Asılır tip tarla pülverizatörüne ait püskürtme kolunun gerilme ve yorulma analizi /
Yazar: YUNUS IŞILDAR
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ RECEP ONUR UZUN
Manisa Celal Bayar Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine ve İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Konstrüksiyon ve İmalat Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Ülkemizde tarım sektöründe pestisit kullanımı için sıklıkla tercih edilen farklı tasarım ve kullanım genişliklerine sahip asılır tip tarla pülverizatörleri imal edilmekte ve kullanılmaktadır. Pülverizatör kolları (bum) ilaç karışımının (pestisitlerin) hedef yüzeylere iletimini sağlayan ve üzerinde püskürtme memelerini bulunduran sistemlerdir. Literatürde araştırmaları sonucunda pülverizatör kollarında sıklıkla çatlama ve kırılma problemleri ile karşılaşıldığı için bu çalışmada farklı malzemeler ile tasarlanmış pülverizatör kolunun statik gerilme ve yorulma analizleri kıyaslanmıştır. Bu çalışmada 12 metre kullanım genişliğine sahip montajlı pülverizatör kolu SolidWorks yazılımı ile tasarlanmış ve ardından Ansys Workbench yazılımında sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak statik gerilme ve yorulma analizleri gerçekleştirilmiştir. Kol tasarımında kare profiller ve gerilmelerin yüksek olduğu noktalarda dayanımı artırmak için lamalar kullanılmıştır. Analizler pülverizatör kolu tamamen açık şekilde St 37 ve St 44 yapı çelikleri için kendi ağırlık etkisi ile oluşan düşey (Y) yönündeki ağırlık kuvvetiyle gerçekleştirilmiştir.

Ansys yazılımında sınır şartları belirlenip malzemeler atandıktan sonra mesh (ağ) yapısı oluşturulmuştur. İlk olarak statik gerilme analizi gerçekleştirilmiştir. Statik gerilme analizi sonucunda St 37 ve St 44 yapı çelikleri için asal gerilmeler, toplam yer değiştirme değerleri, asal gerinimler ve emniyet katsayıları sonuçlarına ulaşılmıştır. Daha sonra yorulma analizi gerçekleştirilmiştir. Yorulma analizi sonucunda da St 37 ve St 44 yapı çelikleri için yatay (X) ve düşey (Y) eksenlerde oluşan toplam yer değiştirme değerleri, yorulma ömrü ve güvenlik faktörü sonuçlarına ulaşılmıştır. Analiz çıktılarında maksimum gerilmelerin görüldüğü kritik bölgeler belirlenerek tasarım değişikliği ile konstrüksiyon iyileştirilmiştir. Ardından analizler tekrarlanmıştır.

Analiz sonuçlarına göre en yüksek asal gerilme değerleri ve toplam yer değiştirme değerleri St 37 ve St 44 malzemeler için aynı olup en yüksek asal gerilme değeri 87,147 MPa, en yüksek toplam yer değiştirme değeri ise 7,1729 mm' dir. Statik gerilme analizleri için emniyet kaysayısı St 44 malzeme için en yüksek değerde olup 3,1556 çıkmıştır. Yorulma ömürleri kıyaslandığında en yüksek yorulma ömrünün St44 malzemeye ait olduğu görülmüştür ve sonucu 2,287x10^6 çevrimdir. Minimum güvenlik faktörü de St 44 malzemeye ait olup değeri değeri 2,8273' dür.

Abstract:
In Turkey, mounted type field sprayers with different designs and usage widths, which are frequently preferred for pesticide use in the agricultural sector, are manufactured and used. Sprayer arms (boom) are systems that provide the delivery of pesticides to the target surfaces and have spray nozzles on them. Since cracking and breaking problems are frequently encountered in the sprayer arms as a result of the researches in the literature, the static stress and fatigue analyzes of the sprayer arm designed with different materials were compared in this study. In this study, the mounted sprayer arm with a usage width of 12 meters was designed with SolidWorks software, and then static stress and fatigue analyzes were performed using the finite element method in Ansys Workbench software. In the arm design, square profiles and flat bars are used to increase the strength at the points where the stresses are high. The analyzes were carried out with the spray arm fully open for St 37 and St 44 structural steels, with the weight force in the vertical (Y) direction created by the earth gravity effect.

After determining the boundary conditions and assigning the materials in the Ansys software, the mesh structure was created. First, static stress analysis was performed. As a result of the static stress analysis, principal stresses, total deformations, principal strains and safety factors were obtained for St 37 and St 44 structural steels. Fatigue analysis was then carried out. As a result of fatigue analysis, total deformations in horizontal (X) and vertical (Y) axes, fatigue life and safety factor results were obtained for St 37 and St 44 structural steels. The critical regions where the maximum stresses are seen in the analysis outputs were determined and the construction was improved with the design change. The analyzes were then repeated.

According to the results of the analysis, the maximum principal stress values and total deformation values are the same for St 37 and St 44 materials, while the maximum principal stress value is 87,147 MPa and the maximum total deformation value is 7,1729 mm. The safety factor for the static stress analysis was the highest for St 44 material and was 3,1556. When the fatigue life is compared, it is seen that the highest fatigue life belongs to St 44 material and the result is 2,287x10^6 cycles. The minimum safety factor also belongs to St 44 material and its value is 2,8273.