پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

چکیده چکیده
سوخت‌های فسیلی مانند گازوئیل همواره نقش کلیدی در تولید انرژی ایفا کرده‌اند. با توجه به تجدیدناپذیر بودن منابع سوخت‌های فسیلی و آلایندگی ناشی از احتراق آن‌ها، مشکلات زیست‌محیطی متعددی ایجاد شده است. ازاین‌رو، استفاده از منابع انرژی پاک، تجدیدپذیر، ایمن و مقرون‌به‌صرفه که بتوانند نیازهای انرژی جهان را یتأمین کنند، از اهمیت حیاتی برخوردار است. تحقیقات نشان داده‌اند که سوخت‌های تجدیدپذیر به‌تنهایی برای استفاده در موتورهای دیزل مناسب نیستند؛ ازاین‌رو، ترکیب چندین سوخت مورد توجه قرار گرفته است. در تحقیق حاضر به‌طور هم‌زمان تأثیر مخلوط چهارگانه سوخت (دیزل، بیودیزل، بیواتانول و آمونیاک) بر عملکرد و آلایندگی موتور دیزل تک‌سیلندر پاشش مستقیم بررسی و از روش سطح پاسخ (RSM) به عنوان یک روش آماری پیشرفته برای بهینه‌سازی عامل‌های سوخت و عملیات موتور استفاده شد. نتایج نشان داد که مخلوط بهینه شامل 40% دیزل، 20% بیودیزل، 20% بیواتانول و 20% آمونیاک، توانست مقدار CO و HC را به ترتیب تا 65% و 60% کاهش دهد، هرچند انتشار NOx به میزان 21% افزایش یافت. هم‌چنین، عملکرد موتور با کاهش سهم دیزل در مخلوط سوخت از 100% به 40%، 23% کاهش یافت، اما اضافه کردن آمونیاک تا حدودی این کاهش را جبران کرد. این مطالعه نشان‌دهنده اهمیت استفاده از ترکیب‌های مختلف سوخت‌های جایگزین برای استفاده در موتورهای درونسوز است.

چکیده با افزایش روزافزون جمعیت، نیاز به تأمین پایدار مواد غذایی اهمیت بیش‌تری یافته است. یکی از راهکارهای افزایش بهره‌وری در تولیدات گلخانه‌ای، بهره‌گیری از روش‌های پیشرفته یادگیری ماشین در تحلیل داده‌های گلخانه‌ها است. در این پژوهش، به‌منظور پیش‌بینی عملکرد محصولات گلخانه‌ای در سطح کشور ایران، از داده‌های آماری وزارت جهاد کشاورزی شامل اطلاعات استان‌ها، شهرستان‌ها، نوع محصولات و سطح زیر کشت و میزان تولیدات آن‌ها استفاده شد. پس از پیش‌پردازش داد‌ها، چهار مدل یادگیری ماشین شامل شبکه عصبی پرسپترون چندلایه (MLP)، رگرسیون بردار پشتیبان (SVR)، درخت تصمیم (DT) و جنگل تصادفی (RF) به‌کار گرفته شدند. مدل‌ها با استفاده از نسبت %۹۰ داده آموزشی و %۱۰ داده آزمایشی ارزیابی شدند. دقت عملکرد مدل‌ها با استفاده از معیارهای آماری مختلف و آزمون آنالیزتحلیل واریانس یک طرفه بررسی شد. نتایج نشان داد مدل RF با R² معادل 9598/0 و MSE برابر با ‎106 × 6/15دقیق‌ترین پیش‌بینی را ارائه کرده و قادر به مدل‌سازی الگوهای پیچیده بین داده‌ها بوده است، اما این مدل دارای حجم زیادی بود. مدل DT با وجود برخی خطاها در نقاط خاص، با R² معادل 8864/0 و MSE برابر با 106 × 3/44، طبق آزمون آماری نتایج معناداری نداشت و نتایج پیش‌بینی نزدیک به مقادیر واقعی داشت. در مقابل، مدل‌های SVR و MLP با R²های به‌ترتیب 8546/0 و 8878/0، اختلاف معناداری بین نتایج پیش‌بینی و واقعی داشتند. نتایج تأکید می‌کند انتخاب درست الگوریتم متناسب با ویژگی‌های داده، نقش مهمی در تصمیم‌گیری‌های کشاورزی دارد. مدل RF معرفی‌شده در این پژوهش، الگویی مناسب برای پیش‌بینی عملکرد گلخانه‌ها در سطح ملی است.

چکیده امروزه کاربرد دستگاه خشک‌کن خلأای مادون‌قرمز به دلیل کیفیت بالای محصول نهایی گسترش زیادی یافته است. این واقعیت با وجود معضل مصرف انرژی بالای آن و مسائل زیست محیطی حاصل شده قابل تأمل است. به کارگیری روش‌های جدید در استفاده از این دستگاه می‌تواند کمک شایانی در حل مشکلات موجود ارائه دهد. در این راستا تحقیق حاضر یک روش‌ تناوبی نوآورانه جدید هم‌زمان با به کارگیری ویژه امواج مایکروویو در دستگاه خشک‌کن خلأای مادون‌قرمز را معرفی می‌نماید. شاخص‌های محصول نهایی به همراه مصرف انرژی بررسی خواهد شد و در نهایت نقطه بهینه عمکرد آن پیشنهاد می‌شود. بدین منظور برش‌های چهار میلی‌متری چغندرقرمز (به عنوان مطالعه موردی) در فرایند خشک‌کردن مورد بررسی قرار گرفت. متغیرهای مستقل شامل دماهای 45، 60 و 75 درجه سلسیوس، فشارهای خلأای 20، 50 و 80 کیلوپاسکال، توان‌های اعمالی مایکرویو 150، 300 و 450 وات و مدت زمان‌های به کارگیری مایکروویو 0، 10 و 20 ثانیه انتخاب شدند. روش سطح پاسخ و طرح مرکب مرکزی جهت تجزیه و تحلیل داده‌های حاصل شده و بهینه‌سازی فرایند به کار گرفته شد. شاخص‌های فیزیکی‌، مکانیکی، زیستی - شیمیایی و انرژی به عنوان متغیرهای وابسته مورد بررسی قرار گرفتند. نقاط بهینه برای خشک‌کردن در دمای ℃50، فشار خلأای kPa20، توان W339 و مدت زمان اعمال مایکرویو s10 به کمک روش سطح پاسخ به دست آمد. در این شرایط بهینه، فعالیت آنتی‌اکسیدانی 96%، ویتامین ث 30/6mg/ml، تغییرات رنگی ΔL*، Δa* وΔb* به ترتیب 15/18، 24/5 و 62/2، درصد چروکیدگی 75/40% و انرژی مصرفی ویژه MJ/kgwater 45/1585 به دست آمد. ارائه نتایج بهتر به استثنای درصد چروکیدگی در مقایسه با روش معمولی خشک‌کردن، مضاف بر عدم افزایش هزینه سرمایه‌گذاری، نشانه موفقیت این روش است.

چکیده محدودیت منابع فسیلی و اثرات زیست‌محیطی ناشی از سوختن آن‌ها، اهمیت استفاده از انرژی‌های تجدیدپذیر از جمله انرژی زیست‌توده را افزایش داده است. یکی از راه‌های تولید انرژی از زیست توده، تولید هم‌زمان برق و حرارت از انرژی فضولات حیوانی است. با توجه به سهم بالای فضولات حیوانی در منابع زیست‌توده و عدم مدیریت صحیح آن در کشور، ضروری است قابلیت تولید انرژی زیستی و تعیین پراکندگی این منبع تجدیدپذیر در مناطق مختلف ایران مورد ارزیابی قرار گیرد. بنابراین این تحقیق با هدف قابلیت‌سنجی تولید انرژی زیستی از فضولات حیوانی در استان لرستان صورت گرفت. اطلاعات مربوط به‌این تحقیق از سازمان‌های ذی‌ربط، منابع کتابخانه‌ای و آمارنامه کشاورزی برای سال 1402 گردآوری شد. بر اساس نتایج، مقدار کل فضولات حیوانی قابل جمع‌آوری در استان 7/355069 تن و مقدار متان تولید شده از آن 319/54 میلیون مترمکعب محاسبه شد. مقادیر انرژی و توان الکتریکی و حرارتی سامانه CHP از فضولات حیوانی به‌ترتیب 68/236287 مگاوات‌ساعت برق با توان 75/33 مگاوات و 62/265823 مگاوات‌ساعت حرارت با توان 96/37 مگاوات به‌دست آمد. شهرستان‌های خرم‌آباد، بروجرد و الیگودرز به‌ترتیب با قابلیت تولید 75/41781، 68/38335 و 04/32695 مگاوات‌‌ساعت برق و 47/47004، 64/43127 و 91/36781 مگاوات‌ساعت حرارت در رتبه‌های اول تا سوم استان قرار گرفتند. هم‌چنین مقدار شاخص قابلیت گرمایش جهانی در تولید انرژی از فضولات حیوانی 74/118274 تن معادل CO2 محاسبه شد. بر اساس نتایج، استفاده از انرژی الکتریکی تولید شده از فضولات حیوانی می‌تواند 11/7 درصد از انرژی الکتریکی مصرفی در استان لرستان را تأمین نماید.

چکیده پسماندهای پلاستیکی می‌توانند موجب آلودگی غیرمنتظره خاک، افت کیفیت زمین-های زراعی و اختلال در عملیات کشاورزی گردند. تعیین آستانه‌های معتبر و مقایسه شاخص‌های متفاوت در تشخیص پوشش‌های پلاستیکی مزارع با استفاده از فناوری‌های سنجش از دور به منظور مدیریت میزان سطح زیر کشت پلاستیک و امکان مدیریت حجم پسماند تولیدی هدف اصلی این پژوهش است. در این پژوهش، سامانه Google Earth Engine (GEE) و تصاویر ماهواره‌ای Sentinel-2 برای تشخیص پوشش پلاستیکی مزارع خیار و هندوانه در استان همدان مورد بررسی قرار گرفت. بدین منظور آستانه‌های تشخیص پوشش پلاستیکی بر اساس محدوده میان چارکی شاخص-های سنجش از دور گیاهی شامل NDVI و NDWI و شاخص‌های طیفی تشخیص پلاستیک شامل PMI، PMFI1 و PMFI2 در فصل رشد مزارع نمونه برداری شده برآورد شد. سپس شاخص‌ها براساس دقت تشخیص نواحی پلاستیک براساس آستانه-های موردنظر در ماه‌های مختلف فصل رشد ارزیابی شدند. نتایج این ارزیابی نشان از عملکرد بالای شاخص NDWI در آغاز فصل رشد در هر دو محصول بود، با این‌حال شاخص‌های طیفی در میانه‌ی فصل رشد عملکرد متفاوتی در شناسایی پلاستیک نسبت به نوع پوشش گیاهی داشتند، به طوری‌که شاخص PMFI1 در مزارع هندوانه و شاخص PMI در مزارع خیار دقت‌های بالاتری در شناسایی پوشش پلاستیک در استان همدان داشتند. نتایج این پژوهش در خصوص دقت بالای شاخص‌های سنجش از دور در شناسایی پوشش پلاستیکی مزارع، می‌‌تواند کمک شایانی در تصمیم‌گیری و حل معضلات زیست محیطی و مدیریت پسماندهای پلاستیکی باشد.

چکیده کشت‌های گلخانه‌ای یکی از روش‌های تولید در کشاورزی است که با وجود محاسنی مانند مانند افزایش کارایی مصرف آب، اشتغال‌زایی بیش‌تر، عملکرد بالاتر تولید محصول در واحد سطح، تولید محصول با کیفیت‌تر، تولید محصول خارج از فصل، تنظیم برنامه کشت مطابق نیاز بازار و غیره، به دلیل تولید در خارج فصل، وابستگی زیادی به مصرف انرژی دارد. نتایج تحقیقات گذشته در داخل کشور قبل و بعد از هدفمندی یارانه‌ها، نشان می‌دهند که بیش‌ترین سهم انرژی مصرفی در گلخانه‌ها، مربوط به انرژی مورد نیاز سامانه گرمایشی است. با توجه به برنامه‌های توسعه‌ای کشور در حوزه بهینه‌سازی مصرف سوخت در واحدهای تولیدی، ضروری بود تا میزان مصرف واقعی سوخت در گلخانه‌های مناطق مختلف کشور با سازه‌ها، پوشش‌ها و الگوهای کشت متفاوت، محاسبه گردد تا در صورت تعدیل قیمت حامل‌های انرژی در سال‌های پیشرو، کم‌ترین آسیب بر این بخش وارد گردد. به همین دلیل در یک پروژه ملی در مؤسسه تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مقدار انرژی گرمایشی مورد نیاز (نظری) برای مناطق مختلف کشور محاسبه شد. نتایج مربوط به گلخانه‌های استان اصفهان نشان می‌دهد به طور متوسط حدود 2/13 درصد بیش مصرفی در گلخانه‌های استان وجود دارد و فارغ از نوع منطقه احداث گلخانه و محصول، می‌توان با روش‌های مدیریتی مصرف سوخت گلخانه‌ها را کاهش داد. هم‌چنین با بهره‌برداری اقلیمی در استان می‌توان روند افزایش مصرف انرژی در کنار توسعه گلخانه‌ها را کندتر کرد.

چکیده با توجه به اهمیت مکانیزاسیون کشاورزی در افزایش بهره‌وری، کاهش هزینه‌ها و تسریع عملیات زراعی، این پژوهش با هدف سطح‌بندی توسعه شاخص‌های ارزیابی مکانیزاسیون کشاورزی در عملیات زراعی محصولات عمده در ایران انجام شده است. در گام نخست، شاخص‌های کلیدی مکانیزاسیون کشاورزی با مرور منابع و نظرات خبرگان شناسایی شدند. سپس با استفاده از روش تحلیل سلسله مراتبی فازی (FAHP)، به شاخص‌ها وزن داده شد. به‌منظور سطح‌بندی استان‌های مختلف کشور از نظر توسعه شاخص‌های مکانیزاسیون کشاورزی، از روش تصمیم‌گیری چندمعیاره TOPSIS بهره گرفته شد و در ادامه با استفاده از نرم‌افزار GIS از نتایج حاصل از رتبه‌بندی مدل TOPSIS به منظور نمایش پراکندگی جغرافیایی سطح شاخص‌های مکانیزاسیون کشاورزی استفاده شد. داده‌ها از منابع رسمی مانند وزارت جهاد کشاورزی، مرکز آمار ایران و نظرسنجی‌های تخصصی گردآوری شدند. نتایج نشان می‌دهد که میان استان‌های مختلف تفاوت معناداری در سطح مکانیزاسیون وجود دارد و برخی شاخص‌ها مانند ضریب مکانیزاسیون و تراکم ماشین‌ها تأثیر بسزایی در تعیین رتبه نهایی دارند. یافته‌های این تحقیق می‌تواند به سیاست‌گذاران در جهت تخصیص منابع و ارتقاء بهره‌وری مکانیزاسیون کشاورزی کمک نماید.

چکیده بهره‌گیری از پهپاد در سم‌پاشی مزارع گندم با توجه به نوع نازل به‌کار رفته و فاصله مناسب نازل‌ها از هدف و میزان نشست سم بر روی هدف، بالا رفته و کارایی پایش شیمیایی افزایش می‌یابد. در تحقیق حاضر، کارایی دو روش سم‌پاشی با پهپاد و سم‌پاش توربینی در پایش سن گندم مورد بررسی و مقایسه قرار گرفت. پهپاد سم‌پاش مورد آزمایش، از مدل EFT با حجم مخزن ۲۰ لیتری، پمپ با دبی ۴ تا ۸ لیتر در دقیقه و نازل میکرونر بود. سپمپاش توربولاینر از نوع کششی با مخزن ۲۰۰۰ لیتری با پمپ پیستونی دیافراگمی و دبی تقریبی ۷۰ تا ۱۲۰ لیتر در دقیقه و فشار کاری ۲۰ تا ۴۰ بار بود. در زمان سم‌پاشی و پس از آن، عوامل عملکردی دو نوع سم‌پاش مقایسه شدند. طبق نتایج، عرض مؤثر پاشش در سم‌پاش پهپاد و توربولاینر به ترتیب 10 و 40 متر، میزان محلول مصرفی 10 و 250 لیتر، مدت زمان سم‌پاشی در هر هکتار 7 و 9/10 دقیقه، ظرفیت مزرعه ای 58/8 و 5/5 هکتار در ساعت، بازده مزرعه‌ای 90 و 83 درصد، لهیدگی محصول صفر و 25/1 درصد، قطر میانه حجمی 300 و 690 میکرون، قطــر میانه عددی 190 و 281 میکرون، ضریب کیفیت پاشش 57/1 و 45/2، کارایی سم‌پاشی در هر دو 100 درصد، درصد سن‌زدگی 05/0 و صفر درصد و عملکرد گندم به صورت مساوی حدود 9 تن در هکتار به دست آمد. برآورد هزینه‌های سم‌پاشی به دو روش نشان داد که هزینه سم‌پاشی با توربولاینر در حالت اجاره سم‌پاش‌ها 6/11 و در صورت خرید آنها 7/3 برابر بیش‌تر از پهپاد است که تقریباً 80 تا 90 درصد آن مربوط به خسارت لهیدگی محصول در اثر تردد تراکتور و سم‌پاش در مزرعه است. در کل، استفاده از پهپاد سم‌پاش نسبت به سم‌پاش توربولاینر ارجح و قابل توصیه است.