ارزیابی اثر رطوبت خاک و بسامد ارتعاش بر شاخص‌های عملکردی زیرشکن ارتعاشی الکتریکی

مقالات آماده انتشار

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

نواب کاظمی ¹

ابراهیم صیدی ¹

بهروز گودرزی ²

رسول معمار ¹

¹ گروه مهندسی ماشین‌های کشاورزی و مکانیزاسیون، دانشکده مهندسی زراعی و عمران روستایی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی خوزستان، ملاثانی، خوزستان، ایران

² مرکز توسعه مکانیزاسیون و صنایع کشاورزی وزارت جهاد کشاورزی، تهران، ایران

https://doi.org/10.22067/jam.2026.98183.1482

چکیده

عملیات زیرشکنی جزو سنگین‌ترین عملیات‌ خاک‌ورزی با مصرف انرژی زیاد است. ارتعاش ابزار خاک‏ورز، روشی موثر برای کاهش نیروی کششی است. هدف از این پژوهش مشخص نمودن بسامد بهینه در زیرشکن ارتعاش الکتریکی است، به نحوی‌که در مراحل بعدی باعث تغییر در روند مرسوم زیرشکنی و به‌کارگیری نتایج این پژوهش در عملیات مرسوم ‌زیرشکنی مزارع کشاورزی، به‌ویژه در اراضی شرکت توسعه نیشکر خوزستان شود. این پژوهش شامل نصب یک سامانه ارتعاش الکتریکی و سپس اجرای تیمارهایی با متغیرهای مستقل پژوهش شامل میزان بسامد برق ورودی الکتروموتور-ویبره که عامل لرزش تیغه زیرشکن می‌باشد، در 5 سطح (50، 40، 30، 20 و 0 هرتز) و محدوده رطوبتی خاک در دو سطح خشک ( 5.5 تا 8.5 درصد) و مرطوب (15تا 19 درصد) بود. نتایج نشان داد عامل رطوبت بر عمق کار زیرشکن اثر مثبت و بر عرض کار زیرشکن و سطح مقطع از هم گسیخته خاک اثر منفی دارد. میزان ارتعاش روی شاخص‌های عملکردی شامل عرض‌کار، عمق کار، سطح مقطع خاک به‌هم‌خورده و نیروی کششی ویژه در سطح 0.01 اثر معنی‌داری داشت. در شرایط رطوبت 7% و با ارتعاش 50 هرتز، بیشترین اثربخشی حاصل گردید یعنی عرض، عمق کار و سطح خاک به‌هم‌خورده افزایشی و نیروی کششی ویژه کاهشی بود. بیشترین نیروی کششی در کمترین بسامد و شرایط خاک خشک رخ داد. عملکرد سامانه ایجاد ارتعاش برقی، یک نوآوری برای مدیریت و کنترل ارتعاش توسط راننده با محدوده‌ای گسترده‌تر برای دسترسی به ارتعاش بهینه در خاک‌هایی با بافت متفاوت برای رسیدن به حداکثر کارایی تراکتور- خاک‌ورز شده و اعمال ارتعاش نرخ متغیر در راستای الکتریفیکاسیون و مستقل از پی‌تی‌او را میسر می‌کند.

کلیدواژه‌ها

الکتریفیکاسیون

بسامد بهینه

فشردگی خاک

نیروی کشش ویژه

موضوعات

• ماشین‌های کشاورزی و غیر جاده‌ای

---

Authors retain the copyright. This is an open access article distributed under Creative Commons Attribution 4.0 International License (CC BY 4.0)

مراجع

1.       Abbaspour-Gilandeh, Y., & Sedghi, R. (2015). Predicting soil fragmentation during tillage operation using fuzzy logic approach. Journal of Terramechanics, 57, 61-69. https://doi.org/10.1016/j.jterra.2014.12.002

2.       Abbaspour Gilandeh, Y., Ahani, M., Askari Asli Ardeh, E., Rasooli Sharabiani, V., & Sofalian, O. (2010). Design, fabrication and evaluation of a tractor-mounted soil cone penetrometer with multiple probes. Journal of Agricultural Engineering Research, 11(1), 19-34. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.26454531.1389.11.1.2.1

3.       Ahmadi, I. (2017). Evaluation of a chisel plow draft force and power estimation as based on the required mechanical laws. Iranian Journal of Biosystems Engineering (Iranian Journal of Agricultural Sciences), 47(4), 625-632. https://doi.org/10.22059/ijbse.2017.60256

4.       Al-Rajabo, S., Hilal, Y. Y., & Rajab, R. H. (2021). Investigation on the application of subsoiler vibration to reduce the energy requirement. In IOP Conference Series: Earth and Environmental Science (Vol. 653, No. 1, p. 012040). IOP Publishing. https://doi.org/10.1088/1755-1315/653/1/012040

5.       Ariz, A., & Safir Zadeh, S. (2021). Comparison of the efficiency of three types of subsoiler on the soil of sugar cane. Iranian Journal of Promotional Science Society of Sugarcane Technologists, 11(56), 31-39. [in Persian].

6.       Andekaeizadeh, K., Sheikhdavoodi, M. J., & Khorasani Fardavani, M. E. (2017). The selection of best tillage implements in terms of energy use efficiency using simple additive weighting methodology. Journal of Agricultural Machinery, 7(1), 37-47. [in Persian]. https://doi.org/10.22067/jam.v7i1.48464

7.       Bengough, A. G., McKenzie, B. M., Hallett, P. D., & Valentine, T. A. (2011). Root elongation, water stress, and mechanical impedance: a review of limiting stresses and beneficial root tip traits. Journal of Experimental Botany, 62(1), 59-68. https://doi.org/10.1093/jxb/erq350

8.       Croitoru, S., Vladut, V., Marin, E., Matache, M., & Dumitru, I. (2016). Determination of subsoiler's traction force influenced by different working depth and velocity. In Proceedings of the 15th International Scientific Conference “Engineering for Rural Development” (Vol. 15, pp. 817–825). Jelgava, Latvia.

9.       Friso, D. (2025). A study of forced vibrations with nonlinear springs and dry friction: Application to a mechanical oscillator with very large vibrating blades for soil cutting. Vibration, 8(1), 10. https://doi.org/10.3390/vibration8010010

10.   Ghasemi Abdoalmalaki, Y., Ghajar Sepanlou, M., & Bahmanyar, M. A. (2015). Effects of different methods of tillage on some physical characteristics of soil. Iranian Journal of Soil Research, 29(3), 309-320. [in Persian].  https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.22287124.1394.29.3.6.8

11.   Goudarzi, B., Kazemi, N., & Asoodar, M. A. (2021). Effect of rotary vibration by electric power, on tillage performance and efficiency of subsoiler. Agricultural Mechanization and Systems Research, 22(78), 19-38. https://amsr.areeo.ac.ir/article_123112.html

12.   Gowripathi Rao, N. R. N. V., Chaudhary, H., & Sharma, A. K. (2019). Optimal design and analysis of oscillatory mechanism for agricultural tillage operation. SN Applied Sciences, 1(9), 1003. https://doi.org/10.1007/s42452-019-1025-z

13.   Gunn, J. T., & Tramontini, V. N. (1955). Oscillation of tillage implements. Agricultural Engineering, 36(11), 725-729.

14.   Hamzeh Dost, M., Mirabzadeh, A., Zarei, S., & Haji Sharfi, H. (2016). Irrigation water volume delivery and flow rate measurement in sugarcane farms: Case study of Amir Kabir Sugarcane Production and Industry [Conference presentation]. 5th National Conference on Management of Irrigation and Drainage Networks and 3rd National Irrigation and Drainage Congress of Iran, Ahvaz, Iran. [in Persian].

15.   Hemmat, A., Sadegh Nejad, H., & Ali Moradi, R. (2000). Draft of vibrating-share subsoiler in vibrating and non-vibrating mods and its effect on soil physical properties. Iranian Journal of Agricultural Sciences, 31(1), 127-146. [in Persian]. https://jijas.ut.ac.ir/article_17189

16.   Kanyawi, N., & Shahgholi, G. (2018). Modeling the effect of different oscillation angles on the oscillatory tine performance using Discrete Element Method. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 49(2), 181-194. https://doi.org/10.22059/ijbse.2018.216690.664853

17.   Kazemi, N., & Jafari, S. (2024). Study of some Soil Physical Characteristics and Soil Compaction Using Accurate Measuring Machine and Optimizing Subsoiling Operations in Sugarcane Fields: A Precision Agriculture Approach. Journal of Agricultural Mechanization, 9(2), 1-15. [in Persian]. https://doi.org/10.22034/jam.2024.59356.1263

18.   Li, X., Fu, J., Zhang, D., Cui, T., & Zhang, R. (2012). Experiment analysis on traction resistance of vibration subsoiler. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 28(1), 32–36. https://doi.org/10.3969/j.issn.1002-6819.2012.01.007

19.   Mahohi, A., & Khatinzade, H. A. (2021). Evaluation of subsoiling depth of fields of ratoon cane on some soil and plant indices. Applied Soil Research, 9(3), 134-146. [in Persian].

20.   Osman, A. N., & Zhang, D. (2013). An oscillating and non-oscillating subsoiler shanks and their influence on traction resistance and soil properties. In 2013 Kansas City, Missouri, July 21-July 24, 2013. American Society of Agricultural and Biological Engineers. https://doi.org/10.13031/aim.20131602809

21.   Oyebode, O. O., Andoniaina, R. M., & Shoji, K. (2021). Draft reduction without increase in power requirement using a vertically oscillating model subsoiler. Journal of the Japanese Society of Agricultural Machinery and Food Engineers, 83(5), 361-368. https://doi.org/10.11357/jsamfe.83.5_361

22.   Raoufat, M. H., & Kazemi Najafabadi, M. (2007). Performance of a bentleg subsoiler with shallow tines in a clay soil. Journal of Agricultural Sciences and Techniques and Natural Resources (JWSS), 11(41), 117-129. [in Persian]. https://dor.isc.ac/dor/20.1001.1.24763594.1386.11.41.10.2

23.   Sasaki, C. M., de Moraes Gonçalves, J. L., & da Silva, Á. P. (2007). Ideal subsoiling moisture content of Latosols used in forest plantations. Forest Ecology and Management, 243(1), 75-82. https://doi.org/10.1016/j.foreco.2007.02.024

24.   Salahloo, M., Mohammadi Alasti, B., Mardani, A., & Abbasgholipour, M. (2021). Effect of forward speed, working depth and overlay parameters of cultivator tillage on power consumption and draft force. Iranian Journal of Biosystems Engineering, 51(4), 749-756. https://doi.org/10.22059/ijbse.2020.295901.665265

25.   Sivarajan, S., Maharlooei, M., Bajwa, S. G., & Nowatzki, J. (2018). Impact of soil compaction due to wheel traffic on corn and soybean growth, development and yield. Soil and Tillage Research, 175, 234-243. https://doi.org/10.1016/j.still.2017.09.001

26.   Soeharsono, P., & Setiawan, R. A. (2010). Analytical study of self-excited vibration on single degree of freedom vibratory-tillage. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 5(6), 61-66.

27.   Stoss, K. J., Sobotzik, J., Shi, B., & Kreis, E. R. (2013). Tractor power for implement operation—Mechanical, hydraulic, and electrical: An overview (ASABE Distinguished Lecture Series No. 37, pp. 1–25). St. Joseph, MI: American Society of Agricultural and Biological Engineers.

28.   Tahmasebi, M., Gohari, M., Sharifi Malvajerdi, A., & Hedayatipor, A. (2023). Development and field evaluation of a horizontal pneumatic sensor equipped with multiple nozzles for on-the-go soil mechanical strength measurement. Journal of Research in Mechanics of Agricultural Machinery, 12(2), 91-101. [in Persian].  https://doi.org/10.22034/jrmam.2023.14013.609

29.   Tang, M., Li, X., Zhang, D., & Wang, W. (2015). The effects of vibrating subsoiling on tractional resistance and soil properties. In 2015 ASABE Annual International Meeting (Paper No. 152188353). American Society of Agricultural and Biological Engineers. https://doi.org/10.13031/aim.20152188353

30.   Van der Linde, J. (2007). Discrete element modeling of a vibratory subsoiler (Master’s thesis, University of Stellenbosch). Stellenbosch, South Africa: University of Stellenbosch. http://hdl.handle.net/10019.1/2865

31.   Yang, P., Dong, W., Heinen, M., Qin, W., & Oenema, O. (2022). Soil compaction prevention, amelioration and alleviation measures are effective in mechanized and smallholder agriculture: A meta-analysis. Land, 11(5), 645. https://doi.org/10.3390/land11050645