بخشی از مقاله
چکیده
توسعه ماشین های برداشت پیاز از اهداف مهم در مکانیزاسیون تولید این محصول می باشد . آگاهی از برخی خصوصیات فیزیکی و مکانیکی محصول در طراحی و ساخت این ماشین ها ضروروی به نظر می رسد. در این تحقیق، برخی از خصوصیات فیزیکی و مکانیکی برگ پیاز از جمله ضریب اصطکاک، مقدار استحکام کششی و برشی و انرژی مورد نیاز جداسازی برگ از غده اندازه گیری شد.
نتایج نشان داد که ضریب اصطکاک برگ با کاغذ، فولاد، چوب، لاستیک و پارچه نمدی در رطوبت 65 درصد به ترتیب 0/88 ، 0/53، 0/73، 0/9 و 0/86 و در رطوبت 30 درصد 0/79، 0/91 0/59، 1/19 و 1/91 بود. همچنین مقدار استحکام برگ بر حسب نوع و سرعت بار اعمالی و همچنین رطوبت برگ بین 0/36 تا 1/91 مگاپاسکال و انرژی ویژه مورد نیاز گسیختن برگ بین 2/25 تا 24/84 میلی ژول بر میلی متر مربع به دست آمد .
طبق این نتایج با کاهش رطوبت برگ میزان مقاومت - استحکام - برگ پیاز و انرژی ویژه مورد نیاز گسیختن برگ کاهش یافت . در رطوبت 85 درصدی برگ پیاز، افزایش سرعت بارگذاری، میزان مقاومت - استحکام - برگ پیاز و انرژی ویژه مورد نیاز گسیختن برگ را در جهت کاهش تغییر داد در حالی که در رطوبت 65 درصدی برگ چنین اتفاقی مشاهده نگردید و تغییرات سرعت بارگذاری تاثیر چندانی بر تغییرات حداکثر استحکام برگ و انرژی مورد نیاز گسیختن آن نداشت . در مجموع توان و انرژی مورد نیاز جهت حذف برگ پیاز در مکانیزم های برشی به خصوص در رطوبت های بالای برگ کمتر از نوع کششی است . از طرفی دقت و سرعت حذف برگ به روش برش، بیشتر از روش کشیدن می باشد.
مقدمه
پیاز گیاه دو ساله از خانواده سوسنیها - Allium Cepa - است و در سبزیکاری بطور یک ساله کشت میگردد ] شیبانی، .[1361 مکانیزاسیون تولید این محصول مستلزم به کارگیری ادوات و ماشین های مناسب و منطبق با شرایط اقلیمی و محصولی کشور می باشد . در طراحی یک سیستم برداشت محصول کشاورزی، آگاهی از خصوصیاتی مانند اندازه ابعاد و شکل هندسی محصول، استحکام کششی و برشی گیاه، انرژی مورد نیا ز گسیختگی و میزان اصطکاک گیاه با سطوح مختلف ضروری به نظر می رسد .
تحقیقات زیادی در این زمینه بر روی محصولات مختلف انجام شده است . در تحقیقی در مصر [Bahnasawy et al., 2004] برخی از خواص فیزیکی و مکانیکی پیاز مورد مطالعه قرار گرفت . این خواص شامل ابعاد خطی، شاخ ص شکل، میانگین قطر هندسی و حسابی، سطح رویی جلویی، حجم، وزن، دانسیته ظاهری، ضریب اصطکاک ایستایی، زاویه غلتش، نیروی خرد شدگی و تست سوراخ بود. نتایج این تحقیق نشان داد که دانسیته غده پیاز های مورد آزمایش بین 1/04 تا 1/11 گرم بر سانتی متر مکعب بود . زاویه غلتش نیز در حالت پایدار بین 20 تا 31 درجه و در حالت ناپایدار 14 تا 23 درجه اندازه گیری شد. ضریب اصطکاک نیز بین 1/34 تا 0/67 بود. نیروی خردشدگی پیاز نیز بین 443/3 تا 980 نیوتن و نیروی سوراخ کردن بین 26/9 تا 43 نیوتن در ارقام مختلف بدست آمد .
در همین زمینه تحقیقات ماو [Maw, 1996] مقدار نیروی خرد شدگی و سوراخ کردن غده پیاز را به ترتیب 26/4 و 25 نیوتن بدست آورد.
در تحقیقی [Tabatabaee Koloor and Borgheie, 2006] استحکام برشی استاتیکی و دینامیکی ساقه برنج مورد مطالعه قرار گرفت. در اندازه گیری نیروی برش استاتیکی، از وز ن آب و در اندازه گیری نیروی برش دینامیکی از کرنش سنجهای نصب شده روی بازوی انتقال نیرو استفاده شد . نتایج این آزمایش ها بر روی ساقه دو رقم برنج خزر و هاشمی نشان داد که مقدار استحکام برشی استاتیکی 1629 و 1429 کیلو پاسکال و دینامیکی 187/4 و 144 کیلوپاسکال بود.
انسه و همکاران [, QFH et al., 2005] در تحقیقی خواص خمشی و برشی ساقه آفتابگردان را مورد بررسی قرار دادند . در این تحقیق تنش خمشی، تنش برشی، مدول الاستیسیته و انرژی ویژه برش ساقه آفتابگردان بدست آمد و تاثیر مقدار رطوبت بر این موارد مشخص گردید . نتایج نشان داد با افزایش رطوبت، مدول الاستیسیته و مقدار تنش خمشی کاهش یافت . همچنین افزایش رطوبت موجب افزایش استحکام برشی و انرژی برش گردید.
مک راندال و مک نولتی [Mcrandal and McNulty, 1980] دستگاهی ساختند که می توانست تغییرات نیرو بر حسب تغییر مکان را در برش نمونه علوف ه ثبت نماید .
سپس اثر عواملی نظیر سرعت برش، زاویه تیغه، سن علوفه، اندازه علوفه و مقدار وزن خشک علوفه بر انرژی برشی مورد ارزیابی قرار گرفت . نتایج نشان داد اکثر خواص مکانیکی، تابعی از مقدار ماده خشک و زاویه تیغه بودند . سرعت بارگذاری تاثیر معنی داری بر انرژی برش نداشت .
در تحقیق چاتوپادیا و پاندی [Chattopadhyay and Pandey, 2001] رفتار برش ضربه ای را در قطع ساقه سورگوم به صورت یک مدل ریاضی بیان و نتایج را با داده های آزمایشگاه مقایسه نمودند . نتایج نشان داد که با افزایش سرعت خطی تیغه گشتاور مورد نیاز و انرژی مخصوص برش در مدل ریاضی و نیز در روش اندازهگیری مستقیم کاهش یافت .
جانگ [Jung, 2005] خواص مکانیکی ساقه سیر را جهت توسعه یک ماشین برداشت غده سیر مورد بررسی قرار دادند . این خواص شامل نیروی برشی، نیروی قطع و مدول الاستیسیته بود . نتایج تحقیق نشان داد که میانگین نیر وی برشی ساقه سیر در حدود 0/642 نیوتن بود و با افزایش قطر این نیرو افزایش یافت. میانگین مدول الاستیسیته2/4 × 107 پاسکال به دست آمد.
هدف از این تحقیق، تعیین ضریب اصطکاک برگ پیاز با سطوح کاغذ، فولاد، چوب، لاستیک و پارچه نمدی و اندازه گیری مقاومت و انرژی گسیختگی برگ از غده در دو حالت کشش و برش بود.
مواد و روشها
-اندازه گیری ضرایب اصطکاک ایستایی برگ
برای اندازه گیری زاویه اصطکاک ایستایی برگ در دو رطوبت 30 و 65 درصد از سطح شیب دار با زاویه متغیر استفاده شد. در این آزمایش ها پوشش سطح شیبدار از جنس کاغذ، فولاد، چوب - تخته سه لایه - ، لاستیک و پارچه نمدی انتخاب گردید. برگ بر روی ابتدای صفحه قرار گرفته و سطح شیب دار به آرامی و با سرعت ثابت توسط یک پیچ قدرت به بالا هدایت می گردید. به محض حرکت برگ، زاویه سطح توسط نقاله اندازه گیری می شد . تانژانت این زاویه مقدار ضریب اصطکاک را نشان می دهد
- اندازه گیری استحکام برشی و کششی برگ پیاز
برای تعیین اثر رطوبت برگ و سرعت بارگذاری بر مقدار استحکام نهایی برشی و کششی برگ پیاز، آزمایشی به صورت فاکتوریل بر پایه طرح کامل تصادفی در چهار تکرار انجام شد که در آن برگ پیاز در دو رطوبت 85 و 65 درصد - بر پایه وزن تر - و سه سرعت بارگذاری 50، 100 و 200 میلی متر بر دقیقه، تحت سه نوع بارگذاری شامل
برش برگ در محل اتصال برگ به غده - S0 - ، برش برگ در فاصله 5 سانتی متری از غده - S5 - و کشش برگ در فاصله 5 سانتی متری از غده - T5 - قرار گرفت . به این منظور از دستگاه کنترل کشش و فشار مدل اینستران 1140 استفاده شد
شکل -1 دستگاه کنترل کشش و فشار مدل اینستران 1140
در آزمایش کشش - T5 - ، از یک فک متحرک که به انتهای برگ پیاز متصل می شد، استفاده گردید
آزمایش های برش - S0,S5 - با استفاد ه از پروب برش وانر- براتزلر - شکل - 3 اجرا گردید . در نمودارهای بدست آمده، بیشترین مقادیر استحکام برشی و کششی به عنوان استحکام نهایی برشی یا کششی در نظر گرفته شد . هر دو آزمایش کشش و برش با سرعت های بارگذاری 50، 100 و 200 میلی متر بر دقیقه اجرا گردید.
شکل-2نحوه نگهداری پیاز در آزمون کشش شکل-3پروب برش وارنر- براتزلر
- اندازه گیری انرژی ویژه برش و کشش برگ پیاز
در هر آزمایش مقدار انرژی ویژه برشی و کششی با استفاده از محاسبه سطح زیر منحنی نیرو - تغییر مکان و تقسیم مقدار آن بر مساحت سطح مقطع برگ مورد آزمایش از محل گسیختگی به دست آمد.
نتایج و بحث
اندازه گیری ضرایب اصطکاک برگ پیاز در دو رطوبت 85 و 30 درصد بر روی سطوح مختلف - جدول - 1 نشان داد که با کاهش رطوبت برگ، ضریب اصطکاک افزایش یافت
