Rijit ve Dar Uç Demirli Ağır Kültivatör Ayağı ve Bağlantı Elemanlarının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Mukavemet Analizi


Çomaklı M., Sayıncı B.

34. Ulusal Tarımsal Mekanizasyon ve Enerji Kongresi, Bilecik, Türkiye, 7 - 09 Eylül 2022, ss.8-9

  • Yayın Türü: Bildiri / Özet Bildiri
  • Basıldığı Şehir: Bilecik
  • Basıldığı Ülke: Türkiye
  • Sayfa Sayıları: ss.8-9
  • Atatürk Üniversitesi Adresli: Evet

Özet

Bitkisel üretimde tohum yatağı hazırlama yöntemlerinin optimum bir şekilde uygulanması için toprak işleme aletlerinin geliştirilmesi önem taşımaktadır. Kültivatör önemli bir ikinci sınıf toprak işleme aleti olup, toprak işleme uygulamalarında yoğun olarak kullanılmaktadır. Bu çalışmada, katı modeli oluşturulan bir toprak işleme aletinin uygulamadaki çalışma koşulları göz önünde bulundurularak ANSYS Workbench programında sonlu elemanlar analizi yapılmıştır. Doğu Anadolu Bölgesinde “Bayburt tırmığı” ismiyle anılan ve yaygın olarak kullanılan sabit ayaklı ağır kültivatörün ayak bağlantı elemanlarının sıklıkla kesme kuvvetine karşı direnç geliştiremediği ve bağlantı elemanıyla ilgili tamirat masraflarının oluştuğu gözlemlenmiştir. Bu gerekçeyle çalışmada ayak uç demiri ve bağlantı elemanları için statik ve değişken gerilme yükleri altında yer değiştirme ve eşdeğer gerilme analizleri yapılmış ve bunun sonucunda parçaların maruz kaldığı yüke karşı emniyet katsayısı belirlenmiştir. Modelleme çalışmalarında işleyici organ olarak görev yapan uç demiri, sabit ayağa kaynaklı şekilde monte edilmiştir. Uç demir ayağı ise ana çatıya sökülebilir bağlantı elemanları (vidalı pim) ile bağlanmıştır. Toprak işleme aletinin çalışma hızı ve toprak yapısı göz önünde bulundurularak bir ayağa gelen kuvvet teorik olarak hesaplanmış ve optimum ağ (mesh) yapısı oluşturulmuştur. Rijit ayaklı uç demiri ve sabit ayak normalleştirilmiş karbon çeliği 1030; destek parçaları ve bağlantı elemanları ise yapı çeliği olarak tanımlanmıştır. Statik analiz sonuçlarına göre uç demir ve ayak için toplam yer değiştirme 0.18 mm ve eşdeğer gerilme 69,9 MPa olarak belirlenmiş ve emniyet katsayısı 4,9 olarak hesaplanmıştır. Benzer şekilde statik yüke maruz kalan destek parçaları ve bağlantı civataları için toplam yer değiştirme 0.002 mm ve eşdeğer gerilme 108.7 MPa olarak bulunmuş ve emniyet katsayısı 2,2 olarak hesaplanmıştır. Uygulanan sınır koşullarında uç demir ve bağlantı elemanları için statik koşullarda hesaplanan maksimum eşdeğer gerilmeler, malzemelerin akma muvemetinden daha düşüktür. Statik koşullarda emniyetli bir bağlantı elde edilmesine karşın gerçek koşullarında değişken gerilme yüklerine maruz kalan parçalar için yorulma analizi sonuçları incelendiğinde bağlantı elemanlarının emniyet katsayısı 0,7 olarak bulunmuştur. Bu sonuca göre kültivatör ayağının montajında kullanılan bağlantı elemanlarının yüksek mukavemetli çelikten imal edilmesi veya imalat ölçülerinin arttırılması gerektiği sonucuna varılmış ve ANSYS programında yapılan yorulma analizi bulgularının gerçeğe oldukça yakın olduğu saptanmıştır. 

In order to ensure sustainability in crop production and to implement reduced seedbed preparation methods, the development of soil processing tools is important. In this study, finite element analysis was performed in the ANSYS Workbench program by considering the working conditions encountered in the practice of a heavy-type cultuvator with a narrow-end anchored rigid leg with a solid model created in the ANSYS Workbench software. It has been observed that the foot fasteners of the fixed-legged heavy cultivator commonly used in the Eastern Anatolia Region called “Bayburt harrow” often cannot develop resistance to the cutting force and repair costs associated with the fastener occur. For this reason, the displacement and the equivalent stress analyses were performed under static and variable stress loads for the narrow share and fasteners in the study and as a result, the safety coefficient against the load to which the parts were subjected was determined. The narrow share, which serves as the processing part in the modeling work, was welded to the fixed leg. The narrow share pillar was connected to the main roof with detachable fasteners (screw pin). Considering the speed of operation of the cultivator and the soil structure, the force coming to one foot was theoretically calculated and the optimal mesh structure was created. The narrow share with rigid legs was defined as normalized carbon steel 1030, and the support parts and screw pins were defined as structural steel. According to the results of static analysis, the total displacement for the narrow share foot was determined to be 0.18 mm and the equivalent stress was determined to be 69.9 MPa, and the safety coefficient was calculated to be 4.9. Similarly, the total displacement for the support parts and connection pins subjected to static load was found to be 0.002 mm and the equivalent stress was 108.7 MPa, and the safety coefficient was calculated as 2.2. The maximum equivalent stresses calculated in static conditions for narrow share and fasteners under applied boundary conditions were lower than the yield strength of the materials. Although a safe connection is obtained under static conditions, the fatigue analysis results for parts subjected to variable tensile loads under real conditions have been examined and the safety coefficient of screw fasteners has been found to be 0.7. According to this result, it was concluded that the screw fasteners used for the installation of the cultivator foot should be made of high-strength steel or the manufacturing dimensions should be increased, and it was found that the fatigue analysis results performed in the ANSYS program are quite close to the truth.