Asılır tip kulaklı pulluklara ilişkin çeki kuvveti ve çeki gücü gereksinimlerinin bilgisayar destekli tasarımlarla belirlenmesi

(1)

Ulud. Üniv. Zir. Fak. Derg., (2001) 15:65-77

Asılır

Tip

Kulaklı

Pulluklara

ilişkin

Çeki Kuvveti ve

Çeki Gücü Gereksinimlerinin Bilgisayar Destekli

Tasarımlarla

Belirlenmesi

Rasim OKURSOY•

ÖZET

Bitkisel üretimde verim ve kalitenin artması, yetiştirilen ürünün çe-şidine bağlı olduğu kadar, ürünün yelişiirildiği ortamdaki bazı koşullarm da bitkilerin isteklerine olan uygunluğa bağlıdır. Bu koşullardan en önemlisi, bitkisel üretimde uygun tohum yatağı hazırlığıdır. İyi bir tohun·ı yatağı ha-zırlıği ise, toprakta bitkinin istediği koşulları sağlayabilecek alet ve ekip-manlarm kullanılmasına bağlıdır. Kulaklı pulluklar bu özellikleri nedeniyle, anız bozmadan itibaren tohum yatağı hazırfığmda kullanılan en önemli ve en etkili tarım makinalarıdtr. Kulaklı pullukların çalışmadaki performansını belirleyen parametrelerin başında ise değişik toprak koşullarında ve değişik çalışma hızında gerekli çeki kuvveti ve bu kuvvete bağlı olarak saptanan güç gereksinimi gelmektedir. Bu çalışmada. tohum yatağı hazırlığında kullanı lan ve traktörün üç nokta asla sistemine bağlı olarak çalışan asılır tip bir kulaklı pulluk için gereksinim duyulan çeki kuvveti ve bu kuvvetin neden olduğu çeki gücü gereksinimine ilişkin bir model üzerinde çalışılmıştır. Ge-liştirilen matematik modele ilişkin denklem, bilgisayar ortammda çözümle -nerek sonuçları bu konuda çalışacak araştırıcılarm hizmetine sunulmuştur.

Anahtar Sözcükler: Çeki gücü, Çeki kuvveti. Kulaklr pulluk, Toprak işleme.

(2)

ABSTRACT

A Computer Aided Design for Determining Draught Force and

Power of Three Point Hitched Moldboard Plows

The quality and capacity of the planı production depends on plan/ species as well as the suitable envi~onmentaf conditions where plan~s are grown. The most important factor 1s the suztabl~ se~dbed preparatıon ilı plani production. The suitable seedbed preparatıon IS made by necessary farm equipment and the ir optimum use. The moldboard plows are very use-ful jarm machines that are widely us ed for seed preparation and soiltillage

ıo provide suitable soil condition. Performance of the moldboard plows are

determined in a dif.ferent soil type and soil condition as the force and the

power requirements. In this study, a mathematical model about force and

power requirements for a three point hitched moldboard pfow was devel-oped in a working condition at a field. The model was sofved by a computer

and the solutions were presented to researchers who wish lo plan to re

-search in this subject.

Key Words: Draught force. Draught power. Moldboard plow, Soil

tillage.

GİRİŞ

Bitkisel üretimin ilk aşaması, bitki için uygun tohum yatağı hazırlı ğıdır. İyi bir tohum yatağı hazırlığı ise, bitkisel üretimde kaliteyi ve verimi artırmakta, ancak, buna rağmen üretim kademesindeki iş yoğunluğunu faz

-lalaştırmaktadır. Toprak işleme için harcanan enerjinin diğer tarım teknikle -~ine göre daha az olması nedeniyle, literatürde, minimum toprak işleme adı ıle tanımlanan ve en az enerji veya iş gücü harcayarak yapılan tohum yatağı hazırlığı ile, bunun bir ileri aşaması olan toprak işlemesiz tarım tekniği so -nucu yapılan tarım, arzulanan tarımdır. Ne var ki, bitki isteklerinin farklı

olması, minimum toprak işleme tekniğinin önemli bir kısıtı olarak karşımıza çıkına~t~dır. Dolayısı ile, tarım topraklarında yetiştirilen kültür bitkilerinin gerek~ınıın duydukları, havalanma, su tutma kapasitesi, ve homojen yapıdaki organ~k madde d~ğılımı gibi bir toprakta istenen koşullar, doğal haldeki

t~pr~klarda yeterınce bulunmayabilmektedir. Bu durum tarımsal amaçlı

?ıtkısel üretimi olumsuz yönde etkilediğinden, günümüzde bitkisel üretimin ılk aşaması olan toprak işleme, yapı lması zorunlu tarımsal etkinlik olarak

karşımıza çıkmaktadır (Kepner ve ark., 1 978).

. . Tarımsal üretimin önemli bir bölümünü oluşturan bitkisel üretimde.

verımı ve ka_{_}liteyi art _ır_ab"l _ı_m_ek · _ıçın· _ya_p_ı_l_a_n_ça_lı_ş_ın_a_l_arı_n_ba_ş_ınd_a_ye_r_alan_ıyı· · tohum yatao-ı _::. hazırl _ıg-_ının_get· _{ır ı}d·_gı-· _yara_rlar_s_a_y_m_ak_la_{bitmeınektedı}· _r.B _u

(3)

yararların başında, bitki artıkları ve anızın toprağa gömülerek toprakta den -geli nem ve organik madde dağılımının sağlanması yanında, yabancı ot kont-rolü, erozyonla mücadele, arazi ve yüzey tesviyesi, topraktan nem kaybının önlenmesi, ısı ışık, hava ve organik besin maddeleri gibi bitkiler için vazge-çilemez fiziksel faktörlerin sağlanarak bitkilerin hizmetine sunulması yer

almaktadır.

Tarımda toprak işleme. yetiştirilecek bitkilerin istekleri doğrultu sunda, toprakta uygun koşulları yaratabilmek amacıyla uygun zamanlarda, uygun ekipmanlarla yapılmaktadır. Bu ekipınanların başında ise çoğu zaman

birinci sınıftoprak işleme aleti olarak tanımlanan ve özellikle anız bozmada ilk alet olarak kullanılan pulluklardır (Keskin ve ark., 1 984). Her ne kadar

kuru ve sulu tarımda toprak işlemede, toprağa yapmış olduğu etkiler n

ede-niyle pulluklar üzerinde yoğun araştırınalar yapılıyorsa da, pulluklarda genel

olarak, iyi bir tohum yatağı hazırlığı için toprağı gevşetip kabartmak, yerine göre toprağı kesınek parçalamak ve devirmek gibi fiziksel işlemlerin yapıl

ınası istenmektedir. Dolayısı ile pulluklar, bu işlemleri yapabilecek tasarıın

larda olup, toprak işleyen organları yapısal olarak, diskli ve kulaklı olacak

şekilde üretilmektedir (Dilmaç, 1984; Keskin ve ark., 1984).

Genel anlamda, kulaklı pulluklar, toprağı şeritler halinde kesen,

ka-bartan ve kesilmiş toprak şeritlerin belirli açılarda döndürerek, birbirlerine yaslanacak şekilde istifleyen toprak işleme makinalarıdır. Toprağın kesilme -si, çeşitli ölçü ve özelliklerde yapılmış uç demirleri aracılığı ile yapılmakta dır. Kesilme sırasında toprak direncinin büyüklüğüne bağlı olarak uç demi

-rinde meydana gelen aşınmaların önüne geçerek dayanıını artırabilmek için uç demirlerinin keskin kenar üzerinde belirli bir kısmı sertleştirilmekte ve bu

bölgenin sertliğinin ortalama olarak 450 BSD olması istenınektedir (Dilmaç, 1984). Uç demirleri, toprak direncini yenmek ve malzernede oluşan aşırı

aşınmayı önleyebilmek için yerine göre yamuk, üçgen, trapez şekillerinde ve kamalı, açılı, keskili veya burunlu olarak tasarlanmakta, gövdeye ise toprak ile metal arasındaki sürtünmeyi en aza indirebilmek için havşa başlı veya gömme başlı cıvatalar ile bağlanmaktadır. Uç demirlerinin keskin kenar

açısı, uç demirinin keskin kenan ile düşey yön diizlenıi arasındaki açı olarak

tanımlanmaktadır. Bu açının değeri, hafif bünyeli topraklarda kullanılınası önerilen dik kulaklı pulluklarda 45-50° orta dik kulaklı pulluklarda 35-45°. ve kilce zengin ağır bünyeli topraklarda kullanılınası önerilen yarı bükük ve tam bükük kulaklı pulluklarda ise 30-38° olması gerektiği bildirilmektedir

(Dilınaç, 1984; Keskin ve ark., 1 984)

Kulaklı pulluklarla toprak işlemede kesilen toprak şeritlerinin ka-bartılarak devrilmesi, pulluktaki kulağın aktif yüzeyinin sahip olduğu

geo-metrik yapıya ve toprak cinsi ile toprağın sahip olduğu, nem gibi, organik madde miktarı gibi, fiziksel özelliklere bağlıdır. Toprak yapısının hafiften

(4)

iT do~ru deg~işmesi durumunda, kesilen toprak şeritlerinin artan oranlarda

aoıra g d d"k k··ı ·· fi d

d ·ı esi istendiğinden, kulak yapıları a ı ve u tur orm yapı an yarı

b~~~kmve

tam bükük

yapıya

doğru

d

eğ

i

ş

m

ekted

ir

.

Dik

kul

ak

lı

pulluklarda. kulaltın devirme özelliğinin hiç olmamasından ya da çok az olmasından do-layı,0kurak bölgelerde, toprağın alt katmanları_nda bulu_nan ~nemin buharlaş

ma ile kaçmasına engel olunmaktadır. Oysa, kılce zengın agır toprakların su

tutma yeteneklerinin yüksek olması ve bitki besin elem~ntler! ile ze~ginleşti rilmiş bir toprakta daha yoğun bitki örtüsünün bulunabılmesı nedenıyle, yarı bükük ve tam bükük kulaklı pullukların bu topraklarda kullanılması, bitki

artıklarının toprak ile birlikte kesilerek ve devrilerek toprağa karıştınlmasını sağlaması açısından biiyük önem taşımaktadır (Kepner ve ark., 1978).

Kulaklı pullukların toprak koşullarına bağlı olarak belirlenecek çeki kuvveti ve çeki gücü gereksinimlerinin belirlenmesi, tekniğine uygun olarak yapılan toprak işlemede harcanan enerjinin miniınize edilebilmesi için ge-rekli bazı işletmecilik parametrelerinin ortaya konması açısından son yıllar

da üzerinde çalışılan konuların başında gelmektedir. Yapılan çalışmalar sonucunda, kulaklı pulluklarda çeki gücü ve çeki kuvveti gibi toprak işleme de traktör performansmı doğrudan etkileyen parametrelerin makina ve to

p-rak parametrelerine bağlı olarak modellenebileceği gösterilmiştir (Kepner ve

ark., 1978). Bu çalışmada ise örnek bir makina ve ekipman için söz konusu

parametrelerin belirlenebilmesine yönelik matematiksel modellt:r kurulmuş. kurulan model ise bilgisayar destekli tasarımların bir sonucu olarak çözüm-lenmiştir. Çözümleme tekniğinin yaratıldığı Visual-Basic (Potter ve ark ..

1993) tabanlı paket yazılım, her çeşit tarım toprağı için, makine ve çalışma parametrelerine bağlı olarak, her çeşit kulaklı pulluğun çeki kuvveti ve çeki

gücüne ilişkin hesaplamaları çok kısa bir sürede yaparak program sonuçları

nı bu konuda çalışacaklara bir çıktı ile sunabilecek yetenektedir.

MATERYAL

ve

YÖNTEM

Bu çalışmanın materyali ülkemizde üretilen asılır tip 3 gövdeli bir kulaklı pulluktur. Şekil ı .'de kuvvet analizi yapılan bir kulaklı pulluğun temel parçaları görülmektedir. Şekil ı .'de de görüldü/Tü gibi, üç ()'övdeli bir pullukta

çeş

itli

toprak

k

oş

ullarında

ve belirli

çalışma

lı

ı

z

ında t

o

p~ak i

ş

le

me

sırasında özgül toprak direncine baölı olarak aövdelere etki eden kuvvet, bir gövd_e için ortalama toprak

direnct

'o

ıarak

alı~abi

lm

ekte

ve etki

d

oğ

rultusu

nun ıse. kuvvetin etki noktasına göre çizilen normalden belirli bir açı

yapa-c~.

k

.~e

kı

lde düşünülmektedir.

i

ş

te

,

her bir gövde için, bu kuwetlerin hareker

yonune kuvv~tlerin etki noktasından paralel olarak çizilen referans ekseni ile

yapmış oldugu a~ı~a bağlı olarak hesaplanmış bileşenleri ile bu bileşenlerin

top

lamı

,

yan

çekı

ıl

e

toplam çeki kuvvetini vermektedir. Yan çeki,

ku

lağın

(5)

konkav yapısından kaynaklanan ve pulluğun tarlada dengeli çalışınası için

dengelenınesi gerekli toplam kuvvet olup, etki doğrultusu hareket yönline diktir. Bu çalışmada, pulluktaki toplam çeki kuvvetine olan doğrudan etkisi

bulunmadığından, yan çekiye ilişkin hesaplamalar göz önünde lutulınamış tır. Ne var ki, toplam çeki kuvvetinin etki doğrultusu, hareket yönüne paralel

olduğundan, çeki gücünün hesaplanmasında. yatay kuvvetler dikkate alın mıştır. Pulluğun ağırlığından dolayı toprağa batmasını kolaylaştıran ku vvet-ler ile toprak direncinin yarattığı kuvvetlerin düşey bileşenleri traktörün

bağlantı koliarına gelen yatay ve düşey kuvvetlerin hesaplanmasında kull

a-nılmaktadır. Bağlantı noktalarında ki düşey kuvvet bileşenleri çeki kuvveti ve çeki gücü hesabında etkili olmamaktadır. O halde, pulluğun sabit hızda çalışması sırasındaki dinamik denge koşulu göz önünde bulundurularak Şe

kil l.'de verilen B noktasına göre moment alındığında;

Seki!/.

De,,•eboyuu

Payanda

Asılır tip 3 gövdeli bir kulakli pu/!ukta toplam çeki kwvefinin

hesap/anabilmesine yönelik temel parametreler.

eşitliği yazılabilmektedir. Burada gerekli düzenlerneler yapılarak yukarıdaki eşitlik;

şekline dönüşmektedir. Bu eşitlik aynı zamanda çok gövdeli pulluklar için de düzenlenerek yazılabilir. Gövde sayısı n olarak alındığında üst bağlantı koluna gelen kuvvet Fu şu eşitlikle bulunur:

(6)

-

YpCosB

Sin

B ~

W

.xw

Fu

=

+

L, XmPm + (3)

Y

uCos/3

Y

uCo

s

/3

m=l

Y

u

CosfJ

Eşitlikte, Fu, üst bağlantı koluna gelen kuvvet (kg), Yp. her bir gövde için toprak işleme sırasında pulluk kulağına gelen kuvvetlerin yatay bile.

şenlerinin alt bağlantı koluna olan dik uzaklığı (m), Yu ise alt bağlantı kolu

i te üst bağlantı kolu arasındaki metre olarak dik uzaklıktır. Eşitliklerde ayrı·

ca,

e

pulluk kulağına gelen kuvvetlerin yatay eksenle yaptığı açı (0 ), ~üst bağlantı koluna gelen kuvvetin yatayla yaptığı açı (0), Pm çalışma anında

pulluk gövdesine gelen toprak direnci kuvveti (kg), Xııı göydelerdeki toprak

direncini oluşturan kuvvetlerinin etki noktalarının üst ve alt bağlantı kolla -rından olan yatay uzak! ıkiarı (cm), W pulluğun, gövdeler ve çatısı ile birlikte olan toplam ağırlığı (kg), Xw ise ağırlık merkezinin üst ve alt bağlantı kolla·

rından olan yatay uzaklığı (cm) olarak belirtilmektedir.

Aynı şekilde, A noktasına göre moment alındığında ve pulluğun

sa-bit hızla çalışması sırasındaki dinamik denge koşuluna göre aşağıdaki eşitlik yazıiab i lmektedir:

Burada gerekli düzenlemeler yapılarak (4) numaralı eşitlik; Yu·Fa.Coso=(Yu + Yp)(Pı + P2 + P:3)Cost9-(xıPı + x2P-ı + x3P:3)Sin8-W.xw (S) haline dönmektedir. Bu eşitlik aynı zamanda çok gövdeli pulluklar için de düzenlenerek yazılabilir. Gövde sayısı n olarak alındığında alt bağlantı

ko-luna gelen kuvvet Fa şu eşitlikle bulunur:

(Y

u+

Y

p)CosB

n

SinB

n

Wx

Fa

=

L

p _ "" ·

w

y

Cost5

m Co 5:' L..XmPm- Co

B

u

m=l

Y

u

su

m=l

Y

u

s

(6)

Eşitlikte, Fa, alt bağlantı koliarına oelen ve ko cinsinden kuvvetin

değe

r!di

r. Eş

itliklerde

ayrıca,

8 alt

bağlantı

0

koluna gelen kuvvetin yatayla

ya~tıgı açının de~ece olarak büyüklüğüdür. Üst bağlantı kolunun tek. alt

baglantı kolunun ıse sağ ve sol bantantı kolu olmak üzere iki adet olduğu

dü

ş

ünü

lür

se,

yatay yöndeki toplam ;eki kuvveti,

(7)

denklemi ile hesaplanabilmektedir. Burada Pr toplam çeki kuvveti olup, üç nokta bağlantı düzeninde üst ve alt koliara gelen ve hareket yönüne paralel etki doğrultusu olan kuvvetlerin dinamik denge koşuluna göre belirlenmiş

halidir. Ne var ki, burada önemli bir varsayım olarak, asılır tip kulaklı

pul-luklarda, gövdelerdeki kulakların sahip olduğu geometrik yapı nedeniyle

dengeli bir çalışma için bütün bağlantı koliarına gelen yatay kuvvetin aynı

yönde olduğu düşünülmüştür. Eşitlik (3) ve Eşitlik (6), (7) numaralı de nk-lemde yerine konduğunda ve gerekli kısaltınalar yapılarak aşağıdaki genel çeki denklemi yazılabilir:

(

Yp

)

n

(

Sin

B

)

n

(

Wx

w

)

Pr

=

2CosB+- LPm- - -

L

xmPm- CosB+ 2Cos8)

Yu m=l Yu m=l YuCosB

(8)

Yerilen bu denklem çok gövdeli bir kulaklı pulluk için analitik ol a-rak saptanan genel çeki denklemidir. Denklemde n gövde sayısı olup, en fazla 8'e kadar çıkabilmektedir. Uygulamada çok büyük güçlü traktörlerin çektiği 8'den fazla gövde sayısına sahip kulaklı pulluklar da kullanılmakta

dır. Ne var ki, gövde sayısının artması pulluk boyunu artıracağından,

traktö-rü şahlandırıcı etkiyi de beraberinde getirmektedir. Bunun önüne geçebilmek

için, çok gövdeli pulluklar, çekilir tip olarak yapılınaktadır ve pullukta son gövdenin arka kısmına ise çizi ve destek tekeri komılmaktadır.

Literatür çalışmalarında bir kulaklı pulluğun tek bir gövdesi için toprakta çalışması sırasında çalışma hızına, iş derinliğine ve iş genişliğine bağlı olarak gereksinim duyduğu çeki kuvveti Gorjatschkin çeki direnci olarak bilinir (Dil maç, l 984; Gökçebay, 1986) ve şu formülle tanımlanır:

2 Pg = pWg + abk + 7]abv O halde n gövdeli bir pulluk için bu denklem;

(9)

n n

2

n

P₁₁=pWg

L

m+abk 2:m+7]abv Z:m (10)

m=l m=l m=l

biçimine dönüşmektedir. Eşitliklerde, P~ tek gövdenin yaratabileceği çeki kuvveti (kg), v çalışına hızı (m/s), a iş derinliği (ın), b tek gövdenin iş g~niş liği (ın), Wg tek gövdenin ağırlığı (kg), k statik direnç katsayısı (kg/m-). P

yuvarlanına direnci katsayısı, ve 11 ise dinamik direnç katsayısıdır. Den~ lemde yer alan yuvarlanma direnci katsayısı 0.3-0.4 arasında değişmektedır.

(8)

Statik direnç katsayısı ise, çoğu kaynakl~rda özgül toprak direnci olarak

tanımlanmaktadır. Özgül toprak direnci ıse, toprak yapısına bağlı olara~

değişen bir parametredir. Hafif yapıdaki kurnca zengin topraklar için bu

deaer 2000-3000 kglm2 iken, toprak yapısı ağırlaştıkça 6000-7000 kglm1

de~erine kadar çıkabilmektedir. Yine aynı eşitlikte, dinamik direnç katsayısı. to;rak cinsine az oranda ancak kulak tipine ise büyük oranda bağlı olarak saptanmış bir değerd~r .. Dinamik d iren? kat~a~ıs~ hafif toprak~ard

4

a ya~l~ık 250 kgs2_/_m4 _i_ke_n_,_agır_topr_ak_l_ara_do_g_ru_gıd_ıldık_{çe 400 kgs}_/_m_degerın_e

kadar çıkmaktadır (Dilmaç, 1984). Yapılan çalışmalar, dinamik direnç kat-sayısının, toprağın hacim ağırlığma, toprakla pulluk aktif yüzeyi arasındaki

sürtünme katsayısına ve pulluk kulağı ucundaki toprak şeridinin rölatifhızı

nı etkileyen kulak doğrultınan açılarına bağlı olarak şu şekilde bulunmuştur:

77

=

~

[

1 -

Cosıpz

+,u(

S

i

n~+

CosqJy

+

Co

sÇOz

)

]

(ll)

Eşitlikte yer alan g yer çekimi ivınesi olup bunun sayısal değeri 9.81

m/s2'dir. Eşitlikte, ayrıca, y toprağın doğal durumdaki ha~im ağırlığı (glcm\ ı.ı toprak i le pul luk aktif yüzeyi arasındaki sürtünme katsayısı, ıp. qı

1

<pz ise sırasıyla pulluk kulağına ait aktif yüzey tasarıınında kullanılan doğ rultınan açılarıdır. Doğal durumdaki tarla toprağının hacim ağırlığı. hafif topraklar için yaklaşık olarak 1.2 g/cm3 değerinden başlar, ve topraktaki kil

oranı arttıkça artmaktadır (Okursoy, 1992; Okursoy ve ark., 1997). Kil oranı

yüksek olan ağır topraklarda bu değer 2. 1 g/cm3 değerine kadar çıkabilmek tedir. Hacim ağırlığı üzerinde, toprak bünyesinin etkisi dışında nem oranı.

organik madde miktarı gibi diğer fiziksel parametreler de etkilidir (Okursoy. 1992; Okursoy ve ark., 1 997). Toprak ile metal arasındaki sürtünme katsayı sı. metal yüzeyinin düzgünlüğüne bağlıdır. Genel bir tanımlama ile bu değer. ortalama 30°'lik sürtünme açısının tanjantı ile belirtilmektedir. Eşitliklerde b_elirlenen kulak doğrultınan açılan ise pulluk kulağının geometrik özellikle·

rı ile ilgili açısal tasarım parametreleri olup bu deaerler 20° ile 45° arasında

d

eğ

i

ş

m

e

kted

i

r.

Kulak

do

ğ

ru

l

tın

a

n

aç

ıl

arı

pulluk aktif yüzeyinin

t

as

art

anma

s

ı

sırasında tasanıncı tarafından belirlenmektedir. Bu deaerierin belirlenme· sinde ise

pullu

ğ

un

ne

çe

ş

i

t

bir toprak

ko

ş

ul

u

n

da

(hafif,

~

rt

a,

a

ğ

ır

)

ça

lı

ş

a

cağı

göz önünde bulundurulmaktadır .

.. De~kl~m ( 1 0), (8) numaralı eşitlikte yerine konduğunda, asılır tip ve

çok ~ovdelı bır kulaklı pulluğun belirli bir çalışma hızında, toprak yapısına

v~ dı~~r ?alışma koşullarına bağlı olarak gereksinim duyduğu çeki kuvvetine ( T)

ıl

ı

şk

ın

genel denklem ortaya konabilmektedir.

Do

l

a

y

ı

s

ı

ile oldukça uzun olan bu

eş

it

l

ik

,

iki

sat

ır

halinde, olarak

tanım

l

a

n

ab

i

lmekt

e

dir.

Sonuç olarak.

(9)

denklem (12)'de elde edilen sonuçtan hareketle, n gövdeli bir pulluğun

çe-şitli toprak koşullarında v hızıyla çalışınası durumunda gereksinim duyduğu traktörün motor gücü şu eşitlikle belirlenmektedir:

(

ypx

n n n )

Pr= 2Cos8+- pWg Lm+abk Lm+7~bv2

Lm

Yu m=l m=l nı=! ( 12)

- SinB(pw :f:mxm+abk

~mxm

+7l<l

b

v

2 ~

mx

m

)-(

Wxw )cosB+2CosÖ)

Yu m=l m=l m=l YuCosB

Pf

.v

Nt

-7577 _m (13)

Burada. " asılır tip kulaklı pulluğun çekilebilmesi için gereksinim duyulan traktörün motor gücü (BG), v traktör ve pulluğun çalışına sırasında

ki ortalama çalışına hızı (m/s), llın ise traktör motoruna ilişkin mekanik

ve-riındir. Traktörterin mekanik verimi ortalama olarak %60-%90 arasında değişmektedir. Traktörlerio tarla koşullarında kulaklı pulluklarla toprak

işlemedeki çalışma hızları oldukça düşüktür. Çalışma hızları, tarla toprağı nın sahip olduğu koşullara. çalışma derinliğine ve toprak işlemede kullanılan

pulluğun büyüklüğüne bağlı olarak en fazla 3 m/s değerine kadar çıkabil ınektedir (Keskin ve ark., 1 984).

Bir kulaklı pulluğun çeki ve güç performansına ilişkin belirlenen

matematik model bilgisayarda Visual-Basic paket programı ve bu programa

ait programlama kodları kullanılarak çözümlenebilmektedir (Potter ve ark.,l993). Şekil 2.'de kulaklı pulluklar için geliştirilen modeli çözmeye yönelik olarak hazırlanan bilgisayar programının bilgi akış diyagramı veril

-miştir. Burada, program çalıştırıldıktan sonra yapılacak ilk işlem program

girdilerini yüklemektir. Bu girdilerin çoğu makine parametrelerinden oluş maktadır. Gövde sayısı, pulluğun toplam ağırlığı, iş derinliği ve iş genişliği, çalışma hızı, üst bağlantı ve alt bağlantı koliarına ilişkin ölçüler, ağırlık

merkezi yeri ve bağlantı koliarına olan uzaklıkları gibi temel parametreler.

başlangıçta programa yüklenmesi gereken değerlerdir. Program ikinci aşa

mada, kullanıcıyı toprak yapısına ilişkin seçime zorlayarak, toprağın hacim

ağırlığı, toprak cinsi ve özgül toprak direnci gibi değerlerin doğru sınırların da yüklenmesini sağlamaktadır. Değerlerin seçiminde yapılınası olası hatala

-rın önüne geçebilmek için kullanıcıyı uyarmaya yönelik hata mesajlarının

göri.intülendiği pencereler yer almaktadır. Sonuçlar ise yine bir pencere i

(10)

HafifTopraklar k=200-300 kglm2 J=l.2-1.4 g/cm3 MaJ:inale . Parametre n

w

abvn

e

Yı> Yu Xm.Xw

Orta Bünyeli Topraklar k=300-450 kglm2

İ=l.4-l.8 dcm3

Toplam Çeki Kuvveti

Toplam Çeki Gücü ı.--....ı

PT Nt

Şekil 2.

Kulak/i pulluklarda çeki pet:formansma ilişkin parametreleri belirleyen

bilgisayar programınm bilgi akış diyagramı.

T ARTlŞMA ve SONUÇ

Gel iştir i le n matematik modele dayalı olarak hazırlanan bilgisayar

programı çeşitli toprak koşulları için gövde yapısına, kulak açılarına. iş ge-nişliği ve iş derinliğine, ortalama çalışma hızına ve yukarıda detaylı bir şe

kilde açıklanan pulluğun diğer birçok özelliğine bağlı olarak bir kul~klı

pulluğun çalışınadaki çeki perfermansına ilişkin değerleri hassas bir şekılde

hesaplaınaktadır. Yapılan çalışmalar sonucunda elde edilen program çıJ..·tıla rında da görüldüğü gibi, belirli bir çalışma hızı için ve iş genişliği ile iş

de-rinliğinin aynı olması durumunda kulaklı pulluklarda gövde sayısı arttıkça gereksinim duyulan çeki gücü artmaktadır. Şekil J.'de görüldüğü gibi, ça

-lışma hızı sabit tutulduğundan çeki gücündeki artış hızı oransal olarak top -raktan toprağa değişmediği ancak çeki gücündeki sayısal değerlerin büy

(11)

ük-liik olarak önemli bir değişiklik gösterdiği söylenebilmektedir. Diğer yandan çeki giicü gereksinimine ilişkin kurulan matematik modelde, pulluğun geo-metrik ölçüleri ağırlığı ve kulak yapısının özellikleri ve açıları önemli bir parametre olarak karşımıza çıkmaktadır. Belirtilen bu değerlerdeki değişim, programda gerekli olan girdi parametrelerinde yapılan değişikliklerle izlene-bilmektedir. Yapılan çalışmalar sonucunda, iş derinliğinin artması, gövde sayısındaki artışta olduğu gibi, her toprak çeşidi için gereksinim duyulan çeki gücü değerlerini hızlı. bir şekilde artırmakta, yine bu artış, oransal ola -rak her bir toprak çeşidi içerisinde fazlaca bir değişim göstermemektedir. Hesaplanan parametrelerdeki bu değişimler, sadece belirli ve ortalama ola -rak seçilmiş çalışma hızında geçerlidir. Oysa, hızdaki değişim göz önünde bulundurulduğunda, her toprak koşulu için aynı özelliklerdeki pullukla aynı çalışma derinliğinde çalışılması durumunda çeki performansını belirleyen değerlerde, artan hızlarla birlikte, başlangıçta yavaş, daha sonra ise çok hızlı

artışların olduğu belirlenmiştir. Hafif bünyeli topraktan ağır bünyeli toprağa doğru gidildikçe ise, diğer parametrelerin etkisi gibi çalışma hızının çeki performansına olan etkisi, her toprak çeşidi için artan büyüklüklerde olduğu

saptanmıştır. Yine aynı şekilde kulak doğrultınan açılarının çeki perfo

rman-sına olan etkilerinin belirlenmesinde geliştirilen paket yazılım kullanılabil mektedir. Ağır topraklarda, toprağın kesilmesi, kabartılması ve özellikle devrilmesi özelliği yaratan kulak doğrultınan açılarının diğer topraklar için tasarlanan pulluk kulaklarına göre yüksek seçilmesiyle çeki gücüne ilişkin gereksinimin arttığı gözlemlenmiştir. Bu artışa ayrıca, toprağın hacim ağırlı

ğının etkisi oldukça büyüktür. Çizelge J.'de, bir kulaklı pulluk için 2 m/s

çalışma hızında çeşitli toprak koşullarında çalışması durumunda hesap lan-140 120 100 6' ı:Il 80 ' - "

~

60 :..;:; ₄₀

"'

~ 20

o

1 Toprak Cinsi ----H atıf' Büny"'e

---e--Orta Bünye

___,.__Ağır Bünye

2 3 4 5 6 7 8

Göv-d.e Sa}'lSı

Şeki/3.

Kulaklı pulluklarda gövde sayısrna bağlı ol~~a~ . gereksinim duyulan çeki gücü değerlerinin degışımı.

(12)

ki kl:l"tveti, çeki gücü gereksinimi ile, söz konusu koşullarda pulluğu

~e~lecek

traktörün motor gücünün en az ne

o

lm

ası ge

r

ektiğine

ili

şkin

~:saplamaların

so

nuçları ver

ilmi

şt

ir

.

Buradaki

h

esap~a

~nal

a

r

da

,

t

op

r

ağın

hacim ağırlığı olan y değeri sır;sıyla,_ hafif topraklar ıçın_ 1_.3 _glcm, o~ bünyeli topraklar için 1.6 glcm ve agır toprak koşulları ıçı~ ıse 2 F)cm· alınmıştır. Aynı şekilde, özgül toprak direnci, k, hafif b~nyelı orta bünyeli ve ağır bünyeli topraklar için sırasıyla 25, 42,ve 65 kg/dm olarak alınmıştır.

Çizelge I.

Kulakla pulluklarda hesaplanan çeki kuvveti ve çeki gücü değerleri.

Toprak Yapısı: Hafif Bünyeli Toprak (y= 1.3 g/cm3)

v=2 m/s, <px=q>y=q>z=25°, p=Ö =25°, k=25 kg/dm2 ve a=15 cm, b=20 cm

Kulaklı Pulluk Modelinde Gövde Sayısı

Hesaplanan Parametreler 1 2 3 4 5 6 7 8 Pulluğun Toplam Ağırlığı (kg) 50 75 100 150 200 250 300 350

Toplam Çeki kuweti (kg) 425 770 1161 1570 2100 2793 3506 4364

Toplam Çeki Gücü (BG) 11.3 20.5 31.0 41.8 56.0 74.5 93.5 113.6

Traktör Motor Gücü (BG) 16.2 29.3 44.2 59.8 80.0 106.4 133.6 166.3

Toprak Yapısı: Orta Bünyeli Toprak (y=1.6 g/cm3)

v=2 m/s, <px=q>y=q>z=25°, p=ö =25°, k=42 kg/dm2 ve a= 15 cm, b=20 cm

Pulluğun Toplam Ağırlığı (kg) 50 75 100 150 200 250 300 350

Toplam Çeki Gücü (BG) 15.0 27.3 40.0 51.4 64.7 82.6 99.4 120.1

Toprak Yapısı: Ağır Bünyeli Toprak (y=2.0 g/cm3)

v=2 m/s, <px=q>y=q>z=25°, p=Ö =25°, k=65 kg/dm2 ve a=15 cm, b=20 cm Pulluğun Toplam Ağırlığı (kg) 50 75 100 150 200 250 300 350

Toplam Çeki Gücü (BG) ₁₉_.8 _36.4 ₅₂_.₁ ₆₄ _76.3 _94.4 ₁₀₇_.3 ₁_25.0

Sonuç olarak, kulaklı pulluklarda, pulluk aktifyüzeyi ile toprak

ara-sında oluşan etkileşimin karmaşıklığı, son yıllarda araştırıcıların bu yönde çalı?mal~rına neden olmuştur. Kulaklı pullukların değişik toprak koşulların

dakı çekı performansını etkileyen parametrelerin ve bunların etki

dereceleri-nin kolayca belirlenebildiği paket yazılım, gerek araştırıcılar, gerekse de

k~laklı ~ulluk üretiminde bulunan sanayi kesimi için kullanışlı bir araç o

(13)

KAYNAKLAR

~

Dilmaç, M. 1984. Toprak İşleme Aletlerinin Ieoci Hesap ve Konstrilksiyonu.

TUrki-ye Zirai Donatım Kurumu Mesleki Yayınları. Yayın No:36. Miki matbaası.

Ankara.

Gökçebay, B. 1986. Tarım Makinaları I. Ankara Üniversitesi Ziraat FakUltesi Ya-yınları. No: 979. Ankara.

Kepner. B.A., Bainer, ve R.,Barger, E.L. 1978. Principles of Farm Machinery. 3rıı

Edition. Avi Publication Company. Wesport, Connecticut. USA.

Keskin, R., ve Erdoğan, D. 1984. Tarımsal Mekanizasyon. Ankara Üniversitesi Z ira-at Faknitesi Yayınları. No: 927. Ankara.

Okursoy, R. 1992. Toprak İşleme Aletlerinin Dizaynında Toprak Parametreleri.

Ondokuz Mayıs Üniversitesi Tarımsal Mekanizasyon 14. Ulusal Kongresi Bildiri Kitabı., Sayfa: 20-27. Samsun.

Okursoy,R., Yüksel, G., ve Tekin, Y. 1997. Development of a So il Compaction Mo-del Using the Soil Moisture Content and the Soil bulk Density. 41ıı Con.

SGGW. June 23-25. Warsaw, Poland.

Potter, B., Maxwell, T., ve Scott, B. I 993. Visual Basic Su per Bi b le. 2"d Edition.

The waite Group Press. Corte Madera, Califomia, USA.