پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

چکیده بیشتر دستگاه‌های کاشت که امروزه در ایران استفاده می‌شوند یا از دقت کاشت کافی برخوردار نیستند و یا به خاطر داشتن سامانه های پیچیده، احتیاج به سرمایه‌گذاری اولیه زیادی برای کشاورزان دارند. این ادوات با قیمت بالا ارائه شده و برای مزارع کوچک که عملکرد پایینی دارند، مناسب نیستند. در ایران روش کاشت نخود بیشتر به صورت دستی انجام می‌شود که مستلزم صرف وقت و هزینه زیادی است. بدیهی است بهره مندی از کارنده‌هایی نظیر ردیف‌کار باعث صرفه جویی در هزینه‌ها و کاهش مدت زمان کاشت خواهد شد. در این پژوهش، یک سامانه موزع خودکار ردیف‌کار ماشین کاشت نخود ساخته شده و مورد ارزیابی قرار گرفت و سامانه‌ای برای کارنده در نظر گرفته شد که به صورت خودکار جهت کاشت یکنواخت بذر نخود با تکیه بر جریان یکنواخت بذر نخود عمل کشت را انجام دهد. به این منظور برای بررسی یکنواختی و دقت در کاشت نخود از شاخص-های نکاشت، چند کاشت، کیفیت تغذیه و دقت در فاصله کاشت استفاده شد. متغیرهای سرعت حرکت تراکتور در سه سطح 3، 5 و 7 کیلومتر بر ساعت و فاصله بین بذرها در سه سطح 5، 10 و 15 سانتی‌متر مورد برای ارزیابی سامانه مورد استفاده قرار گرفتند. نتایج نشان داد تأثیر متغیر سرعت بر روی تمامی شاخص‌ها در سطح یک درصد معنی‌دار بود. همچنین تأثیر متغیر فاصله بین بذرها نیز بر روی شاخص‌های چند کاشت، کیفیت تغذیه و دقت در فاصله کاشت نیز در سطح یک درصد معنی‌دار بود، لیکن اثر معنی‌داری بر روی شاخص نکاشت نداشت. در هیچ کدام از شاخص‌ها، متغیرهای سرعت و فاصله بین بذرها اثر متقابل نداشتند. برای بررسی رابطه بین متغیرهای ثابت سرعت و فاصله بین بذرها با متغیرهای عملکردی موزع از رگرسیون چند جمله‌ای تکاملی استفاده شد. این مدل رگرسیونی توانست با ضریب تبیین بالایی رابطه بین متغیرها را برازش کند.

چکیده خشک کردن یکی از موثرترین روش‌ها برای افزایش ماندگاری محصولات غذایی است. افزایش راندمان و کاهش مصرف انرژی در خشک کردن ضروری است. صرفه جویی در زمان و انرژی بهترین مزایای روش خشک کردن مایکروویو است. بنابراین هدف از این تحقیق بررسی تأثیر توان مایکروویو (P)، جرم محصول (M) و زمان (T) بر انرژی جذب شده، اتلاف انرژی و همچنین پیش‌بینی بازده در حین خشک شدن برگه‌های سیب در مایکروویو بود. در این تحقیق توان‌های مایکروویو 100، 300 و 600 وات، جرم سیب 20، 40، 60، 80 و 100 گرم و زمان 60، 90، 120، 150 و 180 ثانیه در نظر گرفته شدند. در این مقاله، از سه روش مختلف هوش مصنوعی برای مدلسازی انرژی جذب شده و اتلاف انرژی سیب همراه با پیش‌بینی بازده مایکروویو در طول فرآیند خشک کردن استفاده گردید. این روش‌ها عبارتند از: شبکه عصبی مصنوعی (ANN)، سیستم استنتاج فازی عصبی تطبیقی (ANFIS) و ماشین بردار پشتیبان (SVM) همراه با الگوریتم کرم شب تاب (FFA). نتایج نشان داد که مقدار انرژی جذب شده توسط سیب در طول خشک کردن در مایکروویو به شدت به مقدار جرم بستگی دارد. بیشترین و کمترین بازده مایکروویو به ترتیب در توان 600 وات و جرم 100 گرم و کمترین بازده در زمان 180 ثانیه و توان 100مشاهده گردید. همچنین، انرژی جذب شده در 600 وات تقریباً چهار برابر بیشتر از آن در 100 وات بود. سیستم عصبی-فازی و ماشین بردار پشتیبان نتایج خوبی نسبت به شبکه عصبی مصنوعی برای پیش‌بینی انرژی جذب شده، اتلاف انرژی و بازده مایکروویو نشان دادند.

چکیده اندازه‌گیری دقیق، قابل اعتماد، بلادرنگ، بدون تأثیر از مواد عبوری، پیوسته و غیرانسدادی نرخ جریان جرمی مواد فله‌ای در خطوط انتقال یک چالش فنی بوده است، که برای دستیابی به استفاده کارآمد از انرژی، مواد اولیه و کاهش ضایعات به‌طور فزاینده‌ای قابل توجه است. در این پژوهش یک دستگاه دبی‌سنج مواد دانه‌ای مبتنی بر نیروی مرکزگرا طراحی ساخته و ارزیابی شد. در ابتدا به‌منظور بررسی عبور آسان مواد دانه‌ای بدون انسداد مسیر عبور در دستگاه و همچنین تعیین سرعت ریزش مواد روی صفحه اندازه‌گیری برای سه نرخ ریزش مختلف گندم 62/15، 90/32 و 75/66 کیلوگرم بر ثانیه، تحلیل روش المان گسسته صورت گرفت. باتوجه به نتایج این بخش، برای سه نرخ ریزش مختلف، سرعت مواد روی صفحه اندازه‌گیری 18/0 ± 55/2 متر برثانیه به‌دست آمد. در مرحله نخست ارزیابی واقعی دستگاه، واسنجی بارسنج با استفاده از وزنه‌های استاندارد از 100 تا 1800 نیوتن با مراحل 100 نیوتن و برای اعتبارسنجی از 5 تا 500 نیوتن با مراحل 5 نیوتن صورت گرفت. در نهایت واسنجی بارسنج با ضریب تبیین بالای 99% با میانگین مربعات خطای 88/3 نیوتن تأیید شد. سپس ارزیابی دستگاه برای مقادیر معین گندم در هفت مقدار مختلف از 5 تا 35 کیلوگرم با گام‌های 5 کیلوگرمی با نرخ ریزش تصادفی صورت گرفت. نتایج حاصل نشان داد که دستگاه با دقت بسیار بالایی (ضریب تبیین بالای 99% و درصد میانگین خطای مطلق 55/0%) قادر به اندازه‌گیری بلادرنگ نرخ ریزش مواد دانه‌ای است.

چکیده ماشین برداشت گیاهان برگی با هدف بهبود بازده، کاهش آسیب محصول، کاهش نیروی انسانی و کاهش آلودگی استفاده می‌شود. در این تحقیق سیستم برش دستگاه برداشت گیاهان برگی طراحی و ساخته شد و روی سه گیاه شاهی، اسفناج و ریحان آزمایش صورت گرفت. این دستگاه شامل یک تیغه ارّه نواری است که روی دو پولی قرار می‌گیرد. پولی‌ها توسط یک نیروی محرکه به چرخش در می‌آیند. برای اتصال پولی محرک به موتور از کوپلینگ و برای جلوگیری از انحراف زاویه‌ای محور از دو یاتاقان ساچمه‌ای UCP206 استفاده شد. اتصال پولی متحرک به قاب نیز توسط یک محور و یک یاتاقان صورت گرفت که وظیفه تنظیم کشش تیغه ارّه را بر عهده دارد. کشش تیغه توسط پیچ و مهره تنظیم می‌شود. این مجموعه روی یک قاب فلزی U شکل معکوس قرار دارند و این قاب به شاسی کلی دستگاه متصل است. چرخ‌های حامل توسط مکانیزم تنظیم ارتفاع به شاسی اصلی متصل شده‌اند. برای تعیین عملکرد دستگاه، آزمایشات در سه سطح سرعت خطی تیغه 7/3، 5 و 3/6 متر بر ثانیه و سه سطح سرعت پیشروی 1، 5/1 و 2 کیلومتر بر ساعت انجام شد. طراحی آزمایشات توسط نرم افزار Minitab 2018 انجام شد و با روش آماری آزمایش مرکب مرکزی برای هر یک از سه گیاه، 13 آزمایش طرح شد. با توجه به نتایج بدست آمده، سرعت بهینه خطی تیغه 3/6 متر بر ثانیه و بهترین بازه برای سرعت پیش روی، 5/1 و 2 کیلومتر بر ساعت -بدست آمد. هم چنین از نظر کیفیت سطوح برش، ساقه‌های بریده شده توسط این دستگاه بدون لهیدگی بودند و کم ترین آسیب را به گیاه وارد کرده است.

چکیده شناسایی مراحل رشد میوه پیش از برداشت عامل مهمی در بهبود کمیت و کیفیت میوه است. داشتن چنین اطلاعاتی به باغ‌دار کمک می‌کند که تیمار مناسب هر مرحله از رشد را اعمال نماید و باتوجه به شرایط متغیر آب‌و‌هوایی، به درک مناسبی از زمان برداشت میوه دست پیدا کند. با این هدف، در پژوهش حاضر از تصاویر رنگی برای شناسایی هفته‌های منتهی به زمان برداشت میوه سیب گلدن پاییزه استفاده شد. با استفاده از فناوری یادگیری عمیق و شبکه‌های عصبی پیچشی، مدل EfficientNetB1 برای طبقه‌بندی عکس‌های گرفته شده در هفته‌های مختلف رشدی میوه سیب استفاده‌شد. داده‌ها به‌صورت تصادفی به سه دسته آموزش (60%)، اعتبارسنجی (20%) و آزمون (20%) تقسیم شدند. همچنین، دو فرایند پیش‌پردازش یعنی نرمال‌سازی داده‌ها و نیز داده‌افزایی برای حصول نتایج بهتر منظور گردید و در مرحله توسعه مدل از بهینه ساز Nadam و تابع هزینه categorical_crossentropy استفاده شد. نتایج نشان‌داد که مدل توسعه داده‌شده قابلیت خوبی در طبقه‌بندی تصاویر ورودی خواهدداشت. مقدار ضریب همبستگی (R) برای داده‌های آموزش، اعتبارسنجی و آزمون به ترتیب 86/0، 88/0 و 87/0 به‌دست آمد. همچنین، توانایی مدل در طبقه‌بندی با استفاده از پارامترهای precision، recall و f1-score برای هر طبقه ارائه گردید که برطبق آن برخی از طبقه‌ها با دقت 100% از سایر طبقه‌ها متمایز شدند. با توجه به قابلیت‌های یادگیری عمیق در طبقه‌بندی عکس‌ها در شرایط کاملاً طبیعی، این قبیل مدل‌ها می‌توانند در توسعه ربات‌های برداشت و یا سامانه‌های عکس برداری هوایی و غیره استفاده شوند و اهداف مختلفی در کشاورزی دقیق، و به طور خاص، باغبانی دقیق را برآورده سازند.

چکیده تولید پودر از پالپ میوه‌ها روش مناسبی برای جلوگیری از ضایع‌شدن خواص مفید موجود در گوشت باقیمانده از پوست، آب و هسته‌ی میوه‌ها است. خواص فیزیکو شیمیایی پودر نقش مهمی در زمان نگه‌داری، مشتری پسندی و طعم و مزه‌ی آن دارد. این فرآیند با استفاده از خشک‌کن خلائیبه روش کنترل آتمسفر انجام‌ شد و از نظر مدت زمان خشک‌شدن و شاخص قهوه‌ا‌ی‌شدن بررسی شد. خشک‌کن در مقیاسآزمایشگاهی برای پنج سطح دمایی۴۵، ۵۵، 65، 75 و 85 درجه‌ سلسیوس و در پنج سطح فشار خلاء 40، 50، 60، 70 و 80 کیلوپاسکال برای ضخامت 5/6 میلی‌متر تنظیم شد.تجزیه و تحلیل آماری داده‌های به دست آمده و بهینه‌سازی فرآیند خشک‌کردن خلائی با استفاده از روش سطح پاسخ انجام شد. نتایج نشان داد که با افزایش دمای محفظه‌یخشک‌کن از 45 تا 85 درجه سلسیوس،زمان خشک‌شدن 3/78 درصد کاهش یافت.کمترین میزان شاخص قهوه‌ای‌شدنتحت شرایط دمای محفظه‌ی خشک‌کن 45 درجه‌ سلسیوس و فشار خلاء60 کیلو پاسکال برای خشک‌کن خلائی به روش کنترل آتمسفربرابر با 26/100 به‌دست آمد. نقطه بهینه‌ی پودر تولیدشده از ورقه‌های خشک‌شده‌ی پالپ سیب توسط سیستم خلائی به روش کنترل آتمسفر در دمای محفظه خشک‌کن 1/75 درجه‌ سلسیوس و فشار خلاء 96/63 کیلوپاسکال پیشنهاد شد. تحت این شرایط مقدار بهینه‌ی متغیرهای پاسخ شامل زمان خشک‌شدن و قهوه‌ای‌شدن به ترتیب برابر 205 دقیقه و 02/136 به‌دست آمدند.

چکیده استفاده از روش‌های سنتی کوددهی درختان، علاوه بر تحمیل هزینه‌های گزاف به باغداران، فاقد مزایای موجود در روش‌های مکانیزه است. در تحقیق حاضر از روش‌های تصمیم‌گیری چند معیاره (چند شاخصه) شامل تحلیل سلسله مراتبی قطعی و فازی و فرایند تحلیل شبکه برای امتیازدهی و انتخاب روش‌ مناسب کوددهی درختان سیب بر اساس نظرات باغداران و کارشناسان خبره باغبانی استفاده شد. در دو روش اول، معیارهای هزینه انجام عملیات کوددهی، عملکرد محصول، درصد آسیب‌های وارد شده به درختان، سهولت ورود ماشین به فضای بین درختان، ظرفیت زراعی (با و بدون ماشین)، راحتی و ایمنی کار کوددهی، خدمات پس از فروش، دسترسی به ماشین مورد نیاز، قیمت فروش محصول، کیفیت محصول تولیدی و قیمت اولیه ماشین کوددهی و در روش تحلیل شبکه، معیارهای هزینه انجام عملیات، عملکرد محصول، قیمت فروش محصول و کیفیت محصول تولیدی مورد استفاده قرار گرفت. گزینه‌های مورد بررسی شامل روش کوددهی سنتی، کوددهی با ترنچر باغی، کوددهی با مته موتوری، کوددهی با گودال‌کن ثابت تراکتوری و کوددهی با گودال‌کن افست تراکتوری بود. طبق نتایج در دو روش سلسله مراتبی قطعی و فازی به ترتیب روش‌های کوددهی با گودال‌کن افست تراکتوری، کوددهی با گودال‌کن ثابت تراکتوری، کوددهی سنتی، کوددهی با مته موتوری و کوددهی با ترنچر باغی از نظر کارشناسان و تولیدکنندگان سیب در اولویت استفاده قرار گرفتند. در فرایند تحلیل شبکه نیز انتخاب اول و دوم به ترتیب شامل چالکود با گودال‌کن افست و ثابت و انتخاب‌های بعدی کوددهی با ترنچر، مته موتوری و روش سنتی معرفی گردید. این نتایج نشان می‌دهد که به‌کارگیری تراکتورهای باغی (با قدرت ورود و حرکت در فضای باغ) در کنار تجهیز آنها به گودال‌کن‌های تراکتوری به خصوص نوع کناربند یا افست، نقش مهمی در افزایش کمیت و کیفیت سیب تولیدی و کاهش هزینه‌های عملیات کوددهی درختان دارد

چکیده گیاهان دارویی به طور گسترده در بسیاری از زمینه ها در سراسر جهان مورد استفاده قرار میگیرد. گیاهان دارویی بخش جدایی ناپذیر از زندگی روزمره می باشند و افزایش تقاضا برای این گیاهان منجر به تقلب و کاهش کیفیت در محصول نهایی می‌شود. بنابراین احراز هویت برای مصرف کنندگان از اهمیت حیاتی برخوردار است. نعناع به دلیل خواص دارویی و اسانس آن که در صنایع غذایی، دارویی، آرایشی و بهداشتی استفاده می شود با ارزش است. در این پژوهش، استفاده از بینی الکترونیکی برای تشخیص اثر سن رشد گیاه نعناع بر رایحه منتشر شده از برگ های آن مورد بررسی قرار گرفت. سرشاخه های گیاه نعناع با سن های مختلف یک الی پنج ساله از فاصله 4 تا 5 سانتى مترى از سطح زمین برداشته شد. برای انجام آزمایشات مرتبط با بویایی از بینی الکترونیکی مجهز به 8 حسگر اکسید فلزی استفاده شد. برای تجزیه و تحلیل داده ها، از تحلیل های PCA، LDA و QDA استفاده شد. نتایج PCA نشان داد که 95% از کل واریانس داده ها توسط PC1 و 4% با PC2 توضیح داده شده است و دو مولفه اصلی بیان شده، 99٪ از واریانس کل داده های نرمال شده را تشکیل می دهند. همچنین روش QDA در تعیین سن گیاه نعناعT دقت 100 درصد را داشت. بینی الکترونیکی نشان داده است که ابزاری سریع و مؤثر برای تشخیص پارامترهای کیفی گیاهان و محصولات کشاورزی است.

چکیده تهیه و تدارک محصولات غذایی آماده و نیمه آماده برای مصرف کنندگان به دلیل محدودیت زمانی در دنیای امروز حائز اهمیت است. به همین منظور و به جهت ایجاد چنین بستری، در ابتدا اطلاع از خصوصیات محصولات کشاورزی لازم و ضروری است. دانستن اطلاعاتی راجع‌ به خواص و رفتار مکانیکی محصولات کشاورزی به منظور طراحی تجهیزات مکانیزه و خودکار کشاورزی مرتبط با مراحل برداشت و همچنین تجهیزات فرآیند پس از برداشت ضروری است. خواصی که در برش مواد سلولی مؤثرند عبارتند از: فشردگی، کشش، خمش و برش. این خصوصیات به گونه، واریته، مقدار رسیدگی، محتوای رطوبتی و ساختار سلولی وابسته هستند. در این تحقیق با استفاده از تئوری برش و روابط موجود در این زمینه، مدول چگالی جرمی، ضریب مقاومت در برابر له شدن و ضریب کار برش مفید برای دانه باقلا به منظور خرد کردن آن به دست آمده‌است. از طرح کامل تصادفی با آزمایش عاملی برای بررسی اثر زاویه برش و سرعت برش بر روی این صفات استفاده شد. نتایج نشان دادند که تأثیر زاویه برش بر مقادیر مدول چگالی جرمی و ضریب مقاومت در برابر له شدن در سطح 1% معنی‌دار بوده و با افزایش زاویه برش ضریب مقاومت در برابر له شدن کاهش و ضریب کار مفید افزایش می‌یابد. همچنین مشخص شد که افزایش سرعت سبب کاهش مقاومت در برابر له شدن و افزایش ضریب کار مفید گردیده در حالی که تغییرات مدول چگالی جرمی از روند منظمی پیروی نکرده بود.

چکیده گوشت گاو با دارا بودن انواع آمینواسیدهای ضروری انسان، به‌عنوان یکی از اصلی‌ترین منابع تأمین‌کننده پروتِئین جوامع بشری است. حفظ سلامت جامعه، تأمین مواد غذایی سالم و باکیفیت را بیش از هرزمانی ضروری‌تر کرده است. از مهم‌ترین و کاربردی‌ترین روش‌های ارزیابی کیفیت گوشت گاو بررسی ویژگی‌های ظاهری و فیزیکی آن است. در این پژوهش باهدف ارزیابی کیفیت گوشت گاو ازنظر سفتی و تردی بر اساس ویژگی‌های تصویر به طراحی و اجرای مدلی بر پایه شبکه‌های عصبی کانولوشنی مبتنی بر سه ساختار موبایل نت، اینسپشن و 16VGG پرداخته‌شده است. در این پژوهش از تصاویر دیجیتال که به‌وسیله گوشی همراه هوشمند شرکت ال‌جی مدل (LG G4 H815) در شرایط کنترل نشده و مستقل از محیط و نور که مقدار مقاومت برشی هر نمونه‌ گوشت به روش وارنر-براتزلر اندازه‌گیری شده بود، برای آموزش و ارزیابی شبکه عصبی کانولوشنی استفاده‌شده است . در پایان مدل‌های طراحی‌شده توانستند با دقت قابل قبولی به دسته‌بندی نمونه‌های اولیه بر اساس ویژگی‌های استخراج‌شده بپردازند. برای ارزیابی الگوریتم طبقه‌بندی از ماتریس اغتشاش استفاده شد و شاخص‌های آماری ازجمله دقت، صحت، حساسیت و اختصاصی بودن از نتایج ماتریس اغتشاش مورد بررسی قرار گرفتند . بهترین مدل طبقه بند، مدل مبتنی بر ساختار موبایل نت بود که این مدل توانست با دقت %92/6 تصاویر را طبقه‌بندی کند.