ANKARA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ YÜKSEK LİSANS TEZİ KLASİK BİR BİÇERDÖVERİN SARSAK MEKANİZMASININ SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE KİNEMATİK ANALİZİ Celalettin ÇETİNKAYA TARIM MAKİNALARI ANABİLİM DALI ANKARA 2011 Her hakkı saklıdır

ÖZET Yüksek Lisans Tezi KLASİK BİR BİÇERDÖVERİN SARSAK MEKANİZMASININ SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ İLE KİNEMATİK ANALİZİ Celalettin ÇETİNKAYA Ankara Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü Tarım Makinaları Anabilim Dalı Danışman: Prof. Dr. Recai GÜRHAN Bu çalışmada bir Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) yazılımıyla, klasik (teğetsel akışlı) bir biçerdöverin 3 Boyutlu (3D) modellenmesi ve modellenen biçerdöverin ayırma düzeneğinde yer alan sarsak mekanizmasının Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile kinematik analizinin yapılması amaçlanmıştır. Biçerdöverin 3D modellenmesi, Class ve John Deere marka biçerdöverlerin değişik modellerinden yararlanılarak, unsur (parametrik) tabanlı Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) programlarından SolidWorks'te yapılmıştır. Harmanlamada önemli bir yere sahip olan sarsak mekanizmasının SEY ile kinematik analizi, SolidWorks içinde bulunan COSMOSMotion yazılımında yapılarak, sarsak ve sarsak krank milinin optimizasyonunda SEY in avantajları ve sunduğu olanaklar incelenmiştir. Ekim 2011, 85 sayfa Anahtar Kelimeler: Bilgisayar destekli tasarım, biçerdöver, sonlu elemanlar yöntemi, kinematik analiz sarsak mekanizması, i

ABSTRACT Master Thesis KINEMATIC ANALYSIS OF STRAW WALKER MECHANISM OF A CLASSIC COMBINE BY FINITE ELEMENT METHOD Celalettin ÇETİNKAYA Ankara University Graduate School of Natural and Applied Sciences Department of Agricultural Machinery Supervisor: Prof. Dr. Recai GÜRHAN In this study, preparing a 3D model of a classical harvester by a Computer Aided Design (CAD) software, the straw walker mechanism of the separation system of this harvester were analyzed by Finite Element Analysis (FEM) method. 3D modeling of the harvester is made with the help of SolidWorks, a parametric based CAD software, by the use of different models of Class and John Deere harvesters. The kinematic analysis of the straw walker mechanism, which is very important for the separation operation, by the FEM method is made by the help of COSMOSMotion software which is adapted in the Solid Works environment. The advantages and the opportunities that FEM method offers are examined in the optimization of the straw walker and the straw walker crank rod. October 2011, 85 pages Key Words: Computer aided desing, combine harvester, straw walker mechanism, finite element method, kinematic analysis ii

TEŞEKKÜR Bu çalışmanın gerçekleşmesinde, çalışmanın her aşamasında yakın ilgi ve önerileriyle beni yönlendiren danışman hocam Sayın Prof. Dr. Recai GÜRHAN a (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü) teşekkürlerimi sunarım. Çalışmalarıma katkılarından dolayı Sayın Prof. Dr. Ali İHSAN ACAR a (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü) ve Sayın Prof. Dr. Metin GÜNER e (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü) ve Sayın Araş. Gör. Dr. A. Konuralp ELİÇİN e (Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü) teşekkürü bir borç bilirim. Analizlerin yapılmasında yardımlarını esirgemeyen, donanım ve yazılım desteği sunan Sayın Dr. Necmettin KENAR'a, çalışmalarımda bana destek veren Sayın Hakan ÖZTÜRKE e ve Sayın Ersoy KARABAY a da ayrıca teşekkür ederim. Celalettin ÇETİNKAYA Ankara, Ekim 2011 iii

İÇİNDEKİLER ÖZET... i ABSTRACT... ii TESEKKÜR... iii SİMGELER DİZİNİ... vii ŞEKİLLER DİZİNİ... viii ÇİZELGELER DİZİNİ... xiii 1. GİRİŞ... 1 1.1 Genel... 1 1.2 Biçerdöverlerin Tarihi Gelişimi... 1 1.3 Biçerdöverlerin Sınıflandırılması... 3 1.4 İşletim Tarzına Göre Biçerdöverler... 3 1.4.1 Kendi yürür biçerdöverler... 3 1.4.2 Traktörle yürütülür biçerdöverler... 4 1.5 Ürünün Akış Yönüne Göre Biçerdöverler... 4 1.5.1 Teğetsel ürün akışlı (klasik) biçerdöverler... 5 1.5.2 Eksenel ürün akışlı biçerdöverler... 6 1.5.3 Transversal ürün akışlı biçerdöverler... 7 1.5.4 Trans-eksenel ürün akışlı biçerdöverler... 7 1.6 Klasik Biçerdöverlerin Temel Organları ve Çalışma Prensibi... 8 1.6.1 Klasik biçerdöverlerin temel organları... 8 1.6.2 Klasik biçerdöverlerin çalışma prensibi... 10 2. KAYNAK ÖZETLERİ... 13 3. MATERYAL VE YÖNTEM... 19 3.1 Materyal... 19 3.1.1 Referans alınan veriler ve kabuller... 19 iv

3.2 Yöntem... 21 3.2.1 Tasarımda kullanılan Solidworks ün temel özellikleri... 22 3.2.2 Sonlu elemanlar yöntemi... 23 3.2.3 Analizlerde kullanılan COSMOSMotion yazılımının temel özellikleri... 25 4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA... 28 4.1 SolidWorks de Biçerdöverin Modellenmesi... 28 4.1.1 Biçerdöverin montaj modellemesi... 28 4.1.2 Biçerdöverin alt montaj bileşenleri... 30 4.1.3 Gövdenin modellenmesi... 31 4.1.4 Biçme düzeninin modellenmesi... 31 4.1.5 Besleme düzeninin modellenmesi... 36 4.1.6 Harmanlama düzeninin modellenmesi... 37 4.1.7 Sap yayıcının modellenmesi... 40 4.1.8 Vantilatörün modellenmesi... 40 4.1.9 Temizleme düzeninin modellenmesi... 41 4.1.10 Ürün deposunun modellenmesi... 44 4.1.11 Ürün boşaltma düzeninin modellenmesi... 45 4.1.12 Kabinin modellenmesi... 46 4.1.13 Sarsak mekanizmasının modellenmesi... 47 4.2 COSMOSMotion da Sonlu Eleman Analizleri... 54 4.2.1 Analiz parametrelerinin belirlenmesi... 54 4.2.2 Analize yerçekiminin eklenmesi... 54 4.2.3 Sarsak mekanizmasının hareketi için motor tanımlanması... 55 4.2.4 Mesh denetimi... 55 4.2.5 Krank miline malzeme atanması... 57 4.2.6 Sarsağa malzeme atanması... 58 4.2.7 Krank milinin yatak temaslarının belirlenmesi... 60 4.3 Analizlerin Yapılması ve Elde Edilen Bulgular... 61 v

4.3.1 İlk hareket anındaki analizler... 62 4.3.2 Sabit hızdaki harekete ait analizler... 67 4.3.3 Alüminyum alaşımlı malzeme ile analizler... 73 5. SONUÇ... 80 KAYNAKLAR... 82 ÖZGEÇMİŞ... 85 vi

SİMGELER DİZİNİ Kg m mm N Rad sn τxy θ Kilogram Metre Milimetre Newton Radyan Saniye Kayma gerilmesi Burulma açısı Kısaltmalar 2D 3D CAD FEM FOS GF HP MESH SEY URES 2 Boyutlu 3 Boyutlu Bilgisayar destekli tasarım Sonlu elemanlar yöntemi Güvenlik Faktörü Güvenlik Faktörü Beygir gücü Sonlu elemanlar ağı Sonlu elemanlar yöntemi Yer değiştirme sonucu vii

ŞEKİLLER DİZİNİ Şekil 1.1 1800 lü yılların ilk yarısında kullanılmakta olan biçerdöver... 2 Şekil 1.2 İlk kendi yürür Claas biçerdöver... 2 Şekil 1.3 Kendi yürür New Holland TC serisi biçerdöver... 4 Şekil 1.4 Traktöre bindirilmiş biçerdöver... 4 Şekil 1.5 Teğetsel (klasik) ürün akışlı harmanlama sistemi... 5 Şekil 1.6 Teğetsel (klasik) ürün akışlı Claas Avero 240 biçerdöver... 5 Şekil 1.7 Claas Avero 240 serisi biçerdöverin harmanlama sistemi... 6 Şekil 1.8 Eksenel ürün akışlı harmanlama sistemi... 6 Şekil 1.9 Transversal ürün akışlı harmanlama sistemi... 7 Şekil 1.10 Trans-eksenel ürün akışlı harmanlama sistemi... 7 Şekil 1.11 John Deere C670 biçerdöverin trans-eksenel ürün akışlı harmanlama sistemi... 8 Şekil 1.12 Klasik biçerdöverlerin temel organları... 9 Şekil 1.13 Klasik biçerdöverlerin çalışma prensibi... 10 Şekil 3.1 SolidWorks te tasarlanan biçerdövere referans alınan biçerdöverlerden biri. 20 Şekil 3.2 Tasarlanan biçerdövere referans alınan bazı parçalar... 20 Şekil 3.3 Tasarlanan biçerdövere referans alınan bazı parçalar... 21 Şekil 3.4 Referans alınan biçerdöverler modellerinden John Deere 95... 21 Şekil 3.5 Sonlu elemanlar yöntemi ile burulma analizi örneği... 24 Şekil 3.6 COSMOSMotion'da sonlu elemanlar yöntemi ile analizin çevrimi... 26 Şekil 4.1 Biçerdöverin montaj modellemesi çalışma ortamı... 28 Şekil 4.2 Biçerdöverin yan görünüşü... 29 Şekil 4.3 Biçerdöverin üst görünüşü... 29 Şekil 4.4 Biçerdöverin ön görünüşü... 30 Şekil 4.5 Tasarlanan biçerdöverin kısımları... 30 viii

Şekil 4.6 Biçerdöver gövde montajı... 31 Şekil 4.7 Biçme düzeni yan görünüşü... 32 Şekil 4.8 Biçme düzeni montajı... 32 Şekil 4.9 Tablanın perspektif görünüşü... 33 Şekil 4.10 Dolap montajı... 33 Şekil 4.11 Helezonun perspektif görünüşü... 34 Şekil 4.12 Kesme düzeni montajı... 34 Şekil 4.13 Parmağın perspektif görünüşü... 35 Şekil 4.14 Bıçağın perspektif görünüşü... 35 Şekil 4.15 Başak yatırıcının (sap ayırıcı) perspektif görünüşü... 36 Şekil 4.16 Başak kaldırıcının perspektif görünüşü... 36 Şekil 4.17 Besleme düzeni montajı... 37 Şekil 4.18 Harmanlama düzeni montajı... 38 Şekil 4.19 Batör montajı... 38 Şekil 4.20 Kontrbatör montajı... 39 Şekil 4.21 Yönlendirme tamburu montajı... 39 Şekil 4.22 Sap yayıcı montajı... 40 Şekil 4.23 Vantilatör montajı... 41 Şekil 4.24 Temizleme montajı... 42 Şekil 4.25 Sağır elek montajı... 42 Şekil 4.26 Üst (jaluji) elek montajı... 43 Şekil 4.27 Son (oblong) elek montajı... 43 Şekil 4.28 Kesmik elevatörü montajı... 44 Şekil 4.29 Ürün deposu montajı... 44 Şekil 4.30 Ürün elevatörü montajı... 45 Şekil 4.31 Ürün boşaltma konumu... 45 ix

Şekil 4.32 Ürün boşaltma montajı... 46 Şekil 4.33 Kabin montajı... 46 Şekil 4.34 Sarsak mekanizması montajının perspektif görünüşü... 47 Şekil 4.35 Sarsak mekanizması montajının perspektif görünüşü (farklı açı)... 48 Şekil 4.36 Sarsak mekanizmasının ön görünüşü... 48 Şekil 4.37 Sarsak mekanizmasının üst görünüşü... 48 Şekil 4.38 Sarsak mekanizmasının yan görünüşü... 49 Şekil 4.39 Sarsak mekanizmasının biçerdöverdeki konumu... 49 Şekil 4.40 Sarsağın perspektif görünüşü... 49 Şekil 4.41 Sarsağın ön, üst, alt ve yan görünüşü... 50 Şekil 4.42 Serbest krank mili perspektifi... 50 Şekil 4.43 Krank mili perspektifi... 51 Şekil 4.44 Krank milinin eksen ve açı ölçüleri... 51 Şekil 4.45 Krank mili yatağı... 51 Şekil 4.46 Krank mili yatağı patlatılmış resmi... 52 Şekil 4.47 Sarsak yatağı montajının perspektifi... 52 Şekil 4.48 Krank milinin sarsak yatağı montajı... 53 Şekil 4.49 Krank mili yatak ve kasnak montajı... 53 Şekil 4.50 Analize yerçekiminin eklenmesi... 54 Şekil 4.51 Sarsak mekanizmasının hareketi için motor tanımlanması... 55 Şekil 4.52 Krank milinin mesh denetim ayarları... 56 Şekil 4.53 Krank milinin mesh edilmiş hâli ve mesh detayları... 56 Şekil 4.54 Sarsağın mesh edilmiş hâli ve mesh detayları... 57 Şekil 4.55 krank miline seçilen malzemenin özellikleri... 58 Şekil 4.56 Sarsağa seçilen çelik malzemenin özellikleri... 59 Şekil 4.57 Sarsağa seçilen alüminyum malzemenin özellikleri... 59 x

Şekil 4.58 Krank milinin rulman yataklarla temasının belirlenmesi... 60 Şekil 4.59 Krank milinin sarsak yataklarıyla temasının belirlenmesi... 61 Şekil 4.60 Motor torku grafiği... 62 Şekil 4.61 Krank milinin ilk hareketindeki gerilme analiz sonucu... 63 Şekil 4.62 Krank milinin ilk hareketindeki yer değiştirme analiz sonucu... 64 Şekil 4.63 Krank milinin ilk hareketindeki güvenlik faktörü analiz sonucu... 64 Şekil 4.64 Sarsağın ilk hareketindeki gerilme analiz sonucu... 65 Şekil 4.65 Sarsağın ilk hareketindeki gerilme analiz sonucu (farklı açıdan)... 66 Şekil 4.66 Sarsağın ilk hareketindeki yer değiştirme analiz sonucu... 66 Şekil 4.67 Sarsağın ilk hareketindeki güvenlik faktörü analiz sonucu... 67 Şekil 4.68 Krank milinin sabit hızdaki gerilme analiz sonucu... 68 Şekil 4.69 Krank milinin sabit hızdaki gerilme analiz sonucu (farklı açıdan)... 69 Şekil 4.70 krank milinin sabit hızdaki yer değiştirme analiz sonucu... 69 Şekil 4.71 Krank milinin sabit hızdaki güvenlik faktörü analiz sonucu... 70 Şekil 4.72 Sarsağın sabit hızdaki gerilme analiz sonucu... 71 Şekil 4.73 Sarsağın sabit hızdaki gerilme analiz sonucu (farklı açıdan)... 71 Şekil 4.74 Sarsağın sabit hızdaki yer değiştirme analiz sonucu... 72 Şekil 4.75 Sarsağın sabit hızdaki güvenlik faktörü analiz sonucu... 72 Şekil 4.76 Krank milinin ilk hareketindeki (sarsak malzemesi alüminyum alaşımlı) gerilme analiz sonucu... 74 Şekil 4.77 Krank milinin ilk hareketindeki (sarsak malzemesi alüminyum alaşımlı) yer değiştirme analiz sonucu... 74 Şekil 4.78 Krank milinin ilk hareketindeki (sarsak malzemesi alüminyum alaşımlı) güvenlik faktörü analiz sonucu... 75 Şekil 4.79 Sarsağın sabit hızdaki (sarsak malzemesi alüminyum alaşımlı) gerilme analiz sonucu... 76 Şekil 4.80 Sarsağın sabit hızdaki (sarsak malzemesi alüminyum alaşımlı) gerilme analiz sonucu (farklı açıdan)... 76 xi

Şekil 4.81 Sarsağın sabit hızdaki (sarsak malzemesi alüminyum alaşımlı) yer değiştirme analiz sonucu... 77 Şekil 4.82 Sarsağın sabit hızdaki (sarsak malzemesi alüminyum alaşımlı) güvenlik faktörü analiz sonucu... 78 xii

ÇİZELGELER DİZİNİ Çizelge 3.1 Tasarlanan biçerdövere referans alınan bazı değerler... 19 Çizelge 3.2 Sonlu elemanlar yöntemi ile teori arasındaki fark... 25 Çizelge 4.1 Sarsak malzemesinin 1035 Çelik seçildiğindeki bulgular... 79 Çizelge 4.2 Sarsak malzemesinin 4032-T6 Alüminyum alaşımı seçildiğindeki bulgular... 79 xiii

1. GİRİŞ 1.1 Genel Tahıl üretim sürecinin son aşamasını oluşturan hasat işleminde, yaygın olarak birçok makine ve donanım değişik şekilerde kullanılmaktadır. Bu makineler arasında hasat işleminin mekanize edilmesi anlamında öncelikli kullanıma sahip olan biçerdöverler, harmanlamada çok önemli bir yere sahip olmakla birlikte birçok ünitelerden oluşan karmaşık ve pahalı makinalardır. Biçerdöverler çeşitli tip ve modellerde üretilmekte olup, Türkiye'de tahıl hasadında en çok kullanılanı klasik (teğetsel akışlı) tip biçerdöverlerdir. Bu tıp biçerdöverlerde, kulanım sırasında sarsak krank milinin kırılması ve yataklarının bozulması en sık rastlanan arızalar arasındadır (Comba 2010). Türkiye'de de üretimi yapılan bu biçerdöverlerin sarsak ve sarsak krank milinin tasarım ve optimizasyonunda bilgisayar destekli tasarım ve analiz programlarının kullanılması, gerek biçerdöver üretim maliyetlerinin düşürülmesinde, gerekse harmanlanma esnasındaki arızalanmalarının azaltılmasında büyük bir öneme sahiptir. Bu çalışmada, klasik (teğetsel akışlı) bir biçerdöverin Bilgisayar Destekli Tasarım (CAD) yazılımıyla 3 Boyutlu (3D) modellenmesi ve modellenen biçerdöverin ayırma düzeneğinde yer alan sarsak mekanizmasının Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY) ile kinematik analizinin yapılması amaçlanmıştır. Harmanlamada önemli bir yere sahip olan sarsak mekanizmasının SEY ile kinematik analizinin yapılarak sarsak ve sarsak krank milinin optimizasyonunda SEY nin avantajları ve sunduğu olanaklar incelenecektir. 1.2 Biçerdöverlerin Tarihi Gelişimi Biçerdöverler, tarlada ürünü biçip harmanlayarak ayırma ve temizleme işlemlerini yapan kombine bir hasat-harman makinesidir. Sıralanan ardışık işlemleri aynı anda yaparak ürünü deposunda topladığı için biçerdöverler hareketli fabrikaya benzetilmektedir. Bu makineler, ürünü biçer, harmanlama ünitesine taşır, harmanlar, ayırma ve temizleme yaparak temiz daneyi deposuna; sap-saman ve kavuzlarını da tarla 1

yüzeyine atar. Bazı biçerdöverlerde çıkan sap-saman doğrudan tarlaya namlu halinde atılabilir. İsteğe bağlı olarak takılan bir ünite ile dağıtılarak veya desteler halinde de tarlaya bırakılabilir. (Comba 2010). Biçerdöverler bugünkü duruma çeşitli gelişmelerden geçerek yüzyılı aşan çalışmalar sonucu gelmiştir. İlk çağlarda yapılan tarımda ürünün ekilmesi, topraktan koparılması, danelerin başaktan ayrılması ve temizlenmesi tamamen el emeği ile olurdu. Daha sonraları, orak ve tırpan kullanılmaya başlanmış olsa da günümüzde hasat makinelerinin giremediği yamaç ve küçük arazilerde kullanımları halen devam etmektedir. Şekil 1.1 1800 lü yılların ilk yarısında kullanılmakta olan biçerdöver (Gümüş 2006) İlk biçerdöver 1830 yılında Amerika da yapılıp denenmesine rağmen (Şekil 1.1) kullanımına 1890 yılında 30 atla çekilir şekilde başlanmış, sonra 16 atla çekilebilen biçerdöverler ve 1930 larda da traktörler ile çekilen biçerdöverler kullanılarak makineli tarıma geçilmiş ve değişik aşamalardan geçerek şu anki kendi yürür (Şekil 1.2) biçerdöverlere kadar gelinmiştir. Şekil 1.2 İlk kendi yürür Claas biçerdöver (Gümüş 2006) 2

Ülkemiz tahılının % 80 ine yakını da bu biçerdöverlerle hasat edilmektedir (Comba 2010). Biçerdöverler 1890 lı yıllarda yalnızca buğday hasat-harmanı için kullanılmıştır. 1900-1920 yılları arasında sırasıyla arpa, yulaf ve çeltikte, 1930-1940 yıllarında yağlı tohumların hasat-harmanında, 1950 1960 döneminden itibaren de yem bitkilerinin hasat ve harmanında kullanılmaya başlanmıştır. Günümüzde kullanılan biçerdöverler, yukarıda sayılan bitkilerden başka baklagillerin, tohumluk yem bitkilerinin, ayçiçeği ve mısır ile bazı sebzelerin hasat ve harmanını yapabilmektedir. Biçerdöverlerle yaklaşık 80 çeşit ürünün hasat ve harmanının yapılabildiği bildirilmiştir (Comba 2010). 1.3 Biçerdöverlerin Sınıflandırılması Biçerdöverlerin sınıflandırılması, temel olarak iki ana başlık altında değerlendirilebilir. İşletim tarzına göre Ürün akış yönüne göre 1.4 İşletim Tarzına Göre Biçerdöverler 1.4.1 Kendi yürür biçerdöverler Kendi yürür biçerdöverler, biçme düzeninin önde olması, kendilerine özgü bir hareket sistemine sahip olmaları ve çok geniş biçme genişliklerine sahip olmaları gibi özellikleri ile çok yönlüdürler (Şekil 1.3). Kendi yürür biçerdöverlerde, ilerleme, biçme, iletim, harmanlama, temizleme-eleme ve diğer tüm fonksiyonlar ve yardımcı sistemler, makine üzerinde bulunan bir motordan güç almaktadır. Bu özellikleri ile hem küçük hem de büyük parsellerin hasadında kullanılırlar. Farklı işlerde farklı genişliklerdeki tablalar kullanabilmektedirler. 3

Şekil 1.3 Kendi yürür New Holland TC serisi biçerdöver (Anonim 2011a) 1.4.2 Traktörle yürütülür biçerdöverler Kendi yürür biçerdövere göre daha az parçadan oluştuğundan, daha basit ve daha ucuz biçerdöverlerdir. Buna karşın, uzun hazırlık zamanına ihtiyaç duyarlar. Çekilme ve çalıştırılmak için belirli bir traktör motor gücüne gereksinim duyarlar. Traktöre bindirilmiş olanlar (Şekil 1.4) haricinde önden biçmeli değildirler ve biçme genişlikleri trafik zorunlulukları nedeniyle 2.70 m ile sınırlandırılmıştır. Hasat kapasiteleri belirgin şekilde düşüktür. Şekil 1.4 Traktöre bindirilmiş biçerdöver (Güner 2009) 1.5 Ürünün Akış Yönüne Göre Biçerdöverler Hasat edilen ürünün harmanlama sistemi içerisindeki akış şekline göre, biçerdöverleri 4 ana başlık altında sınıflandırmak mümkündür. 4

1.5.1 Teğetsel ürün akışlı (klasik) biçerdöverler Biçerdöverin önünden gelen hasat edilmiş materyalin, batöre teğet olarak harmanlama ünitesine girdiği sistemdir (Şekil 1.5). Bu sistemde harmanlama etkinliği yüksektir. Şekil 1.5 Teğetsel (klasik) ürün akışlı harmanlama sistemi (Engürülü vd. 2001) Batör-kontrbatör arasındaki harmanlama yüzeyinin, sarsaklara çıkış kısmı nedeniyle sınırlı oluşu sistemin dezavantajıdır. Sarsaklarda, danenin saptan ayrılması, yerçekimi etkisine bağlı olduğu için, yüksek harmanlama kapasitelerinde, sarsaklarda yığılma meydana gelebilmektedir. Şekil 1.6 da klasik ürün akışlı Claas Avero 240 biçerdöver ve şekil 1.7 de Claas Avero 240 serisi biçerdöverin teğetsel harmanlama sistemi görülmektedir. Şekil 1.6 Teğetsel (klasik) ürün akışlı Claas Avero 240 biçerdöver (Anonim 2011b) 5

Şekil 1.7 Claas Avero 240 serisi biçerdöverin teğetsel harmanlama sistemi (Anonim 2011b) 1.5.2 Eksenel ürün akışlı biçerdöverler Eksenel akışlı biçerdöverlerde, biçerdöver gövdesine paralel uzanan bir harmanlama rotoru bulunmaktadır (Şekil 1.8). Harmanlama rotorunun tüm yüzeyi boyunca etkin harmanlama sağlanır ve yüksek harmanlama kapasitesine sahiptirler. Şekil 1.8 Eksenel ürün akışlı harmanlama sistemi (Engürülü vd. 2001) Eksenel akışlı biçerdöverlerde harmanlama rotorunun çapı, teğetsel akışlı harmanlama sistemine göre daha küçüktür. Harmanlanmış ürünün akış yönünün değiştirilmesi nedeniyle de güç kaybı ve tıkanma problemleri görülebilmektedir. 6

1.5.3 Transversal ürün akışlı biçerdöverler Transversal akışlı harmanlama sistemlerinde de eksenel ksenel akışlı sisteme benzer şekilde, harmanlama ünitesinin tüm çevresi boyunca etkili ve yüksek kapasitede harmanlama gerçekleşir (Şekil 1.9) 9). Şekil 1.9 Transversal ürün akışlı harmanlama sistemi (Engürülü vd. 2001) Bu sistemde ürün batör çıkışına kadar iki kez harmanlandığından güç tüketimi yüksektir. Kısmen kısa olan ayırıcı alanı, biçerdöverin saatlik verimini düşürmektedir. 1.5.4 Trans-eksenel eksenel ürün akışlı biçerdöverler Materyalin önce teğetsel, teğetsel ardından eksenel olarak harmanlandığı sistemindir. sistemind Teğetsel akışın gerçekleştiği ön harmanlama düzeni, teğetsel harmanlama sistemine benzemektedir. Ön harmanlama düzeninin arkasında yer alan eksenel batörler ile materyal eksenel akışta harmanlanmaktadır. harmanlan Harmanlama etkinliği yüksek ve tıkanmaların daha az olduğu bir sistemdir (Şekil 1.10). Şekil 1.10 Trans-eksenel eksenel ürün akışlı harmanlama sistemi (Engürülü vd. 2001) 7

Bu harmanlama sistemine sahip biçerdöverlerde, diğer biçerdöverlerden farklı olarak ön harmanlama-yedirme batörü için ek hareket mekanizmalarına na ihtiyaç duyulmaktadır. Şekil 1.11 de John Deere C670 biçerdöverin trans-eksenel ürün akışlı harmanlama sistemi görülmektedir. Şekil 1.11 John Deere C670 biçerdöverin trans-eksenel ürün akışlı harmanlama sistemi (Anonim 2011c) 1.6 Klasik Biçerdöverlerin Temel Organları ve Çalışma Prensibi Bu bölümde, bölüm 4.1 de 3D olarak modellenen klasik biçerdöverlerin temel organları ve çalışma prensibi ayrı başlıklar altında açıklanmıştır. 1.6.1 Klasik biçerdöverlerin temel organları Biçerdöverlerin hasat-harman harman işlemini gerçekleştirmesi, biçme, iletme, harmanlama, ayırma-eleme sistemlerini oluşturan pek çok farklı organdan ve bu organların bir araya gelerek oluşturdukları sistemlerin eşzamanlı olarak çalışması ile gerçekleşmektedir. Şekil 1.12 de klasik biçerdöverlerin temel organları görülmektedir. 8

Şekil 1.12 Klasik biçerdöverlerin temel organları (Engürülü vd. 2001) 1. Dolap 21. Üst elek 2. Dolap parmakları 22. Alt elek 3. Dolap hareket düzeni 23. Vantilatör (fan) 4. Dolap varyatörü 24. Yönlendirme kanatları 5. Dolap hidrolik silindiri 25. Dane helezonu 6. Başak kaldırıcı 26. Dane elevatörü 7. Tabla helezonu 27. Depo doldurma helezonu 8. Boğaz 28. Depo boşaltma helezonu 9. Boğaz elevatörü 29. Dane deposu 10. Tabla hidrolik silindiri 30. Kesmik helezonu 11. Taş tuzağı 31. Kesmik elevatörü 12. Kontrbatör 32. Kesmik yayıcı helezonu 13. Batör 33. Motor 14. Sap yayıcı (yönlendirici) tambur 34. Hava filtresi 15. Dane perdesi 35. Kabin tabanı 16. Sarsaklar 36. Kabin 17. Sarsak üstü sap yayıcı 37. Son redüksiyon dişli grubu 18. Davlumbaz (arka sap kapağı) 38. Vites kutusu 19. Sağır elek 39. Çeki tekeri 20. Elek kasası 40. Dümenleme tekeri 9

1.6.2 Klasik biçerdöverlerin çalışma prensibi Biçerdöverlerin hasat-harman işleminde gerçekleşen 6 temel iş kademesi bulunmaktadır. 1. Biçme 2. Başakların dövülmesi 3. Dane ve sapın ayrılması 4. Danelerin temizlenmesi 5. Sapların parçalanması veya tarlaya bırakılması 6. Danelerin depolanması ve boşaltılması Farklı tiplerdeki biçerdöverlerin çalışma şekilleri esas olarak aynıdır. Biçerdöverler, bu işlemleri daha yüksek verim ve kalitede gerçekleştirebilmek için, kendilerine has bazı ek organlar ek sistemler ya da özelliklerle donatılmış olsalar da, temel çalışma prensibi değişmemektedir. Şekil 1.13 Klasik biçerdöverlerin çalışma prensibi (Engürülü vd. 2001) Tabla; biçme düzeni, dolap ve tabla helezonundan oluşur. Dolap, biçerdöverin ilerleme hızına uygun bir değerde dönerek, ilerleme esnasında ürünü, biçme düzeni üzerine yatırır. Biçme düzeni tarafından biçilen ürün, tabla helezonu tarafından tablanın orta 10

kısmına iletilir ve buradan da biçerdöverin boğaz elevatörüne verilir. Boğaz elevatörü ürünü boğaz boyunca taşıyarak harmanlama sistemine iletir. Harmanlama sistemi, danenin başaktan ayrıldığı bölümdür. Harmanlama işinin % 80-90 ı, batör-kontrbatör çiftinden oluşan harmanlama sisteminde gerçekleşir. Batör-kontrbatör arasında harmanlanan daneler, sağır elek ya da eğik düzlem üzerine düşer. Bir kısım dane saplarla birlikte, batör-kontrbatör çıkışında bulunan sap yayıcı tambur ile sarsakların üzerine aktarılır. Sarsakların üzerinde bulunan dane perdesi, sap ve dane karışımının sarsak altında yer alan sarsak eğik düzlemi üzerine düşmesini sağlar. Buradan düşen daneler ile sarsaklarda ayrılan daneler sağır eleğin üzerine gelir. Sağır eleğin üzerine gelen dane-saman karışımı, eleğin alternatif hareketi ile ilerleyerek üst eleğe ulaşır. Bu noktada, fan tarafından üflenen hava akımı ile karşılaşır. Daneden daha hafif yapıdaki maddeler, hava akımının etkisi ile biçerdöver arkasından tarlaya atılır. Üst elekten alt eleğe geçen ve temizleme süreci alt elekte sona eren daneler, dane helezonu ve dane elevatörü ile depoya aktarılır. Alt elek üzerinde kalan kesmikler, eğik düzlem üzerinden kayarak, kesmik helezonuna ulaşır. Buradan kesmik elevatörü ile yeniden harmanlanmak üzere batör-kontbatör arasına iletilir. Sarsak üzerinde yer alan yardımcı sistemler, karıştırma etkisi oluşturur. Karıştırıcının etkisi ve sarsakların alternatif hareketi ile daneden ayrılan saplar, sarsaklar tarafından biçerdöverin arka kısmına aktarılır ve sarsak sonundan tarla yüzeyine bırakılır. Sapa ihtiyaç duyulmayan durumlarda, biçerdöverin arka kısmına monte edilen sap kıyıcılar kullanılarak saplar parçalanır ve tarla yüzeyine yayılır. Dane deposu dolduğu zaman, boşaltma helezonu kullanılarak, dane deposundaki daneler istenilen yere boşaltılır. 11

Biçerdöverlerde genellikle dane deposu arkasına konumlandırılmış olan motor, farklı güç çıkış sistem ve mekanizmaları kanalıyla, hasat, harmanlama sistemleri ve hareket sistemlerine güç iletir (Gümüş 2006). 12

2. KAYNAK ÖZETLERİ Yapılan kaynak araştırmasında, yöntem geliştirmeye ve elde edilen verilerin değerlendirilmesine yardımcı olacak eserler kısaca tanıtılmaya çalışılmıştır. Bu çalışmaların bir kısmı biçerdöverlerin çeşitli sistemleri üzerindeki iyileştirme çalışmalarından oluşmaktadır. Bir kısmı da çeşitli makine ve parçaları üzerinde sonlu elemanlar yöntemi ile çeşitli analiz çalışmalarını içermektedir. Çoğu araştırma niteliğinde olan bu eserler bilgi ve veri bakımından önemli derecede katkı sağlamıştır. Kim (1990) çalışmasında, özel hasat ihtiyaçlarına göre farklı biçerdöverin geliştirilmesinin zor, pahalı ve zaman alıcı olduğunu vurgulayarak, biçerdöver performansının, bir bilgisayar simülasyonu ile daha iyi ve az masrafla tasarlanabileceğini göstermeye çalışmıştır. Biçerdöver simülasyonuna dayanan fiziksel bir model geliştirmeyi amaçlamıştır. Yüksek ürün kalitesi, yüksek makine kapasitesi, düşük güç tüketimi ve düşük başlangıç maliyeti gibi özel ihtiyaçları karşılamak üzere; biri harmanlama silindirindeki güç tüketimi tahmin modeli ve diğeri de elek üzerinde tahıl ve saman ayrımını simüle etmek için bir temizlik modeli geliştirmiştir. Geliştirilen simülasyon modeliyle, harmanlama, ayırma ve temizlik işlemleri matematiksel olarak tanımlanmakta ve saman-ürün oranı, kesme kaybı, harmanlama kaybı, temizleme kaybı, hasar kaybı ve güç tüketiminin tahmin edilebildiği bildirilmektedir. Elhüseyni (2006) çalışmasında, ağır ticari araçların arka süspansiyon braketinin tasarım ve analizini yapmıştır. Kep süspansiyon sistemini taşıyan braketi, bilgisayar ortamında 3 boyutlu modelleyerek, aracın yol şartlarında karşılaşacağı dinamik zorlanmaları ve braketin bu zorlanmalar etkisinde göstereceği davranışları, sonlu elemanlar yöntemiyle analiz etmiştir. Bu zorlanmalara dayanacak şekilde braket tasarlamaya ve uygun malzeme seçimi yapmaya çalışmıştır. Gümüş (2006) çalışmasında, Türkiye de büyük oranda müteahhitlik hizmeti şeklinde gerçekleştirilen biçerdöverle hasat işleminde, biçerdöver müteahhitlerinin kullandıkları 13

makinaların teknolojik düzeylerinin belirlenmesine, yoğun rekabetin hâkim olduğu biçerdöver müteahhitliğinde, temel amaç olan yüksek kapasite ve yüksek kalite hedefi doğrultusunda, müteahhitlerin tercihlerinde etkili olan faktörleri saptamaya çalışmıştır. Türkiye de yaygın olarak kullanılan biçerdöver modellerinin teknik özelliklerini irdeleyerek, bu özelliklerin müteahhitler üzerindeki etkilerinin belirlenmesi, Türkiye de kullanılmakta olan biçerdöverlerin marka, model ve yaş dağılımlarını inceleyerek, biçerdöver müteahhitliği işinin kârlılığının analizini ve geliştirme imkânlarını değerlendirmiştir. Gürsel ve Köftecioğlu (2006) çalışmalarında, traktörün üç nokta askı sistemine bağlı olarak çalışan asılır tip bir kulaklı pullukta, özellikle ok, kulak ve pulluk uç demirinin (bıçak), değişik toprak koşullarında ve değişik çalışma hızlarında çeki kuvvetine bağlı olarak farklı ve çok büyük yüklerle yüklendiğini belirtmişlerdir. Bu elemanların mukavemet açısından incelenmesi, pulluk imalatı açısından son derece önemli olduğunu ifade etmişlerdir. Mukavemet değerleri bilinen ok, kulak ve pulluk uç demiri ile optimum bir tasarım yapılarak, pulluğun ağırlığı ve imalat maliyetinin düşürülebileceğini; ağırlığı daha az olan bir pulluk ile çalışmanın, güç ihtiyacını da azaltacağını belirtmişlerdir. Araştırmalarında, üretimi planlanan asılır tip kulaklı bir pulluğa uygulanacak toplam çeki kuvveti, literatür değerlerine dayanarak hesaplanmıştır. Elemanların modellenmesinde Mechanical Desktop 6 yazılımından yararlanılmış ve sonlu elemanlar çözümünde ise ANSYS 6.1 kullanılarak kulaklı pulluğa ait ok, kulak ve pulluk uç demiri organlarının mukavemet analizleri yapılmıştır. Sonuç olarak, üretilecek elemanların boyutları ve mukavemet değerleri belirlenerek gereken konstrüktif önlemler alınmıştır. Chang (2007) kitabında, SolidWorks te oluşturulan katı modeller ve mekanizmaları kullanarak, SolidWorks ün bir eklenti modülü olan COSMOSMotion da yapılabilecekleri (mekanizmaların hareket ve performansını simüle etmek ve görselleştirmek vb.) çok sayıda örnek uygulamaya yer vererek anlatmaktadır. 14

Kitapta, COSMOSMotion kullanımında basit seviyeden orta seviyeye kadar gerekli olan temel kavramlar ve sık kullanılan komutların uygulamaları yer almaktadır. Tartışılan temel kavramlar ise, hareketli parçaların ataması, eklem ve kısıtlamaların oluşturulması, simülasyon ve animasyon yürütme, simülasyon sonuçlarını grafik ve elektronik tablo verileriyle görselleştirme gibi işlemleri içermektedir. Bu kavramlar basit ama gerçekçi örneklerle sunulmaktadır. Kitapta ayrıca, kinematik ve dinamik analize ait teorik tartışmalar ile COSMOSMotion kullanılarak elde edilen simülasyon sonuçlarının doğrulanması irdelenmektedir. Özer (2007) çalışmasında, kazıcı-yükleyici üreticileri modellerinde farklı kazma mesafesine sahip bom-stik gruplarının, sonlu elemanlar analizi yöntemiyle mukavemet analizlerini Ansys Workbench programında yapmıştır. Analizlerden çıkan veriler ışığında farklı kazma mesafesine sahip bom-stik gruplarının şekil parametreleri arasında bir bağıntı kurulmuştur. Sonuç olarak bu bağıntı sayesinde farklı kazma mesafesine sahip bom-stik grupları Solidworks programında otomatik olarak tasarlanabilmekte olduğu belirtilmiştir. Yıldız (2007) çalışmasında, homokinetik olmayan mafsalların çeşitli mafsal düzenlerinde; sabit giriş mili hızlarına karşılık, çıkış mili hızının mafsal açısına ve dönme açısına bağlı değişimini incelemiştir. Kardan mafsalı ve elemanlarına ait konstrüktif detaylar ve kardan mafsalının hasar çeşitleri ve nedenleri hakkında bilgiler verilmiştir. Bunun devamında da belirli bir mafsal açısında sabit giriş mili momentine karşılık mafsal elemanlarına etki eden döndürme momentleri ve sekonder momentler hesaplanmıştır. Mafsalın maksimum yüklenme şartlarında mafsal istavrozunun gerilme analizini, Solidworks 2004 programının Cosmosworks modülü ile yapılmış ve mafsal istavrozu üzerindeki kritik kesitler ve bu kesitlerde meydana gelen gerilme değerleri bulunmuştur. 15

İlksöz (2008) çalışmasında, üç çubuk mekanizmalarından elastik biyelli krank-biyel mekanizmalarını ağırlıklı olarak incelenmiştir. Mekanizma hareketinde biyelin elastik olmasından dolayı meydana gelen deformasyon sonucu biyelin uç noktalarında oluşan yer değiştirmelerden faydalanarak hız ve ivme denklemlerini elde etmiştir. Lagrange denklemleri yardımıyla rijitlik ve kütle matrisleri bulmuştur. Teorik olarak bu denklemlerin elde edilmesinden sonra Adams bilgisayar programı yardımıyla önce üç çubuk mekanizması daha sonra çekiç-kol mekanizması üzerinde gerilme analizleri yapmıştır. Sonuç olarak çekiç-kol mekanizması üzerinde çalışılırken izleyici uzunlukları ve çekiç kütlesini değiştirilerek analizler yapmış ve oluşan farklılıkları karsılaştırmıştır. Yılmaz (2008) çalışmasında, analitik ve nümerik metodlar kullanılarak, altı silindirli sıra-tipi dizel motora ait krank mili sisteminin dinamik analizini gerçekleştirilmiştir. Nümerik analiz için Msc.Nastran ve Msc.Adams programlarını kullanmıştır. Krank mili üzerindeki dinamik stres dağılımını sonlu eleman analiziyle hesaplamak için, krank mili elastik cisim olarak modellenmiştir. Analizlerde rijit kiriş ve 3D katı krank mili modelleri kullanılmıştır. Analizler sonucunda, artan balans oranıyla maksimum ana yatak kuvveti ve kol eğilme geriliminin arttığı ve azalan balans oranıyla ortalama ana yatak kuvvetinin arttığı bulunmuştur. Yatak kuvvetleri ve kol eğilme gerilimleri çizelgelenmiştir. Bahadır (2009) çalışmalarında, Türkiye de üretimi ve kullanımı oldukça yaygın olan harman makinasına ait dövücü organın 3D modellenmesi yapılarak, Cosmosmotion 2009 paket yazılımı ile hareket analizleri yapmış ve sonlu elemanlar yöntemiyle gerilme dağılımlarını incelemişlerdir. Sonuçta, tarım makinaları imalatında gereğinden fazla malzeme kullanımı günümüz rekabet ortamında maliyetlerin düşürülmesi açısından göz önüne alınması gereken önemli bir etken olduğunu belirtmişler ve sistemin güvenli olduğu, ancak malzeme 16

emniyet katsayısının 1,5 2 arasında olması gerekirken 3.96 gibi bir değerin bulunmuş olması batör milinin gereğinden daha kalın olarak imal edildiğini göstermişlerdir. Comba (2010) çalışmasında, Amasya, Samsun illeri ve bazı ilçelerinde en çok kullanılan biçerdöver modelleri ve bu biçerdöver modellerinde en sık rastlanan arızalar, bu arızların nedenleri ve çözüm önerilerini araştırmıştır. Bu bölgede çalışan biçerdöver ustaları, operatörleri, yedek parça dükkân sahipleri ve biçerdöver müteahhitleri ile anketler yapılmıştır. Araştırma sonucunda, Amasya ve Samsun bölgesinde kullanılan biçerdöverlerin %50 sini 1976 model New Holland 1530, %35 ini 1976 model John Deere 630, %5 ini 1978 model New Holland 1545, % 5 ini 1978 model John Deere 955, %5 ini de 2006 ve üzeri bilgisayarlı modellerin oluşturduğu tesbit edilmiştir. Bu modellerde en sık görülen arızalar, %40 oranında rulman dağılmaları ve kayış kopma arızaları, %35 oranında taş kaptırma sonucu oluşan arızalar, %20 oranında yürüme düzeni arızaları, %5 oranında diğer arızalar olduğu göstermiştir. Şeflek vd. (2011) çalışmalarında, Sonlu Elemanlar Metoduyla sofra üzümü düşme testi simülasyonunu gerçekleştirmişlerdir. Konya ilinde yetişen sofra üzümleri çeşidleri Alphonse Lavallée ve Antep Karası (Vitis vinifera L.) kullanılarak simüle edilmiş bu düşme testini, Selçuk Üniversitesi Ziraat fakültesinde laboratuar koşullarında yapmışlardır. Türk sofra üzümlerini üretmek, paketlemek, taşımak ve satmakta kullanılan kaynakların uygulamasını verimlilik, maliyet kontrolü ve risk yönetimi ile üretim döngüsü içinde geliştirmek amacıyla yaptıkları bu çalışmada, düşme vakasında üzüm tanelerinin deformasyon davranışına odaklanmışlardır. Düşme testinde Poisson oranı, elastiklik katsayısı ve üzümlerin kütle yoğunluğu gibi mekanik parametreleri belirlemişlerdir. Üzüm tanesini modellemek için; Solidworks 2010 3D parametrik tasarım programını kullanmışlardır. 17

Sonuç olarak, stres, temas basıncı ve yer değiştirme gibi önemli parametreler, sonlu eleman sonuçlarına göre belirlenmiştir. Bu çalışmanın sonucu, sonlu eleman metodunu kullanan mekanik parametrelerin araştırılmasında yeni ışıklar tutacağını belirtmişlerdir. 18

3. MATERYAL VE YÖNTEM 3.1 Materyal Bilgisayar ortamında 3D olarak tasarlanan biçerdöverin modellenmesinde öncelikle Ankara Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü Öğretim Üyesi Prof. Dr. Metin Güner in Biçerdöver Tasarımı ders notlarından yararlanıldı. Ayrıca çeşitli firmaların üretmiş oldukları biçerdöverlere ait kataloglardan da yararlanıldı (Anonymous 1990). Tasarımda, bu kataloglarda verilen biçerdöverlere ait ölçüler referans alındı. 3.1.1 Referans alınan veriler ve kabuller Biçerdöver tasarımında referans alınan bazı teknik özellikler ve değerler çizelge 3.1 de verilmiştir. Çizelge 3.1 Tasarlanan biçerdövere referans alınan bazı teknik özellikler TEKNİK ÖZELLİKLER Biçme genişliği Batör tipi DEĞERLER 4.5 m Pervazlı Pervaz sayısı 6 Batör çapı Batör genişliği 450 mm 1.5 m Sarsak sayısı 5 Sarsak boyu 4.4 m Toplam sarsak alan 6.6 m 2 19

Şekil 3.1 de ve şekil 3.4 de tasarlanan biçerdöver için referans alınan Claas ve John Deere marka biçerdöver modelleri, şekil 3.2-3.3 de ise bu biçerdövere ait bazı parçalar görülmektedir. Şekil 3.1 SolidWorks te tasarlanan biçerdövere referans alınan biçerdöverlerden biri (Anonymous 1990) Şekil 3.2 Tasarlanan biçerdövere referans alınan bazı parçalar (Anonymous 1990) 20

Şekil 3.3 Tasarlanan asarlanan biçerdövere referans alınan bazı parçalar (Anonymous (Anonymous 1990) Şekil 3.4 Referans eferans alınan biçerdöverler modellerinden John Deere 95 3.2 Yöntem Klasik biçerdöverin 3D 3 olarak bilgisayar ortamında tasarımı SolidWorks 2011 paket programında nda gerçekleştirilmiştir. Tasarlanan T biçerdöverin sarsak mekanizmasının SEY ile kinematik analizlerinin yapılmasında, SolidWorks 2011 paket programı içinde bulunan COSMOSMotion yazılımı kullanılmıştır. 21

3.2.1 Tasarımda kullanılan Solidworks ün temel özellikleri SolidWorks, günümüzde makine tasarımı ve imalatı ile uğraşan firmalar tarafından yaygın olarak kullanılan 3D modelleme yapabilen, unsur (parametrik) tabanlı CAD programlarından biridir. SolidWorks güncel 3D CAD programlarında olduğu gibi üç farklı çalışma ortamı sunmaktadır. Bunlar, parça modelleme, montaj modelleme ve teknik resim oluşturma ortamlarıdır (Anonim 2005a). SolidWorks'te bulunan, sac metal modülü sayesinde, makine tasarımında yaygın kullanımı olan sac parçalar bu modül sayesinde rahatlıkla tasarlanabilmekte ve açınımları oluşturulabilmekte, kaynaklı çelik tasarım modülü sayesinde, önceden oluşturulan 2D veya 3D iskeletin üzerine, kolay bir şekilde seçilen profilleri yerleştirilerek çelik yapılar oluşturulabilmektedir. Özellikle montaj modelde, makinalarda kullanılan standard makina parçaları (c ivata, somun, dişli çark vb.) toolbox modülünde hazır bulunmaktadır. İstenilen değerler girilerek seçilen parça, çalışma ortamına aktarılabilmektedir. SolidWorks simulation araçları ile dayanıklı, güvenilir ve üretilebilir ürünler tasarlanabilmekte, SolidWorks FlowSimulation ile de basit akışkan analizleri yapabilmektedir. Montaj modelde, sistemin hareket kabiliyeti incelenebilmekte ve çarpma testleri yapılabilmektedir. Ayrıca tahrik (öteleme veya dönme) ve yerçekimi gibi öğelerle parçalar arasındaki temas ve bağlantı özelliklerini belirterek, fiziksel simülasyonlar yapılabilmektedir. Böylece ilk örnek (prototip) ürünü üretmeden önce tasarımı anlama adına gerçekçi bilgiye sahip olunabilmektedir. Dışarıdan gelen bir çok farklı formattaki dosyalar kolaylıkla açılabilmekte ve aynı zamanda tasarımlar bu formatlarda kaydedebilmektedir (Anonim 2005b). 22

3.2.2 Sonlu elemanlar yöntemi Sonlu Elemanlar Yöntemi (SEY), çeşitli mühendislik problemlerine kabul edilebilir bir yaklaşımla çözüm arayan bir sayısal çözüm yöntemidir. Ele alınan mühendislik probleminin çözüm bölgesi alt bölgelere ayrıklaştırılır ve her alt bölgede aranan fonksiyonun ifadesi polinom olacak şekilde seçilir. Belirli işlemler dahilinde her alt bölgede polinom olarak kabul edilen çözümün katsayıları belirlenmeye çalışılır. (Yahnioğlu 2011) FEM (Finite Element Method) olarak da bilinen SEY'in uygulamaları, makine dizaynı, akustik, elektromanyetizma, akışkanlar dinamiğini de içine alan birçok mühendislik dalında görülmektedir. SEY genel olarak mukavemet, frekans (vibrasyon) ve termal analiz problemlerinde kullanılmaktadır. SEY nümerik analizlerde kullanılan tek yöntem olmamakla beraber, Sonlu Farklar Metodu, Sınır Elemanlar Metodu, Sonlu Hacimler Metodu gibi yöntemler de kullanılmaktadır. Buna rağmen nümerik verimliliği ve çok yönlülüğü sayesinde SEY mühendislik analizleri pazarına hâkim olmuştur. SEY kullanarak, herhangi bir şekli basitleştirip mükemmelleştirerek istediğimiz doğrulukta analiz sonuçları elde edebiliriz. SEY mühendislik analizleri için mükemmel bir araç olarak problemleri basitten karmaşığa doğru geniş bir yelpazede hesaplamamızı sağlar (Anonim 2011d). Proje karmaşıklığı ve uygulama sahasından bağımsız olarak SEY'nin temel basamakları hep aynı olmakla beraber, analizin başlangıç noktası geometrik modeldir. Bu durumda geometrik model Part veya Assembly dokümanı olmalıdır. Daha sonraki aşamalarda bu modelin malzeme özelliklerini belirleyip modele mesnet ve yükler uygulanır. Son olarak model bölünür. MESH örme (sonlu elemanlar ağı) olarak da bilinen bu bölme işlemi geometriyi nispeten daha küçük ve basit parçalara bölme işlemidir. Bu küçük parçalara Sonlu Elemanlar denmektedir. Buradaki sonlu kelimesi elemanların çok sayıda olduğunu fakat modelin genel büyüklüğü yanında makul bir şekilde küçük olduğunu vurgulamaktadır (Anonim 2011d). 23

SEY in kullanılması ve bilgisayarların sanayiye girmesiyle, bugüne kadar ancak pahalı deneysel yöntemlerle incelenebilen bir çok makina elemanının (motor blokları, pistonlar vs.) kolayca incelenebilmesi, hatta çizim esnasında mukavemet analizlerinin kısa bir sürede yapılarak optimum dizaynın gerçekleştirilmesi mümkün olabilmiştir (Topcu ve Taşgetiren 1998). Sonlu elemanlar metodunu diğer nümerik metotlardan üstün kılan başlıca unsurlar şöyle sıralanabilir: a) Kullanılan sonlu elemanların boyutlarının ve şekillerinin değişkenliği nedeniyle ele alınan bir cismin geometrisi tam olarak temsil edilebilir. b) Bir veya birden çok delik veya köşeleri olan bölgeler kolaylıkla incelenebilir. c) Değişik malzeme ve geometrik özellikleri bulunan cisimler incelenebilir. d) Sebep sonuç ilişkisine ait problemler, genel direngenlik matrisi ile birbirine bağlanan genelleştirilmiş kuvvetler ve yer değiştirmeler cinsinden formüle edilebilir. Sonlu elemanlar metodunun bu özelliği problemlerin anlaşılmasını ve çözülmesini hem mümkün kılar hem de basitleştirir. e) Sınır şartları kolayca uygulanabilir (Topcu ve Taşgetiren 1998). Şekil 3.5 Sonlu elemanlar yöntemi ile burulma analizi örneği (Anonim 2011d) 24

Sonlu elemanlar yazılımları hiçbir zaman tamamen gerçek sonuçları verememektedir. Kullanılan malzemenin içindeki boşluk kusurlarından, malzemenizin kimyasal bileşimindeki farklılara kadar birçok etken, gerçek ile analiz sonuçlarında farklılıkların oluşmasına sebep olur, sonuçların gerçeğe yakınlığı, geometrinin ne kadar sadeleştirildiğine, yük, mesnet ve malzeme özelikleri gibi bilgilerin programa ne kadar doğrulukla girdiğine göre değişmektedir. Elde edilen sonuçlar klasik metotları kullanarak bulunan değerler ile gerçeğin arasında bir değer olmaktadır. Fiziksel prototip ihtiyacını her ne kadar azaltsa da tam olarak yerine geçememektedir. Çizelge 3.2 sonlu elemanlar yöntemi ile COSMOS yazılımı kullanılarak yapılan analiz ile teori arasındaki fark verilmiştir. Çizelge 3.2 Sonlu elemanlar yöntemi ile teori arasındaki fark (Anonim 2011d) 3.2.3 Analizlerde kullanılan COSMOSMotion yazılımının temel özellikleri SolidWorks Premium paket içinde yer alan sanal prototip oluşturma aracı olan COSMOSMotion, SolidWorks'ün entegre fizik tabanlı hareket simülasyonu yazılımıdır. Dünyada en çok kullanılan mekanik simülasyon yazılımlarından biri olan ADAMS tarafından desteklenmektedir. SolidWorks'ün içinde tam sürümü bulunan COSMOSMotion; mühendislerin ve tasarımcıların SolidWorks kullanarak yaptıkları modellerin performanslarını anlayabilmelerine yarayan standart sanal prototip paketidir. COSMOSMotion parçaları rijid olarak kabul ederek kuvvet ve hareket analizi yapmaktadır. Çalışan makine parçalarında özellikle dinamik kuvvetler parçanın dayanımını önemli derecede etkiler. COSMOSMotion ile montajların gerçek çalışma koşullarında maruz kaldığı dinamik zorlanmalar görülebilir. Böylece tasarım sadece statik değil dinamik yükler altında da test edilmiş olur. Bu zorlanmalardan 25

kaynaklanabilecek problemler, henüz tasarım aşamasındayken gerekli değişiklikler yapabilir. Motor büyüklüklerinin ayarlanmasına, güç dağılımının belirlenmesine, bağlantıların planlanmasına, dişli, yay ve benzeri makine elemanlarının büyüklüklerinin belirlenmesine ve birbirleriyle temas halinde olan parçaların nasıl etkileneceğinin belirlenmesine imkan tanır. Şekil 3.6 COSMOSMotion'da sonlu elemanlar yöntemi ile analizin çevrimi (Anonim 2011d) COSMOSMotion da parçaların analiz sonuçlarını herhangi bir sonlu elemanlar programına aktararak o ortamda dayanım analizi yapılabilir, böylece tasarım sadece statik değil dinamik yükler altında da test edilmiş olur ki çalışan makine parçalarında özellikle dinamik kuvvetler parçanın dayanımını önemli derecede etkilemektedir. COSMOSMotion paket içerikleri: - Parçalara veya eklemelere hareket verilebilir. - Hareket tipleri Yer değiştirme Hız İvme Sabit, harmonik, step, fonksiyon 26

- Kuvvetler Doğrusal veya dairesel yay-damper Etki kuvveti ve momenti - Kam, dişli ilişkisi, 3D ilişki - Hız, ivme, yerdeğiştirme grafikleri - Bir noktanın veya parçanın hareket yörüngesi - Dinamik çakışma testi - Dataları excel e export etme - Eklem kuvvetlerini ve atalet yüklerini CosmosWorks e export etme (Anonim 2011d). 27

4. ARAŞTIRMA BULGULARI VE TARTIŞMA 4.1 SolidWorks de Biçerdöverin Modellenmesi Bölüm 3.1.1 de verilen biçerdöver parçaları ve çizelge 3.1 de verilen referans değerlere göre, SolidWorks 2011 in parça ve montaj modelleme ortamlarında klasik biçerdöver modellenmiştir. 4.1.1 Biçerdöverin montaj modellemesi Parça modelleme ortamında tasarlanan klasik biçerdöverin parçaları, önce ilgili sistemlerde (örn. biçme düzeni) alt montajlar şeklinde bir araya getirilmiştir. Daha sonra bu alt montajların bir araya getirilmesiyle ve bazı parçalarında montaj üzerinde tasarlanmasıyla biçerdöverin montaj modellemesi gerçekleştirilmiştir. Şekil 4.1 de biçerdöverin montaj modellemesinin SolidWorks ortamındaki tamamlanmış hâli görülmektedir. Şekil 4.1 Biçerdöverin montaj modellemesi çalışma ortamı 28

Biçerdöverin montaj modellemesinin yan görünüşü şekil 4.2 de, üst görünüşü şekil 4.3 de, ön görünüşü şekil 4.4 de verilmiştir. Şekil 4.2 Biçerdöverin yan görünüşü Şekil 4.3 Biçerdöverin üst görünüşü 29

Şekil 4.4 Biçerdöverin ön görünüşü 4.1.2 Biçerdöverin alt montaj bileşenleri Biçerdöver modellenmesinde ellenmesinde aşağıdaki şekil 4.5 de görülen bileşenler, bileşenler ayrı birer montaj şeklinde tasarlanmıştır mıştır. 11 12 1 10 9 6 5 2 3 4 7 8 Şekil 4.5 Tasarlanan biçerdöverin kısımları 1. Gövde, 2. Biçme düzeni, düzeni 3. Besleme düzeni, 4. Harmanlama düzeni, 5. Sarsak mekanizması, mekanizması 6. Sap yayıcı, 7. Vantilatör, 8. Temizleme düzeni, düzeni 9. Ürün deposu, 10. Ürün boşaltma, 11. Kabin, 12.Motor 30

4.1.3 Gövdenin modellenmesi Biçerdöverin gövdesi, yan kapak, merdiven ve depo kapakları hariç tek parça olarak modellendi. Şekil 4.6 da modellenen biçerdöverin gövde montajı görülmektedir. Şekil 4.6 Biçerdöver gövde montajı 4.1.4 Biçme düzeninin modellenmesi Biçme düzeninde, tabla, dolap, helezon ve kesme düzeni birer alt montaj; tabla, başak yatırıcı ve başak kaldırıcısı ise tek parça şeklinde modellendi. Bu parça ve alt montajlar, biçme düzeni montajında bir araya getirildi. Şekil 4.7 de de biçme düzeni yan görünüşü ve şekil 4.8 da biçme düzeni montajı görülmektedir. Şekil 4.9 da tablanın perspektif görünüşü, şekil 4.10 de dolap montajı, şekil 4.11 de helezonun perspektif görünüşü, şekil 4.12 de kesme düzeni montajı, şekil 4.13 de parmağın perspektif görünüşü, şekil 4.14 de bıçak perspektifi, şekil 4.15 de 31

başak yatırıcının (sap ayırıcı) perspektif görünüşü ve şekil 4.16 da başak kaldırıcının perspektif görünüşü görülmektedir. Şekil 4.7 Biçme düzeni yan görünüşü Şekil 4.8 Biçme düzeni montajı 32

Şekil 4.9 Tablanın perspektif görünüşü Şekil 4.10 Dolap montajı 33

Şekil 4.11 Helezonun perspektif görünüşü Şekil 4.12 Kesme düzeni montajı 34

Şekil 4.13 Parmağın perspektif görünüşü Şekil 4.14 Bıçağın perspektif görünüşü 35

Şekil 4.15 Başak yatırıcının (sap ayırıcı) perspektif görünüşü Şekil 4.16 Başak kaldırıcının perspektif görünüşü 4.1.5 Besleme düzeninin modellenmesi Şekil 4.17 de görülen besleme düzeninde gövde ve diğer bileşenler tek parça olarak modellendi. Zincir dişliler Toolbox ta oluşturuldu ve tüm bileşenler besleme düzeni montajında birleştirildi. 36

Şekil 4.17 Besleme düzeni montajı 4.1.6 Harmanlama düzeninin modellenmesi Şekil 4.18 de görülen harmanlama düzenini oluşturan batör, kontrbatör ve yönlendirme tamburu birer alt montaj olarak modellendi ve harmanlama düzeni montajında bir araya getirildi. Şekil 4.19 da batör montajı, şekil 4.20 de kontbatör montajı ve şekil 4.21 de yönlendirme tamburu montajı görülmektedir. 37

Şekil 4.18 Harmanlama düzeni montajı Şekil 4.19 Batör montajı 38

Şekil 4.20 Kontrbatör montajı Şekil 4.21 Yönlendirme tamburu montajı 39

4.1.7 Sap yayıcının modellenmesi Sap yayıcının tüm parçaları tek bir montaj oluşturacak şekilde modellendi. 4.22 de modellenen sap yayıcının montajı görülmektedir. Şekil Şekil 4.22 Sap yayıcı montajı 4.1.8 Vantilatörün modellenmesi Vantilatörün tüm parçaları tek bir montaj oluşturacak şekilde modellendi. Şekil 4.23 de modellenen vantilatörün montajı görülmektedir. 40

Şekil 4.23 Vantilatör montajı 4.1.9 Temizleme düzeninin modellenmesi Temizleme düzeni, sağır elek, üst (jaluji) elek, son (oblong) elek ve kesmik elevatörü alt montajları şeklinde modellendi. Şekil 4.24 de temizleme montajı, şekil 4.25 de sağır elek montajı, şekil 4.26 da üst (jaluji) elek montajı, şekil 4.27 de son (oblong) elek montajı ve şekil 4.28 de kesmik elevatörü montajı görülmektedir. 41

Şekil 4.24 Temizleme montajı Şekil 4.25 Sağır elek montajı 42

Şekil 4.26 Üst (jaluji) elek montajı Şekil 4.27 Son (oblong) elek montajı 43

Şekil 4.28 Kesmik elevatörü montajı 4.1.10 Ürün deposunun modellenmesi Ürün deposu gövdesi, biçerdöver gövdesi içinde kalacak şekilde ve ürün elevatörü alt montajından meydana getirildi. Şekil 4.29 da ürün deposu montajı ve şekil 4.30 da ürün elevatörü montajı görülmektedir. Şekil 4.29 Ürün deposu montajı 44

Şekil 4.30 Ürün elevatörü montajı 4.1.11 Ürün boşaltma düzeninin modellenmesi Tek montaj şeklinde modellenen ürün boşaltma düzeninin şekil 4.31 de ürün boşaltma konumu ve şekil 4.32 de ürün boşaltma montajı görülmektedir. Şekil 4.31 Ürün boşaltma konumu 45