Gövde sarsıcıların sarsma düzeneğinde çift eksantrik kullanılmasının etkisinin incelenmesi ve titreşim analizi
Investigation and vibration analysis of the effect of using double eccentric on the shaking mechanism of trunk shakers
Yazar: CELALETTİN ÇETİNKAYA
Danışman: PROF. DR. REFİK POLAT
Karabük Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Makine Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2022
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering
Dizin: Benzetim = Simulation ; Hasat = Harvesting ; Hasat makinesi = Harvesting machine ; Mekanik titreşim = Mechanical vibration ; Sonlu elemanlar yöntemi = Finite element method

Özet:
Günümüzde ağaç meyvelerinin hasadında yaygın olarak gövde sarsıcılar kullanılmaktadır. Gövde sarsıcılarda titreşim, eksantrik yapılı kütlelerin döndürülmesiyle elde edilmektedir. Gövde sarsıcılarda tek eksantrik kütle kullanıldığı gibi çift eksantrik kütle de kullanılmaktadır. Ancak bu kütlelerin tek veya çift kullanılması durumunda, birbirlerine göre etkinliğine dair herhangi bir çalışmaya rastlanmamaktadır.

Bu çalışmada gövde sarsıcılardaki eksantrik kütlelerinin, tek kütle yerine çift kütleli olarak, eksenel veya paralel konumlarda çalıştırılarak titreşime olan etkinlikleri karşılaştırılmaktadır. Bu amaçla rijit ve çok rijit gövdeli ağaçlar için bir gövde sarsıcı Solidworks'de 3D tasarlanmış ve Ansys yazılımında simülasyonları yapılmıştır. 3D modele uygun olarak imalatı yapılan gövde sarsıcı düzeneği ile de deneyler yapılmıştır. Eksantrik kütleler 16,5 ve 25 Hz frekanslarında çalıştırılarak bir ağaç model (çelik boru) sallandırılmıştır. Ağaç modelin iki farklı noktasında x ve y eksenleri yönünde 2 saniye süresince ölçümler yapılarak titreşime ait grafikler elde edilmiştir. Simülasyonlarda elde edilen titreşim sonuçları ile deneysel çalışmada elde edilen bulgular karşılaştırılmıştır.

Hem simülasyonlarda hem de deneysel çalışmalarda gövde sarsıcılarda tek kütle yerine çift kütle kullanılması durumunda, çift kütlelerin ürettikleri titreşim değerlerinde azalma olduğu bulunmuştur. Kütlelerin farklı konumlarda ağaç modelin ölçüm noktalarında x ve y ekseninde ürettikleri ivme değerlerinin vektörel bileşkesi oransal olarak karşılaştırılmıştır. Tek kütle yerine çift kütle kullanıldığında, bileşke ivmede en fazla azalma çift kütleli 25 Hz frekansta paralel konumlarda (deneylerde % -14,6 ve simülasyonda % -14,2) elde edilmiştir. Bu sonuçlar, ağaç gövdesine zarar vermeden daha kısa sürede hasadın gerçekleştirilebilmesi için, eksantrik kütlelerin frekansları kadar sayı ve konumlarının da kritik öneme sahip olduklarını göstermektedir. Rijit ve çok rijit gövdeli ağaçlarda meyve hasadı için, tek eksantrik kütleli gövde sarsıcıların kullanılmasının daha verimli olabileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Today, trunk shakers are widely used in the harvesting of tree fruits. Vibration in trunk shakers is obtained by rotating eccentric masses. In trunk shakers, a single eccentric mass is used as well as a double eccentric mass. However, if these masses are used single or double, there is no study on their effectiveness relative to each other.

In this study, the eccentric masses in the trunk shakers are operated as a double mass instead of a single mass, in axial or parallel positions, and their effectiveness on vibration is compared. For this purpose, a trunk shaker for stiff and highly stiff trunk trees was designed in 3D on Solidworks software and simulated on Ansys software. Experiments were also carried out with the trunk shaker assembly, which was manufactured in accordance with the 3D model. A tree model (steel pipe) was vibrated by operating the eccentric masses at frequencies of 16.5 and 25 Hz. Vibration graphs were obtained by taking measurements for 2 seconds in the x and y axes direction at two different points of the tree model. The vibration results obtained in the simulations and the measured vibration data obtained in the experimental study were compared.

In both simulations and experimental studies, it is found that when double mass is used instead of single mass in trunk shaker, the vibration values reduce that produced by double mass. The vectorial resultant of the acceleration values produced by the masses in the x and y axis at the measurement points of the tree model, and at different locations were compared proportionally. When dual mass is used instead of single mass, the greatest decrease in resultant acceleration was obtained at 25 Hz frequency with double mass in parallel positions (-14.6% in experiments and -14.2% in simulation). These results show that the number and position of the eccentric masses as well as their frequencies are critical for harvesting which is applied to finish in a shorter time without damaging the tree trunk. It is concluded that the use of single eccentric mass trunk shakers may be more efficient for fruit harvesting in trees with stiff and highly stiff trunks.