ÖZET Doktora Tezi PNÖMATİK BİR PAMUK HASAT MAKİNASI TASARIMI Ahmet KILIÇKAN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı

Transkript

1 TEZ ONAYI Ahmet KILIÇKAN tarafından hazırlanan Pnömatik Bir Pamuk Hasat Makinası Tasarımı adlı tez çalışması 21/10/2008 tarihinde aşağıdaki jüri tarafından oy birliği / oy çokluğu ile Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı nda DOKTORA TEZİ olarak kabul edilmiştir. Danışman : Prof. Dr. Rahmi KESKİN Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Anabilim Dalı Eş Danışman : Prof. Dr. M. Bülent COŞKUN Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Anabilim Dalı Jüri Üyeleri: Başkan: Prof. Dr. Rahmi KESKİN Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Muammer NALBANT Gazi Üniversitesi Teknik Eğitim Fakültesi Makina Eğitimi Bölümü Üye : Prof. Dr. Metin GÜNER Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Anabilim Dalı Üye : Prof. Dr. Recai GÜRHAN Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Anabilim Dalı Üye : Doç Dr. İbrahim YALÇIN Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Anabilim Dalı Yukarıdaki sonucu onaylarım. Prof.Dr.Orhan ATAKOL Enstitü Müdürü i

2 ÖZET Doktora Tezi PNÖMATİK BİR PAMUK HASAT MAKİNASI TASARIMI Ahmet KILIÇKAN Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı Danışman : Prof. Dr. Rahmi KESKİN Bu çalışmada, pnömatik bir pamuk hasat makinası tasarlanmış ve imal edilmiş olup, makinanın laboratuvar ve tarla denemeleri gerçekleştirilerek performans değerlerinin belirlenmesine çalışılmıştır. Bu amaçla, negatif basınçlı pnömatik iletim sistemi tasarım parametreleri kullanılmıştır. Laboratuar denemelerinde pamuk lüle kopma kuvveti, kritik hava hızı, vakum basıncı, vakum kaynağı güç gereksinimi gibi karakteristik değerler belirlenmiştir. Tarla denemelerinde ise, prototipi imal edilen makinanın hasat etkinliğini saptamaya yönelik, doğal dökülen kütlü oranı, kütlü verimi, yere dökülen kütlü oranı, bitki üzerinde kalan kütlü oranı, toplam kayıp kütlü oranı gibi kriterler belirlenmiştir. Laboratuvar denemeleri Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir. Tarla denemeleri ise, Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Araştırma ve Üretim Çiftliğinde yapılmıştır. Tarla denemeleri için Beyaz Altın, Carmen ve Diamond gibi Ege Bölgesinde yetiştiriciliği yoğun olarak yapılan, makinalı hasada uygun pamuk çeşitlerinin ekimi yapılmış ve tesadüf blokları deneme düzenine göre oluşturulan parsellerde denemeler gerçekleştirilmiştir. Tarla denemelerinde her bir çeşit için ayrı ayrı değerler elde edilmiş ve her çeşide ilişkin makina performans değerleri belirlenmiştir. Sonuçlar istatistiksel paket program kullanılarak p=0.05 seviyesinde analiz edilmiştir. Elde edilen bulgulara göre tasarlanan makinanın çeşitlere göre toplam hasat etkinliği, en düşük % 73,64 oranında Diamond çeşidinde ve en yüksek % 77,89 oranıyla Beyaz Altın çeşidinde olduğu belirlenmiştir. Carmen çeşidinde ise makinanın toplam hasat etkinliği % olmuştur. Ekim 2008, 73 sayfa Anahtar Kelimeler : Pnömatik, pamuk, hasat ii

3 ABSTRACT Ph.D. Thesis DESIGN of A PNEUMATIC COTTON HARVESTER Ahmet KILIÇKAN Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Agricultural Machinery Supervisor : Prof.Dr. Rahmi KESKİN In this study, design and production of a pneumatic cotton harvester have been carried out; and then, the laboratory and field performance values of this machine have been tried to be determined. For this purpose, by producing the parts composing the pneumatic cotton harvesting machine of which design parameters have been determined, harvesting performance of pneumatic cotton harvesting machine has been evaluated in experimental set-up equipped in laboratory conditions and by means of field testing. In this laboratory testing, characteristic indices, such as force of cotton lock break-off, air velocity, vacuum pressure, energy requirement of vacuum source, have been analyzed. In accomplished field testing, criteria such as rate of natural fall down, cotton yield, rate of fall down of cotton, rate of remained on the plant, rate of total losses cotton have been determined to establish the harvesting effectiveness of the pneumatic cotton harvesting machine of which prototype has been produced. Laboratory testing has been performed in the laboratories of Ankara University, Faculty of Agriculture, Department of Agricultural Machinery. Field testing has been, however, accomplished in Adnan Menderes University, Faculty of Agriculture, Production Farm. For this reason, cotton varieties, for example, Beyaz Altın, Carmen and Diamond, which are predominantly cultivated in Ege Region and are convenient to mechanical harvesting, have been planted and testing has been performed according to randomized blocs design. All of the values obtained have been displayed separately for each variety and correspondig to relating to each variety mechanical performance values have been determined. The data collected from the field experiments were analyzed using Minitap statistical proğram at p= 0.05 level. According to findings obtained, it is seen that the designed machine has carried out picking at an approximately desirable level and overall harvesting efficiency due to different varieties has been minimum 73,64 % at Diamond variety, maximum 77,89 % at Beyaz Altın variety. The harvesting efficiency of machine has been determined 77,49 % at Carmen variety. October 2008, 73 pages Key Words : Pneumatic, cotton, harvesting iii

4 TEŞEKKÜR Ülkemiz tarımı ve ekonomisi için çok önemli bir konuda bana araştırma olanağı sağlayan ve çalışmamın her aşamasında her türlü katkıları ve yardımlarını esirgemeyen birinci danışman hocam Sayın Prof. Dr. Rahmi KESKİN e (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü) ve ikinci danışman hocam Sayın Prof. Dr. M. Bülent COŞKUN a (Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü) teşekkürlerimi sunarım. Doktora çalışmamın her aşamasında değerli katkıları ve önerileriyle sürekli ışık tutan Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü Öğretim Üyeleri Sayın Prof. Dr. Metin GÜNER e, Sayın Prof. Dr. Mustafa VATANDAŞ a ve Helsinki Üniversitesi Agroteknoloji Bölüm Başkanı Sayın Prof. Dr. Jukka AHOKAS a teşekkürlerimi bir borç bilirim. Yine denemelerimin yürütülmesi sırasında bana yardımcı olan Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü Akademik ve Teknik kadrosu ile Adnan Menderes Üniversitesi Ziraat Fakültesi Araştırma ve Üretim Çiftliği Atölyesindeki tüm personele teşekkür ederim. Tez çalışmama 105 O 540 kod nolu proje ile mali destek sağlayarak, hassas ve modern bir çalışmanın gerçekleşmesinde katkıları olan TÜBİTAK a ayrıca teşekkür ederim. Ahmet KILIÇKAN Ankara, Ekim 2008 iv

5 İÇİNDEKİLER ÖZET... ii ABSTRACT... iii TEŞEKKÜR... iv SİMGELER DİZİNİ... vii ŞEKİLLER DİZİNİ... viii ÇİZELGELER DİZİNİ... x 1. GİRİŞ Genel Türkiye'de Pamuk Üretimi ve Sorunları Dünya'da ve Türkiye'de Makinalı Hasat Pamuk Hasat Makinaları ve Özellikleri Toplayıcılar Sıyırıcılar Vakumlu makinalar Tezin Amacı KAYNAK ARAŞTIRMASI MATERYAL ve METOD Materyal Araştırmada kullanılan pamuk çeşitleri Pamuk lüle kopma kuvvetlerinin belirlenmesinde kullanılan deney tesisi Prototip pamuk hasat makinasının kısımları Siklon Negatif basınç kaynağı Emiş ağzı İletim boruları Çatı, üç nokta askı sistemi ve depo Yaprak döktürücü Negatif basınç kaynağı güç tüketimi ölçüm düzeneği Basınç ve hız ölçüm ünitesi Metod v

6 İÇİNDEKİLER Pamuk lüle kopma kuvvetlerinin belirlenmesi Negatif basınç kaynağı güç tüketim değerinin belirlenmesi Prototip makine üzerinde basınç ve hızın belirlenmesi Pnömatik pamuk hasat makinası tasarımı Pnömatik pamuk hasat makinasının performans değerlerinin tespiti ARAŞTIRMA BULGULARI Pamuk Kütlü Kopma Kuvvetleri ve Kopma Enerjileri Negatif Basınç Kaynağı Güç Tüketim Değeri Prototip Makina Üzerindeki Basınç ve Hız Değerleri Kütlü Verim Değerleri Prototip Pnömatik Pamuk Hasat Makinası Performans Değerleri Doğal dökülme oranı değerleri Yere dökülen kütlü oranı değerleri Bitki üzerinde kalan kütlü oranı değerleri Toplam kayıp kütlü oranı değerleri TARTIŞMA ve SONUÇ KAYNAKLAR ÖZGEÇMİŞ vi

7 SİMGELER DİZİNİ A 1 Birinci durumdaki kesit alanı (m 2 ) A 2 İkinci durumdaki kesit alanı (m 2 ) CD CO D d fan d s F Çenet derinliği (mm) Çenet açıklığı (mm) Boru çapı (m) Fan çapı (m) Tane çapı (m) Kopma kuvveti (N) g Yerçekimi ivmesi ( m/s 2 ) İ m N u 2 Ww Wd Kıvrımlı dirsek sayısı (adet) Kütle (g) Fan devir sayısı (1/min) Döner çarkın çevre hızı Islak ağırlık (g) Kuru ağırlık (g) ρ h Havanın özgül ağırlığı (N/m 3 ) ρ s Tanenin özgül ağırlığı (N/m 3 ) ρ ss Yığın materyalinin yoğunluğu α Basınç kaybı katsayısı (-) η h Verim katsayısı (-) V 0 l h İletim borusunda gerekli hava hızı (m/s) Toplam iletim borusu uzunluğu (m) Dikey iletim borusu uzunluğu (m) ß İletim malı hızı c nin iletim hava hızı v ye oranı (-) λ h Havanın özgül ağırlığı (N/m 3 ) Q 1 Q 2 Sisteme giren verdi (m 3 /s) Sistemden çıkan verdi (m 3 /s) vii

8 ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1.1 Konik iğli toplama ünitesi Şekil 1.2 Pamuk hasat makinalarının sınıflandırlması Şekil 2.1 Kozaların konumlarına göre toplama gelir içerisindeki payları Şekil 2.2 Vakum basıncı ile fiziko-mekanik özellikler arasındaki ilişkiler Şekil 3.1 Araştırmada kullanılan düzeneğin şematik görünümü Şekil 3.2 Tasarımı yapılan pnömatik pamuk hasat makinasının şematik görünüşü Şekil 3.3 Hava ve iletim malının siklondan çıkışı Şekil 3.4 Spiral akımlı bir siklonun boyutları Şekil 3.5 Siklonun üç boyutlu görünüşü Şekil 3.6 Negatif basınç kaynağının üç boyutlu görünüşü Şekil 3.7 Emiş ağzının üç boyutlu görünüşü Şekil 3.8 İletim borusunun üç boyutlu görünüşü Şekil 3.9 İletim borularının merkezleyici flanşlarla birleştirilmesi Şekil 3.10 Çatı, üç nokta askı sistemi ve depo üç boyutlu görünüşü Şekil 3.11 Çatı stres analizi Şekil 3.12 Çatı yerdeğiştirme analizi Şekil 3.13 Çatı zorlanma analizi Şekil 3.14 Kuyruk mili güç ölçüm deney düzeneği (torkmetre) Şekil 3.15 Hava hızı ve basıncı belirlemelerinde kullanılan ölçüm ünitesi Şekil 3.16 Dairesel kesitli borular için 10 nokta sistemi Şekil 3.17 Emme yöntemli ileticilerin temel çalışma prensibi Şekil 3.18 Emiş ağzı yan saclarının önüne monte edilen merdaneler Şekil 3.19 Kütlü yönlendirme merdaneleri ve genişletilmiş emiş borusu çıkışları Şekil 3.20 Emiş ağzına monteli yönlendirme merdanelerinin hareket iletim düzeni Şekil 3.21 Hidrolik sistem devre elemanları Şekil 3.22 İmalatı yapılan prototip pnömatik pamuk hasat makinası Şekil 4.1 Kütlü kopma kuvvetleri Şekil 4.2 Kütlü kopma enerjileri Şekil 4.3 Negatif basınç kaynağı devir-güç tüketimi değerleri Şekil 4.4 Doğal dökülme oranı ortalama değerleri Şekil 4.5 Yere dökülen kütlü oranı ortalama değerleri viii

9 Şekil 4.6 Bitki üzerinde kalan kütlü oranı ortalama değerleri Şekil 4.7 Toplam kayıp kütlü oranı ortalama değerleri ix

10 ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 1.1 Dünya pamuk üretiminde ülkelerin payları... 2 Çizelge 1.2 Dünya pamuk üretimi ve tüketimi... 2 Çizelge 1.3 Türkiye'de bölgelerin yıllara göre pamuk ekim alanları... 4 Çizelge 1.4 Pamuk, satış, toplama, prim ve motorin fiyatları... 5 Çizelge 1.5 Hedeflenen ve gerçekleşen pamuk ekim alanları... 6 Çizelge 1.6 Dünya pamuk üretiminde el ve makinalı hasadın dağılımı... 7 Çizelge 2.1 Pnömatik yüzer ortamlı iletimde önemli bazı yığın mallara ilişkin veriler. 18 Çizelge 2.2 Pamuk çeşitlerine ait tasarım parametre değerleri Çizelge 3.1 Çeşitlerin bazı özellikleri Çizelge 3.2 Spiral akımlı bir siklonun ölçüleri Çizelge 3.3 Kütlü pamuk yüzme hızı değerleri Çizelge 3.4 Torkmetre teknik özellikleri Çizelge 3.5 Ölçüm ünitesine ait teknik özellikler Çizelge 3.6 Hava basıncı probuna ait teknik bilgiler Çizelge 3.7 Hava hızı probuna ait teknik bilgiler Çizelge 3.8 Deneme planı Çizelge 3.9 Bir tekerrüdeki makina ile hasat edilecek sıralar Çizelge 3.10 Denemelerde kullanılan vites-hız, kuyruk mili ve merdane devir sayısı.. 49 Çizelge 4.1 Makina üzerindeki basınç farkı ve hava hızı değerleri Çizelge 4.2 Çeşitlere göre kütlü verim değerleri Çizelge 4.3 Doğal dökülme oranı istatistiksel tanımlaması Çizelge 4.4 Doğal dökülme oranı varyans analizi Çizelge 4.5 Yere dökülen kütlü oranı istatistiksel tanımlaması Çizelge 4.6 Yere dökülen kütlü oranı varyans analizi Çizelge 4.7 Bitki üzerinde kalan kütlü oranı istatistiksel tanımlaması Çizelge 4.8 Bitki üzerinde kalan kütlü oranı varyans analizi Çizelge 4.9 Toplam kayıp kütlü oranı istatistiksel tanımlaması Çizelge 4.10 Toplam kayıp kütlü oranı varyans analizi x

11 GİRİŞ 1.1 Genel Takımı Columnifera, familyası Malvaceae, cinsi Gossypium, türü Gossypium spec. olan, sınırlı sayıda ülkede ekolojik olarak üretilen pamuk, ülkemizde ve dünyada tekstil ve yem sanayinde yaygın olarak kullanılan bir endüstri bitkisidir (Yalçın 1999, Ören ve Yaşar 2003). Pamuk çoğunlukla tropik ve suptropik iklim kuşağında yer alan yaklaşık 83 ülkede yetiştirilmektedir (Demirtaş 2006). Pamuk birçok kullanım alanına sahip olmasından dolayı dünya ve ülkemizin tarım, ticaret ve endüstrisinde çok önemli yere sahiptir. Üretimden elde edilen kütlü pamuk, işleme açısından çırçır, lifi ile tekstil, çekirdeği ile yağ ve yem sanayinin hammadde kaynağı durumundadır. Gerek bu sanayi kollarının durumu gerekse bu sektörlerin önemli sayıda çalışanı istihdam etmesi açısından pamuk üretiminde sürekliliğin önemi büyüktür (Gürsoy vd. 2002). Pamuğun Anadolu ya M.S. I. yüzyılda Hindistan dan geldiği çeşitli kaynaklarda belirtilmektedir. Geniş ölçüde pamuk tarımının yapılması VI. yüzyılda Bizanslılar dönemine rastlamaktadır. Üretim ve sanayisindeki asıl gelişme de XI-XIV. yüzyılları arasında olmuştur. Anadolu da uzun süre eski dünya pamuklarından kapalı koza tarımı yapılmıştır. Anadolu ya Amerikan orijinli pamuk türlerinin girişi 1863 yılında Mısır yoluyla olmuştur da doğrudan ABD den 300 ton kadar pamuk tohumu getirtilmiştir. İleri ülkelere nazaran yurdumuzda modern pamuk ıslahı çalışmaları çok geç başlamış ve ilk kez 1925 yılında Adana da bir Pamuk Islah İstasyonu kurulmuştur. Bunu 1934 yılında Nazilli de kurulan Pamuk Islah İstasyonu izlemiştir. Bu istasyonlar daha sonra araştırma enstitüsü niteliğinde hizmet vermeye başlamış ayrıca Antalya da da bir Araştırma Enstitüsü kurulmuştur (Aydın 2004). Dünya da halen bin hektar alanda yapılan üretimin yaklaşık % 83 ü sekiz ülke 1

12 tarafından gerçekleştirilmektedir. Ülkemiz bu ülkeler arasında ekim alanları açısından % 2.18 lik bir payla yedinci sırada, üretim açından ise % 4.45 lik bir payla altıncı sırada yer almaktadır (Çizelge 1.1). Çizelge 1.1 Dünya pamuk üretiminde ülkelerin payları (%) (Anonim 2004) Ülkeler 2000/ / / /04 Ekim Alanı (%) Üretim (%) Ekim Alanı (%) Üretim (%) Ekim Alanı (%) Üretim (%) Ekim Alanı (%) Üretim (%) Çin ABD Hindistan Pakistan Özbekistan Brezilya Türkiye Avustralya Çizelge 1.2 Dünya pamuk üretimi ve tüketimi (x 1000 ton) Ülkeler 2001/ / / /05 Üretim Tüketim Üretim Tüketim Üretim Tüketim Üretim Tüketim Çin ABD Hindistan Pakistan Özbekistan Brezilya Türkiye Dünya

13 1.2 Türkiye de Pamuk Üretimi ve Sorunları Pamuk, yetiştirildiği diğer ülkelerde olduğu gibi ülkemiz ekonomisi açısından da önemli tarım ürünleri arasında yer almaktadır. Türkiye de yaklaşık 694 bin hektar alanda 2.4 milyon ton dolayında kütlü pamuk üretilmekte, yaklaşık 100 bin çiftçi ailesi pamuk üretimi yapmakta, 500 bin daimi ve 1.5 milyon geçici işçi istihdam edilmektedir. Ülkemiz pamuk üretiminin değeri 850 milyon dolar arasında değişmekte ve gayri safi milli hâsılanın yaklaşık % 5-6 sını oluşturmaktadır. Pamuk, sanayi üretiminin % 40 ını oluşturan ve genel ihracatımızdan % 33 pay alan tekstil ve konfeksiyon sanayisinin de temel hammaddesidir (Gürsoy ve ark. 2002). Ülkemizde pamuk tarımı emek yoğun olarak yapılmaktadır. Pamuğun çapası, seyreltmesi ve hasadı, insan gücü kullanılarak yapılmaktadır. Nazilli Pamuk Araştırma Enstitüsü Müdürlüğü nde yapılan çalışmada; pamuk tarımında kullanılan insan iş gücünün % 4.2 si toprağın işlenmesi ve ekiminin yapılmasında, % 41.7 si bakım işlemlerinde, % 54.1 i ise hasat işlemlerinde kullanılmaktadır (Anonim 2005). Her yıl dünyada üretilen pamuğun yaklaşık % 3-4 ü ülkemiz tarafından karşılanmaktadır. Bu üretimin çoğunluğu sulama olanağının bulunduğu (% 32) Ege, (% 16) Çukurova, (% 2) Antalya ve (% 50) Güneydoğu Anadolu Bölgesinde gerçekleştirilmektedir (Gürsoy ve ark. 2002). Çizelge 1.3 te ülkemizde bölgelere göre yıllık ekim alanları verilmiştir. Ülkemizde pamuk hasadının tamamına yakını elle gerçekleştirilmektedir. Ancak hasatta işçilik maliyeti toplam cironun % i gibi çok yüksek oranlara ulaşmaktadır. Üretim maliyetlerinin giderek artması ve düşen pamuk satış fiyatları, pamuktaki desteklerin azalması, hasat maliyetinin giderek yükselmesi, bunun yanında işçi temininde ve çalıştırılmasında zorluklar yaşanması pamuk üretimimizi olumsuz yönde etkilemektedir. Ege Bölgesinde pamuk hasadı çoğunlukla Güneydoğu Anadolu Bölgesi nden sağlanan göçebe işçilerce gerçekleştirilmektedir. GAP ile birlikte bu yörelerdeki arazilerin 3

14 kısmen sulamaya açılması diğer bölgelere göç eden işçi sayısında büyük düşüşe neden olmuş, bunun sonucunda pamuk hasat bedelinin toplam maliyet içerisindeki payı hızla yükselmiştir. Çizelge 1.3 Türkiye de bölgelerin yıllara göre pamuk ekim alanları (1000 ha) (Anonim 2004) Yıllar Ege Bölgesi Çukurova Güneydoğu Antalya 1992/ / / / / / / / / / / / Pamuk tarımının karlılığının korunması için, üretim maliyetinin azaltılması gerekmektedir. Pamuk üretiminde kaliteyi ve elde edilecek kazancı etkileyen en önemli devre hasat devresidir. Karlılık açısından ürünün olabildiğince kısa sürede ve en az kayıpla toplanması gerekmektedir. Halen yaygın olarak elle gerçekleştirilen hasat işlemi, üretim periyodu boyunca en fazla işgücünün tüketildiği ve diğer işlemlere göre maliyetin en yüksek olduğu işlemdir. Dünyada, pamuk fiyatları sübvansiyonlarla düşerken, Türkiye de girdi desteklerine son verilmesi ve prim desteklerinin yetersiz kalması, üreticilerin her geçen gün pamuk 4

15 üretiminden uzaklaşmasına ve sübvansiyonlu pamuk ithalatının artarak devam etmesine neden olmaktadır. Bugün yaklaşık 500 bin tonla dünyanın en önemli pamuk ithalatçıları arasında ilk sıralarda yer alan ülkemizde, tekstil sektörü giderek artan oranlarda dış pazara bağımlı hale gelmektedir. Pamuk ithalatında herhangi bir koruma önlemi olmayıp 1995 yılından beri sıfır gümrükle pamuk, AB ile Türkiye arasında serbest dolaşıma tabidir li yılların başından itibaren desteklemelerin kapsamı daraltılmıştır. Doğrudan Gelir Desteği (DGD) ve Akaryakıt (motorin) Desteği gibi üretimden tamamen bağımsız ödemeler ile bazı ürünlerde prim ödemeleri uygulaması başlatılmıştır. Pamuk, prim ödemelerinden yararlanan sınırlı sayıdaki üründen biridir yılında tarım sektöründe buğday, arpa gibi ürünleri üretenlerin eline geçen DGD ve motorin destekleri toplamı, girdi sübvansiyonlarının kalkması sonucu ortaya çıkan gelir kaybını rahatlıkla karşılarken, bu ödemelerle pamuk üreticilerinin uğradıkları zararın sadece yaklaşık yarısı (% 54) karşılanabilmiştir (Tuncer ve Işık 1999). Son yıllarda, pamuk üretimimizde girdi ve ürün arasındaki fiyat paritesinin girdi lehine değişmesi, üreticilerin pamuk yerine ikame ürünleri yetiştirmesine yol açmıştır (Miran 2002). Çizelge 1.4 de yıllara göre pamuk primi kütlü pamuk toplama ücreti ve 1 kg kütlü ile alınan ortalama motorin miktarları verilmiştir. Çizelge 1.4 Pamuk, satış, toplama, prim ve motorin fiyatları (Demirtaş 2006) Hasat Kütlü Verilen Primli Pamuk fiyatının Ortalama Kütlü Yıllar pamuk fiyatı prim miktarı pamuk fiyatı toplama ücreti pamuk fiyatına motorin fiyatı pamuk motorin (TL/kg) (TL/kg) (TL/kg) (TL/kg) oranı (TL/lt) (kg/ lt) (%) YTL= TL 5

16 Ülkemizde son yıllarda yaşanan ekonomik krizler ve pamuk satış fiyatlarının, üretim maliyetinin altında kalması nedeni ile üretici, pamuk yerine başka ürünlerin tarımına yönelmiştir. Çizelge 1.5 de sekizinci 5 yıllık kalkınma planında yıllara göre hedeflenen ve gerçekleşen pamuk ekim alanları verilmiştir (Anonim 2004). Çizelge 1.5 Hedeflenen ve gerçekleşen pamuk ekim alanları (Anonim 2004) Yıllar Hedeflenen (ha) Gerçekleşen (ha) Ülkemizde, bölgelere göre üretimi yapılan ticari çeşitler, hem verimli hem de randımanı yüksek çeşitlerdir. Dolayısıyla pamuk üretimini artırmak için verimde fazla bir artış sağlanamayacağından, üretimde sağlanacak artış, ancak pamuk üretim alanlarının artışına bağlı olacaktır. Ülkemiz pamuk tarımının geliştirilerek sürdürülebilmesi için pamuk üretim maliyetinin düşürülmesi gerekmektedir. Bu da ancak makinalaşma ile sağlanabilecektir (Demirtaş 2006). 1.3 Dünya da ve Türkiye de Makinalı Hasat Dünyada ekimi yapılan yaklaşık 34 milyon hektar pamuk üretiminde elle hasat geçerliliğini korumakla birlikte yaklaşık % 30 una yakını makina ile hasat edilmektedir. Bu durum genelde iş gücü sıkıntısı yaşayan ve iş gücü maliyetinin yüksek olduğu gelişmiş ülkelerde görülmektedir. Başlıca pamuk üretimi yapan ülkelerdeki makina ve el ile toplama oranları Çizelge 1.6 de görülmektedir. Makinalı hasat konusunda öncülüğü hemen birçok mekanizasyon konusunda olduğu gibi Amerika Birleşik Devletleri yapmaktadır. Dünya pamuk üretiminin yaklaşık %80 6

17 ini karşılayan sekiz büyük üretici ülke arasında % 21 lik payı ile Çin den sonra ikinci sırada yer alan A.B.D. pamuk üretim alanlarının tamamını adet e yakın makina ile toplamaktadır (Chaudhry 2000). Çizelge 1.6 Dünya pamuk üretiminde el ve makinalı hasadın dağılımı (Chaudhry 2000) Ülkeler Elle hasat (%) Makinalı hasat (%) Çin ABD Hindistan Pakistan Özbekistan Brezilya Türkiye Avusturalya Yunanistan 8 92 Uzun yıllar Sovyet teknolojisine sahip makinaları kullanarak ürününü toplayan özellikle Özbekistan ve Türkmenistan da makinalı hasadın yaygınlığı % dolayındadır. Sovyetler Birliğinin dağılması ile bir süre bocalayan bu ülkelerde eski teknoloji ile üretilmiş makinalar terkedilmiş ve makine parkı çağdaş teknoloji ürünü Amerikan orjinli makinalar ile hızla yenilenmeye başlanmıştır. Nitekim, dünyadaki en büyük pamuk hasat makinası üreticisi iki firmadan biri olan Amerikan CASE firması Özbekistan da bir montaj fabrikası kurmuş ve 300 adet makinayı pazarlama olanağı bulmuştur (Evcim ve Öz 1998). Diğer büyük üretici ülkelerden Brezilya da 2000 civarında makina çalışmakta, yine aynı kuşak ülkelerinden Arjantin de de sınırlı olarak makinalı hasat uygulanmaktadır. Sekiz büyük üretici ülke içerisinde yer almayan Avustralya ve İsrail de üretim alanlarının tamamı, Yunanistan, İspanya, İtalya ve Venezüella da büyük bir kısmı makine ile hasat edilmektedir. Özellikle komşumuz Yunanistan da üretim alanlarının ülkemiz üretim alanlarının beşte biri olmasına karşın 3000 in üzerinde faal hasat makinasının kullanılması oldukça ilgi çekicidir (Öz 2000). 7

18 Türkiye ise Çin, Hindistan ve Pakistan ile birlikte hasadın elle gerçekleştirildiği ülkeler arasında yer almaktadır. Esasen ülkemizde makinalı hasat çalışmaları 1970 li yıllarda başlamış olmasına rağmen 1995 yılına kadar gelişme gösterememiştir. Bu durumun temelinde; söz konusu tarihe kadar işgücünün bol ve maliyetinin düşük olması nedeni ile makinalı hasadın ekonomik olmamasının yanısıra, ithal edilen sınırlı makinanın eski teknolojiler kullanarak üretilmiş olması, dolayısıyla performanslarının düşüklüğü, mevcut üretim sistemimize özellikle sıra arası mesafelerinin fazla olması nedeniyle uyumlu olmamaları ve yapılan tanıtımlarda makinaların teknik gereksinimlerinin dikkate alınmaması gibi diğer nedenler yatmaktadır (Öz 2000) lı yıllardan itibaren Amerika Birleşik Devletleri nde pamuk hasat makinalarının üretiminde yaşanan oldukça önemli teknolojik gelişmeler, yüksek teknoloji ve performansa sahip hasat makinalarının ortaya çıkmasını sağlamıştır. Aynı yıllarda ülkemizde işçi temini ve çalıştırmadaki zorlukların artması, toplama verimliliğinin düşmesi ve işçilik maliyetlerinin hızla artış göstermesi üreticilerimizin hasat makinalarına olan bakış açısını değiştirmeye başlamış, 2005 yılı sonu itibariyle yaklaşık olarak ülkemizde, 35 adet JOHN DEERE marka kendiyürür 72 adet CASE IH marka kendiyürür 82 adet PAMAK marka traktöre monte edilir tip pamuk hasat makinası olduğu bilinmektedir (Kılıçkan 2007). 1.4 Pamuk Hasat Makinaları ve Özellikleri Pamuğun makinalı hasat fikri ilk kez 1850 yılında ABD de Robert ve Prescott tarafından ortaya atılmış ancak uzun yıllar pratiğe intikal ettirilmemiştir. Bu yönde asıl gelişmeler 1940 yılından sonra başlamış 1952 yılında 12 bin adet makina yapılmıştır. Daha sonra Rusya da hasat makinası yapılmaya başlanmıştır (Aydemir 1982). Pamuğun makinalı hasadı için bugüne kadar 5 yöntem denenmiştir. Bu yöntemler şu şekilde sınıflandırılmaktadır (Işık ve Sabancı 1988). Açık kozalardan açılmamış kozalara zarar vermeden döner iğler yardımıyla kütlü pamuğun toplanması (toplayıcılar), 8

19 Açık ve kapalı pamuk kozaların koparılarak toplanması (sıyırıcılar), Tüm bitkinin biçilerek kütlünün makina içinde ayrılması, Hava akımı yardımıyla emerek ya da üfleyerek toplama (vakumlu makinalar), Elektro-statik olarak yüklenmiş bant ya da parmaklar yardımıyla toplama. Yukarıda belirtilen pamuğun makinalı hasat yöntemlerinden, uygulamada en çok görülenleri şunlardır Toplayıcılar Toplayıcılar birbirini takip eden çeşitli fonksiyonel ünitelerden meydana gelmişlerdir. Bunlar; Domuz burnuna benzer ayırıcılar, Açık kozalardan pamuğu alan gerçek işlem ünitesi, Toplanmış pamuğu sepete nakleden iletim ünitesi, Toplanmış pamuğun iletildiği sepet veya depo. Tahrik ünitesi olarak kendi üzerindeki motordan yararlanan, kendi yürür makinalar olduğu gibi, herhangi bir traktöre bağlanabilen tek sıralı, daha düşük kapasiteli ve daha ucuz makinalar da vardır. Tahrik ünitesi olarak kullanılan traktörün, mevsim dışında diğer işlerde de kullanılması olanağını kazandırdıklarından ötürü bu tiplerde genel giderler daha düşüktür. Fakat buna karşın manevra kabiliyetleri az, ilerleme hızları da daha düşüktür. Bu makinalar bitkinin çok boylu olmadığı alanlara uygundurlar. Düşük masrafları nedeni ile küçük parçalı arazilerde büyük arazilere oranla daha verimli olmaktadırlar. Mekanik toplayıcılarda esas toplama işlemini gerçekleştiren eleman iğlerdir. Bunlarda temel prensip, iğlerin açık kozalardaki pamuk içerisine dalması ve pamuğu üzerlerine dolayarak almasıdır. İğlerin dönüşü, makinanın genellikle 4-6.5km/h olan ilerleme hızı ile senkronize edilmiştir. İğler arsındaki açıklık (1.5x1.5 inç) kapalı kozalar aralarından geçebilecek kadar olmaktadır (Evcim et al. 1999). 9

20 Günümüzde yaygın olarak imal edilen toplayıcılarda iki tip iğ görülmektedir: Kalın konik iğler İnce silindirik kesitli iğler Silindirik iğler üzeri helisel yivli ve kertikli veya düz kanal şeklinde yarıklı olmak üzere ayrıca iki değişik tipte olmaktadır. Kısa konik iğler, tamburlu tip (drum type) makinalarda kullanılmaktadır. Bu tip makinalarda iğler, bir tambura veya düşey latalara yatay konumda bağlanmışlardır. Tambur bir sonsuz zincir yardımıyla döndürülmekte ve ayrıca bir planet dişli tertibi yardımıyla düşey latalara kendi eksenleri etrafında dönü hareketi kazandırılmaktadır. Bu dönü hareketi de konik dişli çiftleri ile 90 derece saptırılarak yatay konumdaki iğlere iletilmektedir. Sırayı iki yanından hasat edebilecek şekilde, tandem düzende yerleştirilmiş iki üniteli toplayıcılar olduğu gibi, sırayı sadece bir yanından hasat eden tek ünitelerde vardır. Çeşitli marka ve tiplerde her bir ünitede toplam adet iğ bulunmaktadır (Evcim et al ). Şekil 1.1 Konik iğli toplama ünitesi (Case-New Holland Trakmak) 10

21 İğler önce nemlendirme yastıklarının altından geçmekte ve bir depodan alınan su, bir dağıtıcı yardımı ile iğlerin üzerine uygun aralık ve miktarlarda boşaltılmaktadır. Daha sonra iğler tamburun pamuk sırası tarafındaki kafes parmakları arasından geçerek toplama zonuna girer ve rastladıkları açık kozalardan pamukları üzerlerine dolamak suretiyle çekip alırlar. Sonra yine kafesin aralığından geçerek, ters yönde dönen kauçuk sıyırıcıların arasına girerler. Burada gerek iğlerin konikliği, ıslaklığı ve gerekse kauçuk sıyırıcının ters yöndeki dönüşü etkisiyle, pamuk iğler üzerinden sıyrılarak alınmaktadır. Silindirik iğler zincirli tip toplayıcılarda bulunur. Bunlarda iğler, iki uçlarında sonsuz hareketli bir zincire bağlanmış düşey latalar üzerindedir. Bir toplama ünitesinde bu şekilde 80 adet düşey lata ve her lata üzerinde de 16 iğ bulunmaktadır. Böylece bir ünitede 1280 adet iğ var demektir. Her iğ zincir yörüngesindeki ilerleme hareketinin yanında, toplama zonunun içinde bulunduğu zamanlarda, kendi ekseni etrafında da döner. Bu dönü iğlerin dip kısımlarına bağlı dişlilerin, ünitenin pamuk sırası tarafındaki kısmında yer alan kremayer dişlileri üzerinde gezmesi ile sağlanmaktadır. İki toplam ünitesi bulunan iki sıralı toplayıcılar yapıldığı gibi, yüksek verimli alanlar için iki ünite tandem şekilde tertiplenerek tek sıralı toplayıcılar da yapılmaktadır. Bu tipte iğler, yine toplamayı kolaylaştıracak ve iğleri temizlemek amacıyla toplama zonuna girmeden önce nemlendirilirler. Silindirik iğlerin ayrılması, iğlerin çaplarından az büyük aralıkları olan sıyırıcı pabuçları arasından, yörüngenin etkisi ile ters konumda (iğlerin ucu hareket yönünün tersi konumda) geçmesi sonucu olur. Bu şekilde toplanan pamuğun sepete taşınması, daha çok pnömatik yöntemle veya mekanik-pnömatik yöntemlerin karışımı ile yapılır. Toplama sepeti genellikle makinanın arka kısmında, tahrik ünitesi üstünde bulunur. Kapasitesi tek sıralılarda 500 kg, iki sıralılarda kg dolaylarındadır. Bu sepetler hidrolik olarak kaldırılarak, seri bir şekilde boşaltılmaktadır. 11

22 1.4.2 Sıyırıcılar Hasadın tümünü bir kerede tamamlayan makinalardır. Yüksek rakımlı ovalarda yetişen, kısa boylu, düşük verimli, kısa elyaflı, sağlam gövdeli ve çırçırda kolaylıkla temizlenebilen karakterdeki pamuk çeşitlerinde başarı ile kullanılabilirler. Bugünkü ekili alanlar göz önüne alınabildiğinde ülkemizde kullanılma şanslarının olmadığı anlaşılır. Bu tür makinalar pamuk kozalarını koparmak suretiyle hasat eden makinalardır. Parmaklı ve yivli-oluklu olmak üzere iki tipi mevcuttur. Her iki tipte de işleyici kısımlar kızak veya tekerlekler üzerine yerleştirilmiş bir çatı üstünden çekilir şekilde inşa edilmektedirler. ABD de iğli makinalar (stripper) dan önce sıklıkla kullanılmıştır. Bu makinaların en basiti olan parmaklıklı tarak makinası esas itibariyle ön tarafı açık büyük bir tahta sandıktan ibaret olup bu açık kısımda demir bir travers üzerine tarak kısmı bulunmaktadır. Tarak, birbirine paralel 12 mm kalınlığında 75 cm uzunluğunda adet demir parmaktan oluşmaktadır. Parmakların arasında pamuk dal ve fidanlarının geçebilecekleri kadar mesafe bırakılmıştır. Bu parmaklık istenildiğinde yükseklik ayarı yapabilecek ve yerle derecelik açıyla çalışacak şekilde monte edilmiştir Vakumlu makinalar Bu tip makinalar negatif basınçlı hava yardımıyla pnömatik olarak kütlüyü kozadan ayırıp hasat eden makinalardır li yıllar arasında özellikle Rusya da yoğun olarak üzerinde çalışılmış olmasına rağmen, o yıllarda basınçlı havayı üretmek ve kullanmak için gerekli aparat ve gereçlerin ekonomik olmamasından dolayı fazla gelişmemişlerdir. Günümüzde hasat sonrasında pamuğun lif kalitesine zarar vermemesi ve daha küçük yapılı olabilmeleri gibi avantajlarından dolayı üzerindeki çalışmalar hız kazanmıştır. Bu tip makinalar genel olarak basınçlı havanın üretildiği bir ünite, pamuk kütlülerini kozadan ayıran bir başlık ve depoya kadar ulaşan taşıma borularından oluşmaktadır. Basınçlı havayı üreten üniteler fanlar ya da vakum kompresörlerinden oluşmaktadır. Fanlar ya da vantilatörlerde genel olarak yüksek debi düşük basınçlı hava, 12

23 kompresörlerde ise düşük debili yüksek basınçlı hava oluşturulabilmektedir. Bu tip makinalarda kullanılan taşıma boruları ise basınca ve negatif basınca dayanıklı, kesitte değişmezlik, oynaklık ve hareketlilik, kıvrım yaparken düşük radyüs oluşturmama gibi özeliklere sahiptirler (Duman 2007). Dünyada ve ülkemizde üretimi ve satışı yapılan makinalar incelendiğinde, günümüzde kullanılan pamuk hasat makinalarını Şekil 1.2 deki gibi sınıflandırmak mümkündür. Pamuk Hasat Makinaları Toplayıcılar Sıyırıcılar Vakumlu Makinalar Döner İğli (ABD) Testere Dişli Konik İğli Silindirik Rus tipi İtalyan tipi İğli (ürt.yok) Kendi Yürür Kendi Yürür Traktöre monte 2 sıralı 4 sıralı 2 sıralı 4 sıralı 2 sıralı 4 sıralı Şekil 1.2 Pamuk hasat makinalarının sınıflandırılması (Kılıçkan 2007) 13

24 1.5 Tezin Amacı Önemli ve stratejik bir tarımsal ürün olan pamuğun hasadı, farklı büyüklüklerdeki alanlarda yetiştirildiği için önemli bir problem olarak karşımıza çıkmaktadır (Tuncer ve Işık 1999). Türkiye deki pamuk hasadının büyük bölümü insan eliyle yapılmaktadır. Hasat döneminde işçi bulmaktaki zorluklar ve işgücü maliyetlerindeki artışlar, üreticileri, makinalı hasada doğru yönlendirmektedir (Işık ve Sabancı 1988, Evcim ve Öz 1997). Ülkemizde kullanılan yüksek kapasiteli hasat makinaları ise sadece büyük üretim alanlarında ve uzun kullanım sürelerinde ekonomik olabilmektedir (Evcim 1996). Bu makinalar yapılarından dolayı küçük alanlarda kullanılamamaktadır. Bu çalışmada, Türkiye de yetiştirilen güncel pamuk çeşitleri dikkate alınarak, insan iş gücü ihtiyacını azaltacak, küçük üretim alanlarında da kullanılabilecek, basit yapılı, pnömatik bir kütlü pamuk toplama makinası tasarımı ve prototipinin gerçekleştirilmesi, ayrıca hasat işlemi sırasında gerçek performansının ortaya konulmasına yönelik olarak tarla denemelerinin yapılması amaçlanmaktadır. 14

25 2. KAYNAK ARAŞTIRMASI Önal (1978), başarılı bir pamuk hasat makinasının özelliklerini şu şekilde sıralamaktadır. a) Olgunlaşmış pamukların büyük bir kısmını yere düşürmeden toplayabilmeli, olgunlaşmamış kozaları ve vejetatif aksamı zedelememelidir. b) Toplama sırasında kütlüye zarar vermemeli ve kütlü içerisindeki çepel oranı en az düzeyde olmalıdır. c) Mümkün olduğu kadar basit yapıda olmalıdır Barker (1982), pamukta hasat öncesi kayıplara pek çok faktörün etki ettiğini, bu faktörlerin çeşit özellikleri (koza yapısı, tutunma direnci, çenet açıklığı vb.), yağmur, rüzgâr, sıcaklık, böcek zararları, koza açma oranı, kozaların bitki üzerindeki yerleşimi, bakteri ve mantarlar, sıraların şekli, makinalar ve gelişme döneminde yaşanan besin maddesi sıkıntısı olduğunu öne sürmektedir. Gençer ve Yelin (1982), çeşitli araştırmacıların, makinalı pamuk hasadına uygun bitki çeşidinin özelliklerini şu başlıklar altında topladıklarını ifade etmektedirler; a) Meyve dalı sayısı fazla, boğum araları kısa, koza çenetleri tam olarak açık, yaprak sayısı az ve koza sapları kopmaya karşı dayanıklı olmalıdır. b) Bitki boyu orta boylu olmalı, yaprakları küçük ve erken dökülmeye uygun olmalıdır. c) Koza açımından sonra liflerin fırtınaya karşı dayanıklı olması gerekir. Bu nedenle, lif lüleleri koza çenetlerine sıkı bir şekilde bağlı olmalıdır. d) İlk meyve dalı yerden cm yukarıda ve kozalar ana gövde etrafında toplanmış olmalıdır. e) Yaprakların tüysüz olması gerekir. Aydın (1987) yüksek lisans tezinde belli başlı havalı götürücü sistem çeşitlerinin tasarımı için bir bilgisayar programı geliştirmiştir. Boru çapı, hava hızı, ve basınç kayıplarının başlangıç değerlerinin tahminindeki zorluktan dolayı bir ampirik metod kullanılmış ve sonuçlar tasarım analiz yönteminin başlangıç değeri olarak alınmıştır. 15

26 Emmeli, basınçlı ve emme-basınç birleşimli sistem çeşitlerinde körük seçimi için gerekli veriler ve iletim borusu çapı bulunmuştur. Sabancı vd. (1987) Çukurova Bölgesinde Pamuk Hasadında Toplama Bedeli Değişimleri ve Makinalı Hasadın Geleceği başlıklı araştırmalarında, Çukurova bölgesi için pamuk hasadındaki işçi maliyetleri ve makinalı hasada geçiş zorunluluklarından söz etmişlerdir. Işık ve Sabancı (1990), Amerikan ve Rus orijinli toplayıcı tip iki makina ile yaptıkları çalışmada, kayıpların elle hasatta % 6.8, makina ile hasatta % olduğunu ortaya koymuşlardır. 60 cm sıra aralığına sahip Rus orijinli makinanın üretim sistemimize uymaması nedeniyle yüksek kayıp değeri elde edilmiştir (% 21). Araştırmacılar, elle toplamada yabancı madde oranının % 4, Amerikan orijinlide % 5, Rus orijinlide % 7 civarında olduğunu, elle hasatta yabancı maddenin % 90 ını koza kabuklarının oluşturduğunu, buna karşılık makina ile toplanan pamuklarda çoğunlukla yaprakların bulunduğunu belirtmektedirler. Önal (1990), makinalı hasada uygun bitki çeşidinin özelliklerini şu şekilde sıralamaktadır: a) Bitki orta boyda (45 90 cm) ve dar habituslu olmalıdır. b) Kısa yan dallara sahip olmalıdır. Bununla birlikle çok fazla dal ve yaprak bulunması da arzulanmamaktadır. c) Temiz toplama açısından ilk kozalı dalın yerden yüksekliği olabildiğince fazla olmasıdır. Beyhan (1992), ülkemiz koşullarına uygun, aspiratörlü bir fındık hasat makinasının tasarımı ve prototip bir makine yapımını amaçladığı çalışmasında, 6 çeşit fındığın fiziksel ve aerodinamik özellikleri ile, makinaya ilişkin temel parametreleri, deneysel olarak saptamıştır. Prototip makinanın yapımında, deneylerde elde edilen iletim havası hızının m/s, hava debisinin m 3 /s ve toplam statik basıncın mmss değerlerini göz önüne almıştır. Prototip makinayla yapılan bahçe deneylerinde kgf/da ürün verimi için, kgf/içh tane iş verimi, da/h alan iş verimi ve % 16

27 95.13 toplama etkinliği sağalandığını belirtmiştir. Williford (1992), toplayıcı tip makinaların daha seçici olduklarını, yalnızca açılmış kozadaki kütlüyü az miktarda yaprak ve bitki materyali ile (%5-10) toplayabildiğini ve üreticiye birden fazla hasat olanağı sağladığını belirtmektedir. Bununla birlikte hasat periyodunda hava koşullarının riskli olması nedeniyle son yıllarda erkenci çeşitler kullanılarak mümkün olduğu kadar tek seferde hasat yönünde bir eğilimin olduğunu ifade etmiştir. Evcim (1996), Pamuk Hasadının Mekanizasyonu ve Sorunları başlıklı yayınında pamuk üretim sistemleri ve hasadından bahsetmiş, hasat maliyetinin diğer giderler içerisindeki büyüklüğü anket çalışmalarındaki sonuçlar göz önüne alınarak ortaya konulmuştur. Yine aynı çalışmada pamuk üretiminde iş gücü kullanılma durumu incelenmiş ve ortalama olarak hasat için 6.73 erkek işgücü saat/ dekar, kadın işgücü saat/dekar değerleri saptanmıştır. Yüksek bulunan iş gücü ihtiyacının hasat masraflarının ve dolayısıyla üretim maliyetlerini yükselteceği belirtilmiştir. Evcim çalışmasının devamında mekanik pamuk hasat makinaları ile ilgili bilgi vermiş, mekanik pamuk hasadı sonuçlar ve maliyetlerini karşılaştırmıştır. Arun ve Akkoç (1997), TMMOB Makina Mühendisleri Odası tarafından basımı yapılan eserlerinde, havanın sıkıştırılabilir özelliği nedeniyle doğacak basınç kaybının % 10 ila % 15 arasında olabileceği ve basınç kaybını hesap ederken bu düzeydeki kaybın ihmal edilebileceğini literatürlere dayandırarak bildirmektedirler. Bir pnömatik tesis hesabının odak noktasını boru çapı ile basınç kaybı arasındaki bağıntının olduğunu ve bu iki öğeden sonra hava debisi ve körük (fan) gücü saptanarak buna göre körük seçimi yapılabildiğini bildirmiştir. İletim malının debisi ile vericiyi saptadıktan sonra toz içeriğinin niteliğine göre filtre seçiminin gerçekleştirileceğini söylemişlerdir. Yine aynı eserde, geniş çaplı boru seçiminin, basınç kaybını azaltmakla birlikte tesis ve işletme giderlerini yükselteceğide bildirilmiştir. Öte yandan dar çaplı borularda tesis ve işletme giderleri genelde düşük fakat basınç kaybı yüksektir denilmiştir. Yazarlar, genellikle yüzer yöntemli pnömatik iletim tesislerinin hesabı için Çizelge 2.1 de verilen değerlerin yeterli olabileceğini bildirmiş ve hava direncini oluşturan ayrıntıları şu şekilde 17

28 sıralanmıştır. Kesit yüzeyi değişmeleri Kıvrımlı dirsekler Memeler Ayırıcılar Siklonlar Filtreler Çizelge 2.1 Pnömatik yüzer ortamlı iletimde önemli bazı yığın mallara ilişkin veriler (Arun ve Akkoç 1997) İletim malı d s (mm) ρ s (kg/mm 3 ) ρ ss (kg/mm 3 ) V 0 (m/s) α Arpa Ağaç talaşı Buğday Çimento Hayvan yemi Mika Pirinç kabuğu Toz şeker Yulaf Prina d s =Tane çapı, ρ s = Tanenin özgül ağırlığı, ρ ss = Yığın malın yoğunluğu, α = Basınç kaybı katsayısı, V 0 = İletim borusunda gerekli hava hızı Sağlam ve ark. (1999), yaptıkları bir araştırmada, makinalı pamuk hasadında toplam kayıp oranının ortalama % 10.8 olduğunu, kayıpların % 2 sinin hasat öncesi doğal olarak yere dökülen kütlü ve % 3.9 unun makinadan kaynaklanan dökülme kayıpları olduğunu, en büyük kaybın % 4.9 değeriyle bitki üzerinde kalan kütlülerde saptandığını, elle hasatta ise sadece hasat öncesi gerçekleşen % 2 dökülme kaybı meydana geldiğini 18

29 bildirmektedirler. Evcim (1999), sırta ekimde oluşan profilin hasat makinasının tekerleklerinin tabana oturmasını sağladığını, bu sayede en alttaki kozaların da toplama üniteleri tarafından kayıpsız bir şekilde toplandığını bildirmektedir. Pamuk bitkisinde ağırlık açısından en büyük ve kıymetli kozalar bitkinin alt meyve dallarında yer almaktadır. Araştırmalar üçüncü ve altıncı boğumlar arasında ilk açan üç kozanın bitkiden elde edilecek gelirin % 25 ini oluşturduğunu ortaya koymuştur. Şekil 2.1 de ortalama 30 kozalı bir pamuk bitkisinde kozaların konumlarına göre toplam gelir içerisindeki payları gösterilmiştir. Şekil 2.1 Kozaların konumlarına göre toplam gelir içerisindeki payları (Evcim, 1999) Chaudry (2000) çalışmasında, Türkiye nin dünyadaki pamuk üretimindeki yerini belirttikten sonra, yine rakamlarla Dünya ve ülkemizdeki pamuk hasadında makina kullanım ve hasat sonrası işlem olan çırçırlama oranlarını ortaya koymuş ve Türkiye deki makinalı pamuk hasat oranının düşüklüğünü vurgulamıştır. Öz (2000), yere dökülen kütlü oranının uygulamalara bağlı olarak Nazilli 84 çeşidinde ortalama % , Deltapine 5690 çeşidinde ise ortalama % arasında 19

30 değerler aldığını, makinalı hasadın lif uzunluğu, uzunluk üniformitesi, lif mukavemeti, lif inceliği gibi lif kalitesine ilişkin teknolojik özellikler üzerinde olumsuz etkisinin olmadığını, kantitatif performansın başarısında tarla hazırlığının en büyük etken olduğunu, etkin bir tarla hazırlığının ve başarılı bir defolyant uygulaması ile makina ile toplanan kütlüdeki çepel oranının % l gibi düşük seviyelerde kalabileceğini belirtmektedir. Keskin ve Güner (2001) Akışkanlar Mekaniği adlı ders kitabında boyutlar ve birimler, kütle ve ağırlık ilişkileri, ideal gaz kanunu, viskozite, reoloji, elastiklik modülü, ses hızı ve mach sayısı, buhar basıncı, yüzey gerilmesi gibi akışkanların temel özelliklerini, bir noktadaki basınç, hidrostatik temel denge denklemi, basınç değişimi, atmosfer sıcaklığı ve atmosfer basıncının değişimi, eğrisel yüzeylere etkiyen hidrostatik kuvvet, blok halinde sabit ivmeyle hareket eden akışkanlar gibi akışkan statiği konularını, Newton un ikinci kanunu, statik, dinamik, ölü nokta ve toplam basınç tanımlamalarını açıkladıktan sonra süreklilik denklemi ile ilgili şu eşitliklere yer vermişlerdir. Sıkıştırılamaz akışkanlarda sisteme giren ve sistemden çıkan akım miktarı (verdi) sabit kabul edilmektedir. Buna kütlenin korunumu denir ve süreklilik denklemiyle ifade edilir. Q 1 =Q 2 A 1.V 1 =A 2.A 2 Bu bağıntıda; Q 1 ve Q 2 : Sırasıyla sisteme giren ve çıkan verdilerdir (m 3 /s), A 1 : Birinci durumdaki kesit alanı (m 2 ), V 1 : Birinci kesitteki akışkan hızı (m/s), A 2 : İkinci durumdaki kesit alanı (m 2 ), V 2 : İkinci kesitteki akışkan hızı (m/s), Coşkun (2002a) çalışmasında tasarladığı basit yapılı bir pamuk toplama makinasında vakum basıncı, emme hızı ve kopma kuvveti gibi tasarım parametrelerine pamuk çeşitlerinin ne derece etkili olduğunu belirlemeye çalışmıştır. Makinalı hasada uygun olarak geliştirilmekte olan DPXxC//BixLa melezi ve Nazilli 84 pamuk çeşitlerine ait 20

31 vakum basıncı, emme hızı ve lüle kopma kuvveti değerleri ölçülmüştür. Ölçülen tasarım parametreleri ile pamuk çeşitleri arasındaki istatistiksel ilişkiler araştırılmıştır. Denemeler için bir vakum ünitesinden, bir vakum deposundan ve toplama başlığından oluşan basit yapılı bir sistem oluşturulmuş ve bu sisteme bir hava hızı ölçer, bir vakum ölçer ilave edilmiştir. Yine sistemin tamamlanması ve pamuk kütlülerinin bağlanıp çekilebilmesi için toplama başlığının tam karşısına bir dinamometre yerleştirilmiştir. Hasat dönemi içerisinde 3 farklı parsellerden toplanmış DPXxC//BixLa melezi ve Nazilli 84 çeşidi pamuk kütlüleri saplarından dinamometreye rijit olarak bağlanıp her bir kütlüdeki 4 adet bulunan pamuk lüleleri çektirilerek, vakum basıncı, emme hızı ve kopma kuvveti değerleri tespit edilmeye çalışılmıştır. Toplam 1800 adet deneme yapılmıştır. Bulunan değerlerin ortalamaları Çizelge 2.2 de verilmiştir. Çizelge 2.2 Pamuk çeşitlerine ait tasarım parametre değerleri (Coşkun 2002a) Tasarım parametreleri DPXxC/BixLa Hibrit Nazilli 84 Kopma kuvveti (N) Emme hızı (m.s -1 ) Vakum (kpa) Coşkun (2002b) bir diğer çalışmada ise Nazilli 84 pamuk çeşidi denemeye alınarak pamuk hasadında yararlanılabilecek vakum basıncı, emme hızı gibi aerodinamik özellikler ile pamuğun lif ve fiziko-mekanik özelikleri arasındaki ilişkiler belirlenmeye çalışılmıştır. Yapılan denemelerde yaş ve kuru lüle kütleleri, lüle nemi, lüledeki tohum sayısı, çenet açıklığı, çenet derinliği, çenet açısı ve lüle kopma kuvveti gibi fizikomekanik özellikler ölçülmüştür. Ayrıca uzunluk, dayanıklılık, esneklik ve incelik gibi lif özellikleri belirlenmiştir. Denemelerin gerçekleştirildiği sistem, elektrik enerjisi ile çalışan m 3 s -1 debi ve 70 kpa basınç üretebilen bir vakum ünitesi, 2 adet vakum ölçer, 2 adet sirkülasyon valfi, 1 adet 1 1 mm delik aralığına sahip tel elek ve 1 adet PVC borudan oluşmaktadır. Ölçümlerden sonra, kopma kuvveti değerleri; 21

32 F = m g eşitliği ile, boru içerisindeki hava hızı ise; V = (Q/D 2 ) eşitliği ile, çenet açısı ise; α = arctg 0.5 (CO/CD) eşitliği ile, ve pamuk lülelerinin nem içeriği ise; % N = (Ww-Wd)/Wd 100 eşitliği kullanılarak bulunmuştur. Burada; F: Kopma kuvveti (N) m: Kütle (g) g: Yerçekimi ivmesi (g m -2 ) V: Boru içerisindeki emme hızı (m s -1 ) Q: Boru içerisindeki hava debisi (m 3 s -1 ) D: Boru çapı (m) CO: Çenet açıklığı (mm) CD: Çenet derinliği (mm) Ww: Islak ağırlık (g) Wd : Kuru ağırlık (g) dır. Elde edilen tasarım parametrelerinden vakum basıncının değerleri ile fiziko-mekanik özellikler arasındaki ilişkiler grafikler halinde ortaya konulmuştur (Şekil 2.2). 22

33 Kopma kuvveti (N) Yaş Ağırlık (g) Vakum (kpa) Vakum (kpa) Vakum (kpa) Kuru ağırlık (g) Vakum (kpa) Nem (%) Şekil 2.2 Vakum basıncı ile fiziko-mekanik özellikleri arasındaki ilişkiler (Coşkun 2002b) Gürsoy ve ark. (2002), Güney Doğu Anadolu Bölgesi Pamuk Tarımında Mekanizasyon Uygulamalarında Karşılaşılan Sorunlar ve Çözüm Önerileri adlı araştırmada Güneydoğu Anadolu Bölgesi nde pamuk tarımında tohumluk hazırlığından çırçırlamaya kadar süren değişik üretim aşamalarında kullanılacak alet ve ekipmanların randımanlı kullanılabilme imkânları irdelenmiştir. Güner (yayınlanmamış lisansüstü ders notları) Tarımda Kullanılan İletim Tesisleri ve İleticilerin Tasarımı isimli ders notlarında buğday, arpa, fasulye, ayçiçeği, mısır, soya ve mercimeği materyal olarak kullanarak, kuru ve dökme tarımsal ürünlerin iletiminde kullanılan pozitif düşük basınçlı ileticilerin tasarım ve imalatının yapılmasında hangi kriterlere dikkat edileceğini ve tarımsal ürünlerin iletiminde ürün, hava akımı, iletici parametreleri arasındaki ilişkileri incelemektedir. 23

34 3. MATERYAL ve YÖNTEM 3.1 Materyal Araştırmada kullanılan pamuk çeşitleri Tasarımı yapılan pnömatik pamuk hasat makinasının temel tasarım parametrelerinin oluşturulması için laboratuar ortamında ve performans belirleme çalışmalarını oluşturan tarla denemelerinde Ege Bölgesi nde yetiştiriciliği yaygın olarak yapılan 4 farklı çeşit pamuk kullanılmıştır. Bunlardan, sadece laboratuar ortamında yapılan denemelerde kullanılan Nazilli 84 S çeşidi dışındaki Beyaz Altın 119, Carmen ve Diamond gibi çeşitler makinalı hasada uygun çeşitlerdir ve tarla denemeleri bu 3 çeşit ile gerçekleştirilmiştir. Makinalı hasada uygun olan bu çeşitler, ana gövdeye yakın dallarının kısa olması, bitkilerinin koyu yeşil renkte olması, kozalarının orta büyüklükte olması, gerekli durumlarda ayarlayıcı ve düzenleyici kimyasalların kullanılabilir olması gibi ortak özelliklere sahiptir (Şahin ve Ekşi. 1998). Denemede kullanılan tüm çeşitler delinte (havsız) olup bazı temel özellikleri Çizelge 3.1 de verilmiştir. Çizelge 3.1 Çeşitlerin bazı özellikleri (Harem 2007) Özellikler Nazilli 84 S Carmen Diamond B.A. 119 Çırçır Randımanı (%) Lif İnceliği (micron) Lif Uzunluğu (mm) Lif Mukavemeti (g/tx) Tohum Ağırlığı (g) Yaprak Yüzeyi Tüysüz Tüysüz Tüysüz Tüysüz Makinalı Hasat Uygunluğu Hayır Evet Evet Evet 24

35 3.1.2 Pamuk lüle kopma kuvvetlerinin belirlenmesinde kullanılan deney tesisi Prototip imalatı gerçekleştirilen pnömatik pamuk hasat makinasının temel tasarım parametrelerinin oluşturulması için ilk olarak, bazı pamuk çeşitlerinin lüle kopma kuvvetlerinin ve enerjilerinin belirlenmesine yönelik bir deney düzeneği hazırlanmıştır. Şekil 3.1 de düzeneğin şematik görünüşü verilmiştir Şekil 3.1 Araştırmada kullanılan düzeneğin şematik görünümü (Güner et al. 2003, Kılıçkan ve Güner 2008) (1. Sabit tutucu, 2. Pamuk, 3. Hareketli tutucu, 4. Dinamometre, 5. Amplifikatör, 6. X-Y yazıcı) Prototip pnömatik pamuk hasat makinasının kısımları Prototip imalatı yapılan pnömatik pamuk hasat makinası 5 ana organdan oluşmaktadır (Şekil 3.2). Bunlar; 1. Siklon, 2. Negatif basınç kaynağı (fan), 3. Emiş ağzı, 4. İletim boruları, 5. Depo, ana çatı ve 3 nokta bağlantı sistemi 25

36 1. Siklon, 2. Negatif basınç kaynağı, 3. Emiş ağzı, 4. İletim borusu, 5. Depo ve çatı Şekil 3.2 Tasarımı yapılan prototip pnömatik pamuk hasat makinasının şematik görünüşü Siklon Siklon, prototip pnömatik pamuk hasat makinasının, kütlüyü, emiş ağzı ile pamuk dalından kopardıktan sonra merkezkaç kuvvetinin etkisi ile basınçlı havadan ayırma işlemini gerçekleştiren kısımdır. Merkezkaç kuvvet spiral akımla ortaya çıkmaktadır. Bir kaptan boşalan her akışkan (sıvı), bir girdap depresyonu oluşturma eğiliminde olmaktadır. Potansiyel girdap içerisinde öteki akımların aksine uçuşmakta olan elementler birbirine engel olmamaktadırlar. Bu nedenle akışkanın (basınçlı hava) ve iletim malının (kütlü pamuk) siklona teğetsel olarak girmesi ile kararlı bir spiral akım meydana gelmektedir. Şekil 3.3 te bir pnömatik iletim hattının sonundaki siklonun 26

37 işlevi görülmektedir. Dairesel kesitli (a) iletim borusu siklonun silindirik kısmına (c) bağlanmaktadır. Buraya gelen kütlü pamuk, tümüyle spiral yörüngede yumakcıklar halinde siklonun konik (d) kısmının çeperinden kayarak (e) çıkış ağzına yönelmektedir. Hava (f) dalgıç boru içine spiral bir biçimde akarak buradan dışarı çıkmaktadır. Şekil 3.3 Hava ve iletim materyalinin siklondan çıkışı (Arun ve Akkoç 1997). Siklonlarda belirli bir teğetsel hızda merkezkaç kuvveti yarıçapla ters orantılı olarak değiştiğinden, küçük çaplı siklonlar büyük çaplı siklonlara göre yarattıkları merkezkaç kuvveti nedeni ile daha etkili olmaktadırlar. Bir siklon basınç altında olduğu gibi vakum altında da çalışabilir. Vakum altında çalışan siklonlarda sızdırmazlığın çok iyi sağlanması zorunludur. En ufak bir sızdırmada verimleri hızla azalmaktadır (Brauer 1971). Siklon tasarımında genel anlamda bir standardizasyon mevcut olmamakla birlikte tanınmış büyük firmalar bu alanda kendi deneyimleri doğrultusunda kendi standartlarını gerçekleştirmişlerdir. Bununla birlikte ölçüler, ayrımı yapılacak materyale ve sistem 27

38 gerekliliklerine göre değişiklik gösterebilmektedir. Şekil 3.4 te spiral akımlı bir siklonun boyutları ve Çizelge 3.2 de ise standartlaştırılmış ölçüleri görülmektedir. Tüm bu tasarım parametreleri ve sistem kapasitesi dikkate alınarak siklonun seçimi yapılıp (OSB 70), teknik resmi çizilmiş ve imalatı yaptırılmıştır (Şekil 3.5). Şekil 3.4 Spiral akımlı bir siklonun boyutları (Arun ve Akkoç 1997) Çizelge 3.2 Spiral akımlı bir siklonun ölçüleri (Arun ve Akkoç 1997) Tip D (mm) a (mm) b (mm) d (mm) e (mm) H (mm) OSB OSB OSB OSB OSB OSB OSB

39 Şekil 3.5 Siklonun üç boyutlu görünüşü Negatif basınç kaynağı Negatif basınç kaynağı (fan), pnömatik pamuk hasat makinasının en önemli kısımlarından birisi olup, sistemin ihyacı olan hava basıncına, hızına, ve debisine cevap verecek şekilde tasarlanmıştır. Euler in akışkanlara ilişkin temel denklemine göre bir fanın üreteceği basınç farkı aşağıdaki gibi formülüze edilebilir ( Arun ve Akkoç 1997, Gökelim 1983). 29

40 2 h ρ h u 2 p= η (N/m 2 )...(1.1) Burada; p : Basınç farkı (N/m 2 ) η h : Verim katsayısı (0,6 ila 0,8 alınabilir). ρ h : Havanın özgül ağırlığı (1,2 kg/m 3 ). u 2 : Döner çarkın çevre hızı (m/s) dır. Fan kanatlarının dönüklüğü (1.1) eşitliğine göre u 2 çevre hızı, vantilatörün üreteceği basınca dönüşür. u 2 çevre hızı (1.2) eşitliğine göre hesaplanabilir. u 2 d fan n = π...(1.2) 60 Burada; u 2 : Çevre hızı (m/s) d fan : fan çapı (m) n: fan devir sayısı (1/min) Fan çapı 960 mm ve fan devri /min alınarak eşitlik (1.2) de yerine konulduğunda; u π d fan n 3,1416 0, = = = Bu değer eşitlik (1.1) de bulunan u 2 değeri konulursa; 54,286 m/s elde edilmiştir. p= η bulunmuştur. 2 h ρ h u 2 = 0,6 1,2 54,286 2 = 2121,88 N/m 2 = 2,12 kpa olarak Yapılan hesaplamalarla birlikte negatif basınç kaynağının (fan) teknik resmi bilgisayar ortamında çizilmiş ve imalatı yaptırılmıştır (Şekil 3.6). 30

41 Şekil 3.6 Negatif basınç kaynağının üç boyutlu görünüşü Emiş ağzı Tasarımı yapılan makinanın en önemli kısımlarından birisi emiş ağzıdır. Hasat dönemine gelmiş pamuk bitkisi üzerinde açmış durumda bulunan kütlüleri, makinanın ileri hareketi ile üzerinde bağlı bulunan dallardan koparıp mümkün olduğu kadar hızlı bir şekilde iletim borularına gönderme işlemini gerçekleştirmektedir. Emiş ağzının etkinliği, yani dal üzerindeki kütlüleri koparıp iletim borusuna gönderebilme oranı, direk olarak tasarımı yapılan pnömatik pamuk hasat makinasının toplama performansını etkileyecektir. Bu sebeple emiş ağzı tasarımı önem teşkil etmektedir. Şekil 3.7 de bilgisayar ortamında oluşturulan emiş ağzı resmi görülmektedir. 31

42 Şekil 3.7 Emiş ağzının üç boyutlu görünüşü İletim Boruları Bir pnömatik tesiste ana iletim, iletim hattının içerisinde gerçekleşir. İletim hattı, boru ve birleştirici flanşlardan oluşturulur (Arun ve Akkoç 1997). İmalatı yapılan pnömatik pamuk hasat makinasının boruları sac ve lastik spiral hortumlardan oluşmaktadır. Negatif basınç kaynağı çıkışı ile siklon arasındaki mesafe ve siklondan emiş ağzı düşey eksenine kadar olan mesafe ana iletim boruları et kalınlığı 2 mm olan sac malzemeden kıvrılarak imal edilmiştir (Şekil 3.8). İçi oldukça pürüzsüzdür. Fana ve siklona bağlantı noktalarında flanşlı bağlantı kullanılmıştır. Çünkü temiz olmayan radyal kaynak dikişleri tıkanmaları artıracaktır. Yine herhangi bir tıkanma durumunda veya başka nedenle iletim borusunu açabilmek için borulardan herbiri Şekil 3.9 da görüldüğü gibi merkezleyici flanşlarla birleştirilmiştir. 32

43 Şekil 3.8 İletim borusunun üç boyutlu görünüşü Şekil 3.9 İletim borularının merkezleyici flanşlarla birleştirilmesi Ana iletim borusunun çapı, (1.3) denklemi ile saptanmıştır (Arun ve Akkoç 2007) d = 2 K s Q v π p s s...(1.3) Burada; 33

44 d : Boru çapı (m) K s : İletim malı (kütlü pamuk) akımına bağıntılı bir basınç kaybı katsayısıdır ve (1.4) eşitliği ile hesaplanır. Q s : İletim malının (kütlü pamuk) kitle debisi (kg/s) (pamuk için max. 2 kg/s) v: İletim borusunda gerekli hava hızı (m/s) (pamuk kütlüsü için 4.25) p s : Vantilatörün (vakum kaynağı) üreteceği basınç farkı (N/m 2 ) Pnömatik iletimde taneli ürünlerin güvenli işletme çerçevesinde iletilebilmesi için yaklaşık mm çapındaki boru içerisinden yüzme hızının katına eşdeğer bir hız uygulanmalıdır. Tozsu ürünlerin iletiminde aynı hız geçerlidir (Arun ve Akkoç 2007, Güner 1992). Bu amaçla kütlü pamuğun yüzme hızları, hava hızı ayarlanabilir bir deney tesisinde ölçülmüştür. Deneylerde özgül ağırlıkları ve tohum sayıları belirlenen kütlü pamuklar kullanılmıştır. Kütlü pamukların yüzme hızlarının belirlenmesinde, 3 pamuk çeşidinden 40 ar tane örnek alınmış ve bu kütlüler hasat dönemi nem seviyesinde denenmiştir. Elde edilen sonuçlar Çizelge 3.3 de verilmektedir. Çizelge 3.3 Kütlü pamuk yüzme hızı değerleri* Özellikler Minimum Maksimum Ortalama Ağırlık (g) Nem (%) Tohum sayısı (adet) Yüzme hızı (m/s) (*) 19 o C hava sıcaklığı ve mbar atmosfer basıncı koşullarında İletim materyali (kütlü pamuk) akımına bağlı basınç katsayısı da (1.4) eşitliği ile hesap edilmiştir. α l+ (2 h g) i K s = + 2 β (1+ ) (1.4) 2 β v 2 34

45 Burada; α: Boru çapına bağlı basınç kaybı katsayısı (0.04 ila 0.08 alınabilir). l: Toplam iletim borusu uzunluğu (m). h: Dikey iletim borusu uzunluğu (m). g: Yer çekimi ivmesi (m/s 2 ). ß: İletim malı hızı c nin iletim hava hızı v ye oranı (c/v); (tozsu ve irmiksi iletim malı için 0.8, taneli iletim malı için 0.7 alınabilir). v: İletim borusunda gerekli hava hızı (m/s) (pamuk kütlüsü için 4.25). i: Kıvrımlı dirsek sayısı Eşitlik (1.4) te değerleri yerine koyup iletim malı (kütlü pamuk) akımına bağlı basınç katsayısı hesap edilebilmektedir; α l+ (2 h g) i K s = + 2 β (1+ ) 2 β v ( ) 6 = (1+ ) = elde edilir Elde edilen K s (1.3) eşitliğinde yerine konursa; d = 2 K s Qs v = = m = 20.1 cm bulunur. π p s Siklonun üst kısmından çıkıp emiş ağzı düşey eksenine kadar uzanan sac boru ile emiş ağzı arası esnek lastik spiral hortumlarla bağlanmıştır. Bunun nedeni ise; negatif basınca dayanıklı olmaları, kesitte kararlı değişmezlik göstermeleri, hareketli olmaları, kıvrım yaparken çok büyük kıvrım oluşturmaması ve fazla statik elektrik yüklenmemesidir. 35

46 Çatı, üç nokta askı sistemi ve depo Depo ve çatı, tarla şartlarında makinanın çalışmasına engel olmaması için birlikte tasarlanmıştır, siklonun çıkış ağzına flanşla bağlanan depo, kalınlığı 3 mm lik sac malzemeden sızdırmaz şekilde imal edilmiştir. Şekli dikdörtgen prizma şeklinde ve ana çatının iskeletine uydurulmuştur. Çatı, mm köşebent ve kare profil malzemelerden makinanın tüm kısımlarını üzerinde taşıyabilecek şekilde imal edilmiştir. Ayrıca traktöre asılır şekilde monte edebilmek için ön kısmına üç nokta askı sitemi bağlantı muyluları eklenmiştir (Şekil 3.10). Çatı makinanın tüm parçalarını üzerinde barındırdığı ve çalışma sırasında büyük kuvvetlere maruz kalan kısım olduğu için tasarımı sırasında, bilgisayar ortamında CosmosWorks programı deneme sürümü kullanılarak malzeme analizi gerçekleştirilmiştir. Analizler sırasında stress, zorlanma ve yer değiştirme kriterlerine bakılmıştır. Elde edilen sonuçlar Şekil 3.11, 3.12 ve 3.13 de verilmiştir. Şekil 3.10 Çatı, üç nokta askı sitemi ve depo üç boyutlu görünüşü 36

47 Şekil 3.11 Çatı stres analizi Şekil 3.12 Çatı yer değiştirme analizi 37

48 Şekil 3.13 Çatı zorlanma analizi Yaprak döktürücü (Defolyant) Yaprak döktürme, hasatı çabuklaştırmak, yetiştiricilerin ürünlerini verim ve kalitesinden ödün vermeyecekleri bir zamanda hasat etmelerini sağlamak, liflerin beneksiz ve mümkün olduğunca temiz toplanmasını sağlamak, kozaların havasızlıktan çürümesini önlemek ve erken açılmalarına yardımcı olmak için ve özellikle makine ile hasat edilmesine imkân sağlamak için çeşitli yaprak döktürücü kimyasallar kulanılarak yapılan bir işlemdir. Pek çok araştırmacı yaprak döktürücü uygulama zamanı için normal olgunluk döneminin yani en azından kozaların % ının açılmasının beklenmesi hususunda birleşmektedirler. Bu fikirde bitki fizyolojisinin yanı sıra iklimin olumsuz etkilerinin de göz önüne alınması söz konusudur (Kupal 2002). Yaprak döktürücü olarak, FINISH (480g/l Ethephon+60g/l Cyclanilide) ve DROPP ULTRA (120g/l Thidiazuron+60g/l Diuron) isimli kimyasallar karıştırılarak sırası ile 38

49 200ml/da ve 60 ml/da normunda uygulanmıştır. Burada FINISH kimyasalı, içerisindeki etken maddeleri dikkate alındığında, bitki üzerindeki açmamış kozaların açımı için, DROPP ULTRA ise yaprak döktürme işlemi için uygulanmıştır. Yaprak döktürücü uygulaması yapılırken ilaçlama makinasında yaprak altı meme tertibatı kullanılmıştır. Yaprak döktürücü uygulama zamanının belirlenmesi için bitkiler koza açımından itibaren sürekli izlenerek kozaların olgunlaşmaları kontrol altında tutulmuştur. Yaklaşık olarak % 50 oranında açım görüldüğünde uygulama yapılmıştır. Uygulamadan sonra yine izlemeler devam ettirilmiş ve yaprak döktürücü uygulamasından 16 gün sonra hasat işlemine başlanmıştır Negatif basınç kaynağı güç tüketimi ölçüm düzeneği Tasarımı ve imalatı yapılan prototip makinaya ait en önemli kısımlarından biri olan negatif basınç kaynağının (fan) performansının ortaya konulmasına yönelik olarak güç tüketim değerlerinin belirlenmesine çalışılmıştır. Bu amaç için oluşturulan deney düzeneği, traktör üzerine monteli bir torkmetre den oluşmaktadır. Şekil 3.14 de deney düzeneğinin resmi görülmektedir. Kullanılan torkmetreye ait teknik özellikler Çizelge 3.4 te verilmiştir. Şekil 3.14 Kuyruk mili güç ölçüm deney düzeneği (torkmetre) 39

50 Çizelge 3.4 Torkmetre teknik özellikleri Marka HBM Tip T30FNA Nominal tork (knm) 2 Nominal devir (1 / min) Basınç ve hız ölçüm ünitesi Laboratuar ortamında fanın oluşturmuş olduğu basınç farkını ve hava hızını belirlemek için TESTO marka 350/454 model ölçüm ünitesi ile hava hızı ve hava basınç propları kullanılmıştır (Şekil 3.15). Cihaza ait teknik özellikler Çizelge 3.5 te, problara ait teknik bilgilerde Çizelge 3.6 ve 3.7 de verilmiştir. Şekil 3.15 Hava hızı ve basıncı belirlemelerinde kullanılan ölçüm ünitesi Çizelge 3.5 Ölçüm ünitesine ait teknik özellikler Hafıza okuma değeri Saklama Sıcaklığı -20 ile +50 o C Çalışma sıcaklığı -5 ile +45 o C Ağırlık 850 gr Boyut

51 Çizelge 3.6 Hava basıncı probuna ait teknik bilgiler Ölçüm aralığı Hata Çözünürlük ile Pa ± 50 Pa 10 Pa Çizelge 3.7 Hava hızı probuna ait teknik bilgiler Ölçüm aralığı Hassasiyet 0 ile +60 m/s 0.01 m/s 3.2 Metod Pamuk lüle kopma kuvvetlerinin belirlenmesi Pamuk lüle kopma kuvvetlerinin belirlenmesi için yapılan denemelerde, Ege Bölgesi nde yoğun olarak yetiştiriciliği yapılan Nazilli 84 S, Beyaz Altın ve Carmen çeşidi pamuklar kullanılmıştır. Denemeler, Şekil 3.1 deki şematik resmi görülen düzenekteki 1 numaralı sabit tutucuya saplarından bağlanan pamuk kozları, lülelerinden 3 numaralı hareketli plakaya tutturulmuş ve otomatik ilerleme ile farklı hız kademelerinde kopartılarak gerçekleştirilmiştir. 4 numaralı dinamometre ile ölçülen kopma kuvvetleri 5 numaralı amplifikatör ile iki eksenli (X-Y) yazıcıya gönderilmiş ve zaman- kuvvet alan grafikleri çizdirilmiştir. Denemeler, 2, 4, 6 mm/s lik üç farklı çekme hızında gerçekleştirilmiştir. Daha sonra elde edilen tüm bilgiler bilgisayar ortamında Excel programında tablolar haline dönüştürülmüştür (Erdoğan 1997). Her lüle için ayrı ayrı kopma kuvvetleri ve kopma enerjileri tespit edilmiş ve her çeşit için ortalama değerler belirlenmeye çalışılmıştır Negatif basınç kaynağı güç tüketim değerinin belirlenmesi Tasarımı yapılan pnömatik pamuk hasat makinasının güç ihtiyacını, üzerinde bulunan en önemli parçalarından birisi olan negatif basınç kaynağının güç ihtiyaç değeri belirlemektedir. Bu nedenle negatif basınç kaynağının güç tüketim değerinin ortaya 41

52 konulması oldukça büyük öneme sahiptir. Negatif basınç kaynağının (fan) güç ihtiyacının belirlenmesi için Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü atölyesinde mevcut olan HBM marka torkmetre traktör kuyruk miline monte edilmiş ve çalışır duruma getirilmiştir. Pnömatik pamuk hasat makinası traktöre 3 nokta askı siteminden bağlanmış ve kuyruk mili fan arasına dönü hareketinin aktarılması için şaft bağlanmıştır. Traktör kuyruk mili 200 d/dak dan 540 d/dak ya kadar farklı devirlerde çalıştırılmış ve anlık olarak değerler tespit edilmiştir. Elde edilen değerler bilgisayar programı ile işlenmiş ve negatif basınç kaynağının devir-güç tüketimi grafiği oluşturulmuştur Prototip makina üzerindeki basınç ve hızın belirlenmesi Negatif basınç kaynağında oluşan basınç farkı ve hava hızı, siklondan çıktıktan sonra, etkisini iletim borularında göstermektedir. Ana iletim borusu (sac) ve emiş boruları (lastik spiral) iki kısımdan oluşan iletim boruları içerisinde bulunan, emişi ve iletimi yapılan kütlü pamuğu, yığılma olmadan homojen bir şekilde depoya kadar iletilebilmesi için negatif basınç kaynağının (fan), sistemde oluşacak basıncı karşılayabilecek ve gerekli hava hızını üretebilecek özellikte olması gerekmektedir. Oluşan basınç farkı ve hava hızı, negatif basınç kaynağının devri ile değişebileceğinden, ölçümler, hasat sırasında çalışılabilecek maksimum devirde (1080 d/dak) yapılmıştır. Dairesel kesitli borular içerisindeki basınç farkı ve hava hızı ölçümleri, TESTO 350/454 marka basınç farkı ve hava hızı ölçüm ünitesi kullanılarak, nokta hız alan yöntemi (10 nokta sistemi) ile belirlenmiştir. Bu yöntemde boru kesitindeki yatay eksen üzerinde, standartta verilen ölçülerde 10 adet ölçüm noktası belirlenir ve bu noktalardan ölçülen basınç ve hava hızı değerlerinin ortalaması ile o dairesel boruya ait ortalama basınç farkı ve ortalama hava hızı tespit edilebilmektedir (Şekil 3.16). 42

53 Şekil Dairesel kesitli borular için 10 nokta sistemi (Anonim 1990) Pnömatik pamuk hasat makinası tasarımı Pnömatik pamuk hasat makinası tasarımı ve kısımlarının (siklon, fan, iletim hattı v.s.) imalatı sırasında, emme yöntemli pnömatik iletim tesislerinin temel tasarım prensipleri kullanılmıştır. Emme yöntemli ileticiler, kısa ve hava akımı içerisinde kolay hareket ettirilebilen mallar için uygun görülmektedir. Emme yöntemli ileticilerin temel çalışma prensibi Şekil 3.17 de görülmektedir. İletimi yapılacak materyal bu sistemde emici ağızlıklar aracılığı ile emilir ve siklona gönderilir. Siklonun iki görevi vardır. Bunlardan birincisi filtre görevi yaparak iletim ürünü içerisindeki istenmeyen daha küçük boyutlu materyalleri ayırmak ve ikinci görevi depoya boşaltma işlemini gerçekleştirmekdir. 43

54 Şekil 3.17 Emme yöntemli ileticilerin temel çalışma prensibi (Arun ve Akkoç 1997) Bu tip iletim yönteminde boru hatları, oynak ve elastik birleştirme parçaları ile bağlanabilmektedir. İletimi yapılacak ürün siklon aracılığı ile depoya bırakıldıktan sonra kullanılan hava akımı varsa ikinci bir toz ayırıcıdan geçirilir ya da direk atmosfere bırakılır. Prototip makinanın imalatı sırasında dikkat edilen diğer bir nokta da emiş ağzının tasarımıdır. Emiş ağzı, hasat dönemine gelmiş pamuk bitkisinin fiziki boyutları dikkate alınarak, bitkiyi sağdan ve soldan kapatıp tamamını tarayacak şekilde 5 mm lik sac levhadan, 1100 mm yüksekliğinde, 550 mm ön ağız açıklığına sahip ve arkaya doğru ilerledikçe daralıp 220 mm olacak şekilde 2 parçalı olarak imal edilmiştir (Şekil 3.18). Pamuk dalları üzerinde bulunan açmış kütlülerin emiş borularına doğru yaklaştırılması için emiş ağzını oluşturan yan sacların ön kısmına dikey olarak, kendi ekseni etrafında dönebilen, kütlü yönlendirme merdaneleri yerleştirilmiştir. Bu nedenle 2 adet mm ölçülerinde 2 ucu rulmanla yataklandırılmış, üzerinde pamuk kütlülerini, emişiletim borularına doğru yönlendirme ve yaklaştırma işlemini gerçekleştirecek parmakların bulunduğu merdane imal edilmiş ve emiş ağzı yan saclarının ön kısmına sağ-sol açıklık ayarı yapılabilecek şekilde monte edilmiştir (Şekil 3.19). Her 2 44

55 merdanenin üst kısmına 1 er adet zincir dişli monte edilmiş ve her 2 merdanenin bu dişliler aracılığı ile devri ayarlanabilir ( /min) 1 adet hidrolik motorla hareketlendirilmiştir (Şekil 3.20). 1 adet basınç kontrol valfi, 1 adet akış kontrol valfi ve bir adet de manometreden oluşan hidrolik sistem gerekli hidrolik gücü, traktör üzerinde bulunan arka hidrolik çıkışlarından almaktadır (Şekil 3.21). Merdanelerin hemen arka kısmında parmaklara takılan kütlülerin sıyrılması için 2 adet fırça yerleştirilmiştir. Sıyırma fırçaları ve merdanelerin konumu dikkate alınarak emiş ağzı yan saclarının alt kısımlarına 4 adet emiş borusu yerleştirilmiştir. Emiş boruları 2,5" çapında, çekme demir borulardan oluşmaktadır. Emiş boruları, yan sacların çıkış yerlerinde büyük çapı 17 cm olacak şekilde ters koni şeklinde genişletilmiştir. Şekil 3.18 Emiş ağzı yan saclarının önüne monte edilen merdaneler 45

56 Şekil 3.19 Kütlü yönlendirme merdaneleri ve genişletilmiş emiş borusu çıkışları Şekil 3.20 Emiş ağzına monteli yönlendirme merdanelerinin hareket iletim düzeni 46

57 Şekil 3.21 Hidrolik sistem devre elemanları (1. Hidrolik motor, 2. Akış kontrol valfi, 3. Basınç kontrol valfi, 4. Manometre) Pnömatik pamuk hasat makinasının performans değerlerinin tespiti Prototip olarak imal edilen pnömatik pamuk hasat makinasının performansının ortaya konulabilmesi için tarla şartlarında denemeler gerçekleştirilmiştir (Şekil 3.22). Denemeler tesadüf blokları deneme desenine göre 3 tekerrürlü olarak; 70 cm sıra arası ve 20 cm sıra üzeri mesafeye göre kurulmuştur. Parseller 10.5 m eninde (15x0.7) ve 100 m uzunluğunda oluşturulmuştur. Deneme planı Çizelge 3.7 de, bir tekerrürdeki 15 sıranın makina ile hasat edilen sıraları Çizelge 3.8 de verilmiştir. Denemelerde kullanılan traktör de vites-hız kademeleri incelenmiş olup pamuk hasadı için uygun hız kademesi belirlenmiş ve hasat denemelerinde bu hız sabit tutulmuştur. Bununla birlikte emiş ağzı üzerinde bulunan hareketli yönlendirme merdanelerinin, denemeler sırasında bitki dalına zarar vermeden en uygun dönüş hızında pamuk kütlülerini yönlendirebilmesi için devir ayarı denemeleri yapılmış ve bunun için en uygun devir tespit edilerek sabitlenmiştir (Çizelge 3.10). 47

58 Şekil 3.22 İmalatı yapılan prototip pnömatik pamuk hasat makinası Çizelge 3.8 Deneme planı Tekerrür Çeşit Beyaz Altın 119 Tekerrür 1 Carmen Diamond Carmen Tekerrür 2 Beyaz Altın 119 Diamond Diamond Tekerrür 3 Carmen Beyaz Altın