بخشی از مقاله
چکیده
دراین تحقیق جهت تعیین نیروي تراکم سازي و زمان آسایش تنش در فشرده سازي گیاه یونجه با طول قطعات مختلف از آزمون فشار استفاده گردید. در این آزمایش گیاه علوفه اي یونجه در سطح رطوبتی22 الی %24 در چهار سطح طولی 25، 33، 50 و %100 متوسط طول اولیه ساقههاي یونجه از رقم همدانی به ارتفاع تقریبی 70 سانتیمترمورد آزمایش قرار گرفت. آزمایشات توسط دستگاه آزمون جامع کشش- فشار با ظرفیت بار 5 کیلو نیوتن و حداکثر سرعت 500 میلیمتر بر دقیقه انجام گردید.
در این آزمون دو فاکتور نیروي تراکم سازي و زمان آسایش تنش محصول آزمایشی در قالب طرح کاملا تصادفی مورد مقایسه قرار گرفت. نتایج آزمایشات نشان داد نیروي تراکم سازي گیاه یونجه مورد آزمایش با طول قطعات مختلف در سطح احتمال %1 معنیدار شد به طوریکه با کاهش طول قطعات نیروي تراکم سازي جهت دست یابی به یک دانسیته مشخص کاهش مییافت.
این نتایج در حالی بدست آمد که تاثیر طول قطعات در زمانهاي آسایش تنش معنی دار نشد. همچنین دادههاي بدست آمده در آزمایش بر روابط ارائه شده جهت منحنی کاهش تنش محصولات ویسکوالاستیک با ضریب تبیین 0/99 در مدل ماکسول برازش گردید و ضرائب ثابت آن براي محصول فوق در طول قطعات مختلف بدست آمد.
مقدمه
یونجه یا طلاي سبز با نام علمیSativa Medicago و نام انگلیسیAlfalfa مهمترین گیاه علوفه اي دنیا و اولین گیاه علوفه اي اهلی شده است که بشر اولیه آنرا به عنوان تغذیه دام تشخیص داده است]جابریمعز،.[1380 مبدأ اصلی یونجه خاور نزدیک و آسیاي مرکزي بوده و ناحیه مرکزي ایران منشأ جغرافیایی یونجه است. یونجه در بین گیاهان علوفهاي به علت کیفیت خوب، خوش خوراکی و دارا بودن ذخائر غذایی از جمله مواد معدنی مانند کلسیم و مواد پروتئینی اهمیت خاصی پیدا کرده است به طوري که یونجه بیش از 2 تن پروتئین در هکتار در سال را تولید مینماید
با توجه به نقش چگالی حجمی در بستههاي یونجه در کاهش هزینه نخ مصرفی بسته بندي، حمل ونقل و انبارداري دستیابی به بسته هاي متراکم تر مقرون به صرفه می باشد]شهریان، .[1384 در فرایند فشرده سازي علوفه، یکسري پارامترهاي وابسته و مستقل مطرح هستند که شناخت روابط بین آنها از ملزومات طراحی قالب فشرده سازي و اجزاي آن است ] سریواستاوا و دیگران، .[1379 پارامترهاي مستقل در فشرده سازي عبارتند از چگالی، رطوبت محصول، نرخ فشرده سازي و مقدار کرنش. پارامترهاي وابسته در فشرده سازي عبارتند از زمان کاهش تنش، فشار، مدول الاستیسیته، ضریب اصطکاك و انرژي
در مطالعات انجام گرفته توسط Mani و همکاران در سال 2006 در زمینه تعیین خواص فیزیکی و مکانیکی علوفه حبه شده، نشان داده شده است که اختلاف معنی داري در چگالی حجمی و وزن مخصوص حقیقی حبه ها ایجاد شده از نظر ابعاد علوفه وجود دارد و با کاهش ابعاد و طول قطعات علوفه هر دو افزایش می یابد،همچنین نشان دادند که با افزایش چگالی حجمی حبه هاي علوفه از طریق کاهش ابعاد آن، نیروي تراکم سازي افزایش می یابد
از اینرو انتظار می رود با کاهش طول ساقه هاي محصول، نیروي تراکم سازي به ازاي یک دانسیته مشخص کاهش یابد.
شهریان - 1384 - با انجام آزمون کشش ریسمان نشان داد که ریسمان با حداکثر نیروي قابل تحمل 2/6 کیلو نیوتن مقاومتر از ریسمان نایلونی است. همچنین میزان کرنش ریسمان کنفی تا حد پارگی، کمتر از ریسمان نایلونی است بنابراین این نوع ریسمان کنفی براي استفاده در دستگاه بسته بند مضاعف مناسبتر است
هدف از انجام این تحقیق، تعیین پارامترهاي ذیل بر روي نمونههاي یونجه با طول قطعات مختلف، براي طراحی واحدهاي دستگاه بستهبند میباشد که عبارتند از:
- تعیین نیروي تراکم سازي بستههاي یونجه با طول قطعات مختلف.
- زمان آسایشتنش پس از فشردهسازي.
- تعیین ضرائب مدل ماکسول توسط نرم افزار متلب براي نمونههاي یونجه با طول قطعات مختلف.
مواد و روشها
به منظور انجام آزمایش 60 تا 70 کیلوگرم یونجه تازه برداشت شده از رقم همدانی در رطوبت حدود %80 تهیه شد و جهت تهیه تیمار هاي آزمایشی به چهار قسمت مساوي تقسیم و به صورت 4 ردیف مشابه به عرض یک متر بر روي زمین خشک و زیر سایه پهن گردید.سپسسه ردیف را به طور تصادفی انتخاب ویونجه ها را در طول ساقه ها به ترتیب به اندازه نصف، یک سوم و یک چهارم طول اولیه برش دادیم.
به منظور کاهش رطوبت نمونه ها تا 20 الی %23 تا زمان آزمایش در همان مکان نگه داري شدند. جهت انجام آزمون فشار از هر تیمار آزمایشی سه نمونه - تکرار - با وزن 1/5 kgبدون تراکم اولیه بسته بندي گردید. نمونهها عاري از علفهاي هرز بوده و با رطوبت معین در پلاستیک مشکی نگهداري و به آزمایشگاه منتقل گردید.محتواي رطوبتی نمونههاي آزمایشی بر اساس استاندارد ASAE شماره S358.2 اندازه گیري شد و رطوبت نمونههاي یونجه در زمان آزمایش %24 بدست آمد
آزمونها: فشرده سازي تک محوره براي تعیین رابطه نیرو-جابه جایی یا تنش-کرنش در نمونهها از یک دستگاه آزمون جامع کشش- فشار - ساخت شرکت هانسفیلد - Hounsfield - انگلستان موجود در دانکشده مواد دانشگاه صنعتی اصفهان با ظرفیت 5 تن نیرو و حداکثر سرعت 500 mm/min استفاده شد. به منظور شبیهسازي محفظه فشردهسازي، محفظه استوانهاي شکل از جنس ورق آهن با سطح مقطعی به قطر 35 cm و ارتفاع 60 cm ساخته شد. پیستون متحرك محفظه با لقی 2 میلیمتر نسبت به دیواره محفظه به صورت جدا که قابل نصب بر روي فک بالایی دستگاه اینسترون باشد، ساخته گردید.
در بررسی منابع انجام گرفته هیچ روش استانداردي جهت پر کردن محفظه با نمونههاي آزمایشی براي گیاه علوفه-اي یونجه یافت نشد، از اینرو جهت نزدیک شدن به شرایط موجود در محفظه بسته بندي بیلر و ایجاد یک تراکم اولیه در نونههااز یک روش ابداعی استفاده گردید به گونهاي که هر نمونه 1/5 کیلوگرمی در سه مرحله به درون محفظه فشار قرار داده شد و در پایان هر مرحله براي ایجاد تراکم اولیه وزنهاي به جرم 5/700 kg از ارتفاع cm 50 نسبت به سطح نمونه بر روي آن رها میگردید. این روش براي تمام نمونههاي آزمایشی قبل از انجام آزمون فشار اجرا گردید.
پس از قرار دادن نمونهها در محفظه فشار و نصب پلانجر به فک بالایی دستگاه، آزمون فشار با انتخاب حداکثر سرعت 500 - میلیمتر بر دقیقه - آغاز گردید. بر طبق نتایج Afzalina و همکاران در سال 2009 مبنی بر عدم فساد پذیري بستههاي یونجه در محدوده رطوبتی 20 تا %23 و در دانسیته 140 تا 150 کیلوگرم بر متر مکعب[Afzalina et al., 2006]، آزمون تا زمان رسیدگی بستههاي یونجه به دانسیته 150 کیلوگرم بر متر مکعب ادامه و بلافاصه پس از رسیدن پلانجر به کورس مورد نظر دستگاه متوقف شد و ارقام مربوط نیرو-جابه جاییاندازه گیري شده توسط دستگاه آزمون ثبت گردید.
کاهش تنش - Time of relaxation -
از مباحث مهم خواص رئولوژیکی مواد کشاورزي، کاهش تنش - Time of relaxation - محصولات است. اهمیت این ویژیگی در آن است که پس از فشرده سازي محصولات کشاورزي از جمله علوفه، تنشهاي داخل محصول به طور وابسته به زمان کاهش پیدا میکندو از طریق آزمایشهایی میتوان ادامه این کاهش تنش را پیش بینی کرده و در طراحی دستگاههاي فشرده ساز از آن بهره گرفت.
در این آزمایشها پارامترهاي وابسته به زمان همچون مدول الاستیسیته - E - t - - - Modul of elasticity - و نسبت پوآسون - υ - t - - - Poisson ratio - که بر اندازه و نرخ کاهش تنش ماده تأثیر میگذارد، تعیین میگردد. از آنجا که کاهش تنش محصولات کشاورزي را میتوان با مدل عمومی ماکسول بررسی کرد و این مدل از چند المان ساده ماکسولی تشکیل شده است، در هریک از زمانهاي کاهش تنش یکی از المانها به کاهش تنش %37 خود میرسد. روش باقیماندههاي متوالی - Successive Residual - Method معمولترین روش براي بررسی کاهش تنش بوده است و توسط رابطه زیر تابع تنش محاسبه میشود که در آن تنش - Pa - و زمانهاي کاهش تنش - s - در هر المان است.
امروزه با توسعه علوم رایانهاي میتوان با استفاده از نرم افزارهایی همچون متلب - Matlab - و یا اکسل - Excel - زمانهاي آسایش تنش را بر اساس اطلاعات حاصل از اندازهگیري تنش در زمانهاي پس از متوقف کردن فشردهسازي به دست آورد.
در ادامه آزمون فشردهسازي، با رسیدن پلانجر به سطح مورد نظر دستگاه متوقف شد. در این مرحله میبایست در فواصل زمانی معین نیروي حاصله از روي صفحه نمایش دستگاه قرائت و یادداشت گردد در ابتداي آزمون، کاهش تنش بسیار فاحش و سریع بود ولی پس از چند دقیقه تغییرات کاهش یافت. بنابراین به منظور کاهش خطابا استفاده از نرم افزار Camtasia Studio 6 اطلاعات صفحه نمایش دستگاه جامع آزمون کشش- فشار ظبت گردید و با بازخوانی اطلاعات لحظه به لحظه دادههاي مربوطه ثبت شد. پس از حدود 20 دقیقه به دلیل ثابت ماندن تغییرات ، آزمون متوقف شد. اطلاعات بدست آمده براي هر نمونه آزمایشی در محیط نرم افزار اکسل وارد گردید و با استفاده از گزینه Solver از منوي Tools این نرم افزار پارامترهاي مجهول رابطه که شامل زمانهاي کاهش تنش میباشند به دست آمد.
روش آزمون آماري به منظور بررسی روابط بین پارامترهاي مختلف در طرح حاضر و تأثیر عوامل مختلفی همچون طول قطعات مختلف و اولین زمان آسایش تنش آزمون کاملا تصادفی در سه تکرار انجام شد
