Ulud. Üniv. Zir. Fak. Derg., (00) 16(): 93-100 Titreşimli Zeytin Hasat Makinalarında Kullanılan Mekanizmanın Kinematik Analizi Eşref IŞIK * ÖZET Bu çalışmada, ülkemizin zeytin üretim alanlarında henüz yaygın olarak kullanılmayan ve üreticimiz tarafından benimsenmeye çalışılan, titreşimli (sarsıntılı) zeytin hasat makinasının mekanizma yapısı incelenmiş ve bilgisayar ortamında kinematik analizi yapılarak, teorik performansının sınır değerleri saptanmıştır. Anahtar Sözcükler: Mekanizma, Kinematik, Vibrasyon, Hasat, Zeytin. ABSTRACT Kinematical Analysis of Mechanism for Vibratory Olive Harvesting Machinery In this study, it has been studied construction of mechanism for vibratory olive harvesting machinery that was made kinematical analysis on computer and it was described limiting level parameters of theoretical performance. Key Worlds: Mechanism, Kinematical, Vibration, Harvest, Olive. GİRİŞ Zeytin üretim mekanizasyonunda en fazla işgücü gereksinimi duyulan işlemlerin başında hasat gelmektedir. Bundan dolayıdır ki işçilik ücretleri nedeniyle yüksek bir maliyet oluşturmaktadır. * Yrd.Doç.Dr. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü,Bursa. 93
Bursa yöresinde yapılan anketler sonucunda ortaya çıkan, zeytin üretim aşamalarında ağaç başına işçilik maliyetleri Şekil 1 de verilmiştir. Ağaç başına maliyet ($) 3,50 3,00,50,00 1,50 1,00 0,50 0,00 3,9,7,08 0,99 0,11 GÜBRELEME HASAT İLAÇLAMA SULAMA BUDAMA Şekil1. Mekanizasyon uygulamalarında ağaç başına işçilik maliyeti (IŞIK, 00). Şekil 1 incelendiğinde, sulama uygulamasında ağaç başına işçilik maliyetinin 0,11 $ ile en düşük değerde, budama ve hasat gibi uygulamalarda ise sırasıyla,7 $ ve 3,9$ ile yüksek değerlerde olduğu görülmektedir. Bunun nedeni ise bu tür uygulamalarda makina kullanımının yok denecek kadar az olmasıdır. Bu nedenle özellikle hasat işleminde kullanılmak üzere, bölgelerin arazi durumlarına uygun zeytin hasat makinalarının geliştirilmesi, üretilmesi ve kullanımının yaygınlaştırılması, işlem maliyetlerinin düşürülmesi açısından yüksek derecede öneme sahiptir. Materyal MATERYAL ve YÖNTEM Bu çalışmada materyal olarak yerli olarak üretilen titreşimli zeytin hasat makinası kullanılmıştır. Makinanın şematik resmi şekil de verilmiştir. Zeytin hasat makinası hareketini benzinli bir termik motordan almaktadır. Motordan 6000 d/d ile gelen dönü hareketi dişli kutusuna girmekte ve dişli kutusundaki 1:5 oranındaki redüksiyon ile 100 d/d dönü hızıyla krank-biyel mekanizmasına ulaşmaktadır. Krank uzunluğu 3 cm olan mekanizmadaki 100 d/d açısal hız değeri, biyel aracılığıyla düzgün doğrusal hareket olarak hasat çubuğuna iletilmekte ve 6 cm genlikte titreşim sağlamaktadır. Hasat çubuğunun uç kısmında bulunan kancanın zeytin dallarına ta- 94
kılmasıyla, elde edilen bu düzgün doğrusal hareket yardımıyla dal sarsılmakta ve zeytin tanelerinin düşmesi gerçekleşmektedir. Krank-biyel mekanizması Hasat çubuğu motor Silindir-piston kanca Dişli kutusu Şekil. Titreşimli zeytin hasat makinesi Yöntem Titreşimli zeytin hasat makinalarında kullanılan mekanizma, üç döner ve bir kayar eleman çiftinden oluşan krank-biyel mekanizmasıdır. Krankın dönme hareketi tahrik parametresini oluşturmaktadır. Mekanizmanın çıkışı ise kayar eleman çiftinin sağladığı düzgün doğrusal harekettir. Bu nedenle mekanizma serbestlik derecesi bir olan düzlemsel bir mekanizmadır. Mekanizmanın şematik resmi şekil 3 de verilmiştir. A ω Ao γ B Şekil 3. Zeytin hasat makinasının kinematik şeması Burada, AA o = r (krank), AB = l (biyel) parametreleri olarak tanımlanırsa, β biyel açısı sinüs teoreminden, 95
r sin β = sinγ l eşitliği elde edilir. Burada pistonun krank merkezinden olan uzaklığı X olarak tanımlanırsa, X = r. cosγ + l. sin β bağıntısı elde edilir. Birinci denklemde elde edilen β açısı ikinci denklemde yerine konursa, r X = r. cosγ + l 1.sinγ l bağıntısı elde edilir. Kök içerisindeki terim açıldığında, ve r 1 sinγ l r = 1. l sin 1 cos γ sin γ = olarak alındığında, r r X = l + r(cosγ + cos γ ) 4. l 4. l eşitliği elde edilir. Bu eşitlik, pistonun herhangi bir γ açısına bağlı olarak konumunu veren eşitliktir. Bu eşitliğin zamana göre birinci dereceden türevi alındığında, r X ı = r. ω.(sinγ +.sin γ ). l pistonun herhangi bir konumundaki hız değerini veren eşitlik elde edilir. Zamana göre ikinci dereceden türev ise, r X ıı = r. ω.(cosγ +.cos γ ) l pistonun herhangi bir konumundaki ivme değerini veren eşitliği üretir. Elde edilen bu eşitlikler, mekanizmanın her noktadaki konum, hız ve ivme değerlerini belirleyici denklemlerdir. Mekanizmanın kinematik olarak tanımlanabilmesi amacıyla, elde e- dilen bu eşitlikler bilgisayar ortamına aktarılmış ve oluşturulan program ile mekanizmanın konum-zaman, hız-zaman ve ivme-zaman eğrileri tanımlanmıştır. γ 96
ARAŞTIRMA SONUÇLARI ve TARTIŞMA Araştırmada materyal olarak kullanılan zeytin hasat makinasının krank uzunluğu (r) 3 cm, biyel uzunluğu (l) ise 1,3 cm olarak, yöntem kısmında açıklanan eşitliklerde yerlerine konulmasıyla, bilgisayar ortamında konum, hız ve ivme eğrileri elde edilmiş ve sırasıyla Şekil 4, 5 ve 6 da verilmiştir. Ayrıca mekanizmada önemli bir parametre olan krank uzunluğunun değiştirilmesiyle, mekanizmada meydana gelen kinematik değişiklikler grafiksel olarak tanımlanmıştır. konum (cm) 16 14 1 10 8 6 4 0 0 30 60 90 10 150 180 10 40 70 300 330 360 zaman( o ) 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1cm cm Sekil 4. Mekanizmanın konum-zaman eğrileri Şekil 4 incelendiğinde, 3 cm krank uzunluğunda oluşan konumzaman eğrisi ölü konumlarda sıfır değerine yaklaşmakta ve 180 derece çevresinde ise maksimum genlik değeri olan 6 cm ye ulaşmaktadır. Diğer eğriler incelendiğinde ise yine ölü konumlarda sıfır değerine yaklaşıldığı, 180 derece sınırlarında ise krank uzunluğuna bağlı olarak maksimum genlik değerlerine ulaşıldığı görülmektedir. Burada krank uzunluğuna bağlı olarak artan genlik değerleri, hasat işlemi sırasında, zeytin dallarının daha fazla sarsılmasına neden olacağından kırılmalara yol açabilecektir. 97
1500 1000 hız(cm/s) 500 0-500 0 30 60 90 10 150 180 10 40 70 300 330 360-1000 -1500 zaman( o ) 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1cm cm Şekil 5. Mekanizmanın hız-zaman eğrileri Şekil 5 incelendiğinde, herbir krank uzunluğunda elde edilen eğrilerin sinüs eğrisi olarak gerçekleştiği görülmektedir. Ölü konumlardan sıfır hız ile harekete başlayan eğriler gidiş zamanı içerisinde yaklaşık 90 derece konumunda maksimum seviyelerde görülmekte ve daha sonra 180 derece konumuna yaklaşıldıkça hız değerleri düşerek sıfıra yaklaşmakta ve 180 derecede sıfır olmaktadır. 180 derece konumunda hareketine devam eden eğriler gidiş zamanını tamamlayarak dönüş zamanına geçmekte ve hız değerleri 70 derece konumuna doğru artmakta ve maksimum değerden dönüş yaparak 360 derecede tekrar sıfır olmaktadır. Değişik krank uzunlukları eğrileri incelendiğinde, krank uzunluk değişimlerinin, eğrilerin seyrini fazla etkilemediği görülmektedir. Mekanizmanın ivme-zaman eğrileri incelendiğinde,, 3 ve 4 cm krank uzunluğu değerindeki eğrilerin tipik cosinüs eğrisi çizdikleri görülmektedir. 5, 6 ve 7 cm krank uzunluklarında ise özellikle 100 derece ile 00 derece konumları arasında ivme değerlerinde alternatif hareketlenmeler söz konusudur. Bu hareketlenmeler dinamik kuvvetlerin dengelenmesini zorlaştıracağından, mekanizmanın sağlıklı çalışmasını engelleyecektir. Pratikte yapılan çalışmalar da göstermiştir ki zeytin hasat makinalarının ağaca zarar vermeden zeytin tanelerini düşürdükleri en uygun genlik değerleri 4 cm ile 8 cm arasındadır (ERDOĞAN, 1990). 98
00000 150000 ivme (cm/s ) 100000 50000 0-50000 0 30 60 90 10 150 180 10 40 70 300 330 360-100000 zaman ( o ) 3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1cm cm Şekil 6. Mekanizmanın ivme-zaman eğrileri Bu değerlerin krank uzunluk karşılıkları ise cm ile 4 cm dir. İvme eğrilerinde görüldüğü gibi bu bölgelerde cosinüs eğrisine uygun eğriler elde edilmektedir. Bu da mekanizmanın güvenli bir şekilde çalışabilirliğinin göstergesidir. SONUÇ Titreşimli zeytin hasat makinalarında kullanılan krank-biyel mekanizmasının kinematik analizi sonucunda, biyel uzunluğu sabit kalmak koşuluyla, değişen krank uzunluklarının mekanizmanın ivme eğrilerinde değişimlere neden olduğu saptanmıştır. cm, 3 cm ve 4 cm krank uzunluklarında elde edilen ivme-zaman eğrileri mekanizmayı dinamik kuvvetler açısından zorlamayacağından uygundur. Ancak 5 cm, 6 cm ve 7 cm krank uzunluklarında elde edilen eğrilerin belirli noktalarında dalgalanmalardan dolayı dengelenemeyecek dinamik kuvvetler ortaya çıkabilir. Ayrıca 10 cm, 1 cm ve 14 cm genlik değerleri hasat işlemi sırasında dal kırılmalarına neden olabilir. 99
KAYNAKLAR DİLMAÇ, M., 1989. Hasat Makinaları Mekanik Tahrik Sistemlerinin Optimum Tasarımı, TZDK Mesleki Yayınları Yayın No: 53, Ankara. PASİN, F., 1987. Mekanizma Tekniği, İTÜ Vakfı, Kitap No: 16,İstanbul. ERDOĞAN, D., 1990. Meyvelerin Makine İle Hasadında Önemli Parametreler, Tarım Makinaları Bilimi ve Tekniği Cilt. No.1, ISBN 975-48-053-8, Ankara. IŞIK, E., DARGA, A., 00. Bursa ve Yöresinde Zeytin Üretiminde Mekanizasyon Düzeyinin Belirlenmesi, U.Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi (Basım Aşamasında). KEÇECİOĞLU, G., 1975. Mekanizma Tekniği, Ege Üniv. Müh. Bil.Fak. Tekstil Bölümü Yayınları No: 1, İzmir. SÖYLEMEZ, E., 1981. Şeker Pancarı Hasat ve Toplama Makinaları Dizaynı, SEGEM Yayın No: 87, Ankara. PASİN, F., 1975. Mekanizmaların Konstrüksiyonu, İTÜ Mühendislik Mimarlık Fakültesi Sayı: 103, İstanbul. PASİN, F., 1984. Makine Dinamiği, İTÜ Kütüphanesi Sayı: 176, İstanbul. TAMEROĞLU, S., ÖZBEK, T., 1996. Dinamik, Birsen Basın Yayın, ISBN 975-511-048-8, İstanbul. 100