پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

چکیده زعفران یکی از مهم­ترین و با ارزش­ترین گیاهان دارویی است. مکانیزه نبودن کاشت پیازهای زعفران و هزینه بالای نیروی کارگری در مدت زمان محدود کاشت یکی از مشکلات زراعت این گیاه دارویی است. هدف از این پژوهش، ساخت و ارزیابی دستگاهی بود که بدون آسیب رساندن به پیازها، قادر به کاشت آن‌ها با فواصل معین باشد.بدین منظور، ابتدا دستگاه کارنده پنج ردیفه با قابلیت کاشت 5 تا 10 تن پیاز زعفران در هکتار ساخته شده و سپس تحت شرایط مزرعه با دو حالت ظرفیت مخزن (پر و نیمه پر) و دو سرعت پیشروی ماشین (3 و 6 کیلومتر بر ساعت) با استفاده از شاخص­های مختلف کاشت، مورد بررسی قرار گرفت. در ساخت دستگاه، از یک موزع زنجیری قاشقک‌دار جریان پیوسته در کف مخزن استفاده شد و توسط پنج مجرای خروجی، پیازها به سمت شیاربازکن‌ها هدایت گردیدند. نتایج ارزیابی کارنده پیاز زعفران در شرایط مزرعه­ای نشان داد که کارایی موزع زنجیری قاشقک­دار مناسب است. اندازه­گیری ویژگی­های کاشت نشان داد که با افزایش سرعت پیشروی و کاهش ظرفیت مخزن، یکنواختی توزیع پیاز حول میانگین فاصله­های به دست آمده، یکنواختی توزیع پیاز حول فاصله تنظیم شده، یکنواختی عمق قرارگیری پیاز و شاخص کیفیت تغذیه کاهش می­یابد ولی شاخص نکاشت، شاخص کاشت چندگانه و ضریب تغییرات فواصل افزایش می­یابد. این دستگاه قابلیت جایگزینی با نیروی کارگری را داشته و پیشنهاد می­گردد با سرعت 3 کیلومتر بر ساعت و مخزن اصلاح شده به کارگیری شود.

چکیده اندازه‌گیری دبی جرمی بذر و کود در لوله سقوط خطی‌کارها یکی از ضروریات برای تشخیص میزان مصرف نهاده است. در پژوهش حاضر یک سامانه‌‌ی غیرتماسی خازنی برای پایش دبی جرمی مواد دانه‌ای در کارنده‌های بذر و کود اجرا شد. این مجموعه شامل یک سازوکار تغذیه مجهز به موزع غلتکی شیاردار بود و سامانه اندازه‌گیری خازنی در یک لوله سقوط قرار داده شد. این مجموعه روی یک پایه ارتعاشی نصب شد تا شرایط مزرعه را در طول اندازه‌گیری شبیه‌سازی کند. سپس کود سوپرفسفات تریپل در 5 نرخ جریان جرمی از 22/1±42/3 تا 95/0± 3/19 گرم بر ثانیه، بذر گندم در 8 نرخ جریان جرمی از 23/0± 55/2 تا 86/0±02/19 گرم بر ثانیه و بذر یونجه در 7 نرخ جریان جرمی از 02/0± 42/0 تا 08/0±6/1 گرم بر ثانیه، در مدت زمان 30 ثانیه برای هر نرخ در لوله سقوط خطی‌کار در هر دو حالت ایستا و پویا اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد که جریان جرمی به طور مؤثر با سیگنال‌های حسگر برای هر سه نوع مواد مورد بررسی همبستگی دارد. با این وجود حسگر خازنی نتوانست تغییرات لحظه‌ای نرخ جریان جرمی در یک نرخ مشخص را متناسب با تغییرات ترازوی رقمی اندازه‌گیری کند. این ناتوانی قابل پیش‌بینی بود، زیرا به ماهیت ترازوی رقمی نسبت داده می‌شود که همیشه با تأخیر اولیه همراه است. همچنین نتایج نشان داد که پایه ارتعاشی روی دقت حسگر تأثیری ندارد.

چکیده روانکاری قطعات به منظور کاهش میزان اصطکاک و سایش از مهمترین وظایف روغن موتورها است. زمانی که از روغن موتورها استفاده می‌شود، رنگ و گرانروی آن در طی کارکرد خودرو دچار تغییر شده و با توجه به افزایش اصطکاک و انرژی لازم جهت پمپاژ روغن، موجب افزایش مصرف سوخت می‌گردد. هدف از این مطالعه بررسی تشخیص عمر روغن موتور از روی مسافت طی شده به کمک داده‌های بویایی،رنگ و داده‌های ادغام شده رنگ، بو و بریکس به دو روش استاندارد و صفر-یک است. در این پژوهش از دستگاه‌های بینی الکترونیک،رفرکتومتر و رنگ‌سنج استفاده شد. از روش تحلیل مؤلفه‌های اصلی ,(PCA) تحلیل تفکیک خطی (LDA) و شبکه عصبی مصنوعی (ANN) برای طبقه‌بندی داده‌ها جهت تشخیص مسافت طی شده به کیلومتر و از روش حداقل مربعات جزئی (PLS) و رگرسیون مؤلفه اصلی (PCR) در پیش‌بینی پارامترهای بریکس و تغییر رنگ روغن موتور استفاده گردید. در نتایج روش تحلیل مؤلفه‌های اصلی تشخیص عمر روغن موتور بر اساس رنگ بهتر انجام شد و تمام نمونه روغن‌ها براساس مسافت طی شده به خوبی از هم تفکیک شدند. همچنین روش LDA برای تشخیص عمر روغن موتور با کیلومترهای طی شده متفاوت برای داده‌های رنگ با دقت 36/96% طبقه‌های مختلف را تفکیک کرد. بر اساس ماتریس اغتشاش حاصل از شبکه عصبی مصنوعی برای داده‌های رنگ نیز دقت طبقه‌بندی روغن‌ها با مسافت طی شده متفاوت 6/93% به دست آمد. روش LDAنسبت به روشهای PCA و ANN در تشخیص مسافت طی شده دقت طبقهبندی بهتری را نشان داد. نتایج نشان داد که دو روش PLS و PCR نیز عملکرد مناسبی در پیش‌بینی عوامل بریکس و تغییر رنگ روغن موتور داشتند، اما عملکرد مناسبی در پیش‌بینی مسافت طی شده نداشتند. استفاده از مدل‌های PCR و PLS برای تشخیص بریکس و تغییر رنگ مناسب‌ترند.

چکیده در این پژوهش، پارامترها و سینتیک خشک کردن ورقه‌های برش خورده سیب رد دلیشز در یک خشک کن مجهز به پمپ حرارتی در دماهای (30، 40، 50، 60 و 70 درجه سلسیوس) و سرعت‌های هوا (1، 5/1 و 2 متر بر ثانیه) بررسی شد. آنالیز واریانس برای تعیین اثرات دما و سرعت باد بر روی پارامترهای تغییر رنگ، چروکیدگی و شدت جذب مجدد استفاده شد. پنج مدل ریاضی برای توصیف و مقایسه سینتیک خشک کردن ورقه‌های سیب انتخاب شد و ضریب تعیین (R2)، مربع کای (χ2)، و(RMSE) برای ارزیابی مورد استفاده قرار گرفت. نتایج نشان داد که دما و سرعت هوای خشک کردن تاثیر معنی داری بر رفتار خشک کردن برش های سیب داشت. زمان خشک کردن با افزایش دما و سرعت خشک کردن کاهش یافت. دما و سرعت هوا تاثیر کمی بر تغییرات کل رنگ، نرخ چروکیدگی و شدت جذب مجدد ورقه‌های خشک شده سیب داشتند. در میان مدل-های ریاضی، مدل پیج اصلاح شده با کمترین خطا و بیشترین ضریب تعیین بهترین برازش را داشت. انتقال رطوبت از ورقه‌های سیب با اعمال مدل انتشار فیک توصیف شد. ضریب نفوذ موثر (Deff) با افزایش دمای خشک کردن افزایش یافت و در محدوده 10- 10×32/2 تا 10-10×18/5 مترمربع بر ثانیه بدست آمد. وابستگی دمای نفوذ موثر با رابطه آرینیوس توصیف شد و انرژی فعال سازی برای نفوذ رطوبت در برش های سیب 4/28 کیلوژول بر مول تعیین شد.

چکیده تالاب هورالعظیم در جنوب غربی ایران، در سال‌های اخیر به دلیل آتش‌سوزی‌های گسترده به یکی از منابع عمده آلودگی هوا در استان خوزستان تبدیل شده است. برداشت پایدار از این منبع عظیم زیست توده و احتراق کنترل شده، علاوه بر کاهش آلودگی های کنونی می تواند نقش موثری در تولید انرژی تجدیدپذیر پایدار ایفا کند. بنابراین در این مطالعه سعی شد میزان زیست توده قابل برداشت پایدار از این تالاب برآورد شود. به منظور شناسایی و برآورد پوشش گیاهی از شاخص NDVI در تصاویر ماهواره ای استفاده شد. همچنین با مراجعه حضوری به 30 نقطه با شاخص NDVI متفاوت، و برداشت زیست توده، عملکرد در هکتار برآورد شد. همچنین خصوصیات حرارتی گیاه نی برای استفاده در یک نیروگاه زیست توده سوز مورد بررسی قرار گرفت. بر اساس نتایج برآورد انجام شده، سالانه از مجموع 33712 هکتار از نیزارهای بخش ایرانی تالاب هورالعظیم، تقریبا 3.500.000 تن نی تر قابل برداشت است و با توجه به میانگین رطوبت 65 درصدی (نی و شاخ و برگ)، میزان زیست توده خشک قابل برداشت سالانه حدود 300 هزار تن خواهد بود که عدد بسیار قابل توجهی می باشد. همچنین با توجه به نتایج، ارزش حرارتی گیاه نی (در حدود MJ/kg 20)، میزان خاکستر، ترکیبات خاکستر و همچنین ترکیب عناصر اندام‌های گیاه نی با گیاهان انرژی مرجع قابل مقایسه است، که استفاده از آن را به عنوان سوخت در نیروگاه‌های زیست‌توده سوز توجیه می‌کند.

چکیده ضدعفونی محصولات کشاورزی به عنوان یکی از مراحل اصلی فرآوری محصولات کشاورزی در سالهای اخیر مبحث بسیار مهمی بوده است. یکی از روش‌های نوین ضدعفونی با کارایی بالا و هزینه‌های عملیاتی کم و در عین حال با حداقل اثرات جانبی با استفاده از مایع تیمار شده با پلاسما است. آب فعال شده با پلاسما (PAW) اثر ضدعفونی کننده‌ای بر محصولات در حجم ثابت دارد. در این مطالعه سامانه تولید پیوسته آب فعال شده با پلاسما توسعه داده شده و خواص فیزیکی آب فعال شده با پلاسما بررسی شد. تأثیر انواع مختلف آب از جمله آب لوله‌کشی شهری، آب مقطر و آب دیونیزه، دبی‌های مختلف آب (5/0، 1 و 5/1 میلی لیتر در دقیقه) و انواع مختلف گازهای مولد پلاسما از جمله هوا و آرگون بر روی خواص فیزیکی آب در زمان‌های مختلف مطالعه شد. در اثر تیمار پلاسما، پتانسیل اکسایش کاهش و هدایت الکتریکی آب به طور قابل توجهی افزایش و pH آب کاهش یافتند. بین تغییرات پتانسیل اکسایش کاهش و هدایت الکتریکی همبستگی مثبت و معنی‌داری وجود داشت. در مقابل بین تغییرات pH و پتانسیل اکسایش کاهش و هدایت الکتریکی همبستگی معنی‌دار و منفی بود. یافته‌های این تحقیق نشان داد با توجه به تغییرات در سه شاخص پتانسیل اکسایش کاهش، هدایت الکتریکی و pH استفاده از آب دیونیزه به همراه گاز آرگون و دبی جریان آب 5/0 میلی‌لیتر در دقیقه بهترین ترکیب برای تولید پیوسته آب فعال شده با پلاسما با استفاده از سامانه توسعه داده شده است.

چکیده خشک کردن یکی از متداول ترین روش های نگهداری محصولات کشاورزی می باشد. حفظ کیفیت نهایی محصول در فرآیند خشک کردن بسیار حائز اهمیت است. تغییر پارامتر دمایی و میزان رطوبت هوای خشک کن تاثیر بالایی بر زمان خشک شدن و انرژی مصرفی دارد. در این تحقیق، برای مقایسه سرعت خشک شدن در دماهای مختلف یک دستگاه خشک کن حرارتی مجهز به صفحات نانو جاذب و گردش هوای بسته و بازیافت انرژی مورد ارزیابی قرار گرفت. بطوریکه بخش های خشک کن شامل: محفظه خشک کردن محصول، لوله های ارتباطی هوا، دمنده های هوا، محفظه حاوی مواد نانو جاذب MOF، گرم کن الکتریکی هوا و سامانه های اندازه گیری و کنترل بود. آزمایشات بر روی برگ های گیاه نعنا و در سه سطح دمایی (40، 50 و 60 درجه سلسیوس) و در دو روش گردش هوای باز و بسته مقایسه شد. نتایج تحقیق نشان داد، که با افزایش دما کاهش زمان خشک شدن ایجاد شد و در شرایط استفاده از صفحات نانو جاذب، زمان خشک کردن به میزان 50% کاهش یافت. همچنین کمترین انرژی مصرفی در شرایط استفاده از نانو جاذب به میزان 161.92 وات ساعت برابر با 49 درصد در کاهش مصرف انرژی بدست آمد. تغییرات شاخص رنگ کل (ΔE) با افزایش دما از 40 به 50 درجه سلسیوس تغییر چندانی نداشت ولی از 50 به 60 درجه سلسیوس، شاخص رنگ کل از 9.22 به 12.86 افزایش یافت ولی اختلاف آشکاری در شاخص رنگ کل، بین دو روش استفاده و عدم استفاده از نانو جاذب وجود نداشت.

چکیده آلو یکی از میوه‌های مغذی و محبوب در کشور ایران محسوب می‌شود. بسته به کیفیت میوه تازه قبل از برداشت و چگونگی فرایند خشک شدن، درجات کیفی مختلفی از این میوه به‌صورت آلو خشک تولید می‌شود. در این پژوهش از یک سامانه بینایی رایانه‌ای و الگوریتم‌های یادگیری ماشین به‌منظور طبقه‌بندی آلو خشک به سه درجه کیفی مختلف استفاده شد. ویژگی‌های مختلف رنگی، شکلی و بافتی از تصاویر نمونه‌های آلو خشک استخراج شدند و به‌صورت مجزا و در ترکیب با همدیگر برای توسعه الگوریتم‌های طبقه‌بندی شبکه‌های عصبی پرسپترون چندلایه (MLP)، ماشین بردار پشتیبان (SVM)، آنالیز تشخیصی خطی (LDA)، و درخت تصمیم (DT) استفاده شدند. به‌منظور کاهش تعداد ویژگی‌ها و استخراج ویژگی‌های مهم‌تر از روش انتخاب ویژگی انتخاب ویژگی مبتنی بر همبستگی (CFS) استفاده شد. نتایج نشان داد که ترکیب ویژگی‌های مختلف استخراج شده از تصویر در مقایسه با ویژگی‌های رنگی، بافتی یا مورفولوژیکی به‌صورت مجزا، باعث افزایش دقت طبقه‌بندی می‌شود. در این راستا، مدل DT از نوع جنگل تصادفی (RF) با استفاده از ترکیب ویژگی‌های تصویر و الگوریتم انتخاب ویژگی CFS دارای بیشترین دقت طبقه‌بندی در مراحل آموزش و ارزیابی بود. مقادیر مجذور میانگین مربعات خطا (RMSE) و دقت مدل CFS-DT به ترتیب در مرحله آموزش برابر با 1958/0 و 75/93 درصد، و در مرحله ارزیابی برابر با 2110/0 و 67/91 درصد به دست آمدند. با توجه به این پارامترهای عملکردی و ماهیت سامانه‌های بینایی رایانه‌ای، می‌توان از نتایج حاصل از این پژوهش جهت توسعه یک سامانه دقیق، سریع و ارزان جهت درجه‌بندی کیفی آلو خشک استفاده کرد.

چکیده پژوهش حاضر با هدف بررسی امکان به‌کارگیری سوخت گاز طبیعی فشرده در موتورهای اشتعال تراکمی بدون بهره‌-مندی از سامانه‌ی جرقه‌زنی و مقایسه متغیرهایی نظیر توان خروجی موتور و نیز میزان انتشار آلاینده‌های حاصل از احتراق انجام شده است. بدین منظور از یک موتور چهار سیلندر اشتعال تراکمی با امکان مصرف گاز طبیعی فشرده به عنوان سوخت اصلی و به‌کارگیری سوخت دیزل به عنوان آتش‌زنه استفاده شد آ تمامی آزمون‌های عملکرد و آلایندگی پس از 10 دقیقه کار در جای موتور انجام گرفت و آزمون‌ها در پنج سطح سرعت دورانی 1200، 1400، 1600، 1800 و 2000 دور بر دقیقه و در دو حالت سوخت دیزل تنها و حالت دوگانه سوز (سوخت ترکیبی) در سه تکرار صورت گرفت. بیشترین گشتاور تولیدی موتور در حالت دیزل تنها، در سرعت دورانی 1400 دور در دقیقه 360 نیوتن‌متر بود و بیشترین گشتاور تولیدی این موتور در حالت سوخت ترکیبی 334 نیوتن‌متر در سرعت دورانی 1600 دور در دقیقه بود که این نتایج نشان داد که در حالت سوخت ترکیبی 26 نیوتن‌متر کاهش گشتاور وجود داشت. تولید توان در موتور مورد بررسی در حالت دیزل تنها، 60 کیلووات در سرعت دورانی 2000 دور در دقیقه و برای سوخت ترکیبی 5/58 کیلووات در سرعت دورانی 2000 دور در دقیقه بود. در ضمن با افزایش سرعت دورانی موتور میزان مصرف سوخت دیزل نیز افزایش یافت. طبق نتایج بدست آمده از آزمون‌های آلایندگی، در سرعت دورانی مشخصه‌ی 2000 دور بر دقیقه میزان آلاینده‌های NOX ، HC، CO2 و CO در سامانه‌ی ترکیبی به ترتیب به میزان20، 53، 16 و 86 درصد بیش از سوخت دیزل بود و متغیرهای O2 و دوده در سرعت دورانی مشخصه‌ی 2000 دور بر دقیقه سامانه‌ی ترکیبی به ترتیب 51 و 69 درصد کمتر از سوخت دیزل بود.

چکیده در این مطالعه به بررسی امکان به کارگیری انرژی خورشیدی برای بازیافت پساب صنایع غذایی در منطقه آذربایجان غربی پرداخته شد. روش تقطیر پساب به‌عنوان اساس کار فرض شد و سامانه‌‌ای برای تقطیر پساب با استفاده از گرمایش برگرفته از یک کلکتور خورشیدی طراحی و ساخته شد. در طراحی دستگاه سعی شد منبع انرژی دیگری برای جریان یافتن آب در سیستم لازم نباشد. دستگاه برای انجام آزمون‌‌های اولیه و برآورد عملکرد به یک المنت برقی برای گرم کردن آب مجهز گردید. آزمون‌‌هایی برای تخمین ظرفیت عملکرد دستگاه در چهار سطح دمای پساب ورودی (به نمایندگی از چهار سطح دمای محیط در فصل‌‌های مختلف) و همچنین سه سطح توان حرارتی تبخیر آب به انجام رسید. نتایج حاکی از افزایش عملکرد تقطیر با افزایش دمای اولیه پساب و همچنین افزایش توان حرارتی دستگاه بود. با تطبیق شرایط تابش در منطقه مورد مطالعه بر اساس داده های هواشناسی و نتایج آزمون دستگاه با المنت برقی در نهایت ظرفیت تقطیر دستگاه برای ماه‌‌های مختلف سال پیش بینی گردید. بر اساس یافته‌های تحقیق، بیشترین ظرفیت تقطیر روزانه دستگاه در تیرماه و در حدود 50 لیتر پیش بینی شده است. ظرفیت سالانه دستگاه نیز در حدود 10000 لیتر تخمین زده شد که با توجه به اهمیت تصفیه پساب از نظر زیست محیطی و همچنین مزایای اقتصادی به کارگیری انرژی رایگان خورشید، قابل توجه به نظر می‌رسد.