Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 355 7.-18 ÖLÇÜLERİNDEKİ RADYAL LASTİĞİN BAZI İŞLETME KARAKTERİSTİKLERİNİN TOPRAK SIKIŞMASINA ETKİSİ Effects of Some Working Characteristics on Soil Compaction of 7.-18 Radial Tire Size U. YILDIZ K. ÇARMAN ÖZET Çalışmada, 7.-18 ölçülerindeki radyal traktör muharrik tekerlek lastiğinin toprak sıkışması üzerindeki etkileri belirlenmiştir. Denemeler toprak kanalında, üç farklı tekerlek yükünde (25, 5 ve 75N) ve üç farklı geçiş sayısında (1, 3 ve 5) yürütülmüştür. Araştırmada, toprağın hacım ağırlığının, kesme gerilmesinin, penetrasyon direncinin toprak yüzeyi altındaki basınç değerlerinin ve lastiğin iz derinliğinin değişimi belirlenmiştir. Hacim ağırlığının 1.14-1.63 g/cm 3, kesme gerilmesinin.94-2.36 N/cm 2, penetrasyon direncinin 73.5-22.5 N/cm 2, kalıcı basınçın.11-.41 N/cm 2 ve iz derinliğinin ise 54.5-111 mm arasında değiştiği saptanmıştır. Tekerlek yükü ve geçiş sayısının bağımsız değişkenler üzerindeki etkisinin istatistiksel olarak önemli olduğu (P<.1) bulunmuştur. ABSTRACT In this study, the effect on soil compaction of 7.-18 radial driven tire were determined. Tests had been done soil bins. In experiments, three tire load (25, 5 and 75 N) and three different number passes (1, 3 and 5) were used. According to controlled variants, some values had changed as fallows 1.14-1.63 g/cm 3 for soil dry density,.94-2.36 N/cm 2 for shear stress, 75.5-22.5 N/cm 2 for penetration resistance,.11-.41 N/cm 2 for lasting pressure and 54.5-111 mm for trace depth. The effect on undependent variations of tire load and number passes had been found significant (P<.1). GİRİŞ Toprak sıkışması, toprağın hava, su, ısı ve besin maddelerinin iletimine ve bunların toprak içindeki oranlarına etkili olan toprağın fiziksel yapısını değiştirmektir. Hava hareketleri, makine yükleri ve toprak üzerindeki basınç değişiklikleri ile yükün temas alanı ve şekline bağlı olarak toprakta yapısal değişiklikler olmaktadır. Bu etmenlere bağlı olarak ise toprak sıkışması meydana gelmektedir (1). Günümüzde tarla çalışmalarındaki tarla trafiğinin artması, toprak sıkışması, enerji tüketimi, iş gücü ve üretim masraflarındaki artışlar gibi bazı tarımsal sorunların ortaya çıkmasına neden olmaktadır. Tarımsal mekanizasyon faaliyetlerinin verimli bir şekilde yapılabilmesi; tarım alet ve makinelerinin sıkışmayı en az düzeye indirecek şekilde projelenmesi, seçilmesi ve kullanılmasıyla ilişkilidir. Bir tekerleğin temas basıncı, toprağın üst yüzeyinden derinliklere ve yanlara doğru yayılmaktadır. Toprağın tipine bağlı olarak temas basıncının bu etkisi, toprakta elastik veya plastik şekil değişimine neden olmaktadır(1,2,3). *Dr. S.Ü. Karaman Meslek Yüksek Okulu, Karaman
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 356 *Doç.Dr. S.Ü. Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü, Konya Tekerleklerin toprakta yarattığı sıkışmanın büyüklüğü, tekerleklerin temas basıncının artmasıyla artmaktadır. Tekerleklerin bir geçişinde toprağın hacım ağırlığındaki artış.2g/cm 3 e kadar ulaşabilmektedir (1,4). Yoğun tarımsal üretim yapılan işletmelerde buğday üretiminde tarla yüzeyinin %98, mısır üretiminde ise %27 tekerlek iziyle kaplanmaktadır (5). Traktör ilerleme hızının artışına bağlı olarak tekerleklerdeki batma ve topraktaki sıkışma azalmaktadır. Tekerleklerdeki batma miktarı, düşük hızlardan 3km/h ilerleme hızına kadar azalırken, daha yüksek hızlarda bu değişimin daha az olduğu gözlenmiştir (6,7,8). Bitkisel üretim üzerinde önemli etkiye sahip olan toprak sıkışması, mısır üretiminde tekerlek izine yapılan ekimde çimlenen tohum miktarının, trafiğe maruz kalmamış alanlara göre %9, verimin ise %89 oranında olduğu saptanmıştır. Ayrıca, tekerlekli ve paletli tip traktörlerin izlerine yapılan ekimde verimin, paletli tip traktöre ait izde %5 daha fazla olduğu belirlenmiştir (9). Bu çalışmada, toprak kanalında 7.-18 ölçülerindeki radyal lastiğin farklı yükleme ve geçiş sayılarındaki çalışmasında toprağın fiziko-mekanik özelliklerine etkisi belirlenmeye çalışılmıştır. MATERYAL VE METOD Çalışma, 1x2.2x1.5m ölçülerindeki toprak kanalında yürütülmüş olup, denemelerde kullanılan toprağın bazı fiziko-mekanik özellikleri Çizelge 1 de verilmiştir. Çizelge 1. Toprağın bazı fiziko-mekanik özellikleri Tekstür (%) Sınıfı Hacim Ağır. (g/cm 3 ) Penetrasyon. Dir. Kesme geril. Kil Tın Kum 28 24 48 Kumlu-tınlı 1.1 25.55 Araştırmada, 7.-18 ölçülerinde radyal muharrik traktör lastiği kullanılmıştır. Bu lastiğe ait bazı teknik özellikler Çizelge 2 de verilmiştir. Çizelge2. Araştırmada kullanılan lastiğin bazı teknik özellikleri Lastik ölçüsü Teorik lastik çapı (mm) Kat sayısı Lastik iç basıncı (bar) Profil yüksekliği (mm) Toplam profil alanı (%) 7.-18 812 6 1.5 24.2 21 Çalışma, üç farklı lastik yükünde (P 1 =25N, P 2 =5N ve P 3 =75N) ve üç farklı geçiş sayısında (G 1 =1, G 2 =3 ve G 3 =5) yürütülmüştür. Her bir işlem sonrası toprak gevşetilerek ilk deneme durumuna getirilmiştir. Toprağın gevşetilmesinde hareketli arabaya bağlanan ve geri gidişlerde tekerlek izinden giden bir çizel ayak ve ayrıca tek akslı traktörle çalıştırılan toprak frezesi kullanılmıştır. Araştırmada, kullanılan lastiğin yüklenmesi amacıyla Şekil 1 deki yükleme düzeni kullanılmıştır. Sonsuz vidadan oluşan yükleme kolu yardımıyla uygulanan yük
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 357 tekerlek aksına iletilmektedir. Tekerleğin tahriki için 5.5kW gücünde elektrik motoru kullanılmıştır. Şekil 1. Yükleme düzeni Toprak yüzeyi altındaki basınç değerini belirlemek amacıyla 12x48x1mm ölçülerindeki hava yastığı toprağın -15cm derinliğine yerleştirilmiştir. Toprak içerisine yerleştirilen yastığın tekerlek geçişi öncesi iç basıncı 1N/cm 2 olarak alınmıştır (3,7). Tekerleğin geçişi sırasında yastıklarda oluşan basınç değerleri basınç algılayıcısı tarafından dijital tip manometreye iletilerek basınç değerleri okunmuştur. Tekerlek geçişi sırasında okunan değerler maksimum basınç, tekerlek geçtikten sonraki değerler ise kalıcı basınç değerleri olarak değerlendirilmiştir. Lastik geçişinden sonra meydana gelen iz derinliğinin belirlenmesinde üç ayrı noktaya profilmetre konmuş, profilmetre çubuklarının serbest hareketi sonrası meydana gelen iz profilinin şekline bağlı olarak maksimum iz derinliği değerleri okunmuştur (2,1). Toprağın penetrasyon direncini belirlemek amacıyla koni taban çapı 12.83 mm, uç açısı 3 o ve ölçüm aralığı -25N/cm 2 olan mekanik penetrometre kullanılmıştır. Ölçümler -15cm toprak derinliğinde yapılmıştır. Toprağın kesilme direncini belirlemek amacıyla çapı 1cm ve yüksekliği 12cm olan, 4 kanatlı Veyn kanatlı kesme aleti kullanılmıştır. Ölçme aleti -15cm derinliğe çakılarak, kanatlı kesicilerin bir silindir yüzeyi boyunca uyguladığı dönme momenti tork kolu üzerine grafik olarak çizdirilmiştir. Buradan elde edilen maksimum dönme momenti aşağıdaki eşitlik yardımıyla kesilme direncine dönüştürülmüştür (3,11). T 2 h d d 2 6 Burada: : Toprağın kesme gerilmesi, T: Maksimum dönme momenti (Ncm),
İz derinliği (mm) Kalıcı basınç Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 358 d: Veyn aletinin çapı (cm), h: Kanat yüksekliği (cm) dir. Toprağın hacim ağırlığını belirlemek amacıyla -15cm toprak katmanından örnekler alınmış ve aşağıdaki eşitlik yardımıyla hesaplanmıştır. M s P b = Vt Burada: P b : Toprağın hacim ağırlığı (g/cm 3 ), M s : Örneğin fırın kuru ağırlığı (g), V t : Örnek silindirinin hacmi (1cm 3 ). ARAŞTIRMA SONUÇLARI VE TARTIŞMA Denemeler sonucunda, lastik yükü ve geçiş sayısına bağlı olarak toprak yüzeyi altında -15 cm derinlik bölgesinde meydana gelen kalıcı basınç değerleri Şekil 2 de verilmiştir. Kalıcı basınç değerleri.11-.41 N/cm 2 arasında değişmiştir. Buna göre en büyük basınç, 5. geçişte 75 N luk lastik yükünde meydana gelmiştir. Lastik yükündeki iki katlık artışa karşılık basınç değerleri %122, geçiş sayısındaki 4 katlık artış ile ise %78 artmıştır. Lastik yükünün ve geçiş sayısının artışının kalıcı basınç değerleri üzerindeki etkisinin istatistiksel olarak önemli olduğu (P<.1) tespit edilmiştir.,5,4,3,2,1 Şekil 2. Lastik yükü ve geçiş sayısının kalıcı basınç üzerindeki etkisi Lastiğin toprakta meydana getirdiği iz derinliğinin lastik yükü ve geçiş sayısına bağlı olarak değişimi Şekil 3 de verilmiştir. İz derinliği değerleri 54.5-111 mm arasında değişmiştir. En büyük lastik yükünde iz derinliği %49 artarak 1 mm ye ulaşmıştır. Benzer şekilde en büyük geçiş sayısındaki iz derinliği 9 mm olup 1. geçiş sayısına göre artış %32 dir. Bu artışın %72 si ise 3. geçiş sonrasında elde edilmiştir. Lastik yükünün ve geçiş sayısının artışının iz derinliği üzerindeki etkisinin istatistiksel olarak önemli olduğu (P<.1) saptanmıştır. Toprağın kesme gerilmesinin lastik yükü ve geçiş sayısına bağlı olarak değişimi Şekil 4 de verilmiştir. İncelemeye alınan kontrollü değişkenlere bağlı olarak kesme gerilmesi.94-2.36 N/cm 2 arasında değişmiştir. Kesme gerilmesindeki en büyük değişim %254 lük artışla 75 N luk lastik yükünde elde edilmiştir. 5. geçiş sonrasında %215 lik bir artışla 1.73 N/cm 2 olan kesme gerilmesi değerinin %12 si 12 1 8 6 4 2
Penetrasyon direnci Kesme gerilmesi Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 359 Şekil 3. Lastik yükü ve geçiş sayısının iz derinliği üzerindeki etkisi. 1. geçiş, %1 ü 3. geçiş, ancak %13 ü ise 5. geçiş sonrasında elde edilmiştir. Kesme gerilmesi üzerinde lastik yükü ve geçiş sayısının etkisinin istatistiksel olarak önemli olduğu (P<.1) ortaya konmuştur. 2,5 2 1,5 1,5 Şekil 4. Lastik yükü ve geçiş sayısının kesme gerilmesi üzerindeki etkisi. Lastik yükü ve geçiş sayısına bağlı olarak toprağın -15 cm lik derinlik bölgesindeki penetrasyon direnci değerlerinin değişimi Şekil 5 de verilmiştir. Kontrollü değişkenlere bağlı olarak toprağın penetrasyon direnci değerleri 73.5-22.5 N/cm 2 arasında bulunmuştur. Toprağın penetrasyon direncindeki artış, 25 N luk lastik yükünde %297, 75 N luk lastik yükünde ise %651 olmuştur. Tekerleğin 5. geçişi sonrasında %597 lik artış ile elde edilen 174.3 N/cm 2 lik penetrasyon direncinin %328 i 1. geçişte, %219 u 3. geçişte ve %5 si ise 5. geçiş sonrasında elde edilmiştir. Lastik yükü ve geçiş sayısının penetrasyon direnci üzerindeki etkisinin istatistiksel olarak önemli olduğu (P<.1) ortaya konmuştur. 25 2 15 1 5
Hacim ağırlığı (g/cm 3 ) Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 36 Şekil 5. Lastik yükü ve geçiş sayısının penetrasyon direnci üzerindeki etkisi. Toprağın hacim ağırlığının lastik yükü ve geçiş sayısına bağlı olarak değişimi Şekil 6 da verilmiştir. Hacim ağırlığı değerlerinin 1.14-1.63 g/cm 3 arasında değiştiği saptanmıştır. Hacim ağırlığındaki en büyük değişim 75 N luk lastik yükünde 5. geçiş sonrası %48 lik artış ile 1.63 g/cm 3 olarak saptanmıştır. Lastik yükündeki iki katlık artış hacim ağırlığını %21.5 oranında artırmıştır. Geçiş sayısının artışına bağlı olarak hacim ağırlığındaki toplam %38 lik artışın %19 u 1. geçiş, %14 ü 3. geçiş ve %5 i ise 5. geçiş sonrasında elde edilmiştir. Kontrollü değişkenlerin hacim ağırlığı üzerindeki etkisinin istatistiksel olarak önemli olduğu (P<.1) saptanmıştır. 2 1,5 1,5 Şekil 6. Lastik yükü ve geçiş sayısının hacim ağırlığı üzerindeki etkisi. Sonuç olarak, denemelerde ele alınan kontrollü değişkenlerden lastik yükünün sıkışma üzerindeki etkisi daha büyük olmuştur. Ayrıca, 1. ve 3. geçiş sayılarının sıkışma üzerinde daha etkili olduğu 5. geçiş sayısının ise sıkışma üzerindeki etkisinin önemsiz olduğu saptanmıştır. KAYNAKLAR 1. Mckyes, E., Soil Cutting Tillage. Developments In Agricultural Engineering 7. Elsevier Science Publishers, B.V., Amsterdam, 1985. 2. Çarman, K., Tarla Trafiğinin Toprak Sıkışmasına Etkisi. Doğa Türk Tarım ve Ormancılık Dergisi, 1:255-266, 1993 3. Çarman, K., Doğan, H., Farklı temas Basıncı ve Yükleme Süresinin Toprağın mekanik Özelliklerine Etkisi. Tarımsal Mekanizasyon 17. Ulusal Kongresi, 348-356, Tokat, 1997. 4. Burger, J.A., Perumpral, J.V., Kreh, R.E., Torbert, J.L., Minaei, S., Impact Of Tracked And Rubber-Tired Tractors On a Forest Soil. Transaction Of The ASAE, 369-373, 1985. 5. Çarman, K., Öğüt, H., Peker, A., Altınova Tarım İşletmesinde Üretimi Yapılan Bazı Tarımsal Ürünler İçin Tarla Trafiğinin Araştırılması. S.Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi, 2(4):79-85, 1992.
Tarımsal Mekanizasyon 18. Ulusal Kongresi Tekirdağ 361 6. Aboaba, F.O., Effects Of Time On Compaction Of Soils By Rollers. Transaction Of The ASAE, 32-34, 1969. 7. Bolling, I., Pressure Tests In Soil Below Tires Of Agricultural Vehicles. Proceedings Of The 8 th International Conference Of The ISTVS, 1984. 8. Çarman, K., Lastik-Toprak Ortak Yüzeyinde Temas Süresinin Sıkışma Üzerine Etkisinin Araştırılması. S.Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi, 2(4):49-58, 1992. 9. Erbach, D.C., Melvin, S.W., Cruse, R.M., Effects Of Tractor Tracks During Secondary Tillage On Corn Production. ASAE Paper No.88, 1614. ASAE, MI 4985. 1. Çarman, K., Prediction Of Penetration Resistance, Sinkage And Bulk Density In Soil-Tire Interaction. 6. Uluslararası Tarımsal Mekanizasyon ve Enerji Kongresi, 417-423, Ankara, 1996. 11. Okello, J.A., Review Of Soil Strength Measurement Techniques For Prediction Of Terrain Vehicle Performance. Journal Of Agricultural Engineering Research, 5:129-155, 1991.