Tarım makineleri tasarımında yapısal optimizasyon tekniklerinin uygulanması üzerine bir araştırma: Tamburlu çayır biçme makinesi örneği

Bu araştırmada, tarım alet ve makine tasarımlarının geliştirilmesi ve iyileştirilmesi süreçlerinde kullanılabilecek, ileri düzey bilgisayar destekli tasarım (CAD: Computer Aided Design), mühendislik (CAE: Computer Aided Engineering) ve yapısal optimizasyon tekniklerini referans alan bir bilgisayar destekli yapısal optimizasyon uygulama algoritması geliştirilmiştir. Geliştirilen algoritma, traktör kuyruk milinden hareketli bir hasat makinesi olan Tamburlu Çayır Biçme Makinesi (TÇBM)?ne ait bazı yapısal elemanlar üzerinde, farklı optimizasyon tekniklerinin (Topoloji, şekil ve boyut optimizasyonu) örneklendirilmesi ile uygulamaya konulmuştur. Uygulama örneklerinde takip edilen adımlar, özellikle sektör çalışanlarının ve araştırmacıların farklı tarım alet ve makinelerinin yapısal optimizasyonu süreçlerinde de kullanabilmesi amacıyla ayrıntılı bir şekilde açıklanmıştır. Ele alınan TÇBM uygulama örneğinde, makinenin tasarım amacına uygun ve tasarım amacını zorlayıcı gerçek yüklenme koşullarını temsil eden bir toplam çalışma çevrimi senaryosu kurulmuştur. Bu senaryo referans alınarak, makineye ait bazı yapısal elemanlar ve bazı hareket iletim elemanlarının çalışma koşullarındaki deformasyon davranışı ve gerilme dağılımları incelenmiştir. Bunun için CAE destekli (Sayısal), teorik (Analitik) ve bir dizi fiziksel testlere bağlı deneysel gerilme analizleri gerçekleştirilmiştir. CAE analizlerinde ileri düzey üç boyutlu katı modelleme teknikleri ve Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM: Finite Elements Method), Fiziksel testlerde ise TÇBM?nin askı, taşıma ve hasat pozisyonundaki gerilme analizleri için Strain Gauge (Gerinme Ölçme) yöntemi kullanılmıştır. Fiziksel testler neticesinde elemanlar üzerindeki gerilme dağılımları deneysel olarak elde edilmiştir. Buna göre makinenin en yüksek derecede yüklendiği çalışma koşulunun tarla içi yolda, yol pozisyonu taşıma koşulunda olduğu, ancak bazı yapısal elemanlar için ortaya çıkan gerilme değerlerinin bu yüksek çalışma koşullarında dahi malzeme hasar kriterinin oldukça altında kaldığı tespit edilmiştir. Bununla birlikte CAE destekli analizler, teorik ve fiziksel testler ile doğrulanarak, CAE destekli analizlerin gerçek çalışma koşullarını tatmin edici derecede karşıladığı ve seçilen TÇBM elemanları için yapısal optimizasyon çalışmalarının yapılabilirliği ortaya konulmuştur. Takip eden aşamada fiziksel yüklenmenin en yüksek olduğu çalışma koşulu referans alınarak, geliştirilen algoritmaya ait uygulama adımları takip edilmiş ve farklı optimizasyon teknikleri farklı yapısal elemanlar üzerinde örneklendirilmiştir. Gerçekleştirilen topoloji, şekil ve boyut optimizasyonu uygulama örneklerinde, ele alınan yapısal elemanların optimizasyon öncesi ağırlıklarına göre sırasıyla % 24.24, % 18.00 ve % 40.64 oranında malzeme azaltılması gerçekleştirilmiş ve optimize edilen geometrilere ait imalat çıktıları hazırlanmıştır. ANAHTAR KELøMELER: Bilgisayar Destekli TasarÕm (CAD), Bilgisayar Destekli Mühendislik (CAE), Sonlu Elemanlar Yöntemi (FEM), YapÕsal Optimizasyon, TarÕm Makineleri TasarÕmÕ, ÇayÕr Biçme Makinesi.