Design of a drive cutting unit of a pneumatic presicion direct seeding machine to increase seeding performance

Gereksiz yere ve aşırı toprak işleme, tarım topraklarına önemli düzeyde zarar vermektedir. Bu zarardan kaçınmak için uygulanması gereken “Toprak İşlemesiz Ekim'de en önemli sorunlardan birisi, ekim makinesi gömücü ayaklarının, toprağa yeterince batırılarak istenilen ekim derinliğinde ekim yapamamasıdır. Bu tezin amacı olarak; doğrudan ekim makinelerinin gömücü ayaklarının önünde bulunması gereken anız kesici disklerin çalışma devri hidrolik olarak ayarlanabilir şekilde tahrik edilerek, anızla kaplı olan toprağın daha rahat kesilmesi ve gömücü ayakların toprağa daha iyi batması sağlanarak ve ekim makinesinin ekim performansının arttırılması hedeflenmiştir. Bu kapsamda TÜBİTAK desteği de alınarak, piyasada bulunan tek dane doğrudan ekim makinelerine uygulanabilir bir sistem tasarlanmıştır. Sistem tasarımı SOLIDWORKS programı kullanılarak yapılmıştır. Tasarlanan parçalar ve makineye ilişkin mekanik mühendislik analizleri, yine aynı program kullanarak yapılmıştır. Çalışma kapsamında, “Geniş Ondüleli” (8 Ondüle) ve “Dar Ondüleli” (13 Ondüle) iki farklı profilde Çizi Açıcı Kesici Disk kullanılarak, farklı profildeki Çizi Açıcı Kesici Disklerin, doğrudan ekim makinesi performansına etkileri araştırılmıştır. Ayrıca, tasarlanan devir hızı ayarlanabilir sistem ile, Çizi Açıcı Kesici Diskler, 65-130-180 devir/dakika hızlarında çalıştırılarak, çizi açıcı kesici disklerin devir sayılarının, doğrudan ekim makinesi performansına etkileri araştırılmıştır. Tasarımı yapılan sistem, hem “Balta” hem de “Disk” Tip Gömücü Ayaklağa Sahip Tek Dane Doğrudan Ekim Makinelerine uygulanmış ve bu sayede, farklı gömücü ayak tiplerinin (Balta ve Disk) doğrudan ekim performansları da mukayese edilmiştir. Tasarımı yapılan sistemin uygulandığı doğrudan ekim makinelerinin çalışma performansını belirlemek amacı ile “Laboratuvar” ve “Tarla Denemeleri” gerçekleştirilmiştir. Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makineleri Laboratuvarında, yapışkan bant üzerinde; makineler düzde, öne doğru yüzde 5-10-15 meyilde ve yana doğru yüzde 5-10-15 meyilde 3 tekerrürlü olarak çalıştırılarak “ikizleme”, “boşluk” ve “tohum zedeleme” oranı değerleri araştırılmıştır. Tasarlanan sistemin uygulandığı doğrudan ekim makinelerinin tarla başarı ölçütleri, Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Menemen Araştırma, Uygulama ve Üretim Çiftliğinde belirlenen parsellerde, tesadüf parselleri deneme desenine göre 3 tekerrürlü olarak yapılan denemeler ile belirlenmiştir. Tarla denemesi kapsamında; “Toprak Üstü Organik Madde Miktarı”, “Toprak Parçacık Dağılımı”, “Toprak Nem Değişimi”, “Toprak Sıcaklık Değişimi” , “Toprak Sıkışması Değişimi”, “Patinaj”, “Yakıt Tüketimi”, “Çeki Kuvveti ve Çeki Gücü Gereksinimi” değerleri ve bu değerler üzerine makinenin varyasyonlarının etkileri araştırılmıştır. Tasarlanan makineler ile, kışlık buğday hasadı sonrası anız üzerine doğrudan ekim yapılan Mısır (Zea Mays) tohumlarının “Bitki Çıkış ve Gelişim Değerleri” gözlemlenmiştir. Bu kapsamda “Tarla Çıkış Derecesi” , “Bitki Boyu”, “Ekim Derinliği”, “Bitki Kök Uzunlukları”, “Kabul Edilebilir Bitki Aralığı” değerleri araştırılmıştır. Tarla denemeleri sonucu elde edilen sonuçlar IBM SPSS programı ile istatistiksel analize tabi tutulup, analiz sonuçları yorumlanmıştır. Yapılan çalışma sonucunda “kışlık buğday arkası anıza doğrudan mısır ekimi” operasyonu çerçevesinde incelenen Gömücü Ayak Tipi, Kesici Disk Formu ve Kesici Disk Devir Hızı faktörlerinin(değişkenlerinin) her birisinin, ölçülen performans kriterleri bakımından farklı farklı etkileri olduğu ve genel geçel bir etkisi olmadığı gözlemlenmiştir. Ayrıca incelenen değişkenlerin interaksiyonlarının da farklı etkiler oluşturduğu gözlemlenmiştir. Tarla Denemeleri sonucunda elde edilen Bitki Gelişim Değerleri bakımından en iyi sonuçların Balta Tipi Gömücü Ayağa Sahip Doğrudan Ekim Makinesinde, Dar Ondüleli Çizi Açıcı Kesici Diskin 130 d/dk hızında çalıştırılması ile elde edildiği gözlemlenmektedir. En kötü sonuçların da Balta Tipi Doğrudan Ekim Makinesinde Geniş Ondüleli Çizi Açıcı Kesici Diskin 65 d/dk hızında çalışması ile elde edildiği gözlemlenmiştir. Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında pnömatik tek dane ekim makinelerinin tümüne uygulanabilir ve tüm makineleri anıza ekim yapabilir hale getirebilen, çalışma devri ayarlanabilir hidrolik tahrikli çizi açıcı sistem tasarlanmış; tasarlanan sistem, başarılı bir şekilde üretilip uygulanmış ve uygulanan sistemin çok iyi performans ile tatmin edici sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca, yapılan bu kapsamlı çalışma sonucunda elde edilen kapsamlı mukayeseli verilerin, doğrudan ekim makinelerinin performans kriterlerinin belirlenmesi konusunda çalışacak araştırmacılara referans olması beklenmektedir.Unnecessary and excessive tillage, causes significant damage to agricultural lands. One of the most important problems in “No-Till Planting Operation”, which should be applied to avoid this damage, is that the seeding coulter of the planter can not sow at the desired planting depth by being sufficiently immersed in the soil. As the subject of this thesis; it is aimed to increase the sowing performance of the no-till planter by enabling the stubble cutter row cleaner discs, which should be located in front of the seeding coulter of the no-till planter, to be driven hydraulically and in adjustable manner, to cut the soil covered with stubble more easily and to ensure that the planter’s coulter is better sunk into the soil. In this contect, with th support of TÜBİTAK; a system that can be applied to any pneumatic planter which is available in the market has been designed. The system design was made using the SOLIDWORKS software. Mechanical Engineering analyzes of the designed parts and machine were made using the same software. Within the scoop of the study, the effects of the Row Cleaner Discs in two different profiles, “Wide Profile” (8 Waves) and “Narrow Profile (13 Waves), on the performance effect of the Row Cleaner Disc’s Width has been investigated. In addition, with the designed rotation speed adjustable system, the effects of the speed of the cutter discs on the performance of the no-till planter were investigated by operating the disc at 65 – 130 – 180 rpm. The designed system has been applied to Plneumatic No-Till Precise Planter with both “Axe” and “Disc” type coulters, and by this means, the direct planting performances of different coulter types (Axe and Disc) have been compared. “Laboratory” and “Field Tests” were carried out in order to determine the working performance of the no-till planter in which the designed system was applied. On sticky band in Ege University Faculity of Agriculture, Agricultural Machinery Laboratory, the “twinning”, “void” and “seed damage” ratio values were investigated by operating the machines on a straight line, at a 5 - 10 - 15 inclination forward and 5 - 10 - 15 inclination sideways with 3 repetitions. The field success criteria of the no-till planter in which the designed system was applied were determined in the plots determined in Ege University Faculty of Agriculture, Menemen Research Application and Production Farm, with 3 replications according to the randomized plots trial design. Within the scope of the field trial; “Aboveground Organic Matter Amount”, “Soil Particle Distribution”, “Soil Moisture Change”, “Soil Temperature Change” , “Soil Compaction Change”, “Skidding”, “Fuel Consumption”, “Draft Force and Traction Force Requirement” values and these the effects of the machine variations on values were investigated. With the designed machines, “Plant Emergence and Development Values” of the corn (Zea Mays) seeds sown directly on the stubble after the winter wheat harvest were observed. In this context, “Field Emergence Degree”, “Plant Height”, “Seeding Depth”, “Plant Root Length”, “Acceptable Plant Range” values were investigated. The results obtained as a result of the fields trials were subjected to statistical analysis with the IBM SPSS program and the analysis results were interpreted. As the result of the study, it was observed that each of the factors (variables) of the Seeding Coulters, Row Cleaner Cutter Disc Forms and Rotation Speed, which were examined within the framework of “direct corn planting on the stubble behing winter wheat” operation, had different effects on the measured performance criteria and did not have a general effect. In addition, it has been observed that the interactions of the variables examined create different effects. It is observed that the best results in terms of Plant Development Values obtained as a result of the field trials are obtained by operating the Narrow Formed Row Cleaner Cutter Disc at a speed of 130 rpm on the Axe Type Coulter No-Till Pneumatic Precise Planter. It was observed that the worst results were obtained with the Wide Formed Row Cleaner Cutter Disc at a speed of 65 rpm on the Axe Type Coulter No-Till Pneumatic Precise Planter. As a result, within the scope of this study, a hydraulically driven row cleaner system with adjustable working speed was designed, which could be applied to all pneumatic precise planters and can make all machines capable of no-till planting; the designed system has been successfully produced and applied and it has been seen that the applied system gives satisfactory results with very good performance. In addition, the comprehensive comperative data obtained as a result of this comprehensive study is expected to be reference for researchers who will work on determining the performance criteria of no-till planters