Relations Between Tractor Rubber Tire Pressure and Soil Compaction

Abstract

One of the physical limiting factors for the plant growth is the soil compaction where mostly occurs during to the seedbed preparation and then seeding process. The soil compaction is def ı ned as to reduce the soil porosity and to let the soil particles to orient closer to each other under the external pressures. The main effects of soil compaction in farm mechanization is the influences of tractor tires and top soil itself due to the heavy traffic on field. The magnitude of these influences depends on the variety of the tractor and tire parameters as well as the soil parameters. In general, these parameters are the inflation pressure of tires, axle load, tire pressure on to soil, tire geometry and profile, %slippage, the number of the pass on a certain point, tractor velocity, soil type, soil moisture content and soil bulk density. In this research, the effect of tire inflation pressure and the axle load on the soil compaction as well as the maximum profile depth on the tire marks on soil have investigated. For this purpose a 18 m length, 3 m width and 1.5 m depth soil bin was designed, and the silty loam %48 sand, %34 loam, %18 clay soil in this bin was used for the experiment. A movable soil test frame was also designed to move along the bin length in three levels 1.0 m/s, 1.3 m/s, 1.6 m/s powering by an electrical motor, a tractor tire sized 13.6/12-36 was attached on a bin frame. The measurements were performed by the Data Acquisition System such that the soil shear stress in the soil buried load cells that produced analog signals for the shear stress of the soil in 15 an 30 cm depth under the tire marks center and the Side. As a result, analyses statistically showed there was significant influences of interaction between tire and soil parameters, and measured data have also been discussed to explain the effects experimental parameters such as the axle load, soil depth, number of passes in certain point, tire inflation and external pressures, slippage, forward velocity and soil bulk density and the moisture content on soil compaction.

Keywords

• soil compaction, tire inflation pressure, tire sinkage, cone index

Lastik Tekerlekli Traktörlerde Lastik Basıncının Toprak Sıkışıklığına Olan Etkilerinin Belirlenmesi

Öz

Bitkisel üretim etkinliklerinde, tohum yata ğı haz ı rl ığı ve ard ı ndan makinal ı ekim s ı ras ı nda artan tarla trafi ğ ine bağl ı olarak oluşan toprak s ı kışı kl ığı bitki gelişimi için oldukça önemli olan k ı s ı tlardand ı r. Toprak s ı kışı kl ığı , d ış bas ı nca bağl ı olarak topraktaki bo şluklar oran ı n ı n h ı zla azalarak toprak tanelerinin birbirine daha yak ı n olabilecek şekildeki istiflenme durumudur. Makinal ı tar ı mda toprak s ı kışı kl ığı n ı n temel kaynağı , yoğ un tarla trafi ğine bağ l ı olarak traktör tekerleri ile toprak aras ı ndaki etkileşimdir. Bu etkileşimlerin büyüklü ğ ü ve derecesi, traktör ve lastik parametreleri ile toprak parametrelerinin de ğ işkenliğine bağ l ı d ı r. Toprak s ı kışı klığı n ı etkileyen parametreler genel olarak, lastik iç bas ı nc ı şişirilme bas ı nc ı , aks yüküne ba ğ l ı olarak lastik bask ı s ı , lastik geometrisi, tutunma profı llerinin özellikleri, % olarak patinaj, ve ayn ı noktadan geçiş say ı s ı ile geçiş h ı z ı gibi traktör ve lastikten gelen parametreler ile, toprak cinsi, fiziksel yap ı s ı , nem oran ı , hacim ağı rl ığı gibi birçok toprak parametrelerinden olu şmaktad ı r. Bu çal ışmada lastik tekerlekli traktörlerde, lastik iç bas ı nc ı n ı n ve toplam aks yükünün, topra ğı n s ı kışt ı rı lmas ı na ve lastiklerin toprakta olu şturduğ u izdeki en yüksek profil derinli ğ ine yapt ığı etkiler araşt ı r ı lm ışt ı r. Bu amaçla tasarlanarak yap ı lan 18 m uzunluğ unda 3 m genişliğinde ve 1.5 m derinli ğ indeki bir toprak kanal ı ve içerisinde yer alan t ı nl ı yap ı daki %48 kum, %34 silt, %18 kil deneme toprağı kullan ı lm ışt ı r. Toprak kanal ı üzerine, bir uçtan di ğerine üç değ işik h ı z kademesinde 1.0 m/s, 1.3 m/s ve 1.6 m/s hareket edebilen elektrik motoru tahrikli bir test arabas ı tasarlanmış ve bu arabaya bağl ı 13.6/12-36 ölçülerindeki traktör lasti ği denemelerde kullan ı lm ışt ı r. Denemeler sonras ı nda yap ı lan ölçümler ve analizler sonucunda, lastik iz merkezinde ve kenar ı nda olmak üzere, ortalama iki farkl ı toprak neminde %9 ve %13 , iki farkl ı derinlikte 0-15 cm ve 15-30 cm , üç farkl ı geçiş h ı z ı nda 1.0 m/s, 1.3 m/s, ve 1.6 m/s , üç farkl ı aks yükünde 1000 kg, 1300 kg ve 1600 kg , üç farkl ı lastik iç bas ı nc ı nda 0.8 bar, 1.0 bar ve 1.5 bar ve üç farkl ı geçiş say ı s ı nda 1.geçiş 3 geçiş ve 5 geçiş toprakta oluşturulan toprak s ı kışı kl ığı , maksimum iz derinli ği ve 15 ve 30 cm'deki toprak gerilmeleri ölçülmü ş ve bu parametreler aras ı ndaki ilişkiler istatistiksel analizlere dayal ı olarak ortaya konulmu ştur.

Anahtar Kelimeler

• toprak s ı kışı kl ığı , lastik şişme bas ı nc ı , tekerlek batmas ı , koni indeksi

References

1. Ababe, A. T., M. Yamazaki, A. Oida and H. Nakashima, 1992. Effects of forward velocity of tractor on transient soil compaction. Journal of The Japanese Society of Agricultural Machinery, 54 (3) 25-30.
2. Anonymous, 1982. ASAE Standart: ASAE S313.1. Agricultural Engineering Yearbook. Michigan,USA.
3. Bailey, A. C., T. A. Nichols and C. E. Johnson, 1988. Soil stress state determination under wheel loads. Transaction of the ASAE, 31 (5) 1309-1314.
4. Bailey, A. C., R. L. Raper, E. C. Burt, C. E. Johnson and T. R. Way, 1992. Soil stresses under tires with low inflation pressure. Transaction of the ASAE, Paper No. 92-1581.
5. Bal, H. 1985. Toprak s ı kışmas ı , sorunları ve çözüm yollar ı . Tarı msal Mekanizasyon 9. Ulusal Kongresi, 20-22 May ı s 1985, Bildiriler Kitab ı , Adana, s: 131-138.
6. Barone, L. 1990. Wheel traffic effect on soil compaction. 4. Uluslararas ı Tar ı msal Mekanizasyon ve Enerji Kongresi, 1 - 4 Ekim 1990, Bildiriler Kitab ı , Adana, s: 159-165.
7. Barut, Z. B., R. Okursoy and A. Özmerzi, 1995. Sera topraklar ı n ı n işlenmesinde toprak işleme kriterleri. Tar ı msal Mekanizasyon 16.Ulusal Kongresi, 5-7 Eylül 1995, Bildiriler Kitab ı , Bursa, s: 521,528.
8. Barut, Z. B., R. Okursoy and A. Özmerzi, 1999. Physical effects of tractor traffic on silty sand. 7 thInt. Congress on Agricultural Machanisation and Energy. 26-27 May 1999, Adana, Turkey, pp. 215-219.

9. Block, W. A., C. E. Johnson, A. C. Bailey, E. C. Burt and R. L. Raper, 1994. Soil stress measurement under rigid wheel loading. Transaction of the ASAE, 37 (6) 1753-1756.
10. Burt, E. C., R. K. Wood and C. Bailey, 1992. Some comparions of average to peak soil-tire contact pressures. Transaction of the ASAE, 35 (2) 401-404.
11. Çarman, K. 1992.Tarı mda kullan ı lan lastiklerin potansiyel s ı kışt ı rma indekslerinin belirlenmesi. Tar ı msal Mekanizasyon 14. Ulusal Kongresi, 14-16 Ekim 1992, Bildiriler Kitab ı , Samsun, s: 494-502.
12. Çarman, K. 1996. Prediction of penetration resistance sinkage and bulk density in soil - tire introduction. 6. Uluslararas ı Tar ı msal Mekanizasyon ve Enerji Kongresi , 2-6 Ekim 1996, Bildiriler Kitab ı , Ankara, s. 417-423.
13. Djordje, M. R. 1988. Influence of tire inflation pressure on soil bulk density. Physical Properties of Agricultural Materials and Products Proceedings of the 3` dInt. Conference. August 19- 23, 1985, Prague, Czechoslovakia, 867-872.
14. Dzenia, S., A. Sosnowsk ı , Hoffman, I. Kakol, 1990. Effect of soil and crops pressure by tractor wheels on physical properties of soil, weediness and yields of barley and wheat part changes in some soil physical properties. Roczniki Nouk Polniczych Seria A Produkcja Roslina, 107 (4) 21-29.
15. Erbach, D. L., G. R. Kinney, A. P. Wilcox and A. E. Ababda, 1991. Strain gage to measure soil compaction. Transaction of the ASAE, 334 (6) 2345-2348.
16. Erbach, D. C. and K. K. Knoll, 1992. Inflation pressure effect on soil compaction. Paper- American Society of Agricultural Engineers, No.92-1582.
17. Gee - Clough, D., V. M. Salokhe and M. Javid, 1990. The effect of soil compaction on maize yield in heavy clay soil. Proceedings of the International Agr. Eng. Conference and Exhibition,Bangkok, Thailand, 3-6 December, 389-395.
18. Harzad ı n, T., ve U. Güray, 1985. Tar ı mda kullan ı lan lastiklerin toprağı n deformasyonuna etkileri. Tar ı msal Mekanizasyon 9.Ulusal Kongresi, Bildiriler Kitab ı , Adana, s: 122-130.
19. Koger, J. L., A. C. Trouse Jr, E. C. Burt, R. H. Iff and A. C. Bailey, 1984. Skidder tire size vs. soil compaction in soil bins.Transaction of the ASAE, 27 (3) 665-669.
20. Koger, J. L., E. C. Burt and A. C. Trouse Jr. 1985. Multiple pass effects of skidder tires on soil compaction. Transaction of the ASAE, 28 (1) 11-16.
21. Mc Kyes, E. 1985. Soil cutting and tillage. Elsevier Publishing Company, New York USA.
22. Nichols, T. A., A. C. Bailey, C. E. Johnson and R. D. Grisso, 1987. A stress state transducer for soil. Transaction of the ASAE, 30 (5) 1237-1241.
23. Okursoy, R. 1992. Topra ğı n kompaksiyon modeli. Tarı msal Mekanizasyon 14. Ulusal Kongresi, 14-16. Ekim 1992, Bildiriler Kitab ı , Samsun, s: 564-573.
24. Önal, I. 1978. Tar ı m topraklar ı nda s ı kış ma sorunu. Ege Üniv. Ziraat Fak. Dergisi, İ zmir, 15 (3) 1-27.
25. P ı nar, Y. ve A. Sessiz, 1998. Toprak s ı kış mas ı na etkili baz ı faktörler üzerine bir ara şt ı rma. Tar ı msal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi, Tekirda ğ , s:310-316.
26. Polock, D., J. V. Perumpral and T. Kuppusa my, 1986. Finite element analysis of multipass Effect of Vehicles on Soil Compaction. Transaction of The ASAE, 29 (1) 45-50.
27. Way, T. R., T. Kı sh ı moto and E. C. Burt, 1996. Tractor tire aspect ratio effects on soil stresses and rut depts. ASAE Paper No: 96-1097.
28. Yı ld ı z, M. U. 1997. 7.00-18 Ölçülerindeki Radyal Lasti ğ in Yap ı sal Özellikleri ve İşletme Karakteristiklerinin Toprak Sı kışmas ı na Etkisi. Selçuk Üniv. Fen Bilimleri Ens. (Yay ı nlanmam ış Doktora Tezi), Konya, 77s.