پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

چکیده گرد و غبار یکی از مسائل زیست‌محیطی است که دارای اثرات نامطلوبی در همه بخش‎های کشاورزی و منابع طبیعی است. هدف از تحقیق حاضر پیش‎بینی غلظت گرد و غبار در هوا است. یک سامانه آزمایشگاهی برای گرفتن تصاویر از گرد و غبار شامل اتاقک شیشهای، دمنده، غبارسنج، دوربین تصویربرداری، و رایانه پیاده‎سازی شد. با استفاده از خاک رس طوفان‎ گرد و غبار با غلظت‎های مختلف از 0، 275، 1289، 1896، 2316، 2585، و 2750 میکرومتر بر مترمکعب در داخل اتاقک شیشه‎ای ایجاد شد. برای هر غلظت گرد و غبار، 15 تصویر به دست آمد و پس از پیش‎پردازش آن‎ها، میانگین کانال‎های مختلف تصاویر در فضاهای مختلف رنگی استخراج شد. از ویژگی‎های تصاویر برای پیش‎بینی غلظت گرد و غبار با به کارگیری فناوری هوش مصنوعی استفاده شد. داده ها به سه گروه تقسیم‎بندی شدند، 60 درصد داده‎ها برای آموزش، 20 درصد برای اعتبار سنجی، و 20 برای آزمون شبکه استفاده شد. مدل‎های مختلف شبکه عصبی مصنوعی پرسپترون چندلایه مورد بررسی قرار گرفت و مشخص شد که ساختار 1-11-10 با تابع فعال‎سازی تنسیگ در لایه‎های پنهان و خروجی دارای بیشترین دقت (55/93 درصد) است. یافته‎های تحقیق حاضر قابلیت فناوری‎های پردازش تصویر و هوش مصنوعی در پیش‎بینی غلظت گرد و غبار با دقت زیاد و هزینه کم را نشان می‎دهد.

چکیده در این تحقیق از ضایعات گندم، برنج و ذرت دانه‌ای به عنوان بستر تولید بیوگاز استفاده شد. با توجه به بالا بودن میزان لیگنین در هر سه بستر (> 9/9) و به منظور افزایش تجزیه‌پذیری این بسترها، قبل از شروع فرایند هضم آنزیمی از پیش تیمار آلتراسونیک با توان w150 در min15 استفاده شد. بعضی ویژگی‌های فیزیکی و شیمیایی شامل ذرات جامد و فرار و حجم لیگنین، سلولز و همی‌سلولز قبل و بعد از هضم مواد اندازه‌گیری شد و بعلاوه ترکیبات بیوگاز تولیدی شامل هیدروژن، متان، سولفید هیدروژن و منواکسید کربن در حین هضم اندازه‌گیری شدند. مسیرهای متابولیک تبدیل گلوکز به عنوان ماده اصلی تشکیل دهنده هر سه بقایای گیاهی به بیوگاز جهت تعیین عوامل اثرگذار بر ترکیبات بیوگاز مطالعه شد. نتایج نشان داد استفاده از پیش تیمار آلتراسونیک در هر سه نوع ضایعات، شکست ساختارهای لیگنینی را افزایش می‌دهد و موجب کاهش حجم این ساختارها در ماده اولیه نسبت به بستر می‌شود. مقدار ذرات جامد و فرار ماده اولیه حاصل از بستر ضایعات گندم به ترتیب %1/35 و %3/95 بود که بیشتر از مقادیر مربوط به دو بستر دیگر بود. بیشترین مقادیر کاهش ذرات جامد (%6/19)، ذرات فرار (%18)، سلولز (%6/12)، همی‌سلولز (%4/4) و لیگنین (%6/3) مربوط به ماده اولیه حاصل از ضایعات گندم بود. آنالیز ترکیبات بیوگاز نشان داد بیشترین تولید بیوهیدروژن با بستر گندم بوجود آمد (ppm 18000)، اما میزان تولید بیومتان آن نسبت به بسترهای دیگر کمتر بود. بیشترین میزان تولید بیوهیدروژن در هر سه بستر پس از هفت روز بدست آمد که مربوط به مرحله اسیدسازی بوتیرات بود. با افزایش زمان هضم، تولید هیدروژن کاهش یافت در حالی‌‌که تولید سایر ترکیبات بیوگاز افزایش داشت. یکی از دلایل آن مصرف شدن هیدروژن تولید شده در مرحله‌های هیدرولیز، اسیدسازی و استات‌سازی در مراحل الکل‌سازی و متان‌سازی بود.

چکیده پژوهش‌های انجام شده در زمینه بیوگاز، نشان می‌دهد که نوع راکتور و ترکیب پساب‌های مختلف تاثیر مستقیم روی میزان استحصال بیوگاز دارد. بنابراین هدف اصلی این تحقیق طراحی و ساخت یک راکتور چند بستری با قابلیت جدید و بررسی اثر ترکیب فضولات دامی و طیور روی فرآیند تولید گاز می‌باشد. به همین منظور، یک راکتور استوانه‌ای چند بستری مجهز به همزن جداگانه برای هر بستر، طراحی و ساخته شد و اثر ترکیب‌های مختلف فضولات دامی و طیور در سه سطح شامل60 درصد وزنی فضولات مرغی و 40 درصد وزنی فضولات گاوی، 50 درصد وزنی فضولات مرغی و 50 درصد وزنی فضولات گاوی و 40 درصد وزنی فضولات مرغی و 60 درصد وزنی فضولات گاوی، غلظت ترکیب در دو سطح 10% TS= و 15% TS= و دمای راکتور در دو سطح 37 و 40 درجه سانتی‌گراد، روی pHو درصد بیوگاز استحصالی مورد بررسی قرار گرفت. نتایج نشان داد که استفاده از همزن بستری در این نوع راکتور، حجم گاز تولیدی را به میزان 17 درصد افزایش داد. افزایش نسبت فضولات دامی به طیور، موجب متعادل شدن اسیدیته محیط و در نهایت افزایش درصد بیوگاز استحصالی گردید. رقیق‌سازی ترکیب از 15% TS=به 10% TS=منجر به افزایش میزان pH و نزدیک شدن مخلوط به محیط خنثی گردید. همچنین کاهش دمای راکتور از 40 درجه سانتی‌گراد به 37 درجه سانتی‌گراد، موجب افزایش درصد بیوگاز استحصالی به میزان 8 درصد شد.

چکیده گزنه یکی از مهمترین و فراوان ترین گیاهان دارویی به شمار می رود که به صورت فصلی در دسترس می‌باشد. افزایش ماندگاری در کنار دستیابی به ویژگی‌های کیفی مورد انتظار بازارهای مصرف از مهم‌ترین اهداف فرایند خشک‌کردن بوده و از عوامل تأثیرگذار بر روی زمان فرآیند و همچنین ویژگی‌های کیفی به شمار می‌آیند. هدف از این تحقیق یافتن مدل ریاضی مناسب برای توصیف فرآیند تجربی خشک کردن، ارزیابی ضریب نفوذ، به‌دست آوردن انرژی فعال‌سازی جهت تعیین خواص ترمودینامیکی در طی فرآیند خشک‌کردن گزنه می‌باشد. برگ‌هایگزنه با محتوی رطوبت اولیه (۰۵/۰ ±۱۵/۲ کیلوگرم آب/کیلوگرم ماده خشک)، در یک خشک‌کن مادون قرمز در سه دمای ۴0، ۴۵ و ۵0 درجه سلسیوس و با دو زمان پیش تیمار فراصوت به مدت ۵ و ۱۰ دقیقه تا رسیدن به وزن ثابت خشک شدند. بهترین مدل برای توصیف فرآیند خشک کردن گزنه مدل میدلی و همکاران انتخاب شد. ضریب نفوذ موثر گزنه با افزایش دمای خشک کردن و مدت زمان پیش‌تیمار فراصوت افزایش یافت. انرژی فعال‌سازی در طی خشک‌کردن گزنه 54/40 - 45/11 کیلوژول بـر مول به‌دست آمد. آنتالپی و آنتروپی با افزایش دمای خشک‌کردن و مدت زمان پیش تیمار فراصوت، کاهش یافتند، در حالیکه انرژی آزاد گیبس افزایش پیدا کرد. مقدار آنتالپی بین 94/37- 76/8 کیلوژول بر مول، مقدار آنتروپی بین 18/73- تا 00/178- کیلوژول بر مول و مقدار انرژی آزاد گیبس بین 28/66- 85/60 کیلوژول بر مول تغییر کرد.

چکیده در چند دهه اخیر آلاینده‌های متنوعی از طریق فعالیت‌های انسانی به مقدار بسیار زیادی وارد محیط‎زیست شده‌اند. آلودگی نفتی یکی از آن آلاینده‌ها می‌باشد که می‌تواند برای انسان و محیط‌زیست زیان‌آور باشد و تشخیص و پاکسازی آن از اهمیت فرآوانی برخوردار است. با توجه به توانمندی فناوری مبتنی بر بینی‌الکترونیک در حوزه‌های غذایی، صنعتی و...، هدف از این پژوهش امکان سنجی بکارگیری فناوری بینی‌الکترونیک در تشخیص آلودگی در یک خاک آلوده به نفت خام بوده‌است. در این پژوهش از یک سامانه بینی الکترونیک متشکل از 8 حسگر نیمه‌هادی اکسید فلزی استفاده شد. خاک مورد استفاده در این پژوهش، خاک یکی از مزارع اطراف کرج می‌باشد که در آزمایشگاه با نفت خام در 4 غلظت 200ppm، 500ppm، 1000ppm و 5000ppm آلوده شد و مورد آزمایش قرار گرفت. این سامانه به همراه روش‌های تشخیص الگو همچون تحلیل مولفه‌های اصلی (PCA)، تحلیل تفکیک خطی(LDA) و ماشین بردار پشتیبان(SVM) مورد تحلیل و بررسی قرار گرفت. نتایج حاصل از روش‌های تشخیص الگو به‌صورت (92 درصد) برای تحلیل مولفه‌های اصلی، (100 درصد) برای تشخیص تفکیک خطی و (100 درصد) برای روش ماشین بردار پشتیبان به‌دست‌آمد. همچنین با بکارگیری تحلیل آماری داده‌ها با روش آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوک تصادفی و استفاده از الگوریتم‌های رگرسیون درخت تصمیم، رگرسیون بردار پشتیبان، رگرسیون گرادیان تقویت‌یافته و رگرسیون جنگل تصادفی با نرخ تشخیص سطوح آلودگی با میانگین 95.5 درصد برای حسگر با بهترین عملکرد، توانسته شد تفاوت میان غلظت‌های آلوده شده را به خوبی نشان دهد. براین‌اساس، حسگرهای انتخابی بینی‌الکترونیک با مقایسه نتایج آن‌ها با نتایج بدست‌آمده توسط سامانه کروماتوگرافی گازی بر روی خاک‌آلوده به نفت خام، از حساسیت قابل قبولی برخوردار بوده‌اند.

چکیده در این تحقیق مدل‌سازی عملکرد کششی تراکتور شامل پارامترهای توان مالبندی، مقاومت غلتشی و بازده کششی با استفاده از شبکه عصبی کانولوشنی در دو نوع خاک لومی رسی شنی و رسی انجام گردید. آزمایش ها در داخل هر بافت خاک در قالب آزمایش فاکتوریل بر پایه طرح بلوک کامل تصادفی (RCBD) و با سه تکرار انجام شدند. در داخل هر بافت خاک سطوح مختلف رطوبت از 8 تا 17 درصد برای خاک‌های خشک و 18 تا 40 درصد برای خاک‌های مرطوب، سرعت پیشروی تراکتور در چهار سطح 2/1، 6/1، 8/1 و 2/2 کیلومتر بر ساعت، عمق کار در دو سطح 30 و 50 سانتی‌متر، تعداد عبور تراکتور در دو سطح 2 و 6 بار عبور، فشار باد لاستیک تراکتور در دو سطح 20 و 25 پوند بر اینچ مربع انتخاب، و در داخل هر کرت آزمایشی مشخصه‌های شاخص مخروطی، بار دینامیکی، نیروی مقاوم کششی و درصد محتوی رطوبتی اندازه‌گیری شدند. شبکه‌های طراحی شده در این تحقیق از نوع شبکه‌های کانولوشنی بودند. از الگوریتم‌هایSgdm ، Adam و Rmsprop به منظور آموزش شبکه استفاده گردید. نتایج این تحقیق نشان داد که شبکه عصبی توسعه داده شده با الگوریتم Sgdm در مقایسه با سایر الگوریتم‌ها عملکرد بهتری دارد. بنابراین از این الگوریتم به منظور مدل‌سازی استفاده شد. از معیارهای آماری R2، MSE به منظور ارزیابی عملکرد شبکه استفاده گردید. بهترین عملکرد شبکه کانولوشنی طراحی‌شده برای پارامترهای توان مالبندی، مقاومت غلتشی و بازده کششی به ترتیب دارای ضریب تبیین 9953/0، 9903/0 و 9888/0 و میانگین مربعات خطا به ترتیب برابر با 0016/0، 0039/0 و 003/0 بودند. همچنین مقدار حداقل و حداکثر برای توان مالبندی به ترتیب برابر با 68/5 و 48/12 کیلووات، برای مقاومت غلتشی چرخ‌های تراکتور به ترتیب برابر 51/2 و 33/4 کیلونیوتن و برای بازده کششی به ترتیب برابر با 42/73 و 05/80 درصد بدست آمد.

چکیده در این تحقیق ابتدا یک دستگاه گاوآهن برگرداندار به تراکتور متصل و مختصات انتهای بازوهای پایینی و ساق وسط در محدوده حرکتی بازوهای بالایی اندازه‌گیری شد. سپس با هدف بررسی تاثیر پارامترهای هندسی سامانه اتصال سه‌نقطه بر عملکرد آن، از نرم‌افزار سالیدورک برای شبیهسازی حرکت سامانه اتصال سه نقطه استفاده شد. با استفاده از داده‌های اندازه‌گیری شده، مسیر حرکت بازوها ترسیم و پارامترهای عملکردی هندسی محاسبه شدند.
نتایج کارگاهی نشان داد، موقعی که بازوی ساق‌وسط به سوراخ پایینی در بدنه تراکتور متصل بود، فاصله همگرایی عمودی کمتر از مقدار استاندارد ASAE بود. از اینرو در هنگام استفاده از ادوات خاک‌ورزی بهتر است ساق‌وسط به سوراخ بالایی یا وسطی در بدنه تراکتور متصل شود و در صورت استفاده از سوراخ پایینی ممکن است پایداری تراکتور دچار اختلال شود.
نتایج شبیه‌سازی نشان داد با افزایش فاصله نقطه اتصال بازوی رابط به بازوی پایینی، مزیت مکانیکی تا 18/3 افزایش ولی محدوده حرکتی بازوها 28/95 میلی‌مترکاهش یافت. همچنین با کاهش طول بازوی رابط، مزیت مکانیکی تا 16/3 افزایش و این در حالی بود که محدوده حرکتی بازوها 11/487 میلی‌متر کاهش یافت. با کاهش فاصله نقطه اتصال بازوی رابط به بازوی پایینی و همچنین افزایش طول بازوی رابط در ارتفاع‌های کمتر از حد استاندارد ASAE برای بازوهای پایینی، موقعیت نقطه‌اتصال‌مجازی به سمت عقب چرخ‌های عقب تراکتور منتقل شد و این امر ممکن است پایداری تراکتور را بویژه در سربالایی‌ها تحت تأثیر قرار دهد.

چکیده صمغ کتیرا به‌عنوان یکی از محصولات صادراتی با ارزش منابع طبیعی ایران و استان اصفهان محسوب می‌شود. این محصول در صنایع غذایی و آرایشی بهداشتی به‌عنوان یک عامل تثبیت‌کننده، افزاینده گرانروی در امولسیون‌ها و فرمول‌های غذایی، دارویی و مواد آرایشی بهداشتی استفاده می‌شود. در تحقیق حاضر، تأثیر روش آسیاب کردن، نوع کتیرا و اندازه نهایی ذرات خردشده بر شاخص‌های کیفی کتیرا ارزیابی گردید. به این منظور با استفاده از آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی، تأثیرات روش آسیاب کردن در دو سطح یک مرحله‌ای و دو مرحله‌ای، نوع کتیرا در دو سطح نواری و ورقه‌ای و اندازه نهایی ذرات کتیرای آسیاب شده در سه سطح 2، 5/0 و 25/0 میلی‌متر در سه تکرار بر گرانروی و شاخص‌های رنگ ژل به‌عنوان دو عامل بسیار مهم در تعیین کیفیت صمغ کتیرا مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که اثرات هر سه عامل نوع کتیرا، مراحل آسیاب کردن و اندازه ذرات بر مقادیر گرانروی ژل کتیرا و خصوصیت­های رنگ در سطح احتمال 1% معنی‌دار شد. مقادیر متوسط گرانروی کتیرای نواری 2680 سانتی‌پویز و کتیرای ورقه‌ای 510 سانتی‌پویز به دست آمد که نشان‌دهنده کیفیت و ارزش اقتصادی بیشتر کتیرای نوع نواری است. طبق نتایج، در هر دو نوع کتیرا، با کاهش اندازه نهایی ذرات به کمتر از 2 میلی‌متر، به‌خصوص در روش آسیاب کردن یک مرحله‌ای، گرانروی کتیرا کاهش یافت. بر اساس اندازه‌گیری فاصله اقلیدسی رنگ‌ها، اختلاف روشنایی رنگ کتیرای نوع نواری و ورقه‌ای، 67/11 واحد و اختلاف روشنایی رنگ کتیرا در یک و دو مرحله آسیاب کردن، 85/8 واحد به‌دست آمد. طبق نتایج کلی، مناسب‌ترین روش فرآوری کتیرا شامل استفاده از کتیرای نواری، آسیاب کردن در دو مرحله و تبدیل کتیرا به ذرات با اندازه 2 میلی‌متر است.

چکیده ماشینی کردن و بهبود عملیات کشاورزی به دلیل رفع نیازهای گوناگون و رو به رشد بشر از دیرباز مورد توجه متخصصان بوده است. یکی از فرآیندها در تولید محصولات کشاورزی، عملیات پس از برداشت است. در زمینه جابجایی و انتقال کاه به روش ماشینی، از دستگاه مکنده کاه (کاه جمع‌کن) استفاده می‌شود. در حین انجام این عملیات، احتمال مخلوط شدن سنگ‌ریزه و ذرات دیگر، از روی زمین به همراه کاه وجود دارد. این ذرات در نهایت موجب کاهش کیفیت کاه برداشت شده می‌گردد. در این پژوهش برای رفع چالش‌ ذکر شده اقدام به ساخت و ارزیابی یک جداکننده گردابی آزمایشگاهی شد. نتایج این پژوهش بر پایه آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملا تصادفی انجام گردید. میزان باز بودن دهانه ورودی در سه نسبت (1، 6/0 و 3/0)، استوانه خروجی در دو موقعیت ارتفاع (صفر و 15 سانتی‌متر) و در دو دور مکنده (2574 و 2860 دور بر دقیقه) برای چهار نسبت مخلوط سنگ‌ریزه به کاه (5/3، 5، 10 و 15 درصد) در نظر گرفته شد. با انجام سه تکرار برای هر یک از آزمایش‌ها در مجموع 144 داده به دست آمد. عملکرد گرداب توسط محاسبه دو بازده میزان جداسازی سنگ‌ریزه از مخلوط و میزان جداسازی کاه از مخلوط به صورت جداگانه تعیین گردید. تجزیه واریانس و مقایسه میانگین‌ مقادیر حاصل شده با پس آزمون دانکن در سطح احتمال‌ 5 درصد به کمک نرم‌افزار SPSS نسخه 26 انجام شد. نتایج به دست آمده نشان داد که مؤثرترین عامل در بازدهی جداسازی سنگ‌ریزه و کاه مربوط به میزان باز بودن دهانه ورودی گرداب است. همچنین برای دور مکنده، بیشترین بازده جداسازی سنگ‌ریزه و کاه مربوط به 2860 دور بر دقیقه و برای موقعیت استوانه خروجی در وضعیت صفر است. همچنین عملکرد گرداب برای سنگ‌ریزه و کاه به ترتیب در نسبت‌های جرمی 5/3% و 5% بیشینه بود.

چکیده جای، این نوشیدنی محبوب به چندین روش تولید می‌شود که یکی از روش‌هایی که در ایران نیز از آن برای فرآوری چای بهره می‌برند روش ارتدکس است. در این روش چای ابتدا پلاس و سپس مالش داده می‌شود و بعد از گذراندن دوره تخمیر وارد دستگاه خشک کن می‌شود. این تحقیق به منظور بررسی کیفیت چای در بخش مالش، دو پارامتر سرعت و فاصله استوانه از کف دستگاه را مورد ارزیابی قرار داده است. برای بررسی تاثیر سرعت و فاصله استوانه بر کیفیت چای نهایی، ابتدا با استفاده از نرم افزار سالیدورک، دستگاهی مشابه با مالش چای به روش ارتدکس و با ظرفیت 10 کیلوگرم طراحی و ساخته شد. نمونه‌ها پس از توزین به قسمت‌های 10 کیلوگرمی تقسیم شدند و 27 مرتبه با سرعت‌های 20، 30 و 40 دور بر دقیقه و فاصله‌های 2، 3 و 4 سانتی متر و با دستگاه مالش چای خانگی 10 کیلویی مالش داده شدند. نمونه‌های مالش داده شده از لحاظ درصد شکست و مدت زمان مالش بررسی شدند. با توجه به بررسی نتایج و تحلیل جداول مقایسه‌ی میانگین، مشاهده شد که در دور ثابت، در بین تمامی سطوح فاصله، اختلاف معنی داری بین مقادیر درصد شکست و زمان وجود دارد و هرچه فاصله استوانه از کف دستگاه کمتر باشد درصد شکست بیشتر و زمان مالش کوتاهتر خواهد شد. در فاصله ثابت دربین برخی از سطوح سرعت دوران، اختلاف معنی داری بین مقادیر زمان وجود ندارد که با توجه به فاصله متفاوت است اما مقادیر درصد شکست در فاصله ثابت با یکدیگر اختلاف معنی داری دارند و هرچه سرعت دورانی بیشتر باشد درصد شکست نیز افزایش پیدا می‌کند. با توجه به نیاز به سرعت در انجام فرآیند در کنار حفظ کیفیت، سرعت و فاصله پیشنهادی، دور 20 دور در دقیقه (RPM) و فاصله 3 سانتی متر می‌باشد.