طراحی، ساخت و ارزیابی سامانه سنجش مکانی عمق زیرشکن در مزارع نیشکر

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

• نعیم لویمی ¹
• آذرخش عزیزی ¹
• علی کعب ^{2، 3}
• عادل نیسی ^{4، 5}

¹ بخش تحقیقات فنی و مهندسی کشاورزی، مرکز تحقیقات و آموزش کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، سازمان تحقیقات، آموزش و ترویج کشاورزی، اهواز، ایران

² گروه مهندسی ماشین‌های کشاورزی، دانشکده کشاورزی، دانشکدگان کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه تهران، کرج، ایران

³ کارشناس مکانیزاسیون و سنجش از دور، کشت و صنعت امام خمینی (ره)، اهواز، ایران

⁴ گروه خاکشناسی، دانشگاه شهید چمران اهواز، اهواز، ایران

⁵ رئیس اداره آب و خاک و هواشناسی، کشت و صنعت امام خمینی (ره)، اهواز، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2024.87809.1242

چکیده

زیرشکنی لایه زیرین خاک با توجه به رفت و آمد ماشین‌های کشاورزی و خصوصاً در شرایط بافت سنگین و فشردگی زیاد خاک، برای بسیاری محصولات خصوصاً نیشکر بسیار حیاتی است. در این تحقیق اقدام به طراحی، ساخت و ارزیابی سامانه سنجش عمق بر روی زیرشکن متصل به بولدوزر در مزارع نیشکر گردید. برای ارزیابی عمق سامانه از قالب طرح بلوک‌های کامل تصادفی به روش کرت‌های یک بار خردشده استفاده گردید. کرت‌های اصلی در سه سطح روش‌های عمق‌سنجی بر مبنای زوایای شاسی‌های محرک شاخه‌های زیرشکن، فاصله‌سنج لیزری و فاصله‌سنج فراصوتی و کرت‌های فرعی در سه سطح عمق 30-0 (سطحی)، 60-30 (میانی) و 90-60 (عمیق) سانتی‌متری بودند. نتایج نشان داد که تمام شاخص‌های آماری خطای عمق در اثر نوع روش عمق‌سنجی معنی‌دار بود و کمترین و بیشترین میانگین خطای عمق به‌ترتیب با 1.91 سانتی‌متر در روش زوایا و 3.83 سانتی‌متر در روش فراصوتی به‌دست آمد. همچنین تمام شاخص‌های آماری خطای عمق در اثر دامنه‌های عمق معنی‌دار بود و کمترین و بیشترین میانگین خطای عمق به‌ترتیب با 2.33 سانتی‌متر در دامنه عمیق و 3.65 سانتی‌متر در دامنه سطحی به‌دست آمد. همچنین فقط شاخص‌های آماری حداقل و حداکثر خطا در اثر متقابل دو عامل معنی‌دار بودند و کمترین و بیشترین مقادیر حداقل خطا به‌ترتیب به روش زوایا و دامنه عمیق با 0.05 و روش فراصوتی و دامنه سطحی با 0.34 سانتی‌متر تعلق داشت در حالی‌که کمترین و بیشترین مقادیر حداکثر خطا به‌ترتیب به روش زوایا و دامنه عمیق با 3.21 و روش فراصوتی و دامنه سطحی با 8.63 سانتی‌متر تعلق داشت.

کلیدواژه‌ها

• پایش عمق
• حسگر زاویه
• فاصله‌سنج لیزری
• فاصله‌سنج فراصوتی
• کشاورزی دقیق

موضوعات

• طراحی و ساخت

©2025 The author(s). This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0).

مراجع

1. Ahmadizadeh, M., & Charaghi, Sh. (2017). Design and construction of depth measurement system and measurement of shear strength in sub-soiling operations and the importance of its application in monitoring the depth control of sub-soil. 4^th international conference on agricultural and environmental engineering with sustainable development approach, Shiraz. (in Persian).
2. Al-Adawi, S. S., & Reeder, R. C. (1996). Compaction and subsoiling effects on corn and soybean yield and soil physical properties. ASAE, 39(5), 1641-1649. https://doi.org/10.13031/2013.27680
3. Alimardani, R., Shahrbanunjad, M., & Borghee, A. (1998). Designing and construction a system for measuring the working depth of different plows. Iranian Journal of Agricultural Sciences, 29(1), 19-26. (in Persian).
4. Anonymous. (2021). Agricultural crop cultivation model program. Agricultural Research, Education and Extension Organization, Ministry of Jihad Agriculture. (in Persian).
5. Anonymous. (2023). Sugarcane production technology in Iran. Guidelines for the production of agricultural products. Ministry of Jihad Agriculture. (in Persian).
6. Bonaiuto, V., & Zanela, A. (2022). Improvement of the Sensor Capability of the NAO Robot by the Integration of a Laser Rangefinder. Applied System Innovation, 5(6), 105. https://doi.org/10.3390/asi5060105
7. Carullo, A., & Parvis, M. (2001). An ultrasonic sensor for distance measurement in automotive applications. IEEE Sensors Journal, 1(2), 143. https://doi.org/10.1109/JSEN.2001.936931
8. Cassel, D. K., & Edwards, E. C. (1985). Effects of subsoiling and irrigation on corn production. Soil Science Society of America Journal, 49(4), 996-1001. https://doi.org/10.2136/sssaj1985.03615995004900040041x
9. Cheong, L. R. N., Kwong, K. F. K., & Preez, C. C. D. (2009). Soil compaction under sugarcane cropping and mechanization in Mauritius. South African Journal of Plant and Soil, 26, 199-205. https://doi.org/1080/02571862.2009.10639955
10. Fallahikoshali, E., Aghkhani, M., & Bayati, M. (2015). Design, construction and evaluation of the automatic depth control device for tillage tools. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 46(2), 117-123. (in Persian). https://doi.org/10.22059/ijbse.2015.55669
11. Kaab, A., Sharifi, M., & Mobli, H. (2019). Analysis and optimization of energy consumption and greenhouse gas emissions in sugarcane production using data envelopment analysis. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 50(1), 19-30. (in Persian). https://doi.org/10.22059/ijbse.2018.251593.665035
12. Kiani, S., Kamgar, S. T., & Raoufat, M. (2010). Automatic on-line depth control of seeding units using a non-contacting ultrasonic sensor. International Journal of Natural and Engineering Sciences, 6(2), 39-42.
13. Lou, S., He, J., Lu, C., Liu, P., Li, H., & Zhang, Z. (2021). A Tillage Depth Monitoring and Control System for the Independent Adjustment of Each Subsoiling Shovel. Actuators, 10, 250. https://doi.org/10.3390/act10100250
14. Mahohi, A., & Khatinzadeh, H. (2021). Evaluation of the depth of subsoilering of sugarcane crop on some soil and plant indicators. Applied Soil Research, 9(3), 134-146. (in Persian).
15. Mansourirad, D. (1993). Tractors and agricultural machines. Bouali Sina Publications. (in Persian).
16. Mckyes, E., Nego, S., Douglas, F., Taylor, F., & Raghavan, G. S. U. (1979). The effect of machinery traffic and tillage on the physical properties of clay and on yield of silage corn. Journal of Agricultural Engineering Research, 24, 143- 148. https://doi.org/10.1016/0021-8634(79)90048-9
17. Moradinejad, N. (2017). Designing and implementing the electro-hydraulic tension adjustment system for the Massey Ferguson tractor using a new electronic control valve. International Journal of Biosystems Engineering, 48(1), 155-163. (in Persian). https://doi.org/10.22059/ijbse.2017.61575
18. Naseri, H., Gholamiparshekuhi, M., Ranjbar, I., & Mohammad Zamani, D. (2022). Evaluation of the effect of reduced and conventional tillage methods on machine performance parameters, soil properties and quantitative and qualitative efficiency of sugarcane. Agricultural Mechanization and Systems Research, 80(22), 17-32. (in Persian). https://doi.org/10.22092/amsr.2021.353026.1373
19. Ngunjiri, G. A., Siemens, A., & Haghani, K. (1995). Energy elevation and economic analysis of canola production in Iran a case study: Mazandaran province. International Journal of Environmental Sciences, 1, 236- 243.
20. Pankhurst, C. E., Magarey, R. C., Sirling, G. R., Blair, B. L., Bell M. J., & Garside, A. L. (2003). Management practices to improve soil health and reduce the effects of detrimental soil biota associated with yield decline of sugarcane in Queensland, Australia. Soil and Tillage Research, 72, 125-137. https://doi.org/10.1016/S0167-1987(03)00083-7
21. Sharif-Nasab, H., Heydari, A., Mehdi-Niya, H., Sadegh Nejad, R., & Shahrbanunjad, M. (2014). Investigating and determining the effect of using deep tillage tools on physical and chemical properties of soil and wheat yield. Research report of Agricultural Engineering and Technical Research Institute. Agricultural Research, Education and Extension Organization. (in Persian).
22. Slowinska–Jurkiewicz, A. (1994). Change in structure and physical properties of soil during spring tillage operations. Soil and Tillage Research, 29, 397-407. https://doi.org/10.1016/0167-1987(94)90111-2
23. Solhjo, A., Dehghanian, S. A., Sepaskhah, A., & Niromand Jahormi, J. (2006). The effect of subsoiler and round irrigation on soil physical properties and sugar beet yield. Agricultural Engineering Research, 6(25), 131-144. (in Persian).
24. Taheri, G. A., Asakereh, A., & Haghani, K. (2010). Energy elevation and economic analysis of canola production in Iran a case study: Mazandaran province. International Journal of Environmental Sciences, 1, 236- 243.
25. Torres, J. L. R., Pereira, M. G., Cunha, M. A., Martins, M. E., & Vieira, D. M. S. (2013). Physicochemical properties of soil and biomass in sugarcane harvesting systems. Agricultural Science Magazine, 56, 311-318. https://doi.org/10.4322/rca.2013.047
26. Tu, Y., Song, Y., Liu, F., Zhou, Y., Li, T., Zhi, S., & Wang, Y. (2022). An accurate and stable extrinsic calibration for a camera and a 1D laser range finder. IEEE Sensors Journal, 22(10), 9832-9842. https://doi.org/10.1109/JSEN.2022.3166243
27. Wang, Y., Jing, H., Zhang, D., Cui, T., Zhong, X., & Yang, L. (2018). Development and performance evaluation of an electric-hydraulic control system for subsoiler with flexible tines. Computers and Electronics in Agriculture, 151, 249-257. https://doi.org/10.1016/j.compag.2018.06.027