پیش بینی و بهینه سازی نیروی کشش و خردشدگی خاک توسط گاوآهن دوار به کمک روش سطح پاسخ

سابقه و هدف: اندازه کلوخه‌ها از نظر کیفیت خاک‌ورزی و حفاظت از خاک و جلوگیری از فرسایش به همراه میزان مصرف انرژی در آماده‌سازی بستر بذر از اهمیت بالایی برخوردار می‌باشند. هدف از این مطالعه اندازه‌گیری نیروی کششی مورد نیاز گاوآهن دوار و میزان خردشدگی خاک در اثر متغیرهای سرعت پیشروی، سرعت دورانی محور گردنده و وضعیت درپوش گاوآهن در شرایط مزرعه‌ای به منظور پیش‌بینی مقادیر اندازه‌گیری نشده و بهینه‌یابی متغیرهای خروجی جهت کاهش فرسایش خاک می‌باشد.مواد و روش‌ها: آزمایش‌های مزرعه‌ای در قالب طرح بلوک کامل تصادفی به صورت فاکتوریل با 3 تکرار انجام گرفت. هر بلوک به 27 کرت‌ به عرض 3 متر و طول 20 متر تقسیم شد. اثر سه متغیر در ورودی شامل سرعت دورانی گاوآهن دوار در سه سطح (150، 200 و 250 دور بر دقیقه)، سرعت پیشروی تراکتور در سه سطح (3، 4 و 5 کیلومتر بر ساعت) و وضعیت قرارگیری درپوش در سه سطح (بالا، وسط و پایین) بر نیروی کششی مورد نیاز گاوآهن و میانگین قطر وزنی ذرات خاک به عنوان متغیر وابسته بررسی شد. نیروی کشش بر اساس روش دو تراکتوری اندازه‌گیری شد و میانگین قطر وزنی خاک‌دانه‌ها با استفاده از الک‌های با مش‌بندی 10، 4، 2.36، 1.4، 1، 0.5 و 0.18 میلی‌متر انداز‌گیری شد.یافته‌ها: نتایج نشان داده است که اثر سرعت پیشروی، سرعت دورانی گاوآهن و وضعیت درپوش بر نیروی کشش و خردشدگی خاک معنی‌دار می‌باشد. وضعیت درپوش بیشترین تاثیر را بر نیروی کشش و خردشدگی خاک داشته است. هرچه درپوش پایین‌تر و سرعت پیشروی و سرعت دورانی محور گردنده بیشتر تنظیم شدند، نیروی کشش افزایش یافته است. به علاوه، پایین بودن درپوش، کاهش سرعت پیشروی تراکتور و افزایش سرعت دورانی گاوآهن، خردشدگی و در نتیجه فرسایش خاک را به شدت افزایش داده است. بیشترین نیروی کشش در وضعیت درپوش پایین، سرعت پیشروی 5 کیلومتر بر ساعت و سرعت دورانی250 دور بر دقیقه به میزان 657 نیوتن بدست آمده است. کمترین میانگین قطر وزنی خاکدانه‌ها در وضعیت درپوش پایین، سرعت پیشروی 3 کیلومتر بر ساعت و سرعت دورانی 250 دور بر دقیقه به میزان 5 میلی‌متر بدست‌ آمده است. همچنین نتایج نشان داده است که روش منحنی سطح پاسخ توانایی بالایی در مدل‌سازی نیروی کشش گاوآهن دوار (ضریب تبیین=0.96) و خردشدگی خاک (ضریب تبیین= 0.99) دارد.نتیجه‌گیری: در محدوده مورد مطالعه، وضعیت قرارگیری درپوش گاوآهن بیشترین تاثیر را بر نیروی کشش و خردشدگی خاک داشت. نتایج حاصل از بهینه‌یابی همزمان نیروی کشش 600 نیوتن و میانگین قطر وزنی خاکدانه‌ها 7.5 میلی‌متر، 9 راه حل را در محدوده مورد مطالعه معرفی کرد که بهترین راه حل بیانگر نقطه بهینه در سرعت پیشروی 4.82 کیلومتر بر ساعت، وضعیت درپوش پایین و سرعت دورانی 170.2 دور بر دقیقه با رضایتمندی 0.979 می‌باشد.

prediction and optimization of the draft force and soil fragmentation by rotary plow using the response surface methodology

background and purpose: the size of the clods is of great importance in terms of tillage quality and soil protection and erosion prevention along with the amount of energy consumption in seed bed preparation. the purpose of this study is to measure the draft force required by the rotary plow and mean weight diameter (mwd) due to the independent variables of the forward speed, the rotational speed and the plow cover position in field conditions and training the design expert software of the response surface methodology (rsm) section to predict the unmeasured values and optimize the output variables in order to reduce soil erosion. materials and methods: field experiments were conducted in the form of a randomized complete block design (rcbd) with 3 replications. each block was divided into 27 plots with a width of 3 meters and a length of 20 meters. the effect of three input variables, including the rotational speed at three levels (150, 200 and 250 rpm), the forward speed of the tractor at three levels (3, 4 and 5 km/h) and the position of the cover at three levels (top, middle and bottom) on the draft force required by the rotary plow and the mwd of soil as dependent variables. the draft force was measured based on the two tractor test method and the mwd of the soil was measured using sieves with 10, 4, 2.36, 1.4, 1, and 0.5 and 0.18 mm meshes. findings: the results showed that the effect of forward speed, rotational speed of the plow and the cover position on the draft force and soil fragmentation are significant. the cover position had the greatest effect on the draft force and soil fragmentation. as the bottom position of cover and the forward speed and rotational speed of the plow were adjusted high, the draft force increased. in addition, bottom position of cover, reducing the tractor speed and increasing the rotational speed of the plow, greatly increased the fragmentation and as a result the high soil erosion. the highest draft force in the bottom cover position, the forward speed of 5 km/h and the rotational speed of 250 rpm is 657 newtons and the lowest mwd in the bottom cover position, the forward speed of 3 km/h and the rotational speed of 250 rpm it was obtained in the amount of 5 mm. also, the results showed that the response surface methodology has a high ability in modeling the darft force of rotary plow (r2=0.96) and soil fragmentation (r2=0.99).conclusion: in the studied range, the position of the plow cover had the greatest effect on the darft force and soil fragmentation. the results of the simultaneous optimization of the draft force of 600 newtons and the mwd of 7.5 mm introduced 9 solutions in the studied range, and the best solution represents the optimal point at the forward speed of 4.82 km/hr, the bottom cover position and the rotational speed of 170.2 rpm with a satisfaction of 0.979.