بخشی از مقاله
چکیده
گردو از خانواده Juglandaceae از محصولات کشاورزی پر اهمیت است و به عنوان یک محصول صادراتی کشور تلقی می شود. از آنجا که در فصل برداشت، باغدار با محدودیت زمان ارائه محصول به بازار روبروست، لذا ناگزیر به مغز کردن گردو در زمان کوتاه خواهد بود، که در این مرحله ضایعات مغز گردو بسیار بالاست. لذا هدف از پژوهش حاضر طراحی و ساخت دستگاهی است که بتواند گردوها را با دقت مناسب و در کمترین زمان موجود بشکند و فرآورده حاصل را جهت جداسازی مغز از پوسته چوبی در اختیار کارگر قرار دهد تا در این بین از تلفات جلوگیری کرده و به بهبود کیفیت مغز گردو کمک موثری کرده باشد.
جهت طراحی و ساخت دستگاه مورد نظر - که در دانشگاه شهرکرد و در سال جاری 90 - 91 انجام شد - ابتدا، طرح بهینه از میان دیگر طرحها پالایش و پس از انجام محاسبات فنی، مکانیزم مورد نظر در نرمافزار CatiaV5/R20 شبیهسازی شد. سپس نقشه های طرح آماده و در پایان دستگاه بر اساس نقشه های یاد شده ساخته شد.
مکانیزم مورد نظر شامل استوانه ی شیارداری است که درون پوسته ای استوانه ای قرار گرفته و با حرکت دورانی نقش روتور را به عهده دارد. توان اولیه جهت گردش روتور می تواند توسط دست، الکتروموتور و یا هیدروموتورهای پنوماتیکی و هیدرولیکی تامین شود. گردو پس از سقوط درون دستگاه در شیارهای روتور قرار گرفته و در اثر فشار وارده از طرف روتور و مقاومت ناشی از پوسته میشکند. پس از ارزیابی دستگاه گردوها در سه سطح کیفی عالی، خوب و متوسط دستهبندی شد.
-1 مقدمه
ایران بین کشورهای تولید کننده ی گردو، با 142000 تن تولید در سال 2000 میلادی 12/01 درصد از تولید دنیا را به خود اختصاص داده و پس از چین و آمریکا در مکان سوم دنیا قرار دارد - ستاری و همکاران. - 1388 در بین محصولات باغی، گردو با حدود 214 هزار هکتار معادل 8/3 درصد از سطح باغات کشور را به خود اختصاص داده است
با عنایت به اینکه روز به روز کشت درختان گردو در ایران توسعه مییابد و با توجه به این که گردو به عنوان یک محصول ارزآور و مهم در کشور محسوب میشود. به همین دلیل توجه به توسعه و بهبود روند تولید و فناوری آن از اهمیت خاصی برخوردار است
کویانکو و همکاران - 2004 - دانه های گردوی رقم Yalova-3 را توسط ماشین تست یونیورسال تحت نیروهای فشاری قرار دادند. نتایج نشان داد که ضخامت پوسته و قطر هندسی گردو روی مقدار نیرو و انرژی لازم برای تغییر شکل و بیرون آوردن با کیفیت مغز دانه نقش موثری دارند. انرژی لازم برای شکست اولیهی دانه گردو با افزایش ضخامت پوسته رابطه مستقیم و با افزایش قطر هندسی آن رابطه معکوس دارد. تعیین ویژگی های مکانیکی واریتههای مختلف گردو یک پیش نیاز اصلی برای طراحی یک دستگاه گردوشکن مناسب میباشد. بدین منظور توسط شریفیان و حداد - 2008 - ، 108 نمونه گردوی محلی از درختان بذری منطقه ارومیه تهیه شد. که تقریبا همگی دارای اندازه یکسان بودند. در طول این آزمایش نیروی لازم برای تغییر شکل و شکست گردو در سطح رطوبتی 27 درصد در سه راستای طول، ارتفاع و عرض به ترتیب 200، 50 و 500 میلی متر بر دقیقه تعیین شد.
نتایج این آزمایشات نشان داد که بیشترین نیرو برای شکست گردو در جهت طولی و کمترین مقدار آن در جهت عرضی است. گرچه افزایش سرعت بارگذاری مقدار انرژی را افزایش میدهد اما باعث کاهش نیروی شکست می شود. بنابراین در سرعت های بالای 500 میلی متر بر دقیقه تغییر شکل افزایش یافته است، که این مورد اشاره به میزان انعطاف پذیری گردو دارد. انعطاف پذیری دانه را در برابر فرآیند شکست محافظت میکند.
گیلبرتو و همکاران - 1998 - به این نتایج رسیدند که شکستن دانه مهمترین و حساس ترین مرحله در بدست آوردن مغز دانه با کیفیت میباشد. دانه هایی با رطوبت بالا برای رسیدن به رطوبت مناسب باید خشک شوند که این فرآیند مدت 3 الی 4 هفته به طول میانجامد. میزان رطوبت و اندازهی دانه از عوامل موثر برکاهش دوره خشک شدن و بدست آوردن مغز با کیفیت است.
از سوی دیگر شکل خاص دانه و مقدار انرژی مورد نیاز برای شکست اولیه نیز روی میزان اعمال نیرو بیتاثیر نبوده و هردوی این عوامل مورد بررسی قرار گرفتند. نتایج نشان داد که مقدار انرژی شکست با میزان رطوبت و اندازه دانه رابطه مستقیم دارد. با توجه به دستگاه های موجود، هنوز هیچ دستگاهی مورد استقبال کشاورزان قرار نگرفته است. بنابراین به نظر می رسد که ساخت یک گردوشکن با دقت بالا مورد نیاز کشور است.
-2 مواد و روشها
-2 الف - طراحی و ساخت دستگاه:
در این تحقیق یک دستگاه گردوشکن جهت شکستن پوستهی سخت چوبی گردو طراحی و ساخته شد و سپس مورد ارزیابی قرار گرفت - شکل . - 1 بدین منظور ابتدا محاسبات فنی انجام شد و طرح به صورت کامل همراه با جزئیات در نرم افزار CatiaV5/R20 طراحی گردید سپس نقشه های طرح آماده و در نهایت دستگاه بر اساس نقشههای یاد شده ساخته شد و مورد ارزیابی قرار گرفت
شکل : 1 الف - نمونه واقعی شکست گردو، ب - نمونه ایدهآل شکست گردو، ج - نمونه فانتزی شکست گردو
در دستگاه طراحی و ساخته شده یک نیمه مخروط شیاردار از جنس فولاد - روتور دوران کننده - در درون یک استوانه فولادی به چرخش در می آید. این روتور دوران کننده دارای شافتی بلند است که از بالای دستگاه بیرون آمده است. با چرخش شافت روتور به گردش در میآید. نیروی چرخش روتور و شافت میتواند دستی و یا از طریق یک الکتروموتور تامین شود. گردوها از طریق قیف هدایت کننده ی بالایی به فضای آزاد میان نیمه مخروط و پوستهی استوانهای هدایت میشوند به شکلی که تک تک گردوها در درون شیارهای تعبیه شده دور تا دور روتور دوار داخل شده و در نهایت میان روتور و پوسته گیر میکنند. در اثر درگیری میان روتور دوار و پوسته گردوها به صورت ملایمی خواهند شکست. در نهایت محصول شکسته شده به کمک قیف هدایت کننده ی پایینی به خارج از دستگاه هدایت خواهد شد و بدین ترتیب گردوها شکسته شده و این آمادگی را پیدا میکنند که به وسیله کارگر و یا مکانیزم دیگری به پوست و مغز جداسازی شوند. اجزای مکانیزم به همراه نمونه دستگاه ساخته شده در شکل2 قابل مشاهده است.
شکل : 2 الف - دستگاه ساخته شده، ب - گردوشکن بدون پوسته، ج - گردوشکن همراه با پوستهی شیاردار
-3 طراحی قطعات دستگاه:
-3 الف - محاسبه حداکثر سرعت زاویهای برای روتور مخروطی حول محور عمودی
توجه به این که شکست گردو به شکلی که مغز آن آسیب نبیند از حساسیت بالایی برخوردار است و محصول مورد نظر در طی مراحل شکست ممکن است دچار آسیب شود محدودیت های فراوانی را برای طراح ایجاد می کند. که مکانیزم طراحی شده فوق نیز از این قاعده مستثنی نیست. از مهمترین فاکتورهای رعایت شده در این طرح رعایت مقدار دور توصیه شده از طرف سازنده دستگاه است که در زیر جزئیات محاسبات دور روتور را با توجه به مفروضات ذیل مشاهده میکنید.
-1 جرم گردوی رها شده در دستگاه است و فرض میشود که گردوی مورد نظر در شکافهای به رنگ توسی نشان داده شده در شکل -3 الف، قرار گرفته است - در شکل -3 ب،گردو به شکل مستطیل و شکاف روتور دوار به صورت سطح شیبدار نشان داده شده است - . در محاسبات زاویه که همان زاویه ی شکاف روتور با خط افق است 14 درجه در نظر گرفته شده است.
شکل :3 الف - نما از روبروی روتور دوار ، ب - قرارگیری گردو در شیار روتور دوار
