسط وزنی کلوخ ها در سه سطح 31، 41 و 47 میلی متر، در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی با سه تکرار، عملکرد هرس بشقابی به عنوان خاک ورز ثانویه در شرایط مختلف مورد ارزیابی قرار گرفت. برای ارزیابی عملکرد هرس بشقابی، کمیت های مقاومت کششی در واحد عرض کار، توان مالبندی لازم، میزان لغزش چرخ های محرک تراکتور و میزان نرم سازی خاک توسط هرس بشقابی، در هر یک از تیمار های آزمایشی اندازه گیری و مورد مقایسه آماری قرار گرفتند. نتایج حاصله نشان داد که افزایش سرعت پیشروی بطور معنی داری باعث افزایش مقاومت کششی و توان مالبندی لازم هرس بشقابی گردید. میزان لغزش چرخ های محرک تراکتور، بطور معنی داری تحت تاثیر سرعت و اندازه کلوخ های خاک و اثرات متقابل آنها بود. سطوح مختلف رطوبت خاک، در درجه اول عامل موثری در اندازه و سختی کلوخ های ایجاد شده بوسیله شخم اولیه، و در درجه دوم با توجه به نوع کلوخ های ایجاد شده، بر میزان نرم سازی خاک توسط هرس بشقابی بود. بطور کلی رطوبت خاک در محدوده 16-18 درصد بر پایه وزن خشک (%91 رطوبت حد پایین خمیری خاک مزرعه آزمایشی) در زمان خاک ورزی اولیه با گاوآهن برگردان دار و سرعت پیشروی 5-7 کیلومتر در ساعت در عملیات دیسک زنی، شرایط بهتری را برای عملکرد مناسب هرس بشقابی فراهم نمود.

مقاومت کششی برای سه نوع ادوات خاک ورزی اولیه با استفاده از یک لودسل کششی با ظرفیت 20 کیلو نیوتن در خاک لومی رسی منطقه کرج اندازه گیری شد. ادوات شامل گاوآهن های برگردان دار، بشقابی و قلمی هر کدام با یک عامل خاک ورز بود. برای اندازه گیری سرعت پیشروی تراکتور، از یک حسگر سرعت از نوع نوری استفاده شد. در این تحقیق اثرات سرعت پیشروی و عمق شخم بر مقاومت کششی این گاوآهن ها ارزیابی شد و به منظور تدوین معادله استاندارد مقاومت ویژه ادوات مذکور بر اساس استاندارد ASAE,D 497.5 از معادله رگرسیونی خطی چندگانه برای هر یک از ادوات استفاده شد. از نتایج تجزیه و تحلیل های آماری افزایش معنی دار کشش همه ادوات با افزایش عمق شخم تایید گردید. مقادیر مقاومت کشش ویژه برای ادوات خاک ورزی آزمون شده هم به طور معنی داری تحت تاثیر سرعت پیشروی قرار گرفت. ضرایب معادله مقاومت کشش ویژه با استفاده از تجزیه و تحلیل رگرسیونی تعیین شد. این ضرایب (B, A و C) برای گاوآهن برگرداندار به ترتیب 256.26، 2.28 و 12.11، گاوآهن بشقابی 152.28، 3.79 و 9.66 و گاوآهن قلمی 26.9، 12.18 و 0.13 به دست آمد. معنی داری مناسب ضرایب تبیین معادله هر یک از ادوات نشان دهنده تقریب خوبی از تخمین مدل جهت محاسبه مقاومت کششی مورد نیاز ادوات بود.

آبشویی یا خالص سازی بیودیزل یکی از مراحل فرآوری بیودیزل است. به علت وجود ناخالصی ها در بیودیزل، عمل آبشویی ضروری است. این مرحله از فرآوری بیودیزل نیاز به وقت و هزینه بیشتری نسبت به مراحل دیگر دارد. به همین دلیل، در این تحقیق با بررسی پارامترهای موثر بر آبشویی بیودیزل شرایط بهینه آبشویی تعیین گردید که باعث کاهش زمان و هزینه آبشویی گردید. عوامل موثر مورد بررسی در آبشویی، دما، آب مصرفی در هر نوبت آبشویی و روش آبشویی بودند. طبق بررسی های به عمل آمده، دما تاثیر زیادی بر آبشویی بیودیزل دارد. کمترین زمان آبشویی، کمترین صابون باقی مانده در بیودیزل ، کمترین درصد آب باقی مانده و کمترین آب مصرفی در آبشویی بیودیزل در دمای 60 درجه سلسیوس حاصل شد. افزایش آب مصرفی هر نوبت آبشویی باعث کاهش زمان آبشویی، کاهش میزان صابون باقی مانده و نیز کاهش درصد آب باقیمانده در بیودیزل گردیده است ولی کل آب مصرفی را افزایش می دهد. نتایج حاصل از داده های آزمایش مشخص کرد که روش پاششی - گردشی علاوه بر اینکه مصرف آب کمتری دارد، دارای کارایی بهتری در حذف ناخالصی ها از قبیل صابون و کاتالیزور می باشد. میزان صابون باقیمانده پس از آبشویی با روش پاششی - گردشی در دمای 60oC برابر با 0.0283ppm است، در حالی که در همان دما روش های حباب شویی و همزنی به ترتیب دارای صابون 0.0486 و 0.065ppm است. زمان لازم برای آبشویی با روش پاششی - گردشی در شرایط یکسان نسبت به دو روش دیگر کمتر است. میانگین زمان لازم برای روش های همزنی، حباب شویی و پاششی - گردشی در دمای 20oC به ترتیب برابر با 93، 83 و 73 دقیقه شد.

دستگاه هایی که برای جداسازی پسته مورد استفاده قرار می گیرند حجیم بوده، انرژی زیادی مصرف می نمایند و چندان دقیق نیستند. در این پژوهش یک دستگاه هوشمند مبتنی بر انعکاس صدا طراحی و برای جداسازی پسته پوک از پسته های مغزدار مورد استفاده قرار گرفت. برای ارزیابی دستگاه، پسته به طور جداگانه با فواصل 1، 3 یا 5 سانتی متر بر روی یک نوار نقاله قرار داده شدند تا از دو ارتفاع 25 و 35 سانتی متری بر روی یک صفحه فولادی سقوط کنند. سپس انعکاس صدای برخورد پسته ها با صفحه توسط یک میکروفن گرفته و به رایانه منتقل گردید. سیگنال های صدای ضبط شده مورد پردازش "تبدیل موجک" قرار گرفته و بردارهای مشخصات مناسب از آنها استخراج شد تا از شبکه عصبی پرسپترون چند لایه (MLP) جهت تشخیص این دو نوع پسته استفاده شود. مجموعا 280 شبکه سه لایه با ساختارها و الگوریتم های آموزش مختلف توسط نرم افزار MATLAB 7.4 مورد بررسی قرار گرفتند. در نهایت شبکه عصبی با ساختار 2-6-20 برای تشخیص پسته های پوک از مغزدار انتخاب شد. نتایج نشان دادند که میانگین دقت جداسازی دو گروه با شبکه عصبی آموزش داده شده از ارتفاع 25 سانتی متر 96% و از ارتفاع 35 سانتی متری 87% بود. با آموزش جداگانه شبکه برای هر گروه پسته، دقت جداسازی برای پسته پوک 98 درصد و برای پسته های مغزدار 94 درصد به دست آمد. قرار دادن پسته ها در فواصل 1، 3 یا 5 سانتی متری بر روی تسمه نقاله دستگاه تاثیری در دقت جداسازی نداشت.

برای طراحی ماشین های برداشت میوه، عموما خواص فیزیکی و مکانیکی اجزای درخت و میوه آن مورد بررسی و تجزیه و تحلیل قرار می گیرد. برخی از این خواص شامل نیروهای موثر در برداشت میوه و مقاومت به جدا شدن آن هنگام تکاندن تنه درختان می باشند. در پ‍ژوهش حاضر پارامترهای مقاومت کششی، پیچشی و خمشی میوه گردو اندازه گیری و تجزیه و تحلیل شدند. سنجش ها در سه منطقه دماوند، کن و ساوجبلاغ بر روی چهار رقم کاغذی، خوشه ای، سوزنی و بادامی با 15 تکرار در دو سال متوالی توسط آزمایش فاکتوریل با دو فاکتور رقم و منطقه در قالب طرح بلوک های کامل تصادفی انجام شد. نتایج نشان داد که بالاترین میانگین مقاومت کششی، پیچشی و خمشی به ترتیب مربوط به ارقام بادامی (31.12 نیوتن)، سوزنی (9.54 نیوتن سانتی متر) و کاغذی (50.13 نیوتن سانتی متر) و کمترین میانگین به رقم خوشه ای به ترتیب با مقادیر 21.73 نیوتن، 7.41 نیوتن سانتی متر و 21.42 نیوتن سانتی متر تعلق د0اشت. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که منطقه و اثر متقابل رقم - منطقه در سطح احتمال %5 تنها بر مقاومت خمشی تاثیر معنی داری داشت در حالی که اثر ارقام مختلف گردو در سطح احتمال یک درصد بر روی تمامی نیروهای کششی، پیچشی و خمشی میوه گردو معنی دار شد. با توجه به آزمون های انجام شده، رقم خوشه ای کمترین مقادیر مقاومت موثر در برداشت را در سه منطقه مذکور از خود نشان داد. لذا می توان نتیجه گرفت که برداشت مکانیزه این رقم نسبت به سه رقم دیگر با سهولت بهتری انجام خواهد شد.

هندوانه همانند بسیاری از میوه های دیگر در مخازن توده ای جا به جا و نگهداری می شود. عمق مناسب مخزن توده ای باید به گونه ای انتخاب گردد که سبب آسیب و شکستگی میوه های لایه پایین نگردد. تحقیق حاضر به منظور تعیین و مقایسه خواص مکانیکی دو رقم هندوانه در بارگذاری شبه استاتیکی جهت دسترسی به پارامترهای مورد استفاده در حمل و نقل و انبارداری صورت گرفته است. بدین منظور از آزمایش فاکتوریل 2×3×2 (2 جهت بارگذاری 3× اندازه 2× رقم) در قالب طرح کاملا تصادفی با 5 تکرار استفاده گردید. در هر آزمایش متغیرهای نیروی شکست، تغییر شکل شکست و ضخامت پوست اندازه گیری شدند. نتایج نشان داد که جهت بارگذاری بر نیروی شکست موثر است. مقدار نیروی شکست میوه هندوانه در جهت طولی، بطور معنی داری کمتر از مقدار آن در جهت عرضی بود، در حالی که اثر اندازه بر نیرو و تغییر شکل شکست در سطح یک درصد معنی دار نشد. همچنین نتایج نشان دادند که تاثیر رقم بر نیرو و تغییر شکل شکست در سطح یک درصد معنی دار است. میانگین نیروی شکست برای رقم چارلستون گری 1.1 کیلو نیوتن و برای رقم کریمسون سوئیت 1.8 کیلو نیوتن به دست آمد. بررسی اثر ضخامت پوست بر خواص مکانیکی در ارقام و اندازه های مختلف نشان داد افزایش 5 میلی متر در ضخامت پوست می تواند نیروی شکست را تا 70 درصد افزایش دهد.

در این تحقیق سینتیک فرایند خشک شدن کلزا با روش سیال سازی دانه ها در محدوده دمایی 30 تا 100oC مورد بررسی و مدل سازی قرار گرفت. برای معرفی بهترین مدل تخمین روند تغییرات رطوبت از مدل های مرسوم در مدل سازی خشک کردن محصولات دانه ای استفاده شد. به منظور تعیین ضریب نفوذ رطوبت و انرژی فعال سازی در دانه های کلزا از حل معادله فیک برای اجسام کروی شکل و رابطه آرینیوس استفاده شد. با استفاده از مدل های رگرسیونی تاثیر دما بر زمان خشک شدن کلزا در محدوده دمایی تحقیق نیز مدل سازی شد. نتایج تحقیق نشان داد که بعد از زمان آستانه سیال سازی فشار استاتیکی دارای افت محسوسی شده و فشار زیر توده محصول در شروع سیال سازی از 596 به 583 پاسکال تنزل پیدا می کند. در حالت سیال سازی، افزایش دما از 30 به 100oC زمان خشک شدن کلزا را %74 کاهش می دهد. در بررسی سینتیک خشک شدن کلزا در خشک کن های بستر سیال به ترتیب مدل های دیفیوژن تقریبی و نمایی دوجمله ای نسبت به مدل های دیگر برازش بهتری داشتند. این دو مدل دارای بالاترین ضریب تعیین (R2)، و کمترین مربع کای (c2) و ریشه متوسط مربع خطای داده ها  (RMSE)بودند. اما با توجه به اختلاف های ناچیز در شاخص های ارزیابی و ضرایب کمتر، کاربرد مدل نیوتن در تخمین روند تغییرات نسبت رطوبت کلزا در حالت بستر سیال قابل توصیه می باشد. با افزایش دما در فرایند خشک شدن دانه های کلزا، ضریب نفوذ موثر رطوبت در دانه یک روند افزایشی دارد. در فرآیند خشک کردن کلزا با روش بستر سیال محدوده دمایی 30 تا 100oC ضریب نفوذ رطوبت کلزا از 3.759×10-11 تا  8.457×10-11تغییر می کند. در این تحقیق با استفاده از رابطه آرینیوس، انرژی فعال سازی نفوذپذیری رطوبت در کلزا 11.03kJ/mol به دست آمد. به منظور تخمین زمان خشک شدن کلزا در محدوده دمایی تحقیق، معادله نمایی به دست آمده برازش مناسبی با داده های به دست آمده داشت.

منحنی های هم دمای مواد غذایی در فرآیندهایی مانند آماده سازی، خشک کردن و انبارداری از اهمیت زیادی برخوردار هستند. به دلیل خصوصیات پیچیده مواد غذایی، برآورد تئوریک منحنی های هم دما غیر ممکن بوده و اندازه گیری تجربی مورد نیاز می باشد. در این تحقیق منحنی های هم دمای جذب خرما واریته استعمران (سایر) در دماهای 20، 30، 40 و 60 درجه سلسیوس در 8 فعالیت آبی در دامنه 0.11-0.85 به روش ایستا (وزن سنجی) مطابق با دستورالعمل COST 90 تعیین شد. شکل منحنی ها با شکل عمومی منحنی های همدما در مواد غذایی غنی از قند مطابقت دارد. در تمامی دماها با افزایش فعالیت آبی، رطوبت تعادلی نیز افزایش می یابد. افزایش دما در یک فعالیت آبی معین، مقدار رطوبت تعادلی را کاهش می دهد. برای ارایه مدل ریاضی مناسب به منظور رفتار تعادلی خرما مدل های گب، بت، ایگلسیاس شریف و هالسی مورد بررسی قرار گرفت. جهت برازش از رگرسیون غیر خطی استفاده شد. از میان مدل ها، مدل های گب و ایگلسیاس شریف درکلیه دماها بهترین برازش را با داده های جذبی خرما نشان داد. انرژی پیوندی جذب برای خرمای استعمران تعیین گردید.