بخشی از مقاله
چکیده
به منظور طراحی واحدهای مختلف دستگاه انوماتیک جمع آوری بسته ها، تعیین برخی خواص رئولوژیکی محصول ضروری می باشد که در تحقیق حاضر انجام گردید . آزمایشات بصوت فاکتوریل در قالب طرح بلوک های کاملا تصادفی در سه تکرار انجام شد. آزمون خمش جهت بررسی مقاومت خمشی بسته ها در دو سطح رطوبتی - خشک و تر - و در دو سطح طولی - کوتاه و بلند - برای بسته های یونجه و کاه انجام گردید. نتایج حاصل از این آزمایش نشان داد که اثر متقابل نو ع محصول و سطح رطوبتی بر مقادیر نیروی خمشی معنی دار بود . - p<0.05 - همبستگی منفی و معنی داری بین فاکتور طول بسته ها و مقاومت خمشی وجود داشت . - r=-0.6 - با توجه به آزمون مقایسه میانگین LSD در سطح احتمال 5 درصد تأثیر نوع بسته روی ضریب الاستیسیته نیز معنیدار بود . - p<0.05 -
کلمات کلیدی: یونجه، کاه، خواص رئولوژیکی، مقاومت خمشی.
مقدمه
یکی از عمده ترین اقلام خوراک دام مورد مصرف در کشورهای جهان یونجه و کاه گندم است . به منظور کاهش زمان و هزینه های حمل و نقل، تدابیری از جمله مکانیزه کردن مرحله جمع آوری بسته ها ی علوفه صورت گرفته است. در فرآیند جمع آوری بسته ها، یکسری پارامترهای وابسته و مستقل مطرح هستند که شناخت روابط بین آنها از ملزومات طراحی دستگاه بر دارند ه و جمع آوری بسته ها می باشد ] سریواستاوا و همکاران، .[1379 پارامترهای مستقل عبارتند از جرم حجمی، رطوبت و نرخ بار گذاری. پارامترهای وابسته عبارتند از زمان کاهش تنش،خمش و مدول الاستیسیته. رفتار مواد بویژه محصولات کشاورزی کم و بیش نسبت به رفتار مواد ایده آل متفاوت است. یکی از خواص محصولات کشاورزی این است که رابطه تنش - تغییر شکل در آنها بستگی به سرعت تغییر شکل دارد، یعنی باید در رابطه تنش- تغییر شکل عامل زمان را هم دخالت داد .
رئولوژی عبارت است از بررسی تغییر شکل ها و تنش های متغیر برحسب زمان . یکی از مباحث خواص رئولوژیکی مواد کشاورزی، آسایش تنش محصولات است. در محصولات کشاورزی بدلیل داشتن خصوصیت لزج کشسان پس از اعمال بار و توقف بارگذاری با ثابت کردن کرنش، تنش های پسماند مستهلک شده و باعث کاهش نیروهای تولیدی در زمان بارگذاری میشود، که به این ویژگی آسایش تنش می گویند . اهمیت این ویژگی در آن است که پس از فشرده سازی محصولات کشاورزی از جمله علوفه، تنش های داخل محصول بطور وابسته به زمان کاهش پیدا میکند و از طریق آزمایشات مربوطه میتوان ادامه این آسایش تنش را پیش بینی کرده و در طراحی دستگاه ها از آن بهره برد. در این پدیده پارامترهای وابسته به زمان همچون مدول الاستیسیته - E - t - - ظاهر شده و اندازه و سرعت آسایش تنش به ساختمان ماده، نرخ کرنش، رطوبت ماده و میزان تغییر شکل بستگی دارد.[ Mohsenin, 1970]
مواد و روشها
بستههای کاه و یونجه بصورت کاملاً تصادفی با ابعاد تقریبی 45×50×95 سانتیمتر از انبار علوفه مزرعه دانشگاه صنعتی اصفهان تهیه شدند. اندازهگیری رطوبت اولیه نمونه ها با توجه به استاندارد - ASAE S358 - انجمن مهندسین ماشینهای کشاورزی آمریکا انجام گرفت. برای تعیین رطوبت نمونهها به روش استاندارد نمونه علوفه از بستههای یونجه و کاه به صورت تصادفی انتخاب و در آون در دمای 103 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت قرار داده شد. بنابراین میانگین رطوبت اولیه بستههای یونجه و کاه مورد آزمایش به ترتیب %7/59 و %6/12 - بر مبنای تر - بدست آمد .[ ASAE,1999] رطوبت بستهها قبل از جمع آوری در مزرعه برای یونجه بین 15-20 درصد وکاه تقریباً 11 درصد میباشد. از آنجا که رطوبت بر پارامترهای اندازه گیری شده در آزمایشات اثر میگذارد، برای همسان سازی لازم بود رطوبت بستهها به این سطح رطوبتی بر مبنای تر رسانده شود . با توجه به وزن خشک بستهها و درصد رطوبت موردنیاز، میزان آب لازم برای افزودن به بسته ها تعیین شد . برای یکنواختی گسترش رطوبت و جلوگیری از فساد بسته ها آنها را در داخل کیسههای پلاستیکی در بسته در هوای آزاد قر ار داده و با جابجاکردن بستهها 2 بار در روز این روند و تا 1 هفته تکرار شد تا رطوبت لازم بدست آید.[ ASAE, 2003]
برای تعیین رابطه تنش و کرنش در نمونهها از یک دستگاه آزمون جامع کشش - فشار ساخت شرکت سنتامٌ با ظرفیت 1 تن نیرو و حداکثر سرعت 500 میلیمتر بر دقیقه موجود در دانشکده مواد دانشگاه صنعتی اصفهان استفاده شد - شکل . - 1 برای اندازهگیری مقاومت خمشی از دو تکیهگاه در دو طرف دستگاه استفاده شد به طوری که بستهها در راستای طولی روی این دو تکیهگاه به گونهای قرار گرفت که فک فشار از بالا به قسمت مرکزی بستهها، فشار وارد میآورد. جهت بررسی مقاومت خمشی بستهها در 2 سطح رطوبتی خشک 6/12 - و 7/59 درصد بر مبنای تر به ترتیب برای کاه و یونجه - و تر 12-11 - درصد و 20-15 درصد بر مبنای تر به ترتیب برای کاه و یونجه - و 2 سطح طولی کوتاه و بلند و هر سطح در 3 تکرار، برای دو نوع بسته یونجه و کاه انجام شد. با تنظیم سرعت متوسط دستگاه آزمون 250 - میلیمتر بر دقیقه - آزمون فشار آغاز شد و بلافاصله پس از رسیدن به کورس موردنظر دستگاه متوقف گردید. برای انتخاب محدوده فشار دستگاه ابتدا چند نم ونه
فشار بر روی بسته های کاه و یونجه بطور جداگانه انجام شد تا حداکثر نیروی لازم برای فشار و خمش بدون تنش ماندگار بدست آید. از نتایج بدست آمده در این آزمون، روابط بین برخی پارامترهای رئولوژیکی از قبیل مدول الاستیسیته و مقاومت خمشی بسته ها بدست آمد. به منظور محاسبه مدول الاستیسیته نمونه ها، با داشتن نیرو به ازای هر تغییر شکل در نمونه، منحنی مدول الاستیسیته که تابعی از زمان است در نرم افزار EXCEL با بهترین مدل برازش شد.
محصولات کشاورزی بدلیل ویسکوالاستیک بودن پس از خمیده شدن دچار آسایش تنش می شوند . در طراحی دستگاه بستهبردار از مقادیر بدستآمده از آزمون آسایش تنش در طراحی کانال کفشک بسته استفاده شد . با رسیدن فک فشار به سطح خمیدگی موردنظر، حرکت دستگاه متوقف شد و توسط یک زمان سنج در فواصل زمانی 5 ثانیهای، نیروی حاصله از روی صفحه نمایش دستگاه قرائت و یادداشت شد . در ابتدای آزمون، آسایش تنش بسیار زیاد بود ولی پس از چند دقیقه تغییرات کاهش یافت و تقریباً ثابت شد.
شکل -1 دستگاه آزمون جامع کشش-فشار
به منظور بررسی روابط بین پارامترهای مختلف در طرح حاضر و تأثیر عواملی چون نوع گیاه و سطوح مختلف فشردهسازی بر این پارامترها و همچنین به دلیل تفاوت در طول بستهها، آزمون فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کاملاً تصادفی انجام و نتایج توسط نرم افزار SAS تحلیل شد. از سه بلوک که شرایط طولی برای بستهها مساوی بود، برای یونجه و کاه استفاده شد. به منظور محاسبه مدول الاستیسیته نمونه ها، پس از ترسیم منحنی تنش-کرنش، برای هر فاکتور بهترین مدل توسط نرم افزار Excel به دست آمد و سپس مدول الاستیسیته که همان مشتق درجه اول مدل برازش شده بود، محاسبه گردید.
نتایج و بحث
با استفاده از نرمافزار MATLAB دادهها و تعریف تابع تنش بهترین مدل برازش شد و زمان های آسایش تنش به دست آمد. برای هر یک از بستهها با خصوصیات فیزیکی متفاوت دریک سطح فشردگی، بطور جداگانه زمانهای آسایش تنش محاسبه شد. شکل2 و 3 زمانهای آسایش تنش را برای بسته های یونجه و کاه بطور جداگانه نشان میدهد.
