پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

چکیده گردوی ایرانی (Juglans regia L.) یکی از مهم‌ترین محصولات باغی ایران است که به‌دلیل دارا بودن ترکیبات آنتی‌اکسیدانی و اسیدهای چرب غیراشباع، از ارزش غذایی و اقتصادی بالایی برخوردار است. با این حال، شیوه‌های سنتی خشک‌کردن، به‌ویژه در معرض نور مستقیم خورشید، می‌تواند موجب تغییر در ترکیبات معدنی و کاهش کیفیت مغز گردو شود. در این پژوهش، تأثیر دو روش خشک‌کردن شامل «با پوسته‌ی سخت چوبی» و «به‌صورت مغز» بر میزان عناصر معدنی مغز گردو مورد بررسی قرار گرفت. برای این منظور، مقادیر عناصر فسفر، پتاسیم، سدیم، آهن، روی، مس و منگنز با استفاده از دستگاه‌های فلیم‌فتومتر و طیف‌سنج جذب اتمی اندازه‌گیری و داده‌ها با آزمون تحلیل واریانس یک‌طرفه (ANOVA) در نرم‌افزار SPSS نسخه 26 تحلیل شدند. نتایج نشان داد گردوهای خشک‌شده با پوسته‌ی سخت به‌طور میانگین دارای مقادیر بالاتری از فسفر (حدود 8 درصد)، پتاسیم (حدود 11 درصد)، آهن (حدود 22 درصد) و مس (حدود 26 درصد) نسبت به گردوهای خشک‌شده بدون پوسته بودند (p<0.05). در مقابل، تفاوت معناداری در میزان روی، سدیم و منگنز بین دو روش خشک‌کردن مشاهده نشد (p>0.05). به‌طور کلی، خشک‌کردن گردو با پوسته‌ی چوبی ضمن کاهش اکسیداسیون و حفظ ترکیبات معدنی، مناسب‌ترین روش سنتی برای افزایش پایداری و حفظ کیفیت فیزیکی و شیمیایی مغز گردو در شرایط خشک‌کردن طبیعی تشخیص داده شد.

چکیده در این تحقیق یک سامانه کنترل الکترونیکی درصد لغزش، طراحی، ساخت و بر روی تراکتور مسی فرگوسن مدل 285 نصب و عملکرد مزرعه‌ای آن ارزیابی گردید. یک حسگر چرخش‌سنج برای اندازه‌گیری سرعت واقعی تراکتور و یک حسگر مغناطیسی برای اندازه‌گیری سرعت تئوری بکار برده شد. با ارسال سیگنال‌های خروجی از حسگرها به پردازشگر مرکزی، پردازشگر پس از محاسبة درصد لغزش و مقایسة آن با مقدار تنظیمی، مقدار خطا را محاسبه و مطابق آن موتور پله‌ای، شیر کنترل روغن را می‌چرخاند. متناسب با چرخش شیر کنترل، سامانه اتصال سه نقطه، عمق شخم گاوآهن را تغییر داد تا درصد لغزش چرخ‌های محرک تراکتور در محدوده مجاز، ثابت نگه داشته شود.

نتایج واسنجی حسگرها نشان داد که خطای سامانه اندازه‌گیری درصد لغزش در شرایط مزرعه‌ای حدود دو درصد بود. آزمون‌های مزرعه‌ای برای سامانه‌های کنترل در دو سطح ( الکترونیکی و مکانیکی)، سرعت پیشروی در چهار سطح (5/2، 5/3، 5/4 و 2/6 کیلومتر بر ساعت) و مقادیر تنظیمی در سه سطح (درصد لغزش برای سامانه الکترونیکی ( سطح 1 (10%)، سطح 2 ( 15%) و سطح 3 (20%)) و موقعیت اهرم کنترل کشش برای سامانه مکانیکی (کم (سطح 1)، متوسط (سطح 2)، زیاد (سطح 3))، در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی در خاک شنی لومی اجرا گردید. نتایج نشان داد که درصد لغزش در سامانه الکترونیکی در مقایسه با سامانه مکانیکی به میزان 35، 43 و 49 درصد به ترتیب در مقادیر تنظیمی 1، 2 و3 کاهش یافته است. کاهش درصد لغزش در سامانه الکترونیکی باعث کاهش سوخت مصرفی به میزان 11، 31 و 36 درصد به ترتیب در مقادیر تنظیمی 1، 2 و 3 گردید. بین میانگین سوخت مصرفی دو سامانه در تمامی سرعت‌های مشابه اختلاف معنی‌دار وجود داشت، طوری که سوخت مصرفی در سامانه الکترونیکی نسبت به سامانه مکانیکی کمتر بود.

چکیده پیش‌بینی دقیق عملکرد نیشکر نقشی اساسی در بهبود مدیریت مزارع و ارتقای پایداری زنجیره تأمین دارد. در این پژوهش، چارچوبی برای پیش‌بینی عملکرد نیشکر در مزارع کشت و صنعت دهخدا (استان خوزستان) ارائه شد که مبتنی بر ادغام داده‌های ماهواره‌ای و اطلاعات زراعی است. داده‌های مورد استفاده شامل ۲۴۱۷ رکورد از سال‌های زراعی ۱۳۹۶ تا ۱۴۰۳ بود که از سوابق مدیریتی مزرعه و تصاویر ماهواره‌ای سنتینل۲ شامل شاخص‌های گیاهی NDVI و EVI استخراج شد. در گام نخست، مزارع با استفاده از الگوریتم K میانگین و بر اساس ویژگی‌های مدیریتی و عملکردی به چهار گروه متمایز خوشه‌بندی شدند. سپس برای بهبود دقت مدل، مجموعه‌ای از ویژگی‌های مهندسی‌شده مانند بهره‌وری آب و بهره‌وری کود تعریف گردید. در ادامه، دو مدل یادگیری ماشین شامل جنگل تصادفی و گرادیان بوستینگ برای پیش‌بینی عملکرد نهایی آموزش داده شد. برای ارزیابی مدل‌ها، ۸۰ درصد داده‌ها برای آموزش و ۲۰ درصد برای آزمون مستقل در نظر گرفته شد و همچنین از اعتبارسنجی متقابل پنج‌لایه به‌منظور افزایش پایداری و عمومیت‌پذیری استفاده شد. نتایج نشان داد مدل گرادیان بوستینگ بهترین عملکرد را ارائه کرده و به ضریب تعیین 9924/0و ریشه میانگین مربعات خطا برابر 88/1 تن در هکتار دست یافته است. علاوه‌براین، تحلیل اهمیت ویژگی‌ها نشان داد بهره‌وری آب با سهم ۸۷ درصد، اثرگذارترین عامل در پیش‌بینی عملکرد است. در مجموع، یافته‌ها تأیید می‌کنند که ترکیب داده‌های مدیریتی و ماهواره‌ای همراه با مهندسی ویژگی می‌تواند ابزاری دقیق و کارآمد برای پشتیبانی از تصمیم‌گیری‌های مکانی و مدیریت منابع در کشاورزی دقیق باشد.

چکیده تولید محصول سیب‌زمینی نقش مهمی در تأمین امنیت غذایی در کشور دارد. از جمله روش‌های کشت و تکثیر غده سیب‌زمینی، استفاده از ریزغده‌ها یا مینی‌تیوبر است. در کشور در حدود 30 میلیون عدد مینی‌تیوبر در سال تولید می‌شود و سعی بر آن است که در گروه‌های وزنی مختلف طبقه‌بندی شوند. با این حال، از آنجایی که وزن ریزغده‌ها انحراف زیادی نسبت به میانگین دارند خرید و فروش آنها برحسب تعداد انجام می‌شود و از این نظر شمارش دقیق آنها اهمیت ویژه‌ای دارد. شمارش دستی معمولاً زمان‌بر، پرهزینه و همراه با خطا است. از طرفی شمارش مکانیزه ریزغده‌ها به صورت مکانیکی یا الکترونیکی، مستلزم ردیف شدن دقیق آنها در انتهای یک مسیر انتقال است و در این زمینه تحقیق خاصی صورت نگرفته است. در این تحقیق عملکرد یک دستگاه نقاله ردیف‌ساز مینی‌تیوبر که به سنسورهای شمارشگر نوری مجهز بود، بررسی گردید. از آنجایی که عملکرد مطلوب این ماشین تحت تأثیر عواملی شامل شیب عرضی نقاله، سرعت خطی نقاله و تعداد غده ورودی بر آن است، در یک آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح کاملا ً تصادفی در سه تکرار، سطوح مختلف این عوامل برای دو گروه اندازه مینی‌تیوبرها مقایسه شد. سطوح مختلف پیشنهادی برای شیب عرضی نقاله 15 و 18 درجه نسبت به افق، برای سرعت خطی نقاله 25/0، 5/0 و 75/0 متر در ثانیه و برای تعداد غده ورودی در واحد زمان مقادیر 2، 3 و4 غده در ثانیه در نظر گرفته شد. از نتایج این آزمایش مشخص گردید که بهترین عملکرد نقاله، با انتخاب زاویه 18 درجه برای شیب عرضی و سرعت 25/0 متر بر ثانیه برای تسمه به دست می‌آید.

چکیده استفاده بهینه از انرژی یکی از مؤلفه‌های اصلی کشاورزی پایدار است. به‌منظور بررسی جریان انرژی و انتشار گازهای گلخانه‌ای در تولید گیاهان علوفه‌ای در شرایط دیم شهرستان رشت، آزمایشی در قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی با سه تکرار طی دو سال زراعی 1404-1402 در مزرعه پژوهشی مؤسسه تحقیقات برنج کشور در شهرستان رشت به اجرا درآمد. تیمارهای آزمایشی شامل هشت گیاه علوفه‌ای (شبدر برسیم، خردل علوفه‌ای، جو، تریتیکاله، گلرنگ علوفه‌ای، ماشک، نخود علوفه‌ای و باقلا) و کشت مخلوط تریتیکاله + ماشک (50 درصد تریتیکاله و 50 درصد ماشک) بودند. نتایج نشان داد که سوخت و کود نیتروژن نسبت به سایر نهاده‌های انرژی، سهم بیشتری در تولید محصولات علوفه‌ای داشتند. در بین گیاهان علوفه‌ای، تریتیکاله با میانگین‌های ۲۴۹۹۷ مگاژول در هکتار و ۷۶۵ کیلوگرم معادل CO2 در هکتار و خردل علوفه‌ای با میانگین‌های ۲۲۵۷۲ مگاژول در هکتار و ۷۲۰ کیلوگرم معادل CO2 در هکتار به‌ترتیب بیشترین انرژی ورودی و انتشار گازهای گلخانه‌ای را دارا بودند. بر اساس نتایج، کشت مخلوط تریتیکاله + ماشک بالاترین نسبت انرژی (64/7)، بهره‌وری انرژی (65/0 کیلوگرم بر مگاژول) و انرژی خالص (131719 مگاژول در هکتار) را به خود اختصاص داد. در بین نهاده‌های مختلف انرژی دخیل در کل انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از تولید محصولات علوفه‌ای، سوخت و کود نیتروژن بیشترین نقش را داشتند. بنابراین، کاهش مصرف سوخت، مدیریت بهینه کود نیتروژن و کشت لگوم‌های علوفه‌ای (به‌دلیل توانایی آن‌ها در تثبیت نیتروژن) می‌توانند به افزایش بهره‌وری انرژی و کاهش انتشار گازهای گلخانه‌ای ناشی از تولید علوفه در شالیزار کمک نمایند.

چکیده جایگزین‌های متعددی برای خشک کردن با ایجاد کیفیت برتر و حفظ مواد غذایی وجود دارد که یکی از این جایگزین‌ها که مورد توجه محققان قرار گرفته است، خشک کردن به روش رفرکتنس ویندو است. تبادل همزمان جرم و حرارت در فرآیند خشک‌کردن سبب شده است تا این پدیده فرآیندی پیچیده از نظر انتقال جرم و خروج رطوبت ‌باشد. در این تحقیق، از یک سیستم فرکتنس ویندو برای خشک کردن برش های پرتقال با سه ضخامت 4، 6 و 8 میلی متر در سه دمای 60، 75 و 90 درجه سلسیوس استفاده شد و پارامترهای انتقال جرم و انرژی شامل میزان انرژی فعال سازی، ضریب جرم همرفتی، میزان انرژی مخصوص، بازده خشک کردن و نرخ تبخیر رطوبت ویژه با استفاده از دو مدل دینسر و دوست و مدل کرنک محاسبه شدند. نتایج نشان داد که آهنگ ثابت خشک‌شدن و ضریب نفوذ موثر رطوبت (ضریب انتقال جرم داخلی) با افزایش دما و ضخامت ورقه روند افزایشی داشتند. بیشترین میزان انرژی فعال‌سازی به روش دینسر و دوست به ترتیب به میزان kJ/mol 13/20 و در دمای 90 درجه سلسیوس بدست آمد. بالاترین ضریب جرم همرفتی در دمای 75 درجه سلسیوس و ضخامت 6 میلیمتر به میزان7- 10×95/7 محاسبه گردید. کمترین و بیشترین انرژی مخصوص مورد نیاز به ترتیب به میزان 5/2 و kWh/kg 2/17 بدست آمد. همچنین، بالاترین میزان بازده خشک‌کردن و نرخ تبخیر رطوبت ویژه (SMER) به ترتیب 8/11 درصد و 167/0 در دمای 90 درجه سلسیوس و ضخامت 8 میلیمتر بدست آمد.

چکیده سویق گندم یک فرآورده سنتی حاصل از برشته کردن دانه‌های گندم، از ارزش تغذیه‌ای و کاربردهای عملکردی قابل‌توجهی برخوردار است. در این مطالعه، ارزیابی برشته کردن مادون‌قرمز بر خصوصیات فیزیکوشیمیایی و ویژگی‌های حسی سویق گندم بررسی شد. بدین منظور، از طرح آزمایشی باکس-بنکن و روش سطح پاسخ سویق گندم (RSM) استفاده گردید، پاسخ‌های شامل رطوبت، شاخص‌های رنگ (L*, a*, b*, ∆E) و ظرفیت نگهداری آب (WHC) و ارزیابی حسی بودند. علاوه بر این، از منطق فازی برای مدل‌سازی رابطه بین ویژگی‌های حسی (رنگ، عطر، طعم و بافت) و پذیرش کلی محصول استفاده شد. نتایج نشان داد با افزایش توان از 250 به 450 وات، رطوبت از ٪65/4 به ٪09/2 کاهش یافت. با افزایش توان و زمان اعمال مادون‌قرمز، مقادیر a* و b* افزایش یافتند و شاخص‌های L* و ΔE نیز تحت تأثیر معنی‌دار شرایط فرآیند قرار گرفتند، WHC در ابتدا با افزایش توان و زمان بهبود یافت و در مقادیر بالاتر کاهش یافت. علاوه ‌بر این، ارزیابی حسی نشان داد که توان‌های متوسط و زمان‌های میانی، پذیرش کلی مطلوب‌تری ایجاد کردند. شرایط بهینه فرآیند، توان 24/365 وات و زمان 18/28 دقیقه تعیین شد که در این شرایط رطوبت نهایی ٪39/3، *L برابر 57/81، *a برابر 57/13،*b برابر 84/16، ΔE برابر با 77/9، WHC برابر ٪69/204 و امتیاز حسی 27/8 حاصل گردید. نتایج نشان‌ می‌دهد برشته کردن مادون‌قرمز موجب بهبود رنگ، حفظ ویژگی‌های حسی مطلوب و افزایش WHC می‌شود همچنین منجر به بیشترین پذیرش کلی حسی شد. تحلیل منطق فازی نشان داد که طعم و بافت مهم‌ترین عوامل مؤثر بر پذیرش مصرف‌کننده هستند و ترکیب رنگ مطلوب و عطر مناسب می‌تواند کمبودهای جزئی بافت را جبران کند. این مدل با نتایج تجربی سازگاری بالایی داشت. برشته کردن مادون‌قرمز، روشی مؤثر برای ارتقای کیفیت و پذیرش سویق گندم است و می‌تواند به‌عنوان رویکردی تجاری در صنعت فرآورده‌های گندم مورد توجه قرار گیرد.

چکیده در این پژوهش، از سیستم استنتاج عصبی-فازی تطبیقی (ANFIS) برای پیش‌بینی نیروی کششی، لغزش چرخ و مصرف سوخت تراکتور در شرایط مزرعه‌ای طی عملیات شخم با گاوآهن سه‌خیشه استفاده شد. آزمایش‌ها در مزارع شرکت تراکتورسازی ایران با روش دو تراکتوری انجام گردید. متغیرهای مستقل شامل چهار سطح عمق خاک‌ورزی (۱۰، ۲۰، ۳۰ و ۴۰ سانتی‌متر)، سه سطح رطوبت خاک (تقریباً ۱۲، ۱۵ و ۱۹ درصد) و چهار سطح سرعت پیشروی با دنده های سنگین (۱، 55/2، 40/4 و 58/6 کیلومتر بر ساعت) بودند. آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک کامل تصادفی (RCBD) با سه تکرار استفاده شد. پیش بینی همزمان سه شاخص کلیدی عملکرد تراکتور از چالش های اساسی در مدیریت عملیات خاک‌ورزی و بهینه سازی مصرف انرژی است، زیرا این شاخص ها تحت تاثیر برهم کنش پیچیده و غیرخطی میان ویژگی های خاک و پارامترهای عملیاتی قرار دارند و روش های متداول از دقت کافی برای توصیف این روابط برخوردار نیستند. لذا یک چارچوب هوشمند مبتنی بر (ANFIS)همراه با تحلیل مولفه های اصلی (PCA) برای پیش بینی همزمان نیروی کششی، لغزش چرخ و مصرف سوخت توسعه یافت. نتایج نشان داد که افزایش عمق خاک و سرعت پیشروی موجب افزایش نیروی کششی، لغزش و مصرف سوخت شده، در حالی که افزایش رطوبت خاک به دلیل کاهش مقاومت مکانیکی خاک، این شاخص را بهبود می بخشد. مدل پیشنهادی با ضرایب تعیین بالا برای نیروی کششی (99996/0)، لغزش (9997/0) و مصرف سوخت (99964/0) و مقادیر بسیار پایین RMSE، توانست رفتار واقعی سامانه تراکتور-خاک را با دقتی خوب شبیه سازی کند. نتایج نشان داد که مدل توسعه یافته نه تنها ابزاری دقیق برای پیش بینی عملکرد تراکتور است، بلکه می تواند به عنوان یک سامانه تصمیم یار در انتخاب شرایط بهینه عملیات، کاهش مصرف سوخت وهزینه خاک ورزی، کنترل لغزش و ارتقای بهره وری انرژی در کشاورزی دقیق مورد استفاده قرار گیرد.