بخشی از مقاله
چکیده
آگاهی از ویژگیهاي فیزیکی و مکانیکی محصولات کشاورزي براي طراحی تجهیزات برداشت، حمل و نقل، عمل آوري و انبارداري آنها ضروري میباشد. در ایران برداشت و شکستن گردو در مقیاس وسیع هنوز به صورت دستی انجام میگیرد که این امر باعث افزایش ضایعات، قیمت و اتلاف زمان میشود.
بنابراین در فرآیندهاي برداشت و پس از برداشت، از جمله توسعه و بهینه سازي دستگاههاي برداشت و گردوشکن، به اطلاعات کافی از خواص فیزیکی و مکانیکی آن نیاز می باشد. در این پژوهش تعیین و مقایسه برخی خواص هندسی، ثقلی و اصطکاکی گردو در دو رقم متداول و پر مصرف کاغذي و ماکویی شامل متوسط طول، عرض، ضخامت، قطر میانگین حسابی، قطر میانگین هندسی، ضریب کرویت، مساحت تصویر شده، حجم، جرم، چگالی توده، چگالی حقیقی، تخلخل، و نیز ضریب اصطکاك استاتیکی در چهار سطح آلومینیوم، استیل، فولاد و گالوانیزه که در طراحی ماشین آلات حمل و نقل و فرآوري بیشترین کاربرد را دارند، انجام شد.
آزمایشهاي ابعاد، قطر متوسط حسابی، قطر متوسط هندسی، سطح تصویر شده، کرویت، حجم و جرم در طرح کاملاً تصادفی با عامل رقم در دو سطح با 150 تکرار و چگالی حقیقی، چگالی توده و تخلخل نیز با عامل رقم در دو سطح و با 10 تکرار در طرح کاملاً تصادفی انجام شد. همچنین آزمایشهاي خواص اصطکاکی نیز در طرح کاملا تصادفی با دو عامل مستقل رقم در دو سطح و نوع سطح اصطکاکی در چهار سطح بررسی گردید. بقیه پارامتر هاي ذکر شده از متغیرهاي فیزیکی وابسته در آزمایش میباشند.
نتایج آزمایش فاکتوریل نشان داد که اثر نوع سطح اصطکاکی در سطح احتمال یک درصد بر ضریب اصطکاك ایستایی معنی دار و اثر رقم و اثر متقابل رقم و نوع سطح بر ضریب اصطکاك استاتیکی بی معنی بودند. همچنین مقایسه میانگین هاي متغیرها حاکی از آن بود که تخلخل و ضریب کرویت دو رقم با هم تفاوت معنی داري نداشته در حالیکه سایر پارامتر هاي فیزیکی اختلاف معنی داري را در سطح احتمال یک درصد نشان دادند. تحلیل ها به کمک نرم افزار آماري MSTATC انجام گرفتند.
.1 مقدمه
گردو درختی است از جنس Juglans از خانواده Juglandaceae و چند منظوره که از نظر تولید میوه - مغز و پوسته - ، چوب و جنبه دارویی آن حائز اهمیت میباشد.[13] به طور تقریبی 20 گونه گردو در جهان پرورش مییابد که گردوي ایرانی مهمترین گونه تجاري آن است.
بر اساس آمار سازمان جهانی خواروبار - - FAO سال2008، کشور ایران در جایگاه چهارم تولید گردو در جهان قرار دارد.کشورهاي آمریکا، چین و ترکیه به ترتیب در مکانهاي اول، دوم و سوم قرار دارند، سطح زیر کشت درختان بارور گردو در ایران از 4400 هکتار در سال1340 به 67499 هکتار در سال 1387 رسیده است - بیش از 30 درصد افزایش سطح زیر کشت در هر سال - ، به طوري که سهم ایران از سطح زیر کشت گردو در دنیا از 2/73 درصد در سال 1340 به 8/32 درصد در سال 1387 رسیده است. میزان تولید ایران نیز در بین این سالها افزایش قابل توجهی داشته است به طوري که از 8 هزار تن در سال 1340 به بیش از 142 هزار تن در سال 1387 رسیده است - بیش از 35 درصد افزایش در هر سال - ، سهم ایران از کل تولید دنیا از 1/61 درصد در سال 1340 به 6/67 درصد در سال 2008 رسیده است.
پارامترهاي فیزیکی مانند ابعاد هندسی، چگالی توده، چگالی حقیقی، تخلخل و کرویت، درکاهش صدمات مکانیکی، افزایش بازده فرآوري و بهینه-سازي ماشینهاي فرآوري مؤثر میباشد.[1] چنانچه خواص فیزیکی و مکانیکی گردو تعیین شود، با استفاده از نتایج حاصل در طراحی ماشینهاي گردو شکن، تلفات مغز گردو کاهش مییابد، که در نتیجه بازار پسندي این محصول نیز بهبود مییابد
در تحقیقی تاثیر افزایش رطوبت بر خواص فیزیکی سه رقم گردوي اصلاح شده ایرانی بررسی گردید که نتایج آن نشان داد با افزایش رطوبت، طول، عرض، ارتفاع، جرم و سطح دانه در هر سه رقم افزایش یافتند، در حالی که چگالی توده، چگالی حقیقی و کرویت کاهش را نشان دادند.[2] تانگ و میچل1 در تحقیقی تأثیر اندازه گردو بر مقدار تغییر شکل گردو و مغز آن در حین بارگذاري را مطالعه و در نهایت رابطهي بین قطر گردو و مغز آن را به صورت زیر تدوین کردند:
که در آن Zs ، قطر گردو، Zk قطر مغز گردو بر حسب سانتیمتر میباشد.[17] اوزدمیر و اوزیلجن2 گزارش کردند که حالت شکستن مهمترین عامل در جداسازي پوسته می باشد.
خاویر3 تایید کرد که اندازه، شکل، ضخامت پوسته و ساختار، مهم ترین پارامتر هاي موثر در جدا سازي مغز از پوسته می باشند.در تحقیقی دیگر در ترکیه به منظور طراحی مفید و بهینه ماشین هاي بسته بندي، خواص فیزیکی چهار نوع فندق بومی بررسی و مقایسه شد.
در پژوهشی دیگر با مطالعه بر روي ارقام مختلف گردو نشان داده شد که بین ضخامت پوست گردو و نیروي مورد نیاز براي شکست گردو، یک رابطه خطی وجود دارد، به طوريکه با افزایش ضخامت پوست، انرژي و توان بیشتري براي شکست گردو مورد نیاز است.
آیدین4 خواص فیزیکی بادام و مغز آن را مورد ارزیابی قرار داده و ضریب اصطکاك استاتیکی را بر روي سه نوع سطح چوب چندلا، لاستیک و آهن گالوانیره بررسی کرد، نتایج وي نشان داد که این ضریب با افزایش رطوبت افزایش یافت.
رضوي و همکاران خواص اصطکاکی پنج رقم پسته مهم تجاري را در پنج سطح اصطکاکی به صورت تابعی از رطوبت بررسی کردند.همچنین خواص فیزیکی و مکانیکی میوه و مغز دو رقم بادام ایرانی - آذر و نون پاریل - تعیین و مقایسه شد .
از آنجا که تحقیقات بسیار اندکی روي خواص فیزیکی ارقام بومی گردو در ایران انجام شده است و با وجود نیاز مبرم به اطلاعات جامع و کافی در خصوص این خواص براي طراحی، ساخت و بهینه سازي دستگاه هاي گردو شکن و عملیات پس از برداشت و فرآوري گردو، ضرورت تعیین خواص فیزیکی گردو احساس می شود که بر این اساس اهداف کلی این تحقیق به شرح زیر بیان می شود:
-1 تعیین خواص فیزیکی دو رقم متداول گردو - کاغذي و ماکویی - شامل متوسط طول، عرض، ضخامت، قطر میانگین حسابی، قطر میانگین هندسی، درصد ضریب کرویت، مساحت رویه، حجم، جرم، چگالی توده، چگالی حقیقی، تخلخل، ونیز ضریب اصطکاك استاتیکی در چهار سطح آلومینیوم، استیل، فولاد و گالوانیزه که در طراحی ماشین آلات حمل و نقل و فرآوري بیشترین کاربرد را دارند.
-2 مقایسه خواص فیزیکی - خواص هندسی، ثقلی و اصطکاکی - گردو در ارقام ذکر شده و تعیین میزان معناداري آن ها.
2. مواد و روش ها
در این تحقیق دو رقم متداول گردو - کاغذي و سنگی ماکویی - از باغهاي ارومیه تهیه شده و به آزمایشگاه بیوفیزیک دانشگاه محقق اردبیلی منتقل شد و در حداقل فاصله زمانی پس از برداشت گردو، آزمایشهاي مربوط به خواص فیزیکی این محصول بر روي نمونهها انجام گرفت براي اندازهگیري ابعاد از کولیس دیجیتال با دقت 0/02 میلیمتر - شکل - 2 استفاده شد. براي انجام این کار 150 عدد گردو به طور تصادفی از تودههاي هر رقم انتخاب و سه بعد =a طول، = b عرض - روي درز - و = c ضخامت - بر حسب میلیمتر اندازهگیري شد. ارقام گردوي تحت آزمایش و تعریف ابعاد در شکل 1 نشان داده شده است.
شکل - 1 الف: دو رقم متداول گردوي ایرانی ب و ج: تعریف ابعاد مختلف نمونه گردو تحت آزمایش
براي اندازهگیري ابعاد از کولیس دیجیتال با دقت 0/01 میلیمتر - شکل - 2 و براي اندازهگیري وزن گردوها از ترازوي دیجیتال با دقت 0/001 گرم استفاده گردید.
سپس کرویت که معیاري براي توصیف شکل دانه است، از رابطه - 1 - محاسبه گردید.
براي محاسبه سطح تصویر شده از رابطه - 2 - استفاده شد
به طور معمول از اصل جابه جایی مایع - liquid displacement - بر گرفته از قانون شناوري ارشمیدس براي اندازه گیري چگالی حقیقی دانه ها استفاده شد.براي انجام این کار ابتدا وزن تعدادي از گردوها را به طور تصادفی و تک تک تعیین کرده، سپس آنها را مجزا درون یک استوانه مدرج که تا ارتفاع معین با مایع تولوئن پر شده بود، ریختیم. استوانه را تکان داده تا حبابهاي هواي داخل استوانه و اطراف گردو خارج شد.
سپس ارتفاع جدید مایع داخل استوانه قرائت گردید. در نتیجه حجم گردوهاي ریخته شده به داخل استوانه معلوم شد. از تقسیم وزن گردوها به حجم آنها، چگالی حقیقی گردو به دست آمد..
براي تعیین چگالی توده، تعدادي گردو از ارتفاع 20 سانتیمتري به داخل یک ظرف استوانهاي با حجم معلوم ریخته شد و سپس با کشیدن یک میله از لبه ظرف به طور مورب، گردوهاي اضافه خارج شدند. از تقسیم وزن نمونههاي داخل ظرف بر حجم ظرف، چگالی توده نمونهها تعیین گردید. براي محاسبه تخلخل از رابطه - 6 - استفاده شد
