Gerçek tarımsal iş yüküne dayalı elektrikli traktörler için güç aktarma organı konfigürasyonlarının tasarım gereksinimlerinin belirlenmesi ve karakteristik analizi

Neden daha temiz tarım makineleri önemli

Modern çiftlikler, toprak sürmeden yük taşıma ve döner frezeleri çalıştırmaya kadar hemen her iş için traktörlere dayanır. Bu iş atlarının çoğu hâlâ dizel yakıyor; bu da enerjinin israfına ve egzoz emisyonlarına yol açıyor. İklim düzenlemeleri sıkılaştıkça ve yakıt fiyatları dalgalanırken, dizeli daha temiz elektrikle değiştirme yönünde artan bir baskı var. Bu çalışma görünüşte basit bir soruyu gündeme getiriyor: Gerçek tarla işi yapacak bir elektrikli traktör inşa edersek, tam olarak neler yapabilmesi gerekir ve motorları ile dişlilerini en akıllıca nasıl düzenlemeliyiz?

Traktörlerin sahada gerçekten ne yaptığını ölçmek

Katalog derecelerinden tahmin etmek yerine, araştırmacılar konvansiyonel orta boy bir dizel traktörü gerçek tarlalara götürüp onun gerçekte ne kadar çalışmak zorunda olduğunu ölçtüler. Tüm dört tekerleğe ve arka güç take-off (PTO) şaftına tork ve hız sensörleri yerleştirerek traktörü hareketli bir test tezgâhına çevirdiler. Ardından tipik işleri yürüttüler: bir pullukla toprağı sürüklemek, döner freze kullanmak ve yolda yüksek hızda seyretmek. Tekerleklerdeki kuvvetleri ve arka şafttaki dönme yükünü seyir hızıyla birleştirerek her görevin zaman içindeki gerçek faydalı güç talebini hesaplayabildiler.

Sürükleme gücünü dönme gücünden ayırmak

Traktörler iki ana işi yapar. Biri, aletleri toprakta çekmek; bu, düşük hızlarda güçlü çekiş kuvveti gerektirir. Diğeri ise döner frezeler gibi aletleri PTO üzerinden döndürmektir; bu da sabit dönüş ve tork gerektirir. Saha verilerinden ekip, hız-ve-kuvvet ya da hız-ve-tork kombinasyonlarını gösteren ve gözlemlenen tüm iş yüklerini emniyet payıyla kapsayan “güç zarfları” oluşturdu. Çekme görevleri için traktörün birkaç kilometre/saat hızlarda yaklaşık 32 kilonewton çekme kuvveti sağlayabilmesi gerektiğini ve yol hızlarının yaklaşık 33 km/sate ulaşabildiğini, bunun da kabaca 40 kilovat çekiş gücüne denk geldiğini buldular. Döndürme görevleri içinse PTO’nun tipik dönüş hızlarında yaklaşık 40 kilovat gerektirdiği; döner frezeleme sırasında toplam talebin büyük kısmının çekmeden çok dönen alete ait olduğu saptandı.

İş yüklerini elektrikli tasarım hedeflerine dönüştürmek

Bu zarflarla yazarlar, aynı sınıftaki bir elektrikli traktörün körü körüne dizel motorun değerini kopyalamadan ne sağlayabileceğini belirleyebildiler. Mevcut traktörlerin sıklıkla aşırı tasarlandığını; çünkü motorların sürekli hidrolikleri de çalıştırması ve çok kademeli şanzımanlarla gücü iletmesi gerektiğini ve bunun enerji kayıplarına yol açtığını savundular. Ölçülen iş yükünden yola çıkarak tasarlamakla, bir elektrikli traktör gerçek ihtiyaçları karşılayabilir; gereksiz yere büyük motorlardan ve karmaşık aktarma organlarından kaçınabilir. Çalışma bu nedenle çekiş ve PTO için ayrı gereksinimler belirledi; her biri kendi maksimum kuvveti, hızı ve gücü ile tanımlandı ve hidrolik fonksiyonlar küçük, özel bir elektrikli motor tarafından karşılanacak şekilde ele alındı.

Elektrikli bir traktörün kas yapısını düzenlemenin üç yolu

Bu gereksinimleri kullanarak ekip üç farklı güç aktarma düzenini karşılaştırdı. Tek motorlu tasarımda, büyük bir motor çekme ve döndürme gücünü bir şanzıman aracılığıyla sağlar; bu bugünkü dizel motor düzenine benzer. Bu, kontrolü basit tutar ama karmaşık bir transmisyon gerektirir ve mekanik kayıpları artırır. Çift motorlu “güç-ayrılmış” düzenlemede ise bir motor tekerlekleri, diğeri PTO’yu sürer; her biri daha basit dişliler aracılığıyla. Bu, verimliliği artırır ve yer hızı ile alet hızının bağımsız ayarlanmasına imkân verir; ancak toplam motor kapasitesi büyük olur. Üçüncü seçenek olan çift motorlu “güç-yardımlı” düzenleme, ana bir motor ile daha küçük bir yardımcı motor kullanır. Göreve bağlı olarak birlikte çekiş için çalışabilirler ya da ana motor dönen aletten sorumlu olurken yardımcı çekişi üstlenebilir. Bu, ölçülen güç ihtiyaçlarına yakın bir eşleme sağlayabilir, ancak daha karmaşık kavrama düzenleri ve daha sofistike kontrol gerektirir.

Geleceğin tarım makineleri için bunun anlamı

Uzman olmayanlar için ana mesaj şudur: Başarılı elektrikli traktörler, dizel motoru aynı ilan edilen güce sahip bir batarya ve motor ile basitçe değiştiremez. Gerçek tarlada neler olduğuna — tekerleklerin ne kadar çektiğine, aletlerin ne hızda döndüğüne ve her işin ne kadar sürdüğüne — göre baştan tasarlanmalıdırlar. Detaylı iş yükü ölçümlerini açık güç zarflarına dönüştürüp ardından alternatif motor düzenlerini bunlara karşı test ederek, bu çalışma yeterince güçlü, verimli ve gereksiz yere aşırı tasarlanmamış elektrikli traktörler inşa etmek için bir kılavuz sunuyor. Aynı metodoloji batarya boyutlandırmasını, soğutma tasarımını ve kontrol stratejilerini yönlendirebilir; çiftçilerin performanstan ödün vermeden daha temiz makineleri benimsemesine yardımcı olabilir.

Atıf: Ahn, DV., Kim, JT., Kim, K. et al. Determination of design requirements and characteristic analysis of powertrain configurations for electric tractors based on actual agricultural workload. Sci Rep 16, 14381 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44453-0

Anahtar kelimeler: elektrikli traktörler, tarım makineleri, güç aktarma organı tasarımı, çiftliklerin elektrifikasyonu, traktör iş yükü