فناوری نانو در ماشین آلات کشاورزی

فناوری نانو در کشاورزی و ماشین آلات

فناوری نانو در صنایع مختلف کاربرد دارد و استفاده از این فناوری در صنعت کشاورزی می تواند این صنعت را متحول کند. یک نانومتر یعنی یک میلیاردم یک متر و در واقع نانو معادل قطر چند اتم است. در فناوری نانو باید خواص مواد را در مقیاس نانو بشناسیم و بدانیم که هر ماده ای در هر اندازه ای چه خواصی دارد. همچنین بتوانیم مواد را در آن مقیاس تولید کنیم و آن خواص را در کنترل خود داشته باشیم و بتوانیم از آن ها استفاده کنیم و موادی با کارکرد جدید بسازیم که به مجموعه این فعالیت ها فناوری نانو می گوییم. نانو در تمامی صنایع تأثیرگذار است و اهمیت دارد، همه صنایع در مسیر رشد و توسعه خود مجبورند از فناوری نانو استفاده کنند.

استفاده از نانو بیوتکنولوژی در کشاورزی

فناوری نانو اجازه می دهد تا اجزاء و ترکیبات دلخواه را در داخل سلول دست ورزی کرد و مواد و محصولات جدید با استفاده از روش های جدید و تغییر ژن ساخت. استفاده از این نوع قابلیت ها موجب تولید گیاهان، دام و به طور کلی موجوداتی با ویژگی های برتر مثل تولید گیاهانی که نسبت به آفات، ویروس ها، باکتری ها، قارچ ها و علف کش ها مقاوم هستند، می شود. شرکت نانورایس ایتالیا نوعی نانوبرنج تولید می کند که 2برابر وزن خود آب جذب می کند.

استفاده از فناوری نانو در شاسی و بدنه ماشین های کشاورزی

شرایط کار سخت برای ماشین آلات کشاورزی به خصوص تراکتورها، کمباین ها و دیگر ماشین هایی که در محل زمین یا باغ استفاده می شوند ضرورت به کارگیری قطعات بادوام تر و مقاوم تر را بیشتر بیان می کند. استفاده از نانوذرات خاک رسی و نانو لوله های کربنی برای تولید نانوکامپوزیت هایی که مشخصه های مکانیکی بهبود یافته ای نسبت به کامپوزیت های معمولی دارند، می تواند رویکرد جدیدی برای سبک تر کردن و حتی جایگزین کردن با قطعات فلزی در ماشین آلات کشاورزی باشد. این مسئله نه تنها بر افزایش طول عمر این تجهیزات تأثیرگذار است بلکه با سبک تر شدن آن ها، کاهش مصرف سوخت و در نتیجه کاهش آلودگی های زیست محیطی را نیز خواهیم داشت.
نانوکامپوزیت های نایلون که در دهه 1980 توسط شرکت تویوتا ساخته شدند، اولین نانوکامپوزیت تجاری موفق بوده، هم اکنون نیز بیشترین کاربرد را در میان انواع مختلف نانوکامپوزیت ها دارند. در اوایل سال 1990 شرکت تویوتا از نانوکامپوزیت های نایلون - رس در پوشش کمربندهای ایمنی خودرو استفاده کرد. از آن زمان تاکنون، تویوتا مجوز فناوری نانوکامپوزیت نایلونی خود را به شرکت های Ube Industries در ژاپن و Nanocor در ایالات متحده واگذار کرده است. همچنین شرکت Nanocor مجوز این فناوری را به شرکت های کوژکی که به دنبال ساخت نانوکامپوزیت های نایلون 6 هستند، واگذار می کند. شرکت ژاپنی Ube Industries یکی از اولین شرکت هایی است که نانوکامپوزیت تجاری تولید کرده است. محصول این شرکت که ( هیبرید نایلون - خاک رس) یا NCH نام داشت از پلیمرهای نایلون 6 و پلیمرهای مشترک نایلون 6.6- 6 تشکیل شده بود و دارای کاربردهای پوششی و ساختمانی بود.
کاربردهای تجاری NCH عبارتند از: پوشش های مانعی نایلون 6 برای بسته بندی مواد غذایی و یک پوشش تسمه تنظیم زمان برای موتورهای تویوتا.
شرکت انگلیسی Basell Polyolefins شریک خطرپذیر شرکت های BASF و Shell، یکی از بزرگ ترین عرضه کنندگان پلی اتیلن و محصولات پلی اولفینی پیشرفته است.
این شرکت و شرکت های GM و Southern Clay Products در پروژه ای مشترک، یک پلکان نانوکامپوزیتی مبتنی بر اولفین های ترموپلاستیکی برای دو مدل از ون های شرکت جنرال موتورز تولید کرده اند.
شرکت آمریکایی Noble Polymers ترکیبات رزینی با کارآیی بالا و ابزارهای پلاستیکی تولید می کند. این شرکت، در سال 2003، نانوکامپوزیت مبتنی بر pp خود را با نام Forte تولید کرد. از نانوکامپوزیت مذکور برای اولین بار در ساخت پشتی صندلی خودروهای 2004 Honda Acura TL به صورت تجاری استفاده شد. بنا به اظهارات شرکت Noble، نانوکامپوزیت Forte برای تولید کنسول مرکزی یک کامیون سبک مدل2006 به کار گرفته شد.
شرکت Unitika.Ltd در ژاپن، یکی از بزرگ ترین تولید کنندگان نانوکامپوزیت های نایلون 6 برای کاربردهای خودروسازی است. یکی از محصولات این شرکت Nylon 2350 است که با استفاده از فناوری اختصاصی این شرکت ساخته می شود. در حین پلیمره کردن این محصول، از یک سیلیکات مصنوعی استفاده می شود. این محصول توسط Mitsubishi Motors برای ساخت پوشش های موتورهای مدل GDI به کار رفت. استفاده از نانوکامپوزیت برای این کاربرد به کاهش 20 درصدی وزن و همچنین پرداخت سطح عالی منجر می شود.
علاوه بر این شرکت آمریکایی Honeywell با استفاده از نانوکامپوزیت نایلون 6 و Polymeric Supply با استفاده از پلی استر اشباع نشده، در این حوزه محصول تولید می کنند.
شرکت آمریکایی GE Plastics عرضه کننده جهانی رزین های پلاستیکی و یکی از مشتریان اصلی نانولوله های چند دیواره شرکت Nanocor است. این شرکت یک رزین ترموپلاستیکی مهندسی مبتنی بر پلی فنیلن اتر، پلی آمیدها PAS و MWNT ها با نام تجاری Noryl GTX تولید می کند. چنانچه سایر افزودنی ها به این فناوری اضافه شوند، خانواده ای از رزین های با گستره وسیعی از ویژگی های فیزیکی و ترمومکانیکی تولید می شوند. این دو شرکت با همکاری یکدیگر، ترکیب Noryl پلی اکسید فنیلن (نایلون) را به منظور استفاده در قطعات خارجی اتومبیل که با روش الکتروستاتیک قابل رنگ شدن هستند، تولید کرده اند.
ویژگی های کلی Noryl GTX محصول شرکت Ge Plastics عبارتند از: مقاومت حرارتی بالا، ویژگی های الکتریکی بسیار خوب، پایداری هیدرولیکی، پایداری ابعادی، انقباض قالب پایین و خزش بسیار کم در دماهای بالا. علاوه بر این، بسیاری از محلول های آبی، شوینده ها، اسیدها و بازها بر روی این ماده بی تأثیر هستند.
لذا می توان از رزین های Noryl در فرآیندهای مختلفی مانند قالب گیری تزریقی، اکستروژن، قالب گیری بادی و قالب گیری فوم ساختمانی استفاده کرد. کاربردهای بالقوه این ماده عبارتند از: قطعات داخلی خودرو، کاربردهای بیرونی و درون کاپوت.

استفاده از فناوری نانو در تایر تراکتور و کمباین

تایر یکی از گران ترین قسمت های تراکتور است. با افزودن نانو ذرات به لاستیک تراکتورها و ماشین های کشاورزی می توان مقاومت لغزشی تایرها را بیشتر کرد و سائیدگی را تا 50 درصد کاهش داد.
حضور نانوذرات باعث افزایش مقاومت سایشی، افزایش استحکام (بهبود خاصیت مکانیکی)، افزایش حد پارگی و حد شکستگی و زیبایی ظاهری لاستیک می شود. به علاوه همواری، صافی و ظرافت شکل ظاهری تایر را نیز به همراه دارد. همه این عوامل موجب ایجاد محصولی مرغوب و با کیفیت بالا می شود که توانایی دوام بیشتر در شرایط استفاده در تراکتورها را بدهد.
یکی از بزرگ ترین تولید کنندگان تایر به نام Cabot با موفقیت نانوذرات کاربیدسیلیکا را که توسط Nanoproducts Corporation Colorado با نام تجاری Pure Nano طراحی شده بود، تست کرد. با افزودن این نانوذرات به تایر، سایش 50 درصد کاهش یافت. بااستفاده از این نانوذرات، مقدار لاستیک بوتیل مورد نیاز تایرها کاهش می یابد و تایرها سبک تر و ارزان تر خواهند شد و در حین حرکت خنک تر می مانند.
شرکت Mars Lander از آیروژل که از میلیون ها نانوحباب هوا تشکیل شده، در تایر استفاده کرده است که قسمت اعظم آن (98 درصد) از هوا تشکیل شده است. بنابراین لاستیک تماما با نانو مواد فوق سبک جایگزین می شود.
فناوری نانو امروزه تحول عمیقی در صنعت به وجود آورده که با استفاده از این تکنولوژی در سطح وسیع در ایران، می توان به پیشرفت های قابل ملاحظه ای دست یافت.
واژه تراکتور یک کلمه خارجی است. و معنی آن «کشنده» می باشد. این واژه اسم فاعل ساخته شده از واژه
(Tratiox) به معنی کشش است.

تراکتور به ماشین خودرویی اطلاق می شود که از قدرت آن برای کشیدن ادوات و ماشینهای کشاورزی قابل حرکت استفاده می شود. همچنین از این ماشین برای بکار انداختن ماشینهای ساکن در مزرعه استفاده می گردد. که در این موارد قدرت مورد نیاز از طریق محور توان دهی تراکتور تامین می گردد.

دیدکلی

این کلمه به ماشینهایی اطلاق می شود که جهت کشیدن یک بار یا یک وسیله بکار می ر وند. در واقع تراکتور وسیله ایست که برای تامین قدرت مورد نیاز جهت کشیدن وسایل و تجهیزات مورد استفاده قرار می گیرد. شاید اکثریت مردم با شنیدن کلمه تراکتور ذهنشان به کشاورزی و کاربرد این وسیله در کشاورزی معطوف گردد، لیکن لازم است بدانیم که تراکتورها دارای انواع گوناگونی می باشند. مثلا تراکتورهایی با عنوان تراکتورهای صنعتی و یا راهسازی نیز وجود دارند.

تاریخچه پیدایش و سیر تکاملی

· پیدایش ماشینهای کشش (تراکتورها) به شکل امروزی در حدود 100 سال قبل آغاز شد. نمونه های اولیه تراکتورها برای استفاده در مزارع و به منظور کشیدن وسایل کشاورزی مثل گاو آهن مورد استفاده قرار می گرفتند.

· در این انواع اولیه برای تامین کردن توان مورد نیاز تراکتور از یک موتور بخار استفاده می شد. این موتور بخار برای آنکه کار کند به مقادیر زیادی آب و ذغال سنگ نیاز داشت. بنابراین این تراکتورهای اولیه بسیار بزرگ بودند و نیاز به مراقبت و نگهداری زیادی داشتند به طوری که گاهی برای به حرکت درآوردن و استفاده از یک تراکتور، موتور بخار به 15 نفر کارگر نیاز بود. این مدلهای اولیه تراکتور دارای چرخهای بسیار بزرگ فلزی بودند که می توانستند وزن بسیار زیاد تراکتور را تحمل نمایند. البته فلزی بودن چرخهای تراکتور باعث کاهش سرعت ماشین می شد. بنابراین در نمونه های بعدی و مدرن تر از چرخهای لاستیکی استفاده شده است.

· سیر تکاملی تراکتورها با اختراع موتورهای درون سوز روند سریعتری را پیدا کرد و البته در کنار این اختراع که باعث اضافه شدن توان تراکتورها شد، متعلقات و مکانیسم های پیچیده ای نیز مختص تراکتورها طراحی و استفاده شده است، که نتیجه آن ساخت تراکتورهای بسیار مدرن و همه کاره در حال حاضر است.

ساختمان تراکتور

تراکتورهای امروزی همگی به موتورهای درون سوز که از سوخت های فسیلی (بنزین، گازوئیل، گاز مایع) استفاده می کنند. مجهز هستند. موتورهای این تراکتورها برای تولید توان از سوزاندن این سوخت ها استفاده می کنند. این ماشینها (تراکتورها) دارای یک سری سیستم های مجزا ولی متصل به همدیگر می باشند که باعث می شوند انرژی ذخیره شده در سوخت های فسیلی به انرژی مفیدی که کار انجام می دهد، تبدیل شوند. این سیستم ها عبارتند از

• · سیستم تبدیل انرژی سوخت به انرژی جنبشی)موتور(
• · سیستم انتقال نیرو
• · سیستم هیدرولیکی
• · سیستم الکتریکی
• · سیستم کنترل بار (کنترل کشش)
• · سیستم فرمانگیری
• · سیستم تواندهی

اندازه تراکتورها

تراکتورهای کشاورزی دارای انواع گوناگونی می باشند. اندازه آنها از تراکتورهای دوچرخ کوچک گرفته که دارای 10 اسب بخار قدرت می باشند. تا تراکتورهای بزرگ کمرشکن 8 چرخ که دارای بیش از 500 اسب بخار قدرت می باشند، تغییر می کند. این گوناگونی و تنوع زیاد تراکتورها به خاطر گوناگونی و تنوع زیاد کارهایی است که به کمک این وسیله انجام می پذیرد. بر این اساس تراکتورها را بر مبنای نحوه کاربرد طبقه بندی می کنند. در ادامه طبقه بندی تراکتورها را ذکر می کنیم.

• · تراکتورهای همه کاره (معمولی)
• · تراکتورهای چرخ زنجیری
• · تراکتورهای شاسی بلند
• · تراکتورهای باغبانی
• · تراکتورهای چمن زنی
• · تراکتورهای حمل تنه درخت از جنگل
• · تراکتورهای بارکن یا بیل مکانیکی
• · تراکتورهای دستی (تیلر)
• · انواع تراکتورهای چهار چرخ محرک

کاربردهای تراکتور

برای بکارگیری و استفاده نیروی ایجاد شده توسط تراکتور یک سری پیش بینی ها در نحوه ساخت این وسیله انجام شده است. مثلا در پشت این وسیله جاهایی تعبیه شده است که بتوان وسایل مربوط به کشاورزی مثل گاو آهن یا دیسک را به آنجا متصل کرد و کشید. از تراکتورها برای کارهای دیگر نظیر حمل و نقل نیز استفاده می شود. حتی اگر هیچ باری هم به تراکتور متصل نباشد، حداقل این وسیله می تواند خود راننده را جابجا کند. کاربردهای تراکتور را می توان به صورت زیر بر شمرد.

· وسیله کشنده:
ادواتی مثل گاو آهن ها، دیسک های سنگین و غیره به مالبند تراکتور قلاب شده و به وسیله آن کشیده می شوند.

· تامین کننده حرکت دورانی:
برخی از ماشینهایی که به تراکتور وصل می شوند خود دارای قسمت های متحرک داخلی هستند که برای تامین نیروی مورد نیاز آنها به تراکتور متکی می باشند. مثل: کمباین های کششی، دروگرها و چاپرها.

· راه اندازی ماشینهای ثابت:
گاهی برای تامین توان مورد نیاز ماشینهای ثابت از قبیل آسیابها، پمپ های آبیاری، ژنراتورهای برق، خرمنکوب ها و غیره از تراکتور استفاده می شود.

· استفاده به عنوان بیل مکانیکی یا جرثقیل:
چنانچه تجهیزات لازم به یک تراکتور اضافه شود، می تواند به عنوان بیل مکانیکی یا جرثقیل از آن استفاده شود.

نقش تراکتور در زندگی ما

با توجه به توضیحات مذکور و گستردگی دامنه فعالیت تراکتورها کمیت و گستردگی کاربرد و تأثیر آنها بر زندگی بشر قابل تصور است. بگونه ای که می توان گفت چنانچه از این وسیله استفاده نشود تعداد بسیار زیادی از مردم کره زمین به علت نداشتن غذا جان خواهند سپرد.

نگاه اجمالی

تراکتور مهم ترین وسیله کمکی در زراعت مکانیزه محسوب می شود که از لحاظ سرعت و از لحاظ تحرک، قدرت و حمل ادوات و ماشینهای مختلف بر حیوانات کشنده ارجعیت دارد و شرط اولیه تقلیل و تسهیل کار بدنی است. به طور کلی وظیفه تامین قدرت در مزرعه به علت سختی کارهای زراعی و نیز دراز مدت بودن آنها از عهده انسان و حیوان خارج است و در این زمینه تنها تراکتور است که باعث انجام کارهای کشاورزی در مقیاس گسترده می گردد.

تراکتور بر خلاف ماشینهای صنعتی، یک ماشین متحرک است. که به وسیله انسان هدایت می گردد و در حین همین حرکت نیز کار انجام می دهد. معمول ترین انواع تراکتورها عبارتند از: تراکتور بخار که در آن یک موتور احتراق خارجی (موتور بخار) تولید قدرت می کند. و تراکتورهای احتراق داخلی که معمولا احتراق داخلی که معمولا با بنزین و یا گازوئیل کار می کنند.

تراکتور بخار

اختراع و توسعه موتور بخار یکصد سال قبل از اختراع موتور احتراق داخلی صورت گرفت (موتور بخار در سال 1769 میلادی توسط جیمز وات اختراع شد.) نتیجتا قدیمی ترین نوع شناخته شده تراکتورها از نوع بخار بوده اند. این تراکتورها برای اولین بار جهت بکارانداختن خرمنکوب ها در کشور آمریکا و در اواخر قرن نوزدهم مورد استفاده قرار گرفتند.

از خصوصیات خودرو بودن این تراکتورها عمدتا برای رفتن از یک خرمن به خرمن دیگر استفاده می گردید. و فقط جهت انجام کارهای ساکن از آنها استفاده می شد. بعدها با به وجود آمدن مزارع بزرگ گندم در غرب و شمال غربی ایالات متحده تراکتورهای بخار تا حدودی جایگزین قدرت حیوانات شدند. از قدرت تراکتورهای بخار در انجام کارهایی نظیر شخم زدن، کشت بذر، و برداشت محصول استفاده می شد.

تراکتور بخار برای انجام کار در مزرعه دارای محدودیت هایی مخصوص به خود بود. بدین ترتیب که این تراکتور خیلی سنگین بود و به کندی حرکت می کرد، سوخت آن پرحجم بود و با اشکال مورد استفاده قرار می گرفت. و اشکال تامین آب دیگ بخار و سوخت مورد نیاز باعث می شد تا به مواظبت و توجه مداومی نیاز داشته باشد. به طوری که یک نفر مراقبت از تامین سوخت و آب را بر عهده می گرفت و نفر دوم متوجه طرز کار تراکتور بود و هدایت آن را بعهده داشت.

تراکتورهای بنزینی اولیه

بعضی از صاحبان کارخانجات که پیش بینی می کردند در آینده تقاضای بیشتری برای قدرت مکانیکی مناسب کار در مزرعه، به خصوص در بخشهای گندم خیز وجود خواهد داشت. ساخت تراکتورهای بنزینی را حتی قبل از پایان قرن نوزدهم آغاز کردند. در سال 1892 م یک تراکتور بنزینی به بازار عرضه گردید. همچنین بر اساس گزارشات در سال 1897 م در داکوتای شمالی در کشور آمریکا از یک تراکتور بنزینی استفاده شد.

اما در سال 1902 م یک نمونه تراکتور بنزینی به نام تراکتور هارت-پار به بازار عرضه گردید. این ماشینهای سنگین پر زحمت جلودار صنعت تراکتور به شکل امروزی بوده اند. این روند رو به رشد پس از سال 1905 حرکت خود را با آهنگی بسیار سریع ادامه داد.

این تراکتورهای اولیه معمولا شامل یک موتور تک سیلندر بزرگ بنزینی بودند که روی یک شاسی سنگین سوار می شد و شاسی به نوبه خود روی چهار چرخ قرار می گرفت (شاسی در اینجا به معنی مکانیزم نگهدارنده سایر لوازم است). دو چرخ عقب به وسیله یکسری چرخ دنده سنگین به میل لنگ موتور متصل شده و ماشین را خودرو می ساخت.

این تراکتورها مانند تراکتورهای بخار، سنگین، پرزحمت و قوی بودند و در حقیقت به نظر می رسید که صرفا به منظور جایگزینی تراکتورهای قبلی ساخته شده باشند. اما آنها دارای مزایایی نیز بودند. برای مثال جابجاکردن سوخت در آنها آسانتر بود، آب کتری را حمل می کردند و نیاز به توجه و صرف وقت کمتری در هنگام کار داشتند. به طوری که معمولا یک نفر به تنهایی قادر به کنترل بزرگ ترین نوع آنها بود.

تراکتورهای سبک

در حدود سال 1910 م طراحان توجه خود را به سمت امکان تولید تراکتور بنزینی کوچک تر که بتواند تقاضای زارعین غلات و دامداران را در تامین قدرت مکانیکی برآورده کند معطوف داشتند. نتیجتا در حدود سال های 1913 م مقداری تراکتور در بازار دیده می شد. که نسبتا سبک وزن بوده ولی از لحاظ ساختمان و شکل ظاهری بسیار متفاوت بودند. در بیشتر موارد این تراکتورها به موتورهای دو و یا چهارسیلندر مجهز بودند.

تا سال 1915 م زارعین با تعداد گوناگونی از انواع مدل ها و اندازه ها حیرت انگیز تراکتور مواجه شدند. از تراکتورهای غول پیکر تک سیلندر یا دو سیلندر چهارچرخ گرفته تا یک اتصال تراکتوری برای اتومبیل های کوچک، رقابت بسیار داغ شده بود و بسیاری از ماشینهای عجیب و غریب به فروش رسیدند که برخی از آنها با شکست مواجه شدند و برخی دیگر موفقیت آمیز بودند.

دوره تراکتورهای عجیب و غریب کوتاه بود. به طوری که تا سال 1917 بسیاری از آنها از بازار ناپدید شده و طراحان دور اندیش دریافتند که در طراحی تراکتور اساس و واجبات مشخصی وجود دارد که می بایست به آنها توجه کرد.