Effect of Biomimetics Rotary Tiller Blade on Soil Clod Size in a Paddy Field
Article Sidebar
Main Article Content
Abstract
Rotary tillers are a popular tool for soil preparation but are limited to working in dry or flooded fields. This research aimed to develop a rotary tiller blade specifically for use in moist soil by modifying the mixed-type blade surface. The modifications were inspired by biomimetic principles, specifically by mimicking the soil-excavating techniques of animals. Four new blade designs were developed: 1) Front-wedge blade, 2) Front-and-rear-wedge blade, 3) Front-stud blade, and 4) Front-and-rear-stud blade. The tillage performance of these modified blades was compared to a conventional mixed-type blade design. The tests were conducted in a silt loam field, plastic limit of 18.95% and liquid limit of 34.13%, at three different soil moisture contents: 28.36%, 31.52%, and 34.43% (dry basis, db.). With the tractor speed of 1.10 m/s, and the blade shaft rotational speed of 231.60 rpm. The optimal blade was considered from the percentage of soil clod size in the 0-20 mm size range, which is suitable for seed germination. The results showed that the front-wedge blade was the most effective design for producing fine soil clod size. This blade featured a semi-elliptical cross-section wedge with a width of 10 mm, a thickness of 3 mm, and a length of 50 mm. The lower tip of the wedge was angled to align with the blade's cutting edge. This modified blade produced 49.48% and 32.05% of soil clod size in the 0-20 mm size range, and these values represent a significant improvement over the conventional mixed-type blade by 9.73% and 17.30%, when working in fields with soil moisture content of 28.36 and 31.52%db. , respectively. These results indicate that the modified front-wedge blade is suitable for tillage in silt loam soils with moisture content ranging from 28.36 to 31.52%db., which is the ideal range for plant seed germination. Consequently, the implementation of this developed blade has the potential to facilitate reduced water consumption and crop production costs.
Article Details
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
References
กรมพัฒนาที่ดิน. (2548). คู่มืองดเผาตอซัง สร้างดินยั่งยืน ฟื้นสิ่งแวดล้อม. สืบค้นเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2568, จาก https://www.ldd.go.th/manual_stump/stump.pdf, 20 หน้า.
ฉวีวรรณ สุดจิตร และ ปารณีย์ เผ่าภูธร. (2559). การศึกษาการให้น้ำชลประทานแก่ข้าวนาปรังในเขตภาคเหนือ โดยกำหนดระดับน้ำต่ำกว่าผิวดิน 5 เซนติเมตร. สืบค้นเมื่อวันที่ 20 สิงหาคม 2568, จาก https://water.rid.go.th/hwm/ cropwater/iwmd/omdirrw/paper/paper006.pdf, 6 หน้า.
ชิติพัทธ์ นุ่มนวล, ธนพล พูลสุข และ ศิรชัช ฤทธิ์เนติกุล. (2567). การพัฒนาชุดหยอดเมล็ดพันธุ์อย่างแม่นยำ,ปริญญานิพนธ์. สาขาวิศวกรรมเครื่องกล, คณะวิศวกรรมศาสตร์, มหาวิทยาลัยนเรศวร, 93 หน้า.
ไพโรจน์ นะเที่ยง, จันทร์เพ็ญ ชุมแสง และ กันต์ อินทุวงศ์. (2561). เครื่องตัดสับสำหรับลดขนาดทางกายภาพฟางและตอซังข้าวแบบลากจูง. วารสารวิชาการด้านวิศวกรรมศาสตร์และเทคโนโลยีดิจิทัล (Journal of Engineering and Digital Technology), 6(1), 43-48.
รัตนา การุญบุญญานันท์ และ ธนัชสัณห์ พูนไพบูลย์พิพัฒน์. (2561). การวิจัยและพัฒนาเครื่องจักรสำหรับปลูกพืชแบบไม่ไถเตรียมดินสำหรับระบบเกษตรอินทรีย์หลังนา, รายงานฉบับสมบูรณ์. สำนักงานพัฒนาการวิจัยการเกษตร (องค์การมหาชน) (สวก.) และสำนักงานการวิจัยแห่งชาติ (วช), 70 หน้า.
รัตนา การุญบุญญานันท์. (2563). การพัฒนาชุดสับฟางข้าวสำหรับรถเกี่ยวนวดข้าวเพื่อลดการเผาฟางในนาข้าว, รายงานฉบับสมบูรณ์. โครงการส่งเสริมและสนับสนุนบุคลากรด้านวิทยาศาสตร์เทคโนโลยีและการจัดการจากภาครัฐและสถาบันอุดมศึกษาไปปฏิบัติงานเพื่อเพิ่มขีดความสามารถการแข่งขันในภาคการผลิตและบริการ (Talent Mobility), 71 หน้า.
สราวุธ เหล่าพงศ์สวัสดิ์. (2546). การศึกษาเปรียบเทียบแรงที่กระทำกับใบมีดจอบหมุน 3 ชนิด, วิทยานิพนธ์. สาขาวิศวกรรมเครื่องกล, คณะวิศวกรรมศาสตร์, จุฬาลงกรณ์มหาวิทยาลัย, 181 หน้า.
สำนักงานเศรษฐกิจการเกษตร. (2568). สถิติการเกษตรของประเทศไทย ปี 2567. สืบค้นเมื่อวันที่ 29 สิงหาคม 2568, จาก https://www.opsmoac.go.th/chumphon-dwl-files-471091791226, 228 หน้า.
ASTM. (1999). ASTM D2216-98: Standard test method for laboratory determination of water (moisture) content of soil and rock by mass. The American Society for Testing and Materials, West Consho-hocken, USA.
ASTM. (2009). ASTM D7263-09: Standard test methods for laboratory determination of density (unit weight) of soil specimens. The American Society for Testing and Materials, West Conshohocken, USA.
Jin, T., Jiyu, S., Donghui, C. & Shujun, Z. (2005). Geometrical features and wettability of dung beetles and potential biomimetic engineering applications in tillage implements. Soil & Tillage Research, 80(1-2), 1-12, https://doi.org/10.1016/j. still.2003. 12.012.
Smith, D.W., Sims, B.G. & O'Neill, D.H. (1994). Testing and evaluation of agricultural machinery and equipment. Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO Agricultural Engineering Service, 274 pages.
Yumei, S., Michiaki, I., Hajime, A. & Yoneji, Y. (2004). Effect of soil clod-size on the emergence and growth in some crops. Japanese Journal of Farm Work Research, 39(3), 151-156, https://DOI : 10. 4035/jsfwr .39.151.
Yuwan, Y., Jin, T., Yuxiang, H., Jinguang, L. & Xiaohu, J. (2021). Biomimetic rotary tillage blade design for reduced torque and energy requirement. Applied Bionics and Biomechanics, 2021(3), 1-16, https:// doi.org/10.1155/2021/8573897.
