فصل اول
مقدمه و اهداف
مقدمه
تراکم خاک به فرایندی گفته میشود که سبب افزایش چگالی ظاهری خاک شده و موجب کاهش حجم و پیوستگی منافذ، کاهش نفوذپذیری آبی و هوایی خاک، افزایش مقاومت مکانیکی خاک و تغییر در پیکره1 خاک میشود. تراکم خاک میتواند در اثر: 1) ویژگیهای ذاتی مربوط به پیدایش و تکامل خاک، 2) انقباض طبيعی در اثر خشکشدن، 3) آبياری سطحی که موجب بازشدن کلوخهها و خاکدانههای ناپايدار خاک شده و موقعيت ذرات را نسبت به يکديگر تغيير میدهد، 4) تحکيم بخشی موضعی و تراکم طبيعی و مجدد خاک در طول فصل زراعی و 5) عبور تراکتور و ساير ماشينهای کشاورزی روی و يا در خاک به ويژه در حالتی که مقاومت مکانیکی خاک به علت زيادبودن مقدار رطوبت خاک کم بوده و امکان صدمه به ساختمان خاک وجود دارد، ايجاد شود [].
وقتی خاک متراکم میشود، تغییراتی در خصوصیات فیزیکی و مکانیکی خاک، مثل ساختمان، حجم، اندازه و پیوستگی منافذ، قوام خاک (چسبندگی و دگر چسبی) به وجود میآید که نقش مهمی را در توسعه و رشد ریشه گیاهان بازی میکنند []. تراکم خاک باعث تخریب ساختمان خاک، کاهش نفوذ پذیری آب و هوا و بالاخره کاهش عملکرد زراعی میگردد. [].
تراکم خاک ایجاد شده در لایههای زیرین را میتوان با عملیات زیرشکنزنی (Subsoiling) اصلاح کرد []. شکافتن خاک متراکم شده توسط یک عمیقکار مرسوم (زیرشکن) در عمق مورد نظر، نیازمند نیروی کششی بالا وهمچنین باعث افزایش مصرف سوخت، افزایش استهلاک ابزار خاکورز وتولید کلوخههای بزرک میشود []. همچنین در صورتیکه ابزار خاکورز عمقی (زیرشکن) زیر عمق بحرانی (عمقی که در زیر آن خاک بهجای حرکت به بالا و کاهش در چگالی ظاهری آن، تمایل به حرکت به سمت جلو و کنارهها داشته و در نتیجه افزایش در حجم بههم خوردگی در خاک مشاهده نمیشود) کار کند، مقدار جحم بههم خوردشدگی آن ناچیز و عملیات خاکورزی عمیق ناموثر میشود[]..
ازجمله روشهای استفاده شده برای کاهش مقاومت ویژه ابزار خاکورز عمیقکار وکاهش اندازه کلوخههای ایجاد شده، بالهها به ابزار عمیقکار و استفاده از ابزار خاکورز در عمق کمترو در جلوی ابزار عمیقکار نصب میباشد. گادوین واسپور (1987) گزارش نمودند که اضافه کردن باله (wing) به ابزار عمیقکار و استفاده از ابزار سطحیکار (Shallow leading tine) در جلوی ابزار خاکورز عمیقکار (زیرشکن) میتواند منجر به افزایش حجم بههمخوردگی و آرایش موثرتر قطعات خاک در عمق، کاهش مقاومت ویژه و افزایش عمق بحرانی ابزار عمیقکار گردد (گادوین واسپور، 1987).
گادوین واسپور )1977( گزارش کردند که در دو سطحکار با آرایش زیگزاگ، عمق بهینه برای ابزارهای جلویی، برابر 2⁄3 عمق ابزار عقبی، فاصلهی عرضی بهینه برای دو سطحیکار ، 5/2 برابر عمق ابزار عقبی و فاصلهی طولی بهینه، بین ابزار جلویی و عقبی، بزرگتر یا مساوی 5/1 برابر عمق ابزار عقبی میباشد[]. گادوین و اسپور (1984)، گزارش کردند که هنگامی که یک سطحیکار به صورت همراستا در جلوی یک عمیقکار استفاده شود، مقاومت کششی مورد نیاز افزایش مییابد و این افزایش در مقاومت کششی زمانی ماکزیمم میشود که عمق ابزار سطحیکار، نصف عمق ابزار عمیقکار باشد []. در به کارگیری ابزارهای چند سطحکار، حمزه و همکاران (2011) گزارش نموداند که متصل کردن بیش از یک ابزار سطحیکار در جلوی ابزار اصلی به صورت همراستا تاثیر معنیداری در کاهش نیروی کشش نداشت []. در تعیین عمق مطلوب ابزار سطحیکار که در جلوی عمیقکار (که در آن نسبت خاک بههمخورده به نیروی لازم بیشترین مقدار باشد) در یک آرایش دو سطحکار همراستا کار میکند، کاسیسیرا و همکاران (2005) گزارش دادند که برای بهینه کردن انرژی مورد نیاز، مطلوبترین عمق برای ابزار جلویی (سطحیکار) ، زمانی بهدست میآید که عمقی برابر با 80% عمق ابزار عقبی(عمیقکار) داشته باشد [].
حمزه و همکاران (2011) که عملکرد ابزار دو و سه سطحکار را با ابزار یک سطحکار در بازه عمقهای 10، 20 و 30 سانتیمتری در یک خاک رسی مقایسه نمودند؛ نتیجه گرفتند سهسطحکار، علاوه بر کاهش مقاومت کششی، کلوخه های بسیار کوچکتر ایجاد و امکان خاکورزی در بازه رطوبتی بیشتر را ممکن میسازند. آنها موثرترین پیکربندی را دوسطحکار پیشنهاد کردند که در آن، ابزار سطحیکار در عمقی حدود ½ تا ⅓ عمق ابزار عمیقکار قرار داشته باشد [].
پژوهش در خصوص استفاده از چندسطحکارها به منظور خاکورزی عمیق در دنیا و بهویژه ایران نادر است، لذا در این پژوهش سعی شد عملکرد یک زیرشکن بالهدار (یک سطحکار) با دو سطحکار و سه سطحکار ازمنظر مقاومت ویژه و درجه خردشدگی خاک با هم مقایسه شود.
اهداف
مقایسه پارامترهای عملکردی ( مقاومت کششی، سطح مقطع خاک بههمخورده، مقاومت ویژه، سطح مقطع بالاآمدگی خاک، قطر متوسط وزنی کلوخهای و درصد کاهش چگالی ظاهری خاک پس از عملیات خاکورزی) یک عمیقکار سه سطحکار در دو آرایش همراستا و زیگزاگ با یک عمیقکار یک و دهسطحکار در عملیات خاکورزی عمیق و
مقایسه پارامترهای عملکردی یک دو سطحکار با دو آرایش همراستا و زیگزاگ با تک سطحکار در عملیات خاکورزی سطحی.
فصل دوم
بررسی منابع
2-1- روشهای خاكورزي
خاكورزي عبارت است از بههمخوردگی فیزیکی خاک و از بین بردن فشردگی خاک در لایههای سطحی و عمقی به منظور تهیه بستر ریشه و بذر ، افزایش سرعت نفوذ آب، هوا و ریشه در خاک و کنترل علفهای هرز []. اهداف خاكورزي عبارتند از: 1) تهیه محیطی مناسب جهت جوانه زدن بذر و سر از خاک در آوردن گیاهچه، رشد و توسعه ریشه، 2) کنترل علفهای هرز، 3) مدیریت بقایای گیاهی جهت کنترل فرسایش خاک و 4) افزایش نفوذپذیری آب به خاک میباشد []. در واقع عملیات خاك رزي مناسب، موجب بهبود ساختمان خاک، افزایش خلل و فرج، توزیع بهتر خاکدانهها و نهایتاً اصلاح ویژگیهای فیزیکی خاک میشود []. اجرای مناسب عملیات خاكورزي از دو جنبه حائز اهمیت است. نخست آنکه عملیات خاكورزي در بین مجموعه عملیات زراعی به عنوان انرژیبرترین عملیات شناخته شده است. دوم آنکه عملکرد و کیفیت محصول نهایی نیز تا حد زیادی تابع کیفیت انجام عملیات خاك ورزي میباشد [].انواع سامانههای خاك ورزي را میتوان به خاك ورزي مرسوم2 و خاك ورزي حفاظتی تقسیم نمود. در سامانههای خاكورزي مرسوم، انجام عملیات میتواند به دو بخش اولیه و ثانویه تقسیم شود.
خاكورزي از جمله عوامل مدیریتی مهمی است که میتواند موجب تخریب یا بهبود ساختمان خاک شود. روش معمول خاكورزي با حداکثر بههم خوردگی خاک با استفاده از ادوات خاکورز نظیر گاوآهن برگرداندار و دیسک، طی چند مرحله موجب بههم خوردن ساختمان طبیعی خاک سطحی میگردد []. گاوآهن برگرداندار معمولا برای مدفون کردن بقایا، علفهای هرز، کودهای دامی و بهبود شرایط فیزیکی خاک استفاده میشود []. استفاده از گاوآهن برگرداندار برای عملیات خاكورزي، نیاز به زمان و انرژی زیاد دارد. در دهههای 1980-1970، تحول چشمگیری در مفهوم نیاز به خاكورزي برای تولید محصولات زراعی به وجود آمد. به همین لحاظ سامانههای خاكورزي حفاظتی از جمله کمخاك ورزي، بدون خاك ورزي و ورز-کاشت مورد توجه قرار گرفت []. لال و همکاران (1994) تغییرات زیادی در خصوصیات فیزیکی، شیمیایی و بیولوژیک خاک، پس از 28 سال اعمال روش بی‏خاکورزی از جمله بهبود در وضعیت دانه‏بندی، موادآلی و نفوذ آب در خاک گزارش کردند[]. مالی و اوسولیوان (1990) دریافتند که پس از 5 سال اعمال تیمار بی‏خاكورزي مقاومت به نفوذ در خاک سطحی نسبت به تیمار با خاکورزی مرسوم افزایش پیدا کرد ولی تاثیر زیادی بر عمق‏های پایین‏تر خاک نگذاشت []. بررسی‏های یالسین و همکاران (2005) نشان داد کشت مستقیم بهترین نتیجه را از نظر مصرف سوخت و راندمان خاکورزی با 9/8 لیتر در هکتار و 25/1 هکتار در ساعت در مقایسه با خاکورزی مرسوم و حداقل خاکورزی بدست می‏دهد؛ اگر چه خاکورزی مرسوم بستر بذر خوب و بدون علف هرز و عملکرد خوب را تهیه می‏کند اما کشت مستقیم تقریبا 6 برابر مصرف سوخت و 4 برابر زمان عملیات را کاهش داد []. چهار روش تهیه بستر بذر و کاشت گندم آبی توسط همت (1375) در منطقه اصفهان انجام گردید. این روش‏ها شامل دیسکزدن بعد از شخم و کاشت با خطیکار غلات، خاکورزی با خاکورز دوار (روتیواتور)، ورز-کاشت و بی‏خاکورزی بود. نتایج نشان داد كه روش دیسک زدن، به طور معنی‏داری بیشترین درصد سبز نهایی و بیشترین شاخص سرعت سبزشدن را داشت و روش بی‏خاکورزی به طور معنی‏داری کمتر از روش دیسک زدن بود. روش ورز-کاشت به طور معنی‏داری دارای کمترین درصد سبز نهایی بذر و شاخص سرعت سبز شدن بود [].
2-1-1- خاكورزي اولیه3
خاكورزي اولیه خاک را برش داده و خرد میکند و سطح خاک را خشن و ناهموارتر رها میکند. بقایای گیاهی ممکن است با برگردان کردن دفن شوند و یا با لایههای خاک مخلوط شوند یا اساساً دست نخورده رها گردند. معمولا در خاكورزي اولیه از ابزارهایی مانند گاوآهن برگرداندار، گاوآهن قلمی یا چیزل ،پنجه غازی عریض، دیسکو دیگر ابزار هایمشابه استفاده میشود [].
2-1-2- خاكورزي ثانویه4
پس از شخم، در عمقی معمولا برابر با عمق خاکورزی کلوخه میشود. بستر بذر در صورتی آماده خواهد شد که کلوخههای سطحی در عمق کمتر ( حدود نصف) از عمق شخم، شکسته شوند و در صورت لزوم لایهی سطحی خاک تثبیت شود []. خاكورزي ثانویه برای تهیه بستر بذر انجام میشود. ضمناً از ادوات خاكورزي ثانویه جهت از بین بردن علفهای هرز، مخلوط کردن بقایای گیاهی وعلفکشها با خاک استفاده میشود [].
2-2- تراکم خاک
تراکم خاک کاهش در حجم منافذ خاک و بازآرایی در ذرات خاک است که در اثر پدیده های طبیعی و عوامل خارجی (تردد تراکتور روی سطح خاک و توسط ابزارهای مکانیکی در داخل خاک) ایجاد می شود. زمانی خاک به عنوان یک خاک متراکم مطرح می شود که تخلخل در آن به حدی کم باشد که تهویه در خاک به سختی اتفاق افتد و یا خاک سفت است و منافذ آن ، آنقدر کوچک هستند که از نفوذ ریشه ممانعت می کنند ونفوذپذیری آب به خاک و زهکشی خوبی اتفاق نمی افتد []. تاثیر زیانآور تراکم زیاد خاک ، بهصورت افزایش فرسایش، کاهش بازده محصولات، افزایش انرژی مورد نیاز در خاکورزی و صدمات محیطی دیده می شود []. تراکم خاک یکی از معضلات موجود در کشت محصولات کشاورزی میباشد که به دلایل مختلفی این اثر در خاکهای کشاورزی ظاهر میشود. یکی از عوامل، تراکم خاک زیرین ناشی از وزن خاک بالایی میباشد که به صورت طبیعی ایجاد میشود[]. از دیگر عوامل تراکم خاک، تردد ماشینهای مدرن و سنگین در خاکهای تر ، استفاده بیش از حد از خاک بدون آیشگذاری و رعایت نناوب زراعی و چراندن بیش از حد حیوانات [].در خاکهای متراکم، منافذ بزرگ، که موثرترین عامل در حرکت آب وگاز در خاک میباشند، کاهش مییابند و بنابراین توانایی خاک برای انتقال آب کاهش مییابد ودر کل تبادل گازی خاک محدود میشود []. تراکم خاک همچنین استحکام خاک را افزایش میدهد ودر نتیجه باعث به تاخیرافتادن رشد ریشه میشود [].
هنگامی که خاک متراکم شده باشد، برای حرکت ریشه درون خاک، عملیات خاکورزی برای از بین بردن و مدیریت تراکم خاک ممکن است ضروری باشد. خاکورزی بیشتر از عمق 350 میلیمتری را عملیات زیرشکنزنی (subsoiling) مینامند. اگر چه عملیات خاکورزی برای چند هزار سال به منظور نرم کردن خاک سطحی استفاده میشد، عملیات زیر شکن زنی، تقریبا یک عملیات جدیدی محسوب میشود که فقط از زمانی که تجهیزات کشاورزی به دلیل وزن زیاد و تردد زیادشان خاک را به شدت متراکم کردهاند، استفاده میشود. تا قبل از قرن 20 ،توانایی خاکورزی در اعماق زیاد به دلیل نبود نیروی کشنده، امکان نداشت. اخیرا عملیات زیرشکن زنی، در سراسر جهان رواج پیدا کرده است. خاکهای زیادی به عملیات زیرشکنزنی پاسخ مثبت دادند و وضعیت تراکم خاک بهبود پیدا کرده است. ابزارهایی که برای خاکورزی استفاده میشود محدودهی وسیعی دارند و در نتیجه از نظر توانایی نفوذ در خاک، نیروی کششی مورد نیاز، سطح مقطع خاک به هم خورده متفاوت می باشند. به هر حال عملیات زیرشکنزنی یک عملیات پر هزینه میباشد که بایستی به صورت درست انجام شود تا بیشترین فایده را داشته باشد [].
شاخص مخروطی ، قابل قبولترین معیار برای اندازه گیری تراکم خاک می باشد که برای تخمین زدن این که ریشه توانایی حرکت در خاک را دارد یاخیر،استفاده می شود . شاخص مخروطی با زاویهی مخروط 30 درجه به منظور تخمین این نیرو استاندارد شده است . اگر مقدارهای شاخص مخروطی نزدیک 5/1 تا 2 مگا پاسکال باشد بدین معنی است که ریشه برای حرکت در خاک با محدودیت رو به رو شده است [].
نکتهی حائز اهمیت دیگر این است که باید توجه داشت که این عملیات در رطوبت مناسب انجام شود. حد خمیری ،معیاری برای تشخیص بهترین وضعیت خاک برای خاکورزی می باشد [].در برخی از خاکها که از بین بردن تراکم خاک لازم نیست، با عملیات زیرشکنزنی افزایشی در محصول ایجاد نمیشود. همچنین زیرشکنزنی، هنگامی که آبیاری در دسترس باشد، افزایش در محصول ایجاد نمیکند [].
خاکی که با عملیات زیرشکن زنی تراکم آن از بین رفته است، ممکن است که با رفت و آمد در همان منطقه دوباره خاک متراک شود. محققان نشان دادند که دوبار تردد تراکتور روی یک خاک، باعث میشود که به وضعیت تراکم خاک به حالت قبل از عملیات زیرشکنزنی برگردد [].اگر تردد کنترل شود، مزایای عملیات زیرشکن زنی میتواند طولانی مدت و برای رشد محصولات سودمند باشد [].
زیرشکنها برای بههمزدن خاک در عمق بیشتر از عمق کاری وسایل خاکورزی مرسوم و برای شکستن لایه ی سخت خاک که نتیجهی تراکم ناشی از تردد ماشینآلات سنگین و همچنین عملیات مکرر خاکورزی در یک عمق سطحی میباشد، استفاده میشود. بنابراین، آنها باید دارای یک ساق محکم باشند تا بتوانند در عمق 45 تا 75 سانتیمتر و یا حتی بیشتر، کار کنند []. استفاده از زیرشکن باعث نفوذ پذیری خاک نسبت به رطوبت و ریشهها میشود و افزایش محصول ناشی از کاربرد صحیح آن 50 تا 400 درصد گزارش شده است []. هر ابزار عمیقکار دارای یک عمق بحرانی است که اگر عمق کار آن بیشتر از آن (زیر عمق بحرانی) باشد؛ بههم خوردگی خاک اتفاق نمی افتد ولی مقاومت کششی ابزار به مقدار زیادی افزایش مییابد. بنابراین، برای بهینه کردن عملیات خاکورزی عمیق باید از راهکارهایی که میتوان عمق بحرانی را افزایش داد، استفاده نمود.
2-3- مقاومت کششی، سطح مقطع خاک به هم خورده و مقاومت ویژه
اندازهگیری مقاومت کششی و توان مورد نیاز یک ابزار خاکورز برای تعیین نوع و اندازه تراکتور جهت استفاده از آن ابزار بسیار مهم میباشد[]. ازآنجا که کاهش مقاومت کششی ابزارهای خاکورز همواره یکی از جنبههای مهم عملیات خاكورزي میباشد؛ بهینه سازی ادوات بهمنظور کاهش مقاومت کششی از اهمیت بالایی برخوردار است [].
توان کششی مورد نیاز ابزار خاکورز تابعی از ویژگیهای خاک، هندسه ابزار، عمق کار و سرعت پیشروی ابزار میباشد []. عوامل متعددی بر نحوه عملکرد ابزارهای خاکورز موثر اند. میزان مصرف انرژی و نیروی مورد نیاز جهت حرکت یک وسیله ابزار خاکورز در خاک تابعی از متغیرهایی نظیر شکل هندسی تیغه، نحوه حرکت تیغه در خاک و شرایط اولیه خاک میباشد []. رطوبت اولیه خاک، سرعت پیشروی، عمق و عرض کار تیغه و نیز زاویه حمله و تمایل تیغه نیز از جمله عواملی هستند که بر عملکرد برش و جابجایی خاک موثر میباشد [].
زاویه حمله ابزار خاکورز یکی از عوامل موثر بر مقاومت کششی ادوات خاکورز به حساب میآید. تحقیقات نشان داده که چنانچه زاویه حمله تیغه ادوات خاکورز کوچکتر باشد (تا زاویه 5/67 درجه)، نفوذ وسیله به داخل خاک راحتتر صورت میگیرد []. مک کیز و ماسوار (1997) تأثیر پارامترهای هندسی ابزار خاک ورز بر مقاومت کششی، خرد شدگی و برش خاک را مورد بررسی قرار دادند. نتایج نشان داد که زاویه حمله، عرض تیغه و عمق کار بر مقاومت کششی تأثیر معنیداری داشت. با افزایش زاویه حمله از 30 به 90 درجه مقاومت کششی افزایش یافت و با افزایش دو برابری عرض کار، مقاومت کششی 35 درصد افزایش یافت []. آلوکو و سیج (2000) تأثیر زاویه حمله بر نوع و ویژگی های شکست خاک در جلوی تیغه پهن را بررسی نمودند. نتایج نشان داد که با افزایش زاویه حمله تیغه، سطح تماس بین خاک و فلز افزایش یافت که موجب افزایش مقاومت کششی شد [].
زونه (1956) فرایند بریدن ، خردشدن ، شتابیافتن و بالابری خاک توسط یک تیغه صلب را مطالعه نمود و نتیجه گرفت حدود 60 درصد مقاومت موجود در برابر حرکت تیغه در خاک به علت اصطکاک بین خاک و تیغه واصطکاک داخلی خاک است [].
شکافتن خاک متراکم شده توسط یک عمیقکار مرسوم در عمق مورد نظر، نیازمند نیروی کششی بالا و همچنین باعث افزایش مصرف سوخت، افزایش استهلاک وتولید کلوخههای بزرک میشود []. بررسی ولف و گارنر []. درمورد انرژی لازم برای خاکورزی در سه عمق مختلف در خاکهای لوم شنی، حاکی از این است که عمق زیرشکنزنی اثر معنیداری بر مقاومت کششی و انرژی مکانیکی لازم برای خاکورزی دارد. در آزمایشهای آنها، وقتی که عمق از mm280 به mm440 تغییر نمود، مقاومت کششی برای هر شاخه زیرشکن از kN 5/2 به kN2/6 افزایش یافت []. دربررسی اثرشکل زیرشکن، اسمیت و ویلفورد )1988( گزارش نمودند که مقاومت کششی زیرشکن نوع پارابولیک، کمتر از زیرشکن معمولی یا تریپلیکس بود و بیشترین نیروی عمودی (پایینسو ) و کمترین مقدار لغزش چرخها مربوط به زیرشکن پارابولیک بود []. پاین و تانر (1959) در تحقیقی جامع، اثر تغییر زاویه حمله زیرشکنمرسوم5 را بر مقاومت کششی و سطح مقطع بههم خورده خاک مورد بررسی قرار دادند. افزایش زاویه حمله از 20 به 60 درجه بطور معنیدار موجب افزایش مقاومت کششی گردید؛ اما سطح مقطع بههم خورده خاک تغییر معنیداری نداشت [].گادوین (2007) مطابق با شکل (2-1) نشان داد که مقاومت کششی ابزار خاک ورز با افزایش زاویه حمله افزایش مییابد [].
همت و همکاران (1379) در بررسی اثر ارتعاش گزارش نمودهاند که استفاده از ارتعاش موجب کاهش مقاومت کششی و مقاومت ویژه زیرشکن به ترتیب به اندازه 33 و 34 درصد گردید []. نارایانارو و ورما )1982( یک کاهش 52 درصدی در مقاومت کششی یک زیرشکن ساق ارتعاشی در دامنه mm4 و فرکانس Hz5 و سرعت پیشرویkm/h 05/2 بدست آوردند []. ساکای و همکاران (8) یک کاهش 60 درصدی در مقاومت کششی یک زیرشکن چهارشاخه ساق ارتعاشی در دامنهmm 5 و فرکانسHz 4/3 بدست آوردند [].
شکل 2-1- تغییرات مقاومت کششی ابزار خاک ورز با افزایش زاویه حمله
نوع و درجه بهم خوردگی خاک یکی از عوامل تعیین کننده در انتخاب ادوات خاکورزی میباشد ولی باید نیروی موررد نیاز برای کشش و نفوذ آن برای عملکرد موثر در نظر گرفته شود.
طبق نتایج مک کیز و ماسوار (1997) تأثیر عرض و عمق کار بر سطح گسیختگی تأثیر معنیداری داشت و با افزایش عمق و عرض کار سطح گسیختگی افزایش یافت، ولی تغییر زاویه حمله تأثیر معنیداری بر سطح گسیختگی نداشت [].
کاهش مقدار مقاومت ویژه ابزار(نسبت مقاومت کششی به سطح مقطع بهم خورده خاک) بسیار مهمتر از کاهش مقاومت کششی آن میباشد []. با افزایش زاویه حمله، مقاومت ویژه افزایش یافت و حداقل مقاومت کششی در عمق کمتر و زاویه حمله کوچکتر بود [].
ازجمله تکنیکهای استفاده شده برای کاهش مقاومت ویژه خاک وکوچک کردن کلوخههای ایجاد شده، استفاده کردن از عاملهای خاکورزی در عمق کمتر، در جلوی ابزار اصلی و همچنین استفاده کردن از بالهها روی زیرشکنها میباشد.
اسپور و گادوین (1978) گزارش کردند که اضافه کردن باله به پاشنه ابزار زیرشکن، به ازای افزایش30 درصد در نیروی کششی باعث دو برابر شدن بههمخوردگی شد. این افزایش معنیدار در سطح مقطع خاک بههمخورد، باعث کاهش 30 درصدی در مقاومت ویژه شد [].
گادوین و اسپور (1984)، گزارش کردند که فاصلهی عرضی بهینه برای کاهش مقاومت ویژه بین دو زیرشکن بدون باله، هنگامی که آنها در یک عمق کار میکنند، 5/1 برابر عمق کاری آنها میباشد ولی این در حالی است که برای 2 زیرشکن با باله، این فاصله 2 برابر عمق کاری زیرشکنها میباشد [].
استفاده کردن ازابزار سطحیکار جلوی ابزار اصلی موجب افزایش عمق بحرانی خاک میشود [] و موجب کاهش در نیروی کششی و تولید خاک زراعی بهتر میشود [] وهمچنین موجب بهبود راندمان کاری (حجم خاک نرم شده تقسیم بر نیروی کششی مالبندی) در شکافندههای عمیقکار میشود [].
گادوین واسپور )1977( گزارش نمودند که اضافه کردن باله و ابزار سطحیکار جلوی ابزار عمیقکار منجر به افزایش بههمخوردگی خاک در عمق، کاهش مقاومت ویژه، افزایش عمق بحرانی و آرایش موثرتر خاک شده است. همچنین گزارش نمودند که فاصلهی موثر بین عاملهای خاکورزی با استفاده از ابزار سطحیکار جلوی ابزار عمیقکار وباله، افزایش مییابد آنها گزارش کردند که عمق بهینه برای ابزار جلویی، برابر 2⁄3 عمق ابزار عقبی، فاصلهی عرضی بهینه برای دو سطحیکار در آرایش زیگزاگ، 5/2 برابر عمق ابزار عقبی و فاصلهی طولی بهینه، بین ابزار جلویی و عقبی، بزرگتر یا مساوی 5/1 برابر عمق ابزار عقبی میباشد[].
گادوین و اسپور (1984)، گزارش کردند که هنگامی که یک سطحیکار به صورت همراستا در جلوی یک عمیقکار استفاده شود، مقاومت کششی مورد نیاز افزایش مییابد. این افزایش در مقاومت کششی زمانی ماکزیمم میشود که عمق ابزار سطحیکار، نصف عمق ابزار عمیقکار باشد. این درحالیست که سطح مقطع خاک بههمخورده نسبت به تک شاخه عمیقکار کاهش مییابد. در نتیجه مقاومت ویژه به صورت معنیداری افزایش پیدا میکند. طبق گزارشات آنها اضافه کردن دو سطحیکار در جلوی عمیقکار به صورت زیگزاگ نسیت به تک شاخهی عمیقکار (زیرشکن)، مقاومت کششی، تغییر معنیداری نداشت ولی سطح مقطع خاک بههمخورده در آرایش زیگزاگ به صورت معنیداری بیشتر بود، در نتیجه مقاومت ویژه در آرایش زیگزاگ به صورت معنیداری کمتر شد [].
کاسیسرا و همکاران (2005) در تعیین مطلوبترین عمق ابزار سطحیکار جلوی عمیقکار (که در آن نسبت خاک بههمخورده به نیروی لازم بیشترین مقدار باشد) در آرایش دو سطحکار همراستا، برای بهینه کردن انرژی مورد نیاز،گزارش دادند که مطلوبترین عمق برای ابزار جلویی، زمانی خواهد بود که عمقی برابر 80% عمق ابزار عقبی (عمیقکار) داشته باشد، زیرا تنها در این حالت است که هر دو ابزار جلویی و عقبی، هر دو بالای عمق بحرانی کار میکنند و اگر این نسبت رعایت نشود، حداقل یکی از ابزارها، زیر عمق بحرانی کار میکنند آنها برای مطلوب ترین فاصلهی طولی نیز معادلهی 2-1 را پیشنهاد دادند
معادله 2-1″t= √(” 〖”R” _”r” 〗^”2″ “-” 〖”S” _”f” 〗^”2″ “)-” “R” _”f” “cos” ⁡”θ” “R” _”r” “=D(” “cot” ⁡”α” “+” “cot” ⁡”β” ” ” “R” _”f” “=d(” “cot” ⁡”α” “+” “cot” ⁡”β” “)”
که θ، α، β، D، d و S_fبه ترتیب زاویهی گسیختگی هلالی لبهی گوه،زاویهی حمله (درجه)، زاویهی بین صفحهی گسیختگی ابزار جلویی / عقبی با سطح خاک (درجه)، عمق ابزار عقبی، عمق ابزار جلویی میباشند و در پایان ذکر کردند که عواملی از جمله، نوع خاک، سرعت ابزارها، هندسهی ابزارها و درصد رطوبت میتواند نتایج این پژوهش را دچار تغییر کند [].
در به کارگیری ابزارهای چند سطحکار، حمزه و همکاران (2011) گزارش نموده اند که متصل کردن بیش از یک ابزار سطحیکار در جلوی ابزار اصلی به صورت همراستا تاثیر معنیداری در کاهش نیروی کشش نداشت و در مورد اثر بالهها بر نیروی کشش گزارش نمودهاند که اضافه کردن باله پشت ابزار های سطحیکار نیروی کشش مورد نیاز را برای شکافتن خاک افزایش نمیدهد [].
حمزه و همکاران (2011) در به کارگیری ابزارهای دو سطحکار گزارش دادند که استفاده از ابزارهای سطحیکار با عمق 10، 15 در جلوی ابزار عقبی با عمق 30 سانتیمتر در آرایش دو سطحکار همراستا نسبت به تک شاخه اصلی با عمق 30 سانتیمتر در خاک رسی، به ترتیب دارای 8/17 و 1/3 درصد مقاومت کششی کمتر میباشند در حالیکه با افزودن سطحیکار با عمق 20 سانتیمتر جلوی ابزار اصلی ( عمق 30 سانتیمتر)، مقاومت کششی به اندازهی 1/4 درصد افزایش یافت آنها همچنین گزارش دادند که به کار گذاشتن دو سطحیکار با عمق 15 سانتیمتر و به صورت زیگزاگ در جلوی ابزار اصلی (عمق 30 سانتیمتر) نسبت به تک شاخه اصلی (عمق 30 سانتیمتر) در خاک رسی به مقدار 9/10 درصد مقاومت کششی بیشتری نیاز دارد [].
مایلک و همکاران (1994) گزارش کردند که در آرایش دو سطحکار هم راستا، اضافه کردن سطحیکار با عمق های متفاوت 76، 127، 178 و 229 میلیمتری به یک ابزار عمیق کار با عمق 457 میلیمتر، در خاک لوم رس سیلتی، از نظر توان مورد نیاز تفاوت معنیداری با همدیگر و حتی با تک شاخه عمیقکار (عمق 457 میلیمتر) نداشتند. آنها همچنین گزارش کردند هنگامی که یک سطحیکار در عمق 178 میلیمتر و به صورت همراستا با یک عمیقکار با عمق 457 میلیمتر کار کند، به صورت معنیداری سطح مقطع خاک بههمخورده بیشتری نسبت به زمانی که سطحیکار در عمق 229 و یا 127 میلیمتر با آن عمیقکار استفاده شود، تولید میکند. اضافه کردن یک سطحیکار با عمق 127 میلیمتر به یک عمیقکار با عمق 356 میلیمتر نسبت به همان عمیقکار تنها، به مقدار بیش از 16 درصد،سطح مقطع خاک بههمخورده بیشتری تولید میکتند. و در نهایت آنها به این نتیجه رسیدند که توان مورد نیاز برای اضافه کردن سطحیکار با باله، با افزایش عمق، کاهش مییابد زیرا آنها در دادههای بدست آمده از تحقیق خود، مشاهده کردند که اضافه کردن ساق بالهدار سطحی،به ترتیب نیاز به انرژی 2/9، 7/6 و 9/3 کیلو وات بیشتر از زیرشکن با عمق 356، 406 و 457 میلیمتر دارد [].
گازر و لغوی (1385)در تعیین تاثیر دو تیغه سطحی با عرض تیغه 40 میلیمتر و عمق 250 میلیمتر و در 500 میلیمتر جلوتر از شاخه اصلی، بر مقاومت کششی، سطح مقطع.خاک.بههمخورده و مقاومت ویژه در سه فاصلهی بین تیغهای 500، 750 و 1000 میلیمتری در مقایسه با یک زیرشکن با عرض ساق2/50 میلیمتر، عرض تیغه 5/60 میلیمتر و عمق کار 500 میلیمتر، گزارش نمودند که هنگامی که فاصلهی دو تیغه سطحی 500 و 750 میلیمتر میباشد، مقاومت کششی به صورت معنیداری کاهش مییابد. آنها همچنین گزارش نمودند که اضافه کردن سطحیکارها در جلوی زیرشکن عموما موجب افزایش سطح مقطع خاک بههمخورده و در نتیجه کاهش مقاومت ویژه می شوند و در حالتی که فاصلهی بین دو تیغهی سطحی 1000 میلیمتر بود، بیش ترین سطح مقطع خاک بههمخورده و کمترین مقاومت ویژه را از خود نشان داد [].
2-4- چگالی ظاهری خاک
ادواتخاکورز و عبور چرخ ماشینهای کشاورزی با تأثیر بر پایداری خاکدانهها و توزیع اندازه منافذ خاک، موجب تغییر در ساختمان خاک میشوند. این تغییر علاوه بر هندسه، عمق و سرعت پیشروی ابزار به فاکتورهایی از قبیل ساختمان، چگالی ظاهری و مقدار رطوبت اولیه خاک بستگی دارد []. عملیات خاكورزي به دلیل تغییر در چگالی ظاهری و ساختمان خاک، سبب تغییر در مقاومت مکانیکی (مقاومت به نفوذ) خاک میشود [].
Cassiano Massakazu Sasaki و همکاران (2007)، در بررسی اثر عملیات خاکورزی با زیرشکن در سه نوع خاک لومی، رسی، و خیلی رسی، گزارش کردند که خاک لومی بیشترین مقدار چگالی ظاهری خاک را داشت و در مورد رابطهی درصد رس در خاک، چگالی و رطوبت گزارش دادند که با افزایش درصد رس در خاک، ماکزیمم چگالی آن نیز در درصد رطوبتی بیشتری اتفاق میافتد. آنها همچنین گزارش دادند که به دلیل درصد رس و مواد آلی بیشتر، کمترین ماکزیمم چگالی ظاهری خاک در خاک خیلی رسی اتفاق افتاد زیرا این خاک جذب رطوبت بیشتری نسبت به دو خاک دیگر داشت [].
فصل سوم
مواد و روشها
مقدمه
هدف از این پژوهش، مقایسه پارامترهای عملکردی (مقاومت کششی، مقاومت ویژه، سطح مقطع خاک بههمخورده، مساحت سطح بالاآمدگی خاک، قطر متوسط وزنی کلوخهای و چگالی ظاهری خاک) عمیقکارهای تک سطحکار (عمیقکار)، دو سطحکار (عمیقکار+میانعمقکار) و سه سطحکار (عمیقکار+میانعمقکار+کمعمقکار) با دو آرایش همراستا (خطی) و زیگزاگ (آفست) در سه سطح رطوبتی PL5/0، PL7/0 و PL9/0:PL) حد خمیری خاک) بهمنظور افزایش بهرهوری عملیات خاکورزی عمیق از منظر افزایش درجه خردشدگی خاک و کاهش انرژی مصرفی بود. برای این منظور از سه ابزار خاکورز: (1) زیرشکن بالهدار با عمقکار 45 سانتیمتر بهعنوان عمیقکار (به عمق D)، (2) چیزل (واحد خاکورز قلمی) با عمقکار 23 سانتیمتر بهعنوان میانعمقکار (به عمق 1/2D ) و (3) خیشچی با عمقکار 15 سانتیمتر بهعنوان کمعمقکار (به عمقD 1/3) استفاده گردید. ضمنا عملکرد سطحیکارهای تک سطحکار (میانعمقکار) و دو سطحکار (میانعمقکار+ کمعمقکار) با دو آرایش همراستا (خطی) و زیگزاگ (آفست) در سه سطح رطوبتی مذکور مورد مطالعه میدانی قرار گرفت.
3-1- مشخصات واحدهای خاکورز
3-1-1- مشخصات زیرشکن
زیرشکن داری یک ساق با زاویه حمله 90 درجه و به بلندی 950، عرض 200 و ضخامت 25 میلیمتر میباشد . تیغه استفاده شده روی زیرشکن دارای زاویه حمله 2/20 درجه وعرض 70 میلیمتر است. همچنین زیرشکن مورد استفاده دارای دوباله با عرض 100 میلیمتر و به ترتیب دارای زوایای تمایل و حمله صفر و 2/20 درجه میباشد.این دو باله خاک را به اندازهی 6/109 میلیمتر بالا میآورد. پیشانی استفاده شده جلوی ساق موجب حرکت راحتتر ساق در خاک بهم خورده و همچنین کاهش سایش ساق زیرشکن میشود. از سیستم ایمنی پین(پیچ) برشی در زیرشکن مذکور استفاده شده است (شکل 3-1). از این واحد خاکورز به عنوان ابزار عمیقکار استفاده شد.

شکل 3-1- واحد خاکورز زیرشکن بالهدار.
3-1-2- مشخصات واحد خاکورز قلمی
واحد خاکورز قلمی استفاده شده در آزمایشها دارای ساق صلب خمیده و تقریبا C شکل با پهنای 5/49 و ضخامت 96 میلیمتر در وسط ساق میباشد. زاویهی حمله ساق 7/99 درجه بود. پهنای تیغه آن 650 میلیمتر وضخامت 10 میلیمتر و دارای زاویه حمله 7/46 درجه میباشد(شکل 3-2). از این واحد خاکورز به عنوان ابزار میانعمقکار استفاده شد.
شکل 3-2- واحد خاکورز قلمی.
3-1-4- شاسی
به دلیل عمق کار زیاد (450 میلیمتر) چندسطحکار، از شاسی موجود در گروه که توانایی تحمل وزن و نیروهای وارده به واحدها را داشت، استفاده میشد. شاسی مورد استفاده دارای 3 میلافزار عرضی (عمود بر جهت حرکت تراکتور یا شاسی) با سطح مقطع مربعیشکل به ابعاد 60/101×60/101 و طول 75/2851 میلیمتر و 4 طول بار طولی (موازی جهت حرکت تراکتوریا شاسی) که 2 تقویت کننده طولی کناری با سطح مقطع مستطیلیشکل به ابعاد 80/50 ×60/101 و طول 60/1311 میلیمتر و 2 تقویت کننده طولی تقویت کننده طولی وسطی با سطح مقطع مربعی شکل به ابعاد 60/101×60/101 و طول 60/1311 میلیمتر هستند (شکل 3-3). به دلیل این که موقعیت میلافزار عرضی قابل تعییر نبود، پس امکان تغییر فاصلهی طولی بین واحدهای خاکورز وجود نداشت. بنابراین، دو سطحکار، دو حالت (فاصلهی طولی دو ابزار خاکورز: 610 و 1220 میلیمتری) و برای سه سطحکار یک حالت آرایش طولی ابزار وجود داشت. امکان تغییر فاصله عرضی بین واحدهای خاکورز روی یک میلافزار عرضی نیز به دلیل و جود 2 تقویت کننده طولی در وسط شاسی و همچنین شیوهی اتصال ابزار خاکورز به شاسی به خصوص در واحد کمعمقکار نیز با محدویت روبهرو بود.
شکل 3-4- شاسی استفاده شده.
3-1-3- طراحی و ساخت واحد کولتیواتور ساق صلب تیغه مثلثی (خیشچی)
با توجه به موجود بودن واحدهای زیرشکن (شکل 3-1)، قلمی (شکل 3-2) و قاب (شاسی) (شکل 4-3) در کارگاه گروه، و نبود واحد خیشچی، تصمیم به طراحی و ساخت واحد خیشچی گرفته شد. طراحی خیشچی در نرمافزار سالیدورک مطابق شکل (3-3) انجام گرفت. خیشچی مورد استفاده دارای یک تیغه مثلثی به ارتفاع 200 و قاعده 100 وضخامت 10 میلیمتر و زاویهی حمله 70/33 درجه روی ساقهای به ضخامت 10، پهنای 100، بلندی 650 میلیمتر و زاویهی حمله 90 درجه میباشد. از این واحد خاکورز به عنوان ابزار کمعمقکار استفاده شد. جنس ساق و تیغه خیشچی 37 St میباشد.
شکل 3-4- واحد خاکورز خیشچی.
3-2- مشخصات محل آزمایش
آزمایش در مزرعه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان واقع در منطقه لورک شهرستان نجف آباد اجرا گردید. این منطقه در 40 کیلومتری جنوب غربی اصفهان و در عرض جغرافبایی 32 درجه و 31 دقیقه شمالی و طول جغرافیایی 51 درجه و 23 دقیقه شرقی میباشد (شکل 3-5).
شکل 3-5- تصویر هوایی مزرعه تحقیقاتی دانشگاه صنعتی اصفهان واقع در روستای جوزدان نجفآباد. محل انجام آزمایشها با حاشیه قرمز رنگ نشان داده شده است.
3-3- متغیرهای اندازهگیری
3-3-1- بافت خاك
تقسیم بندی بافت خاک بر اساس مقدار نسبی ذرات تشکیل دهنده خاک در ذرات کوچکتر از 2 میلیمتر است. در تعیین بافت خاک به روش هیدرومتری ذرات معلق در آب بسته به حجم، وزن مخصوص و شکل ذرات با سرعتهای متفاوتی تهنشین میشوند و عامل تعیین کننده در سرعت تهنشینی ذرات معلق در آب، حجم یا اندازه ذرات معلق است که با استفاده از این ویژگی میتوان ذرات رس، سیلت و شن را جدا کرد. ابتدا مقدار 50 گرم از خاك مزرعه را نمونهبرداری نموده و از الك 2 ميليمتر رد کرده و در ليوان فلزي دستگاه همزن الكتريك قرار داده و 50 ميليليتر كالگون به آن اضافه كرده و با آب، حجم محلول به لبه ليوان رسانده شد. پس از 30 دقيقه، ليوان را به مدت 10 دقيقه در جايگاه مخصوص در ماشين همزن قرار داده و بههم زده شد. مواد داخل ليوان را به كمك آب مقطر به سيلندر يک ليتري منتقل كرده و با كمك آب، حجم آن به 1 ليتر رسانده شد. بعد از آماده كردن تمامي نمونهها عدد هيدرومتر پس از 40 ثانيه همزدن به صورتیكه تمامي مواد معلق شوند، قرائت گرديد. عدد اول بيانگر مقدار رس و سيلت خاک بود. پس از گذشت 6 ساعت نيز عدد هيدرومتر بدون همزدن نمونهها مجدداً قرائت گرديد که اين عدد بيانگر مقدار رس بود. اعداد خوانده شده هيدرومتر را در 2 ضرب کرده و سپس از هم كم میشود، عدد حاصل مقدار سيلت را نشان داد. درصد شن خاک نیز از تفاضل عدد 100 از مجموع درصدهاي رس و سيلت بدست آمد [].
3-3-2- حد خميري
میزان رطوبت خاک بر رفتار مکانیکی خاک موثر میباشد. ارایه رطوبت خاک بر مبنای نسبتی از حد خمیری خاک درک بهتری از بافت خاک و شرایط حاکم بر آزمایش بوجود میآورد. حد خمیری خاک حداقل رطوبتی است که خاک در آن به حالت خمیری شکل پذیر در میآید. حد خمیری، حد فاصل حالت خمیری و نیمه جامد خاک میباشد.
برای تعیین حد خمیری، ابتدا 50 گرم نمونه خاک از الك 425/0 میلیمتري عبور داده شد و سپس با مقدار کافی آب مقطر برای بدست آوردن حد خمیری مخلوط گرديد و بهمنظور حفظ رطوبت در کیسه پلاستيكي به مدت 24 ساعت در اتاق نگه داشته شد. سپس مقداري از نمونه را برداشته، بين انگشتان دست و سيني فلزی ورز داده و غلتانده تا فتيلهاي به قطر 3 ميليمتر به دست آيد. اين فتيله به قطعات کوچکي خرد شده و مجدداً به يکديگر فشرده گرديدند. توده خاک حاصل يکبار ديگر بين انگشتان و سيني غلتانده و فتيله شد. اين روند تا آنجا تكرار گرديد که فتيله خاک خردشده را ديگر نتوان غلتانده و فتيله نمود. در اين مرحله مقداري از نمونه را در آون در دماي 105 درجه سانتیگراد به مدت 24 ساعت قرار داده و وزن خشك نمونهها يادداشت شد. درصد رطوبت بر مبنای وزن خشک نمونه، بيانگر مقدار حد خميري خاک بود [].
3-3-3- رطوبت خاك
روش اندازهگیری محتوای رطوبت در این تحقیق بر اساس روش خشک کردن نمونهها انجام گردید. نمونهبرداری در هر کرتی در سه لایه (0-150، 150-300 و300-450 میلیمتر) و در وسط هر لایه و توسط استوانه نمونهبرداری با مشخصات قطر وارتفاع استوانه به ترتیب 52 و 50 میلیمتر و چکش انجام گرفت (شکل 3-7). برای انجام این کار ابتدا خاک تا عمق مورد نظر کنار زده شد و استوانه توسط چکش به آرامی در خاک فرو داده شد. پس از آنکه خاک وارد استوانه نمونهبرداری شد، خاک اطراف آن به آرامی کنار زده و با کاردک مخصوص خاک اضافی اطراف استوانه برداشته شد. نمونهی خاک تهیه گردیده در زمین با استفاده از ترازوی دیجیتال، وزن شده و در نهایت با استفاده از کیسه پلاستیکی به آزمایشگاه منتقل گردید. نمونهها پس از خشک شدن به مدت 24 ساعت در آون، 104 درجه سانتیگراد وزن شدند و درصد رطوبت وزنی خاک از رابطه 3-1 محاسبه گردید.
(3-1)MC%=(Ww– Wd)/Wd ×100 که در آن:
MC: رطوبت خاک برمبنای وزن خشک (درصد)
Ww: وزن نمونه خاک مرطوب (گرم)
Wd: وزن نمونه خاک خشک شده (گرم)
شکل 3-7- استوانه و چکش استفاده شده برای نمونهبرداری خاک جهت تعیین رطوبت قبل از عملیات خاکورزی
3-4- کرتبندی مزرعه
مزرعه آزمایشی بر اساس آزمایش فاکتوریل در قالب طرح بلوکهای کامل تصادفی در سه سطح رطوبتی، به سه بلوک و هر بلوک به سه قطعه مساوی و هر قطعه به یازده کرت تقسیم گردید. داخل هر بلوک، 11 کرت با عرض 3 و طول 100 متر برای عبور تراکتور با ابزارهای خاكورز تخصیص داده شد. در هر بلوک، 3 کرت برای اندازهگیری مقاومت غلتشی تراکتور قرار داده شد. به منظور دور زدن و مانور دو تراکتور، فاصله 8 متری بین بلوکها قرار داده شد. نحوه اجرای تیمارها در کرتها به صورت تصادفی و با استفاده از جدول اعداد تصادفی صورت گرفت (شکل 3-8).
شکل 3-8- تفکیک مزرعه بر اساس طرح بلوک کامل تصادفی.
3-5- تیمارهای آزمایش
در یک دستهبندی کلی تیمارها را میتوان به دو دسته تقسیمبندی کرد که در جدول 3-1 تیمارهای دسته اول و در جدول 3-2 تیمارهای دسته دوم آورده شده است.
جدول 3-1- تیمارهای مربوط به آزمایشهای قرارگیری ابزار خاکورز در آرایش همراستا
جدول3-2- تیمارهای مربوط به آزمایشهای قرارگیری ابزار خاکورز در آرایش زیگزاگ (Offset).
3-6- دسته بندی آرایشها
آرایشهایی مختلف در این پژوهش را میتوان به دو دسته، آرایشهای سطحیکار ( شکل 3-9) و آرایشهای عمیقکار (شکل 3-10) تقسیمبندی کرد.
واحد خاکورز قلمی.خاکورز قلمی و خیشچی به فاصله طولی 510 میلیمتر.خاکورز قلمی و خیشچی به فاصله طولی 1020 میلی متر.خاکورز قلمی ودو خیشچی با فاصله طولی 1020میلی متر و آرایش زیگزاکشکل 3-9- نمایش تصویری تیمارهای سطحیکار.
تک شاخه زیرشکن.زیرشکن و خاکورز قلمی با آرایش همراستا.زیرشکن، خاکورز قلمی و خیشچی با آرایش همراستا.
زیرشکن و دو خاکورز قلمی با آرایش زیگزاگ.زیرشکن، دو خاکورز قلمی و سه خیشچی با آرایش زیگزاگ.شکل 3-10- نمایش تصویری تیمارهای عمیقکار.
3-7- روش اندازهگیری پارامترهای عملکردی ادوات خاکورز
3-7-1- اندازهگيري مقاومت کششی
از دينامومتر مالبندی (شکل 3-11) براي اندازهگيري مقاومت کششی ادوات خاكورز استفاده شد. مقاومت كششي به شرايط خاك و خصوصيات ساختماني ابزار خاكورز وابسته است. با توجه به لزوم اندازهگيري دقيق مقاومت كششي، حتي الامكان سعي شد تا سرعت پيشروي ثابت (4 کیلومتر بر ساعت ) باشد. برای اندازهگیری مقاومت کششی ابزارهای خاکورز، از روش دو تراکتوری آرنم6 استفاده شد. در این روش، دینامومتر مالبندی، در حد فاصل دو تراکتور متصل شد. دینامومتر توسط زنجیری به تراکتور کشنده متصل شد و قلاب دیگر آن به جلوی تراکتور حامل ابزار خاکورز متصل گردید (شکل3-12). دینامومتر و زنجیر نگهدارندهی آن موازی با سطح زمین قرار گرفت. تراکتور کشنده در دنده سنگین و تراکتور حامل در تمام طول آزمایش در حالت خلاص بود. مطابق با این روش، مقاومت كششي ادوات در دو مرحله اندازهگیری شد. در مرحله اول، ضمن حرکت ادوات خاکورز در در عمق مورد نظر، مجموع مقاومت کششی خاکورز و مقاومت غلتشی تراکتور حامل توسط دينامومتر اندازهگیری شد. برای جمعآوری دادهها در حین حرکت، از یک دوربین برای عکس گرفتن از صفحه نمایشگر دينامومتر استفاده شد. در مرحله بعد، بهمنظور اندازهگیری مقاومت غلتشی تراکتور حامل (تراکتور عقبی)، ابزار خاکورز از خاک بیرون آورده شد و اعداد ثبت شده بهعنوان مقاومت غلتشی تراکتور حامل در نظر گرفته شد. برای تعیین مقاومت کششی ابزار، مقاومت غلتشی از مقدار نیروی اندازهگیری شده در مرحله اول کسر شد []. برای هر آزمایش در این پژوهش، حداقل 40 عدد از نمایشگر خوانده شده و میانگین این اعداد به عنوان مقاومت کششی در همان تکرار محاسبه شد. از تراکتور مسیفرگوسن مدل 285 ساخت شرکت تراکتور سازی ایران به عنوان تراکتور حامل و تراکتور جاندیر مدل 3140 به عنوان تراکتور کشنده برای تیمارهای سطحیکار و از تراکتور جاندیر مدل 3140 به عنوان تراکتور حامل و مسی فرگوسن 6290 به عنوان کشنده برای تیمارهای عمیقکار استفاده گردید. مشخصات فنی تراکتورها در جدول 3-3 آمده است.
شکل3-11- نیروسنج كششي و نمایشگر مربوطه
شکل 3-12- روش اندازهگیری مقاومت کششی افقی سطحیکار به وسیله دینامومتر مالبندی.
جدول 3-3- مشخصات تراکتورها
مسی فرگوسن 285مسی فرگوسن 6290جاندیر
3140 نوع تراکتور
مشخصات 2 چرخ محرک4 چرخ
محرک4 چرخ
محرکتعداد چرخ محرک53973/72توان موتور( کیلو وات)15-5/716-00/1016-00/10اندازه تایر جلو34-4/1838-9/1634-4/18اندازه تایر عقب6/318/5615/39وزن کل تراکتور(کیلو نیوتون)
3-7-2- سطح مقطع بههمخورده
برای اندازهگیری مساحت نیمرخی از خاک که در اثر عبور ابزار خاکورز، سست و بههمخورده شد از نیمرخسنج استفاده میشود. نیمرخسنجی که در این پژوهش استفاده شد یک قطعه چوب به ابعاد 15× 50 × 1200 میلیمتر میباشد که در فواصل 50 میلیمتری سوراخهایی ثابت روی چوب زده شد ومیلههای مدرج چوبی به قطر 10 و به ارتفاع 700 میلیمتردر آن قرار میگرفت. میلهها در جهت عمودی قابلیت جابهجایی دارند. بعد از عملیات خاکورزی، خاک سست شده بیرون ریخته شد و نیمرخ سنج بر روی حفرهی ایجادشده و عمود بر حرکت تراکتور قرار گرفت و میلهها شکل نیمرخ را به خود گرفتند. با قرائت اعداد روی میلهها نسبت به سطح خاک بهمنخورده کناری و انتقال آنها بر روی کاغذ میلیمتری، مساحت سطح بهمخورده بدست آمد [].با استفاده از رابطه (3-2) مساحت سطح بههم خوردگی خاک تعیین گردید شکل (3-13)[].
شکل 3-6-روش تعیین مساحت مقطع بههمخورده خاك توسط نیمرخسنج.
3-7-3- مساحت سطح بالاآمدگی خاک
برای بدست آوردن مساحت بالاآمدگی خاک مطابق شکل (3-14)، نیمرخسنج را روی خاک شخم خورده قرار میدهیم وپس از بدست آوردن مساحت سطح A ( که با استفاده از معادله 3-2 و مشابه سطح مقطع خاک بههمخورده بدست میآید) و مجموع سطح A و خاک بالاآمده (مستطیل ایجاد شده)، سطح مقطع خاک بالاآمده بدست میآید.
(3-2)A=(5∑_(i=1)^n▒〖d_i)-(d_1+d_n)〗 که در آن:
A: مساحت سطح بههم خورده خاک (میلی متر مربع،
di: عدد خوانده شده از روی میله iام نیمرخسنج (میلیمتر) و
d1 و dn: اعداد خوانده شده از اولین وآخرین میله نیمرخسنج.(میلیمتر).

شکل 3-6-روش تعیین مساحت سطح بالاآمدگی خاك توسط نیمرخسنج.
3-7-4- اندازهگیری قطر متوسط وزنی کلوخهای (MWD)
پس از انجام عملیات خاكورزی، نمونهبرداری خاک از سه لایه (0-150، 150-300 و300-450) میلیمتر از نیمرخ عرضی خاک، با استفاده از بیلچه و بدون ضربه زدن به کلوخهها، از هر کرت در سه تکرار انجام شد. خاک مورد اشاره از 10 الک با سوراخهایی به قطر 2/76، 8/50، 1/38، 4/25، 19، 7/12، 35/6، 76/4، 35/3 و 2 میلیمتربدون ارتعاش و لرزاندن الکها عبورداده شد (شکل3-7). قطر الکها بر مبنای بازه اندازه كلوخههاي تولید شده در خاك انتخاب شد. برای محاسبه میانگین قطر متوسط وزنی کلوخهای (MWD) از رابطه (3-2) استفاده شد []:
(3-2)MWD=∑_(i=1)^n▒〖(X_i×W_i)〗 در این رابطه Xi، میانگین قطر سوراخ الک iام و الک بالایی آن و Wi، نسبت وزنی کلوخههای باقیمانده روی الک iام به وزن کل نمونه خاک میباشد. برای کلوخههایی که از الک



قیمت: تومان

دسته بندی : پایان نامه ارشد

پاسخ دهید