مهندسی بیوسیستم ایران
سال:1389 | دوره:41 | شماره:1 |تعداد مقالات:11

در روش خاک ورزی مرسوم، هدف دستیابی به شخم با عمق یکنواخت در طول و عرض مزرعه بوده، اما حتی در یک مزرعه، عمق لایه سخت و فشرده خاک (کفه شخم) که بین خاک سطحی و عمقی ایجاد می شود، از یک ناحیه به ناحیه دیگر معمولا تغییر می کند. در روش خاک ورزی دقیق (خاک ورز عمق متغیر)، عمق کار ابزار خاک ورز در هر ناحیه از مزرعه بر اساس عمق کفه شخم تنظیم می شود. این امر موجب کاهش مصرف سوخت و توان مورد نیاز در عملیات خاک ورزی می گردد. در خاک ورزی دقیق، برای تشخیص و تعیین عمق کفه شخم از سامانه نقشه مبنا و یا از روش بلادرنگ با استفاده از حسگرهای در حال حرکت استفاده می گردد. در سامانه نقشه مبنا، اول با استفاده از فروسنج مخروطی نقشه مقاومت خاک زمین - مرجع تهیه و سپس عمق کار خاک ورز بر اساس آن تغییر داده می شود. در این تحقیق، یک دستگاه خاک ورز عمق متغیر مجهز به سامانه مکان یاب جهانی (GPS) ساخته و ارزیابی شد. در حین حرکت تراکتور، رایانه محل دستگاه را ازGPS  دریافت کرده و از طریق نقشه مقاومت خاک موجود در رایانه، عمق خاک ورز را از طریق سامانه کنترل به مقدار مورد نظر می رساند. واسنجی سامانه خاک ورز عمق متغیر به دو روش کارگاهی و مزرعه ای انجام شد. در واسنجی کارگاهی، زمان پاسخ سامانه برای رسیدن به 95 درصد اعماق مورد نظر اندازه گیری شد. در واسنجی مزرعه ای، مسافت لازم برای رسیدن ابزار به عمق مورد نظر در دو سرعت2.6  و3.8  کیلومتر در ساعت به دست آمد. تحلیل تنش دستگاه خاک ورز طراحی شده به روش اجزا محدود نشان داد که دستگاه طراحی شده از استحکام کافی برخوردار است. زمان پاسخ به طور خطی با عمق افزایش یافت (3.7 سانتی متر در هر ثانیه). دقت و صحت دستگاه کنترل برای تغییر عمق به ترتیب  1.2و 0.83 درصد به دست آمد. نتایج نشان داد که با توجه به زمان پاسخ سامانه کنترل عمق و سرعت پیشروی ابزار خاک ورز، می توان محلی را که باید سامانه کنترل عمق را تحریک نمود تا قبل از رسیدن دستگاه به نقطه لازم برای تغییر عمق، عمق کار به حد مطلوب برسد را مشخص کرد.

اندازه گیری موضعی مقدار محصول (پایش عملکرد محصول) یکی از ضروری ترین گام ها در اجرای کشاورزی دقیق می باشد که مورد استفاده آن در تهیه نقشه عملکرد گیاه زراعی است. در مورد تهیه نقشه عملکرد گیاهان علوفه ای نسبت به گیاهان دانه ای، تاکنون مطالعات کمتری انجام شده است، بنابراین در تحقیق حاضر ابزاری برای پایش عملکرد گیاه زراعی یونجه خشک روی ماشین بسته بند مکعبی کوچک توسعه یافته است. برای تهیه نقشه عملکرد گیاه زراعی دو سری داده مورد نیاز است، داده موقعیتی و داده مقدار محصول. در این تحقیق موقعیت ماشین بسته بند با استفاده از دستگاه مختصات محلی ثبت شد. چون محصول ورودی به ماشین بسته بند مکعبی به صورت تدریجی به بسته در حال تشکیل افزوده می شود، برای به دست آوردن مقدار محصول، از روش اندازه گیری حجم جزیی محصول یونجه خشک اضافه شده به بسته در حال تشکیل استفاده شد. پس از به دست آمدن داده های حجمی، تبدیل حجم محصول به جرم با استفاده از دو چگالی صورت گرفت که عبارتند از چگالی بسته در حال تشکیل و چگالی متوسط بسته های کل مزرعه. بر مبنای نتایج به دست آمده، رابطه بین خروجی چرخش سنج های استفاده شده در سامانه و تعداد دوران محور چرخش سنج خطی بود (R2>0.998). استفاده از چگالی هر بسته برای تبدیل داده های حجمی به جرمی در مقایسه با چگالی متوسط کل بسته ها خطای بخش اندازه گیری مقدار محصول را از22.12 % به1.74 % رساند. خطای سامانه محاسبه مختصات در اندازه گیری طول از سامانه GPS کمتر بود%4.01)  در مقابل (%14.27.

کلزا یکی از دانه های روغنی مهم و با ارزش است و به دلیل پتانسیل بالای تولید این محصول در کشور، نیاز به بهینه سازی مراحل تولید و فرآوری آن در کشور می باشد. خشک کردن یکی از مراحل مهم فرآوری کلزا می باشد و مقدار رطوبت تعادلی (EMC) در بررسی خشک کردن دانه کلزا نقش بسزایی دارد. در این تحقیق مقادیر رطوبت تعادلی رقم لیکورد کلزا با استفاده از روش وزن سنجی در دمای 55 درجه سلسیوس، با دامنه رطوبت نسبی 7 تا 84 درصد و در دو مرحله جذب و دفع رطوبت مورد ارزیابی قرار گرفت. این آزمایش به روش لایه نازک در محفظه ای کنترل شده و عایق بندی شده انجام پذیرفت به طوری که شرایط ترمودینامیکی هوای داخل محفظه ثابت نگه داشته شد. دما به وسیله ترموستات و رطوبت نسبی هوای اطراف نمونه با استفاده از محلول های نمک اشباع تنظیم گردید. منحنی های هم دمای به دست آمده جذب و دفع، سیگمائیدی بوده و منحنی حالت دفع رطوبت بالاتر از منحنی حالت جذب رطوبت قرار گرفت و پدیده پسماند به وضوح در این دما مشاهده شد. همچنین از سیزده مدل ریاضی اسوین، اصلاح شده اسمیت، اصلاح شده اسوین، اصلاح شده هندرسون، اصلاح شده هالسی، اصلاح شده چانگ فاست، اصلاح شده بت، چانگ فاست، کوهن، هندرسون، هالسی، گب و کاریه برای برازش داده های آزمایشگاهی رطوبت تعادلی در رطوبت نسبی های مختلف جهت پیش بینی رطوبت تعادلی استفاده شد و بررسی ها نشان داد که برای هر دو حالت جذب و دفع رطوبت، مدل گب (GAB) مناسب ترین مدل است. مقادیر ضریب تبیین (R2)، مربع کای (c2) و مربع میانگین خطای  (RMSE)مدل گب در حالت جذب رطوبت به ترتیب 0.997، 0.023 و 0.120 و در حالت دفع رطوبت به ترتیب برابر 0.994، 0.031 و 0.140 بود. با استفاده از داده های تخمین زده شده توسط مدل گب و به کارگیری معادله جذب رطوبت در مواد نمگیر، بت (BET) و رسم نمودار مخصوص معادله فوق، مقدار رطوبت تک لایه ای جذب کلزا نیز محاسبه گردید و مقدار آن برای دانه کلزا برابر 1.555 (درصد بر پایه خشک) و ثابت مربوط به معادله بت آن نیز برابر -10.371 محاسبه شد.

یکی از مهمترین بحث ها در صنعت و کشاورزی مساله سلامتی انسان در هنگام کار با ماشین ها می باشد که در حیطه ارگونومی مطرح می گردد. در ماشین های کشاورزی این مساله پیچیده تر است. یکی از ماشین هایی که کشاورزان در مناطق شمالی ایران در مقابل خطرات ناشی از کاربرد آن قرار دارند، تراکتور دوچرخ می باشد. از مهمترین خطرات این ماشین، قرارگرفتن راننده در معرض ارتعاش آن است. در این تحقیق ارتعاش یک تراکتور دوچرخ در شرایط ایستگاهی در شش دور موتور (1300، 1600، 1800، 2000، 2200 و 2400) و چهار موقعیت شاسی، دسته تراکتور دوچرخ، بازو و قفسه سینه راننده اندازه گیری شد. نتایج تحقیق نشان داد که با افزایش دور موتور در چهار موقعیت، مقادیر  rms(جذر میانگین مربعات) شتاب نیز در سه راستای عمودی، جانبی و طولی افزایش می یابد. همچنین روشن شد که فرکانس غالب ارتعاش در تمام موقعیت ها و جهت ها برابر با تعداد ضربات پیستون یا دور موتور در یک ثانیه است. با مقایسه مقادیر rms شتاب در سه راستای عمودی، جانبی و طولی مشخص شد که در تمام موقعیت ها مقدار شتاب در راستای عمودی بیشینه می باشد. مقدار کل ارتعاش، ahv، نیز بر روی دسته تراکتور دوچرخ بیشترین مقدار است. همچنین بیشترین ارتعاش از دسته تراکتور دوچرخ به دست راننده انتقال می یابد و مچ دست بیشترین فشار کاری را تحمل می کند. قابلیت انتقال ارتعاش نیز به تدریج از مچ دست تا قفسه سینه کاهش می یابد. در کل نتیجه گرفته شد که مقدار ارتعاش با بالا رفتن دور موتور و همچنین در حین انتقال از شاسی تا دسته افزایش می یابد.

در تحقیق حاضر، به اصلاح عملکرد پایلوت فرآیند ناپیوسته فرآوری بیودیزل از روغن های نباتی پسماند پرداخته شده است. با توجه به اهمیت رآکتور ترانس استریفیکاسیون، به بهینه سازی شرایط عملکرد این واحد عملیاتی مبادرت گردید. متغیرها و محدوده مورد بررسی آن ها به ترتیب عبارتند از نسبت مولی الکل به روغن (3:1-9:1) دمای واکنش(45-65Co) ، میزان کاتالیزور بازی هیدروکسید پتاسیم ( 0.25تا 1.5 درصد وزنی)، و شدت همزنی (200-600rpm) میزان تبدیل واکنش در هر یک از سطوح ذکر شده، فقط در چهار سطح زمانی مختلف (20 تا 90 دقیقه) بررسی شد. برای اجرای تحقیق از روش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی استفاده شد. بررسی جداگانه آنالیز واریانس متغیرهای دما، نسبت مولی و دور، بیانگر آن است که در سطح 1 درصد اختلاف معناداری در میزان خلوص بیودیزل در زمان های مختلف وجود دارد. مقادیر بهینه پارامترهای مورد بررسی به ترتیب برابر با 65Co،90  دقیقه، 600 دور بر دقیقه و1.25  درصد وزنی حاصل شد. حداکثر درصد تبدیل در این شرایط در مدت زمان 90 دقیقه و برابر با 94 درصد مشاهده گردید. میزان اختلاف در درصد تبدیل در زمان های بیش از 60 دقیقه، بسیار اندک می باشد. در قالب آزمایشی جداگانه به بررسی اثر زمان بر درصد تبدیل اسیدهای چرب آزاد به متیل استر پرداخته شد. حداکثر درصد تبدیل برابر با 95 درصد و در مدت 2 ساعت حاصل گردید.

به منظور تعیین ویژگی های خاک لازم است مقاومت خاک به نفوذ توسط ابزارهایی که دارای دقت بالا هستند، اندازه گیری شود. یکی از ابزارهایی که اغلب به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد نفوذسنج مخروطی است. نفوذسنج مخروطی با محاسبه شاخص مخروطی خاک در عمق های مختلف، قادر است اطلاعات سودمندی را در مورد خاک به دست آورد. در این تحقیق نفوذ سنج مخروطی دیجیتال طراحی و ساخته شد و سپس برای ارزیابی آن شاخص مخروطی زمین چمنی در سه سطح رطوبتی 13%، 34% و 86% اندازه گیری شد. دستگاه ساخته شده دارای سیستم سنجش نیرو با دقت 1.96 نیوتن و سیستم سنجش جابه جایی با دقت 0.01 میلی متر بود. با انجام آزمایش ها بر روی زمین چمنی مشخص شد که با افزایش رطوبت مقدار مقاومت به نفوذ زمین چمنی کاهش می یابد. در هر سه سطح رطوبتی بعد از افزایش جزیی (به میزان 0.1 مگاپاسکال) در مقدار شاخص مخروطی، نفوذ به میزان قابل توجهی افزایش پیدا کرد. مقدار فشار بحرانی در سطح رطوبتی 13%، نسبت به سایر سطوح رطوبتی بیشتر بود.

امروزه سنجش از دور به عنوان یک ابزار مدیریتی برای کشاورزی دقیق مورد توجه است، برای تهیه نقشه های کاربری زمین و نقشه های پوششی از تصاویر ماهواره ای استفاده می شود. برای مساحی و تشخیص نوع محصولات کشاورزی به تصاویر ماهواره ای با قدرت تفکیک بالا نیاز می باشد. از ویژگی های خاص تصویرهای ماهواره ای می توان به پوشش وسیع، امکان تولید نقشه با مقیاس های مختلف، امکان استفاده از طول موج های متفاوت برای تولید عکس های با رنگ های گوناگون، تولید نقشه های بهنگام و با دقت مطلوب اشاره کرد. در این تحقیق از تصاویر ماهواره ای IRS-1D,1C در محدوده پانکروماتیک و چند طیفی استفاده شده است. تصاویر ماهواره ای توسط نرم افزار PCI-GEOMATICA پردازش شده اند. جهت تشخیص نوع محصولات کشاورزی در مزرعه دشت ناز ساری از شاخص سطح برگ LAI استفاده شده است. زمان جمع آوری اطلاعات زمینی از مزرعه دشت ناز ساری توسط نرم افزار ORBITRON با توجه به زمان عبور ماهواره، تاریخ 2006/9/5 تعیین و اطلاعات زمینی از مزرعه جمع آوری گردید. مکان های نمونه برداری آزمایشی توسط دستگاهGPS  در طول و عرض جغرافیایی ثبت گردید. بعد از پردازش و استخراج اطلاعات تصاویر ماهواره ای، همبستگی بین باندها بررسی و ارزیابی شد و شاخص LAI محاسبه گردید. سپس این شاخص با اطلاعات زمینی جمع آوری شده مقایسه و مورد ارزیابی قرار گرفت. سپس طبقه بندی و تشخیص نوع محصولات ذرت و سویا توسط این شاخص مشخص گردید. نتایج تحقیق نشان داده اند که شاخص LAI می تواند برای تشخیص پوشش گیاهی و محصولات کشت شده از جمله سویا و ذرت مورد استفاده قرار گیرد. نتایج نشان داد شاخص LAI می تواند بعنوان ابزار مدیریتی در مدیریت مزرعه مورد استفاده قرار گیرد.

پرتقال یکی از مهمترین گونه های مرکبات می باشد. در این تحقیق خشک کردن سینتیک ورقه نازک پرتقال رقم تامسون در یک خشک کن آزمایشگاهی بر اساس مدل های ریاضی موجود مورد بررسی قرار گرفت. ورقه های نازک پرتقال در پنج سطح دمایی 40 تا 80 درجه سلسیوس با گام 10 و سه سطح سرعت0.5 ، 1 و 2 متر بر ثانیه خشک شدند. در کنار اثرات دما و سرعت، اثرات ضخامت لایه های نازک پرتقال، مدت زمان خشک شدن نیز مورد ارزیابی قرار گرفت. منحنی های خشک شدن بر اساس داده های به دست آمده از آزمایش برازش شد. اثرات دمای هوای خشک کن و سرعت خشک شدن به روش رگرسیون چندگانه مورد ارزیابی قرار گرفت. تمام مدل های ریاضی خشک شدن بر اساس سه شاخص آماری مربع کای (x2)، ریشه متوسط مربع خطای داده ها (RMSE) و بازده مدل (EF) با هم مقایسه شدند. نتایج نشان داد که با افزایش دما و سرعت هوای خشک کن، زمان خشک شدن کاهش می یابد. مدل میدیلی و همکاران منحنی سینتیک خشک شدن ورقه های نازک پرتقال را بهتر نشان می دهد. هم چنین اثرات دما و سرعت هوای خشک کن بر ثابت ها و ضرایب مدل ها نیز بررسی شد.

در سال های اخیر تحقیقات زیادی برای ساخت روبات هایی برای انجام عملیات مختلف در بخش کشاورزی در حال انجام است. یکی از مراحل اصلی برای ساخت روبات های کشاورزی چگونگی تولید سیگنال های هادی است. هدف از انجام این تحقیق بررسی امکان استفاده از حسگرهای فراصوتی USS3 در تعیین جهت و موقعیت یک وسیله نقلیه متحرک به منظور استفاده در ساخت یک روبات متحرک برای کاربردهای گلخانه ای است. بدین منظور آزمایشاتی برای ارزیابی میزان دقت حسگرهای فراصوتی منتخب در تعیین جهت و موقعیت و نیز یافتن بهترین چیدمان حسگرها در اطراف شاسی روبات انجام شد. نتایج آزمایشات نشان داد که می توان حسگرهای فراصوتی USS3 را برای تولید سیگنال های هادی روبات ادر محیط گلخانه ها بکار برد. بهترین فاصله قابل رویت این حسگرها برای به کارگیری در این شرایط 15 تا 200 سانتی متر است. در فواصل کمتر از 15 سانتی متر و زوایای بیشتر از 30 درجه حسگرها دقت خوبی ندارند. حداکثر عرض ناحیه دید حسگرها برای سطوح صاف 17.15 سانتی متر و برای سطوح مدور 33.20 سانتی متر به دست آمد. چیدمان نهایی حسگرها در اطراف شاسی روبات نیز تعیین شد. همچنین نتایج آزمایشات نشان داد که با الگوریتم میانگین گیری طراحی شده می توان مقدار موقعیت و جهت را از داده های اصلاح شده حسگرهای فراصوتی محاسبه نمود. حداکثر مقدار اختلاف بین مقادیر موقعیت به دست آمده از حسگرهای فراصوتی با مقادیر حسگر مرجع 3 سانتی متر و مقدار RMSE آنها 0.714 سانتی متر بود. همچنین حداکثر مقدار اختلاف بین مقادیر جهت به دست آمده از حسگرهای فراصوتی با مقادیر حسگر مرجع 11.23 درجه و مقدار RMSE آنها 4.036 درجه به دست آمد.

خرما یکی از محصولات مهم کشاورزی در ایران می باشد. با توجه به ضایعات بالای خرما لازم است جهت افزایش زمان ماندگاری و حفظ کیفیت آن از روش های مناسب نگهداری مانند خشک کردن استفاده شود. از آنجا که خشک کردن بر خواص فیزیکو شیمیایی و کیفی محصولات تاثیر می گذارد، مدلسازی سینتیک خشک کردن یکی از راه های کنترل فرایند است. در این تحقیق، خرمای برحی در مرحله خلال در دمای -20oC نگهداری شده و پس از رفع انجماد بصورت بدون پوسته و با پوسته در دماهای 60، 70 و 80 درجه سلسیوس در خشک کن هوای گرم با سرعت هوای 1.5 متر بر ثانیه خشک شد و مشخص گردید که سرعت افت رطوبت در آنها در دماهای بالاتر و در حالت بدون پوسته بیشتر است. همچنین در منحنی های سرعت افت رطوبت محصول نسبت به زمان فقط یک مرحله سرعت نزولی مشاهده گردید. بر اساس نتایج حاصله اثر دمای هوای خشک کن بر قابلیت جذب مجدد آب خرما، معنی دار نیست. اثر داشتن یا نداشتن پوسته بر ظرفیت جذب آب (WAC) و قابلیت حفظ ماده خشک (DHC) در سطح احتمال یک درصد معنی دار است و بر قابلیت جذب مجدد آب (RA) اثر معنی داری ندارد. در خرمای با پوسته و بدون پوسته اثر دما بر شاخص های رنگ L و a در سطح احتمال پنج درصد و بر شاخص رنگ b در سطح احتمال یک درصد معنی دار است. داشتن یا نداشتن پوسته نیز بر هر سه شاخص L، a و b اثر معنی داری در سطح احتمال یک درصد دارد. در این تحقیق با بررسی 13 مدل تجربی مختلف و با محاسبه ضرایب همبستگی، ریشه میانگین مربعات خطا و مربع کای بین داده های تجربی و نتایج پیش بینی شده توسط هر مدل، مناسبترین مدل توصیف کننده سینتیک خشک کردن خرما مشخص شد. مدل تجربی وانگ برای خشک کردن خرمای با پوسته در دماهای مختلف هوا و مدل ورما برای خشک کردن خرمای بدون پوسته مناسب بودند.

خرما یکی از محصولات مهم کشاورزی در ایران می باشد. با توجه به ضایعات بالای خرما لازم است جهت افزایش زمان ماندگاری و حفظ کیفیت آن از روش های مناسب نگهداری مانند خشک کردن استفاده شود. کیفیت محصول خشک شده به وسیله معیارهایی مانند چروکیدگی ارزیابی می گردد. در این تحقیق، رقم برحی خرما در مرحله خلال به صورت بدون پوسته و با پوسته در دماهای 60، 70 و 80 درجه سلسیوس در خشک کن قفسه ای با سرعت هوای 1.5 متر بر ثانیه خشک شد. بررسی تغییرات درصد چروکیدگی خرما، طی خشک  شدن در دماهای مختلف هوا نشان داد که اثر دمای هوای خشک کن و داشتن یا نداشتن پوسته بر چروکیدگی محصول معنی دار نیست. با استفاده از داده های آزمایشگاهی، مقدار ضریب انتشار موثر رطوبت درونی خرمای بدون پوسته و با پوسته برای دماهای مختلف در محدوده 2.21×10-9 تا 1.19×10-8 مترمربع بر ثانیه برآورد شد. نتایج تجزیه واریانس نشان داد که اثر دمای هوا و داشتن یا نداشتن پوسته بر ضرایب انتشار موثر رطوبت در سطح احتمال یک درصد معنی دار است. تغییرات ضریب انتشار رطوبت به عنوان تابعی از دمای هوای خشک کردن با رابطه آرنیوس توصیف گردید و مقدار انرژی اکتیواسیون محاسبه شد.