بخشی از مقاله
مقدمه
شکر یکی از عمدهترین نیاز غذایی مردم بوده که 62 درصد شکر تولید شده در جهان از نیشکر و 38 درصد آن از چغندرقند میباشد. نیشکر با نام علمی Sacharum Officinarum از تیره گرامینه گیاهی است چند ساله و بومی مناطق گرم میباشد. مهمترین قسمت نیشکر ساقه آن است که به خاطر ذخیره شیره در آن براي تهیه شکر مورد استفاده قرار میگیرد. ساقه معمولاً بلند و ارتفاع آن به 3 تا 4 متر و بیشتر هم میرسد ضخامت و قطر آن بسته به انواع گوناگون بین 2 تا 6 سانتیمتر میباشد.
درون ساقه خالی نبوده و در بافت سلولزي موجود در آن شیره قندي جمع میگردد که این قند ممکن است حدود 14 تا 18 درصد وزن ساقه را تشکیل دهد. هر ساقه پس از رشد کامل حدود 5 کیلوگرم وزن دارد. در قسمت پایین ساقه نزدیک به زمین درصد قند از همه نقاط ساقه بیشتر و هرچه به سوي نوك ساقه رود کاهش مییابد.نیشکر بسته به موقعیت جغرافیایی گیاهی شش ساله است که در طی این دوره شش بار برداشت میشود. کاشت نیشکر به دو صورت کشت بذر و قلمه انجام میگیرد. کاشت بذر براي تولید نژاد جدیدي از نیشکر و کاشت قلمه با هدف تهیه شکر و محصولات جانبی انجام میشود. کاشت قلمه با دست یا مکانیزه صورت میگیرد.
با توجه به هزینه بالا، کمبود نیروي انسانی و صرفه جویی در زمان کاشت، استفاده از کشت مکانیزه ضروري میباشد. در این راستا ماشینهاي کارنده متفاوتی جهت کشت نیشکر مورد استفاده قرار می گیرند. دو گروه عمده این ماشینها قلمهکارها و برنده-کارندهها هستند. در قلمهکارها قلمهها با طولهاي تقریباً مساوي در مخزن ریخته میشوند سپس قلمهها به سمت موزع هدایت میشوند. موزعهاي مورد استفاده در این ماشینها به دو دسته ریزشی و دقیقکار تقسیمبندي میشوند. بسته به نوع موزع استفاده شده در ماشین، قلمهها به صورت منظم - موزع دقیقکار - یا درهم - موزع ریزشی - به سمت شیار هدایت میشوند.
در ماشینهاي برنده-کارندهها ساقههاي نیشکر به صورت توده در مخزن ریخته میشود سپس ساقهها توسط کارگر به سمت واحد برش هدایت میشود براي کاشت هر ردیف از یک یا چند کارگر استفاده میشود واحد برش ضمن برش قلمهها به طول یکسان، آنها را با همپوشانی یا بدون همپوشانی در شیار قرار میدهد. ماشین ها علاوه بر قرار دادن قلمه در زمین، قادر به ایجاد جوي و پشته بوده و همچنین کود شیمیایی را همزمان با کشت قلمه در زمین پخش مینمایند. میزان ریزش قلمه توسط کارنده نیشکر از اهمیت فوقالعادهاي برخوردار است. ریزش بیش از حد قلمه از لحاظ اقتصادي و زراعی مقرون به صرفه نمیباشد.
زیرا مجبور به صرف هزینه اضافی جهت تنک کردن کشت خواهیم بود. از طرفی ریزش کم قلمه، عملکرد زمین زراعی را کاهش میدهد. سوبراتا مندل و پلش ماجی در سال 2008 برنده-کارنده دو ردیفه نیشکري را ساختند. در این ماشین براي هر ردیف کشت از یک کارگر استفاده شده بود و داراي مخزنی براي نگهداري ساقههاي نیشکر در حالت عمودي بود. دستگاه قادر بود قبل از کاشت ساقههاي نیشکر را به قلمههایی به طول تقریباً 31/8 سانتیمتر تبدیل کند و در سرعت 2/5 کیلومتر بر ساعت، همپوشانی 6/48 سانتیمتر را در شیار ایجاد شده توسط شیاربازکن حفظ کند.
مواد و روشها:
دستگاهی که اقدام به ساخت آن در گروه ماشینهاي کشاورزي دانشگاه صنعتی اصفهان شد - شکل - 1، یک قلمهکار نیشکر میباشد که براي توزیع یکنواخت قلمه به درون شیار در کارنده از یک موزع دقیقکار استفاده شده است. براي طراحی این وسیله ابتدا تمامی اجزاء کارنده در محیط نرم افزاري Solid Works مدل شد با توجه به حجم مخزن و وزن قسمتهاي مختلف مقدار نیروي پیش فرض وارده بر هر قطعه با در نظر گرفتن ضریب اطمینان به روش دستی طراحی شدند. برخی دیگر اجزاء کارنده نظیر شاسی و مالبند که طراحی آنها با استفاده از روابط نیرویی و به روش دستی امکانپذیر نبود و نیاز به تحلیل نیروئی داشت با استفاده از دو نرم افزار Cosmos Works و Cosmos Motion به ترتیب در دو حالت استاتیکی و دینامیکی تحلیل شدند و تنش، جابجایی و حداقل ضریب اطمینان نقاط مختلف مدل بدست آورده شد.
