طراحی، ساخت و ارزیابی دو تیغه زیست مقلد برای کاهش انرژی موردنیاز برای برش ساقه گیاهان علوفه‌ای

ماشین های کشاورزی

مقاله 2، دوره 9، شماره 2 - شماره پیاپی 18، 1398، صفحه 265-278   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.v9i2.69843

نویسندگان

هادی دهقان حصار؛ داود کلانتری^*

گروه مکانیک بیوسیستم، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری، ساری، ایران

چکیده

در این تحقیق با استفاده از روش زیست مقلد (روش چگونگی انتقال راه‌حل‌های بیولوژیکی به روش مهندسی) دو تیغه جدید به منظور کاهش انرژی مورد نیاز برای برش ساقه گیاهان زراعی طراحی، ساخته و ارزیابی شد. در ساخت این تیغه‌ها از پروفایل هندسی پنجه جلویی آبدزدک و فک ملخ الهام گرفته شد. سپس انرژی مورد نیاز برای برش دو دسته از گیاهان علوفه‌ای (تغذیه‌ای و هرز) با استفاده از تیغه‌های جدید و تیغه‌های مرسوم (صاف و خمیده) مقایسه گردید. گیاهان علوفه‌­ای تغذیه‌­ای مورد آزمون شامل یونجه و شبدر و گیاهان هرز شامل خرفه، اویار سلام، تاج خروس، سلمک، نی و شالی بود. طبق نتایج تحقیق حاضر، اختلاف معنی‌داری در انرژی برشی تیغه­‌های زیست مقلد ساخته شده در تمامی تیمارها نسبت به تیغه­‌های مرسوم (صاف و خمیده) مشاهده شد. تیغه زیست مقلد آبدزدک، به‌طور متوسط 13/39 درصد انرژی مورد نیاز برای برش ساقه گیاهان را نسبت به تیغه صاف و 8/32 درصد نسبت به تیغه خمیده کاهش داد. با توجه به همه جوانب مورد بررسی، تیغه زیست مقلد آبدزدک عملکرد بالاتری نسبت به تیغه زیست مقلد ملخ برای برش گیاهان نشان داد و به‌عنوان نتیجه نهایی برای ساخت تیغه برش توصیه می‌شود.

کلیدواژه‌ها

انرژی؛ بایومیمتیک؛ تیغه دروگر؛ فک ملخ؛ دست آبدزدک

مراجع

1. ASABE Standards. 2008. S358.2. Moisture measurement eforages. St. Joseph, Mich.: ASABE.

2. Azadbakht, M., E. Esmaeilzadeh, and M. Esmaeili-Shayan. 2015. Energy consumption during impact cutting of canola stalk as a function of moisture content and cutting height. Journal of the Saudi Society of Agricultural Sciences 14 (2): 147-152.

3. Chancellor, W. J. 1987. Cutting biological materials. Agr Eng. Hand book. CRC Press Inc.

4. Chattopadhyay, P., and K. Pandey. 1999. Effect of knife and operational parameters on energy requirement in flail forage harvesting. Journal of Agricultural Engineering Research 73: 3-12.

5. Chapman, R. F. 1998. The insects: structure and function. Cambridge university press.

6. Chen, Y., J. L. Gratton, and J. Liu. 2004. Power requirements of hemp cutting and conditioning. Biosystems Engineering 87: 417-424.

7. Dehghan-Hesar, H., and D. Kalantari. 2016. Design a biomimetic disc using geometric features of the claws. AgricEngInt: CIGR Journal 18 (1): 103-109.

8. Dowgiallo, A. 2005. Cutting force of fibrous materials. Journal of Food Engineering 66: 57-61.

9. Fiazza, C., T. Salumäe, M. Listak, G. Kulikovskis, R. Templeton, O. Akanyeti, W. Megill, P. Fiorini, and M. Kruusmaa. 2010. Biomimetic mechanical design for soft-bodied underwater vehicles. Pages 1-7. OCEANS 2010 IEEE-Sydney: IEEE.

10. Galedar, M. N., A. Jafari, S. Mohtasebi, A. Tabatabaeefar, A. Sharifi, M. O'Dogherty, Sh. Rafiee, and G. Richard. 2008. Effects of moisture content and level in the crop on the engineering properties of alfalfa stems. Biosystems Engineering 101: 199-208.

11. Ghahraei, O., D. Ahmad, A. Khalina, H. Suryanto, and J. Othman. 2011. Cutting tests of kenaf stems. Transactions of the ASABE 54: 51-56.

12. Gupta, C., and M. Oduori. 1992. Design of the revolving knife-type sugarcane basecutter. Transactions of the ASAE 35: 1747-1752.

13. Igathinathane, C., A. Womac, and S. Sokhansanj. 2010. Corn stalk orientation effect on mechanical cutting. Biosystems Engineering 107: 97-106.

14. Igathinathane, C., A. Womac, S. Sokhansanj, and S. Narayan. 2009. Size reduction of high-and low-moisture corn stalks by linear knife grid system. Biomass and Bioenergy 33: 547-557.

15. Igathinathane, C., L. Pordesimo, M. Schilling, and E. Columbus. 2011. Fast and simple measurement of cutting energy requirement of plant stalk and prediction model development. Industrial Crops and Products 33: 518-523.

16. Ince, A., S. Uğurluay, E. Güzel, and M. Özcan. 2005. Bending and shearing characteristics of sunflower stalk residue. Biosystems Engineering 92: 175-181.

17. Johnson, P. C., C. L. Clementson, S. K. Mathanker, T. E. Grift, and A. C. Hansen. 2012. Cutting energy characteristics of Miscanthus x giganteus stems with varying oblique angle and cutting speed. Biosystems Engineering 112: 42-48.

18. Kaack, K., and K.-U. Schwarz. 2001. Morphological and mechanical properties of Miscanthus in relation to harvesting, lodging, and growth conditions. Industrial Crops and Products 14: 145-154.

19. Kamgar. S., F. Noori Gushki, and H. Mustafavand. 2016. Field evaluation of cutter and feeder mechanism of chickpea harvester for lentil harvesting. Journal of Agricultural Machinery 6 (2): 396-405. (In Farsi).

20. Khazaei, J., H. Rabani, A. Ebadi, and F. Golbabaei. 2002. Determining the shear strength and picking force of pyrethrum flower. AIC Paper 2: 221.

21. Li, M., D. Chen, S. Zhang, and J. Tong. 2013. Biomimeitc design of a stubble-cutting disc using finite element analysis. Journal of Bionic Engineering 10: 118-127.

22. Maharlooei. M. M., M. Loghavi, and S. M. Nasiri. 2014. Developing an in-field yield monitoring system and predicting some nutritional quality properties of Alfalfa using shear and compressive energy. Journal of Agricultural Machinery 4 (2): 184-1935. (In Farsi).

23. Mathanker, S. K., T. E. Grift, and A. C. Hansen. 2015. Effect of blade oblique angle and cutting speed on cutting energy for energycane stems. Biosystems Engineering 133: 64-70.

24. Maughan, J. D., S. K. Mathanker, T. E. Grift, and A. C. Hansen. 2013. Impact of blade angle on miscanthus harvesting energy requirement. Pages 1. 2013 Kansas City, Missouri, July 21-July 24, 2013: American Society of Agricultural and Biological Engineers.

25. McRandal, D., and P. McNulty. 1978. Impact cutting behaviour of forage crops I. Mathematical models and laboratory tests. Journal of Agricultural Engineering Research 23: 313-328.

26. Mekonnen, D. K., E. Bryan, T. Alemu, and C. Ringler. 2017. Food versus fuel: Examining tradeoffs in the allocation of biomass energy sources to domestic and productive uses in Ethiopia. Agricultural Economics 48 (4): 425-435.

27. Naghipour zadeh mahani, M., and M. H. Aghkhani. 2016. The effect of slicing type on drying kinetics and quality of dried carrot. Journal of Agricultural Machinery 6 (1): 224-235. (In Farsi).

28. O'dogherty, M., and G. Gale. 1991. Laboratory studies of the dynamic behaviour of grass, straw and polystyrene tube during high-speed cutting. Journal of Agricultural Engineering Research 49: 33-57.

29. Persson, S. 1987. Mechanics of cutting plant material. American society of agricultural engineers. St. Joseph, Michigan, USA.

30. Raibert, M., K. Blankespoor, G. Nelson, and R. Playter. 2008. Bigdog, the rough-terrain quadruped robot. IFAC Proceedings Volumes 41: 10822-10825.

31. Sitkei, G. 1987. Mechanics of agricultural materials. Elsevier.

32. Srivastava, A. K., C. E. Goering, R. P. Rohrbach, and D. R. Buckmaster. 1993. Engineering principles of agricultural machines. American society of agricultural engineers St. Joseph, Mich. Report no.

33. Taghijarah, H., H. Ahmadi, M. Ghahderijani, and M. Tavakoli. 2011. Shearing Characteristics of Sugar Cane (Saccharum officinarum L.) Stalks as a Function of the Rate of the Applied Force. Australian Journal of Crop Science 5: 630.

34. Womac, A., M. Yu, C. Igathinathane, P. Ye, D. Hayes, S. Narayan, S. Sokhansanj, and L. Wright. 2005. Shearing Characteristics of Biomass for Size Reduction. 2005 ASAE Ann. Pages 07. Int. Meeting.

35. Yu, M., A. Womac, C. Igathinathane, P. Ayers, and M. Buschermohle. 2006. Switchgrass ultimate stresses at typical biomass conditions available for processing. Biomass and Bioenergy 30: 214-219.