بررسی تأثیر رقم، رطوبت و سطح تماس بر روی خواص اصطکاکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید

الموضوعات :

محدثه رهنمائی باش محله ¹ , محمد حسین عباسپور فرد ² , رسول خدابخشیان کارگر ³

1 - دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.
2 - گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران
3 - گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

تاريخ الإرسال : 28 السبت , ذو القعدة, 1444 تاريخ التأكيد : 01 الخميس , صفر, 1445 تاريخ الإصدار : 05 الأحد , ذو الحجة, 1446

الکلمات المفتاحية: خواص فیزیکی, زاویه استقرار, ضریب اصطکاک استاتیکی, ضریب اصطکاک دینامیکی, فرآوری برنج.,

ملخص المقالة :

خواص فیزیکی و اصطکاکی غلات برای طراحی تأسیسات ذخیره‌سازی، جابجایی و فرآوری محصولات کشاورزی ضروری است. در این تحقیق خواص فیزیکی و اصطکاکی موثر در فرآوری برنج (شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید) به عنوان تابعی از دو رقم دم سیاه و فجر، سه سطح رطوبت (15، 18 و23 درصد)  و در چهار سطح تماس شامل نمد، برزنت، پلی‌اتیلن و استیل اندازه‌گیری شد. ابتدا، خواص فیزیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید در دو مقوله خواص هندسی و ثقلی مطالعه شد، خواص هندسی شامل طول، عرض و ضخامت ، با استفاده از پردازش تصویر اندازه­گیری شد. سپس خواص اصطکاکی شامل ضریب اصطکاک ایستایی، دینامیکی و زاویه استقرار ایستایی و دینامیکی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که تمامی پارامترهای هندسی مورد مطالعه برای هر دو واریته مورد مطالعه با افزایش رطوبت افزایش یافتند. نتایج حاصل از تغییرات مقادیر میانگین خواص ثقلی با رطوبت، افزایش خطی وزن هزار دانه را با رطوبت نشان می‌دهد.با افزایش رطوبت از 15 تا 23 درصد، ضرایب اصطکاک، زاویه استقرار ایستایی و زاویه استقرار دینامیکی، شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید افزایش یافت. نتایج نشان داد، زاویه استقرار ایستایی برای رقم دم سیاه، شلتوک از 3/21 تا 88/26، برنج قهوه‌ای از 12/19 تا 01/24 و برنج سفید از 34/15 تا 19/21 و برای رقم فجر، شلتوک از 99/25 تا 03/31، برنج قهوه‌ای از 88/23 تا 59/26 و برای برنج سفید از 67/19 تا 38/24 است. در نتیجه با افزایش سطح رطوبت خواص اصطکاکی در هر دو رقم برای هر سه نوع شامل شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید افزایش یافتند. هم­چنین نتایج نشان داد بیشترین ضریب اصطکاک روی سطح نمد با رطوبت %23  وکم­ترین میزان ضریب اصطکاک مربوط به سطح تماس استیل با رطوبت 15 درصد است.

المصادر:

1. آمارنامه كشاورزي.1400. محصولات زراعي سال زراعي99-1398، ص 18.
2. اشتواد رحمت اله، کلانتري داوود. تعيين برخي از خواص فيزيکي ارقام برنج هاي اصلاح شده ايراني. نشریه پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران. 1392؛ 9 (1): 49-40
https://doi.org/10.22067/ifstrj.v9i1. 2971

3. رضوی، سید محمد علی.، فتحی میلاد.، 1387. بررسی تاثیر رطوبت بر برخی خواص فیزیکی دانه انگور. پنجمین کنگره ملی مهندسی ماشینهای کشاورزی و مکانیزاسیون.
https://civilica.com/doc/52824
4. رضوی، م. ع.، اکبری، ر.، 1385. خواص بیوفیزیکی محصولات کشاورزی و مواد غذایی. چاپ اول انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد.
5. عليزاده محمدرضا. بررسي تاثير رقم و نوع محصول (اصلي و رتون) بر برخي خصوصيات فيزيکي، مکانيکي و تبديل شلتوک به برنج سفيد.‎ مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی. 1394؛ 16 (3): 106-93.
https://doi.org/10.22092/JAER.2015.102992
6. محجوب محسن، موحد سارا، احمدی چناربن حسین. عوامل موثر بر زاویه استقرار، ضریب اصطکاک داخلی و خارجی دو رقم گندم (بهرنگ و شیرودی). فناوری‌های جدید در صنعت غذا. 1394؛.51-43 . https://doi.org/10.22104/JIFT.2015.129
7. ولایتی، ا.، 1389 .بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی مؤثر در فرآوري زرشک. دانشگاه فردوسی مشهد،117
8. Al-Mahasneh M. A, Rababah T. M. Effect of moisture content on some physical properties of green wheat. Journal of food engineering. 2007; 79(4)):1467-1473.
https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2006.04.045
9. Asli-Ardeh E. A. Determination of dynamic friction coefficient in common wheat varieties on different contact surfaces. Agricultural Engineering International CIGR Journal. 2017; 19(1):136-141.
10. Baryeh E. A. Physical properties of millet. Journal of Food Engineering. 2002; 51(1): 39-46.
https://doi.org/10.1016/S0260-8774(01)00035-8
11. Baümler E, Cuniberti A, Nolasco S. M, Riccobene I. C. Moisture dependent physical and compression properties of safflower seed. Journal of Food Engineering. 2006; 72(2): 134-140. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.11.029
12. Çalışır, S., Marakoğlu, T., Öğüt, H. and Öztürk, Ö., 2005. Physical properties of rapeseed (Brassica napus oleifera L.). Journal of Food Engineering, 69(1), pp.61-66. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.07.010
13. Chukwu O, Akande F.B. Development of an apparatus for measuring angle of repose of granular materials:AU JT. 2007; 11(1):62-66.
14. Deshpande S. D, Bal S, Ojha T. P, Physical properties of soybean: Journal of Agricultural Engineering Research. 1993; 56(2): 89-98. https://doi.org/10.1006/jaer.1993.1063
15. Dursun E, Dursun I. 2005.Some physical properties of caper seed. Biosystems Engineering. 2005 Oct 1; 92(2): 237-45.
16. Dutta S. K, Nema V. K, Bhardwaj R. K. 1988. Thermal properties of gram. Journal of Agricultural Engineering Research. 1988Apr 1; 39(4):269-75.
17. FAO. 2020. Food and Agricultural Organization of the United Nations, FAO Statistical Database, Available from http://faostat.fao.org
18. Ghadge P. N, Prasad K. Some physical properties of rice kernels: Variety PR-106. Journal of Food Process Technology. 2012; 3(8): 1-5.
https://doi.org/10.4172/2157-7110.1000175
19. Ghanbarian D, Salek F. Effect of moisture content on some physical properties of sugar beet seed. Journal of Sugar Beet. 2014; 30(1):.43-9. https://doi.org/10.22092/jsb.2014.5047
20. Gupta R. K, Das S. K. 1997. Physical properties of sunflower seeds. Journal of Agricultural Engineering Research. 1997; 66(1): 1-8.
https://doi.org/10.1016/S0260-8774(00)00061-3
21. Jha S. N. Physical and hygroscopic properties of makhana. Journal of Agricultural Engineering Research. 1999; 72(2): 145-150. https://doi.org/10.1006/jaer.1998.0356
22. Joshi, D. C., 1993. Mechanical dehulling of pumpkin seed. Unpublished Ph. D. Thesis, Agricultural Engineering Department, IIT, Kharagpur, India.
23. Khodabakhshian R, Emadi B, Fard M. A. Frictional behavior of sunflower seed and its kernel as a function of moisture content, variety and size. Nong Ye Ke Xue Yu Ji Shu. 2010: 4(3):83.
24. Lin J. H, Singh H, Chang Y.T, Chang Y. H. Factor analysis of the functional properties of rice flours from mutant genotypes Food Chemistry. 2011; 126(3): 1108-1114. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.11.140
25. Meera K, Smita M, Haripriya S. Varietal distinctness in physical and engineering properties of paddy and brown rice from southern India. Journal of food science and technology. 2019; 56(3): 1473-1483. https://doi.org/10.1007/s13197-019-03631-x
26. Mohsenin N. N. Physical Properties of Plant and Animal Materials. and :Revised and Updated Edition. Gordon and Breach Science Publishers, New york.
27. Murthy C.T, Bhattacharya S. Moisture dependant physical and uniaxial compression properties of black pepper. Journal of Food Engineering. 1998; 37(2): 193-205.
https://doi.org/10.1016/S0260-8774(98)00083-1
28. Perez E. E, Crapiste G. H, Carelli A. A. Some physical and morphological
properties of wild sunflower seeds. Biosystems engineering. 2007; 96(1): 41-45. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.09.004
29. Perforated S. Fissures related to post-drying treatments in rough rice: Cereal Chem. 1981; 61(1): 63-68.
30. Razavi S. M, Rafe A, Moghaddam, T. M, Amini A. M. Physical properties of pistachio nut and its kernel as a function of moisture content and variety. Part II. Gravimetrical properties: Journal of Food Engineering. 2007; Jul 1.81(1): 218-25.
31. Razavi S. M, Yeganehzad S, Sadeghi A, Moisture dependent physical properties of canola seeds.
32. Reddy B. S, Chakraverty A. Physical properties of raw and parboiled paddy. Biosystems Engineering. 2004; 88(4): 461-466. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2004.05.002
33. Shafaei S. M, Kamgar S. A comprehensive investigation on static and dynamic friction coefficients of wheat grain with the adoption of statistical analysis. Journal of Advanced Research. 2017; 8(4):351-361. https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.04.003
34. Shafaei S. M,, Nourmohamadi-Moghadami A, Kamgar S, Eghtesad M. Development and validation of an integrated mechatronic apparatus for measurement of friction coefficients of agricultural products. Information Processing in Agriculture. 2020; 7(1): 93-108. https://doi.org/10.1016/j.inpa.2019.04.006
35. Shitanda D, Nishiyama Y, Koide S, Compressive strength properties of rough rice considering variation of contact area. Journal of Food Engineering. 2002; 53(1): 53-58. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(01)00139-X
36. Singh K. P, Mishra H. N, Saha S. Moisture-dependent properties of barnyard millet grain and kernel. Journal of Food Engineering. 2010; 96(4): 598-606. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.09.007
37. Singh N, Kaur L, Sodhi N. S, Sekhon K. S. Physicochemical, cooking and textural properties of milled rice from different Indian rice cultivars. Food chemistry. 2005; 89(2): 253-259. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.02.032

نص كامل:



Journal of Innovation in Food Science and Technology , Vol 17, No 2, Summer 2025

Homepagr: https://sanad.iau.ir/journal/jfst                                                                                                             E-ISSN: 2676-7155

 

(Original Research Paper)

Investigating The Effect Of Moisture, Variety And Contact Surface On The Frictional Properties Of Paddy, Brown And White Rice

 

Mohaddeseh Rahnamaei Bash Mahaleh1 , Mohammad Hossein Abbaspour Fard2 , Rasool Khodabakhshian Kargar2*

 

1-M.Sc Student of Biosystems Mechanical Engineering, Faculty oF Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

2-Department of Biosystems Mechanical Engineering, Faculty oF Agriculture, Ferdowsi University of Mashhad, Mashhad, Iran.

 

Received:17/06/2023                          Accepted:17/08/2023

 

Doi: 10.71810/jfst.2024.1004768

 

 

Abstract

The physical and frictional properties of grains are essential for the design of storage, handling and processing equipment for agricultural products. In this research, the effective physical and frictional properties of rice processing (paddy, brown rice and white rice) as a function of two cultivars namely, Domsiah and Fajr, three moisture contents (15, 18 and 23%) and four contacting surfaces including felt, tarpaulin, polyethylene and steel were measured. For physical properties of the geometric and gravimetric properties were considered. Geometric properties including length, width and thickness were measured using image processing. For frictional properties static and dynamic friction coefficient and static and dynamic angle of repose were considered. The results showed that all geometrical parameters increased with increasing moisture content for both studied varieties. The results of changes in the average values of gravimetric properties with moisture content showed a linear increase in the weight of thousand grains with moisture content. With the increase of moisture content from 15 to 23%, the coefficients of friction, static and dynamic angles of repose of paddy, brown rice and white rice increase. The static angle of repose of Domsiah variety ranged from 21.3 to 26.88 for paddy, for brown rice from 12.19 to 24.01 and for white rice from 15.34 to 21.19. These ranges for Fajr variety were observed as: paddy from 25.99 to 31.03, brown rice from 23.88 to 26.59 and for white rice from 19.67 to 24.38. In general, friction properties of different type of grain (paddy, brown rice and white rice) of both cultivars increased with the increase in moisture level. Also, the results showed that the highest friction coefficient of different type of grains observed on the felt surface with grain moisture content of 23% and the lowest friction coefficient on the steel contact surface with grain moisture content of 15%.

 

Keywords: Physical Properties, Angle Of Repose, Static Friction Coefficient, Dynamic Friction Coefficient, Rice Processing.

 

*Corresponding Author: [e-mail]

 

     E-ISSN: 2676-7155                                                                                                          سایت مجله: https://sanad.iau.ir/journal/jfst  

 

(مقاله پژوهشی)

بررسی تأثیر رقم، رطوبت و سطح تماس بر روی خواص اصطکاکی شلتوک، 

برنج قهوه‌ای و برنج سفید

 

محدثه رهنمائی باش محله1، محمد حسین عباسپور فرد2، رسول خدابخشیان کارگر2*

 

1-دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

2-گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران.

 

تاریخ دریافت: 27/03/1402                        تاریخ پذیرش: 26/05/1402

 

Doi: 10.71810/jfst.2024.1004768

 

چکیده

خواص فیزیکی و اصطکاکی غلات برای طراحی تأسیسات ذخیره‌سازی، جابجایی و فرآوری محصولات کشاورزی ضروری است. در این تحقیق خواص فیزیکی و اصطکاکی موثر در فرآوری برنج (شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید) به عنوان تابعی از دو رقم دم سیاه و فجر، سه سطح رطوبت (15، 18 و23 درصد)  و در چهار سطح تماس شامل نمد، برزنت، پلی‌اتیلن و استیل اندازه‌گیری شد. ابتدا، خواص فیزیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید در دو مقوله خواص هندسی و ثقلی مطالعه شد، خواص هندسی شامل طول، عرض و ضخامت ، با استفاده از پردازش تصویر اندازه­گیری شد. سپس خواص اصطکاکی شامل ضریب اصطکاک ایستایی، دینامیکی و زاویه استقرار ایستایی و دینامیکی اندازه گیری شد. نتایج نشان داد که تمامی پارامترهای هندسی مورد مطالعه برای هر دو واریته مورد مطالعه با افزایش رطوبت افزایش یافتند. نتایج حاصل از تغییرات مقادیر میانگین خواص ثقلی با رطوبت، افزایش خطی وزن هزار دانه را با رطوبت نشان می‌دهد.با افزایش رطوبت از 15 تا 23 درصد، ضرایب اصطکاک، زاویه استقرار ایستایی و زاویه استقرار دینامیکی، شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید افزایش یافت. نتایج نشان داد، زاویه استقرار ایستایی برای رقم دم سیاه، شلتوک از 3/21 تا 88/26، برنج قهوه‌ای از 12/19 تا 01/24 و برنج سفید از 34/15 تا 19/21 و برای رقم فجر، شلتوک از 99/25 تا 03/31، برنج قهوه‌ای از 88/23 تا 59/26 و برای برنج سفید از 67/19 تا 38/24 است. در نتیجه با افزایش سطح رطوبت خواص اصطکاکی در هر دو رقم برای هر سه نوع شامل شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید افزایش یافتند. هم­چنین نتایج نشان داد بیشترین ضریب اصطکاک روی سطح نمد با رطوبت %23  وکم­ترین میزان ضریب اصطکاک مربوط به سطح تماس استیل با رطوبت 15 درصد است.

 

واژه های کلیدی: خواص فیزیکی، زاویه استقرار، ضریب اصطکاک استاتیکی،  ضریب اصطکاک دینامیکی، فرآوری برنج.

 

*مسئول مکاتبات: [e-mail]

 

 

1-مقدمه 

برنج يكي از محصولات غـذايي مهـم در جهان است و بعد از گندم دومين محصول غذايي پرمصرف در دنيـا محسوب می‌گردد. اصلی‌ترین کشورهای تولیدکننده برنج در دنیا هند، چین، اندونزی، ویتنام و بنگلادش می‌باشند (17)، ميزان توليد بـرنج به صورت سالانه در دنيا 7/756 ميليون تن در سال 2020 ميلادي بوده‌است (17). طبق آمار موجود، سطح زيـر كشت اين محصول در ايران 874854 هكتار و ميزان توليـد شـلتوك نزديك 56/4 ميليون تن است (1). برنج متداول‌ترین کالای غذایی است که برای تقریباً نیمی از جمعیت جهان مصرف می‌شود که حدود بیش از 2000 میلیون نفر در آسیا کالری مصرفی خود (60 تا 70 درصد) را از انواع مختلف برنج        به صورت برنج سفید یا برنج قهوه‌ای دریافت می‌کنند (24). خواص فیزیکی محصولات کشاورزی اغلب برای طراحی ماشین آلات کشاورزی و تجهیزات کاشت، برداشت و پس    از برداشت مورد استفاده قرار می گیرند .برخی از خواص فیزیکی عبارتند از: ابعاد اصلی (طول، عرض و ضخامت)،     قطر متوسط هندسی، جرم، کرویت و ضرایب اصطکاک می‌باشند (33). ضریب اصطکاک پارامتر کلیدی مورد        نیاز برای تعیین بارهای تولید شده توسط فشار محصول بر روی جداره هاي سيلوها و انبارهاي نگهداري می‌باشد (34). اصطکاک مجموعه­ای از پدیده­های فیزیکی است که حین تماس بین دو جسم رخ می‌دهد. باعث ساییدگی ناهمواری سطحی می شود و برای غلبه بر آن باید انرژی اعمال شود (28). نيروهاي اصطكاكي كه دانه های  برنج در حین مراحل مختلـف بـا آن درگير است را مي‌توان در طي عمليات برداشت مكـانيزه ( بـه عنـوان نيروهاي اثرگذار بر جابجايي محصول)، در فرآيند حمل و نقل (به عنوان نيروهاي ما ‌بين دانه و سطوح نوارهاي نقالـه)، در كمباين‌هاي برداشت شالی، در فرآيند تبديل (به عنوان نيروهاي وارد بر نقالـه هـاي انتقـال و نيـز الگوهـاي تخليه و بارگيري) و در فرآينـد ذخيـره‌سـازي و انبـارداري ( بـه عنـوان نيروهـاي اصطكاكي وارد بر     جداره هاي سيلوها و انبارهاي نگهداري) مشاهده کرد (2). در حركت و انتقال مواد دانـه اي و غـلات، نيـروي اصـطكاك بـه عنوان نيروي مقاوم در برابر حركت نسبي بـه دو صـورت نيروهـاي اصطكاك ديناميكي و استاتيكي ظـاهر مـي‌شود (13). مطالعاتی بر روی خواص فیزیکی بذر دو رقم چغندر قند نشان می‌دهد که این خصوصیات تحت تاثیر میزان رطوبت بوده و ابعاد بذر‌ها با افزایش رطوبت افزایش یافتند همچنین خواص اصطکاکی شامل ضریب اصطکاک ایستایی و زاویه ریپوز با افزایش رطوبت افزایش یافتند (19). خصوصیات فیزیکی و اصطکاکی 5 رقم گندم تحت رطوبت با یکدیگر مقایسه کردند و دریافتند که با افزایش رطوبت خواص فیزیکی و خواص اصطکاکی نیز افزایش می‌یابند. هم‌چنین نتایج نشان دادندکه با افزایش رطوبت دانه از 12 درصد به     18 درصد میانگین ضریب اصطکاک دینامیکی از 249/0 به 335/0 افزایش یافته است (9). در یک تحقیق خواص فیزیکی و اصطکاکی شلتوک و برنج قهوه‌‌ای مورد بررسی قرار گرفتند که نتایج نشان داد زوایه استقرار برای شلتوک 67/29 تا 69/35 درجه محاسبه شد و برای برنج قهوه‌ای از 65/31 تا 63/33 محاسبه شد و خواص فیزیکی با افزایش رطوبت افزایش یافتند (24). در یک تحقیق ضرایب اصطکاک داخلی، خارجی و زاویه استقرار دو رقم گندم (بهرنگ و شیرودی) در سه سطح رطوبتی (12، 15و 18 درصد بر پایه‌تر‌) و سطح تماس (بتن و ورق گالوانیزه) مورد بررسی قرارگرفتند که کم‎‌ترین زاویه استقرار براي رقم شیرودي در سطح تماس گالوانیزه و سطح رطوبتی 12درصد به میزان 84/19و بیش‌ترین براي رقم بهرنگ، در سطح تماس بتنی و سطح رطوبتی 18 درصد به میزان 63/24 درجه است. هم‌چنین کم‌ترین ضریب اصطکاك خارجى براي رقم شیرودي، در سطح تماس گالوانیزه و سطح رطوبتی 12 درصد 182/0 و  بیش‌ترین براي رقم بهرنگ، در سطح تماس بتنی و سطح رطوبتی 18 درصد 503/0 محاسبه شد. کم‌ترین ضریب اصطکاك داخلی براي رقم شیرودي، در سطح رطوبتی 12 درصد به میزان 413/0 و بیشترین براي رقم

 هرنگ، در سطح رطوبتی 18 درصد به میزان 754/0محاسبه شده است (6). محققین دیگری نیز در مورد خواص فیزیکی   و خواص اصطکاکی محصولات دانه‌ای و کشاورزی مختلف مطالعاتی انجام داده‌اند.  هدف از این تحقیق بررسی خواص اصطکاکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید تحت تاثیر رقم، سطح تماس و رطوبت می‌باشد. با وجود مطالعات   فراوانی که در زمینه خواص فیزیکی و اصطکاکی محصولات کشاورزی انجام گردیده است، بررسی منابع نشان داد که اطلاعات کمی در خصوص خواص فیزیکی و اصطکاکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید موجود است. ضمنا هیچی تحقیقی در زمینه مطالعه تاثیر سطوح برزنت، نمد، پلی اتیلن و استیل بر خواص فیزیکی و اصطکاکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید یافت نشد. هم‌چنین در این تحقیق به بررسی و مقایسه خواص فیزیکی و اصطکاکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید پرداخته شده است. 

 

2-مواد و روش ها 

2-1-تهیه نمونه  

به منظور انجام آزمایش، رقم های دم سیاه و فجر سه نمونه 250 گرمی از شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید از شمال کشور در زمستان 1401 تهیه شد و به آزمایشگاه خواص فیزیکی منتقل شدند. در ابتدا نمونه‌ها به صورت دستی تمیز شدند تا سنگ، کاه و کثیفی نداشته باشند و سپس الک شده   تا دانه‌های شکسته و آسیب دیده از بین بروند. سپس به منظور تعیین رطوبت دانه های شلتوک، برنج قهوه ای و برنج سفید    از روش آون‌گذاری به مدت 24 ساعت با دمای 1±105 درجه استفاده شد.جهت آزمایش در رطوبت بالاتر مقداری آب مقطر به نمونه ها اسپری گردید و به مدت یک هفته درون یخچال با دمای 5 درجه سلسیوس نگهداری شدند تا به طور یکنواخت رطوبت در نمونه ها توزیع شود. به منظور تعیین مقدار آب مورد نیاز از رابطه (1) محاسبه استفاده شد (29).

رابطه(1)

 

در رابطه ی (1)،  Miرطوبت اولیه (درصد)،  Mf رطوبت نهایی (درصد)،  Wi جرم اولیه نمونه (کیلوگرم) وQ  جرم آب اضافه شده (کیلوگرم) است.

 

2-2- اندازه‌گیری خواص فیزیکی 

به منظور اندازه‌گيري وزن هزار دانه در هر سطح رطوبتي و رقم، وزن 100 نمونه در 10 تكرار توسط ترازوي الكترونيكي با دقت 01/0± گرم محاسبه ­­‌‌ ‌‌‌­شد و ده برابر مقدار به دست آمده به عنوان وزن هزار دانه نمونه‌ها گزارش شد. ابعاد     نمونه با بررسي ابعاد سه محور اصلي شلتوک، برنج قهوه‌ای    و برنج سفید انجام شد. براي اين منظور، مقدار 100 نمونه      از هر دسته به صورت تصادفي انتخاب و سه ابعاد خطي      يعني بيشترين طول، عرض و ضخامت مربوط به هرنوع     توسط تصویر برداری و با استفاده از نرم‌افزار برنامه ‌نویسی Lab view ورژن 2018 اندازه­گیری شدند (شکل1).           در این نرم افزار برای  پردازش تصویر از تولکیت Vision development module  استفاده شد، ابتدا روی تصاویر Treshold اعمال شد تا تصاویر باینری شوند سپس روش مورفولوژی اعمال شده تا ذرات به صورت جدا از هم شناسایی شوند در نهایت مشخصات هر ذره شامل ابعاد، مساحت و ... روی تصویر نمایش داده شد.

 

شکل1- محیط نرم افزار (Lab view)

 

 

قطر متوسط هندسي (Dg)، قطر متوسط حسابی (Da) و مساحت سطح در سطوح متفاوت رطوبتي و رقم مورد مطالعه به ترتيب توسط معادله (2) ، (3) و (4) محاسبه شدند:

رابطه(2)

 

رابطه(3)  

 

رابطه(4)                                                         

                                                                                                                     

معیاری که برای توصیف شکل مواد کشاورزی عموما بکار ‌گرفته می‌شود ضریب کرویت¹ می‌باشد کرویت به عنوان نسبت سطح یک کره به مساحت سطح تعریف می‌شود (28). که از رابطه (5) محاسبه شد (18). همچنین در این تحقیق از ضریب رعنایی (نسبت ابعاد) که از رابطه (6) به دست می‌آید به عنوان معیار دیگری برای بررسی شکل و طبقه بندی مواد کشاورزی استفاده می‌شود:      

 

(5)   

 

(6)                                                                                                              

در رابطه (5) و (6)، L، W و T به ترتیب طول، عرض و ضخامت نمونه (میلی‌متر) است.

 

2-3- اندازه‌گیری خواص اصطکاکی 

و با توجه به اینکه در تحقیقات مشابه روی یک سری سطوح تماس مشخص کار شده و امروزه در صنعت کاربردی ندارند  لذا در این تحقیق از سطح تماس جدیدی شامل پارچه نمدی، برزنت، پلی اتیلن و ورق استیل استفاده شد. ضريب اصطکاک استاتيکي (µ)² در هر محدوده رطوبتي و رقم مورد نظر، بر روي این سطوح، اندازه‌گيري شدند. به منظور تعيين اين ضريب، از يک سيلندر استوانه شکل استفاده شد. سيلندر روي سطحي با جنس مشخص که شيب آن توسط يک پيچ تنظيم می‌شود قرار گرفت. سپس دانه‌ها شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید در داخل آن ريخته شده و سيلندر به آرامي بالا آورده شد، به طوري‌که با سطح شيب‌دار تماس نداشته و فقط نمونه ها با سطح شيب دار تماس پيدا کنند. آن‌گاه شيب سطح شيب دار به تدريج افزايش داده شد تا جايي که سيلندر حاوي نمونه ها شروع به سرخوردن کند. در اين لحظه، زاويه سطح شيبدار خوانده شد (30،20،16). در نهايت، ضريب اصطکاک استاتيکي از رابطه (7) تعيين شد (22).

 

---

[1] - Sphericity

[2]  -Static Coefficient of Frictin

رابطه (7)                                             

برای تعیین ضریب اصطکاک دینامیکی¹ شلتوک،برنج قهوه‌ای و برنج سفید از یک نیروسنج، نگه‌دارنده نیروسنج، پایه اصلی، یک استوانه و یک نخ  جهت وصل کردن  استوانه به نیرو سنج  استفاده شد نمونه‌ها به داخل استوانه ریخته شدند. استوانه با نخ به قلاب نیروسنج وصل شد و نیروی لازم برای شروع حرکت استوانه توسط نیروسنج ثبت شد با تقسیم این نیرو بر نیروی عمود دیواره بر سطح تماس ضریب اصطکاک دینامیکی طبق رابطه (8) محاسبه شد (22):

رابطه (8)                                                                                                                                                                                                                                                                                                      

زاویه استقرار، مشخصه مناسبی از میزان جریان پذیری یک محصول بوده و به طور کلی هر چه زاویه استقرار کوچیک تر باشد، محصول راحت‎تر جریان می‎یابد به طور معمول با افزایش درصد رطوبت غلات، میزان زاویه استقرار افزایش می‌یابد(10). به منظور اندازه‌گیری زاویه استقرار استاتیکی² از یک استوانه بدون سر و ته استفاده شد ابتدا استوانه را از نمونه پر کردیم  هم ‌زمان سیلندر به آرامی تکان داده تا یکنواخت پخش شوند و تاثیر دیواره استوانه به حداقل برسد، سپس به آرامی استوانه را بلند کردیم تا نمونه کپه طبیعی تشکیل دهند. در نهایت ارتفاع بلندترین نقطه کپه (H) وقطرکپه (D) مورد نظر اندازه‌گیری شد و مطابق رابطه(9) زاویه پرکردن محاسبه شد (4، 21،15،8):

رابطه(9)                                    

برای اندازه‌گیری زاویه استقرار دینامیکی³ از یک مخزن مکعبی از جنس چوب بدون سرپوش با درب کشویی استفاده شد، پس از پر شدن مخزن از نمونه مورد نظر، درب مخزن    را باز کرده و پس از سرازير شدن نمونه ها و تشکيل کپه، زاويه استقرار ديناميكي از اندازه­گيري بلندترين ارتفاع (H) و طول کپه (X)  طبق رابطه(10) محاسبه شد (31،3):

رابطه(10)      

 

2-4- محاسبات آماری

در این تحقیق ابتدا ضرایب اصطکاک ایستایی و دینامیکی      و زاویه استقرار استاتیکی و دینامیکی در قالب آزمایش فاکتوریل با طرح پایه کامل تصادفی در پنج تکرار انجام شد سپس با استفاده از آزمون چند دامنه ای دانکن مقایسه میانگین‌ها آن ها بررسی گردید. مقایسه میانگین‌ها با استفاده    از نرم‌افزار  Minitabانجام شد. و معادله خط و رگرسیون توسط نرم‌افزار Excel 2019 به دست آمدند.

 

3-نتایج و بحث

3-1- وزن هزار دانه 

تغییرات وزن هزار دانه نمونه‌های برنج مورد مطالعه دم سیاه و فجر، در محدوده رطوبتی 15% تا 23% در جدول 1 و2 آمده است. وزن هزار دانه با افزایش رطوبت برای شلتوک رقم      دم سیاه از 87/23 تا 96/25 و برای برنج قهوه‌ای از 41/22        تا 87/23 و برنج سفید از 88/19تا 47/21 همچنین برای رقم فجر شلتوک از17/21 تا 31/24 و برای برنج قهوه‌ای از 16/19 تا 87/20 و برنج سفید از 47/15تا 13/17به دست آمد. وزن هزاردانه برای گندم سبز را در دامنه رطوبت 3/9% تا 5/41% را از 32 تا 52 گرم به دست آوردند و نشان دادند که با افزایش رطوبت وزن هزاردانه نیز افزایش می‌یابد (8). مقادیر جرم هزار دانه کلزا در رطوبت  70/4% و 96/23% بین 10/5 و 36/6 گرم گزارش کردند (12).

 

3-2- ابعاد 

از نتایج پیداست که با افزایش رطوبت از %15 تا %23 خصوصیات ابعادی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید     شامل طول، عرض و ضخامت برای هر نوع در هر رقم افزایش داشته است بنابراین به هنگام جذب رطوبت در مراحل فرآوری برنج، باعث افزایش در طول، عرض و ضخامت برنج می‌شود از طرف دیگر تغییرات طول، عرض و ضخامت        دانه های برنج با پارامترهای مختلف نظیر رطوبت، اندازه و رقم

---

[1] - Dynamic Coefficient of Frictin

[2] - Static Angle of Repose

[3]  -Dynamic Angle of Repose

در طراحی ماشین های پوست کن مهم هستند چون نیروی ضربه ای که ماشین پوست کن ایجاد می‌کند و باعث شکستن پوست دانه می‌شود. تا حد زیادی به اندازه  دانه ها بستگی دارد. این ابعاد در تعیین اندازه دیافراگم ماشین ها، به ویژه برای جداسازی مواد مختلف که توسط (24) بحث شده است، نتایج این تحقیق با مطالعات قبلی تطابق دارد. میانگین قطر حسابی و هندسی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید در هر واریته با افزایش رطوبت به صورت خطی افزایش یافتند. نتایج مشابهی را برای سویا گزارش شده. نتایج ارزیابی خصوصیات ابعادی دانه ها نشان داد که بیشترین و کمترین درصد افزایش در اثر افزایش رطوبت به ترتیب مربوط به طول و ضخامت می‌باشد (15). جدول 1و2 ابعاد شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید را در رطوبت‌های 15%، 18% و 23%  نشان می‌دهند.

 

 

جدول 1- تغییرات شاخص‌های فیزیکی درتیمار‌های مختلف در رقم دم سیاه

زاویه ریپوز دینامیکی	زاویه ریپوز ایستایی	سطح	رعنایی	کرویت	قطر هندسی	قطر حسابی	ضخامت (mm)	عرض (mm)	طول (mm)	وزن هزار دانه (g)	تیمار
22/23	3/21	24/38	22/.	35/.	48/3	7/4	89/1	26/2	95/9	87/23	A1
47/26	98/23	83/39	23/.	35/.	56/3	78/4	93/1	32/2	09/10	43/24	A2
28/31	88/26	78/41	24/.	36/.	64/3	85/4	96/1	44/2	15/10	96/25	A3
09/21	12/19	11/30	25/.	38/.	09/3	98/3	78/1	06/2	1/8	41/22	B1
71/23	51/22	52/32	25/.	38/.	21/3	13/4	89/1	1/2	4/8	59/22	B2
44/26	01/24	25/36	27/.	38/.	39/3	3/4	91/1	38/2	63/8	47/21	B3
93/19	34/15	3/28	25/.	38/.	3	84/3	77/1	96/1	8/7	88/19	C1
36/20	31/17	69/30	25/.	39/.	12/3	98/3	83/1	08/2	03/8	64/20	C2
81/22	19/21	54/34	28/.	40/.	31/3	14/3	86/1	33/2	2/8	47/21	C3
A  شلتوک ، B برنج قهوه‌ای ،C برنج سفید

 

جدول2- تغییرات شاخص‌های فیزیکی درتیمار‌های مختلف در رقم فجر

زاویه ریپوز دینامیکی	زاویه ریپوز ایستایی	سطح	رعنایی	کرویت	قطر هندسی	قطر حسابی	ضخامت (mm)	عرض (mm)	طول (mm)	وزن هزار دانه (g)	تیمار
85/27	99/25	9/37	20/0	34/0	47/.3	74/4	94/1	13/2	15/10	17/21	A1
04/30	64/27	71/38	21/0	34/0	51/3	77/4	94/1	19/2	19/10	24/22	A2
25/35	03/31	67/39	22/0	35/0	55/3	81/4	96/1	24/2	23/10	31/24	A3
62/24	88/23	42/28	23/0	37/0	3	92/3	76/1	91/1	11/8	16/19	B1
25/26	11/25	2/29	24/0	37/0	04/3	97/3	76/1	97/1	18/8	35/20	B2
46/29	59/26	04/30	25/0	38/0	09/3	01/4	78/1	02/2	23/8	87/20	B3
04/22	67/19	02/23	23/0	38/0	7/2	48/3	65/1	69/1	12/7	47/15	C1
09/24	96/22	1/24	24/0	39/0	76/2	53/3	66/1	78/1	16/7	49/16	C2
34/26	38/24	82/25	26/0	4/0	86/2	61/3	69/1	93/1	23/7	13/17	C3
A شلتوک ، B برنج قهوه‌ای ،C برنج سفید

 

 

3-3-کرویت و ضریب رعنایی 

از جدول 1 پبداست که کرویت برنج سفید واریته دم سیاه بیشترین مقدار به دست آمد. اختلاف نتایج، مربوط به ساختار سلولی، شرایط محیطی و رشد دانه های برنج می‌باشد. به طور کلی، ارزش کروی شالیزار کمتر از رقم برنج مربوطه آن‌ها بود، زیرا ممکن است به دلیل وجود ریشک در دو انتهای شالیزار باشد که به طول شالیزار کمک می کند و طول بر روی مقدار کروی بودن اثر معکوس دارد کرویت و ضریب رعنایی جزو معیارهای تعیین شکل به شمار می‌روند و توصیف       قابل درکی از شکل نمونه را ارائه می‌دهند. به هر حال شکل       دانه ها، غلتش آن ها را روی سطح تعیین می‌کند شکل صاف دانه آن ها را قادر می سازد که سر بخورند و این خصوصیت در ساخت ناودانی و طراحی پوست کن ها مهم است. در مبحث انتقال دانه به منظور سیلو کردن، کاشت و یا دیگر فرآیندهای دانه‌های برنج باید رطوبت دانه ها را در حداقل مقدار تثبیت نمود.  نتایج مشابهی برای سه رقم برنج قهوه‌ای      و برنج سفید (هاشمی ،علی کاظمی و طارم) ضریب رعنایی گزارش شده و بیشترین ضریب رعنایی 91/3 در رقم هاشمی بوده است(5). با افزایش طول برنج قهوه‌ای ضایعات در    مرحله تبدیل افزایش می‌یابد. تحقیقات نشان می‌دهد که کیفیت برنج با افزایش ضریب رعنایی کاهش می‌یابد(24). عملکرد برنج سالم به عواملی مانند رقم، خصوصیات فیزیکی و مکانیکی آن و شرایط دستگاه های تبدیل بستگی دارد(35). محدوده تغییر ضریب کرویت برای دانه و مغز آفتابگردان از     52/. تا 68/. ارائه شده (23). مرا و همکاران  ضریب کرویت برای شلتوک را کمتر از برنج قهوه‌ای گزارش دادند(26).

 

3-4- سطح مقطع 

سطح مقطع نمونه ( دانه های شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید) معمولا نشان دهنده الگوی رفتاری نمونه در یک سیال در حال حرکت مانند هوا می‌باشد و در بعضی فرآیندها      نظیر جداسازی ناخالصی‌ها از مواد اصلی در خلال عملیات تمیزسازی توسط وسایل نیوماتیکی استفاده می‌شود. براساس مقادیر ارائه شده سطح مقطع دانه شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید در جدول 1و 2 میانگین سطح مقطع برنج‌های   مورد مطالعه با افزایش رطوبت از 13% تا 23% به صورت خطی افزایش یافتند. دربین واریته های مورد مطالعه، بیشترین وکمترین مقدار سطح مقطع برای دانه شلتوک 9/37 و 78/41 به دست آمد و حداقل و حداکثر مقدار برای برنج قهوه‌ای 42/28 و 25/36 نتیجه شد و کمترین و بیشترین برای برنج سفید02/23 و 54/34 به دست آمد. در تحقیقی مشابه  مساحت سطح رابرای زرشک 17/89 تا 99/173میلی مترمربع گزارش     شده است (7). 

 

3-5- ضریب اصطکاک  

همان طور که مشاهده می‌شود ضریب اصطکاک با افزایش رطوبت بر روی تمام سطوح مورد آزمایش افزایش        می‌یابد. بیشترین مقدار ضریب اصطکاک بر روی سطح      نمد مشاهده شده که به دلیل پارچه ای بودن آن است و رطوبت  را جذب می‌کند و کمترین مقدار ضریب اصطکاک بر روی سطح استیل به دست آمد.

 

3-5-1- نمد 

شکل‌های 2 و 3 مقدار تغییرات میانگین ضرایب اصطکاک استاتیکی و دینامیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید برای هر دو رقم دم سیاه و فجر را در محدود رطوبتی 15% تا 23% روی سطح نمد ارائه می‌دهند. پیداست که با افزایش رطوبت نمونه‌ها ضرایب اصطکاک نمونه‌ها نیز افزایش می‌یابد، تغییرات ضریب اصطکاک ایستایی برای رقم دم سیاه،    شلتوک از 4/. تا 49/. ، برنج قهوه‌ای از 36/. تا 41/. و برنج سفید از 29/0 تا 37/0 همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 41/0 تا 48/0، برنج قهوه‌ای از 37/0 تا 43/0 و برنج سفید       از 32/0 تا 41/0 به دست آمد. همچنین تغییرات ضریب اصطکاک دینامیکی برای رقم دم سیاه، شلتوک از 54/. تا 68/.، برنج قهوه‌ای از 47/. تا 62/. و برنج سفید از 44/0 تا 59/0 همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 59/0 تا 75/0، برنج

قهوه‌ای از 52/0 تا 66/0 و برنج سفید از 44/0 تا 52/0 نتیجه شد با بررسی داده‌های این اشکال مشاهده می‌شود که شلتوک رقم های مذکور از ضرایب اصطکاک بیشتری نسبت به دانه برنج قهوه‌ای وبرنج سفید برخورد دار بودند. در تحقیقی مشابه این برتری ضریب شلتوک به دانه های برنج گزارش شده است(25).

 

 

شکل2- اثر رطوبت برضرایب اصطکاک رقم دم سیاه بر روی سطح نمد

 

 

3-5-2-بزنت 

3-5-2- برزنت 

تغییرات ضرایب اصطکاک استاتیکی و دینامیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید مورد مطالعه با تغییرات افزایش خطی مقادیر میانگین ضرایب اصطکاک استاتیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای وبرنج سفید هر دو رقم مورد بحث با رطوبت روی سطح برزنت در شکل های4 و 5  نشان داده شده است. نتایج حاصله از این شکل‌ها، افزایش ضرایب اصطکاک استاتیکی و دینامیکی شلتوک، برنج‌ قهوه‌ای وبرنج سفید را با رطوبت بیان می‌کند. داده های به دست آمده از ضرایب اصطکاک شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید روی سطح برزنت همانند نتایج به دست آمده بر روی سطح نمد بیشترین مقدار ضریب اصطکاک استاتیکی شلتوک نسبت به برنج قهوه‌ای و برنج سفید نشان داد. محدوده تغییرات ضریب اصطکاک ایستایی رقم دم سیاه، شلتوک از 43/0 تا 51/0 ، برنج قهوه‌ای از 35/0 تا 43/0 و برنج سفید از 26/0 تا 31/0 و همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 39/0 تا 47/0 ، برنج قهوه‌ای از 29/0 تا 35/0 و برنج سفید از 26/0 تا 31/0 نتیجه شد. و همچنین تغییرات ضریب اصطکاک دینامیکی رقم     دم سیاه، شلتوک از 49/0 تا 58/0 ، برنج قهوه‌ای از 47/0 تا 55/0 و برنج سفید از 44/0 تا 50/0 و همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 51/0 تا 62/0 ، برنج قهوه‌ای از 44/0 تا 53/0 و برنج سفید از 38/0 تا 48/0 نتیجه شد. با ملاحظه معادلات رگرسیون شکل روشن می‌شود که رطوبت بیشترین تاثیر را بر شلتوک رقم و کمترین تاثیر بر برنج سفید رقم می‌گذارد.

 

شکل4- اثر رطوبت برضرایب اصطکاک رقم دم سیاه بر روی سطح برزنت

 

 

 

3-5-3-پلی اتیلن

تغییرات ضرایب اصطکاک استاتیکی و  دینامیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید مورد مطالعه با تغییرات رطوبت روی سطح پلی اتیلن در شکل ها 6 و 7 آورده شده است       با توجه به شکل ها  ضرایب اصطکاک ایستایی و دینامیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید روی سطح پلی اتیلن        با افزایش رطوبت افزایش خطی داشت. محدوده تغییرات  ضرایب اصطکاک ایستایی برای رقم دم سیاه، شلتوک از 3/0 تا 36/، برنج قهوه‌ای از 23/0 تا 31/0 و برنج سفید از 19/0 تا 26/0 همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 23/0 تا 32/0 ، برنج قهوه‌ای از 19/0 تا 27/0 و برنج سفید از 17/0 تا 24/0به دست آمد. تغییرات ضرایب اصطکاک دینامیکی برای رقم دم سیاه، شلتوک از 49/0 تا 68/0 ، برنج قهوه‌ای از 33/0 تا 48/0 و برنج سفید از 28/0 تا 42/0 همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 33/0 تا 42/0، برنج قهوه‌ای از 23/0 تا 33/0 و برنج سفید از 21/0 تا 29/0 به دست آمد با ملاحظه معادلات رگرسیون شکل روشن می‌شود که رطوبت بیشترین تاثیر را بر شلتوک رقم و کمترین تاثیر بر برنج سفید رقم می‌گذارد.

 

شکل6- اثر رطوبت برضرایب اصطکاک رقم دم سیاه بر روی سطح پلی اتیلن

 

شکل7- اثر رطوبت برضرایب اصطکاک رقم فجر بر روی سطح پلی اتیلن

 

 

3-5-4-استیل 

محدوده تغییرات ضرایب اصطکاک استاتیکی و دینامیکی شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج با رطوبت ورقم روی سطح استیل در شکل های 8 و 9 نشان داده شده اند. با افزایش رطوبت از 15% تا 23% ضریب اصطکاک ایستایی در رقم دم سیاه، شلتوک از 21/0 تا 25/0 ، برنج قهوه‌ای از 18/0 تا 23/0 و برنج سفید از 16/0 تا 21/0 و همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 19/0 تا 25/0، برنج قهوه‌ای از 17/0 تا 22/0 و برنج سفید از 16/0 تا 2/0 به دست آمد. تغییرات ضرایب اصطکاک دینامیکی برای رقم دم سیاه، شلتوک از 38/0 تا 41/0، برنج قهوه‌ای از 34/0 تا 41/0 و برنج سفید از 3/0 تا 37/0 همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 34/0 تا 41/0 ، برنج قهوه‌ای از 26/0 تا 33/0 و برنج سفید از 23/0 تا 29/0 به دست آمد سطح استیل نیز همانند سطوح قبل مقدار بیشتری را برای ضریب اصطکاک شلتوک نسبت به برنج قهوه‌ای و برنج سفید نشان داد. با ملاحظه معادلات رگرسیون شکل روشن می‌شود که رطوبت بیشترین تاثیر را بر شلتوک رقم و کمترین تاثیر بر برنج سفید رقم می‌گذارد.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3-5-5-مدل های رگرسیونی ضرایب اصطکاک

با توجه به جدول 3 مدل های رگرسیونی رابطه بین دو عامل رقم و سطح تماس با ضریب اصطکاک برای هر دو رقم مورد مطالعه ارائه شده است این معادلات حاکی از وجود یک رابطه خطی با شیب مثبت بین رطوبت و ضریب اصطکاک می‌باشد. نتایج مشابهی بر روی دانه‌های مختلف توسط محققان متعددی ارائه شده است (37،16،10).

 

 

جدول3- مدل های رگرسیونی و ضرایب تبیین رابطه بین دوعامل رطوبت، رقم و سطح تماس با ضریب اصطکاک ایستایی

R2	ضریب اصطکاک ایستایی	سطح	نوع	واریته
99/0	µ = 0.012Mc + 0.2885	برزنت	شلتوک	دم سیاه
98/0	µ = 0.0113Mc + 0.1986	نمد
97/0	µ = 0.0049Mc + 0.1386	استیل
99/0	µ = 0.0076Mc + 0.1857	پلی اتیلن
93/0	µ = 0.0104Mc + 0.1857	برزنت	برنج قهوه ای
99/0	µ = 0.0062Mc + 0.2671	نمد
93/0	µ = 0.006Mc+ 0.0943	استیل
97/0	µ = 0.0098Mc+ 0.0871	پلی اتیلن
99/0	µ = 0.0062Mc + 0.1671	برزنت	برنج سفید
97/0	µ = 0.0098Mc+ 0.1471	نمد
99/0	µ = 0.0062Mc + 0.0671	استیل
94/0	µ= 0.0085Mc + 0.0686	پلی اتیلن
97/0	µ = 0.0098Mc + 0.2471	برزنت	شلتوک	فجر
99/0	µ = 0.0087Mc + 0.2814	نمد
99/0	µ = 0.0076Mc + 0.0757	استیل
98/0	µ = 0.0111Mc + 0.0657	پلی اتیلن
89/0	µ = 0.0071Mc + 0.1932	برزنت	برنج قهوه ای
99/0	µ = 0.0076Mc + 0.2557	نمد
93/0	µ = 0.006Mc + 0.0843	استیل
96/0	µ = 0.013Mc + 0.0436	پلی اتیلن
99/0	µ= 0.0062Mc + 0.1671	برزنت	برنج سفید
97/0	µ = 0.0115Mc + 0.1414	نمد
97/0	µ = 0.0049Mc + 0.0886	استیل
99/0	µ = 0.0087Mc + 0.0414	پلی اتیلن

 

 

 

جدول4- مدل های رگرسیونی و ضرایب تبیین رابطه بین دوعامل رطوبت، رقم و سطح تماس با ضریب اصطکاک دینامیکی

R2	ضریب اصطکاک دینامیکی	سطح	نوع	واریته
99/0	µ = 0.0173 Mc + 0.2829	نمد	شلتوک	دم سیاه
95/0	µ = 0.0109 Mc + 0.3329	برزنت
99/0	µ = 0.0178 Mc + 0.1586	پلی‌اتیلن
97/0	µ = 0.0073 Mc + 0.2729	استیل
93/0	µ = 0.0187 Mc + 0.1914	نمد	برنج قهوه ای
97/0	µ = 0.0098 Mc + 0.3271	برزنت
93/0	µ = 0.0178 Mc + 0.0786	پلی‌اتیلن
97/0	µ= 0.0089 Mc + 0.2043	استیل
99/0	µ= 0.0171 Mc + 0.1672	نمد	برنج سفید
97/0	µ= 0.0073 Mc + 0.3329	برزنت
99/0	µ= 0.0204 Mc - 0.0343	پلی‌اتیلن
94/0	µ = 0.0087 Mc + 0.1714	استیل
99/0	µ = 0.0253 Mc + 0.2978	نمد	شلتوک	فجر
99/0	µ = 0.0136 Mc + 0.3154	برزنت
99/0	µ = 0.0124 Mc + 0.2943	پلی‌اتیلن
98/0	µ = 0.0087 Mc + 0.2114	استیل
99/0	µ = 0.0178 Mc + 0.2486	نمد	برنج قهوه ای
95/0	µ = 0.0109 Mc + 0.2829	برزنت
93/0	µ = 0.0127 Mc + 0.2271	پلی‌اتیلن
94/0	µ = 0.0085 Mc + 0.1386	استیل
92/0	µ= 0.0096 Mc + 0.3043	نمد	برنج سفید
97/0	µ = 0.0122 Mc + 0.2014	برزنت
97/0	µ = 0.0098 Mc + 0.1871	پلی‌اتیلن
99/0	µ = 0.0076 Mc + 0.1157	استیل

 

 

3-6-زاویه ریپوز 

روند تغییرات زوایای تخلیه (زاویه استقرار دینامیکی) و پرکردن ( زاویه استقرار استاتیکی) دانه های شلتوک، برنج قهوه‌ای و برنج سفید مورد مطالعه درجدول 1و2 آمده است.    از نتایج پیداست که با افزایش رطوبت از 15% تا 23% مقادیر میانگین زوایای تخلیه و پرکردن به صورت خطی افزایش می‌یابد. در حقیقت افزایش زوایای انباشت به خاطر افزایش مساحت تماسی بین دانه‌ها و دانه‌ها با سطح در رطوبت های بیشتر است که سبب افزایش اصطکاک داخلی بین دانه ها       و دانه ها و سطح می‌شود (36).  افزایش زاویه تخلیه( زاویه استقرار دینامیکی) به دلیل غلتش آسان  در اثر کاهش رطوبت نیرو چسبندگی بین آن ها و سطح در رطوبت بالا است.(30) این افزایش زاویه تخلیه با رطوبت برای شلتوک رقم دم سیاه از 22/23 تا 28/31 ، برنج قهوه‌ای رقم دسیاه از 09/21 تا 44/26 و برای برنج سفید رقم دم سیاه از 93/19 تا 81/21 درجه نتیجه شد همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 85/27 تا 25/35، برنج قهوه‌ای از 62/24 تا 46/29 و برنج سفید از04/22 تا 34/26 درجه نتیجه شد. محدوده تغییرات زاویه پرکردن برای رقم دم سیاه، شلتوک از 3/21 تا 88/26، برنج قهوه‌ای     از 12/19 تا 01/24 و برنج سفید 34/15 تا 19/21 همچنین برای رقم فجر، شلتوک از 99/25 تا 03/31، برنج قهوه‌ای از 88/23 تا 59/26 و برنج سفید از 67/19 تا 38/24 درجه نتیجه شد. در تحقیقی بر روی جو  نتایج نشان داد که افزایش مقدار رطوبت در دانه جو سبب افزایش زاویه استقرار می‌گردد. همچنین لایه رطوبت سطحی اطراف جسم، توده دانه غله را در اثر کشش سطحی کنار یکدیگر نگه داشته، لذا سبب افزایش پیوستگی دانه ها با یکدیگر می‌شود (10).

 

4- نتیجه گیری

براساس یافته‌های به دست آمده مشخص شد که در برنج رقم دم سیاه و فجر میزان رطوبت تاثیر مهمی در خواص فیزیکی و خواص اصطکاکی دارد به طوری که با افزایش رطوبت وزن هزار دانه، ابعاد ، میانگین حسابی و هندسی افزایش یافت و در اکثر موارد هم خواص فیزیکی در شلتوک بیشتر تحت تاثیر میزان رطوبت قرار گرفتند. در مورد ضرایب اصطکاک بالاترین ضرایب اصطکاک ( ایستایی و دینامیکی) مربوط به شلتوک بر روی سطح نمد بود که با افزایش رطوبت این میزان مرتبا افزایش یافت. همچنین زاویه ریپوز با افزایش رطوبت نیز افزایش یافت و بیشترین زاویه ریپوز (ایستایی و دینامیکی) مربوط به شلتوک هر رقم بود. با توجه به اینکه برنج رقم های دم سیاه و فجر سطح کشت وسیعی در استان مازندران دارد می‌توان با داشتن اطلاعاتی در مورد خصوصیات فیزیکی آن تجهیزات حمل و نقل و نگهداری مناسبی طراحی نمود.

 

5-منابع

1.       آمارنامه كشاورزي.1400. محصولات زراعي سال زراعي99-1398، ص 18.

2.       اشتواد رحمت اله، کلانتري داوود. تعيين برخي از خواص فيزيکي ارقام برنج هاي اصلاح شده ايراني. نشریه پژوهش‌های علوم و صنایع غذایی ایران. 1392؛  9 (1): 49-40 

https://doi.org/10.22067/ifstrj.v9i1. 2971 

 

3.       رضوی، سید محمد علی.، فتحی میلاد.، 1387. بررسی تاثیر رطوبت بر برخی خواص فیزیکی دانه انگور. پنجمین کنگره ملی مهندسی ماشینهای کشاورزی و مکانیزاسیون. 

https://civilica.com/doc/52824

4.       رضوی، م. ع.، اکبری، ر.، 1385. خواص بیوفیزیکی محصولات کشاورزی و مواد غذایی. چاپ اول انتشارات جهاد دانشگاهی دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد.

5.       عليزاده محمدرضا. بررسي تاثير رقم و نوع محصول (اصلي و رتون) بر برخي خصوصيات فيزيکي، مکانيکي و تبديل شلتوک به برنج سفيد.‎ مجله تحقیقات مهندسی کشاورزی. 1394؛ 16 (3): 106-93. 

https://doi.org/10.22092/JAER.2015.102992

6.       محجوب محسن، موحد سارا، احمدی چناربن حسین. عوامل موثر بر زاویه استقرار، ضریب اصطکاک داخلی و خارجی دو رقم گندم (بهرنگ و شیرودی). فناوری‌های جدید در صنعت غذا. 1394؛.51-43 . https://doi.org/10.22104/JIFT.2015.129

7.       ولایتی، ا.، 1389 .بررسی خواص فیزیکی و مکانیکی مؤثر در فرآوري زرشک. دانشگاه فردوسی مشهد،117

8.       Al-Mahasneh M. A, Rababah T. M. Effect of moisture content on some physical properties of green wheat. Journal of food engineering. 2007; 79(4)):1467-1473.    

https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2006.04.045

9.       Asli-Ardeh E. A. Determination of dynamic friction coefficient in common wheat varieties on different contact surfaces. Agricultural Engineering International CIGR Journal. 2017; 19(1):136-141.

10.       Baryeh E. A. Physical properties of millet. Journal of Food Engineering. 2002; 51(1): 39-46.

 https://doi.org/10.1016/S0260-8774(01)00035-8

11.       Baümler E, Cuniberti A, Nolasco S. M, Riccobene I. C. Moisture dependent physical and compression properties of safflower seed. Journal of Food Engineering. 2006; 72(2): 134-140. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.11.029

12.       Çalışır, S., Marakoğlu, T., Öğüt, H. and Öztürk, Ö., 2005. Physical properties of rapeseed (Brassica napus oleifera L.). Journal of Food Engineering, 69(1), pp.61-66. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2004.07.010

13.       Chukwu O, Akande F.B. Development of an apparatus for measuring angle of repose of granular materials:AU JT. 2007; 11(1):62-66.

14.       Deshpande  S. D, Bal S, Ojha T. P, Physical properties of soybean: Journal of Agricultural Engineering Research. 1993; 56(2): 89-98. https://doi.org/10.1006/jaer.1993.1063

15.       Dursun  E, Dursun I. 2005.Some physical properties of caper seed. Biosystems Engineering. 2005  Oct 1; 92(2): 237-45.

16.       Dutta S. K, Nema V. K,  Bhardwaj R. K. 1988. Thermal properties of gram. Journal of Agricultural Engineering Research. 1988Apr 1; 39(4):269-75.

17.       FAO. 2020. Food and Agricultural Organization of the United Nations, FAO Statistical Database, Available from http://faostat.fao.org

18.       Ghadge P. N, Prasad K. Some physical properties of rice kernels: Variety PR-106. Journal of Food Process Technology. 2012;  3(8): 1-5.

 https://doi.org/10.4172/2157-7110.1000175

19.       Ghanbarian D, Salek F. Effect of moisture content on some physical properties of sugar beet seed. Journal of Sugar Beet. 2014; 30(1):.43-9. https://doi.org/10.22092/jsb.2014.5047

20.       Gupta R. K, Das S. K. 1997. Physical properties of sunflower seeds. Journal of Agricultural Engineering Research. 1997; 66(1): 1-8.

  https://doi.org/10.1016/S0260-8774(00)00061-3

21.       Jha S. N. Physical and hygroscopic properties of makhana. Journal of Agricultural Engineering Research. 1999; 72(2): 145-150. https://doi.org/10.1006/jaer.1998.0356

22.       Joshi, D. C., 1993. Mechanical dehulling of pumpkin seed. Unpublished Ph. D. Thesis, Agricultural Engineering Department, IIT, Kharagpur, India.

23.       Khodabakhshian R,  Emadi B, Fard M. A. Frictional behavior of sunflower seed and its kernel as a function of moisture content, variety and size. Nong Ye Ke Xue Yu Ji Shu. 2010: 4(3):83.

24.       Lin J. H, Singh H, Chang Y.T, Chang Y. H. Factor analysis of the functional properties of rice flours from mutant genotypes Food Chemistry. 2011; 126(3): 1108-1114. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2010.11.140

25.       Meera K, Smita M, Haripriya S. Varietal distinctness in physical and engineering properties of paddy and brown rice from southern India. Journal of food science and technology. 2019; 56(3): 1473-1483. https://doi.org/10.1007/s13197-019-03631-x

26.       Mohsenin N. N. Physical Properties of Plant and Animal Materials. and :Revised and Updated Edition. Gordon and Breach Science Publishers, New york.

27.       Murthy C.T, Bhattacharya S. Moisture dependant physical and uniaxial compression properties of black pepper. Journal of Food Engineering. 1998; 37(2): 193-205.

 https://doi.org/10.1016/S0260-8774(98)00083-1

28.       Perez E. E, Crapiste G. H, Carelli  A. A. Some physical and morphological

 properties of wild sunflower seeds. Biosystems engineering. 2007;  96(1): 41-45. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2006.09.004

29.       Perforated S. Fissures related to post-drying treatments in rough rice: Cereal Chem. 1981; 61(1): 63-68.

30.       Razavi S. M, Rafe A, Moghaddam, T. M, Amini A. M. Physical properties of pistachio nut and its kernel as a function of moisture content and variety. Part II. Gravimetrical properties: Journal of Food Engineering. 2007;  Jul 1.81(1): 218-25.

31.       Razavi S. M, Yeganehzad S, Sadeghi A, Moisture dependent physical properties of canola seeds.

32.       Reddy B. S, Chakraverty A. Physical properties of raw and parboiled paddy. Biosystems Engineering. 2004; 88(4): 461-466. https://doi.org/10.1016/j.biosystemseng.2004.05.002

33.       Shafaei S. M, Kamgar S. A comprehensive investigation on static and dynamic friction coefficients of wheat grain with the adoption of statistical analysis. Journal of Advanced Research. 2017; 8(4):351-361. https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.04.003

34.       Shafaei S. M,, Nourmohamadi-Moghadami A, Kamgar S, Eghtesad M. Development and validation of an integrated mechatronic apparatus for measurement of friction coefficients of agricultural products. Information Processing in Agriculture. 2020; 7(1): 93-108. https://doi.org/10.1016/j.inpa.2019.04.006

35.       Shitanda D, Nishiyama Y, Koide S, Compressive strength properties of rough rice considering variation of contact area. Journal of Food Engineering. 2002; 53(1): 53-58. https://doi.org/10.1016/S0260-8774(01)00139-X

36.       Singh K. P, Mishra H. N, Saha S. Moisture-dependent properties of barnyard millet grain and kernel. Journal of Food Engineering. 2010; 96(4): 598-606. https://doi.org/10.1016/j.jfoodeng.2009.09.007

37.       Singh N, Kaur L, Sodhi N. S, Sekhon K. S. Physicochemical, cooking and textural properties of milled rice from different Indian rice cultivars. Food chemistry. 2005; 89(2): 253-259. https://doi.org/10.1016/j.foodchem.2004.02.032