شماره مدرك
20809
شماره راهنما
2420 دكتري
پديد آورنده
لطيف التجار، سينا
عنوان
طراحي، ساخت و ارزيابي زيرشكن دو سطحكار براي خاكورزي عميق نواري مزارع نيشكر و برآورد نيروي كشش آن با مكانيك نيوتني
مقطع تحصيلي
دكتري
گرايش تحصيلي
طراحي ماشين هاي كشاورزي
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع
1404
صفحه شمار
چهارده، 106ص، مصور، جدول، نمودار
توصيفگر ها
خاك وري مرسوم , خاك ورزي نواري , كنترل تردد , سطح بهم خورده خاك , مقاومت ويژه , قوانين مكانيك خاك , مصرف انرژي
تاريخ ورود اطلاعات
1404/09/29
كتابنامه
كتابنامه
رشته تحصيلي
مهندسي بيوسيستم
دانشكده
مهندسي كشاورزي
تاريخ ويرايش اطلاعات
1404/09/30
كد ايرانداك
23187175
چكيده فارسي
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.
چكيده انگليسي
Sugarcane is considered one of the most important sugar-producing crops worldwide. The low cost of sugar extracted from canes, relative to the amount of calories it provides, has made it a fundamental source of energy for human being. In Khuzestan, due to the high compaction and density of the soils, the number of tillage operations applied in conventional land preparation ranging from a minimum of 10 to a maximum of 16 per year, depending on field conditions. In order to improve energy efficiency of tillage operations and reduce the number of tillage operations, the development of a strip deep tillage method in a controlled-traffic management system was considered in this research. The main objective of this study was to design, develop, and evaluate a combined machine for strip deep tillage in sugarcane fields. This implement was equipped with a dual sideway-share subsoiler in front, a winged subsoiler at the rear, and a disc harrow gang at the end. evaluated parameters were categorized into three main groups: soil properties (texture, bulk density, liquid limit, plastic limit, shrinkage limit, internal and external friction angles), tillage implement parameters (draft force, disturbed soil area, and specific draft), and energy consumption. The values of these parameters for the developed machine were compared with the values obtained for a conventional subsoiler which is used in soil deep tillage operation in the sugarcane fields. Additionally, a predictive model for the draft force requirement for the new tillage implement was developed using Newtonian mechanics laws and principles of classical soil mechanics. For the evaluation of dual sideway-share subsoiler, independent variables were rake angle (7.5° and 15°) and blade length (15 and 20 cm) of the share, while dependent variables were draft force, disturbed soil area, and specific draft. Experiments were arranged in a strip-plot design within a randomized complete block with four replications, conducted at a soil depth of 45 cm in two soils with different bulk densities. For the winged subsoiler evaluation, the independent variable was wing length (0, 15, 20, and 25 cm), and dependent variables were draft force, disturbed soil area, and specific draft. This experiment was also conducted in a strip-plot design within a randomized complete block with three replications, at a working depth of 70 cm in two soils with different bulk densities. After determining the optimal dual sideway-share and winged subsoilers configurations, the draft force, disturbed soil area, specific draft, and soil aggregate size distribution of both strip combined deep tillage implement and the conventional subsoiler used in the Khuzestan sugarcane industry were compared using a two-tailed t-test in a single soil texture. Also, the draft force requirement for the strip combined deep tillage implement was predicted using the developed model and the predicted results were compared with experimental data. Results showed that the dual sideway-share subsoiler with a rake angle of of 7.5° and a share length of 15 cm had the lowest specific draft. The winged subsoiler with a wing length of 20 cm exhibited the lowest specific draft while providing adequate volume of loosened soil for sugarcane root expansion. Comparison between conventional and strip deep tillage subsoiling revealed that the developed implement reduced the required draft force by 29%, increased the disturbed soil area by approximately 91%, and decreased specific draft by 33%. No significant differences were observed in soil aggregate size distribution between the two methods. Analysis of energy consumption indicated that strip deep subsoiling reduced direct energy by 57.2%, indirect energy by 88.9%, and total energy by 58.02% compared to conventional subsoiling. Moreover, the developed model for estimating draft force showed a maximum deviation of 9.22%, which is considered highly acceptable.
استاد راهنما
عباس همت , علي اسحق بيگي
استاد مشاور
محمود شميلي
استاد داور
امين اله معصومي , علي حاجي احمد , محمدرضا مصدقي