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

عنوان مقاله [English]

Development and field evaluation of a horizontal pneumatic sensor equipped with multiple nozzles for on-the-go soil mechanical strength measurement

نویسندگان [English]

  • Mona Tahmasebi 1
  • mohammad gohari 2
  • Ahmad Sharifi Malvajerdi 3
  • abolfazl hedayatipor 4

1 Agricultural Engineering Research Department, Markazi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO),Arak, Iran

2 Faculty of Mechanical Engineering, Arak University of technology

3 - Agricultural Engineering Research Institute, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO), Karaj, Iran

4 Instructor, Agricultural Engineering Research Department, Markazi Agricultural and Natural Resources Research and Education Center, Agricultural Research, Education and Extension Organization (AREEO),Arak, Iran

چکیده [English]

The compaction of agricultural soils is the main limitation to crop roots, leading to reduced yields for most agronomic crops. Soil compaction alters soil structure and limits water and air infiltration. The vertical penetrometer is commonly used to measure soil resistance, but it is time-consuming, costly, and challenging, which has limited its use in soil compaction mapping in vast fields. One of the methods introduced in the last decades is a continuous and on-the-go system to determine the compacted soil layer. This study aimed to measure the mechanical strength of soil at different soil depths using an on-the-go horizontal pneumatic sensor designed and fabricated. The stress calculations for the tine were performed first, followed by a stress analysis of the proposed tine stem using ANSYS software. Then, three conical nozzles at three depths (15, 30, and 45cm) were installed on the pneumatic sensor tine to inject airflow into the soil, and three pressure gauges measured the resistance to air permeability into the soil. The sensor was tested and compared with the standard vertical penetrometer in three replications. The comparison results specified that the sensor could show different soil compactions at various depths, even where a vertical penetrometer could not penetrate the soil. There was a significant relationship between the mechanical strength of soil and vertical penetration resistance (R2=0.73) at depths of 0-30cm. The air permeability resistance in the soil increased with the soil depth.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Pneumatic sensor
  • Compacted soil layer
  • Soil resistance to air penetration
  • Air permeability
  • Vertical penetration resistance