Engebeli ve dağlık alanlarda asılı biçme ve düzleme makinelerinin profil alma mekanizmasının tasarımı ve dinamik analizi

Eğimli tarlaları biçmek göründüğünden neden daha zor?

Halı ve koyun yetiştiren çiftçiler için engebeli bölgelerde yonca hayati önemdedir: bu dayanıklı bitki hayvanları uzun, kuru mevsimler boyunca besler. Yine de dik, düzensiz arazide yoncayı temizce kesip düzlemek şaşırtıcı derecede zordur. Geleneksel biçme makineleri daha düz tarlalar için tasarlanmıştır. Engebeli yamaçlarda toprakta çukur açabilir, düzensiz yükseklikteulaşan parçalı saplar bırakabilir ve pahalı ekipmana zarar verebilir. Bu çalışma, dağlık tarlaların iniş çıkışlarını otomatik olarak izleyen, bıçakları sabit bir yükseklikte tutarken hem ürünü hem toprağı koruyan yeni bir biçme ve düzleme makinesini tanımlar.

Yamaçlarda ve kırık zeminde tarım

Çin’deki engebeli ve dağlık alanlar ülkenin mera ve hayvancılık endüstrileri için merkezi öneme sahiptir, ancak bu tarlalar nadiren vadi çiftliklerinin düzgün dikdörtgenlerini andırır. Yamaçlar 20 ila 35 dereceye ulaşabilir, toprak yüzeyi kısa mesafelerde 20 ila 30 santimetre kadar yükselip alçalır ve yaklaşık 5 santimetre derinlikte çukurlar veya küçük sırtlar yaygındır. Büyük ölçüde düz ovalar için yapılmış mevcut biçme ve düzleme makineleri bu ortamda zorlanır: tümseklerde çok sert tepki verir, bıçaklarını toprağa bastırır veya çok yüksekte kalarak uzun, düzensiz saplar bırakır. Bu durum değerli yemleri israf eder ve yoncanın yeniden gelişimini zayıflatabilir. Bu nedenle çiftçiler daha küçük, daha çevik ve zemini "profilleyen"—yani şekline otomatik olarak uyum sağlayıp güvenli, tutarlı bir kesme yüksekliğini koruyan—ekipman istiyorlar.

Yeni bir yay tabanlı denge oyunu

Araştırmacılar, biçme tablasının bir traktörün arkasında asılı olduğu ve dikkatle düzenlenmiş bir yay ve mafsal sistemiyle sabitlendiği bir asılı biçme ve düzleme makinesi tasarladı. İş iki ana bileşime paylaştırılıyor. Bir profil alma düzeni, biçme tablasının hafifçe dönmesine izin vererek eğimle beraber yatmasını sağlarken; bir süspansiyon yay mekanizması çoğunlukla dikey darbeleri emmek üzere yukarı-aşağı hareket ediyor. Her ikisi de, tablanın ağırlığının bir kısmını yayların taşımasını ve yalnızca kontrollü bir kısmının zemine baskı yapmasını sağlayacak şekilde boyutlandırılmış ve konumlandırılmış güçlü çekme yayları kullanır. Önceki tasarımların kullandığı hidroliklere güvenmek yerine bu tamamen mekanik yaklaşım, bıçakları etkili kesim yapacak kadar yakın tutarken zemine uygulanan aşağı yöndeki kuvveti—"zemin basıncı"—yaklaşık 2.000 newtonun altında tutmayı amaçlar.

Tasarıma sanal tepecikler ve çukurlar üzerinde sınama

Makineyi sahada inşa edip test etmeden önce ekip ayrıntılı bir 3B model oluşturdu ve onu RecurDyn adlı çok gövdeli dinamik programında çalıştırdı. Sanal makineyi bilgisayar yapımı test parkurlarında sürdüler; gerçek dünya arazilerini taklit eden sinüzoidal, dalga benzeri yüzeyler 25 santimetre zirveler; uzun 30 derecelik yamaçlar; ve 5 santimetre derinliğinde çukurlar ile 5 santimetre yüksekliğinde tümseklerle dolu parkurlar. Simülasyonlar, biçme tablasının ne kadar yukarı-aşağı hareket ettiğini, her bir yayın ne kadar uzayıp sıkıştığını ve farklı noktalarda tablanın zemine ne kadar güçlü bastığını izledi. Bu koşullar altında, biçme tablasının yüksekliği yaklaşık 21 ila 48 santimetre arasında ayarlandı ve kilit noktalardaki temas kuvvetleri büyük ölçüde 0 ila 1.500 newton aralığında kaldı—tasarım sınırı içinde rahatça. Profil alma yayları, destek yaylarından sürekli olarak daha fazla deforme oldu ve bu da ince zemini izleme işinin büyük kısmını onlar yürüttüğünü doğruladı.

Bilgisayar modelinden gerçek yonca tarlalarına

Sanal performansın pratikte de geçerli olup olmadığını görmek için araştırmacılar bir prototipi Gansu Eyaleti’ndeki bir yonca tarlasında test etti. Biçme makinesi standart bir 90 beygir gücündeki traktöre bağlandı ve gerçek engebeli parsellerde çalıştırıldı. Çin’in biçme ve düzleme makineleri standartlarına göre performansı özetleyen iki basit ölçü var: kalan sapların yüksekliği ve kesilen saplardan hangisinin düzgünce düzlenip eşit şekilde kurumaya bırakıldığı oranı. Birden fazla geçiş ve ölçümler sonrasında makine ortalama 63,2 milimetre sap yüksekliği bıraktı—70 milimetre sınırının altında—ve yoncanın yaklaşık %95,1’ini düzledi; bu gerekli %90’ı aşıyor. Önemli olarak, biçme makinesi iyi bir zemin takibi davranışı sürdürdü ve normal işletme hızları içinde hız arttıkça bile toprağa gömülme ya da geniş alanları kaçırma belirtileri göstermedi.

Engebeli arazide çiftçiler için bunun anlamı

Çoğu okuyucu için çıkarım açık: karmaşık hidrolik sistemler yerine akıllıca ayarlanmış bir yay düzeni kullanarak bu yeni biçme makinesi, bıçaklarını topraktan güvenli ve sabit bir mesafede tutarken engebeli, eğimli arazinin üzerinde "yüzer". Bu daha temiz kesimler, ürünün daha eşit kuruması ve ekipman hasarı riskinin azalması demek. Çalışma gelecekte tasarımın uzun vadeli yorulma ve daha aşırı araziler için rafine edilmesi gerektiğini belirtse de, prototip şimdiden dikkatli mekanik tasarımın dik, düzensiz tarlarda çalışan çiftçiler için daha yüksek verim ve daha iyi yem kalitesi sağlayabileceğini gösteriyor.

Atıf: Wang, J., Geng, B., Li, P. et al. Design and dynamic analysis of the profiling mechanism for suspended mowing and flattening machines in hilly and mountainous areas. Sci Rep 16, 5663 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35468-8

Anahtar kelimeler: yonca biçimi, engebeli tarla, biçme makineleri, yaylı profil alma mekanizması, araziyi izleme