Şeritsel toprak işlemeli ve hassas ilaçlama yapabilen tek dane ekim makinasının tasarımı ve geliştirilmesi
Design and development of precision planter equipped with strip till and selective herbicide sprayer
Yazar: ZİYA ALTINÖZ
Danışman: PROF. DR. ERDEM AYKAS
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Tarım Makineleri ve Teknolojileri Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Tarım Makinelerı ve Teknolojileri Mühendisliği Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2023
Konu: Ziraat = Agriculture

Özet:
Bu tezin amacı; Diskli tip gömücü ayağa sahip ekim makinalarını her türlü toprak koşullarında doğrudan ekim yapabilmesi için olması gereken bazı tarımsal parametreleri bir araya getirerek amaca uygun kompakt, kombine bir makine geliştirmektir. Proje kapsamında geliştirilen makine ile ekim sıralarının önündeki çizi yatağında şeritsel toprak işlemesi ve bitki sıralarında, bitki çıkışından sonra gelişecek yabancı otları engellemek amacıyla toprak ilaçlaması yapılmaktadır. Ayrıca toprak işleme yapılmayan sıra aralarında, ekim sıralarında mevcut olan yabancı otları sonlandırmak için görüntü işleme tekniği kullanılarak seçici ilaçlama yapılmakta, böylelikle bitki gelişme döneminde çapa ile mekanik ot mücadelesi yapılabilecek sıra arası bölgelerde ekim sırasında gereksiz kimyasal kullanımının önüne geçilmektedir. 
Traktör kuyruk miline bağlanan ve bu makine için yeni tasarlanmış bir dişli kutusu aracılığıyla hem pnömatik tek dane ekim makinası vakum fanı, hem de şeritsel toprak işleme dik freze bıçaklarının tahrik edilmesi sağlanmıştır. Proje kapsamında tasarlanarak imal edilen söz konusu tahrik sistemi, seçici ilaçlama yapabilen görüntü işleme sistemleri için Türk Patent Enstitüsüne Faydalı Model başvurusunda bulunulacaktır.
Makinede şeritsel toprak işleme dik freze bıçaklarının iş derinlikleri 3 ile 
10 cm çalışma derinliğinde ayarlanabilmektedir. Ekim makinası gömücü ayakların her iki yanına 380 mm çapında ve aralarında 185 mm mesafe kalacak şekilde ondülalı kesici diskler yerleştirilmiştir. Böylelikle pamuk alanlarının yanlarında ekim öncesi toprakta oluşan çatlaklar kırılmakta, toprakdaki kapilar boruların önleri kapatılarak ekilen tohumun çimlenmesi ve filiz çıkışı garanti altına alınmaktadır.  
Şeritsel toprak işleme dik freze bıçaklarının aralarında 120 derece açı kalacak şekilde bağlanmış 3 adet bıçak bulunmaktadır. Dik freze rotorunun devir adedi 145 devir/d olup 1,36 m/s'lik çevre hızında çalıştırılmaktadır. Ekim makinesinin ilerleme hızı ortalama olarak 7,2 Km/h belirlenmiştir. Pnömatik tek dane ekim makinasının vakum fanı çift tarafı kapalı, 10 kanatlı, 350 mm çapında ve 2 mm çelik sac malzemeden imal edilmiştir. Vakum fanının üreteceği vakum basıncı 0-200 mbar basınç değerinde ayarlanabilmektedir.
Makinanın tüm tasarımları ve mühendislik çözümlerinde, Solidworks paket programından yararlanılmıştır. 
Makine imalatı Altınöz Tarım Makinaları Ltd. Şti. fabrikasında yapılan ortak çalışmalarla gerçekleştirilmiştir. Şeritsel toprak işlemeli ve hassas ilaçlama yapabilen tek dane ekim makinasının laboratuvar çalışma performansları Ege Üniversitesi Ziraat Fakültesi Tarım Makinaları ve Teknolojileri Mühendisliği Bölümü Laboratuvarlarında gerçekleştirilmiştir.
Laboratuvar denemelerinde yapışkan bant deneme düzeninden yararlanılmış ve denemeler düzde, %5-10-15 öne, arkaya ve yana meyillerde ve 1.0 - 1.5 - 2.0 m/s'lik hızlarda üçer tekerrürlü olarak gerçekleştirilerek makinenin sıra üzeri tohum dağılım düzgünlükleri belirlenmiştir. Ayrıca yukarıda açıklanan çalışma şartlarında tohum zedelenme oranları saptanmıştır. 
Laboratuvar denemelerinde makinenin üzerine akuple edilmiş olan ilaçlama ünitesinin başarı ölçütleri de ortaya konmuştur. Bu amaçla püskürtülen sıvı miktarının alana düzgün dağılıp dağılmadığı yatay paternatör ile test edilmiştir.
Püskürtme ünitesinde kullanılan memelerin ve hazırlanan yazılımın amaca uygun çalışıp çalışmadığı beton zemin üzerine tesadüfen yerleştirilen ve pamuk üretiminde yörede önemli ölçüde sorun oluşturan topalak (Cyperus rotundus L.) otu ile test edilmiştir.
Tarla denemeleri; Aydın'ın Söke İlçesinde bulunan pamuk üretici tarlasında yaklaşık 6 da alanda yürütülmüştür. Tarla deneme alanı Söke'ye bağlı Akçakaya Mahallesi 143 Ada, 3 Parsel (37.6757 Enlem ve 27.4887 Boylam) bulunmaktadır. Deneme alanı iki parçaya bölünmüş ve birinci bölümde proje kapsamında geliştirilen makina ile ekim yapılmış, ikinci bölümde yörede geleneksel olarak pamuk yetiştiriciliğinde uygulanan yöntem kullanılmıştır.  Yöntemler arasındaki fark t testi yapılarak istatistiksel olarak karşılaştırılmıştır.  
Tarla denemelerinde ekimden önce deneme tarlasının toprak bünyesi, toprak nemi, toprak hacim ağırlığı, toprak prozitesi ve toprak penetrasyon direnci ile prototip makinanın "Patinaj", "Yakıt Tüketimi", "Çeki Kuvveti Gereksinim değerleri belirlenmiştir. Denemelerde BASF Fiona pamuk tohum (Gossypium hirsitum) çeşidi kullanılmış sıra üzeri bitki mesafesi 4.0 cm olarak alınmıştır.
Yapılan ekimlerden sonra bitki çıkış ve gelişim parametreleri gözlemlenmiştir. Bu aşamada tarla filiz çıkış dereceleri, bitki boyu, kök uzunlukları değerleri belirlenmiştir. 
Tarla denemelerinde gerek bu proje kapsamında tasarlanarak geliştirilen ekim makinesi ile ekilen parselde, gerekse geleneksel yöntemde pamuk ekilen parselde "Toprak Sıcaklık Değişimi", "Toprak Sıkışması Değişimi" takip edilmiştir. 
Sonuç olarak, bu çalışma kapsamında pnömatik tek dane ekim makinelerinin tümüne uygulanabilir ve tüm makineleri kombine ekim yapabilir hale getirebilecek şekilde tasarlanan sistem, başarılı bir şekilde üretilip uygulanmış ve uygulanan sistemin çok iyi performans ile tatmin edici sonuçlar verdiği görülmüştür. Ayrıca, yapılan bu çalışma sonucunda elde edilen kapsamlı mukayeseli verilerin, doğrudan ekim makinelerinin performans kriterlerinin belirlenmesi konusunda çalışacak araştırmacılara referans olması beklenmektedir.

Abstract:
The purpose of this thesis is to develop a compact, combined machine that brings together certain agricultural parameters necessary for disc-type direct seeding machines to be able to perform direct seeding under any soil conditions. With the machine developed within the scope of the project, strip-tillage is performed in the furrow bed in front of the planting rows, and soil spraying is carried out in the plant rows to prevent the growth of weeds after plant emergence. In addition, selective spraying is performed in the inter-row areas where soil tillage is not performed to eliminate weeds that are present in the planting rows using image processing technique. This way, unnecessary chemical use during planting is prevented in the inter-row areas where mechanical weed control can be carried out with hoeing during the plant growth period. 
A newly designed gearbox is connected to the tractor power take-off shaft, allowing for the drive of both the pneumatic seed drill vacuum fan and the vertical strip-tillage rotary blades. A utility model application will make to the Turkish Patent Institute for this drive system, which was designed and manufactured within the scope of the project.
The working depths of the vertical strip-tillage rotary blades in the machine can be adjusted between 3 and 10 cm. On both sides of the planting feet of the seed drill, oscillating cutting discs with a diameter of 380 mm and a distance of 185 mm are placed. The cracks in the cotton planted strips are broken and the soil is cut vertically on the sides of these strips and the fronts of the capillary pipes are closed. Thus, moisture loss in the soil is prevented and germination of the seed and sprout emergence are guaranteed.
In the strip-tillage vertical rotary blades, there are 3 blades connected at 120-degree angles to each other. The rotational speed of the vertical rotary blade is 145 rpm, operating at a peripheral speed of 1.36 m/s. The average forward speed of the seed drill was determined as 7.2 Km/h. The vacuum fan of the pneumatic single grain seed drill is made of 2 mm steel sheet material with a diameter of 350 mm, with 10 blades, closed on both sides. The vacuum pressure produced by the vacuum fan can be adjusted at a pressure value of 0-200 mbar.
All designs and engineering solutions of the machine have been utilized using the Solidworks software package.
Machine manufacturing has been carried out through collaborative work at Altınöz Tarım Makinaları Ltd. Şti factory. The laboratory performance of the only grain sowing machine capable of strip soil cultivation and precision spraying was conducted at the laboratories of the Department of Agricultural Machinery and Technologies Engineering at Ege University Faculty of Agriculture.
In the laboratory trials, the adhesive tape test setup was used, and the experiments were conducted in a flat surface and at inclinations of 5-10-15 degrees forward, backward, and sideways, and at speeds of 1.0-1.5-2.0 m/s with three repetitions each and these experiments determined the evenness of seed distribution on the rows by the machine. In addition, seed damage rates were determined under the working conditions described above.
In the laboratory trials, the performance criteria of the attached spraying unit on the machine were also determined. For this purpose, it was tested with a horizontal patterner whether the amount of sprayed liquid was evenly distributed over the area.
The nozzles used in the spraying unit and the software developed were tested on a concrete surface by randomly placing and testing the effectiveness on a weed called "Cyperus rotundus L.", which is a significant problem in cotton production in the region.
Field trials were conducted in a cotton-producing field in the Söke district of Aydın, covering an area of approximately 6 dekars. The trial area is located in Akçakaya neighborhood, Parcel 3 of Plot 143, Söke, with coordinates 37.6757 latitude and 27.4887 longitude. The trial area was divided into two parts, with the first part being used for sowing with the machine developed under the project, and the second part using the traditional cotton cultivation method practiced in the region. The difference between the methods was statistically compared using a t-test.
Before the sowing, the soil structure, soil moisture, soil bulk density, soil porosity, and soil penetration resistance of the trial field were determined, as well as the "Slippage", "Fuel Consumption", and "Tractive Force Requirement" values of the prototype machine. BASF Fiona cotton seeds (Gossypium hirsutum) were used in the trials, with a row spacing of 4.0 cm.
After the sowing, plant emergence and development parameters were observed. At this stage, field emergence rates, plant height, and root length values were determined. The trial field was regularly monitored to assess the growth and development of the cotton plants. 
In the field trials, both the parcel sown with the planting machine designed and developed under this project, and the parcel where cotton was planted using the traditional method, were monitored for "Soil Temperature Change" and "Soil Compaction Change". The soil temperature was measured using soil temperature sensors placed at different depths in both parcels. Soil compaction was assessed by measuring soil bulk density and soil penetration resistance at regular intervals throughout the growth period.
In conclusion, the system designed within the scope of this study, which can be applied to all pneumatic single seed planting machines and enable them to perform combined planting, has been successfully produced and implemented. The applied system has shown excellent performance and yielded satisfactory results. Furthermore, it is expected that the comprehensive comparative data obtained from this study will serve as a reference for researchers working on determining the performance criteria of planting machines.