Farklı ağız yapısına sahip kültivatör uç demirlerinin çeki kuvveti üzerine etkisinin sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak belirlenmesi

Abstract

Toprak işleme alet ve makinalarının tasarımında ve optimizasyonunda bilinmesi gereken en önemli dinamik parametre çeki kuvvetidir. Günümüzde toprak işleme alet ve makinalarında çeki kuvveti değişik yöntemlerle belirlenebilmektedir. Bunlar deneysel, analitik ve nümerik yöntemlerdir. Nümerik yöntemler içinde özellikle sonlu elemanlar yöntemi toprak işleme alet ve makinalarının tasarımında ve çeki kuvveti tahminlerinde yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Toprak makine ilişkisinde sonlu elemanlar yönteminin kullanılması yeni ekipmanların ve makinaların tasarım, optimizasyon ve değerlendirilmesinde büyük kolaylıklar ve ekonomiklik sağlamıştır. Toprak makine ilişkisini tanımlamada kullanılan önemli yazılımlardan biri ANSYS dir. ANSYS Sonlu elemanlar yöntemini kullanarak toprak-makine ilişkisini analiz edebilen güçlü bir nümerik yazılım programı olması ve gerçek toprak parametrelerinin ve sınır şartlarının simülasyona girilmesiyle gerçeğe çok yakın sonuçlar vermesi nedeniyle bu çalışmada kullanılmıştır. Çalışmada, kültivatörler için kullanılabilecek farklı ağız yapılarına sahip (düz, sivri ve çatal şekilli) uç demirleri kullanılmıştır. Bu uç demirlerinin farklı çalışma hızlardaki (1.5 m s-1, 2.5 m s-1 ve 3.5 m s-1) çeki kuvveti değerleri belirlenmiştir. ANSYS içerisinde gömülü toprak modelleri mevcut olup bu modeller içerisinden Drucker and Prager modeli kullanılarak uç demirleri ile elde edilen çeki kuvveti değerleri belirlenmiştir. Bu model toprak makine ilişkisini temsil eden en iyi model olarak belirtilmektedir. İlerleme hızının artması ile çeki kuvvetinin arttığı belirlenmiştir. Ancak çatal uç demirinin diğer uç demirlerine göre hız artışından daha az etkilendiği belirlenmiştir. Bu durum bu uç demirini diğerlerinden daha önemli bir konuma getirmiştir. En yüksek çeki kuvveti 3.5 m s-1 ilerleme hızında düz uç demiri ile 1.64 kN olarak bulunmuştur. En düşük çeki kuvveti ise 1.5 m s-1ilerleme hızında çatal uç demiri ile 0.39 kN olarak bulunmuştur.