پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

پژوهش‌های مکانیک ماشینهای کشاورزی

توسعه و ارزیابی مزرعه ‏ای یک حسگر نیوماتیکی افقی مجهز به چند نازل برای اندازه ‏گیری مقاومت مکانیکی خاک در حال حرکت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان
1 بخش فنی و مهندسی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان مرکزی، اراک، ایران
2 دانشکده مهندسی مکانیک، گروه طراحی کاربردی، دانشگاه صنعتی اراک
3 موسسه تحقیقات فنی ومهندسی کشاورزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اراک، ایران
4 بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی استان مرکزی، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی،
چکیده
فشردگی خاک‏های کشاورزی محدودیت اصلی رشد ریشه گیاهان است و منجر به کاهش عملکرد اکثر محصولات زراعی می‏شود. تراکم خاک ساختار خاک را تغییر می‏دهد و نفوذ آب و هوا را محدود می‏کند. نفوذسنج عمودی به شیوه‏ی رایج برای اندازه‏گیری مقاومت خاک استفاده می‏شود ولی بسیار وقت‏گیر، هزینه‌بر و طاقت‏فرساست که باعث ایجاد محدودیت استفاده از نفوذسنج‏های عمودی در پهنه‏بندی فشردگی خاک مزارع شده است. یکی از روش‌های معرفی شده در دهه گذشته روشی پیوسته و در حال حرکت برای تعیین لایة فشرده خاک است. هدف از این تحقیق، اندازه‏گیری مقاومت مکانیکی خاک در لایه‏های فشرده مختلف با استفاده از یک حسگر نیوماتیکی افقی چند نازلی در حال حرکت بود. در ابتدا تنش ایجاد شده بر روی تیغه حسگر محاسبه و سپس ساقه حسگر مورد نظر در محیط نرم‏افزار ANSYS مدل‏سازی و تحلیل تنش شد. پس از طراحی، سه نازل مخروطی در سه عمق متفاوت (15، 30 و 45 سانتی‏متر) برای تزریق جریان هوا به خاک بر روی حسگر نیوماتیکی نصب شد و مقاومت در برابر نفوذپذیری هوا به داخل خاک بوسیله سه فشارسنج اندازه‌گیری شد. نتایج این حسگر با نتایج نفوذسنج عمودی استاندارد در طول مسیر موردنظر در سه تکرار ارزیابی و مقایسه گردید. نتایج نشان داد که حسگر توانایی نشان دادن تغییرات مقاومت مکانیکی خاک را در عمق‏های مختلف حتی در مکان‏هایی که نفوذسنج عمودی امکان ورود در خاک را نداشت، دارد. رابطه معنی‏داری بین مقاومت به نفوذ هوا در خاک با مقاومت به نفوذ عمودی (R2=0.73) در عمق صفر تا 30 سانتی‏متر بدست آمد. مقدار مقاومت به نفوذ هوا در خاک با افزایش عمق افزایش یافت.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

Abbaspour-Gilandeh, Y., Khalilian, A., Reza, A., Alireza, K., & Sadati, S. H. (2005). Energy savings with variable-depth tillage. In Proceedings of the 27th Southern Conservation Tillage Systems Conference, Florence, South Carolina, USA, 27-29 June, 2005 (pp. 84-91). North Carolina Agricultural Research Service, North Carolina State University.
 
Adamchuk, V. I., Morgan, M. T., & Sumali, H. (2001). Application of a strain gauge array to estimate soil mechanical impedance on–the–go. Transactions of the ASAE, 44(6): 1377-1383.
 
Adamchuk, V. I., Skotnikov, A. V., Speichinger, J. D., & Kocher, M. F. (2003). Instrumentation system for variable depth tillage. In 2003 ASAE Annual Meeting (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
 
Adamchuk, V. I., Hummel, J. W., Morgan, M. T., & Upadhyaya, S. K. (2004). On-the-go soil sensors for precision agriculture. Computers and electronics in agriculture, 44(1): 71-91.
 
Alihamsyah, T., Humphries, E. G., & Bowers, C. G. (1990). A technique for horizontal measurement of soil mechanical impedance. Transactions of the ASAE, 33(1): 73-77.
 
Andrade, P., Rosa, U., Upadhyaya, S., Jenkins, B., Aguera, J., & Josiah, M. (1998). Soil profile force measurements using an instrumented tine. Paper No. 01-1060. In 2001 ASAE Annual Meeting (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
 
Andrade, P., Upadhyaya, S. K., Jenkins, B. M., & S Filho, A. G. (2002). Evaluation of the UC Davis compaction profile sensor. Paper No. 02-1185. In 2002 ASAE Annual Meeting (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
 
ASAE Standards, 49th ed., (2002). S313.2. Soil Cone Penetrometer. ASAE, St. Joseph, Michigan.
 
Campbell, D. J., & O'Sullivan, M. F. (1991). The cone penetrometer in relation to trafficability, compaction, and tillage. IN: Soil Analysis: Physical Methods. Marcel Dekker, Inc., New York, NY. 1991. p 399-429, 10 fig, 1 tab, 82 ref.
 
Canarache, A. (1991). Factors and indices regarding excessive compactness of agricultural soils. Soil and Tillage Research, 19(2-3): 145-164.
 
Clement, B. R. (2000). Development of a continuously measuring soil compaction sensor (Doctoral dissertation, The Ohio State University).
 
Chung, S. O., Sudduth, K. A., Plouffe, C., & Kitchen, N. R. (2004). Evaluation of an on-the-go soil strength profile sensor using soil bin and field data. Paper No. 041039. In 2004 ASAE Annual Meeting (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
 
Chung, S. O., Sudduth, K. A., & Hummel, J. W. (2003). On-the-go soil strength profile sensor using a load cell array. Paper No. 03-1071. In 2003 ASAE Annual Meeting (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
 
Clement, B. R., & Stombaugh, T. S. (2000). Continuously-measuring soil compaction sensor development. Continuously-measuring soil compaction sensor development., 1-15.
 
Gohari, M., & Hemmat, A. (2007). A tractor-mounted soil cone penetrometer for mapping spatial variability of soil strength. New Finding in Agriculture, 1(3(Spring 2007)): 233-240.
 
Gohari, M., Hemmat, A., & Afzal, A. (2010). Design, construction and evaluation of a variable-depth tillage implement equipped with a GPS. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 41(1).
 
Hemmat, A., Ahmadi, I., & Masoumi, A. (2007). Water infiltration and clod size distribution as influenced by ploughshare type, soil water content and ploughing depth. Biosystems engineering, 97(2): 257-266.
 
Hillel, D. (2003). Introduction to environmental soil physics: Fundamentals, applications, and environmental considerations. Elsevier.
 
Horn, R. (2002). Stress strain effects in structured unsaturated soils on coupled mechanical and hydraulic processes. In 17. World congress of soil science, Bangkok (Thailand): 14-21 Aug 2002.
 
Koostra, B. K., & Stombaugh, T. S. (2003). Development and evaluation of a sensor to continuously measure air permeability of soil. In 2003 ASAE Annual Meeting (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
 
Meselhy, A. A. (2020). Evaluation of locally made horizontal penetrometer to measure soil compaction under Egyptian conditions. Bioscience Research, 17(3): 2331-2357.
 
Mosaddeghi, M. R., Koolen, A. J., Hajabbasi, M. A., Hemmat, A., & Keller, T. (2007). Suitability of pre-compression stress as the real critical stress of unsaturated agricultural soils. Biosystems Engineering, 98(1): 90-101.
 
Owen, G. T., Drummond, H., Cobb, L., & Godwin, R. J. (1987). An instrumentation system for deep tillage research. Transactions of the ASAE, 30(6): 1578-1582.
 
Sakai, K., Upadhyaya, S. K., & Sime, M. (1992). Variability of a double ring infiltration test. Transactions of the ASAE, 35(4): 1221-1226.
 
Sharifi, Malvajerdi, A. S. (2004). Development of a soil compaction profile sensor (Doctoral dissertation, Cranfield University, UK).
 
Sharifi, A., & Mohsenimanesh, A. (2012). Soil mechanical resistance measurement by an unique multi-cone tips horizontal sensor. International Agrophysics, 26(1): 61-64.
 
Streeter, V. L., & Benjamin, W.E. (1962). Fluid Mechanics McGraw-Hill. Inc., New York, NY.
 
Tekeste, M. Z., Grift, T. E., & Raper, R. L. (2002). Acoustic compaction layer detection. Paper No. 02-1089. In 2002 ASAE Annual Meeting (p. 1). American Society of Agricultural and Biological Engineers.
 
Vernekar, S. R. (2015). Design and Development of Smart Soil Monitoring System Based on Embedded Technology (Doctoral dissertation, Goa University).
 
Verschoore, R., Pieters, J. G., Seps, T., Spriet, Y., & Vangeyte, J. (2003). Development of a sensor for continuous soil resistance measurement. Precision Agriculture. Wageningen Academic Publishers, Wageningen, The Netherlands, 689-695.