پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

چکیده استفاده از گیاهان دارویی به دلیل عوارض جانبی کم‌تر نسبت به داروهای شیمیایی و ترکیبی، این روزها مورد توجه قرار گرفته است. یکی از مهم‌ترین مراحل فرآوری پس از برداشت در حوزة گیاهان دارویی، عصاره‌گیری می‌باشد. اولین گام در تهیه عصاره عملیات خشک‌کردن است. از این‌رو انتخاب بهترین روش و اعمال مناسب‌ترین شرایط برای خشک‌کردن یک محصول حائز اهمیت است. بنابراین هدف از این پژوهش بهره‌مندی از شیوة نوین خشک‌کن ترکیبی هوای گرم- میکروویو، در فرآیند خشک‌کردن ریشه شیرین‌بیان و اثر آن بر محتوای گلیسیریزیک اسید عصاره است. طرح آزمایشات با استفاده از روش سطح پاسخ صورت گرفت و با کمک روش کروماتوگرافی مایع با عملکرد بالا (HPLC) میزان گلیسیریزیک اسید برآورد شده‌است. نتایج حاکی از آن است با افزایش توان از 180تا 360 وات میزان گلیسیریزیک‌اسید افزایش یافته‌است و به مقدار 03/14 میلی گرم بر گرم وزن خشک رسیده‌است. همچنین در دمای 40 درجه سلسیوس میزان گلیسیریزیک اسید برابر با 81/12 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک است و در دمای 50 درجه سلسیوس این مقدار برابر با 03/14 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک است، سپس در دمای 60 درجه سلسیوس به میزان 68/14 میلی‌گرم بر گرم وزن خشک می‌رسد. به عبارتی با افزایش شدت توان میکروویو و افزایش دما میزان ماده موثره ریشة شیرین بیان، افزایش یافته‌است، اما پس از عبور از یک حد آستانه، افزایش این دو متغیر باعث کاهش میزان گلیسیریزیک اسید شده‌است. نتایج بررسی و مدلسازی سینتیک خشک‌شدن ریشه شیرین بیان نشان داد که رابطة پیج، با میزان ضریب تعیین 99/0 و مقدار مربع کای 025/0، بهترین تطابق با داده‌های تجربی مربوط به روند خشک شدن را دارد. در این پژوهش میزان گلیسیریزیک اسید در دمای خشک‌شدن 60درجه سلسیوس در آون به بیشینه مقدار خود معادل با 54/15رسیده‌است.

چکیده در این پژوهش طراحی، استخراج دانش فنی و ساخت یک مجموعه پلتفرم کامل برای تراکتور با توان‌های 40 تا 60 اسب بخار با وزن بیشینه 2450 کیلوگرم و همچنین تحلیل استاتیکی سازه محافظ واژگونی (ROPS) آن انجام شد. پلتفرم شامل شاسی اصلی، شاسی ستون فرمان، گلگیرهای راست و چپ، ROPS و سایر متعلقات اتصالی می‌باشد. شاسی اصلی به گونه‌ای طراحی شده که در برگیرنده کلیه اهرم‌ها و پدال‌های کنترلی، صندلی راننده، داشبورد و سیستم فرمان باشد. سازه ROPS به‌منظور محافظت از راننده در زمان واژگونی تراکتور از جنس فولاد آلیاژی ST44 (پروفیل با ابعاد 8×6 سانتی‌متر و ضخامت 4 میلی‌متر) توسط نرم افزار CATIA طراحی و بر روی شاسی اصلی نصب گردید. بارگذاری استاتیکی و مقاومت مکانیکی آن مطابق با استانداردISO 5700 بررسی شد. نتایج نشان داد بیشینه تنش استاتیکی بدست آمده در آزمون تخریبی در سازه ROPS در مقایسه با استحکام کششی فولاد‌ ST44 (استحکام نهایی MPa580 و مدول کشسانی MPa 210000) برای تراکتورهای یوروپارس مدل RK404-A (مدل شالیزاری/باغی) و RK604-A (مدل باغی/زراعی) در محدوده ایمن بوده است و از نظر مقاومت مکانیکی استحکام لازم را دارا می‌باشد. همچنین بیشینه انحراف ROPS در بارگذاری‌ها، محدوده ایمن راننده را نقض نکرد. در نهایت دانش فنی قطعات طراحی شده استخراج، نمونه‌های پلتفرم تولید و بر روی دو مدل ترکتور نصب و ارزیابی شد. نتایج نشان داد که مجموعه پلتفرم طراحی و تولید شده از نظر ابعادی، محل نصب پدال‌ها و سیستم‌های کنترلی و همچنین نمای ظاهری مناسب برای استفاده در تولید تراکتورهای مذکور می‌باشد. وزن کل مجموعه پلتفرم 209 کیلوگرم بدست آمد.

چکیده برداشت دستی محصول فلفل دلمه‌ای به عنوان یکی از محصولات گلخانه‌ای زمان‌بر و هزینه‌های کارگری بالایی به دنبال دارد. به منظور برداشت رباتیک این محصول سامانه‌های بینایی ماشینی دوبعدی مختلفی توسعه یافته است. به دلیل محیط پیچیده گلخانه، تراکم بالای شاخه و برگ، وجود آفات و بیماری‌ها و آفتاب سوختگی، شرایط نوری غیر یکنواخت و متغیر و بلوغ غیر همزمان محصول منجر به غیریکنواختی در رنگ می‌شود. بنابراین علاوه بر فلفل دلمه‌ای سبز برداشت فلفل‌های دلمه‌ای رنگی نیز با چالش‌هایی همراه باست. لذا هدف از انجام این پژوهش تشخیص فلفل دلمه‌ای در مدل ابر نقاط مبتنی بر توصیفگر هیستوگرام ویژگی‌های سریع نقطه (FPFH) و یادگیری ماشین است. جهت ثبت تصاویر عمق از حسگر Kinect V2 استفاده شد. پس از ایجاد مدل سه‌بعدی از ویژگی‌های هندسی(FPFH) جهت طبقه‌بندی و از کانال رنگی H جهت ایجاد نظارت در 9 مدل طبقه‌بند استفاده شد. برای این منظور از 15 مدل سه‌بعدی از فلفل‌های رنگی استفاده شد. با توجه به معیار‌های F1-Score، سطح زیر منحنی و صحت الگوریتم، مدل طبقه‌بند KNN به عنوان بهترین مدل انتخاب شد. به منظور ارزیابی الگوریتم KNN بر روی 15 مدل سه‌بعدی از فلفل قرمز، فلفل نارنجی و زرد اجرا و در نهایت مورد بازبینی انسانی قرار گرفت. نتایج نشان داد مقدار معیار F1-Score به جز یک مورد در همه موارد بالاتر از 7/0، سطح زیر منحنی راک نیز در همه موارد بالاتر از 8/0 و صحت الگوریتم طبقه بندی در همه موارد بالاتر از 9/0 به دست آمد. علاوه بر این نتایج ارزیابی انسانی نیز نشان داد که حداقل دقت تشخیص برابر 42/71 درصد و در بعضی موارد نیز دقت 100 درصد حاصل شده است.

چکیده هدف اصلی مطالعه حاضر تجزیه و تحلیل اقتصادی استفاده از ماشین نشاکار در مزارع برنج می‏باشد. برای این منظور کارآیی فنی و نسبت شکاف تکنولوژیکی کشاورزانی که با روش سنتی عملیات نشاکاری را انجام داده‌اند با کشاورزانی که از روش‌های مدرن برای نشاکاری استفاده نموده‌اند مورد مقایسه قرار گرفت. برای محاسبه کارایی فنی از روش ناپارامتریک تصادفی فراگیر داده‌ها (StoNED) استفاده شد. داده‌های مورد نیاز با استفاده از روش نمونه‌گیری خوشه‌ای متناسب با حجم جامعه و با تکمیل پرسشنامه از 531 کشاورز بدست آمد. نتایج مربوط به برآورد کارآیی فنی نسبت به تابع مرزی نشان داد که با استفاده از میزان نهاده فعلی و سطح تکنولوژی موجود، امکان افزایش تولید وجود دارد. این امر نقطه امیدبخشی برای سیاست‌گذاران بخش کشاورزی است. زیرا می‌توان با استفاده از شیوههای انتقال الگوها و تکنیکهای صحیح استفاده از نهادهها به‌صورت درون‌گروهی، بر میزان تولید برنج افزود. نتایج مربوط به کارایی فنی نسبت به تابع فرامرزی نشان داد که شالی‌کاران در سیستم کاشت مدرن عملکرد تکنیکی بهتری داشته‌اند. افزون بر این نتایج مربوط به نسبت شکاف تکنولوژیکی نشان داد که در تمام مزارع مورد بررسی، کشاورزانی که از روش‌های مدرن برای نشای برنج استفاده نموده‌اند از نسبت شکاف تکنولوژیکی بالاتری نیز برخوردار بوده‌اند. با توجه به نتایج، کشاورزان می‌توانند با خرید ماشین‌های مدرن به‌صورت تعاونی، تولید محصول خود را افزایش دهند. دولت نیز می‌تواند با مکانسیم‌های تشویقی مانند تسهیلات کم‌بهره به کشاورزان و یا تعاونی‌ها جهت خرید ماشین‌های مدرن، گامی در جهت افزایش تولید و حرکت به سمت خودکفایی بردارد.

چکیده در تحقیق حاضر به منظور ارتقا کیفیت کاشت ردیف‌کار ذرت، اقدام به ساخت و ارزیابی مزرعه‌ای موزع غلتکی شیار‌دار جدید شد. پس از ساخت و نصب قطعات موزع، ردیف‌کار در مزرعه مورد آزمون قرار گرفت. ردیف‌کار مورد نظر مجهز به دو واحد کارنده بود که یک واحد آن مجهز به موزع نیوماتیک به عنوان واحد شاهد و واحد دیگر مجهز به موزع غلتکی شیاردار جدید بود. آزمایش‌ها در قالب طرح بلوک کامل تصادفی با تیمارهای سرعت پیش‌روی در سه سطح 3، 4 و 5 کیلومتر بر ساعت، زاویه شیار موزع در سه سطح زاویه 23، 25 و 27 درجه و در 3 تکرار انجام شد. صفت‌های محاسبه شده در این تحقیق شامل شاخص نکاشت، شاخص چندکاشتی، شاخص دقت، شاخص کیفیت تغذیه و ضریب تغییرات بودند که برای هر دو واحد کارنده اندازه‌گیری و مقایسه شدند. نتایج نشان داد موزع غلتکی شیار‌دار به خوبی توانسته شاخص نکاشت را بهبود ببخشد به طوری که هنگام استفاده از این موزع در مقایسه با موزع پنوماتیکی، شاخص نکاشت 28/26 درصد کاهش داشت. با این حال اختلاف بین مقادیر اندازه‌گیری شده برای سایر صفت‌ها در سطح احتمال 5 درصد برای دو موزع آزمایش شده معنی‌دار نبود. در نهایت مقدار بهینه زاویه شیار موزع غلتکی جدید با استفاده از روش رگرسیون چند متغیره برابر 25 درجه تعیین شد. همچنین در این مطالعه مدلی با ضریب تبیین 94/0 نیز برای پیش‌بینی دبی خروجی موزع بر اساس زاویه شیارهای موزع و سرعت زاویه‌ای محور تغذیه موزع ارائه شد. خطای پیش‌بینی مدل در محدوده 12± درصد و جذر میانگین مربعات خطای مدل 140 میلی‌متر مکعب بر دقیقه به‌دست آمد.

چکیده کشاورزی دقیق از بهترین راهکارهای اجرای عملیات مکانیزه برای حفظ منابع طبیعی و اقتصادی است. رسیدن به این مهم با بکارگیری انواع حسگرها، تکنولوژی‌های متنوع هیدرولیکی، الکترونیکی و مکانیکی در ماشین‏های کشاورزی کنترل و برنامه‏ریزی برای اعمال نرخ متغییر VRA به ویژه با رفع مشکل تأمین برق مورد نیاز مهیا خواهد شد، ازطرفی گسترش بکارگیری انرژی برق به دلیل انتقال آسان‏تر، هزینه پایین، بازدهی بالا و قابلیت برنامه‌ریزی هوشمند در صنایع مختلف به‏ویژه خودروسازی، طی چند دهه‏ی اخیر نشان از ضرورت ورود آن به تراکتورها و ماشین‏های کشاورزی دارد، اما نوع و میزان توان الکتریکی موجود در تراکتورها عامل محدود کننده اصلی است. در این پژوهش با مروری بر روشهای تامین برق ادوات کشاورزی، یک روش جدید برای تامین ارتعاش یک زیرشکن ارتعاش برقی آزمایش گردید. که اساس آن طراحی یک اینورتر DC با ورودی برق از باتری تراکتور است که، مدولاسیون عرض پالس و یک پتانسیومتر وظیفه اعمال دور مناسب برای الکتروموتورها و بسامد ارتعاش متغییر را بر عهده داشته و بسامدهای سامانه ارتعاش زیرشکنی (بسامد صفر: F1 بسامد +18: F2، -18: F3، +36: F4 و -36: F5) با توان مورد نیاز تا 1 کیلووات فراهم شد. نتایج شاخصهای خاکورزی زیرشکن ارتعاش دورانی با انرژی برق نشان داد تأثیر سطوح بسامد ارتعاش بر نیروی مقاومت کششی وکاهش قطر کلوخه در سطح 5% معنی‏دار شده است لذا برقی سازی ادوات کشاورزی می‌تواند موجب بهبود عملکرد آنها شده و تامین توان با طراحی اینورتر علاوه بر سادگی و کاهش هزینه ها، ویژگی تامین توان مستقل از دور موتور تراکتور بسیار مهم و کارآمد برای اعمال کشاورزی دقیق است.

چکیده فحل‌یابی دقیق یکی از مهم‌ترین چالش‌ها برای موفقیت در صنعت دامپروری است. در حال حاضر در اکثر مناطق دنیا فحل‌یابی به روش مشاهده‌ای انجام می‌شود که از بهره‌وری پایینی برخوردار و باعث ضرر و زیان زیادی به این صنعت شده است. در بین روش‌هایی که به‌صورت خودکار استفاده می‌شوند، می‌توان بینی الکترونیکی را به خاطر مزایایی همچون سرعت بالا، هزینه عملیاتی پایین و هزینه ساخت کم، برای تشخیص فحلی دام از بوی شیر آن به کار برد. در این پژوهش از یک سامانه بینی الکترونیکی متشکل از 7 حسگر نیمه‌هادی اکسید فلزی (MOS) برای تشخیص و پیش‌بینی زمان رخداد فحلی استفاده شد. از شیر 34 رأس گاو غیر آبستن به مدت 30 روز در ایستگاه تحقیقاتی دامپروری گروه علوم دامی دانشگاه تهران نمونه‌‌گیری شد و نمونه‌ها همان ‌روز مورد آزمایش قرار گرفتند. در دوره آزمایش 26 رأس از آن‌ها نشانه‌های فحلی را از خود بروز دادند و لذا برای تحلیل مورد بررسی قرار گرفتند. این سامانه به همراه روش‌های تشخیص الگو همچون تحلیل مؤلفه‌های اصلی(PCA)، تحلیل تفکیک خطی(LDA) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) توسعه داده شد. ابتدا بردار ویژگی‌ها از سیگنال پاسخ حسگرها استخراج و پس از مرتب‌سازی و طبقه‌بندی به عنوان ورودی روش‌های تشخیص الگو به کار گرفته شدند. دقت طبقه‌بندی چهار مرحله در چرخه فحلی گاو توسط روش‌های تحلیل تفکیک خطی 33/86% و شبکه عصبی مصنوعی 80/91% به‌ دست آمد. نتایج به خوبی نشان داد سامانه بینی الکترونیکی روشی کارآمد و سریع برای طبقه‌بندی و جداسازی مراحل مختلف چرخه فحلی به ویژه مرحله ایستا فحلی است.

چکیده صنعت کشاورزی حدود 10 تا 12 درصد گازهای گلخانه‌ای جهان را تولید می‌کند. بررسی سهم نهاده‌های مصرفی در سیستم‌های کشت و محصولات زراعی می‌تواند در بهینه‌سازی آن‌ها و کاهش آلایندگی‌های زیست‌محیطی مؤثر باشد. این مطالعه با هدف ارزیابی شاخص‌های زیست‌محیطی تولید بامیه در واحد هکتار با روش ReCiPe 2016 در سیستم‌های کشت خالص، مخلوط با خیار و جنگل زراعی با درخت خرما در استان خوزستان مورد مطالعه قرار گرفت. این پژوهش در سال زارعی 1400-1398 مورد بررسی قرار گرفت. مرز سامانه مورد مطالعه از کاشت تا برداشت محصول بامیه در سیستم‌های کشت آن می‌باشد. اطلاعات جمع‌آوری شده شامل تمامی نهاده‌های مصرف شده از قبیل کود، سم، ادوات کشاورزی، نیروی انسانی و سوخت مصرفی بود. روش مورد بررسی شاخص‌های زیست‌محیطی ReCiPe 2016 می‌باشد. این روش شامل شاخص‌های نهایی خسارت به سلامت انسان، اکوسیستم و منابع و همچنین شاخص‌های میانی همچون گرمایش جهانی و تخریب لایه ازون می‌باشد. نتایج نشان داد کشت مخلوط بامیه و خیار به دلیل مصرف نهاده‌های شیمیایی و پلاستیک مصرفی بالاتر نسبت به کشت خالص (15/17 درصد) و جنگل زارعی (10/79 درصد) اثرات مخرب زیست‌محیطی بالاتری دارد. کود نیتروژن، فسفات و سوخت مصرفی به همراه پلاستیک از اثرگذارترین نهاده‌ها در شاخص‌های زیست‌محیطی می‌باشد. شاخص کارایی زیست‌محیطی نیز نشان داد جنگل زارعی بامیه و خرما نسبت به کشت خالص و مخلوط برتری معنی‌داری دارد. از این رو با توجه به عملکرد بالاتر کشت مخلوط در واحد سطح نسبت به کشت خالص، توصیه می‌شود نهاده‌های پرمصرف آن بهینه شود، همچنین در مناطقی از استان خوزستان که امکان جنگل زارعی بامیه وجود دارد، این نوع کشت با توجه به آلایندگی محیطی کمتر آن توصیه می‌شود

چکیده بیودیزل بعنوان یک سوخت شیمیایی اصلاح شده و سازگار با محیط زیست، تجدید پذیر، غیر سمی و ایمن شناخته میشود که عمدتاً به عنوان سوخت در موتورهای احتراق تراکمی استفاده می‌شود. این مطالعه با هدف امکان‌سنجی تولید بیودیزل از روغن پسماند آشپزخانه با استفاده از سیستم فراصوت و در نهایت ارزیابی سوخت تولیدی با استفاده از یک موتور دیزل ژنراتور انجام شده است. در این مطالعه، تاثیرپارامترهای نسبت مولی الکل به روغن، درصد وزنی کاتالیزور و زمان واکنش بر بازده تولید متیل استر بررسی شد. آنالیز داده ها با روش سطح پاسخ انجام شد و شرایط بهینه بدست آمده : نسبت مولی 30/8، درصد وزنی کاتالیزور 32/5 و زمان واکنش 23/33 دقیقه به دست آمد. همچنین نتایج بدست آمده از ارزیابی سوخت تولیدی در یک موتور دیزل ژنراتور نشان داد که با افزایش میزان بیودیزل در سوخت ورودی به موتور، انتشار CO به میزان 026/0% و سطح دود خروجی از موتور به میزان 22% کاهش و NOx به میزان 513 پی پی ام افزایش می‌یابد. همچنین افزایش بیودیزل باعث افزایش توان ویژه ترمزی به میزان 5/46 کیلو وات و مصرف ویژه سوخت ترمزی به میزان 91 گرم بر کیلو وات ساعت می‌شود و از طرفی، منجر به کاهش گشتاور ترمزی به میزان 87 نیوتن متر شد.

چکیده تخم‏ مرغ ماده ‏ای پرمصرف است که به دلیل فسادپذیری بالا می‏ تواند سلامت افراد زیادی را به مخاطره اندازد. بنابراین تشخیص تازگی آن برای صنایع غذایی دارای اهمیت بالایی است. روش‏ های غیرمخرب متعددی به منظور سنجش کیفیت درونی تخم‏ مرغ پیشنهاد شده که در این پژوهش از سامانه آکوستیک برای تشخیص تازگی تخم‏ مرغ استفاده شد. نمونه‏ ها در دمای محیط به مدت 16 روز نگهداری شدند. از یک سطح شیبدار با زاویه 10 درجه به طول 45 سانتی‏ متر که در قسمت میانی آن پله‏ ای به ارتفاع چهار میلی‏متر تعبیه شده بود در سامانه مذکور استفاده شد. صدای حاصل از غلتش نمونه ‏ها و ضربه ایجاد شده در اثر عبور از پله به وسیله میکروفون ضبط ‏شد. سپس بُعد فرکتال سیگنال‏ های صدا با استفاده از دو روش هیگوچی و کاتز محاسبه شد. آزمون مخرب نیز با در نظر گرفتن معیار واحد هاو انجام شد و تخم‏ مرغ ‏ها از نظر تازگی به دو گروه AA و A+B تقسیم شدند. نتایج سه روش طبقه ‏بندی شبکه‏ عصبی مصنوعی (ANN)، ماشین بردار پشتیبان (SVM) و آنالیز تشخیصی (DA) نشان داد که روش SVM در مقایسه با دو روش دیگر از کارآیی بهتری برخوردار است. میانگین دقت طبقه ‏بندی داده‏ های آزمایش در روش SVM برای بُعد فرکتال کاتز و طول پنجره 25 میلی‏ ثانیه برابر 07/78 درصد به دست آمد.