Vakumlu tek dane ekimde optimizasyon ve makina performansının matematiksel modellemesi
Optimization of the precision seeding and mathematical modeling of the machine performance
Yazar: ARZU YAZGI
Danışman: PROF. DR. ADNAN DEĞİRMENCİOĞLU
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu çalışmada, vakum prensibine göre çalışan tek dane ekim makinasının farklı delik çapı ve farklı çalışma şartları (plaka çevre hızı ve vakum basıncı) altında, fiziksel ve aerodinamik özellikleri birbirinden farklı tohum çeşitleri ile çalışmadaki performansının ürün bazında optimize edilmesi amaçlanmıştır. Çalışmadaki ana amaçlardan bir diğeri de ürün özelliklerine göre uygun delik çapı, plaka çevre hızı ve vakum basıncı değerlerini ayrı ayrı tahminlemede kullanılacak matematiksel modellerin geliştirilmesidir.Denemeler fiziksel (küresellik, yüzey izdüşüm alanı, bindane ağırlığı, ortalama anma çap ve sürtünme katsayısı) ve aerodinamik özellikleri (kritik hız) birbirinden farklı tohum çeşitleri (mısır, nohut, ayçiçeği, soya, şeker pancarı, kanola) ile dört farklı çap ve ağırlığa sahip, kaplamış tohumu simule eden tam küresel yapay materyaller kullanılarak gerçekleştirilmiştir.Farklı tohumların ekiminde kullanılacak vakum prensibine göre çalışan düşey diskli ekici düzene ilişkin konstrüktif özellikler (delik çapı) ve çalışma koşullarına ilişkin parametrelerdeki (plaka çevre hızı ve vakum basıncı) değişimlerin her çeşit tohumun ekimine ilişkin performans üzerindeki etkilerinin incelendiği çalışmada, makina performansının optimizasyonu için Tepki Yüzeyleri Metodolojisi (TYM) uygulanmış ve denemeler Central Composite Dizaynı (CCD) prensiplerine göre kurulmuştur.E.Ü.Z.F. Tarım Makinaları Bölümü Deneme Laboratuarı'nda, yapışkan bant üzerinde gerçekleştirilen denemelerde sıra üzeri tohum dağılımındaki düzgünlük değerleri üç farklı değişkene bağlı olarak incelenmiştir. Sıra üzeri tohum aralığındaki düzgünlüğü belirten bağımlı değişken (tepki), ikizleme oranı, boşluk oranı, kabul edilebilir tohum aralığı, hassasiyet, teorik sıra üzeri aralıktan sapma değeri ve bitki konumundaki doğruluk derecesi olarak incelenmiştir.Her bağımsız değişkenlerin beş farklı seviyesinin kullanıldığı CCD'ye göre yapılan denemelerinden elde edilen verilerin analizi sonucunda her tohum ve küresel materyal için kuadratik ya da kübik formda polinomiyal formda model denklemleri geliştirilmiştir. Bağımlı değişkeni maksimize ya da minimize eden bağımsız değişkenlerin optimum değerlerinin elde edilebilmesi amacıyla, geliştirilen matematiksel modeller bir matematik yazılımı olan Maple programına aktarılmıştır.Plaka çevre hızı, plaka delik çapı ve vakum basıncı olarak tohuma özgü saptanan optimum değerlerin ayrı ayrı tahminlenmesinde tohumun fiziksel ve aerodinamik özellikleri belirlenerek analize tabi tutulmuştur. Analizler sonucunda plaka çevre hızını ifade edebilecek genel bir model denklemi geliştirilememesine karşılık plaka delik çapı ve vakum basıncına (küreler hariç) ilişkin genel model denklemleri elde edilmiştir.Plaka delik çapı genel modeli tohumun ortalama anma çapı ve küreselliğini içermektedir. Diğer taraftan, herhangi bir tohumun vakum basıncı genel modelini tohumun küresellik ve kritik hızı değerleri oluşturmaktadır.Çalışmanın, tek dane ekime katkı sağlayacağı ve makina imalatçıları ile çiftçilere ışık tutacağı düşünülmektedir.Anahtar kelimeler: Tepki yüzeyleri metodolojisi, tohum, küresel materyal, tek dane ekim makinası, matematik modelleme.

Abstract:
The objective of this study was to optimize the performance of a vacuum type precision seeder under different seed hole diameters and operational conditions such as peripheral speed of the vacuum plate and vacuum on seed plate. The second main objective of the study was to develop mathematical functions that allow predicting the appropriate hole diameter, peripheral speed of vacuum plate and vacuum for different seeds rather than the ones used in this study.Experiments were carried out by using different seeds (corn, chickpea, sunflower, soybeans, sugarbeet and canola) with different physical (sphericity, projected area, thousand seed mass, mean particle diameter and coefficient of friction material on metal) and aerodynamic properties (terminal velocity) along with spherical materials made of plastic at four different diameter that simulate coated seeds.Central Composite Design (CCD), one of the designs in Response Surface Methodology (RSM) was used for the experiment design that allowed studying the effects of constructional (hole diameter on vacuum plate) and operational variables (peripheral speed of the vacuum plate and vacuum) on the performance of seeder for different seeds.The accuracy in seeding spacing was studied in the lab and the tests were carried out on sticky belt stand and three different independent variables were considered in the study. The dependent variables (response) indicating the accuracy in seed spacing were quality of feed, miss and multiple index, precision, deviation from the theoretical seed spacing and the coefficient of precision.The results obtained from the experiments based on CCD that use five different levels for ach variable were used to develop polinomial functions either quadratic or cubic form for each seed or a spherical material. The mathematical functions then were submitted to a mathematical software called Maple in order to obtain the optimum level of each variable that maximize or minimize the dependent variable considered in the study.The optimum values of each independent variable for each seed or spherical material were then correlated with the physical and aerodynamical properties of the materials to develop general mathematical functions to predict peripheral speed of the vacuum plate, hole diameter and vacuum need on vacuum plate. General functions were developed for the vacuum need (excluding the data from spherical materials) and hole diameter while no significant function was obtained for the peripheral speed of the vacuum plate.The general function for the hole diameter included mean particle diameter and sphericity. On the other hand, the vacuum need general function for any kind of seed was formed by the use of sphericity and terminal velocity of the material being used.It is believed that the study will enhance the knowledge in precision seeding and help agricultural machinery manufacturers and farmers.Keywords: Response Surface Methodology, seed, spherical materials, seeder, mathematical modeling.