Performance Comparison of Bentleg and Paraplow Subsoilers with a Conventional Subsoiler in Terms of Draft Force and Specific Draft

Document Type : Original Article

Authors

1 Professor of Biosystem Engineering Department, Agricultural nad Natural Resources faculty, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

2 MSc , Biosystem Engineering Department, , University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran

Abstract

Introduction: Soil compaction is one of the major problems for farmers around the world. Soil compaction reduces root growth and reduces crop yield. One common method of eliminating soil compaction is the use of subsoilers. Using conventional subsoiler with regular blades requires high resistance and low energy efficiency. Using subsoilers with slanted blades not only reduces required resistance and also increases energy efficiency. Paraplow and bentleg are the subsoilers are used to reduce draft requirement and also specific draft.
Materials and Methods: Paraplow and bentleg subsoilers tines were fabricated and compared with a conventional subsoiler by conducting soil bin tests. For this purpose, experiments were conducted in a soil bin at the workshops of the Biosystems engineering department of Mohaghegh Ardabili university. Soil texture was Loam and soil moisture content was 14% which was under critical moisture level. Tests were conducted in a factorial design based on a completely randomized design with three replications. The factors studied were the three types of tine including conventional, bentleg and Paraplow tines, five working depth 5, 7.5, 10, 10.5, and 15 cm, and tine travel speed at 5 levels of 2.5, 5, 7.5, 10, and 12.5 cm/s.
Results and discussion: The results showed that for all tines, the required draft force increased significantly with increasing depth, whereas increasing depth had no significant effect on specific draft. The bentleg tine exhibited the lowest required draft and specific draft 34.45 N and 0.43 N/cm², respectively, while the conventional tine showed the highest values 62.1 N and 1.04 N/cm², respectively. In all tines, the required draft force increased significantly with increasing speed; however, the bentleg tine exhibited a lower rate of increase compared to the other tines. Therefore, the use of the bentleg tine is recommended for reducing energy requirements and maintaining conservation tillage.
Conclusion: The bentleg tine was the best performing tine among the three types evaluated in terms of both required draft and specific draft. In contrast, the conventional tine, which exhibited the highest draft, was the most energy-consuming. In all tines, increasing depth had a significant effect on the required draft, with the required draft increasing quadratically as depth increased. Furthermore, with increasing speed, the draft increased in all tines; however, the bentleg tine exhibited a lower rate of increase in draft force compared with the other tines, owing to its lower slope.

Keywords

Article Title [Persian]

مقایسه عملکرد زیرشکن‌های کج‌ساق و پاراپلو با زیرشکن مرسوم از منظر نیروی کششی و کشش‌ویژه

Authors [Persian]

  • غلامحسین شاهقلی 1
  • سامان میارعباس کیانی 2
1 استاد گروه مهندسی بیوسیستم، دانشکده کشاورزی و منابع طبیعی، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
2 فارغ التحصیل کارشناسی ارشد گروه مهندسی بیوسیستم، دانشگاه محقق اردبیلی، اردبیل، ایران
Abstract [Persian]

فشردگی خاک یکی از مشکلات عمده کشاورزان در سراسر جهان است که می‌تواند به‌صورت طبیعی یا در اثر تردد ماشین‌های کشاورزی و چرای بی‌رویه دام‌ها رخ دهد. این پدیده با بر هم زدن ساختار خاک و تخریب آن، موجب کاهش رشد ریشه و افت عملکرد محصول می‌شود. بنابراین، رعایت روش‌های صحیح مدیریتی برای جلوگیری از ایجاد تراکم ضروری است. از جمله این روش‌ها می‌توان به افزایش مواد آلی خاک اشاره کرد، زیرا افزایش مواد آلی، مدول الاستیسیته خاک را کاهش داده و خاک همانند یک بالشتک نرم در برابر نیروهای خارجی رفتار می‌کند. همچنین، باید از انجام عملیات کشاورزی توسط ماشین‌ها در رطوبت بحرانی خودداری کرد، چرا که خاک در این رطوبت یا حوالی آن، بالاترین حساسیت را به تراکم دارد. علاوه بر این، انجام عملیات بی‌خاک‌ورزی یا کم‌خاک‌ورزی به کاهش تردد ماشین‌ها و حفظ فعالیت میکروارگانیسم‌های خاک کمک می‌کند. در صورت بروز تراکم، یکی از روش‌های رایج برای رفع آن، استفاده از زیرشکن در اعماق نسبتاً زیاد است. زیرشکن‌های معمولی با تیغه‌های مرسوم به دلیل مقاومت بالای خاک، نیاز به نیروی کششی زیادی دارند و در مجموع راندمان انرژی پایینی دارند. در مقابل، استفاده از زیرشکن‌های با تیغه‌های مورب نه تنها مقاومت مورد نیاز را کاهش می‌دهد، بلکه راندمان انرژی را نیز افزایش می‌دهد. زیرشکن‌های پاراپلو و کج‌ساق برای کاهش نیاز کششی و همچنین کشش ویژه به کار می‌روند.
زیرشکن‌های پاراپلو و کج ساق طراحی و ساخته شد سپس با انجام آزمایش‌ها در مخزن خاک با زیرشکن معمولی از نظر عملکرد مقایسه شدند. برای این منظور، آزمایش‌های برش خاک با زیرشکن های مختلف در کارگاه‌های گروه مهندسی بیوسیستم دانشگاه محقق اردبیلی انجام گرفت. بافت خاک لوم و رطوبت خاک 14% بود که زیر سطح رطوبت بحرانی بود. آزمایش‌ها در قالب طرح فاکتوریل بر اساس طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار انجام شد. عوامل مورد مطالعه شامل سه نوع زیرشکن شامل زیرشکن معمولی، کج ساق و پاراپلو، پنج عمق کار ۵، 5/7، ۱۰، 5/10 و ۱۵ سانتی‌متر و سرعت پیشروی دندانه در ۵ سطح 5/2، ۵، 5/7، ۱۰ و 5/12 سانتی‌متر بر ثانیه بودند. نتایج نشان داد که در همه زیرشکن های مورد استفاده، نیروی کششی مورد نیاز با افزایش عمق به طور معنی‌داری افزایش می‌یابد، در حالی که افزایش عمق تأثیر معنی‌داری بر نیروی کششی ویژه نداشت. زیرشکن کج ساق با نیروی کشش و نیروی کشش ویژه 45/34 نیوتن و ۴۳/0 نیوتن بر سانتی‌متر مربع کمترین مقادیر مورد نیاز و زیرشکن مرسوم با 1/62 نیوتن و ۰۴/1 نیوتن بر سانتی‌متر مربع بیشترین نیروی کششی و نیروی کششی ویژه را به دست آوردند. در همه زیرشکن‌ها، نیروی کششی مورد نیاز با افزایش سرعت به طور معنی‌داری افزایش یافت، اما در زیرشکن کج ساق، روند افزایش نیروی کششی در مقایسه با سایر دندانه‌ها شیب کمتری نشان داد. بنابراین استفاده از زیرشکن کج‌ساقه برای کاهش انرژی مورد نیاز و حفظ خاک‌ورزی حفاظتی توصیه می‌شود.
تیغه کج‌ساق بهترین تیغه در بین سه نوع تیغه مورد بررسی از نظر نیروی کششی مورد نیاز و نیروی کششی ویژه بود. همچنین، تیغه مرسوم با بیشترین نیروی کششی، پرمصرف‌ترین تیغه از نظر مصرف انرژی شناخته شد. در تمام تیغه‌ها، افزایش عمق تأثیر معنی‌داری بر نیروی کششی مورد نیاز داشت و با افزایش عمق، نیروی کششی مورد نیاز به‌صورت نمایی و درجه دوم افزایش یافت. علاوه بر این، با افزایش سرعت، نیروی کششی در تمام تیغه‌ها افزایش یافت؛ با این حال، در بین سه تیغه مورد بررسی، تیغه کج‌ساق با شیب کمتر، افزایش نیروی کششی کمتری نسبت به سایر تیغه‌ها نشان داد.

Keywords [Persian]

  • زیرشکن
  • کج ساق
  • پاراپلو
  • نیروی کشش

Files

History

  • Receive Date: 24 February 2026
  • Revise Date: 06 June 2026
  • Accept Date: 26 July 2026
  • First Publish Date: 15 August 2026
  • Publish Date: 15 August 2026

Share

How to cite

Statistics