AraĢtırmanın yürütüldüğü aylarda (Eylül, 2007 ve Nisan, 2008) çalıĢma ortamı iklim özelliklerinin saptanması amacıyla Konya Meteoroloji istasyonundan alınan Konya ili haftalık sıcaklık ve bağıl nem değerleri Çizelge 3.2‟de verilmiĢtir.
Çizelge 3.2. ÇalıĢma ortamının aylara göre haftalık sıcaklık ve bağıl nem değerleri Yıllar Aylar 1. Hafta 25,6 53,8 26,9 54.0 2. Hafta 28,4 50,6 28,1 55,2 3. Hafta 26,1 53,2 29,6 53,6 4. Hafta 26,8 53,4 30,6 53,4 Ortalama 26,7 52,8 28,8 54,1 2007 2008 Eylül Nisan Bağıl Nem (%) Haftalar Sıcaklık (°C) Bağıl Nem (%) Sıcaklık (°C)
Çizelge 3.2‟de görüldüğü gibi araĢtırma süresince haftalık sıcaklık ve bağıl nem değerlerinin önemli oranda değiĢmediği, denemeler sırasında çeki kuvveti, ilerleme hızı, patinaj ve yakıt tüketimi ölçümlerinin aynı ortam koĢullarında yapıldığı söylenebilir. 3.3. Tarım Makinasına Ait Teknik Özellikler
Bir iĢletmede optimum makina ve güç seçimine yönelik mekanizasyon planlaması için gerekli temel iĢletmecilik verileri genellikle en fazla güç gereksinimi olan kulaklı pulluk toprak iĢleme makinası dikkate alınarak belirlenmektedir. Bu araĢtırmada da materyal olarak kullanılan tarım makinasına ait teknik özellikler Çizelge 3.3'de verilmiĢtir.
Çizelge 3.3. Tarım makinasına ait teknik özellikler Özellikler Kulaklı Pulluk
ĠĢ GeniĢliği 0.75 m
Gövde Sayısı 2
Gövdeler Arası Uzaklık 0.81 m ġasi Yüksekliği 0.67 m
3.4. Traktöre Ait Teknik Özellikler
Tarımda güç ve kuvvet kaynağı olarak kullanılan traktörü diğer güç kaynaklarından ayıran önemli özelliklerinden biri, çeki kuvveti geliĢtirmesi ve kendisine bağlanan ekipmanı çalıĢtırmasıdır. Mekanizasyon planlaması amacıyla kullanılabilecek temel iĢletmecilik verilerinin ölçülmesinde Steyr 8073 traktörü kullanılmıĢtır. Bu traktörlere ait teknik özellikler Çizelge 3.4‟de verilmiĢtir.
Çizelge 3.4. Traktöre ait teknik özellikler
Traktör Tipi STEYR 8073-70
Motor Özellikleri BT 408 - 45 T2
Motor Tipi Dizel
Silindir Sayısı 4
Silindir Hacmi 3142 cm3
Silindir Çapı ve Strok 100 / 100 mm Motor Gücü 55.2 kW / 75 BG (DIN) Azami Motor Devri 2500 d/d Kavrama Çift Plakalı Kuru Tip
Şanzıman 16 ileri x 8 geri
Kuyruk Mili Bağımsız
Hidrolik Sistem Merkezi
Kaldırma Kapasitesi 2500 kg Üç Nokta Askı Sistemi Kategori 2 ve Kategori 1
Uzunluk 3860 mm Genişlik 1800 mm Traktör Ağırlığı 2677 kg Ön Lastikler 7.50-16 Arka Lastikler 13.6-36 İz Genişliği 1360-1444 mm
3.5. Bilgisayar Destekli Ölçme Sisteminin Kurulması
Bir tarım makinası ile çalıĢmada çeki kuvveti, makinanın çekilmesi için gereksinim duyulan toprak-bitki direncinin ve traktör-tarım makinası ağırlığının yenilmesi için gerekli yuvarlanma direncinden oluĢan yatay yönlü kuvvettir (ASAE, 1987).
Tarım alet ve makinalarının çeki kuvveti ihtiyacının ölçülmesinde çeĢitli sistemler kullanılmaktadır. Bunlar;
Ġki traktörlü ölçme sistemi Çatılı ölçme sistemleri
- Yatay çatılı (Salıncak sistemi) - Dikey çatılı
Çatısız ölçme sistemleri Ģeklinde gruplandırılabilir.
Ġki traktörlü ölçme sisteminde, çeki kuvvetini ölçecek olan çeki dinamometresi (hidrolik, mekanik veya elektronik) yatay bir Ģekilde iki traktör arasına yerleĢtirilir. Dinamometrenin uçları traktörlere çelik halat veya zincirle bağlanmıĢtır. Öndeki traktör çeki iĢlemini gerçekleĢtirirken, çeki kuvveti ölçülecek ekipmanın bağlı olduğu arkadaki traktörün ise vitesi boĢta olacak Ģekilde sadece motoru çalıĢtırılmaktadır. Arkadaki traktörün sadece ekipmanı taĢıma durumunda boĢta çeki kuvveti ölçülür (arkadaki traktörün hareket direnci) ve daha sonra ekipmanın tarlada çalıĢması esnasında toplam çeki kuvveti belirlenir. Ġkisi arasındaki fark ekipmanın çeki direncidir. Yöntemin iki traktöre ihtiyaç duyması, hassas ölçümler yerine sadece yatay çeki kuvvetinin belirlenmesine olanak tanıması ve tarla çalıĢmaları sırasındaki hız kontrolü ve dönüĢ zorlukları nedeniyle uygulamada dezavantajlara sahiptir.
Çatılı ölçme sistemlerinden biri olan yatay çatılı sistemde; dikdörtgen Ģeklinde oluĢturulan çatı, dört noktadan mafsallı kollarla bağlanarak traktör gövdesinin altına yerleĢtirilir. Çeki dinamometresi yere paralel biçimde bu çatı ile traktör gövdesinde oluĢturulan sabit bir nokta arasına bağlanır. Çatı, mafsallı kollar sayesinde yatay salınım yapabilmektedir. Üç nokta bağlama sistemindeki alt bağlantı kolları traktör üzerinden sökülerek bu çatıya bağlanır. ÇalıĢma sırasında ekipmana etki edecek yatay kuvvetler çatıyı geriye doğru çekeceğinden dinamometrede yatay çeki kuvveti ölçülebilmektedir. Sadece alt çeki kollarındaki yatay çeki kuvvetlerinin ölçülmesine olanak tanıması bu sistemin dezavantajıdır (Benoit ve arkadaĢları, 2003)
Dikey çatılı sistemde; özel olarak tasarlanıp imal edilen çatı, yere dik durumda traktör ile tarla ekipmanı arasına yerleĢtirilir. Bu sistemde daha çok uzama teli ölçü tekniği kullanılmakta ve çeĢitli yapılarda çatılar oluĢturulmaktadır. Son yıllarda yapılan çalıĢmalarda yaygın kullanım alanı bulmaktadır. Tek dezavantajı çalıĢma sırasında ekipman ile birlikte çatının da taĢınmasıdır.
Çatısız ölçme sistemlerinde mekanik büyüklüklerin elektronik yöntemle ölçülmesinde kullanılan en önemli yöntemlerin baĢında uzama teli (strain gauge) tekniği gelmektedir. Bu teknikle temelde birim Ģekil değiĢtirme (strain) ölçülür. Genellikle kuvvet ölçmede kullanılan algılayıcılar çekiye çalıĢtıklarından uzama söz konusu olmaktadır. Teknik bir terim olarak uzama; çeki ve bası gerilmesi sonucunda oluĢan doğrusal Ģekil değiĢtirmenin karĢılığıdır. Ölçülen uzama değerinden yararlanılarak, birim Ģekil değiĢtirmeye neden olan etkinin (kuvvet, basınç, moment, ısı, materyalin yapısal değiĢimi vb.) miktarı ve değeri bulunabilir. Uzama teli tekniğinden yararlanılarak belirtilen büyüklüklerin ölçülmesinde kullanılması amacıyla algılayıcılar geliĢtirilmiĢtir. Bu düzeneklerin uygulama traktörü dıĢında kullanılamaması ve sadece o traktöre özgü olması bir dezavantaj teĢkil etmektedir.
Yukarıda açıklanan ölçme sistemlerinden dikey çatılı ölçme sistemi, diğerlerine göre uygulama ve çalıĢma kolaylığı açısından bazı avantajlara sahip olması nedeniyle traktör çeki performansı testlerinde kullanılacak ölçme sistemi olarak seçilmiĢtir.
Mekanizasyon planlamasında gerekli temel iĢletmecilik verilerinin elde edilmesi için geliĢtirilen bilgisayar destekli ölçme sistemi üniteleri ve traktör üzerindeki yerleĢimi ġekil 3.1‟de gösterilmiĢtir.
Ġki kulaklı pulluk traktörün üç nokta askı sistemine arada özel olarak tasarlanmıĢ bir bağlantı çatısı olacak Ģekilde monte edilmiĢtir. Bu çatı sistemi ASAE standartlarına uygun, üniversal, taĢınabilir, kolay bağlanabilir ve sökülebilir özellikte, kuyruk mili çalıĢmalarına engel olmayacak ve kuvvet ölçerlerin de yerleĢimine olanak sağlayacak bir yapıda imal edilmiĢtir. ASAE 217.10 ve TS 660 standartlarına uygun olarak tasarlanan ve geliĢtirilen bağlantı çatısı özellikleri, boyutları ve kuvvet ölçerlerin yerleĢimi ġekil 3.2‟de gösterilmiĢtir.
Tarım alet ve ekipmanları traktöre esnek olarak üç nokta askı sistemi aracılığı ile bağlanırlar. Bu esnek bağlantı sayesinde ekipmanın traktöre kolay Ģekilde bağlanması ve değiĢik çalıĢma konumlarının elde edilerek gücün traktörden ekipmana, oradanda toprağa etkili bir biçimde aktarılması sağlanır. Farklı güç aralıklarındaki traktörlerle uyumlu halde çalıĢabilen farklı büyüklüklerde ekipmanlar mevcuttur ve bu farklılıklar kendi içerisinde kategorize edilerek traktörlerin üç nokta askı sistemine de yansıtılmıĢtır (ġekil 3.3). Kategori Güç [kW] a b +/- 30 c min. E g +/- 25 i k ayarlanabilir 1 <30 718 450 100 420<e<450 780<i<870 i - g - 75'den i - g + 125'e kadar 2 30-85 870 520
450<e<480 860<i<980 i - g - 100'den i - g + 130'a kadar 3 >80 1010 520 510<e<610 970<i<1060 i - g - 110'dan
i - g + 130'a kadar Kategori m n min. s maks. v w X y bağ. yükseklik z +/- 2.5 1 600 44 35 683 560 460 800 2 650 51 45 825 660 510 962 3 230 735 51 45 965 660 560 1115
Bağlantı çatısında kategori I, kategori II ve kategori III makina bağlantılarının sağlanabilmesi için sağ ve sol kolonlar ve üst kiriĢ açıklıkları ayarlanabilir Ģekilde tasarlanmıĢtır (ġekil 3.4). Tarla testlerinde kullanılan traktör Steyr 8073 kategori I ve kategori II ölçülerinde üç nokta askı sistemine sahiptir.
ġekil 3.4. Bağlantı çatısının 3 boyutlu görünümü
Tarım makinasının gereksinim duyduğu çeki kuvveti değerleri, testlerde kullanılan bilgisayar destekli ölçme sistemine bağlı, bağlantı çatısına özel olarak yerleĢtirilmiĢ kuvvet ölçerler ile elde edilmiĢtir. Tarla testlerinde kullanılan SQB-A tipindeki kuvvet ölçerlerden herbiri 3.000 kN kapasitelidir. Kuvvet ölçerlerin teknik özellikleri ve dikey çatı üzerindeki bağlantı biçimleri ġekil 3.5a ve 3.5b‟de gösterilmiĢtir.
ġekil 3.5a. Kuvvet ölçerlerin teknik özellikleri
ġekil 3.5b. Kuvvet ölçerlerin dikey çatı üzerindeki bağlantı biçiminin görünümü
Ölçme sisteminde kullanılan BX-1 indikatörler hızlı, duyarlı, doğruluk sınıfı yüksek olan; ağırlık, kuvvet ve basınç ölçme yapabilen cihazdırlardır. Çok kademeli ve tek kademeli çalıĢabilen BX-1 indikatörleri Avrupa OIML R76 standardı 10000e ve 2x6000e onaylı terminallerdir (ġekil 3.6).
Kuvvet ölçerden gelen sinyaller BX-1 indikatörlere, oradan da kayıt cihazına iletilmektedir. Veriler bilgisayardaki paket programda dönüĢtürüldükten sonra kuvvet değerleri Newton biriminde ve text dosyası Ģeklinde kayıt edilmektedir.
Kurulan ölçme sistemiyle kuvvet değerleri her saniye kuvvet ölçerlerden kayıt cihazına aktarılmaktadır. Aktif çalıĢma süresinde sistem ünitelerinden çok tekrarlı olarak alınan verilerin aritmetik ortalamaları alınarak hesaplamalar yapılmaktadır (ġekil 3.7).
ġekil 3.7. Test kayıt cihazının görünümü
3.6. Bilgisayar Destekli Ölçme Sisteminin Kalibrasyonu
Ölçme sisteminde yer alan kuvvet ölçerlerin özellikle dinamik koĢullarda elde edilen değerlerinin doğru ve güvenilir değerler olduğunu belirlemek için ağırlık etkisi deneyleri yapılmıĢtır. Deneylerde seçilen yük değerleri kuvvet ölçerlerin duyarlılığı dikkate alınarak seçilmiĢtir. Denemeler çok tekrarlı olarak yürütülmüĢtür.
3.6.1. Kuvvet ölçerlerin yüksüz değerlerinin belirlenmesi
Bilgisayar destekli ölçme sisteminde yer alan kuvvet ölçerlerin yüksüz değerleri Çizelge 3.5‟de verilmiĢtir. Çizelgede kuvvet ölçerlerin yüksüz değerlerinin tekrarlı ölçümlerinde önemli bir değiĢim olmadığı görülmektedir. Kuvvet ölçerlere ait ortalama yüksüz değerler 1. kuvvet ölçerde 9.4 N, 2. kuvvet ölçerde 9.1 N ve 3. kuvvet ölçerde 7.9 N‟dur.
Çizelge 3.5. Kuvvet ölçerlerin yüksüz değerleri Tekrar Sayısı (Adet) 1. Kuvvet Ölçer (N) 2. Kuvvet Ölçer (N) 3. Kuvvet Ölçer (N) 1 9.2 8.9 7.4 2 9.4 9.0 8.0 3 9.6 9.5 8.2 Ortalama 9.4 9.1 7.9 Standart Sapma 0.20 0.32 0.42 Standart Hata 0.12 0.19 0.24 Varyasyon Katsayısı, % 2.13 3.52 5.29
Bir çalıĢma grubundaki her bir verinin ortalamaya göre ne kadar uzaklıkta olduğunu, yani dağılımın ne yaygınlıkta olduğunu gösteren ölçü standart sapmadır. BaĢka bir Ģekilde tanımlanacak olursa; incelenen belirli bir özelliğin veya özellikle ilgili değerlerin ya da ölçümlerin ne geniĢlikteki bir aralıkta dağıldığının göstergesi varyans ve onun bir türevi olan standart sapmadır. Standart sapma büyüdükçe dağılım yaygınlaĢır ve denklem (3.1) ile hesaplanır.
(3.1)
Burada;
SS: Standart sapma
x: Test gözlem değerleri, (N)
x: Test gözlem değerlerinin aritmetik ortalaması, (N) n: Gözlem sayısı‟dır.
Yapılan testlerden seçilecek, aynı büyüklükteki örneklemlerin ortalamalarının yayılmasını gösteren ölçüt, ortalamanın standart hatasıdır. Standart sapma değerinin test tekrar sayısının kareköküne bölünmesi ile elde edilen değerdir. Ortalamanın standart hatası, ortalamanın dağılımındaki değiĢimi gösterir, örneklem sayısının artması ile
1 - n ) x - (x = SS
∑
2küçülür. Standart hatanın küçük olması, test parametresine ait yapılacak olan tahminler açısından ve daha dar güven aralığı sınırları bulma açısından önemlidir. Yani standart hata ne kadar küçükse, yapılan testlere ait tahminlerimizde o kadar isabetli olmaktadır. Standart hata denklem (3.2) ile hesaplanır.
(3.2) Burada; x s : Standart hata SS : Standart sapma n: Gözlem sayısı‟dır.
Gözlem değerlerinin büyüklüğünden ileri gelen farklılığı ortadan kaldırmak, hem de farklı ölçü birimi ile ifade edilmiĢ gözlem değerlerini karĢılaĢtırılabilir duruma getirmek için yine bir değiĢim ölçüsü kullanılması gerekmektedir. Bu da varyasyon katsayısı olup, standart sapmanın test gözlem değerlerinin aritmetik ortalamasına oranının yüzle çarpılmasıyla bulunur ve yüzde ile ifade olunur. Kısaca her bir beklenen değer birimine düĢen risk olarak da tanımlanabilir. Varyasyon katsayısı ne kadar küçük olursa çalıĢmanın sonucuna olan güvenilirlik o oranda artar ve denklem (3.3) ile hesaplanır.