درودگر گندم : بررسی جامع اصول عملکرد اجزا کاربردها و فناوری های نوین

تامین غذای جمعیت رو به رشد جهان نیازمند برداشت مکانیزه و کارآمد محصولات کشاورزی است که امروزه برند معتبر هامین کشت این فراهم سازی را تامین کرده و در این میان درودگر گندم نقشی حیاتی ایفا می کند. این ماشین پیچیده فرآیند زمان بر و پرزحمت برداشت دستی گندم را به عملیاتی سریع خودکار و با راندمان بالا تبدیل کرده است البته بایستی به ساد داشته باشید که قبل از این فرایند ها به فکر تامین و خرید تریلی تراکتور باشید. در این مقاله فنی و آموزشی به بررسی عمیق درودگر گندم می پردازیم و اصول عملکرد اجزای اصلی آن را بر اساس مبانی علمی و مهندسی تشریح می کنیم. هدف از این بررسی ارائه درکی جامع از عملکرد این ماشین مهم کشاورزی معرفی فناوری های نوین به کاررفته در آن و شناسایی چالش ها و فرصت های پیش روی توسعه آن است.

تعریف و عملکرد فنی درودگر گندم

درودگر گندم که به نام کمباین نیز شناخته می شود یک ماشین کشاورزی پیچیده است که برای برداشت مکانیزه گندم و سایر غلات مشابه طراحی شده است. عملکرد اصلی درودگر گندم انجام همزمان چندین فرآیند کلیدی است که در برداشت سنتی گندم به صورت مجزا انجام می شدند. این فرآیندها عبارتند از :

• درو : برش ساقه های گندم از سطح زمین.
• کوبیدن : جدا کردن دانه های گندم از خوشه و ساقه.
• جداسازی : جدا کردن دانه های گندم از کاه کلش و سایر مواد زائد.
• تمیز کردن : پاکسازی دانه های گندم از بقایای ریز کاه و گرد و غبار.
• انتقال و ذخیره سازی : انتقال دانه های تمیز شده به مخزن ذخیره در خود درودگر.
• مدیریت بقایا : خرد کردن و پخش کاه و کلش باقی مانده در مزرعه یا جمع آوری آن ها برای مصارف دیگر.

درودگر گندم با انجام این فرآیندها به صورت پیوسته و خودکار راندمان و سرعت برداشت را به طور چشمگیری افزایش می دهد و هزینه های نیروی انسانی و زمان را کاهش می دهد. این ماشین آلات نقش اساسی در مکانیزاسیون کشاورزی و تامین امنیت غذایی جوامع بشری ایفا می کنند.

اجزای اصلی درودگر گندم و اصول کارکرد آن ها

درودگر گندم از اجزای اصلی متعددی تشکیل شده است که هر یک وظیفه خاصی را در فرآیند برداشت بر عهده دارند. درک اصول کارکرد این اجزا برای بهره برداری صحیح نگهداری و بهینه سازی عملکرد درودگر ضروری است. در ادامه به بررسی اجزای اصلی و اصول کارکرد آن ها می پردازیم :

۱. سر جدا کن (Reel)

سر جدا کن اولین جزء درودگر است که وظیفه هدایت ساقه های گندم به سمت سیستم برش را بر عهده دارد. این بخش معمولاً شامل یک استوانه افقی با انگشتی های فلزی یا پلاستیکی است که به صورت دورانی حرکت می کنند.

• اصول کارکرد : حرکت دورانی سر جدا کن باعث خم کردن ساقه های گندم به سمت عقب و هدایت آن ها به سمت تیغه های برش می شود. سرعت دورانی سر جدا کن باید با سرعت پیشروی درودگر و ارتفاع محصول تنظیم شود تا از ریزش دانه و درهم پیچیدگی ساقه ها جلوگیری شود. طراحی سر جدا کن بر اساس اصول دینامیک سیالات و مکانیک مواد انجام می شود تا بتواند ساقه ها را به طور موثر هدایت کند و در عین حال کمترین آسیب را به محصول وارد نماید.

۲. سیستم برش (Cutter Bar)

سیستم برش وظیفه قطع ساقه های گندم را بر عهده دارد. دو نوع رایج سیستم برش در درودگرهای گندم عبارتند از :

• سیستم برش رفت و برگشتی (Reciprocating Cutter Bar) : این سیستم از تیغه های مثلثی شکل متحرک و ثابت تشکیل شده است که با حرکت رفت و برگشتی تیغه های متحرک ساقه ها را برش می دهند.
• سیستم برش دورانی (Rotary Cutter Bar) : این سیستم از دیسک های دوار با تیغه های تیز تشکیل شده است که با سرعت بالا می چرخند و ساقه ها را برش می دهند.
• اصول کارکرد : سیستم برش رفت و برگشتی بر اساس اصل برش برشی عمل می کند در حالی که سیستم برش دورانی بر اساس اصل برش چرخشی عمل می کند. انتخاب نوع سیستم برش به عواملی مانند نوع محصول شرایط مزرعه و سرعت برداشت بستگی دارد. طراحی سیستم برش باید بر اساس اصول مکانیک شکست و مهندسی مواد انجام شود تا تیغه ها از مقاومت و طول عمر کافی برخوردار باشند و بتوانند ساقه ها را به طور تمیز و کارآمد برش دهند.

۳. کانوایر (Conveyor)

کانوایر وظیفه انتقال محصول بریده شده از سیستم برش به سیستم کوبنده را بر عهده دارد. انواع مختلفی از کانوایرها در درودگرهای گندم استفاده می شوند از جمله :

• کانوایر زنجیری (Chain Conveyor) : از زنجیرهای متصل به تسمه ها یا میله های حامل محصول تشکیل شده است.
• کانوایر تسمه ای (Belt Conveyor) : از تسمه های لاستیکی یا پارچه ای تشکیل شده است که محصول را بر روی خود حمل می کنند.
• کانوایر پیچی (Auger Conveyor) : از یک مارپیچ فلزی تشکیل شده است که با چرخش خود محصول را به جلو هدایت می کند.
• اصول کارکرد : کانوایرها بر اساس اصول مکانیک جامدات و دینامیک مواد عمل می کنند. طراحی کانوایر باید به گونه ای باشد که بتواند حجم بالای محصول را به طور مداوم و بدون ایجاد انسداد یا ریزش به سیستم کوبنده منتقل کند. سرعت و ظرفیت کانوایر باید با ظرفیت سیستم برش و کوبنده هماهنگ باشد.

۴. سیستم کوبنده (Threshing System)

سیستم کوبنده قلب تپنده درودگر است و وظیفه اصلی جدا کردن دانه های گندم از خوشه و ساقه را بر عهده دارد. دو نوع اصلی سیستم کوبنده در درودگرهای گندم استفاده می شوند :

• سیستم کوبنده استوانه ای (Cylinder Threshing System) : این سیستم از یک استوانه دوار با دندانه ها یا میله های کوبنده و یک مقعر ثابت تشکیل شده است. محصول بین استوانه و مقعر عبور می کند و در اثر ضربه و اصطکاک دانه ها از خوشه جدا می شوند.
• سیستم کوبنده روتوری (Rotor Threshing System) : این سیستم از یک یا چند روتور دوار با دندانه ها یا میله های کوبنده و یک پوسته استوانه ای تشکیل شده است. محصول در امتداد روتور حرکت می کند و در اثر نیروی گریز از مرکز و ضربه دانه ها از خوشه جدا می شوند.
• اصول کارکرد : سیستم های کوبنده بر اساس اصول ضربه زنی و اصطکاک عمل می کنند. طراحی سیستم کوبنده باید به گونه ای باشد که بتواند دانه ها را به طور موثر از خوشه جدا کند و در عین حال کمترین آسیب را به دانه ها وارد نماید و میزان ضایعات دانه را به حداقل برساند. تنظیمات سیستم کوبنده مانند سرعت استوانه/روتور فاصله بین استوانه/روتور و مقعر/پوسته و نوع دندانه ها/میله های کوبنده باید بر اساس نوع محصول رطوبت و شرایط برداشت تنظیم شود. تحقیقات گسترده ای در زمینه بهینه سازی سیستم های کوبنده بر اساس اصول مکانیک سیالات (برای جریان مواد در سیستم) و مهندسی کشاورزی انجام شده است تا راندمان جداسازی دانه ها و کیفیت محصول نهایی بهبود یابد.

۵. سیستم جداسازی (Separation System)

سیستم جداسازی وظیفه جدا کردن دانه های آزاد شده از کاه کلش و سایر مواد زائد را بر عهده دارد. دو نوع اصلی سیستم جداسازی در درودگرهای گندم استفاده می شوند :

• جداسازی با کاه پران (Straw Walker Separation) : این سیستم از چندین کاه پران لرزان تشکیل شده است که مواد کوبیده شده را به عقب منتقل می کنند. دانه های آزاد شده از طریق منافذ کاه پران ها به پایین می ریزند در حالی که کاه و کلش به انتهای کاه پران ها منتقل می شوند.
• جداسازی روتوری (Rotor Separation) : در این سیستم از یک یا چند روتور اضافی برای جداسازی بیشتر دانه ها از مواد زائد استفاده می شود. روتورها با ایجاد نیروی گریز از مرکز دانه ها را از مواد سبک تر جدا می کنند.
• اصول کارکرد : سیستم های جداسازی بر اساس اصول گرانش و نیروی گریز از مرکز عمل می کنند. طراحی سیستم جداسازی باید به گونه ای باشد که بتواند حداکثر مقدار دانه را از مواد زائد جدا کند و در عین حال کمترین مقدار دانه را به همراه کاه و کلش از دست بدهد. راندمان جداسازی به عواملی مانند نوع سیستم جداسازی سرعت حرکت مواد اندازه و شکل منافذ کاه پران ها و تنظیمات روتورها بستگی دارد.

۶. سیستم تمیز کننده (Cleaning System)

سیستم تمیز کننده وظیفه پاکسازی نهایی دانه های گندم از بقایای ریز کاه کلش گرد و غبار و سایر مواد خارجی را بر عهده دارد. این سیستم معمولاً از دو یا چند غربال لرزان و یک جریان هوا تشکیل شده است.

• اصول کارکرد : سیستم تمیز کننده بر اساس اصول جداسازی بر اساس اندازه و جداسازی پنوماتیکی عمل می کند. غربال های لرزان با اندازه های مختلف منافذ مواد زائد بزرگ تر و کوچک تر از دانه را جدا می کنند. جریان هوا نیز مواد سبک تر مانند کاه ریز و گرد و غبار را از دانه ها جدا می کند. تنظیمات سیستم تمیز کننده مانند سرعت لرزش غربال ها سرعت جریان هوا و زاویه غربال ها باید بر اساس اندازه و وزن دانه و میزان آلودگی تنظیم شود تا دانه های تمیز و با کیفیت بالا به دست آید.

۷. سیستم انتقال دانه (Grain Handling System)

سیستم انتقال دانه وظیفه جمع آوری دانه های تمیز شده و انتقال آن ها به مخزن ذخیره درودگر را بر عهده دارد. این سیستم معمولاً شامل یک یا چند مارپیچ انتقال دانه (Grain Auger) و یک بالابر دانه (Grain Elevator) است.

• اصول کارکرد : مارپیچ انتقال دانه بر اساس اصل کانوایر پیچی عمل می کند و دانه ها را به صورت افقی یا مایل منتقل می کند. بالابر دانه نیز دانه ها را به صورت عمودی به مخزن ذخیره منتقل می کند. طراحی سیستم انتقال دانه باید به گونه ای باشد که بتواند حجم بالای دانه را به طور مداوم و بدون ایجاد آسیب به دانه ها به مخزن منتقل کند.

۸. سیستم مدیریت بقایا (Residue Management System)

سیستم مدیریت بقایا وظیفه مدیریت کاه و کلش باقی مانده پس از جداسازی دانه ها را بر عهده دارد. این سیستم می تواند شامل موارد زیر باشد :

• کاه کوب (Straw Chopper) : کاه و کلش را به قطعات کوچک تر خرد می کند.
• پخش کننده کاه (Straw Spreader) : کاه خرد شده را به طور یکنواخت در سطح مزرعه پخش می کند.
• سیستم جمع آوری کاه (Straw Baler or Stacker) : کاه را جمع آوری و بسته بندی می کند.
• اصول کارکرد : سیستم مدیریت بقایا بر اساس اصول خردایش و پخش مکانیکی عمل می کند. انتخاب نوع سیستم مدیریت بقایا به اهداف کشاورز و شرایط مزرعه بستگی دارد. خرد کردن و پخش یکنواخت کاه می تواند به بهبود کیفیت خاک و افزایش حاصلخیزی آن کمک کند در حالی که جمع آوری کاه می تواند برای مصارف دیگر مانند خوراک دام یا تولید انرژی استفاده شود.

۹. کابین راننده و سیستم کنترل (Operator Cab and Control System)

کابین راننده محیط کار اپراتور درودگر است و باید به گونه ای طراحی شود که راحتی ایمنی و دید مناسب را برای اپراتور فراهم کند. سیستم کنترل شامل اهرم ها پدال ها دکمه ها و نمایشگرهایی است که اپراتور از طریق آن ها عملکرد درودگر را کنترل و تنظیم می کند.

• اصول کارکرد : طراحی کابین راننده بر اساس اصول ارگونومی و مهندسی انسانی انجام می شود تا خستگی اپراتور کاهش یابد و ایمنی و بهره وری افزایش یابد. سیستم کنترل درودگرهای مدرن معمولاً از سیستم های هیدرولیکی الکتریکی و الکترونیکی پیشرفته استفاده می کنند و قابلیت های اتوماسیون و کنترل دقیق را فراهم می کنند.

۱۰. سیستم محرکه و انتقال قدرت (Drive System and Power Transmission)

سیستم محرکه وظیفه تامین نیروی مورد نیاز برای حرکت درودگر و عملکرد اجزای مختلف آن را بر عهده دارد. درودگرهای مدرن معمولاً از موتورهای دیزلی قدرتمند استفاده می کنند. سیستم انتقال قدرت وظیفه انتقال نیرو از موتور به چرخ ها سیستم برش سیستم کوبنده و سایر اجزا را بر عهده دارد. این سیستم معمولاً از ترکیبی از گیربکس های مکانیکی سیستم های هیدرولیکی و کوپلینگ های الکترومغناطیسی تشکیل شده است.

• اصول کارکرد : سیستم محرکه و انتقال قدرت بر اساس اصول مکانیک سیالات (هیدرولیک) و مکانیک جامدات (گیربکس ها و کوپلینگ ها) عمل می کند. طراحی این سیستم باید به گونه ای باشد که بتواند نیروی کافی را برای عملکرد درودگر در شرایط مختلف مزرعه فراهم کند و راندمان انتقال قدرت را به حداکثر برساند. در سال های اخیر توجه ویژه ای به بهبود راندمان سوخت و کاهش آلایندگی موتورهای درودگر شده است و استفاده از موتورهای هیبریدی و برقی در حال بررسی است.

کاربردهای صنعتی و مثال هایی از صنایع مختلف

درودگر گندم به طور گسترده در صنعت کشاورزی برای برداشت غلات مختلف از جمله گندم جو چاودار ذرت برنج و دانه های روغنی مانند کلزا و سویا استفاده می شود. کاربرد اصلی درودگر گندم مکانیزاسیون برداشت غلات در مزارع وسیع کشاورزی است. با این حال درودگرهای کوچکتر و تخصصی تر نیز برای کاربردهای خاص در صنایع دیگر توسعه یافته اند.

• صنعت بذر : درودگرهای تخصصی برای برداشت بذر غلات و دانه های روغنی با دقت بالا و کمترین آسیب به بذرها طراحی شده اند. این درودگرها از سیستم های کوبنده و تمیز کننده دقیق تر و ملایم تری استفاده می کنند.
• صنعت تحقیق و توسعه کشاورزی : درودگرهای کوچک و قابل حمل برای برداشت نمونه های آزمایشی غلات در مزارع تحقیقاتی و ایستگاه های اصلاح نباتات استفاده می شوند. این درودگرها قابلیت برداشت دقیق و کنترل شده نمونه های کوچک را فراهم می کنند.
• صنعت تولید علوفه : درودگرهایی برای برداشت علوفه دانه ای مانند جو و گندم علوفه ای توسعه یافته اند که علاوه بر برداشت دانه ساقه و برگ گیاه را نیز به عنوان علوفه جمع آوری می کنند.
• صنعت بیوانرژی : درودگرهایی برای برداشت بقایای گیاهی مانند کاه و کلش به منظور استفاده در تولید بیوانرژی توسعه یافته اند. این درودگرها قابلیت جمع آوری و بسته بندی بقایای گیاهی را به صورت انبوه دارند.

مثال های صنعتی :

• شرکت جان دیر (John Deere) : یکی از بزرگترین تولیدکنندگان درودگر گندم در جهان است که انواع مختلفی از درودگرها را برای مزارع کوچک و بزرگ تولید می کند. درودگرهای سری S جان دیر از جمله پیشرفته ترین درودگرهای موجود در بازار هستند که از فناوری های نوین مانند سیستم های GPS و اتوماسیون بهره می برند.
• شرکت کلاس (Claas) : شرکت آلمانی کلاس نیز یکی دیگر از تولیدکنندگان بزرگ درودگر گندم است که به نوآوری و کیفیت محصولات خود شهرت دارد. درودگرهای سری لکسون (Lexion) کلاس از جمله پرفروش ترین درودگرهای جهان هستند که از سیستم های روتوری پیشرفته و فناوری های هوشمند بهره می برند.
• شرکت کیس آی اچ (Case IH) : شرکت آمریکایی کیس آی اچ نیز طیف گسترده ای از درودگرهای گندم را تولید می کند. درودگرهای سری آکسل فلو (Axial-Flow) کیس آی اچ به دلیل سیستم روتوری محوری قدرتمند و راندمان بالای برداشت شناخته می شوند.

بررسی استانداردهای بین المللی و فناوری های پیشرفته مرتبط

صنعت درودگر گندم تحت تاثیر استانداردهای بین المللی و فناوری های پیشرفته روز به روز در حال تکامل است. این استانداردها و فناوری ها به منظور بهبود ایمنی کارایی کیفیت برداشت و کاهش اثرات زیست محیطی درودگرها تدوین و به کار گرفته می شوند.

استانداردهای بین المللی :

• استاندارد ISO ۶۶۸۹–۱ : این استاندارد به ایمنی درودگرهای کمباین و درودگرهای علوفه اختصاص دارد و الزامات ایمنی برای طراحی ساخت و آزمایش این ماشین آلات را مشخص می کند.
• استاندارد ISO ۵۷۰۰ : این استاندارد به ایمنی ماشین آلات کشاورزی و جنگلداری اختصاص دارد و اصول کلی ایمنی برای طراحی و استفاده از این ماشین آلات را ارائه می دهد.
• استاندارد ASAE S۳۹۰.۴ : این استاندارد توسط انجمن مهندسین کشاورزی و زیستی آمریکا (ASABE) تدوین شده است و روش های تست عملکرد درودگرهای کمباین را مشخص می کند.

فناوری های پیشرفته :

• کشاورزی دقیق (Precision Agriculture) : استفاده از فناوری های GPS GIS سنسورها و سیستم های کنترل هوشمند برای بهینه سازی عملیات برداشت و کاهش ضایعات.
• سیستم های هدایت خودکار (Auto-Guidance Systems) : استفاده از GPS و سیستم های بینایی ماشین برای هدایت خودکار درودگر در مزرعه و کاهش خستگی اپراتور.
• مانیتورینگ عملکرد و مدیریت داده ها (Performance Monitoring and Data Management) : استفاده از سنسورها و سیستم های جمع آوری داده ها برای مانیتورینگ عملکرد درودگر در زمان واقعی و جمع آوری داده های برداشت برای تجزیه و تحلیل و بهبود عملکرد.
• اتوماسیون و رباتیک (Automation and Robotics) : توسعه درودگرهای خودران و رباتیک که قادر به انجام عملیات برداشت بدون نیاز به اپراتور انسانی هستند.
• سنسورهای تشخیص کیفیت دانه (Grain Quality Sensors) : استفاده از سنسورهای نوری و الکترونیکی برای تشخیص کیفیت دانه در زمان برداشت و تنظیم خودکار سیستم تمیز کننده برای بهبود کیفیت محصول نهایی.
• موتورهای کم مصرف و آلایندگی پایین (Fuel-Efficient and Low-Emission Engines) : استفاده از موتورهای دیزلی پیشرفته با راندمان بالا و آلایندگی پایین و همچنین توسعه موتورهای هیبریدی و برقی برای کاهش مصرف سوخت و اثرات زیست محیطی.
• مواد و طراحی های نوین (Advanced Materials and Designs) : استفاده از مواد سبک و مقاوم و طراحی های بهینه شده برای کاهش وزن درودگر افزایش راندمان و کاهش استهلاک.

https://www.deere.com.au/en/harvesting/combine-harvesters