تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه : (ممکن است هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل ...
۲-۲- 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 ۳۵۰ 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 ۲۰ ،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 محدوده 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 ۳۰ درجه به منظور تخمین این نیرو استاندارد شده است . اگر مقدارهای شاخص مخروطی نزدیک ۵/۱ تا ۲ 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 نمی شود. همچنین زیرشکنزنی، هنگامی که آبیاری در دسترس باشد، افزایش در محصول ایجاد نمی کند [].
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 ۴۵ تا ۷۵ 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 ۵۰ تا ۴۰۰ 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.
۲-۳- مقاومت کششی، سطح مقطع خاک به هم خورده و مقاومت ویژه
اندازه گیری 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 جنبه های مهم عملیات خاکورزی 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 ۵/۶۷ درجه)، نفوذ وسیله به داخل خاک راحتتر صورت میگیرد []. مک کیز و ماسوار (۱۹۹۷) 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 ۳۰ به ۹۰ درجه مقاومت کششی افزایش یافت و با افزایش دو برابری عرض کار، مقاومت کششی ۳۵ درصد افزایش یافت []. آلوکو و سیج (۲۰۰۰) 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 (۱۹۵۶) فرایند بریدن ، خردشدن ، شتابیافتن و بالابری خاک توسط یک تیغه صلب را مطالعه نمود و نتیجه گرفت حدود ۶۰ 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 )۱۹۸۸( 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 (۱۹۵۹) در تحقیقی جامع، اثر تغییر زاویه حمله زیرشکنمرسوم[۵] را بر مقاومت کششی و سطح مقطع بههم خورده خاک مورد بررسی قرار دادند. افزایش زاویه حمله از ۲۰ به ۶۰ درجه بطور معنیدار موجب افزایش مقاومت کششی گردید؛ اما سطح مقطع بههم خورده خاک تغییر معنیداری نداشت [].گادوین (۲۰۰۷) مطابق با شکل (۲-۱) نشان داد که مقاومت کششی ابزار خاک ورز با افزایش زاویه حمله افزایش مییابد [].
همت و همکاران (۱۳۷۹) در بررسی اثر ارتعاش گزارش نموده اند که استفاده از ارتعاش موجب کاهش مقاومت کششی و مقاومت ویژه زیرشکن به ترتیب به اندازه ۳۳ و ۳۴ درصد گردید []. نارایانارو و ورما )۱۹۸۲( یک کاهش ۵۲ 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 (۸) یک کاهش ۶۰ درصدی در مقاومت کششی یک زیرشکن چهارشاخه ساق ارتعاشی در دامنهmm 5 و فرکانسHz 4/3 بدست آوردند [].
|
شکل ۲-۱- 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 (۱۹۹۷) 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 (۱۹۷۸) گزارش کردند که اضافه کردن باله به پاشنه ابزار زیرشکن، به ازای افزایش۳۰ درصد در نیروی کششی باعث دو برابر شدن بههمخوردگی شد. این افزایش معنیدار در سطح مقطع خاک بههمخورد، باعث کاهش ۳۰ درصدی در مقاومت ویژه شد [].
گادوین و اسپور (۱۹۸۴)، گزارش کردند که فاصلهی عرضی بهینه برای کاهش مقاومت ویژه بین دو زیرشکن بدون باله، هنگامی که آنها در یک عمق کار می کنند، ۵/۱ برابر عمق کاری آنها میباشد ولی این در حالی است که برای ۲ زیرشکن با باله، این فاصله ۲ 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 )۱۹۷۷( گزارش نمودند که اضافه کردن باله و ابزار سطحیکار جلوی ابزار عمیقکار منجر به افزایش بههمخوردگی خاک در عمق، کاهش مقاومت ویژه،
مطلب دیگر :
افزایش عمق بحرانی و آرایش موثرتر خاک شده است. همچنین گزارش نمودند که فاصلهی موثر بین عاملهای خاکورزی با بهره گرفتن از ابزار سطحیکار جلوی ابزار عمیقکار وباله، افزایش مییابد آنها گزارش کردند که عمق بهینه برای ابزار جلویی، برابر عمق ابزار عقبی، فاصلهی عرضی بهینه برای دو سطحیکار در آرایش زیگزاگ، ۵/۲ برابر عمق ابزار عقبی و فاصلهی طولی بهینه، بین ابزار جلویی و عقبی، بزرگتر یا مساوی ۵/۱ برابر عمق ابزار عقبی میباشد[].
گادوین و اسپور (۱۹۸۴)، 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 می کند. 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 (۲۰۰۵) 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 ۸۰% 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 می کنند و اگر این نسبت رعایت نشود، حداقل یکی از ابزارها، زیر عمق بحرانی کار می کنند آنها برای مطلوب ترین فاصلهی طولی نیز معادلهی ۲-۱ را پیشنهاد دادند
| معادله ۲-۱ | |
که θ، α، β، D، d و به 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 می تواند نتایج این پژوهش را دچار تغییر کند [].
در به کارگیری ابزارهای چند سطحکار، حمزه و همکاران (۲۰۱۱) 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 نموده اند که اضافه کردن باله پشت ابزار های سطحیکار نیروی کشش مورد نیاز را برای شکافتن خاک افزایش نمیدهد [].
حمزه و همکاران (۲۰۱۱) در به کارگیری ابزارهای دو سطحکار گزارش دادند که استفاده از ابزارهای سطحیکار با عمق ۱۰، ۱۵ در جلوی ابزار عقبی با عمق ۳۰ سانتیمتر در آرایش دو سطحکار همراستا نسبت به تک شاخه اصلی با عمق ۳۰ سانتیمتر در خاک رسی، به ترتیب دارای ۸/۱۷ و ۱/۳ درصد مقاومت کششی کمتر میباشند در حالیکه با افزودن سطحیکار با عمق ۲۰ سانتیمتر جلوی ابزار اصلی ( عمق ۳۰ سانتیمتر)، مقاومت کششی به اندازه ۱/۴ درصد افزایش یافت آنها همچنین گزارش دادند که به کار گذاشتن دو سطحیکار با عمق ۱۵ سانتیمتر و به صورت زیگزاگ در جلوی ابزار اصلی (عمق ۳۰ سانتیمتر) نسبت به تک شاخه اصلی (عمق ۳۰ سانتیمتر) در خاک رسی به مقدار ۹/۱۰ درصد مقاومت کششی بیشتری نیاز دارد [].
مایلک و همکاران (۱۹۹۴) گزارش کردند که در آرایش دو سطحکار هم راستا، اضافه کردن سطحیکار با عمق های متفاوت ۷۶، ۱۲۷، ۱۷۸ و ۲۲۹ میلیمتری به یک ابزار عمیق کار با عمق ۴۵۷ میلیمتر، در خاک لوم رس سیلتی، از نظر توان مورد نیاز تفاوت معنیداری با همدیگر و حتی با تک شاخه عمیقکار (عمق ۴۵۷ میلیمتر) نداشتند. آنها همچنین گزارش کردند هنگامی که یک سطحیکار در عمق ۱۷۸ میلیمتر و به صورت همراستا با یک عمیقکار با عمق ۴۵۷ میلیمتر کار کند، به صورت معنیداری سطح مقطع خاک بههمخورده بیشتری نسبت به زمانی که سطحیکار در عمق ۲۲۹ و یا ۱۲۷ میلیمتر با آن عمیقکار استفاده شود، تولید می کند. اضافه کردن یک سطحیکار با عمق ۱۲۷ میلیمتر به یک عمیقکار با عمق ۳۵۶ میلیمتر نسبت به همان عمیقکار تنها، به مقدار بیش از ۱۶ 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 داده های بدست آمده از تحقیق خود، مشاهده کردند که اضافه کردن ساق بالهدار سطحی،به ترتیب نیاز به انرژی ۲/۹، ۷/۶ و ۹/۳ کیلو وات بیشتر از زیرشکن با عمق ۳۵۶، ۴۰۶ و ۴۵۷ میلیمتر دارد [].
گازر و لغوی (۱۳۸۵)در تعیین تاثیر دو تیغه سطحی با عرض تیغه ۴۰ میلیمتر و عمق ۲۵۰ میلیمتر و در ۵۰۰ میلیمتر جلوتر از شاخه اصلی، بر مقاومت کششی، سطح مقطع.خاک.بههمخورده و مقاومت ویژه در سه فاصلهی بین تیغهای ۵۰۰، ۷۵۰ و ۱۰۰۰ میلیمتری در مقایسه با یک زیرشکن با عرض ساق۲/۵۰ میلیمتر، عرض تیغه ۵/۶۰ میلیمتر و عمق کار ۵۰۰
