TARIM TRAKTÖRLERİ
(II. Basım)
Prof. Dr. Galip KEÇECİOĞLU Yrd. Doç. Dr. Ercan GÜLSOYLU
Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü
Bornova – İZMİR 2005
ISBN : 975–288–193-9
ÖNSÖZ
Tarımda makina yatırımlarının yaklaşık yarısını traktör yatırımı oluşturmaktadır. Tarımda anahtar makina konumundaki traktörün teknik ve ekonomik kullanımı ancak traktör hakkında yeterli düzeyde bilgi sahibi olunmasıyla mümkündür. Her teknolojik alanda olduğu gibi traktör konusunda da hızlı gelişmeler olmuştur. Elde edilen tecrübelerin ve bilgilerin gelecek kuşaklara aktarılmasının bir yolu da hazırlanan kitaplarla kullanıcıya bilgilerin sunulmasıdır. İşte bu kitap kısmen bu gereksinimi karşılamak amacıyla hazırlanmıştır. Bu ders kitabının içeriği 1975 yılından beri Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümünde Lisans ve Lisansüstü öğrencilerine vermekte olduğumuz traktör ile ilgili derslerin konularından oluşmuştur.
Bölüm sekreteri Şemi ARSLAN’a, yayınlarından yararlandığımız meslektaşlarımıza ve kitabın yayına hazırlanmasında emeği geçen herkese teşekkür etmeyi bir borç biliriz.
Birinci baskısı 2003 yılında yapılan kitap kısa sürede tükendiğinden, bu kez ikinci baskısı yapılmıştır. Bu kitabın, araştırma geliştirme konularında çalışan mühendislere, planlayıcılara, öğrencilere ve çiftçilere yararlı olması en büyük arzumuzdur.
İZMİR, 2005
Galip KEÇECİOĞLU Ercan GÜLSOYLU
İÇİNDEKİLER
ÖNSÖZ . . . İÇİNDEKİLER . . . 1. GİRİŞ . . . 2. TRAKTÖRÜN TARİHSEL GELİŞİMİ . . . . 2.1. Türkiye’de Traktörün Sayısal Değişimi . . . 3. TRAKTÖR YAPI ŞEKLİ . . . 3.1. Tek Akslı Traktörler . . . 3.2. İki Akslı Traktörler . . . 3.2.1. Standart Traktörler . . . 3.2.2. Sistem Traktörleri . . . 3.2.3. Yüksek Hızlı Traktör . . . 3.2.4. Alet Taşıyıcı Traktörler . . . 3.2.5. Özel Traktörler . . . 3.2.6. İki Akslı Traktörlerde Çatı Yapısı . . . 3.2.7. İki Akslı Traktörlerde Tekerlek Büyüklüğü ve Aks Yükü Dağılımı . . 3.2.8. İki Akslı Traktörlerde Sürücü Oturma Yeri (Kabin) Konumu . . . 4. TRAKTÖR YAPI ELEMANLARI . . . 4.1. Motor . . . . 4.2. Motorlara İlişkin Tanımlar ve Eşitlikler . . . 5. TEKERLEK MEKANİĞİ . . . 5.1. Kinematik . . . 5.2. Tekerlek Dinamiği . . . 5.2.1. Çeki Kuvveti – Moment – Patinaj İlişkileri . . . 5.2.2. Güç Dengesi . . . . 6. TRAKTÖR MEKANİĞİ . . . . 6.1. Aks Yükleri . . . 6.2 Traktör Hareket Eşitlikleri . . . 6.3. Traktör Güç Ağırlığı . . . 6.4. Traktör Ağırlık Merkezi . . . . 6.5. Traktör Güç Bilançosu . . .
Sayfa III
V 1 3 5 7 8 9 9 10 11 11 12 14 15 16 17 18 19 29 29 34 39 46 53 53 55 58 60 64
6.6. Dört Tekerlek Tahriki . . . 6.6.1. Dört Tekerlek Tahrikli Traktörlerde Güç Gereksiniminin Hesaplanması 6.7. Motor Anma Gücü ve Çeki Gücü Arasındaki İlişkinin Analizi . . . . 6.8. Traktör Çeki Kuvveti Tahmin Eşitlikleri . . . 6.9. Traktör Stabilitesi . . . . . 6.9.1. Uzunluk Stabilitesi . . . 6.9.2. Yanal Stabilite . . . 6.9.3. Yan Kuvvetler . . . 6.10. Traktör Kütle Atalet Momentinin Saptanması . . . 6.11. Traktör Titreşimleri . . . 6.12. Traktör Hareket Dinamiği Üzerinde Lastiğin Etkisi . . . 7. TRAKTÖR GÜÇ AKTARMA SİSTEMLERİ . . . 7.1. Güç Aktarmanın Esasları . . . 7.1.1. Motor ve Hız Kutusu Arasındaki İlişkiler . . . . 7.1.2. Güç Hiperbolü . . . 7.1.3. Tarımsal Faaliyetlerde Çalışma Hızları . . . 7.1.4. Hız Kutularında Kademelendirme Esasları . . . 7.1.5. Hız Kirişi . . . 7.2. Kavramalar . . . 7.2.1. Traktörde İlk Kalkış Olayı . . . . 7.2.2. Mekanik Kavramalar . . . 7.2.3. Hidrodinamik Kavramalar . . . 7.2.4. Moment Dönüştürücü (Konvertör) . . . 7.3. Traktör Hız Kutuları (Vites Kutuları) . . . 7.3.1. Kademeli Hız Kutuları . . . . 7.3.1.1. Kayar Temaslı Hız Kutuları . . . 7.3.1.2. Tırnak Kavramalı Hız Kutuları . . . . 7.3.1.3. Senkromeç Tertibatlı Hız Kutuları . . . 7.3.1.4. Yük Altında Devreye Giren Hız Kutuları (Power Shift) . . . . 7.3.1.4.1. Yük Altında Devreye Giren Mekanik Hız Kutuları . . . . . . . 7.3.1.4.2. Yük Altında Devreye Giren Hidrolik Yardımlı Hız Kutuları . . . .
Sayfa 68 69 74 82 93 94 96 96 103 105 112 117 117 118 120 122 124 127 128 129 132 137 140 141 143 143 144 145 147 147 150
7.3.2. Kademesiz Hız Kutuları . . . 7.3.2.1. Hidrostatik Tahrik . . . 7.3.2.2. Güç Dallanması . . . . 7.3.3. Traktör Aktarma Sistemlerinden Bazı Örnekler . . . 7.4. Diferansiyel . . . . 7.4.1. Diferansiyelin Yapısı . . . 7.4.2. Diferansiyel Kilidi . . . 7.4.2.1. Mekanik Diferansiyel Kilidi . . . 7.4.2.2. Hidrolik Diferansiyel Kilidi . . . 7.4.2.3. Otomatik Diferansiyel Kilidi . . . . 7.5. Son Redüksiyon Dişli Mekanizması . . . 7.6. Kuyruk Mili ve Mafsallı Mil Tahriki . . . 7.6.1. Kuyruk Mili . . . 7.6.2. Mafsallı Mil . . . . . 7.6.2.1. Mafsallı Millerde Düzgünsüzlük . . . 7.6.2.2. Mafsallı Millerle Hareket İletiminde Transmisyon Oranı . . . . 7.6.2.3. Mafsallı Millerle Hareket İletiminde Oluşan Eğilme Momenti . . . . 7.6.2.4. Üç-nokta Askı Sisteminin Mafsallı Millerin Çalışması Üzerine
Etkileri . . . 7.6.2.5. Mafsallı Millerin Uygun Çalışma Koşulları . . . 8. TRAKTÖR FRENLERİ . . . . 8.1. Frenleme Olayı . . . . 8.2. Fren Donanımları . . . 8.2.1. Kampanalı Frenler (Radyal Frenler) . . . 8.2.2. Diskli Frenler (Aksiyal Frenler) . . . . 8.2.3. Bantlı Frenler . . . 9. TRAKTÖR HİDROLİĞİ . . . 9.1. Yağ Hidroliği . . . 9.2. Hidrolik Yapı Elemanları . . . 9.2.1. Pompalar . . . 9.2.2. Ventiller (Valfler) . . .
Sayfa 153 153 155 158 163 163 167 167 168 169 171 174 174 179 181 183 184
185 187 189 191 194 195 197 200 201 201 204 204 208
9.2.3. Hidrolik Sitemle İlgili Hesaplamalar . . . 9.2.4. Hidrolik Silindirler . . . 9.3. Hidrolik Devreler . . . 9.3.1. Sistem Devreleri . . . 9.3.1.1. Açık Hidrolik Sistem . . . . 9.3.1.2. Kapalı Hidrolik Sistem . . . 9.3.1.3. Yük Algılama Hidrolik Sistemi . . . 9.4. Kontrol Fonksiyonlu Traktör Kaldırma Mekanizmaları . . . 9.4.1. Pozisyon (Konum) Kontrolü . . . 9.4.2. Çeki Kontrolü . . . 9.4.3. Karışım Kontrolü . . . 9.4.4. Elektronik Kontrol . . . 9.4.5. Kaldırma Mekanizması Tasarımı . . . 10. TRAKTÖR DÜMENLEME SİSTEMİ . . . 10.1. Dümenleme Sistemleri . . . 10.2. Ön Tekerlek Rodlu Dümenleme Sistemi . . . 10.3. Tekerlek Açıları . . . 10.4. Dümenleme Tahrik Mekanizması . . . . 10.4.1. Mekanik Tahrik . . . 10.4.2. Hidrostatik Yardımlı Tahrik . . . 10.4.3. Tam Hidrostatik Tahrik . . . 11. TRAKTÖR LASTİKLERİ . . . 11.1. Lastiğin Yapısı . . . 11.2. Lastik Boyutları . . . 11.3. Lastik Özelliklerini Belirleyen Parametreler . . . 12. JANTLAR . . . 12.1. Jant Yapısı . . . 12.2. İz Genişliği Ayarı . . . 13. TRAKTÖRLERDE DEVRİLME . . . 13.1. Traktör Devrilme Emniyeti . . . 13.2. Emniyet Çerçevesi ve Emniyet Kabini Testi . . .
Sayfa 215 219 221 225 225 226 227 230 231 232 235 237 241 247 247 249 254 255 256 257 259 263 265 266 268 279 279 282 285 285 289
14. İNSAN - MAKİNA – ÇEVRE . . . 14.1. Çevre . . . 14.2. Sürücü Mahalli Düzenlemesi . . . 14.3. Gürültü ve Gürültüden Korunma . . . . 15. ÇEKİ VE BAĞLAMA ELEMANLARI . . . 15.1. Alet Bağlama Elemanları . . . 15.2. Üç-nokta Askı Sistemi . . . 15.2.1. Üç-nokta Askı Sistemiyle ilgili Tanımlar . . . 15.2.2. Üç-nokta Askı Sistemi Sınıflandırılması ve Boyutları . . . 15.3. Ön Yükleyici Kepçeleri . . . . 15.4. Hızlı Kavrayıcılar . . . 16. TRAKTÖR TESTLERİ . . . . YARARLANILAN KAYNAKLAR . . .
Sayfa 291 291 291 295 299 299 300 300 302 304 304 307 317
1 . GİRİŞ
Traktör, hareketli bir tahrik kaynağıdır ve tarımsal mekanizasyonun anahtar elemanı durumundadır. Tarımsal üretimde yer alan iş makinalarının güç kaynağı olan traktör, tarım işletmelerindeki makina yatırımlarının yaklaşık %50’sini oluşturur. Bilindiği üzere tarımsal mekanizasyonun başlıca iki ana amacı vardır;
1. Tarımda çalışanın verimliliğini arttırmak
2. Yapılan işin kalitesini arttırmak, tarım işini daha az zahmetli ve çekici yaparak çalışmanın karakterini değiştirmek.
İnsan, güç kaynağı olarak çok az etkindir. Çiftçi ürettiği üründen bir gelir bekliyorsa her şeyden önce verimli bir üretici olmak zorundadır. Üretici bu çabasında gereken güç kaynağına sahip olmalı, diğer bir ifade ile kendisi bizzat bir güç kaynağı olmamalıdır.
Bugün gelişmiş sanayi toplumlarının refahı incelendiğinde görülür ki, tarım ve ormancılık alanlarında sağlıklı ve gittikçe artan verimlilik hızlı kalkınmayı sağlamıştır. Özellikle birim tarım iş gücüne düşen kW-traktör gücü artışı hayat standardının artışı ile orantılı olmuştur.
Bugün traktörlerden beklenen istekler geçmişe nazaran çok farklıdır.
Bugünkü beklentiler:
Daha düşük toprak basıncı: Toprağı aşırı sıkıştırmamak ve bitkilerin bundan zarar görmesini önlemek amacıyla traktörler daha büyük hacimli lastiklerle donatılmalıdır. Bu sayede patinaj azalmaktadır.
İlerleme hızları daha dar kademelendirme: Diğer taşıtların aksine traktör, motorun tam gücünü düşük ilerleme hızlarında da verebilmelidir. Özellikle esas çalışma bölgesi olan 4-12 km/h hız alanında çok vites bulunmalıdır.
Enerjiden en iyi şekilde yararlanma: Mümkün olduğunca düşük yakıt tüketimi sağlanmalıdır. Motordaki ısı ve sürtünme kayıpları, transmisyon sürtünme kayıpları, lastikler üzerinden toprağa güç aktarmadaki kayıplar mümkün olduğunca düşük olmalıdır.
Sıra arası mesafeler ve bitki yüksekliği dikkate alınmalı: Bağ ve sebze tarımı ile diğer sıra kültürleri iz genişliği, toplam genişlik ve yükseklik ve traktörün karın yüksekliği açısından bazı istekler ortaya koymaktadır.
Ağırlık merkezi yere daha yakın olmalı: Böylece traktörün özellikle meyilli arazilerde çalışmasında emniyet artmaktadır.
Daha fazla konfor ve emniyet.
Traktör ve aletin daha kolay birbirine bağlanabilmesi.
Ön hidrolik kaldırma mekanizması ve ön kuyruk mili.
Bu çok farklı ve bazen de birbirine zıt istekler sonucunda, farklı traktör yapı tipleri ortaya çıkmıştır.
2 . TRAKTÖRÜN TARİHSEL GELİŞİMİ
Traktörün başlangıcı buhar gücünden yararlanmaya dayanır. İlk buhar makinasından kayış-kasnak düzeni yardımıyla yararlanılmaktaydı. Buhar makinası kendi yürür bir makina olmayıp, bir yerden diğerine koşum hayvanları ile taşınmaktaydı. Daha sonraları sabit buhar makinalarının yerlerini mobil buhar makinaları (lokomobil) aldı (Şekil 2.1).
Şekil 2.1. Buharlı pulluk tekniği [55]
Bu sistemde, lokomobil tarlanın kenarında durmakta bir çelik halat ile terazili pulluğu çekmektedir. Sistem; bir lokomobilli veya iki lokomobilli olabilmektedir. Ancak çok büyük ağırlık ve yüksek imalat masrafları söz konusu olduğundan 1890 tarihinden sonra buhar motoru yerine dört zamanlı içten yanmalı motor kullanılmaya başlandı. İlk konstrüksiyonlar tarlada çeki işinde değil de harman makinalarının tahrikinde yer aldı..
Tarlada çeki işlerinde traktör kullanımı daha sonraki yıllarda mümkün olabildi. 1907 yılında Almanya’da Robert Stock ilk motorlu pulluğu ortaya kondu [55].
Şekil 2.2. Robert Stock’un motorlu pulluğu [55]
Motorlu pulluklarda tüm ağırlık çeki geliştirmede yararlanıldı. Kendi yürür bu motorlu pulluk 20 kW gücünde idi (Şekil 2.2). Daha sonraları pek çok firma motorlu pulluk imalatına başladı. Almanya’da Hanomag firması motorlu pulluklarda motor gücünü 58 kW’ye kadar çıkarabildi.
Motorlu pulluklar daha sonraları seri olarak imal edilen gerek tırtıllı gerekse tekerlekli traktörlerin öncüsü oldular. 1920 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde geliştirilen ve büyük sayılarda imalatı yapılan Fordson traktörü yeni bir çığır açtı. İlk kez blok yapı şekli bu traktörde uygulandı. Yüksek emniyet ve hafif yapı bu traktörün belli başlı özelliklerindendi. 1921 yılında Lanz firması ilk Bulldog (9 kW) traktörü ortaya koydu. Kızdırma kafalı iki zamanlı olan motor tek silindirli ve düşük devirliydi. 1931 yılından itibaren daha ekonomik olan diesel motorları kullanılmaya başlandı. Bu yıllarda yapılan traktörler ağır çeki işlerinde ve kasnak tahrikinde kullanılıyordu. İlk kuyruk mili 1920 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nde tanıtıldı. 1930’lu yıllarda demir tekerleklerin yerini lastik tekerlekler aldı. Aynı şekilde üç nokta askı sistemi bu yıllarda ortaya konuldu. 1937 yılların da traktör ve aleti daha iyi eşleştirmek amacıyla hidrolik kaldırma mekanizması, 50’li yıllarda geliştirilmiş sürücü oturağı, kontrollü hidrolik kaldırma mekanizması gibi
donanımlar ilave edildi. 1970’li yıllarda traktörlerde dört tekerlek tahriki ortaya konuldu.
Daha sonraki yıllarda traktörün sadece arkasına ekipman bağlanarak çalıştırılması yerine bazı traktör modellerinde traktörün önüne de ekipman bağlanmasına olanak tanıyan ön bağlantı sistemleri kullanılmaya başlandı. Ayrıca ön kuyruk mili çıkışı sayesinde traktörün önüne takılan makinalar da çalıştırılabildi.
Genel teknik gelişmeler çerçevesinde olmak üzere traktörlerde son yıllarda büyük gelişmeler olmuştur. Eskiden yalnızca çeki makinası olarak düşünülen traktör, bugün çok yönlü bir enerji kaynağına dönüşmüştür. Diğer önemli bir gelişme; traktör hidroliğinde görülmüştür.
Kaldırma mekanizması ile bağlantılı olarak ağır yüklerin hareket ettirilmesi ve asma aletlerin kontrolü mümkün olabilmiştir. Hidrolik prizler yardımıyla yarı asılı veya çekilir aletlerin ihtiyaç duyduğu hidrolik güç kolayca alınabilir olmuş ve böylece pek çok tarım makinasının tasarımı ve verimliliği artmıştır.
Elektroniğin traktörlerde uygulanmaya başlamasıyla özellikle Elektro- Hidrolik kumanda ve kontrol tekniği konusunda büyük gelişmeler ve yenilikler yaşanmıştır. Böylece bir yandan mühendisin görev ve çalışma alanı değişirken, diğer yandan çiftçinin daha çok teknik bilgi ile donatılması gerekliliği ortaya çıkmıştır. Traktör transmisyonuyla ilgili alanda gelişmeler dikkate alındığında kademesiz hız kutularının gelişiminin altını çizmek gerekir. Hidrostatik-mekanik güç dallanmalı hız kutuları traktörlerde kullanılmaya başlanmıştır. İlerlemede kademesiz tahrik olanağı sayesinde çalışma hızının agro-teknik isteklere uydurulması mümkün olabilmiştir. Bu transmisyonların elektronik kontrol edilebilir olması farklı ilerleme stratejilerinin uygulanmasına olanak sağlamıştır.
2.1. Türkiye’de Traktörün Sayısal Değişimi
Türk tarımında mekanik gücün kullanılması I. Dünya Savaşı sıralarında alınan motorlu pulluklar ve buhar makinalarının Almanya'dan getirtilmesiyle başlandığı söylenebilir. 1936 yılında 1.308 adet olan traktör sayısı 1948 yılında 2.749'a ulaşmıştır. 1949 yılında Amerika Birleşik Devletleri’nin uyguladığı Marshall Planını ile Türkiye’de traktör sayısı önceleri 11.729'a, 1952'de 31.413'e, yükselmiştir. 1955 yılına kadar süregelen ve kaynağını dış yardımlarla dış satın alımların
oluşturduğu traktör sayısındaki artış, bu tarihten itibaren başlayan döviz sıkıntısı ve dış yardımlardaki azalma nedeniyle sınırlanmıştır. Bu arada yan sanayide meydana gelen olumlu gelişmeler nedeniyle montaj sanayiine dayalı traktör üretim tesisleri 1962 yılından itibaren ülkemizde kurulmaya başlamış ve bu güne kadar değişik firmalar traktör üretiminde bulunmuştur. Türkiye’de bazı traktör üreticisi firmalar üretimde bulunmuşlar fakat ekonomik ve diğer problemler nedeniyle daha sonra üretimlerine son vermişlerdir. 1963 – 2001 yılları arasında ülkemizde üretilen traktör ve parktaki toplam traktör sayıları Çizelge 2.1 de verilmiştir.
Çizelge 2.1. Türkiye’de Traktör Üretimi ve Toplam Traktör Sayısının Değişimi (Adet)
1963 1965 1967 1969 1971 1973 1975
Üretim 7.982 6.419 13.976 13.412 15.687 32.585 32.365 Toplam Park 50.844 54.608 74.982 96.407 118.525 156.139 243.066
1977 1979 1981 1983 1985 1987 1989
Üretim 31.380 14.484 25.358 41.799 37.830 35.986 18.077 Toplam Park 320.578 402.777 458.714 513.516 583.974 637449 672.845
1991 1993 1995 1998 1999 2000 2001
Üretim 21.381 32.809 44.068 60.500 27.435 37.434 15.052 Toplam Park 704.373 746.283 776.863 1.107.457 1.129.824 1.158.426 1.179.068
Kaynak:
- T.C.BAŞBAKANLIK DEVLET İSTATİSTİK ENSTİTÜSÜ VE OSD OTOMOTİV SANAYİİ GENEL İSTATİSTİK BÜLTENİ 2002-1
Üretim miktarları incelendiğinde toplam üretimde 60.500 adet ile 1998 yılında en yüksek değere ulaşıldığı, en düşük üretimin ise 6.419 adet ile 1965 yılında olduğu görülmektedir.
3 . TRAKTÖR YAPI ŞEKLİ
Tarımsal işlerin yapılmasında karşılaşılan değişik özellikteki uygulama koşulları ve istekler, traktörlerde farklı yapı ve büyüklükleri ortaya çıkarmıştır. Bu farklılık traktör genel kavramında görüldüğü gibi değişik yapı elemanlarının farklı tertip ve dizilişte olmasından da ileri gelir.
Traktörleri yapı tarzına göre sınıflandırabileceğimiz gibi tarımda kullanım amacına göre de traktörlerin bir sistematiğini vermek mümkündür. Şekil 3.1’de traktörler hareket sistemine göre tırtırlı ve tekerlekli traktörler olmak üzere öncelikle iki gruba ayrılmıştır. Tırtıllı traktörleri bir yana bırakacak olursak bugün en çok kullanılan traktör tipleri şunlardır
Tek akslı traktörler
Standart traktörler
Sürücü oturak yeri önde olan traktörler
Alet taşıyıcı traktörler
Çeki traktörleri
Özel amaçlı traktörler
Şekil 3.1. Tarım traktörlerinin sistematiği [ 36]
3.1. Tek Akslı Traktörler
Tek akslı traktörler küçük işletmelerde ve özellikle bahçe tarımında kullanım alanı bulmaktadır. Tek akslı traktör; iki tekerleği bulunan bir akstan ibaret olup, bu aks aynı zamanda bir blok halinde motoru taşımaktadır (Şekil 3.2). Traktör ağırlığı iki tekerlekte mesnetlenmiştir.
Ancak bu durum hareket doğrultusunda stabil (dengeli) olmadığından sürücü üçüncü mesnet noktasını oluşturmaktadır. Bu traktöre uygun, kolayca sökülüp takılabilen bir dizi ekipman geliştirmiştir. Ekipmanlar öne veya arkaya bağlanabilmektedir (Şekil 3.2’deki taralı alanlar).
Genellikle 3-6 kW Otto motoru veya 5,5-9 kW Diesel motoru kullanılmaktadır. Tek akslı traktörün kütlesi 100-400 kg arasında değişmektedir. Toprağa güç aktarılmasında zorunlu koşul yeteri kadar adhezyon ağırlığının mevcut olmasıdır. Ağırlık merkezi yere yakın olduğundan tek akslı traktörün yanal stabilitesi iyidir ve bu nedenle meyilli arazilerde başarı ile kullanılabilmektedir.
Küçük tekerlekler tüm konstrüksiyon elemanlarında küçük dönme momentleri oluşturduklarından sürücünün koluna gelen kuvvetler küçük kalmaktadır. Ancak küçük tekerleklerde elde edilebilen çeki kuvveti büyük tekerleklerle ulaşılabilen çeki kuvvetinden düşüktür. Tek akslı traktörlere ait bazı değerler Çizelge 3.1’de gösterilmiştir.
Şekil 3.2. Tek akslı traktör Çizelge 3.1. Tek Akslı Traktörlere Ait Bazı Değerler [13]
Sınıfı Güç (kW)
Ağırlık (kg)
Güç Ağırlığı (kg/kW)
Hız Kademesi
İlerleme Hızı (km/h)
İz Lastik
Hafif 3,5-4,5 120 34 2 ileri 0,9-2,0 Farklı 4.00-8
Orta 4,5-6 200-280 55 6 ileri-
2 geri
1,4-2,0 Farklı 7.00-18
Ağır 7,5-9 450-550 75 6 ileri-
2 geri
1,4-1,8 Farklı 6.50-20
Tek akslı ve tek tekerlekli traktör modellerine rastlanmaktaysa da bu modeller çok küçük bahçe işlerinde kullanılmak üzere üretilmiştir.
Genellikle otto motoru (benzinli) tarafından tahrik edilen tekerlek çeki geliştirmekte ve arkasına takılmış küçük bir toprak frezesi çapalama işlerinde kullanılmaktadır.
3.2. İki Akslı Traktörler
Tarlada ve yolda üniversal kullanma olanakları nedeniyle iki akslı traktörler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Şimdi iki akslı traktörleri kullanım alanlarına göre inceleyelim;
3.2.1. Standart Traktörler
Ekonomik öneme sahip standart traktörler çiftçinin temel güç kaynağıdır.
Standart traktörler (25-150 kW) üniversal traktör olarak tüm tarım işlerinde kullanılabilmektedir. Uygun toprak koşullarında arka tekerlek tahriki yeterlidir. Arka tekerlekler ön tekerleklere nazaran daha büyüktür.
Ön tekerlekler genel olarak dümenleme tekerlekleri olarak hizmet görürler. Asma tip aletlerin asma alanı traktörün arkasıdır. Sürücü oturağı yaklaşık arka aks üzerindedir. Blok yapı tarzına sahip olup yürüme organları (tekerlekler) süspansiyona sahip değildir. Motor bloku ön aksa pandüllü bağlanmıştır. Genel olarak traktör ağırlığının %40’ı ön aksa,
%60’ı arka aksa düşmektedir. Ağırlık merkezi aks açıklığının 1/3’ü mesafede olmak üzere arka aks önündedir. Motor gücünün aletlere aktarımı çeki kuvveti, kuyruk mili tahriki ve hidrolik bağlantılar şeklinde olmaktadır.
75 kW’nin üzerindeki traktörler genellikle dört tekerlek tahriki olarak imal edilmektedir. Arka tekerleklerin ön tekerleklere nazaran daha büyük olduğu dört tekerlek tahrikli traktörlerde ön tekerleklerin tahriki isteğe bağlıdır. Bu tip traktörler; arka tekerlekleri tahrikli standart traktörler ile dört tekerleği de eşit büyüklükte olan dört tekerleği tahrikli traktörler arasında yer alır. Bu tip traktörler, Japonya’da çok popülerdir, çünkü yumuşak ve yaş toprak koşullarını içeren çeltik tarımında çok iyi bir çeki karakteristiği göstermektedir.
Şekil 3.3’de tipik bir standart traktör görülmektedir. Bu traktörlerde ön alet askı sistemi ve ön kuyruk mili tahriki isteğe bağlıdır. Dört silindirli (50-75 kW) motora sahip böyle bir traktörün aks açıklığı yaklaşık 2400 mm civarındadır. Avrupa’da dört tekerlek tahrikli (4WD) küçük güçlü (15 kW) bağ-bahçe traktörleri imal edilmektedir. Dört tekerlek tahrikli traktörler çatı dümenlemesi (belden kırma dümenleme) veya tekerlek
dümenlemesi olabilmektedir. Büyük güçteki dört tekerlek tahrikli traktörler (100 kW’nin üzerinde) çeki traktörleri olarak da isimlendirilmekte olup, 250 kW’nin üzerindeki traktörler hem önde hem de arkada ikiz lastik tekerleklerle donatılmaktadır. Bu traktörlerde arka ve ön aksta mümkün olduğunca eşit yük dağılımı sağlamak amacıyla motor öne veya ön aks üzerine doğru kaydırılmaktadır.
Şekil 3.3. Standart traktör
3.2.2. Sistem Traktörleri
Sürücü oturağı öne veya ortaya alınmış sistem traktörleri daha fazla konfor ve daha iyi görüş sağlamaktadır (Şekil 3.4). Dört tekerlek tahrikli olan bu traktörler, traktöre uygun yapılmış bir dizi aletlerle çok yönlü kullanıma imkan vermektedir. Sürücü arkasında bulunan platform devrilir kasa olarak yapılabildiğinden yumru bitkilerinin hasadında depo yerine geçmektedir.
Şekil 3.4. Sistem traktörü [9]
3.2.3. Yüksek Hızlı Traktör
Yüksek hızlı traktörde sürücü koltuğu ön aksa yakındır. Traktör üzerindeki kullanım alanları bakımından bir anlamda alet taşıyıcılarla akrabadır. Ayrıca bu tip traktörler geleneksel traktörlere nazaran yüksek ilerleme hızlarına (80 km/h’a kadar) imkan vermektedirler (Şekil 3.5).
Taralı alanlar traktörün kullanım alanlarını göstermektedir.
Şekil 3.5. Yüksek hızlı traktör (UNIMOG)
3.2.4. Alet Taşıyıcı Traktörler
Alet taşıyıcı traktör Almanya’ya has bir traktör şeklidir. Daha fazla alet bağlama ve tek iş gücünden yararlanma düşüncesinin tasarıma yansımış şeklidir. Motor, transmisyon ve sürücü oturağı arka aksa çok yakın bulunmaktadır. Böylece akslar arasına ve öne bağlanan aletler çok iyi görülebilmekte, kolayca sökülüp takılabilmektedir (Şekil 3.6). Ancak aletlerin de bu traktöre uygun olarak imal edilmiş olmaları gerekmektedir. Uzunlamasına kirişi üzerine yerleştirilen platform ve depo, taşıma, ekim ve ilaçlama işlerinde kullanılmaktadır.
Şekil 3.6. Alet taşıyıcı traktör (FENDT)
3.2.5. Özel Traktörler
Özel traktörler, belirli bir amaç ve tarımsal uğraşı alanı için az sayıda özel olarak imal edilen traktörlerdir. Çok değişik tiplerde karşımıza çıkmaktadırlar.
Dar İz Genişlikli Traktörler: Standart traktörlerin dar izli olanıdır (Şekil 3.7). Motor gücü genelde 60 kW’den küçüktür. Dar izli olduklarından dış genel ölçüleri de küçüktür. Örneğin böyle bir traktörde genişlik 0,5-1,3 m dir. Ağırlık merkezi oldukça yere yakın bulunmaktadır. Bağ ve meyve plantasyonlarında dallara çarpma ve dokunmayı önlemek amacıyla motor kaportası ve çamurluklar keskin kenar ve köşeli olarak yapılmamıştır.
Şekil 3.7. Dar iz genişlikli traktör
Yüksek Çatılı Traktörler: Yüksek çatılı traktörlere köprü traktörler de denilmektedir. 2 metreye kadar varan karın yüksekliği sayesinde bağ, meyve ve diğer özel kültürlerde sıra üzerinden ilerlemek mümkün olmaktadır (Şekil 3.8). Tekerlekler zincirle veya hidrostatik olarak tahrik edilmektedir. Standart traktörlerin tahrik yapı elemanlarından yararlanarak az sayıda ve sipariş üzerine imal edilmektedir.
Şekil 3.8. Yüksek çatılı traktörler
Geniş İzli Traktörler : Anglo-sakson ülkelerinde geniş izli traktörlerle yapılan denemeler başarılı olmuştur. Portal traktör daima daha önce hazırlanmış ve bastırılmış yolda gidip gelmektedir (Şekil 3.9). Bu tarım şekline kontrollü trafik denilmektedir. Bundan amaç; kültür bitkileri civarındaki toprağı sıkıştırmamak ve bundan bitkilerin zarar görmesini engellemektir. Kontrollü trafik yöntemi 6; 8 ve 10 m genişliğindeki bir şerit alanı istemekte ve tarım tekniğinden tamamen yeni bazı istekleri beraberinde getirmektedir. Sadece işlenen alan genişliği değil bunun yanında dümenleme, tahrik, alet bağlama gibi bir çok problemleri vardır.
İngiltere’de bu isteklere uygun yapılan geniş iz alet taşıyıcısına
“Gantries” denilmektedir [45]. Gene İngiltere’de geliştirilen ve Dowler Gantry geleneksel tarım sisteminde sadece bakım işlerinde ve ayrıca çapa bitkilerinin ekim ve çapalanmasında kullanılmaktadır.
Şekil 3.9. Geniş izli traktör [45]
3.2.6. İki Akslı Traktörlerde Çatı Yapısı
Bugün imal edilen traktörlerde yapı şekilleri farklı görüşlere göre şu gruplara ayrılmaktadır (Şekil 3.10).
Blok Yapı: Blok yapı şeklinde taşıyıcı parçalar dökümdür. Üstünlükleri:
Büyük sayıdaki seri imalat için masraf azaltıcı bir konstrüksiyon şeklidir.
Yapı gruplarının taşıyıcı elemanları olan gövdeler birbirlerine cıvatalar ile bağlanmaktadır.
Montaj basit ve kolaydır.
Buna karşın model masrafları yüksektir. Hafif yapı ancak çok dar sınırlar arasında mümkündür, çünkü döküm parçalarında belirli bir cidar kalınlığının altına inilmemektedir.
Şekil 3.10. Traktör çatı yapı şekilleri
Yarım Çatı Yapı: Yarım çatı dizayn şekli döküm ve kaynak çelik profillerin kombinasyonudur. Bu konstrüksiyonda motor yarım çatıya bağlanmakta ve bir kardan mili ile hareket dişli kutusuna iletilmektedir.
Bu yapı tarzında dişli kutusunun güç sınırı müsaade ederse değişik sınıftaki motorları bağlamak mümkün olmaktadır.
Çatılı Yapı: Çerçeve şeklinde çelik profillerin kaynak yapılmasıyla oluşturulmuş çatı; yapı elemanlarını taşımaktadır. Bu yapı tarzında daha sonra geliştirilmiş başka bir yapı grubunun ilavesi örneğin yeni bir dişli mekanizmasının montajı mümkündür. Hafif yapı tekniği bu yapı tarzında (yeni malzemelerin kullanımı) uygulanabilir.
Blok Yapı Yarım Çatı Çatılı
3.2.7. İki Akslı Traktörlerde Tekerlek Büyüklüğü ve Aks Yükü Dağılımı
Ön Küçük – Arka Büyük Tekerlekler
Alt güç grubundaki traktörlerde görülür (Şekil 3.11). Traktör ağırlığının
%30’u ön, %70’i arka aksa düşmektedir. Genelde dört tekerlek tahriki uygulanmaz. Ön aksı daha basit ve daha az masraflı tasarlamak mümkündür. Manevra kabiliyeti yüksektir. Buna karşın çeki kuvveti geliştirmesi yüksek düzeyde değildir, ayrıca tahrik tekerleklerinde görülen patinaj da yüksek olmaktadır.
Biraz Daha Büyük Ön Tekerlekler-Büyük Arka Tekerlerler
Dört tekerlek tahriki sayesinde daha büyük çeki kuvveti geliştirmektedir.
Traktör ağırlığının %40’ı ön, %60’ı arka aksa düşmektedir (Şekil 3.11).
Ön tekerleklerin büyümesi sonucu toprak basıncı azalmakta ve arka tekerlek ön tekerleğin izinden gitmektedir (Multipas-Effekt). Buna karşın ön aksın da tahriki nedeniyle ön aks konstrüksiyonu komplike ve masraflı olmaktadır. Tekerlek sapma açısının küçük olması sonucu manevra yeteneği azalmaktadır.
Eşit Büyüklükte Ön ve Arka Tekerlekler
Traktör ağırlığının %50’si ön, %50’si arka aksa düşecek şekilde eşit dağılmıştır (Şekil 3.11). Dört tekerlek tahriki söz konusudur. Bir üstteki dizaynda ileri sürülen hususlar burada da geçerlidir. En büyük sorun dümenlemedir. Bu konuda belden kırma dümenlemeye veya dört tekerlek dümenlenmesine gitmek çözüm olabilir.
Şekil 3.11. Tekerlek büyüklükleri ve aks yükü dağılımları
%30 %70 %40 %60 %50 %50
3.2.8. İki Akslı Traktörlerde Sürücü Oturma Yeri (Kabin) Konumu Oturma Yeri (Kabin) Arka Aks Üzerinde
Bu genelde standart traktörlerde görülen geleneksel bir sistemdir (Şekil 3.12a). Arkaya bakış, yani arkada asılı veya çekilir aletleri gözetleme iyidir. Ancak ön aksına bağlanan ekipmanları ve traktör önünü görmek iyi değildir.
Şekil 3.12d’de sürücü oturma yeri arka aks üzerinde olan traktörlerin özel bir hali olan alet taşıyıcı traktör görülmektedir. Bu traktörde Şekil 3.12a’ya göre ön görüş imkanı daha iyidir.
Oturma Yeri (Kabin) İki Aks Arasında
Hem arka, hem de ön görüş ve kontrol çok iyidir (Şekil 3.12b).
Oturma Yeri (Kabin) Ön Aks Üzerinde
Özel traktörlerde ve hız traktörlerinde uygulanır. Ön taraf çok iyi görülmekte ancak arkayı kontrol zorlaşmaktadır (Şekil 3.12c).
Şekil 3.12. Traktörlerde kabin konumu
Şekil 3.12. Traktörlerde kabin konumu
(a) (b) (c)
(d)
a) Traktör kabini arka aks üzerinde b) Traktör kabini iki aks arasında c) Traktör kabini ön aks üzerinde
d) Alet taşıyıcı traktörde (a’nın özel hali)
4 . TRAKTÖR YAPI ELEMANLARI
Traktörlerin temel yapı elemanları motor, aktarma organları, yürüme organları, dümenleme, fren donanımı, hidrolik kaldırma mekanizması, alet bağlama ve tahrik elemanlarıdır (Şekil 4.1).
Şekil 4.1. Traktörlerde önemli fonksiyon gruplarının çok sık rastlanan diziliş şekli [55]
Standart traktörlerde hakim olan blok yapı tarzında vites kutusu ve arka aks bir bütün oluşturmaktadır. Grup prensibinin uygulanmasıyla bir taraftan ana hız kutusunda dişli sayısı azaltılmakta, diğer taraftan ilerleme hızı spektrumu tarla (yavaş) ve yol (hızlı) hızlarına ayrılmaktadır. Hareket kavraması ve kuyruk mili kavramasının birleştirilmiş bir şekli olan çift kavrama üzerinden vites kutusu motor tarafından tahrik edilmektedir. Dişli tahrik katarının önünde senkromeç dişli kavramalı ince kademelendirilmiş (split kademe) bir mekanizma bulunabilir. Bunun arkasında senkromeç yapılı 3...6 kademeli ana vites kutusu ile 2...4 kademeli grup vites kutusu yer almaktadır. Diferansiyel dişli kutusu ve diferansiyel kilidi üzerinden hareket akslara ulaşmaktadır.
Planet dişli mekanizması veya alın dişlilerinden oluşan son redüksiyon mekanizmasından önce traktörün işletme frenleri yer almaktadır.
4.1. Motor
Motor yakıtta mevcut olan kimyasal enerjiyi mekanik enerjiye çevirir ve traktörün güç kaynağını oluşturur. Bugün traktörlerde dört zamanlı ve çoğunlukla 3 ve 4 silindirli Diesel motorları kullanılmaktadır (Şekil 4.2).
Şekil 4.2. Üç silindirli, su soğutmalı, 2,94 litre strok hacimli bir traktör motoru (J.Deere)
Motor gücünün artırılması ve bir motor tipinin güç spektrumunun genişletilmesi amacıyla turboşarjlı dört ve altı silindirli motorlar yaygın kullanma alanı bulmuşlardır (Şekil 4.3).
Turboşarj tarafından silindire sevk edilen hava herhangi bir engel ve sınırlamaya uğramadan silindire dolmakta ve bunun sonucunda kısmi yük altında dahi hava bolluğu sayesinde silindirde çok temiz yanma sağlanmakta ve iyi bir tesir derecesi elde edilmektedir.
Şekil 4.3. Turboşarj sistemi egzos gazı akışı kompresörde taze havayı sıkıştırmaktadır
Direkt püskürtmeli bir Diesel traktör motorunun karakteristik işletme değerleri Çizelge 4.1’de gösterilmiştir.
Çizelge 4.1. Direkt Püskürtmeli Traktör-Diesel Motorlarının Karakteristik Değerleri
Özellikler Değerler Açıklamalar
Silindir başına strok hacmi (litre) 0,8 - 1,2 Motor strok hacmi (litre) 2 - 12 Anma devir sayısı (dev/dak) 2000 - 2600
Silindir başına güç (kW) 12 - 15 (14-22) turboşarj motorlarda Dönme momenti artışı (%) 10 - 25 (25-35) bireysel motorlarda
Strok/çap oranı 1,15 – 1,25 Ortalama 1,20
Ortalama piston hızı (m/s) 8 - 11 anma devir sayısında Minimum yakıt tüketimi (g/kWh) 205 - 230
Nominal yakıt tüketimi (g/kWh) 220 - 250
Sıkıştırma oranı 17 - 19
Ortalama basınç (bar) 6 - 7,3 (7,7-11) turboşarj motorda Güç ağırlığı (kg/kW) 4 - 8
4.2. Motorlara İlişkin Tanımlar ve Eşitlikler Motor Strok Hacmi:
Bir silindirin alt ölü noktası ile üst ölü noktası arasında kalan hacmine
“silindir strok hacmi” ve motordaki silindir hacimlerinin toplamına
“motor strok hacmi” denir.
z 4 s
d V .
2
H
VH= Motor strok hacmi (dm3) d= Silindir çapı (dm)
s= Strok (dm) z= Silindir sayısı
Motor silindir hacmi dikkate alındığında; strok hacmi ile, üst ölü noktanın üzerinde kalan yanma odası hacminin toplanması gerekir.
Motor güç büyüklüklerine göre motor strok hacimleri şu şekilde gruplandırılabilir:
Motor gücü
kW (PS)
22 – 29 (30 – 40)
29 – 44 (40 – 60)
44 – 59 (60 – 80)
49 – 88 (80 – 120)
>88 (> 120) Strok
Hacmi VH 1,5 – 2,7 2,3 – 3,3 3,0 – 5,6 4,0 – 6,6 5,6 – 11,4
Efektif Piston Basıncı:
Silindir yanma odasında emme basıncı, sıkıştırma basıncı ve ateşleme basıncı şeklinde farklı basınçlar oluşmaktadır. Bunların ortalamasına efektif piston basıncı (pe) adı verilmektedir. Diesel motorlarında piston basıncı 6-11 bar arasındadır. Bu değer emme motorlarda 6-8 bar, turboşarjlı motorlarda 9-11 bar’dır.
n . V
P . p 1200
H ef e
Pef = efektif motor gücü (kW) n= devir sayısı (d/dak) VH= strok hacmi (lt)
pe = efektif motor basıncı (bar)
Ortalama Piston Hızı:
Silindir içinde hareket eden pistonun ortalama hızıdır.
n . s . 2
vort vort = ortalama piston hızı (cm/s)
s = strok (cm) n= devir sayısı (d/s)
Genellikle traktör motorlarında ortalama piston hızı vort= 8-10 m/s dir.
Motor Gücü:
Motorlarda iki çeşit güçten söz edilmektedir. Bunlardan birincisi “İndike Güç” (iç güç); motorun silindirleri içinden veya piston üzerinden alınan güçtür. Bu gücün %15-%30’u motordaki parçaların hareketi sırasında ortaya çıkan sürtünmeyi yenmek için harcanır. Sürtünmeye harcanan güç, indike güçten çıkarılırsa geriye kalan faydalı güç veya “Efektif Güç” tür.
İkinci güç olarak ele alınan efektif güç (faydalı güç) pratikte daha çok
kullanılmaktadır. Bu gücü ölçmenin birçok şekilleri olmakla birlikte, en çok fren cihazlarıyla (Bremse) ölçüm yapılmaktadır. Efektif motor gücü;
9549 n . P M
1200 n . p . P V
ef M
e H ef
Pef = efektif motor gücü (kW)
VH = motor strok hacmi (dm3) pe ≈ piston basıncı (bar) n = motor devir sayısı (d/dak) MM= motor döndürme momenti (Nm)
Motor gücü faklı kuruluşlarca yapılan ölçümler sonucunda farklı değerler şeklinde verilmektedir. Bu güçlerin karşılaştırmaları sırasında hangi kuruluş tarafından ölçmelerin yapıldığının dikkate alınması gerekmektedir. O nedenle kuruluşun ismini belirten harflerin de gücün yanında yazılması uygun olacaktır. Fren testleriyle motor gücü ölçülmekte ve bu ölçmeler sırasında motorun üzerindeki yardımcı parçaların olması veya olmaması ölçülen değeri etkilemektedir. Yaygın olarak DIN (Alman) ve SAE (Amerikan) normları dikkate alınmaktadır.
DIN – kW : Motor gücü ölçülürken motorun tüm donanımları üzerinde ölçüm yapılmaktadır.
SAE – kW : Motor gücü ölçülürken motor kavraması, hava filtresi, şarj dinamosu, su pompası, marş motoru ve egzos çıkarılmaktadır.
CUNA-kW: Motor gücü ölçülürken egzos ve hava filtresi çıkarılmaktadır.
DIN ve SAE normlarına göre elde edilen değerler arasında bir fark oluşmaktadır. Buna göre SAE değerleri DIN değerlerinden %15-20 daha büyük çıkmaktadır.
İtalyanlar tarafından tercih edilen CUNA normuna göre yapılan testlerde motor gücü DIN-normuna göre %5-10 daha büyük çıkmaktadır.
Anglosakson ülkelerde motor gücü değerleri kW yerine BHP (Brake Horsepower) fren beygir gücü şeklinde verilmektedir.
1 HP = 1,014 PS = 0,746 kW 1 PS = 0,736 kW dır.
Motor Döndürme Momenti:
Motor krank milinde ölçülen momenttir.
n 9549P
MM ef Pef = efektif motor gücü (kW)
n = motor devir sayısı (d/dak) MM= motor döndürme momenti (Nm)
Yakıt Tüketimi:
Motorun birim zamanda tükettiği yakıt miktarına “Yakıt Tüketimi“
denmektedir ve B (kg/h) olarak gösterilir. Birim güç başına tüketilen yakıt miktarına “Özgül Yakıt Tüketimi” denmektedir ve be (g/kWh) olarak gösterilmektedir.
ef
e P
100 .
b B B = Yakıt tüketimi (kg/h)
be= Özgül yakıt tüketimi (g/kWh) 1 kWh = 3,6 . 106 J = 3,6 . 103 kJ
e u. H b 1
HU ≈ 41 860 (kJ/kg)
HU ≈ 11,6 (kWh/kg) ηe = verim
Örnek:
Traktör motorunun gücü 55 kW (Jhon-Deere 6100), silindir çapı 106,5 mm, strok 127 mm, silindir sayısı 4, motor devir sayısı 2300 d/dak olduğuna göre;
a) Motor strok hacmi;
] lt [ 525 , 4 4 . 27 , 1 4 .
) 065 , 1 ( . 14 , z 3 . s 4 .
d V .
2 2
H
b) Efektif piston basıncı;
6,34 [bar]
2300 . 525 , 4
55 . 1200 n
. V
P . p 1200
H
e ef
c) Ortalama piston hızı;
] s / m [ 73 , 9 ) s / cm [ 82 , 972 3 , 38 . 7 , 12 . 2 n . s . 2
vort
d) Motor momenti;
] Nm [ 2300 228
9549 55 n
9549P
MM ef
bulunur.
Bu eşitliklerden görüleceği üzere güç ve moment hıza bağlıdır. Ancak dönme momentinin mutlak değeri yanında devir sayısına bağlı olarak nasıl değiştiği önemlidir. Bu açıdan dönme momenti artışının önemi vardır. Bir motorun dönme momenti artışı (Şekil 4.4);
Moment artışı .100 [%]
M M M
anma anma max
Mmax = Maksimum moment
Manma = anma devir sayısındaki moment
olarak ifade edilir
Şekil 4.4. Tam gaz konumunda traktör- diesel motorlarında momentin devir sayısına bağlı değişimi
Diesel Motoru Karakteristikleri
Bir Diesel motorunun değerlendirilmesinde en önemli kriter onun motor karakteristiğidir. Bir test merkezinde ölçme tekniği yardımıyla motorun karakteristik değerlerini belirlemek mümkündür. Tam yük karakteristiğinin belirlenebilmesi için motorun tam gazda yani en yüksek devirde çalıştırılması gerekir. Bu esnada devir kontrollü bir dinamometre (Bremse) vasıtasıyla motor yüklenir, yani frenlenir. Ölçme sırasında devir sayısı, motor momenti ve yakıt tüketimi sürekli kaydedilir. Devir sayısı ve döndürme momentinden motor gücü hesaplanır. Güç ve yakıt tüketiminden özgül yakıt tüketimi belirlenir. Moment, güç, mutlak ve
özgül yakıt tüketimi değerleri motor devir sayısına bağlı olarak değişimi diyagram şeklinde gösterilir.
Şekil 4.5’de bazı kavram ve ilişkiler açıklanmıştır. Şekil 4.5a’da moment-devir sayısı ilişkisi verilmiştir. Diyagramda hem mutlak değerler, hem de anma noktasına oranlanmış değerler eksenlere taşınmıştır. Önce anma devir sayısını tanımlayalım; Bir motorun anma devir sayısı öğle bir devir sayısıdır ki, bu değerin aşılması halinde motorun regülatörü hemen tepki göstererek yakıt miktarını azaltır ve böylece motor devir sayısının aşırı artışını önler. Mekanik regülatörler oransal regülatörlerdir (P-regülatör). Bu regülatörün sinyal alabilmesi için anma devir sayısının üstünde belirli bir devir sayısı alanına gereksinim vardır. Bu nedenle en yüksek devir sayısı anma devir sayısının bir miktar üstünde bulunur. En yüksek devir sayısı ve anma devir sayısı arasındaki farka P-derece denir ve anma devir sayısının yüzdesi olarak ifade edilir. Bir motorun anma devir sayısının üstündeki noktaların oluşturduğu eğriye regülatör ayar eğrisi denir. Bu bölgede yakıt miktarı azaltıldığından moment ve güç eğrileri hızla düşmektedir.
Motor anma devir sayısının altında kalan devir sayılarını kapsayan bölgedeki moment eğrisine tam yük karakteristik eğrisi adı verilir. Bu bölgede momentin arttığı görülmektedir. Anma devir sayısındaki moment ile maksimum moment değerleri arasındaki farka moment artışı denir ve bu farkın anma momentine oranına yüzde moment artışı adı verilir. Moment artışı sayesinde ani görülen yük tepeleri sonucu motorun yıkılması önlenir.
Anma devir sayısı ile maksimum momentin görüldüğü devir sayısı arasındaki farka devir sayısı düşüşü denir ve bu farkın anma devir sayısına oranı yüzde alarak ifade edilir. Devir sayısı düşmesi ne kadar yüksek olursa, maksimum moment değerinin rölanti devir sayısı yönünde kayması da o kadar fazla olur.
Şekil 4.5b’ de motor gücünün motor devir sayısına bağlı olarak değişimi görülmektedir. Anma devir sayısındaki güce anma güç denir. Anma devir sayısının altındaki bölgede anma gücünden daha büyük bir güce rastlanırsa buna güç fazlalığı denir ve kW ile ifade edilir. Anma gücün üstündeki bu güç durumuna karşı gelen devir sayısı bölgesine sabit güç bölgesi adı verilir. Dişli kutusunda seçilen bir transmisyon oranında çalışılırken herhangi bir yük artışı ile karşılaşılırsa motorun devir sayısının düşmesine rağmen motorun aynı gücü verdiği görülür Bu motorlara sabit güç motorları adı verilir.
Şekil 4.5. Diesel motoru karakteristikleri
Şekil 4.5c’ de mutlak yakıt tüketimi (l/h) ve özgül yakıt tüketimi (g/kWh) verilmiştir. Mutlak yakıt tüketimi eğrisi güç eğrisine benzer bir değişim göstermektedir, zira motordan daha fazla güç talep edilirse motorun daha fazla yakıta ihtiyaç olacağı doğaldır. Ancak özgül yakıt tüketiminin verilmesi daha anlamlıdır, çünkü tüketilen yakıt motor gücüne oranlanmaktadır. Buna göre;
e M
P . b B
dır.
Özgül yakıt tüketimi eğrisinin ilginç olan yanı regülatör ayar eğrisi bölgesinde hızlı bir artış göstermesidir. Bunun nedeni motor momentinin bu bölgede hızla düşmesi ve kayıp momentlerin (sürtünme, sıkıştırma, şarj dinamosu, sübap tahriki, püskürtme pompası v.s.) hızla artmasıdır.
Bu nedenle minimum yakıt tüketimi yaklaşık olarak maksimum moment civarında bulunmaktadır.
Şekil 4.6. Bir traktör motorunun karakteristik diyagramı be = özgül yakıt tüketimi ( g/kWh)
B = mutlak yakıt tüketimi (l/h)
= yakıt yoğunluğu (kg/m3) PM =motor gücü (kW)
Şekil 4.6’da bir Diesel motorunun komple karakteristik diyagramı verilmiştir. Ordinata moment (tam yük eğrisi değerleri) apsise motor devir sayısı taşınmıştır. Tam yük eğrisi altında kalan alanda sabit özgül yakıt tüketimi eğrileri görülmektedir Buradan görüleceği üzere özgül tüketim azaldıkça motor momenti artmaktadır. Karakteristik diyagrama ayrıca sabit güç eğrileri de taşınmıştır. Maksimum devir sayısı başlangıcından itibaren tam yük eğrisi yakınına kadar sabit güç eğrileri izlenecek olursa özgül yakıt tüketiminin sürekli azaldığı görülmektedir.
Örneğin motor 2200 dev/dak da 50 kW güçte çalışırken yakıt tüketimi 300 g/kWh iken bu kez 1150 dev/dak da aynı gücü vermesi halinde özgül yakıt tüketiminin 214 g/kWh ya düştüğü görülmektedir. Bu durumda % 28 lik bir yakıt tasarrufu sağlanmaktadır.
Bir Diesel motorunun karakteristik diyagramı yakından incelenecek olursa traktör aktarma organları konusunda bazı sonuçlara varmak mümkündür. Konuyu daha iyi açıklayabilmek için 4 ayrı motor çalışma bölgesi seçildiğini kabul edelim (Çizelge 4.2).
Çizelge 4.2. Motor Çalışma Bölgeleri (Örnek)
Motordan olan istek Çalışma alanı
Maksimum güç maksimum gücün elde edildiği bölge
Daha düşük yakıt tüketimine rağmen oldukça yüksek güç
maksimum momentin elde edildiği bölge
Orta düşük güç isteği devir sayısı mümkün olduğunca düşük
Kuyruk mili ile çalşma sabit devir sayısı
Motordan maksimum güç alınmak istenirse (1) tam yük bölgesinde olmak üzere maksimum güce tekabül eden bir devir sayısında çalışmak gerekir. Bu çalışma noktası ağır çeki işlerinde çalışan bir traktörün çalışma halidir.
Sürücü ağır çeki çalışmasında yakıttan biraz tasarruf sağlamak isterse (2) motor gücünün bir kısmından vazgeçmesi gerekir. Motorun çalışma noktası bu durumda tam yük eğrisi üzerinde kalmak şartı ile biraz daha düşük bir devir sayısına, ancak daha yüksek bir moment ve uygun yakıt tüketimine doğru kayma gösterir.
Kısmı yük bölgesinde bakım işlerinde çalışan traktörden orta veya daha düşük bir güç istenir (3). Mümkün olduğunca düşük bir yakıt tüketimine ulaşabilmek için yeterince motor devir sayısını düşürmek gerekir.
Kuyruk mili ile çalışmada (4) motor devir sayısının sabit kalması istenir.
Bu durumda motor çalışma noktası sadece yük momentine bağlıdır.
Son yıllarda motor gelişiminde en çok üzerinde durulan konulardan biri ekzos gaz emisyonudur. En düşük emisyon değerlerinin yerine getirilmesinde motor imalatçıları için iki seçenek vardır. Birinci seçenek daha masraflı olup yeni bir motor konstrüksiyonu gerektirmektedir. Daha kolay olan ikinci seçenek; mevcut motor modellerinde yapılacak değişikliklerle gittikçe artan ihtiyaçları karşılamaktır. Enjektör püskürtme zamanı burada önemli bir rol oynayacaktır. Bu seçenek “Common Rail” (Ortak ray) yüksek basınç püskürtme sistemidir (Şekil 4.7). Bu sistemde değiştirilebilmesi mümkün olabilen yüksek püskürtme basıncı (1000-1400 bar), püskürtme zamanı, püskürtme süresi gibi bir çok seçenekler vardır. Yanma ve egzos oluşumuna her devir sayısı ve yük alanında elektronik olarak müdahale edilebilir. Bu sistemde bulunan bir alçak basınç besleme pompası yakıtı filtre üzerinden yüksek basınç pompasına iletmektedir. Bu pompa yakıtı yüksek basınç borusuna (ray) pompalamaktadır. Bu yüksek basınç borusuna tüm enjektör-manyetik valflerle bağlanmıştır. Enjektörlerin manyetik vafleri bir elektronik sistem tarafından kumanda edilmektedir (Şekil 4.7).
Şekil 4.7. Common-Rail (Ortak ray) yüksek basınç püskürtme sistemi
5
TEKERLEK MEKANİĞİ
5.1. Kinematik
Rijit bir tekerleğin serbest (kaymasız) yuvarlanması esnasında tekerlek yol düzlemine bir O noktasında temas eder (Şekil 5.1). Bu noktaya biz ani dönme merkezi demekteyiz. Bu noktada hız vo= 0 dır.
Şekil 5.1. Tekerlek jantında alınan noktaların hız vektörlerinin büyüklük ve doğrultuları
Tekerlek hareket halinde iken çevresi üzerinde alınacak her bir nokta ayrı bir hıza sahip olacaktır. Tekerleğin açısal hızı ω ise tekerlek çevresinde alınan bir B noktasının hızı vB=OB.ω ’dır. Bu tekerleğin aks merkezinin (M noktası) n devir sayısında aldığı yol so= 2.π.ro.n ‘dir. Eğer tekerleğe bir moment uygulanırsa, momentin yönüne bağlı olarak O noktasının da bir vo hızı olacaktır. Tekerleğe uygulanan moment bir tahrik momenti ise O noktasının hızı bu durumda tekerleğin hareket yönüne zıt doğrultudadır (Şekil 5.1). Bu durumda tekerlek ile ortam arasında toprağın hareketi söz konusudur. Bunun sonucu toprakla tekerlek arasında kayma (patinaj) oluşur. Patinajlı yuvarlanan tekerlekte ani dönme merkezi, artık tekerleğin yola temas ettiği nokta değildir. O noktası O' noktasına kaymıştır ve
0e
0 e
r . i 1 r
2 r . 2 . i 1 2 r s
bu durumda re efektif yarıçap re< r0 dır. Sanki tekerlek küçülmüş gibidir.
Hız değişimi lineer olduğundan
0 0
0 0 0
0 k 0
r . i i r
r . ) i 1 ( y
v . v r y
v v v v v y
y r
yazılabilir. Buna göre patinajlı yuvarlanan bir tekerlekte ani dönme merkezi yuvarlanma dairesinin M merkezinden y = (1-i) ro kadar uzaklıkta bulunur. Uygulanan moment bir fren momenti ise tekerleğin ani dönme merkezi O noktası değil tekerlek dışındaki bir O' noktasıdır.
Böyle bir tekerlek sanki ona bağlanmış
0 g
o
e (1 i).r
V V r V
r
yarıçaplı yardımcı bir tekerleğin yörüngeden re – ro mesafe kadar altta bulunan bir izde kaymasız yuvarlanıyormuş gibi düşünülebilir.
Rijit (katı) tekerlek jantı üzerinde alınan bir noktanın çizdiği yörünge Söhne [70] tarafından tanımlanmıştır. Katı zemin üzerinde serbest yuvarlanan bir tekerlek jantında alınan noktanın hareket parametreleri;
x = ro (ωt – sin ωt) y = ro (1 – cos ωt)
dır. Burada ro = tekerlek yarıçapı ω= açısal hız
t = zaman
ro .ω.t =alınan yoldur.
Katı zeminde yuvarlanan katı tekerlek bir patinaja sahip olabilir. Bu durumda patinajlı bir tekerleğin parametreleri;
x = ro [(1-i) ω t-sin ω t]
y = ro (1– cos ω t)
dır. Bu durumda aksın aldığı yol ise;
ro (1-i) ω t = (1-i) v.t
dır. Pozitif ve negatif nedeniyle yörüngede meydana gelen değişmeler Şekil 5.2’de görülmektedir.
Şekil 5.2. Sert bir zeminde yuvarlanan rijit bir tekerleğin çevresindeki bir noktanın çizdiği yörünge A: serbest yuvarlanan; B: patinajlı (i= %25) C: frenlenen (i= -%25) tekerlek hali [70]
Patinaj (kayma)
Patinajlı yuvarlanma hareketinde traktörün tahrik tekerleği traktörün geliştirdiği çeki kuvvetinin büyüklüğüne göre az veya çok bir patinaj değerine sahiptir (Şekil 5.3).
Şekil 5.3. Patinajın tanımı
Patinajsız yuvarlanan tekerleğin M merkez noktası, n devirde aldığı yol so = 2 π ro n
dır. Aynı tekerlek bu kez çeki geliştiren bir traktörün tahrik tekerleği ise, M noktası bu defa aynı dönü sayısında s yolunu alacaktır. Burada s < so
dır. Aradaki fark patinaj (kayma) dır. Bu farkın patinajsız alınan yola izafe edilmesi
0 0
0 s
1 s s s s
i
bize patinajı verecektir. Patinaj hızlar cinsinden de ifade edilebilir.
0 0
0 0
r . 1 v r .
v r . r
v
i
Burada; ω= tekerleğin açısal hızı, v= ilerleme hızı, ro= yuvarlanma yarıçapıdır.
Söhne [70] ve Steiner’in [74] analizlerine göre elasto-plastik bir ortamda çeki geliştiren bir tekerleğin patinajı şu üç bileşenden oluşmaktadır:
Lastik karkas ve tırnağının teğetsel deformasyonu
Teğetsel toprak deformasyonu
Temas yüzeyindeki kayma Patinajın Ölçülmesi
Birçok patinaj ölçme yöntemleri vardır. Bunlardan iki yöntemin ayrı bir önemi vardır. Birincisi anlık patinajın ölçülmesi, ikincisi ise belirli bir ilerleme mesafesinde ortalama patinajın ölçülmesidir. Anlık patinajın ölçülmesinde modern ölçü aletlerine gereksinim vardır. Bu nedenle 1985 yılından sonra Doppler radar sensörü traktörlerde görülmeye başlandı. Bu radar sensörün zemini doğru açıda görecek şekilde traktöre monte edilmesi gerekmektedir. Patinaj kontrollü üç nokta asma sisteminde (Şekil 5.4) Doppler hız sensörü traktörün reel ilerleme hızını ölçerek elektronik devreye bunu bildirmektedir. Diğer taraftan traktörün son redüksiyon dişli mekanizmalarına yerleştirilen ayrı bir devir sensörü tarafından ölçülen mil devri (sıfır patinaj) de elektronik devreye aktarıldıktan sonra elektronik devre bu değerleri hesaplayarak patinajı belirlemektedir [79]. Sürme esnasında elektronik çeki kontrol sistemi daha önce ayarlanmış bir patinaj değeri (örneğin %15 patinaj) sınırına kadar çalışmaktadır. Patinaj bu limiti aşarsa sürme derinliğine müdahale edilmekte ve patinaj azalıncaya kadar pulluk kaldırılmaktadır.
Şekil 5.4. Ek patinaj kontrollu elektronik kaldırma mekanizması (Bosch)
