PDF Olarak Almak İçin Buraya Tıklayın

IMPACT HAMMER PRODUCTION
SISTEMIN ORTA HAT KESIDI
Konu ve Amaç
:
Her malzeme kendini oluşturan atomik yapısı nedeniyle sürekli bir titreşim
içerisindedir. Bu titreşime malzemenin doğal frekansı denir. Doğal frekans yapı
tasarımı ve konstrüksiyon açısından çok büyük önem taşımaktadır. Eğer bir
malzemeye doğal frekansı ölçütlerinde bir kuvvet uygulanır ise malzeme yıkıma
uğrar ve parçalanır.
Bu nedenle malzemenin doğal frekansının belirlenmesi oldukça önemlidir.
Bunun için malzemeye bir ani darbe kuvveti uygulanır ve malzeme üzerinde
oluşan tepki kuvvetinin sönümlenmesi gözlenir. Bu sönümün incelenmesi ile de
malzemenin doğal frekansı elde edilir.
Bu işlem esnasında en önemli etken ani darbenin büyüklüğüdür. Ancak bu
büyüklük bilinir ise sönümlenme doğru olarak incelenebilir. Darbe büyüklüğü ise ;
Darbe Çekici ile tespit edilmektedir.
Bu projede amaç tamamen kendi düşünce ve imkanlarımızla bir darbe
çekici imal ederek çalıştırmaktır.
Genel Tanım
:
Darbe Çekici; malzeme üzerinde bir noktaya kuvvet uyguladığımızda
üzerinde bulunan alıcılar sayesinde uygulanan kuvvetin büyüklüğünü tespit eden
bir echizedir. Genelde serbest salınım kuralına uygun olarak bir sarkaç mantığı
ile çalışır ki bunun nedeni sadece ağırlığı değiştirilerek çekicin uygulayacağı
kuvvetin değişmesini sağlamaktır. Aksi taktirde her deneme için aynı değerde
kuvvet uygulamak mümkün olmamaktadır ki bu da sonucun doğruluk oranına etki
etmektedir.
Yapım Aşamaları
:
İlk olarak bir darbe çekicinin nasıl bir şey olduğunu ve çalışma mantığını
anlamak için internet üzerinde ve kütüphanelerde araştırmalar yapıldı ve bu
konuyla daha önce uğraşmış olan kişilerle görüşüldü.
Bu inceleme ve araştırmalarım sonucunda bir ankastre kiriş üzerine orta
noktadan uygulanan kuvvet problemine uygun olarak bir ölçüm seti yapımına
karar verildi.
Yapılacak setin mantığı gayet basit idi. Bir çubuk” cisme çarpma
noktasında yumuşak bir malzeme olmak üzere –ki bunun sebebi darbe anında
diğer malzemede deformasyonu engellemek idi- diğer ucu tamaman ankastre
olan bir kirişin orta noktasına temas edecek ve bir çarpma anında kuvveti bu
kirişe aktaracak, böylece üzerinde kurulmuş bulunan bir tam streyngeyç köprüsü
vasıtasıyla belli bir değer okunacaktır.
1
2
Şekil -1-
2
1
F
Şekil –2Yukarıdaki şekillerde darbe çekicinin salınım yaparak çarpma hareketi
(Şekil 1) ve içindeki kirişin nasıl çalıştığı (Şekil 2) görülmektedir.
Bu plan üzerine kirişin oturacağı platform olan kafayı dizayn etmak üzere
akademik kişiler ile görüşürken kiriş problemi yerine sadece bir yay kullanarak
ölçüm yapma fikri verildi. Fakat yayın kuvvti sönümlendireceği ve belli bir
kullanımdan sonra deforme olma olasılığı nedeniyle bu fikir çok ciddi bir
incelemeye tabi olmadı.
Kiriş probleminin en önemli unsuru olan kirişin boyutlarının ve
malzemesinin tespiti için gerekli hesaplar ANSYS programı ile yapıldı.
Kullanaılacak malzeme olarak ise çelik veya alüminyum üzerinde karar verildi.
Bununla
beraber
piyasada
istenilen
özelliklerde
çelik
malzeme
bulunamadığından alüminyum malzemede karar kılındı. Kirişin üzerine etki eden
kuvvetin kirişi plastik deformasyon bölgesi dışına çıkarmaması ve ölçüm
hassasiyeti bu hesaplar sırasında göz önüne alındı.
Kirişin boyutlandırılmasında ise diğer en önemli etken ise kirişin oturacağı
kafa kısmının ağırlığı idi. Çünki ağırlıkla orantılı olarak kafa kısmı boyutlanacak
ve bu kiriş uzunluğuna etki edecekti.
Bütün bu hesaplardan sonra kafa kısmının ağırlık değişiminin nasıl
olacağı, kirişin nasıl mesnetleneceği gibi sorunlar nedeniyle kafa kısmının dizaynı
birkaç kere değişti ve sonouda son şeklini aldı. İşlenmesi için tezgah başına
gelindiğinde ise bu sefer tezgah özelliklerinin elde var olan malzemenin planlara
uygunluğu sorun çıkardı ve tekrar yeni bir dizayn yapıldı. Bu dizayna kiriş ve
darbe uygulanacak materyal arasında çalışacak olan çubuk ile kafa arasında bir
sürtünme olacağı da son anda hesaba katılarak bir yatak kondu.
Yükü aktaracak olan çubuk da tekrar tekrar dizayn edildi. Bunun sebebi
ise çubuğun çekicin uç kısmında tamamen bağlantısız olarak düşmeden
durmasının sağlanması idi. Ayrıca ucunda yumuşak kısım ise tamaen el ile
biçimlendirilmiş beyaz silgidir.
Kafa kısmının ve kirişin dizaynından ve imalinden sonra ise ağırlık
değişiminin nasıl sağlanacağı konusunda bir sorun yaşandı. Bu sorun da
çocukların oynadığı legolardan esinlenerek çözüldü.
Mekanik kısmın tamamen bitmesinden sonra sıra data aktarımının nasıl
yapılacağına geldi. Bu konuyu da bir telefon jakı üzerinde birkaç oynama ile
halledildi.
Sonuçta darbe çekicimiz hazırdı.
Kalibrasyon ve Test Aşaması
:
Çekiç tamamen hazır olduktan sonra sistemin kalibrasyonunun yapılması
gereklidir. Bunun nedeni ise streyngeyçlerin belli kuvvetler altında belli bir direnç
göstermesine karşın hangi kuvvete ne kadar direnç göstereceğinin
bilinmemesidir.
Bu nedenle çekicin uc kısmına belli bir ağırlıktan itibaren ağrılığı arttırarak
çeşitli ağırlıklar konur ve bu ağırlıklara karşılık çekicin bağlı olduğu göstergeden
değerler okunur, daha sonra bu değerler kullanılarak bir grafik oluşturulur. Bu
grafiğin lineer çıkması bizim ölçümlerimizin kendi içinde doğru olduğunu
göstermektedir.
Grafikten yararlanarak göstergeden okuduğumuz değerin karşılık geldiği
kuvveti bulabilir ve böylece çekicimizin çarpma anında ne kadarlık bir kuvvet
uyguladığını bulabiliriz.
Aşağıda sistemin kalibrasyon sonuç grafiği verilmiştir.
OKUNAN DEĞER
KALİBRASYON SONUÇ EĞRİSİ
16
14
12
10
Series1
8
6
4
2
0
0
1
2
3
4
UYGULANAN AĞIRLIK (Kg)
5
6
DARBE ÇEKİCİMİZİN ANA PARÇALARI ve TEKNİK RESİMLERİ
Çekicin Kafa kısmını oluşturan iki ana parça
1. Kafa Ön kısım
A-A KESIDI
Bu parça çekicin ön kısmını oluşturmakta ve kuvvet ileten çubuğa yatak
görevi görmektedir. Ayrıca kirişin oturduğu yuva da bu kısımdadır.parçanın arka
tarafında açılmış olan dişler kafa kısmının arka parçasının montesi amaçlıdır.
Parça tamamen torna tezgahında üretilmiş olup çubuk malzemesi ile aynı
malzemeden bir yatak parçaya çakılmak sureti ile sıkı geçirilmiştir. Bunun amacı
çubuk ile olan sürtünme ve aşınmayı minimize etmektir. Parçanın tamamı sarı
malzemeden imal olup yatak kısmı white-metal dir.
2.
Kafa Arka Kısım:
A-A KESIDI
Bu parça ön tarafına açılmış olan dişler vasıtası ile çekicin kafa kısmının
ön parçasına monte edilmektedir. Monte edildiği zaman kirişi iki ucundan
sıkıştırmakta ve ön kısım ile birlikte ankastre mesnet olarak davranmaktadır. Veri
iletimini sağlayan bağlantı jakı da yine bu parçanın içindeki boşlukta yer
almaktadır. Ayrıca arka tarafına sıkı geçme olarak takılan ağırlıklar monte
edilebilmektedir.
Kiriş :
Kafa ön kısım parçası ile arka kısım parçası araısnda bulunan ve üzerine
yerleştirilen strain-gage’ler vasıtası ile bize uygulanan kuvvet hakkında fikir veren
parçadır. Hesaplar sonucunda 0.28mm kalınlığında ST-32 çelik kullanılması
gerekli iken malzeme tedarik imkanları nedeniyle aşağıdaki ölçülerde alüminyum
malzeme kullanılmıştır.
Aşağıda genel boyutlandırması ve üzerindeki strain-gage’lerin yerleşimi
görülmektedir.
Bu çalışmanın en önemli aşaması strain-gage’lerin monte aşamasıdır. Bu
aşamadaki en ufak bir hata tüm çalışmanın boşa gitmesi demektir. Bu sebeple
yapıştırma işlemini açıklamakta fayda görülmüştür:
İlk önce stain-gage’lerin boyutlarına uygun kalınlıkta kiriş üzerinde kanallar
açılarak zımparalanır. Bu kanalların dışında kalan kısımlara bant yapıştırılarak
strain-gage’lerin tellerinin kiriş üstüne hata ile yapışması engellenir. Tüm yüzey
özel temizleyici madde ile silinerek hiçbir maddenin (yağ,kir,toz v.b.) kalmaması
sağlanır.
Daha sonra çok güçlü yapıştırıcılar kullanılarak strain-gage’ler daha önce
belirlenen yerlerine bir defada konarak yapıştırılır. Yapıştırıcılar çok güçlü
olduğundan düzeltme şansı yoktur. Yapıştırma esnasında bir küçük el
mengenesi ile sıkıştırma işlemi uygulanır ve strain-gage’in üzerine teflon bant
konur ki yapıştırıcı maddenin mengene veya başka bir şeye yapışması önlenir.
Uygulanan kuvvetin eş olarak dağılması için ise bir elastik malzeme teflon bant
ile mengenenin ağzı arasına konur. Eş basınç uygulanarak ve arada hava
bırakılmaksızın strain-gage’in yapıştırılması ölçüm doğruluğunun yüzdesini
arttırır.
Daha önceden belirlenen yerlere aynı yolla contacter’lar da yapıştırıldıktan
sonra strain-gage’lerin kablolarının sadece bu contacter’lara temas edecek
şekilde montesi ile bir tam köprü oluşturulur. Aynı contacterların üzerinden çıkış
kabloarı alınarak data aktarım jakına bağlantılanır.
Kullanılan tüm data aktarım kablolarının uçları monte edilmeden önce
lehim ile güzel bir şekilde kaplanmalıdır. Bunun amacı kaynak noktalarında
elektrik geçişinin düzgün ve doğru olmasıdır.
STRAIN-GAGE
CONTACTER
CONTACTER
STRAIN GAGE
SEFFAF BANT
STRAIN-GAGE KANALI
Ağırlıklar :
A-A KESIDI
A
A
Serbest salınım yolu ile çarpma gerçekleşeceğinden çarpmanın şiddetini
değiştirmek için darbe çekicinin ağırlığının değiştirilmesi gerekmektedir. Bunun
için ise kafa arka kısmına monte edilecek ağırlıklar dizayn edilmiştir. Bu
ağırlıkların tamamının çap ölçütleri ve kafaya monte edilen kısmının ölçütleri
sabit değerdedir. Ağırlıklar kafa arka parçasına sıkı geçme olarak monte
edilmektedir. Data aktarımını sağlayan jakın uç kısmı, ağırlığın orta kısmındaki
boşluğa sıkı geçmektedir. Ağırlık parçalarının ağırlıklarının değişik olması ise
kafa arka parçasına giren kısmın arkasındaki bölümün kalınlığının değişmesi ile
sağlanmaktadır. (Bu kısım yukarıda görülen teknik resimde 5 mm olarak
görülmektedir, ki bu kalınlık değiştiğinde ağırlık da değişmektedir.)
Kuvvet Aktarıcı Çubuk :
A-A
KESIDI
A
A
Darbe çekicinin cisme çarpan ve çarpma anında oluşan kuvvetin kirişe
iletilmesini sağlayan parçadır. White-metal kullanılarak torna tezgahında imal
edilmiştir.kafa kısmının ön parçasında bulunana yatak içerisinde hareket
etmektedir. Çarpma noktası olan uç kısımı elastik malzemeden imal edilmiş olup
çarpma esnasında çarptığı malzemenin hasar görmesini engellemektedir. ( Bu
kısım el ile kalitei bir silgiden imal edilmiştir)
Çubuğun yatak içinden dışa kayarak düşmesini engellemek için kafa
kısmının iç tarafında kalan kısmı çapı geniş olacak şekilde bir vida kafası gibi
imal edilmiştir. Kuvvet aktaracak nokta ise mümkün olduğunca küçük bir yüzey
olarak kirişe temas edecek şekilde ve kafa ön parçasında yer alan kiriş yatakları
ile eş yükseklikte imal edilerek kirişe tam temas fakat bir yük uygulamayacak
biçimde imal edilmiştir.
TÜM DARBE ÇEKİCİNİN ORTA HAT KESİDİ
SISTEMIN ORTA HAT KESIDI
ELASTİK KISIM
KUVVET İLETİCİ ÇUBUK
KİRİŞ
KAFA ÖN PARÇASI
KAFA ARKA PARÇASI
AĞIRLIK
Yukarıdaki Şekilde tüm dabe çekicinin parçalarının bir araya gelmiş halinin
orta hat kesidi görülmektedir.
SONUÇ
:
Teorik olarak çalışan darbe çekicimiz gerçek hayata geçtiğinde başarılı
olamamıştır. Karşılaşılan sorunlar şunlardır:
Ortaya çıkan sorun
1.Kalibrasyon esnasında sistem
değer göstermemiştir.
2.Kalibrasyon esnasında kiriş
kafa arka parçası sökülerek
basit mesnetli hale getirilmiştir
ve değer kunmuştur.
3.Kiriş basit mesnet durumunda
iken alınan değerler lineer bir
eğri çizmemektedir.
Olası nedeni
1.Kuvvet iletim çubuğunun ucundaki elstik
kısım kuvveti aşırı absorbe etmiş olabilir.
2.Kirişe kuvvet iletim çubuğu tarafından imalat
hatası nedeni ile aşırı baskı yapılmış olabilir ve
kiriş serbest kalınca bu baskı kalkmış olabilir.
3.Ağırlık uygulamaları her defasında sabit
koşullarda yapılamamış yada data aktarım
kablosu çekiç çıkışı ile gösterge bağlantı
noktası arasında oynamış olabilir.
4.Çekiç salınım yapatığı esnada 4.Bir kılavuz tel üzerine data iletim kablosunun
data iletim kablosu sallanarak sabitlenmemesi.
okunan değerleri etkilemektedir.
Sonuç olarak sistemimizin genelde başarılı olmasına karşın kiriş
malzemesinin uygulamada doğru kullanılmamasından dolayı ölçüm hataları ve
hassasiyet kaybı ortaya çıkmıştır.
• Kiriş malzemesinin değiştirilmesi
• Data iletim kablosunun kılavuz bir hat üzerine montesi
• Kuvvet iletim çubuğunun ucundaki malzemenin daha sert bir malzeme
(Örneğin plastik veya pvc) kullanılması
ile sistemin doğru sonuçlar verebileceği düşünülmektedir.