Makinal ı Şekerpancar ı Hasad ı nda Baş Kesme S ı ras ı nda Ayar Tamburu Yörüngesinin izlenmesini Olanakl ı K ı lan Bir Yöntem Geli ştirilmesi

Transkript

1 TARIM BILIMLERI DERG İ S İ 2001, 7 (4) Makinal ı Şekerpancar ı Hasad ı nda Baş Kesme S ı ras ı nda Ayar Tamburu Yörüngesinin izlenmesini Olanakl ı K ı lan Bir Yöntem Geli ştirilmesi Ahmet ÇOLAK' Geli ş Tarihi: Özet: Ayar düzenlen' ba ş kesme derinli ğini belirleyen bir ölçü düzlemi olu şturmaktad ırlar. Hareketini bir güç kayna ğı ndan alan tamburlu ayar düzenlen' ise uygulamada yayg ı n olarak kullan ı lmaktad ı r. Hasat s ı ras ında ayar tamburu ile pancar ı n temas ı, tambur kütlesi ve ilerleme h ız ı n ı n da etkili oldu ğu bir çarpma hareketini beraberinde getirmektedir. Bu çal ışmada, kontrollü ko şullardaki bir simülasyonla ayar tamburunun hareket yörüngesinin izlenmesini olanakl ı k ılan bir yöntem geli ştirilmi ştir. Geli ştirilen yöntemle 0.39, 0.68, 0.98 ve 1.7 m/s ilerleme h ızlar ı ile 175 N ve 235 N tambur dü şey kuvveti kombinasyonlar ı nda denemeler yap ı lm ışt ı r. Denemeler sonunda, hareket yörüngeleri say ısal verilerle elde edilmi ş ve grafikleri ç ı kar ılabilmiştir. Ayr ıca, 1.7 m/s'lik ilerleme h ız ı n ın tamburda yakla şı k 20 mm'lik bir s ıçramaya neden oldu ğ u belirlenmiştir. Anahtar Kelimeler : Şekerpancar ı hasad ı, ayar tamburu yörüngesi, h ız fazial ığı, simülasyon The Developing a Method which Makes Possible Analising the Trajectory of Feeler Wheel During Sugar Beet Topping Using Machine Abstract: The feelers provide the referance plane to determine thickness of slice during topping. Driven feeler wheel used commonly on sugar beet harvesters. During the topping feeler wheel impact with beet crown. The mass of feeler and forward speed effect on this action. In this research the method was developed which let to monitor and save the data to PC belonging to trajectory of wheel. Trials were carried out with combination of 0.39; 0.68; 0.98 and 1.7 m/s forward speeds and 175 N and 235 N vertical force of wheel by using developed method in soil canal. At the result of research the wheel trajectories had been obtained digitally and graphically. Besides, it had been determined that 1.7 m/s forward speed had been caused jump of wheel 20 mm far away. Key Words: Sugar beet harvesting, feeler wheel trajectory, excess of peripheral velocity, simulation Giriş Tarladaki bir pancar ı n ideal kesim yen ya da ba ş kesme için tolerans bölgesi, pancardan pancara de ğ i şim göstermektedir. Kesilen ba ş dilimi kal ı nl ığı genellikle büyük pancarda fazla, küçük pancarda ise az olmaktad ı r. Makina ile ba ş kesme s ı ras ı nda kesim yüzeyinin pancar ı n bir boyutundan bulunmas ı ve ba ş kesme b ı ça ğı n ı n kesim yüzeyine otomatik olarak getirilmesi gerekmektedir. Bu amaçla sökümden önce ba ş kesme yapan bir makinenin pancar tepelerinin topraktan yüksekliklerini referans olarak kullanmas ı yayg ı n olan bir uygulamad ı r. Pancarlar ı n s ı ra aras ı ve s ı ra üzeri uzakl ı klar ı ile topraktan yükseklikleri oldukça de ğ i şken bir karakter göstermektedir. Bu durum, de ğ i şik yap ı ve i şlev özelliklerine sahip ba ş kesme düzenlerinin do ğmas ı na neden olmu ştur. Ba ş kesme düzenleri şeker pancar ı hasat makinelerinin önemli organlar ı ndan biri olup ba ş l ı ca üç elemandan olu şmaktad ı r. Bunlar; Ayar düzeni, Ba ş kesme b ı ça ğı, Ba ğ lant ı kollar ı d ı r. Ayar düzenlen ba ş kesme derinli ğini belirleyen bir ölçü düzlemi olu şturmaktad ırlar. Pancar ı n tepesine t ı rmanan ayar düzeninin kesilecek ba ş dilimi kal ı nl ığı kadar alt ı nda bulunan ba ş kesme b ı ça ğı, ayar düzeni pancar ın en üst noktas ı ndayken, kesme i ş lemine ba şlamaktad ı r. Hareketini bir güç kayna ğı ndan alan t ı rt ı ll ı tamburlu ayar düzenleri uygulamada yayg ı n olarak kullan ı lmaktad ı r ( Şekil 1). Şekil tde; Q, tamburun a ğı rl ığı n ı, VT, tambur çevre h ızı n ı, VF ise makinenin ilerleme h ız ı n ı göstermektedir. Tambur çevre h ızı makine ilerleme h ız ı ndan daima büyük olmal ı d ı r. Bu h ız fazial ığı tamburun t ırmanma s ı ras ı nda pancar ı devirmemesi ve pancar ı b ı ça ğa kar şı tutabilmesi için gereklidir. Tambur çevre h ız ı (VT) ile makine ilerleme h ız ı (VF) aras ı nda; VT11,1...1,5)VF ba ğı nt ı s ı bulunmaktad ı r (Kanafojski ve Karwowski 1976). Ayar tamburu h ız fazlal ığı n ı n etkisi pancar ba şlar ı n ı n topraktan ç ı kma yüksekliklerine göre de ğ işmektedir. Bu değ i ş im Şekil 2'de şematize edilmi ştir. El Ankara Üniv. Ziraat Fak. Tar ı m Makinalar ı Bölümü - Ankara

2 ÇOLAK, A. "Makinal ı şekerpancar ı hasad ında baş kesme s ıras ı nda ayar tamburu yörüngesinin izlenmesini olanakl ı k ı lan bir yöntem geli ştirilmesi" 71 VF T Şekil 1. Güç kayna ğı tahrikli t ı rt ı ll ı tamburlu ayar düzeninin çal ışmas ı FRy Şekil 3. Ayar tamburunun pancara çarpmas ı s ıras ında oluşan kuvvetlerin, aç ılar ın ve h ızlar ın ilişkisi (Umari ve Brinkmann 1978) Çarpma olay ı s ı ras ı nda ortaya ç ı kan toplam kuvvetin (FR) yatay bile şeni FRx t ı rt ı ll ı tambur için a şa ğı daki eşitlikle verilebilmektedir: FR x = 2 m TVF sin 2ris (in P VT Eşitlik [2] ve Şekil 3'de; Şekil 2. Ayar tamburu h ız fazial ığı n ın pancarlar ı n topraktan ç ı kma yüksekliklerine göre etkisi (Albrecht 1961) Şekil 2 a' da oldu ğu gibi, ba ş lar ı kesilecek olan pancarlar ı n topraktan ç ı kma yükseklikleri birbirine e şit oldu ğ unda ayar tamburu do ğ rusal kabul edilebilecek hafif bir dalgalanma hareketi ile ilerlemektedir. Bu durumda h ız fazial ığı tüm çevre boyunca etkili olmakta ve ayar tamburu görevini tam olarak yapmaktad ı r. Şekil 2 b' de ise topraktan ç ı kma yüksekli ği bir öncekinden fazla olan bir pancara do ğru yönelen ayar tamburunun çal ışmas ı görülmektedir. Tambur yüksek pancara değme noktas ı ndan itibaren bir yay çizerek pancar tepesine t ı rmanmaya zorlanmaktad ı r. Yükselme durumunda h ız diyagram ı nda sapma meydana gelmekte ve pancarlar aras ı ndaki yükseklik fark ı n ı n derecesine de ba ğ l ı olarak h ız fazial ığı daha az etkin olmaktad ı r. Yüksek bir pancar ı n tepesinden a ş a ğıya inme durumunda ise ( Şekil 2 c) h ız fazial ığı yeniden ilk durumdaki etkinli ğine dönmektedir. H ız fazial ığı n ı n küçük olmas ı durumunda devrilme, e ğik kesme ve pancarlar ı n kesilmeden sökülmesi; çok büyük olmas ı durumunda ise derin kesim ve parçalanma gibi hasat kalitesini olumsuz etkileyen durumlar ortaya ç ı kmaktad ı r. Ayar tamburu ile pancar ı n temas ı ; tambur kütlesi ve ilerleme h ızı n ı n da etkili oldu ğ u bir çarpma hareketini beraberinde getirmektedir ( Şekil 3). FR : Toplam kuwet, FR x : Toplam kuwetin yatay bileşeni, FR y : Toplam kuwetin dü şey bile şeni, VF : ilerleme h ız ı, VT : Tambur çevre h ız ı, mt : Ayar tamburunun kütlesi, P : Ayar tamburu tahrik gücü, S : Pancar ı n deformasyonu, : Ara te ğet aç ı s ı, : Pancarla çelik aras ı ndaki sürtünme aç ı s ı, Tl : Pancar ı n yutma faktörü, : Bağlant ı kolunun yatayla yapt ığı aç ı olmaktad ı r. Ayar tamburunun bir pancara çarpmas ı s ı ras ı nda tambur üzerine yukar ıya doğru dikey bir kuwet etkili olmaktad ı r. Bu kuvvet tamburun pancar ba şı ndan aniden kalkmas ı, dolay ı s ıyla temas ı n kesilmesi tehlikesini doğurmakta ve hatal ı kesimler meydana gelmektedir. Çarpma sonras ı ndaki ayar tamburu konumlar ı Şekil 4' de görülmektedir. Şekil 4' de; SH : S ı çrama yüksekli ğ i, SW : S ı çrama geni ş li ği, ASH : S ı çrama yüksekli ği fark ı, ASW: S ı çrama geni ş li ği fark ı olmaktad ı r. Uygulamada tarla ko şullar ı nda ayar sisteminin çarpma ve s ıçrama ili şkilerini tam olarak izleyebilmek oldukça güç olmaktad ı r. Bu nedenle kontrollü ko şullardaki bir simülasyonla ayar tamburunun h ız ve kütleye bağ l ı hareketinin izlenmesini olanak! ı k ılan bir yöntem geli ştirilmesi çal ışman ı n amac ı olmu ştur.

3 72 TARIM BILIMLERI DERGISI 2001, Cilt 7, Say ı 4 Hareketin, kauçuk tekerlekten ayar tamburuna aktar ı lmas ı bir zincir-di şli sistemi (ZDS) taraf ı ndan sağ lanm ışt ır. Kullan ılan zincirin uzunlu ğu harekete izin verecek en büyük de ğere ayarlanm ışt ır. Böylece, tamburun yukar ı-a şağı hareketi tahrik tekerle ği taraf ı ndan engellenmemi ştir. Şekil 4. T ırt ıll ı ayar tamburunun çarpma sonras ı nda konumlar ı (Umari ve Brinkmann 1978) Materyal ve Yöntem Çal ışmada Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tar ım Makinalar ı Bölümü Toprak i şleme Aletleri Laboratuvar ında bulunan toprak kanal ı ndan yararlan ılm ışt ır. Çe şitli çaplardaki pancarlar toprak kanal ı na (TK) değ i şik ç ı kma yüksekli ği ve s ı ra üzeri uzakl ığı verecek şekilde sabitlenmi ştir. Böylece tarla ortam ı n ı simüle eden bir pancar s ı ras ı olu şturulmu ş ve pancarlar numaralanm ışt ı r. Tamburun pancar üzerine t ırmanmas ı ve inmesi indüktif bir yol ölçer (YÖ) taraf ı ndan alg ılanarak bilgisayara kaydedilmi ştir. Indüldif yol ölçerin hareketli çubu ğu, tambur çat ısına, tambur mili hizas ı nda olacak ve tamburun yörüngesine uygun hareket edebilecek serbestlikte ba ğlanm ışt ır. Yol ölçerin ana gövdesi ise hareketli çubu ğun yörüngesine uyumlu olacak serbestlikte, kanal arabas ı n ı n şasisine c ıvatalarla sabitlenmi ş, yatay bir ba ğ lant ı lamas ı na (BL) yataklanm ışt ır. Deney düzene ğ i Şekil 6'da görülmektedir. Denemelerde veri aktar ı m ı ve kaydedilmesi Şekil 7'deki gibi gerçekle ştirilmiştir. Tamburun hareketlerini alg ı layarak elektriksel büyüklüklere dönü ştüren indüktif yol ölçer; verileri kesintisiz olarak bir ara kablosu arc ı l ığıyla bir yükselticiye (amplifıer), oradan da PCL 818 HG karta sahip bir veri i şleme sistemine iletmi ştir. PCL 818 HG ise analog verileri say ısal veriler haline dönü ştürerek PC bilgisayara aktarm ışt ır. Verilerin bilgisayara kaydedilmesinde GENIE 3.00 yaz ı l ı m program ı kullan ı lm ışt ı r. Di ğer yandan toprak kanal ı arabas ı (TKA) üzerindeki üç nokta ba ğlant ı sisteminin alt ba ğlant ı kollar ı na (ABK) kendi çat ı s ı na (ATÇ) rulmanl ı yataklarla yataklanm ış bir ayar tamburu (TAT) ba ğ lanm ışt ı r. Ayar tamburu kanal arabas ı şasisine ba ğ l ı ve yukar ı hareketi özel bir yay sistemi ile bask ı lanm ış olan 30 cm çap ı nda kauçuk bir tahrik tekerle ği (KT) taraf ı ndan hareketlendirilmi ştir. Ayar tamburunun yap ı s ı ve ölçüleri Şekil 5'de görülmektedir. Şekil 6. Toprak kanal ı nda oluşturulan deneme sistemi Amplifier PCL-818HG Bilgisayar Şekil 5. Denemelerde kullan ı lan t ı rt ı ll ı ayar tamburunun yap ıs ı ve ölçüleri Transducer 14- ".xls dosyas ı * txt dosyas ı T ı rt ı ll ı ayar tamburu Şekil 7. Data toplama ve i şleme sistemi GENIE 3.00 yaz ı l ı m ı

4 ÇOLAK, A. "Makinal ı şekerpancar ı hasad ında baş kesme s ıras ı nda ayar tamburu yörüngesinin izlenmesini olanakl ı k ı lan bir yöntem geli ştirilmesi" 73 Denemelere ba şlanmadan önce; tamburun toprak yüzeyine temas etti ği nokta referans al ı narak, 2 cm kal ı nl ığında ah şap bloklar yard ı m ıyla, tamburun yükselmesi ve GENIE 3.00 dosyas ına kaydedilen değerlerin kalibrasyonu gerçekle ştirilmi ştir. Denemelerde toprak kanal ı arabas ı nda sa ğlanabilen 0.39; 0.68; 0.98 ve 1.7 m/slik ilerleme h ızlar ı ile 175 N ve 235 N'Iuk tambur dü şey kuwetleri esas al ı nm ışt ı r. Kauçuk tekerlek ile tambur aras ı ndaki iletim oran ı i=1,16'd ı r. Tambur çevre h ızı ile ilerleme h ız ı aras ı ndaki (VTNF) h ız oran ı ise 1,29 olmu ştur. H ız ve kütle faktörlerinin olu şturdu ğu 8 kombinasyonda denemeler yap ı larak ölçümler kaydedilmi ştir. 1.7 m/s ilerleme h ız ı n ı n ayar tamburu yörüngesinde 20 mm'lik bir s ı çrama yaratt ığı n ı söyleyebilmek olas ı d ı r. Bu siçraman ı n denemenin genelindeki durumunu incelemek amac ıyla her kombinasyonda elde edilen yükseklik de ğerleri elle ölçülen pancar yükseklikleriyle karşı laşt ı r ı lm ışt ır. Elde edilen do ğrusal regresyon denklemleriyle bunlar ın R2 değerleri Çizelge 1'de görülmektedir. Çizelge 1'den de görüldü ğü gibi, 1.7 mistik h ızda elde edilen R 2 değerleri, di ğer h ızlara oranla dü ş ük bulunmu ştur. Bu durum, yüksek h ızda normal yörüngeden olan sapmay ı aç ı kça ortaya koymaktad ı r. Bulgular ve Tart ışma Veri ölçüm ve i şleme sistemi yard ı m ıyla 25 ms zaman aral ı klar ı nda kaydedilerek, *.xls uzant ı l ı dosyalar haline dönü ştürülen verilerle her bir pancar için yükseklikveri say ı s ı grafikleri elde edilmi ştir. Veri say ı lar ı n ın ilerleme h ızlar ı ile düzeltilmesi sonucu her bir kombinasyon için yükseklik-yol grafikleri elde edilebilmi ştir. Şekil 8'de 175 N ve 235 N tambur dü şey kuvvetlerinde ve 4 h ız kademesi için elde edilen yükseklik-yol grafiklerinden bir örnek görülmektedir. Şekil 8, sekiz ayr ı deney kombinasyonundan ayn ı numaral ı ( şekilde 12 nolu) pancara ili şkin grafiklerin seçilmesiyle derlenmi ştir. Üst s ırada verilmi ş olan grafı kler 175 N, alt s ı rada verilmi ş olanlar ise 235 N tambur dü şey kuwetinde elde edilmi şlerdir. Şekil 8'den anla şı ld ığı gibi ayar tamburu 0.39 m/s h ızla 12 nolu pancara çarpt ığı nda 80 mm yüksekliğe kadar t ı rmanan bir yörünge izlemi ştir. Di ğer h ız kademelerinden 0.68 ve 0.98 m/s de ğerlerinde de yakla şı k ayn ı yükseklik sözkonusu olmu ş, ancak 1.7 m/s h ızda tambur 98 mm'ye kadar yükselmi ştir. Oysa, tamburun t ırmand ığı pancar ı n elle ölçülen topraktan yüksekli ği 78 mm'dir. Bu durumda, Sonuç Geli ştirilen ölçme yöntemi ve düzeniyle yap ı lan ölçümlerden ayar tamburunun toprak yüzeyinde ve pancar üzerinde izledi ği yörüngenin koordinatlar ı say ı sal olarak elde edilmi ştir. Elde edilen say ısal verilerin incelenmesinden 1.7 m/s h ızda tambur s ıçramas ı n ın 20 mm'ye ula şt ığı belirlenmi ştir. Tambur dü şey kuwetindeki N'luk art ışta tambur yörüngesinde daha küçük bir sapma gözlenmektedir. Tambur s ıçramas ı sonucu izlenen yörünge, pancarda yüzeyden kesilmeye neden olacakt ır. Bu ise hasat kalitesi yönünden istenmeyen bir durumdur. Çizelge 1. Grafiklerdeki yörünge yükseklikleriyle elle ölçülen pancar yüksekliklerinin kar şı laşt ı r ı lmas ı ilerleme h ız ı (m/s) Kuvvet (N) Denklem R2 Denklem R y=1.1329x y=1.1758x y=1.1505x y=1.0629x y=1.0849x y=1.0519x y=0.9947x y=1.0205x a1=175 N VF1=0,39 mis a1=175 N VF2=0,69 mis a1=175 N VF3=0,98 mis a1=175 N VF4=1,70m/s ". ' E "10 O 4. Yüks eklik (rrım 20 1: z a2=235 N VF1=0,39 mis a2=235 N VF2=0,68 nys a2=235 N VF3=0,98 m/s a2=235 N VF4=1,70 mis E E !?- :g O 2000 z ı o Şekil 8. Dört farkl ı h ız ve iki farkl ı tambur dü şey kuvveti için elde edilen yükseklik-yol grafikleri

5 74 TARIM B İ L İ MLER İ DERGISI 2001, Cilt 7, Say ı 4 Kaynaklar Albrecht, E. H Beitrag zur Konstruktiven auslegung von rübenköpfelementen. Grundlagen der Landtechnik, 13, 54-59, Bonn. Çolak, A Şeker Pancar ı Ba ş Kesme B ı çaklar ı Çal ış ma Koşullar ı n ı Etkileyen Temel Karakteristiklerin Tarla Koşullar ında Saptanmas ı na İ li şkin Yöntem Geli ştirilmesi. Ankara Üniv. Fen Bilimleri Enst. Doktora Tezi, Ankara. Kanafojski, Cz. and T. Karwowski, Agricultural Machines, Theory and Construction. Vol.2, 1046 p., Varsaw, Poland. Olbrich, A. und P. Jakob, Maschineneneinstellung und verbesserung der köpfqualitat der zuckerrübenköpflader 6- ORCS/SC 1-03 und SC Agrartechnik, 10, , Berlin. Umari, M. und W. Brinkmann, Zum köpfen der zuckerrüben mit rad-und schleiftastköpfern. Zuckerindustrie, 103, , Berlin. Wormanns, G Zusammenhange zwischen standraumzumessung und köpfqualitat bei zuckerrüben. Agrartechnik, 4, , Berlin.