طراحي، ساخت و ارزيابي زيرشكن دو سطح‌كار براي خاك‌ورزي عميق نواري مزارع نيشكر و برآورد نيروي كشش آن با مكانيك نيوتني

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي بيوسيستم

دكتري

نيشكر يكي از مهم‌ترين گياهان قندي جهان محسوب مي‌شود و قيمت ارزان شكر حاصل از آن در مقايسه با مقدار كالري كه توليد مي‌كند، اين كالا را به منبعي اساسي در تأمين انرژي انسان مبدل نموده است. در خوزستان با توجه به فشردگي زياد خاك، تعداد تردد براي تهيه زمين نيشكر با توجه به شرايط مزرعه، حداقل 10 و حداكثر 16 تردد در سال است. با توجه به‌شدت عمليات خاك‌ورزي براي تهيه بستر نيشكر به نظر مي‌رسد كه بازنگري در ادوات و نيز روش خاك‌ورزي از اهميت زيادي برخوردار ‌است. هدف اصلي پژوهش حاضر، طراحي، ساخت و ارزيابي يك ماشين مركب براي خاك¬ورزي عميق نواري در مزارع نيشكر خوزستان است. اين دستگاه شامل دو شاخه زيرشكن كج تيغه دوطرفه در جلو ، يك شاخه زيرشكن باله¬دار در پشت آن و يك گروه ديسك كنگره اي در انتهاي قاب ابزار خاك¬ورز است. پارامترهاي مورد ارزيابي به سه دسته كلي پارامترهاي خاك (بافت، چگالي ظاهري، حد رواني، حد خميري، حد انقباض، زاوياي اصطكاك داخلي و خارجي) ، پارامترهاي ابزار خاك¬ورز (نيروي كشش، سطح بهم خورده خاك و مقاومت ويژه ابزار) و انرژي مصرفي عمليات دسته بندي مي¬شوند. مقادير اين پارامترها براي مقايسه ماشين توسعه داده شده با مقادير بدست آمده براي يك زيرشكن مرسوم كه در عمليات خاك¬ورزي عميق خاك در مزارع نيشكر استفاده شدند. همچنين مدلي براي پيش بيني نيروي كشش مورد نياز ماشين خاك¬ورز طراحي شده بر پايه قوانين مكانيك نيوتني و قوانين مكانيك خاك بدست آمد. براي ارزيابي زيرشكن كج تيغه دو طرفه، پارامترهاي مستقل شامل زاويه نفوذ (5/7 و 15 درجه) و طول تيغه (15 و 20 سانتي¬متر) و پارامترهاي وابسته شامل نيروي كشش، سطح بهم خورده خاك و مقاومت ويژه ابزار خاك¬ورز به صورت طرح كرت¬هاي خرد شده در قالب بلوك-هاي كامل تصادفي در 4 تكرار در عمق كار 45 سانتي¬متري و در دو خاك با چگالي ظاهري متفاوت بود. براي ارزيابي زيرشكن باله¬دار، پارامترمستقل شامل طول باله ( صفر، 15، 20 و 25 سانتي¬متر) و پارامترهاي وابسته شامل نيروي كشش، سطح بهم خورده خاك و مقاومت ويژه ابزار خاك¬ورز به صورت كرت¬هاي خرد شده در قالب بلوك¬هاي كامل تصادفي در 3 تكرار در عمق كار 70 سانتي¬متري در دو خاك با چگالي ظاهري متفاوت انجام شد. در پايان پس از تعيين بهترين زيرشكن كج تيغه دو طرفه و زيرشكن باله¬دار، خاك¬ورز نواري نيشكر با زيرشكن مرسوم در صنعت نيشكر خوزستان در قالب آزمون t دوطرفه در يك بافت خاك از نظر نيروي كشش، سطح بهم خورده خاك، مقاومت ويژه ابزار و دانه بندي خاك مورد ارزيابي قرار گرفتند. همچنين با توجه به اينكه ماشين طراحي شده خاك¬ورزي نواري انجام مي دهد، عملكرد آن با شيوه مرسوم خاك¬ورزي عميق در مزرعه مقايسه شد. بنابراين، اين دو روش خاك¬ورزي از نظر ميزان انرژي مصرفي براي تعيين بهترين روش خاك¬ورزي مورد ارزيابي قرار گرفتند. نتايج حاصل از ارزيابي¬ها بيان داشت كه زيرشكن كج تيغه دوطرفه با زاويه نفوذ 5/7 درجه و طول تيغه 15 سانتي¬متر داراي كمترين مقاومت ويژه بود. همچنين زيرشكن باله¬دار با باله به طول 20 سانتي¬متر داري كمترين مقاومت ويژه با در نظر گرفتن مساحت مورد نياز براي گسترش ريشه نيشكر بود. نتايج مقايسه زيرشكني به روش مرسوم با خاك¬ورزي عميق نواري بيان داشت كه استفاده از خاك ورز نواري نيروي كشش مورد نياز را به مقدار 29 درصد و مساحت سطح بهم خورده خاك را به مقدار تقريبي 91 درصد افزايش داده و در نهايت مقاومت ويژه خاك ورز را به مقدار 33 درصد كاهش داده است. همچين تفاوت معني¬داري بين دانه بندي خاك در هر دو روش خاك-ورزي مشاهده نشد. نتايج بررسي انرژي مصرفي در خاك¬ورزي به روش نواري در مقايسه با روش مرسوم بيان داشت كه استفاده از روش خاك¬ورزي نواري مقدار انرژي مستقيم را به مقدار 2/57 % ، مقدار انرژي غير مستقيم را به مقدار 9/88 % و انرژي كل را به مقدار 02/58 % كاهش داد. ارزيابي مدل توسعه داده شده براي برآورد نيروي كشش بيانگر حداكثر خطاي 22/9 % بود كه خطاي بسيار قابل قبولي است.

236492

طراحي ماشين هاي كشاورزي

مهندسي كشاورزي

دانشگاه صنعتي اصفهان