Tamburlu Çayır Biçme Makinesi Hareket İletim Millerinin Analitik ve Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Gerilme Analizi

Transkript

1 Tarım Makinaları Bilimi Drgisi (Journal of Agricultural Machinry Scinc) 2015, 11 (3), Tamburlu Çayır Biçm Makinsi Harkt İltim Millrinin Analitik v Sonlu Elmanlar Yöntmi il Grilm Analizi H. Kürşat ÇELİK*, İbrahim AKINCI Akdniz Ünivrsitsi, Ziraat Fakültsi, Tarım Makinaları v Tknolojilri Mühndisliği Bölümü -posta: hkclik@akdniz.du.tr Gliş Tarihi (Rcivd): Kabul Tarihi (Accptd): Özt: Bu çalışmada örnk bir tamburlu çayır biçm makinsin (TÇBM) ait harkt iltim millrinin tanımlanan çalışma koşulları altında maruz kaldıkları yapısal grilmlr analitik v sayısal (Sonlu Elmanlar Yöntmi) yöntmlr kullanılarak analiz dilmiş v sayısal yöntm sonuçları analitik yöntm sonuçları il karşılaştırılmıştır. Hsaplamalarda kullanılan iltim millrini zorlayan kuvvtlr makinnin grçk çalışma koşullarında tst dilmsi il ld dilmiştir. Fiziksl tst aşaması yonca bitkisi hasadı yapılarak grçklştirilmiştir. Hasat işlmi sırasında makin v traktör kuyruk mili arasına yrlştiriln bir torkmtr il makinyi zorlayan n yüksk tork dğrlri ölçülmüş v bu dğrlr kullanılarak iltim millrini zorlayan n yüksk kuvvtlr hsaplanmıştır. Takip dn aşamada, hsaplanan kuvvt dğrlri iltim millrinin analitik v sonlu lmanlar analizind kullanılmış v iltim millrinin n yüksk yüklnm koşulunda maruz kaldığı yapısal grilm dağılımları bilgisayar ortamında simül dilmiştir. Eld diln simülasyon sonuçları analitik hsaplama sonuçları il karşılaştırılmıştır. Bu sonuçlar, yöntmlr arası hata oranları v malzm hasar kritri rfrans alınarak dğrlndirilmiştir. Grçklştiriln dğrlndirmlr sonucunda simülasyon v analitik hsaplama sonuçlarının kabul dilbilir hata oranları il birbirlri il uyum içrisind olduğu, simülasyonların grçk koşulları tmsil dbilck düzyd kurulduğu v harkt iltim millrinin güvnli çalışma dğrlri içrisind olduğu görülmüştür. Bu çalışma, bilgisayar dstkli mühndislik simülasyon tkniklrinin/tknolojilrinin tarım makinlri v kipmanlarının tasarımında kullanımı üzrin yapılacak glck çalışmalara katkıda bulunacaktır. Anahtar klimlr: Grilm analizi, bilgisayar dstkli mühndislik, tarım makinlri tasarımı, tamburlu çayır biçm makinsi Analytical and Finit Elmnt Mthod Basd Strss Analysis of th Motion Transmission Axls of A Rotary Drum Mowr Abstract: This papr prsnts a structural strss analysis study which is a comparativ analysis through analytical and numrical (Finit Elmnt Mthod) mthods. In th study, th motion transmission axls of a rotary drum mowr has bn considrd and strss distribution on th transmission axls has bn xhibitd considring ral loading condition which was obtaind from xprimntal fild opration. Exprimntal part of th study was carrid out at th clovr fild. Th clovr fild was harvstd by th drum mowr and th loading forc on th transmission axls calculatd through torqu data masurd from tractor powr tak-off (PTO) during harvst opration. Subsquntly, th torqu data was usd in th finit lmnt mthod basd commrcial cod to simulat strss distribution on th transmission axls in th digital nvironmnt. Th simulation rsults wr validatd by making comparison btwn analytical calculations and simulation xamination basd on matrial failur critrion. Th numrical rsults and visual print outs indicatd that thr wr a good union btwn simulation and analytical rsults and th strss magnituds on th transmission axls wr within th saf oprating rang against maximum dynamic loading conditions. Th study prsntd a simulation drivn strss analysis cas study, which contributs to furthr rsarch into th utilisation of nginring simulation tchnology for agricultural machinry/quipmnt dsign. Kywords: Strss analysis, computr aidd nginring, dsign of agricultural machinry, drum mowr 247

2 Tamburlu Çayır Biçm Makinsi Harkt İltim Millrinin Analitik v Sonlu Elmanlar Yöntmi il Grilm Analizi GİRİŞ Makin tasarımı uygulamaları v imalat sanayindki tknolojik glişmlr günümüzd çok hızlı bir ilrlm göstrmktdir. Bu hızlı ilrlm makin sktöründ yr alan imalatçı firmalar için pazar payındaki paylaşımın artması v oldukça ağır bir rkabt koşullarının ortaya çıkması anlamına glmktdir. Bu sktörd yr alan firmaların bu ağır rkabt v yüksk kalit ürtim koşullarında ayakta kalabilmlri için günümüz makin tknolojilrin ş zamanlı olarak adaptasyonu v dolayısıyla kullandıkları klasik makin tasarım v imalat yöntmlrind v tknolojilrind yapısal dğişikliklr gitmlri grkmktdir. Glişn lktronik v bilgisayar tknolojilri il gçtiğimiz yıllar içrisind ilri düzy bilgisayar dstkli tasarım v mühndislik (CAD/CAE) uygulamaları rkabtçi ürün tasarımı faaliytlrind kndisin vazgçilmz bir yr dinmiştir. Bu uygulamalar il tasarım maliytlrind azalma, toplam tasarım v imalat sürsind kısalma, vrimlilikt artış, parçaların hurdaya ayrılmasında azalma, Sonlu Elmanlar Yöntmi (FEM) gibi sayısal yöntmlrin ntgr dildiği mühndislik hsaplarında hız artışı il ürün dğrlndirm v karşılaştırmada yüksk drcd ytnk v faydalar sağlanmaktadır (Rmbold vd, 1994). Özllikl ilri düzy CAD/CAE tknolojilrinin mil v dişli çarklar gibi dönl makin lmanlarının tasarımı, analizlri v simülasyon tmlli tasarım doğrulama uygulamalarında kullanılması oldukça yaygınlaşmaktadır (Kirov, 2011). Uluslararası tarım alt v makinlri imalat sktörü içrisind, özllikl mühndislik v imalat sürçlrind ihtiyaç duyulan ilri düzy tasarım uygulamaları önmli bir yr tutmaktadır (Sha 2008). Tarım makinlri imalat sanayii toplam makin imalat sanayii içrisind önmli bir potansiyl sahiptir. Bu ndnl makin lmanlarının CAD/CAE dstkli tasarımı v imalatı tarımsal makin imalat sanayii içind d daha hızlı, güvnilir, kalitli ürün ortaya koyma v toplam vrimliliktki artış yönündn kritik önm sahiptir. Bu çalışmada örnk bir tamburlu çayır biçm makinsin ait harkt iltim millrinin yapısal grilm analizlri üzrin odaklanılmıştır. Çalışmada dnysl ölçümlr yapılmış, analitik yöntm çözümlmlri v sonlu lmanlar yöntmi tmlli mühndislik simülasyonları kullanılmıştır. Bu iki yöntm il ld diln sonuçlar karşılaştırılmıştır. Karşılaştırma sonuçları, yöntmlr arası hata oranları v malzm hasar kritri rfrans alınarak dğrlndirilmiştir. MATERYAL v YÖNTEM Tamburlu Çayır Biçm Makinsi (TÇBM) Gnl olarak tamburlu çayır biçm makinsi (TÇBM), harktini traktör kuyruk milindn alan v tambur üzrindki srbst salınımlı bıçaklarla yonca, çayır, ot vb. yşil ym bitkilrinin biçilip tarla yüzyin namlu hâlind bırakılmasını sağlayan bir makindir (MEB, 2009). Bu çalışmada örnk olarak l alınan makin, Türkiy d yrl bir tarım makinlri imalatçısı tarafından imal dilmkt v ilgili patnt kanunları il korunmaktadır. Makin, yaygın olarak kullanımda olan bnzri tamburlu çayır biçm makinlrindn yapısal olarak farklılık göstrmktdir. Traktör kuyruk milindn alınan harkt, çoğu biçm makinsind var olan kayış kasnak sistmi yrin, bir dişli kutusu il tamburlara iltilmktdir. Makinnin yol v iş pozisyonları, traktör hidrolik sistmi tarafından makin üzrind bulunan bir silindir piston ünitsi il sağlanmaktadır. Harkt yönün gör iş pozisyonu açısı 90 drcdir. Makiny ait bazı tknik özlliklr v görsllr Şkil 1 d vrilmiştir. Şkil 1. TÇBM bazı tknik özlliklr v makin görsllri TÇBM işlvsl lman grubu, biçm işlmi sırasında ihtiyaç duyduğu harktini traktör kuyruk milindn almaktadır. Kuyruk milindn alınan harkt ilk olarak ünivrsal bir şaft aracılığıyla makin üzrind bulunan standart bir dişli kutusuna 248

3 H. Kürşat ÇELİK, İbrahim AKINCI iltilmktdir. Dişli kutusundan alınan harkt is ikinci bir ünivrsal şaft aracılığıyla tambur grubu millri v dişlrin iltilmkt v tamburun biçm işlmi için dönm harkti yapması sağlanmaktadır. Bu durumda özllikl TÇBM nin tambur grubuna ait harkt v güç iltn tambur grubu millri v dişlilri gibi harkt iltim lmanları biçm işlmi sürsinc blirli bir tork kuvvti altında çalışmaktadır. Bu tork kuvvti ndni il harkt iltim organlarının göstrdiği dformasyon davranışının dğrlndirilmsi toplam makin tasarımı sürcind önmli bir yr sahiptir. Bu dğrlndirmlrin yapılabilmsi amacıyla analitik v sonlu lmanalar yöntmi (FEM) tmlli grilm analizlri kurulmuştur. Bu analizlrd tarla tstlrind dnysl olarak ölçüln dnysl tork dğrlri kullanılmıştır. Analitik yöntm grilm analizlrindn ld diln dğrlr aynı zamanda grçklştiriln dtaylı FEM tmlli analizlrin doğrulanmasında rfrans olarak kullanılmıştır. Dnysl Tork Ölçümü TÇBM harkt iltim grubunun hasat işlmi sırasında maruz kaldığı tork dğrlrinin dnysl olarak blirlnmsi amacı il tarla dnmsi kurulmuştur. TÇBM tarla tstlri, 150x350 [m] (52.5 [da]) boyutlarında yonca kili alanda hasat işlmi yapılarak grçklştirilmiştir. Dnmlrd güç kaynağı olarak Nw Holland/TD75D (75 HP) tarım traktörü kullanılmıştır. Dnmlr üç farklı traktör ilrlm hızında, üç tkrarlı olarak grçklştirilmiştir. Kuyruk mili tork ölçümlri DATUM-Elctronics marka, 420 srisi, [N m] ölçüm kapasitli bir torkmtr v DATUM-Elctronics tarafından gliştirilmiş Torqu Log vri toplama v vri kayıt yazılımı kullanılarak 10 [Hz] ([s -1 ]) vri kayıt/örnklm oranı il grçklştirilmiştir (Datum, 2007). Tarla dnmsini tarif dn görsllr Şkil 2 d, dnmlrin yapıldığı alana ait bazı tarımsal vrilr Çizlg 1 d, tork ölçüm dğrlri Çizlg 2 d sırası il vrilmiştir. Şkil 2. Tarla dnmlri v tork ölçüm sistmi Çizlg 1. Hasadı yapılan yonca bitkisin ait bazı tarımsal vrilrin ortalama dğrlri Tarımsal Vri Birim Ortalama Dğr Bitki doğal boyu [mm] 673 ± Ana sap uzunluğu [mm] 718 ± Ana sap kalınlığı [mm] 2.63 ± 0.09 Ana sap sayısı [Adt] 3.50 ± 0.86 Yatma durumu [1-5 Skalası] 1 (Dik) Yşil ot vrimi [kg da -1 ] ± Kuru ot vrimi [kg da -1 ] ± Nm oranı (Yaş baz) [ % ] ± 2.61 Çizlg 2. Tarla dnmlri sonucu ld diln ortalama traktör kuyruk mili tork dğrlri Traktör İlrlm Hızı Tork [km h -1 ] [N m] Hız ±0.23 Hız ±0.32 Hız ±0.66 Yüksüz Tork Ölçümü (Maks..) ± (Min.) 0.50 ± 2.25 (Ortalama) ± 6.69 (Maks..) ± (Min.) ± (Ortalama) ± (Maks..) ± (Min.) ± (Ortalama) ± (Maks..) ± 4.20 (Min.) ± 1.89 (Ortalama) ± 1.82 TÇBM Harkt İltim Dvir Sayıları v İltiln Tork Dğrlrinin Hsaplanması TÇBM harkt iltimind, standart ünivrsal şaftlar, dişli kutusu, makiny ait tambur grubu millri v dişlilri görv almaktadır. Kullanılan standart lmanların yanında tambur harktindn sorumlu olan tambur grubu millri v dişlilri makinnin sağlıklı bir şkild biçm işlmini yapmasını sağlayan v toplam makin tasarımında tkili olan n kritik harkt iltim lmanlarındandır. Bu ndnl bu çalışmada sunulan grilm analizlrind tambur grubu millri üzrind mydana gln şdğr grilm dğrlri araştırılmıştır. TÇBM nin çalışması sırasında tambur harkt iltimi v lmanları Şkil 3 d göstrilmiştir. Tambur grubu millri üzrind grçklştiriln analitik v FE grilm analizlri, harkt iltim lmanlarının n çok zorlandığı durum olan kuyruk mili harkt giriş torkunun maksimum olduğu durum göz önün alınarak kurulmuştur. Grçklştiriln tarla tstlri nticsind maksimum tork dğri, traktör ilrlm hızı-3 (16.23 [m s -1 ]) d ortalama ± [N m] olarak ölçülmüştür (Çizlg 2). 249

4 Tamburlu Çayır Biçm Makinsi Harkt İltim Millrinin Analitik v Sonlu Elmanlar Yöntmi il Grilm Analizi Grçklştiriln tüm grilm analizlrind bu dğr; sapma oranı v bir miktar daha güvnlik faktörü göz önün alınarak 300 [N m] olarak kabul dilmiştir. Şkil 3 d göstrildiği üzr 540 [min -1 ] traktör kuyruk mili dvir sayısı il vriln dönm harkti v tork ilk olarak dişli kutusuna ait 1 no lu dişli il 2 no lu dişliy iltilmktdir. Buradan is tambur iltim mili v üzrind bulunan 3 v 4 no lu dişlilr vasıtasıyla tambur milin iltilmkt v biçm işlmi grçklştirilmktdir. Tambur grubu millri grilm analizlrind kullanılan tork dğrlri, traktör kuyruk mili dvir sayısı v dişli boyutlarına gör iltim oranı şitliklri il hsaplanarak ld dilmiştir. Tambur iltim mili v tambur mili tork dğri: Tİltiln r2 ( D2 /2) Tİltiln 0.03 T r ( D /2) Giriş 1 1 T 131 [N m] TTambur mili r4 ( D4 /2) TTambur mili 0.03 T r ( D / 2) Giriş 3 3 T İltiln Tambur mili [N m] r F ) ( T : Tork N m, : Dişli bölüm dairsi yarı çapı m, F : Etkili kuvvt Şkil 3. TÇBM tambur harkt iltim lmanları v dişli çark tml paramtrlri Tambur iltim mili dvir sayısı; Z n 23 n n 2 Z n Tambur mili dvir sayısı; n n 2 3 Z 3 n4 23 n4 n4 Z n [min ] [min ] Analitik Hsaplama Bir vya birçok kısımdan blirli dvir sayılarında blirli harkt v güç alışvrişi yapabiln makin lamanlarına mil adı vrilmktdir (Cürgül 2005). Bu harkt v güç alış vrişi millr mont dilmiş dişli çarklar, sonsuz vida mkanizmaları, kayış-kasnak mkanizmaları vb. gibi lmanlar aracılığı il olmaktadır. Çalışma koşullarının nitliğin gör millr harkt v güç iltiminin yanında yük taşıma görvi d üstlnmktdir. Millrin toplam tasarım hsapları, makin lmanlarının tasarımı il ilgili litratürlrd dtaylı bir şkild açıklanmıştır (Spotts 1978, Akkurt v Knt 1979, Akkurt 1994, Cürgül 2005). Millr güç iltimi v yük taşıma durumlarında çoğunlukla burulmaya v ğilmy yani bilşik grilmy maruz kalmaktadırlar. Bu ndnl TÇBM tambur grubu millri gibi düz silindirik millrin mukavmt hsapları, çalışma koşullarına gör, maruz kaldıkları burulma v ğilm yüklnmlrind yani bilşik zorlanma durumlarında milin kritik ksitind hsaplanan şdğr grilm dğrlrinin malzm kritik dğrlri il karşılaştırılmaları il yapılmaktadır. Buna gör düz silindirik bir milin burulma v ğilm zorlanması altında maruz kaldığı grilmlrin hsaplarında kullanılan şitliklr sırasıyla Eşitlik 1 d v Eşitlik 2 d vrilmiştir (Akkurt v Knt 1979, Cürgül 2005). Burulma Grilmsi; T T 16 T (1) burulma b b b b 3 b 3 Wburulma d d

5 H. Kürşat ÇELİK, İbrahim AKINCI Eğilm Grilmsi; M M 32 M (2) ğilm 3 3 Wğilm d d 32 Burada, T v M: milin maruz kaldığı tork v ğilm momnti dğrlri [N m], W: milin mukavmt modülü [mm 3 ], d: mil çapı [mm], : Burulma b grilmsi [MPa], : Eğilm grilmsi [MPa] olarak tanımlanmaktadır. Pratikt n çok rastlanılan yüklnm durumu, ğilm yüklnmlrinin tam dğişkn v burulma yüklnmlrinin statik olduğu durumdur. Bu yüklnm durumu göz önün alınarak millrdki bilşik grilm hsapları için hasar torilrindn yararlanılmaktadır. Buna gör maksimum şkil dğiştirm nrjisi (Von Miss) hasar torisin gör şdğr grilmlrin hsabı Eşitlik 3 d vrilmiştir (Cürgül 2005). kuvvt açılı volvnt profil sahip bir adt konik dişli (Dişli no: 4) bulunmaktadır. Tambur milin iltiln tork dğri [N m] dir. Bnzr şkild tambur mili hsaplarında tambur mili dişlisin tkiyn F N toplam dişli kuvvti rfrans alınmıştır. F N toplam dişli kuvvti bilşnlrindn ksnl kuvvt is hsaplara dahil dilmmiştir. Tambur mili kadmli olarak artan bir çapa sahiptir. Toplam tambur mili boyu 490 [mm] dir. Mil mukavmt hsaplarında kullanılan kritik yüklnm çapı is n yüksk yükün taşındığı çap olan 25 [mm] dir. TÇBM harkt iltim tambur grubu millrinin kritik yüklnm durumu Şkil 4 d göstrilmiştir. 2 (3) 2 2 ş b TÇBM tambur harkt grubu millri için 31 NiCr 14 malzmsi tanımlanmıştır. Tambur iltim mili çapı 30 [mm], toplam boyu 1070 [mm] dir. Mil üzrind, tambur millrin iltilck tork v harkt için iki adt düz konik dişli (Dişli no:3, v dişli no:4) bulunmaktadır. Tambur iltim milin iltiln tork dğri 131 [N m] dir. Bu tork dğri il yüklnm durumunda TÇBM tambur iltim mili burulmaya zorlanmaktadır. Bununla birlikt tambur iltim mili üzrind 20 o kuvvt açılı volvnt profil sahip iki adt konik dişli bulunmaktadır. Bu dişlilr tambur milin harkt iltimi sırasında F N toplam dişli kuvvtinin bilşnlri olan F t tğtsl v F b dişli bası kuvvtlri il millri ğilmy zorlamaktadırlar. Mil üzrind bulunan konik dişlilr ndniyl tkiyn ksnl kuvvt is görcli olarak çok küçük dğrd olması v mil üzrindki iki dişlinin ksnl yönd karşılıklı birbirlrin aksi yönd yüklnrk birbirlrinin tkisini azaltmalarından dolayı hsaplara dahil dilmmiştir. Tambur grubu millri içrisind diğr bir mil tamburun bağlandığı v biçm işlmind dönl harktin yapıldığı tambur millridir. TÇBM üzrind iki adt tambur v hr bir tambura harkt vrn bir mil bulunmaktadır. Hr iki tambur mili üzrind 20 o Şkil 4. Tambur grubu millri kritik yüklnm durumu Şkil 4 d göstrildiği üzr D= dişli no:3 ün bölüm dairsi çapı olmak üzr; D Tiltiln Tburulma Ft ( ) 131 Ft ( ) 2 2 F [N] t Ft Ft FNCos20 FN Cos20 FN 3031 [N] F F Sin20 F [N] b N b Ft kuvvti tkisind tambur iltim mili için B noktasında toplam momnt; M 0 FRA 1 ( l1l2) Ft l2 0 FRA 1 (0.450) (0.350) 0 FRA [N] F F F F [N] RA1 RB1 t RB1 B 251

6 Tamburlu Çayır Biçm Makinsi Harkt İltim Millrinin Analitik v Sonlu Elmanlar Yöntmi il Grilm Analizi F b kuvvti tkisind tambur iltim mili için B noktasında toplam momnt; M 0 F ( l l ) F l 0 RA2 1 2 b 2 B Bnzr şkild tambur milini ğilmy zorlayan maksimum momnt M ; M F l M (3031) (0.033) 100 [Nm] N 3 F (0.450) (0.350) 0 F [N] RA2 RA2 F F F F [N] RA2 RB2 b RB2 Tambur iltim mili için toplam raksiyon kuvvtlri; F ( F ) ( F ) (2215) (806.3) F [N] RA RA1 RA2 RA F ( F ) ( F ) (632.83) (230.37) F [N] RB RB1 RB2 RB Tambur iltim milini ğilmy zorlayan maksimum momnt M ; M FRA l1 FRB l2 M (2357.2) (0.35) [N m] d=30 [mm] Çaplı TÇBM tambur iltim milinin maruz kaldığı burulma grilmsi ; b 16 Tb (16) (131000) b [MPa] 3 b 3 b d (3.14)(30) TÇBM tambur iltim milinin maruz kaldığı ğilm grilmsi ; 32 M (32) (235720) [MPa] 3 3 d (3.14)(30) Buradan tambur iltim milinin maruz kaldığı şdğr grilm ; ş 2 (88.97) 2 (24.73) ş b ş [MPa] ş Buradan kritik mil çapı d=25 [mm] olan TÇBM tambur milinin maruz kaldığı burulma grilmsi b ; 16 Tb (16) (85440) b [MPa] 3 b 3 b d (3.14)(25) TÇBM tambur milinin maruz kaldığı ğilm grilmsi ; 32 M (32) (100000) [MPa] 3 3 d (3.14)(25) Tambur milinin maruz kaldığı şdğr grilm 2 (65.23) 2 (27.86) ş b ş hsaplanmaktadır [MPa] ş ş ; Sonlu Elmanlar Analizi (FEA) TÇBM harkt iltim lmanları için grçklştiriln tüm Sonlu lmanlar Analizlri (FEA), tanımlanan çalışma koşuları rfrans alınarak kurulmuştur. Bu kapsamda tambur iltim mili, tambur mili v tambur grubu dişlilri için ayrı ayrı FEA lar grçklştirilmiş v hr bir laman için tanımlanan çalışma koşulları altında, maruz kaldıkları maksimum Von Miss şdğr grilm dğrlri ld dilmiştir. TÇBM harkt iltim lmanları için kurulan dtaylı FEA lar, ANSYS Workbnch FEM tabanlı multi-fizik mühndislik analizi yazılımı kullanılarak grçklştirilmiştir. Tambur grubu millri dtaylı FEA larında standart FEM uygulama adımları takip dilmiştir. FEA larda kullanılan CAD modllri, millrinin gomtrik yapısını v yük taşıma özlliğini bozmayacak şkild ynidn düznlnmiştir. FEA analizlrind statik yüklnm v linr izotropik malzm modli kabullri yapılmıştır. Hr iki mil için 31 NiCr 14 malzmsi tanımlanmıştır (Elastisit Modülü: 210 [GPa], Posion Oranı: 0.3, 252

7 H. Kürşat ÇELİK, İbrahim AKINCI Akma Mukavmti: 550 [MPa]). Tambur grubu millrinin n kritik zorlanmaya maruz kaldığı durum v konum dikkat alınarak FEA sınır şartları tanımlanmıştır (Şkil 4). Tambur grubu millri FE modli ANSYS Workbnch lmanlara ayırma (Mshing) fonksiyonları kullanılarak otomatik olarak oluşturulmuştur. FE modllrind kullanılacak uygun lman boyutunu blirlmk için ön dnmlr grçklştirilmiştir. FEA çözümünün yapılacağı bilgisayar platformu gücü, modl büyüklüklri v gomtrisi göz önünd tutularak tambur grubu mil gomtrilri n uygun şkild tmsil dbilck lman boyutları tanımlanmıştır. Hr iki mil için lmanlara ayırma işlmlrind ğrilik tabanlı lmanlara ayırma (Curvatur basd mshing) yaklaşımı uygulanmıştır. FEM işlm öncsi adımların tamamlanmasının ardından FEA çözüm işlmi grçklştirilmiş v sonuçlar kayıt dilmiştir. Grçklştiriln FEM tmlli analizlr sonucunda tambur iltim mili için maksimum Von Miss şdğr grilm dğri [MPa], tambur mili için maksimum Von Miss şdğr grilm dğri [MPa] olarak ld dilmiştir. TÇBM tambur grubu millri için FEA sınır şartları, FE modli dtayları v Von Miss şdğr grilm dağılımları sırasıyla Şkil 5 v Şkil 6 da vrilmiştir. Şkil 6. Tambur mili dtaylı FEA ( a. Sınır şartları, b. FE Modli dtayları, c. Eşdğr grilm dağılımları ) Şkil 5. Tambur iltim mili dtaylı FEA ( a. Sınır şartları, b. FE Modli dtayları, c. Eşdğr grilm dağılımları ) BULGULAR v TARTIŞMA Bilgisayar ortamında simülasyonlar il ld diln FEM tmlli grilm dğrlrinin, grçk fiziksl çalışma koşulları için hazırlanan dnysl v/vya torik mühndislik analizlri il ortaya çıkan grilm dğrlrini, grçk anlamda yansıtabilirliğinin doğrulanmasının yapılması bilgisayar dstkli tasarım, analiz v yapısal optimizasyon sürçlrinin güvnirliğinin dğrlndirilmsi bakımından oldukça önmli bir yr sahiptir. Bu kapsamda kurulan dtaylı FEA lar sonucu ld diln dğrlrin, torik analizlr sonucu ld diln dğrlr il karşılaştırılması il tanımlanan FEA yaklaşımının v simülasyon sonuçlarının doğrulanması çalışmaları grçklştirilmiştir. Karşılaştırma sonucu, tanımlanan çalışma koşulları için kurulan FEA simülasyonlarının, TÇBM fiziksl çalışma koşulları il n drcd uyumlu olduğu hsaplanan karşılaştırma hata oranları yardımıyla dğrlndirilmiştir. Hata oranları analitik hsaplama dğrlrin gör FEA dğrlrinin göstrdiği oransal farklılıklar olarak tanımlanmış v 253

8 Tamburlu Çayır Biçm Makinsi Harkt İltim Millrinin Analitik v Sonlu Elmanlar Yöntmi il Grilm Analizi aşağıdaki şitlik kullanılarak [%] dğr olarak hsaplanmıştır (Eşitlik 4) (Kurowski v Szabo 1997). Dnysl/Torik FEA Hata Oranı x100 [%] (4) Dnysl/Torik Burada Dnysl / Torik v FEA sırasıyla analitik hsaplamalar v FEM tmlli analizlr sonucu ld diln Von Miss şdğr grilm dğri olarak tanımlanmaktadır. TÇBM ait harkt iltim millrin ait analitik v FEM tmlli grilm analizi sonuçlarının sayısal olarak karşılaştırmaları Şkil 7 d çift ksnli grafik dstkli olarak vrilmiştir. Buna gör tambur iltim mili için % 1.630, tambur mili için %1.167 dğrind hata oranları ld dilmiştir. İlgili bazı litratürlrd sağlıklı kurulan bir FEA yaklaşımının hata oranının n fazla % 10 civarında olması grktiği konusunda görüşlr bulunmaktadır (Krutz t al 1984, Sakakibara 2008). Bu görüşlr gör ld diln dğrlr analitik hsaplama v simülasyon sonuçlarının bir birlri il oldukça iyi düzyd uyum içrisind olduğunu göstrmktdir. Çizlg 3. Analitik hsaplama v FEA sonuçlarının sayısal karşılaştırılması v GÇK Birim Tambur İltim Mili Tambur Mili Analitik Çözüm [MPa] FEA [MPa] Hata Oranı [% ] Hasar Kritri [MPa] GÇK (Analitik) [ - ] GÇK (FEA) [ - ] FEA doğrulama çalışması için nihai dğrlndirm sonucu olarak; makin lmanlarına ait grçk çalışma koşullarındaki bklnmdik v öncdn tahmin dilmyn dinamik koşullar, grçk çalışma koşullarının simül dilmsind ortaya çıkan kısıtlar, FEM özgü çözüm yaklaşımı, bu yaklaşım çrçvsind kısıtların ortadan kaldırması amacı il yapılan mcburi varsayımlar/kabullr, FEA çözüm platformu kapasitsi v makiny ait lmanlar için ld diln dformasyon davranışında hrhangi bir anormallik görülmmsi dikkat alınarak, TÇBM için tanımlanan fiziksl koşulları simül tmk amacıyla kurulan tüm FEA yaklaşımlarının doğru bir şkild kurulduğu v tatmin dici drc olduğu kanısına varılmıştır. Şkil 7. TÇBM Harkt ilttim millri için analitik hsaplama v FEA sonuçlarının karşılaştırmaları Simülasyon hata oranlarının blirlnmsin k olarak analizlr sonucu ld diln dğlr, bu çalışma koşulları için tanımlanan hasar kritri rfrans dğrlri il karşılaştırılmış v hasar durumları, lmanlara ait güvnli çalışma katsayıları (GÇK) hsaplanarak dğrlndirilmiştir (Çizlg 3). Buna gör lmanların maruz kaldığı grilm dğrlri, maksimum dğişkn yüklmlri karşılayabilck güvnli çalışma aralığında yr almaktadır. Bu durumda TÇBM harkt iltim lmanları için hr hangi bir muhtml hasar durumu görülmmktdir. SONUÇ Araştırmada sunulan TÇBM örnğind toplam makin tasarımında önmli rol oynayan, makiny ait işlvsl lmanlara harkt v güç iltn tambur grubu millri için analitik v FEM tmlli mukavmt analizlri grçklştirilmiştir. Bu analizlr il ilgili lmanların işlvsl durumdaki mukavmt kontrollri yapılabilmiştir. Analizlr nticsind analitik v FEM tmlli analiz sonuçlarının birbirlri il oldukça uyumlu olduğu, grkli durumlarda ilri düzy CAE uygulamalarının bu tip lmanların gomtrik v mukavmt analizlrind yararlı bir şkild kullanılabilcği göstrilmiştir. Bu noktada özllikl ülkmiz tarım alt v makinlri imalat sktörünün ilri düzy CAD, CAE uygulamaları kndilrin adapt tmlri v bu uygulamaları yapabilck çalışanların ytiştirilmsi günümüz koşullarında daha kolay v hızlı bir şkild grçklşbilir düzyddir. Sktörün ilri düzy tasarım v imalat tknolojilri il ntgr çalışan diğr ulusal v/vya uluslararası makin imalatçıları il mtodolojik adaptasyonun sağlanması v böyllikl 254

9 H. Kürşat ÇELİK, İbrahim AKINCI sktörün rkabt gücün ulusal v uluslararası alanlarda artması amacıyla bu tip tknolojik alt yapılara yatırım yapılması oldukça faydalı olacaktır. Bu yatırımlar sktörün glişip büyümsin v ülkmizd/dünyada daha gniş bir alanda faaliyt göstrmsind olumlu yönd tki yapacaktır. BİLGİLENDİRME Bu çalışma, Akdniz Ünivrsitsi Bilimsl Araştırma Projlri Birimi tarafından proj numarası il dstklnmiş Dr. Çlik in doktora tz araştırmasının bir bölümü olarak sunulmuştur. LİTERATÜR LİSTESİ Akkurt, M., Makin lmanları problmlri-çözülmüş problm v mtin soruları. Birsn Yayınvi. ISBN: , İstanbul, 448 s. Akkurt, M. v Knt, M., Makin Elmanları.2. Baskı. Birsn kitabvi yayınları, İstanbul, 680 s. Cürgül, İ., Makin Elmanları v Çözümlü Problmlri- Cilt-1. Birsn yayın vi. ISBN: , İstanbul, 500 s. Kirov, V., Comparing AGMA and FEA Calculations, Gar Solutions, Vol. 9 / No.95: F/Magazins/0211_Garsolutions.pdf, Erişim: Şubat 2015 Krutz, G., Thompson, L., Claar, P., Dsign of Agricultural Machinry. John Willy & Sons, ISBN: , 473 s. Kurowski, P. and Szabo, B., How to find rrors in finit lmnt modls. Machin Dsign, 9: MEB., Yşil Ym Hasat Makinlrinin Bakımı. Orta Öğrtim Projsi Tarım Tknolojilri Drs Notları. Milli Eğitim Bakanlığı, Ankara, 145 s. Rmbold, U., Nnaji, B.O., Storr, A., Computr Intgratd Manufacturing and Enginring. Prntic Hall, ISBN: , 664 p. Sakakibara, N., Finit Elmnt in Fractur Mchanics. Lctur Nots. Th Univrsity of Txas, Austin. Sha, L., An application of industrial dsign in largscal agricultural machinry. 9th Intrnational Confrnc on Computr Aidd Industrial Dsign and Concptual Dsign, Nov.2008,(CAID/CD 2008), China, Spotts, M. F., Dsign of Machin Elmnts. 5th Ed. Prntic-HallInc., ISBN: , 685 s. 255