Ulud. Üniv. Zir. Fak. Derg., (2002) 16(2): 93-100
Titreşimli Zeytin Hasat Makinalarında Kullanılan Mekanizmanın Kinematik Analizi
Eşref IŞIK*
ÖZET
Bu çalışmada, ülkemizin zeytin üretim alanlarında henüz yaygın ola- rak kullanılmayan ve üreticimiz tarafından benimsenmeye çalışılan, “titre- şimli (sarsıntılı) zeytin hasat makinasının” mekanizma yapısı incelenmiş ve bilgisayar ortamında kinematik analizi yapılarak, teorik performansının sı- nır değerleri saptanmıştır.
Anahtar Sözcükler: Mekanizma, Kinematik, Vibrasyon, Hasat, Zey- tin.
ABSTRACT
Kinematical Analysis of Mechanism for Vibratory Olive Harvesting Machinery
In this study, it has been studied construction of mechanism for vi- bratory olive harvesting machinery that was made kinematical analysis on computer and it was described limiting level parameters of theoretical per- formance.
Key Worlds: Mechanism, Kinematical, Vibration, Harvest, Olive.
GİRİŞ
Zeytin üretim mekanizasyonunda en fazla işgücü gereksinimi duyu- lan işlemlerin başında hasat gelmektedir. Bundan dolayıdır ki işçilik ücretleri nedeniyle yüksek bir maliyet oluşturmaktadır.
* Yrd.Doç.Dr. Uludağ Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları Bölümü,Bursa.
Bursa yöresinde yapılan anketler sonucunda ortaya çıkan, zeytin üre- tim aşamalarında ağaç başına işçilik maliyetleri Şekil 1’de verilmiştir.
GÜBRELEME HASAT İLAÇLAMA SULAMA BUDAMA
2,08 3,29
0,99 0,11
2,27
0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50
Ağaç başına maliyet ($)
Şekil1.
Mekanizasyon uygulamalarında ağaç başına işçilik maliyeti (IŞIK, 2002).
Şekil 1 incelendiğinde, sulama uygulamasında ağaç başına işçilik maliyetinin 0,11 $ ile en düşük değerde, budama ve hasat gibi uygulamalar- da ise sırasıyla 2,27 $ ve 3,29$ ile yüksek değerlerde olduğu görülmektedir.
Bunun nedeni ise bu tür uygulamalarda makina kullanımının yok denecek kadar az olmasıdır.
Bu nedenle özellikle hasat işleminde kullanılmak üzere, bölgelerin arazi durumlarına uygun zeytin hasat makinalarının geliştirilmesi, üretilmesi ve kullanımının yaygınlaştırılması, işlem maliyetlerinin düşürülmesi açısın- dan yüksek derecede öneme sahiptir.
MATERYAL ve YÖNTEM
Materyal
Bu çalışmada materyal olarak yerli olarak üretilen titreşimli zeytin hasat makinası kullanılmıştır. Makinanın şematik resmi şekil 2’de verilmiştir.
Zeytin hasat makinası hareketini benzinli bir termik motordan al- maktadır. Motordan 6000 d/d ile gelen dönü hareketi dişli kutusuna girmekte ve dişli kutusundaki 1:5 oranındaki redüksiyon ile 1200 d/d dönü hızıyla krank-biyel mekanizmasına ulaşmaktadır. Krank uzunluğu 3 cm olan meka- nizmadaki 1200 d/d açısal hız değeri, biyel aracılığıyla düzgün doğrusal ha- reket olarak hasat çubuğuna iletilmekte ve 6 cm genlikte titreşim sağlamak- tadır. Hasat çubuğunun uç kısmında bulunan kancanın zeytin dallarına ta-
kılmasıyla, elde edilen bu düzgün doğrusal hareket yardımıyla dal sarsılmak- ta ve zeytin tanelerinin düşmesi gerçekleşmektedir.
Şekil 2.
Titreşimli zeytin hasat makinesi
Yöntem
Titreşimli zeytin hasat makinalarında kullanılan mekanizma, üç dö- ner ve bir kayar eleman çiftinden oluşan krank-biyel mekanizmasıdır. Kran- kın dönme hareketi tahrik parametresini oluşturmaktadır. Mekanizmanın çıkışı ise kayar eleman çiftinin sağladığı düzgün doğrusal harekettir. Bu ne- denle mekanizma serbestlik derecesi bir olan düzlemsel bir mekanizmadır.
Mekanizmanın şematik resmi şekil 3’de verilmiştir.
Şekil 3.
Zeytin hasat makinasının kinematik şeması
Burada, AAo= r (krank), AB = l (biyel) parametreleri olarak tanım- lanırsa, β biyel açısı sinüs teoreminden,
motor
Dişli kutusu Krank-biyel mekanizması
Hasat çubuğu
kanca Silindir-piston
A
Ao γ B
ω
γ β sin
sin
l=
reşitliği elde edilir. Burada pistonun krank merkezinden olan uzaklığı “X”
olarak tanımlanırsa,
β γ . sin cos
.
lr
X
= +
bağıntısı elde edilir. Birinci denklemde elde edilen “ β” açısı ikinci denk- lemde yerine konursa,
2
sin . 1 cos
.
− +
= γ γ
l l r r
X
bağıntısı elde edilir. Kök içerisindeki terim açıldığında,
γ
γ
22 22
. sin 1 2 sin
1
lr l
r
= −
−
ve
2 2 cos
sin
2γ = 1 − γ
olarak alındığında,) 2 . cos (cos 4
. 4
2
γ γ
l r r
l l r
X
= − + +
eşitliği elde edilir. Bu eşitlik, pistonun herhangi bir “γ” açısına bağlı olarak konumunu veren eşitliktir. Bu eşitliğin zamana göre birinci dereceden türevi alındığında,
) 2 sin . . .(sin 2
. ω γ γ
l r r
Xı
= +
pistonun herhangi bir konumundaki hız değerini veren eşitlik elde edilir.
Zamana göre ikinci dereceden türev ise,
) 2 cos . .(cos
. ω2 γ γ
l r r
Xıı
= +
pistonun herhangi bir konumundaki ivme değerini veren eşitliği üretir.
Elde edilen bu eşitlikler, mekanizmanın her noktadaki konum, hız ve ivme değerlerini belirleyici denklemlerdir.
Mekanizmanın kinematik olarak tanımlanabilmesi amacıyla, elde e- dilen bu eşitlikler bilgisayar ortamına aktarılmış ve oluşturulan program ile mekanizmanın “konum-zaman”, “hız-zaman” ve “ivme-zaman” eğrileri ta- nımlanmıştır.
ARAŞTIRMA SONUÇLARI ve TARTIŞMA
Araştırmada materyal olarak kullanılan zeytin hasat makinasının krank uzunluğu (r) 3 cm, biyel uzunluğu (l) ise 12,3 cm olarak, yöntem kıs- mında açıklanan eşitliklerde yerlerine konulmasıyla, bilgisayar ortamında konum, hız ve ivme eğrileri elde edilmiş ve sırasıyla Şekil 4, 5 ve 6’da ve- rilmiştir.
Ayrıca mekanizmada önemli bir parametre olan krank uzunluğunun değiştirilmesiyle, mekanizmada meydana gelen kinematik değişiklikler gra- fiksel olarak tanımlanmıştır.
0 2 4 6 8 10 12 14 16
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 zaman(o)
konum (cm)
3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1cm 2cm
Sekil 4.
Mekanizmanın konum-zaman eğrileri
Şekil 4 incelendiğinde, 3 cm krank uzunluğunda oluşan konum- zaman eğrisi ölü konumlarda sıfır değerine yaklaşmakta ve 180 derece çev- resinde ise maksimum genlik değeri olan 6 cm’ye ulaşmaktadır. Diğer eğri- ler incelendiğinde ise yine ölü konumlarda sıfır değerine yaklaşıldığı, 180 derece sınırlarında ise krank uzunluğuna bağlı olarak maksimum genlik de- ğerlerine ulaşıldığı görülmektedir. Burada krank uzunluğuna bağlı olarak artan genlik değerleri, hasat işlemi sırasında, zeytin dallarının daha fazla sar- sılmasına neden olacağından kırılmalara yol açabilecektir.
-1500 -1000 -500 0 500 1000 1500
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
zaman(o)
hız(cm/s)
3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1cm 2cm
Şekil 5.
Mekanizmanın hız-zaman eğrileri
Şekil 5 incelendiğinde, herbir krank uzunluğunda elde edilen eğrile- rin sinüs eğrisi olarak gerçekleştiği görülmektedir. Ölü konumlardan sıfır hız ile harekete başlayan eğriler gidiş zamanı içerisinde yaklaşık 90 derece ko- numunda maksimum seviyelerde görülmekte ve daha sonra 180 derece ko- numuna yaklaşıldıkça hız değerleri düşerek sıfıra yaklaşmakta ve 180 dere- cede sıfır olmaktadır. 180 derece konumunda hareketine devam eden eğriler gidiş zamanını tamamlayarak dönüş zamanına geçmekte ve hız değerleri 270 derece konumuna doğru artmakta ve maksimum değerden dönüş yaparak 360 derecede tekrar sıfır olmaktadır.
Değişik krank uzunlukları eğrileri incelendiğinde, krank uzunluk de- ğişimlerinin, eğrilerin seyrini fazla etkilemediği görülmektedir.
Mekanizmanın ivme-zaman eğrileri incelendiğinde, 2, 3 ve 4 cm krank uzunluğu değerindeki eğrilerin tipik cosinüs eğrisi çizdikleri görül- mektedir. 5, 6 ve 7 cm krank uzunluklarında ise özellikle 100 derece ile 200 derece konumları arasında ivme değerlerinde alternatif hareketlenmeler söz konusudur. Bu hareketlenmeler dinamik kuvvetlerin dengelenmesini zorlaş- tıracağından, mekanizmanın sağlıklı çalışmasını engelleyecektir.
Pratikte yapılan çalışmalar da göstermiştir ki zeytin hasat makinalarının ağaca zarar vermeden zeytin tanelerini düşürdükleri en uygun genlik değerleri 4 cm ile 8 cm arasındadır (ERDOĞAN, 1990).
-100000 -50000 0 50000 100000 150000 200000
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360
zaman (o) ivme (cm/s2 )
3cm 4cm 5cm 6cm 7cm 1cm 2cm
Şekil 6.
Mekanizmanın ivme-zaman eğrileri
Bu değerlerin krank uzunluk karşılıkları ise 2 cm ile 4 cm’dir. İvme eğrilerinde görüldüğü gibi bu bölgelerde cosinüs eğrisine uygun eğriler elde edilmektedir. Bu da mekanizmanın güvenli bir şekilde çalışabilirliğinin gös- tergesidir.
SONUÇ
Titreşimli zeytin hasat makinalarında kullanılan krank-biyel meka- nizmasının kinematik analizi sonucunda, biyel uzunluğu sabit kalmak koşu- luyla, değişen krank uzunluklarının mekanizmanın ivme eğrilerinde değişim- lere neden olduğu saptanmıştır. 2 cm, 3 cm ve 4 cm krank uzunluklarında elde edilen ivme-zaman eğrileri mekanizmayı dinamik kuvvetler açısından zorlamayacağından uygundur.
Ancak 5 cm, 6 cm ve 7 cm krank uzunluklarında elde edilen eğrile- rin belirli noktalarında dalgalanmalardan dolayı dengelenemeyecek dinamik kuvvetler ortaya çıkabilir. Ayrıca 10 cm, 12 cm ve 14 cm genlik değerleri hasat işlemi sırasında dal kırılmalarına neden olabilir.
KAYNAKLAR
DİLMAÇ, M., 1989. Hasat Makinaları Mekanik Tahrik Sistemlerinin Opti- mum Tasarımı, TZDK Mesleki Yayınları Yayın No: 53, Ankara.
PASİN, F., 1987. Mekanizma Tekniği, İTÜ Vakfı, Kitap No:
16,İstanbul.
ERDOĞAN, D., 1990. Meyvelerin Makine İle Hasadında Önemli Paramet- reler, Tarım Makinaları Bilimi ve Tekniği Cilt 2. No.1, ISBN 975- 482-053-8, Ankara.
IŞIK, E., DARGA, A., 2002. Bursa ve Yöresinde Zeytin Üretiminde Meka- nizasyon Düzeyinin Belirlenmesi, U.Ü. Ziraat Fakültesi Dergisi (Ba- sım Aşamasında).
KEÇECİOĞLU, G., 1975. Mekanizma Tekniği, Ege Üniv. Müh. Bil.Fak.
Tekstil Bölümü Yayınları No: 1, İzmir.
SÖYLEMEZ, E., 1981. Şeker Pancarı Hasat ve Toplama Makinaları Dizaynı, SEGEM Yayın No: 87, Ankara.
PASİN, F., 1975. Mekanizmaların Konstrüksiyonu, İTÜ Mühendislik Mi- marlık Fakültesi Sayı: 103, İstanbul.
PASİN, F., 1984. Makine Dinamiği, İTÜ Kütüphanesi Sayı: 1276, İstanbul.
TAMEROĞLU, S., ÖZBEK, T., 1996. Dinamik, Birsen Basın Yayın, ISBN 975-511-048-8, İstanbul.
