.ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ ve SERGİSİ

Transkript

1 tmmob makina mühendisleri odası.ulusal HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ ve SERGİSİ BİLDİRİLER İİ KİTABI İZMİR mmo yayın no : E/2003/342-1 ARALIK 2003

2 tmmob makina mühendisleri odası Sümer Sok. No: 36/1-A Demirtepe, ANKARA Tel: (0 312) Faks: (0 312) ODA YAYIN NO: E/2003/342-1 ISBN BU YAPITIN YAYIN HAKKI MMO' NA AİTTİR. KAPAK TASARIMI: Ürün Tanıtım - İZMİR Tel / Faks : (0232) DİZGİ : TMMOB MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI İZMİR ŞUBESİ Atatürk Cad. No:422 / Alsancak / İZMİR Tel: (0232) Pbx Faks : (0232) BASKI: ALTINDAĞ MATBAACILIK - İZMİR Tel: (0232)

3 III. HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ PROGRAM BİLDİRİLERİ /HİD - 19 MMO, bu makaledeki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan ve basım hatalarından sorumlu değildir. Elektronik Kontrollü Tuz Serici Hidroliği Ali KARŞIGİL TCK GENEL MÜDÜRLÜĞÜ ATÖLYELER MÜDÜRLÜĞÜ MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI BİLDİRİ

4 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 233 ELEKTRONİK KONTROLLÜ TUZ SERİCİ HİDROLİĞİ Ali KARŞIGİL ÖZET Tuz sericilerin görevi tuz ve agregayı yola serpmektir. Yeterli etkiye ulaşabilmesi için serpme maddelerinin yol ve hava şartlarına göre, birim alana, istenen yoğunlukta düşmesi gerekir. Tuz sericiler yolun kayganlığına ve hava durumuna göre m 2 ye atılacak serpme maddelerinin yoğunluğunu ve serpme genişliğini ayarlayabilecek, ayarlanan bu değerleri yol ve hava durumuna göre değiştirebilecek ve bunları koruyacak donanımda olmalıdır. Tuz serici imalatında kullanılmakta olan elektronik kontrollü hidrolik oransal valflarla, bunların kumanda ettiği hız sensörlü hidrolik motorlarla ve elektronik kutu ile sistemin serpme genişliğini, serpme yoğunluğunu istenilen aralıkta ayarlamak ve bu ayarları korumak mümkün olmaktadır. GİRİŞ Karayolu üzerinde kar ve buzu yok etmek maksadıyla kullanılan tuz, ilk defa 1936 yılında Almanya'da kullanılmaya başlandı. Ama yapılan işlemler pratik değildi. Henüz tuzu homojen olarak serebilecek araçlar yoktu. Tuz bu yüzyılın başında eritme maddesi olarak ilk önce büyük şehirlerde kullanıldı. Tuzun karayolu üzerinde ilk kullanımı ulaşımın karayolu, demir yolu ve denizyollarında tamamıyla durduğu 1929/30 kışında oldu. Otoyolların işletmeye alınmasından sonra; yüksek standartlar istenen bu yollarda mümkün olan hızlı ve emniyetli bir seyahat için güvenliğin kar ve buzda da temini gerekiyordu. Daha güvenli yol şartlarının sağlanabilmesi için kaymayı önleyici maddelerin içerisine karıştırılan tuz oranının artırılması, kış mücadelesinde avantaj sağlıyordu. Buna rağmen kaymayı önleyici maddelerin (kum, agrega, kül) yollarda kullanılması yine ön plandaydı. Tuzun agrega ile beraber yol kayganlığı mücadelesinde kullanılması otoyolların açılmasıyla hızlandı. Homojen olmayan tuz agrega karışımlarla, yapılan homojen olmayan sermede sert kar tabakasında delikler açılmakta, meydana gelen çukur ve tümsekler trafiği önemli derece etkilemektedir. TUZ KULLANIMININ EKONOMİ VE ÇEVREYE ETKİLERİ Trafik böyle şartlarda çok yavaş ve düzensiz ilerliyordu. Devamlı kalınlaşan buz tabakası greyder veya benzeri makinelerle kaldırılabiliyor. Bu sıkıntılara rağmen kış hizmetleri ile ilgili şikayetler devamlı artıyor, karayolunun durumunu iyileştirmek için eldeki metotlar netice vermiyordu. Daha güvenli yol şartlarının sağlanabilmesi için kaymayı önleyici maddelerin içerisine karıştırılan tuz oranının artırılmasının yola zarar vereceği düşüncesiyle, yol üst yapımcıları tuzun kullanımına karşıydılar. Bir kesim yol üzerinde yapılan denemelerde kaza oranlarındaki büyük düşüş ve trafik güvenliğinin getirdiği faydalar, yollardaki kış mücadelesinde tuz kullanımını kaçınılmaz hale getirdi. Ancak bu şekilde yolların kar ve buzsuz tutulabileceğine inanıldı. Tuzun kayganlık mücadelesinde avantajları ve dezavantajlarının mukayesesini yaparsak;

5 II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 234 Araçlara, yol ve köprülere, doğaya ve içme suyu kaynaklarına mümkün olacak zararlar göz önüne alınarak karşılaştırma yapılması gerekir. İnsanlar yoldaki kaymaların doğurduğu tehlikelere karşı korunmalıdır. Eşya ve insan taşıyan araçlar, kış aylarında da karayolunda seyretmektedir. Tuz kullanımından dolayı can ve mal kaybının önüne geçilmesi, endüstrideki gecikmelerden dolayı meydana gelen kayıpların engellenmesi gibi insani ve toplumsal faydalar, tuz kullanımının çevreye verdiği zararları arka planda bırakmaktadır. Kullanılan tuz, doğaya zararlı olmamalı, zemin veya yer altı suyunu zararlı maddelerle beslememeli, drenaj tesislerinin akıcılığını ve fonksiyonlarını engellememeli, yola, kaldırıma, yaya yollarına, yatay ve düşey trafik işaretlerine, çelik-beton gerilmeli köprülere ve sanat yapılarına zararlı olmamalıdır. Görülüyor ki bütün bu şartları bir malzemede bulmak zordur. Onun için çevreye en az zararlı doğal maddelerle kış mücadelesinin yapılması gereği ortaya çıkmaktadır. Tuzun doğal olması ve uygun miktarlarda kullanılması halinde çevreye en uygun madde olduğu- görülmüştür. Homojen serme yapabilen tuz serme makinelerinin gelişimi ve gelişen teknolojilerin bu makinelere uygulanması ile istenilen miktarda tuzun yol yüzeyine atılması sağlanmıştır. Resim 1. Tuz serme makineleri kış mücadelesinin vazgeçilmez araçlarıdır. YOL KAYGANLIKLARININ OLUŞUMU Kışın karayolu üzerindeki yol kayganlıkları birden çok faktöre bağlıdır. Birinci faktör hava sıcaklığı, havanın nemi, karayolu sıcaklığı ve yağıştır. Kışın ıslak bir karayolu üzerinde karayolu kaplamasının sıcaklığı donma noktasının altına düşer, Arkasından sislenme veya yağış olursa, homojen kaygan buz tabakası meydana gelir. Bu çoğunlukla gece ayazında ve soğuk havalarda olur. Buz yoğun kar yağışından sonra da oluşabilir. Yol üzerinde kalan kar giderek kalınlaşır, trafik tarafından da sıkıştırılırsa sert bir tabaka oluşturur. Bu durum kar yağışının başlangıcından itibaren ince bir tabaka halinde başlar. Bu ince tabaka yok edilmezse devam eden kar yağışı ile gelişir ve trafik altında giderek sertleşerek buza dönüşür. Bu buz tabakası trafik için çok tehlikelidir. Esas tehlikeler karayolunun münferit yerlerinde farklı ısı ve nem şartlarından dolayı meydana gelen buzlanmalardır. Tehlikeleri azaltmak için bu bölgelerin bilinmesi gerekir Hava tahminleri yanında karayolunun buzlanma olan bu kesimleri tespit edilip. Yolun konumundan dolayı (gölgeliklerde, rüzgarın tesirinde kalan yerlerde, viyadüklerde) farklı kayganlıklar ortaya çıkar. Kışın yolda meydana gelen kayganlıklarla mücadelede bu yerlerin bilinmesi çok önemlidir. Tehlikeyi azaltmak için bu kesimler trafik işaretleri ile sürücülere ikaz edilir. Kış mevsiminde kar ve buz sonucu ortaya çıkan yol kayganlıklarıyla, kaymayı önleyici maddeler ve eritme maddeleri yardımıyla mücadele edilir. Kaymayı önleyici maddeler; kum, çakıl, cüruf ve agregalardır. Eritme maddeleri ise tuz, kalsiyum klorür, kalsiyum-magnezyum-asetat (CMA), asetatformiat (Clearvvay)dır. Kaymayı önleyici maddeler kışın yol kayganlığı ile mücadelede tek başına yeterli olamaz. Bunlar eritme maddeleri ile karıştırılarak kullanılırlar. Eritme maddeleri içinde en çok kullanılan tuzdur. Tuz, karayolu üzerine mümkün olduğunca, gerekli miktarda serilmelidir. Kaymayı

6 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE"SERGİSİ 235 önleyici maddelere, eritme maddeleri, donma veya topaklaşmayı önlemek amacıyla 10:1 oranına kadar karıştırabilir. Böyle bir karışımda dikkat edilmesi gereken nokta, sermede yolun m 2 si üzerine saf tuzda belirtilen maksimum miktar olan 40 gr/m 2 'den çok tuz gelmemesidir. Bazı hallerde, her iki serme maddesinin avantajlarından yararlanmak düşüncesiyle, belli oranlarda karıştırılarak kullanılır. Bu oranlar 3:1 ve 6:1 arasındadır 3:1'de eritme maddesi tuz etkisi, 10:1'den fazlası ise kaymayı önleyici madde etkisi gösterir. Şekil 1. Bulutlar, yapılar, ağaçlar yolu gölgelendirerek bölgesel buzlanmalara sebep olurlar. YOL KAYGANLĞIYLA MÜCADELE Kar ve buzla mücadelede, tuz serme başlangıcının doğru zamanına karar vermek çok zordur. Erken atılırsa ve yol kuru ise tuz, rüzgar ve araçlar tarafından yol kenarına yada yolun dışına savrulur. Geç serildiği zaman ise, bu esnada oluşan kar veya buz kayganlığı trafiği tehlikeye sokar ve engeller. Tuz sericinin 50 km yolu serebilmesi için yaklaşık dakikaya ihtiyacı olduğu bilinmelidir. Kış mevsiminde karayolu üzerinde 1, 5 saatte neler olabileceğini kestirmek zor değildir. Serilen tuzun yeterli süre içinde, karayolu üzerinde savrulmadan kalabilmesi için tuz, serilme esnasında veya bundan biraz önce ıslatılır. Tuz-su karışımı için tipik oran %70 tuz, %30 likit tuzdur. Islatılmış tuz, kuru tuzdan daha ağır olduğu için karayolunda, rüzgar ve araçlar yüzünden savrulmayacak, nem yüzünden ağırlaşarak zemine yapışacaktır. Resim 2. Islatılmadan serilmiş tuz. Resim 3. Islatılarak serilmiş tuz. Karayollarında kışın yol kayganlığının zamanında tespiti çok önemlidir. Kışın yol kayganlığıyla mücadele tuz sericileri ile yapılır. Tuz sericilerinin görevi, eritme veya kaymayı önleyici maddeleri yola serpmektir. Yeterli etkiye ulaşabilmesi için, tuz sericilerin homojen bir serpme yapması önemlidir.

7 II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 236 Tuz sericiler yolun kayganlığına ve hava durumuna göre, istenilen miktarlardaki serpme maddelerini homojen olarak, birim yüzeye atabilecek, atılan bu serpme maddelerinin miktarını, serpme genişliğini ayarlayabilecek ve ayarlanan bu değerleri koruyacak donanımda olmalıdır. Resim 4. Tuz sericiler homojen serme yaparlar. Şekil 2. Tuz sericinin şematik görünüşü. Serpme maddelerinin yol ve hava şartlarına göre, birim alana, ayarlanan yoğunlukta düşmesi gerekir. Bu kaymayı önleyici maddelerde (kum, çakıl, cüruf veya kırma taş) gr/m 2, eritme maddesinde ise (tuz) 5-40 gr/m 2 dır. ELEKTRONİK KONTROLLÜ HİDROLİK ORANSAL SİSTEM 7M'TUZSERICI KAMYON Resim 5. Tuz serici üzerinde yapılan tadilatlar Kış mücadelesini yukarda bahsedilen şartlarda yürütebilmek için karayollarının elinde bulunan 7m 3 lük tuz sericilerin eskiyen teknolojilerini yenilemek, mekanik, elektronik ve hidrolik tadilatların yapılması gerekmektedir.

8 ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 237 Tuz serici üzerinde eskiyen ve çalışmayan elektronik, elektrik, hidrolik sistemler sökülerek, yerine yeni elektronik kumanda kutusu ve elektronik hidrolik oransal kontrollü valflar takılmıştır. Dijital elektronik kutu, bağımsız bir elektroniğe sahiptir ve kış mevsiminde kullanılan tek yada çift hücreli tuz serme makinelerine yönelik olarak tasarlanmıştır. Dijital sistem avantajlarının doğru kullanılabilmesi için tuz sericinin, bant-palet, serpici tabağı, likit eriyik tuz atma pompası, hız sensörlü hidrolik motorlarla hareket ettirilmiş, yüzeye atılacak tuz-kum miktarı, serme genişliği, likit eriyik tuz atma miktarı, elektronik hidrolik oransal kontrollü valflarla gerçekleştirilmiştir. Resim 6. Dijital elektronik kutu. Bu valflar ve ünitelerdeki hidrolik ve elektronik sistemler ile serpici tabağına, asimetrik serpme yaptıran sistem, operatör kabinindeki bu elektronik kumanda kutusundan yönlendirilmektedir. Bu şekilde yol ve hava şartlarına göre yola atılacak tuz miktarını ayarlamak mümkün olmaktadır. Bu özellikler sayesinde;serpici motorunda serpme genişliğini 1-9 m, 3-12 m aralığında 10 değişik hız kademesinde, Besleme bandı motorunda; Tuz atmada 5 gr/m 2 atma aralığında 40 gr/m 2 ye kadar 10 değişik hız kademesinde ayarlayabilmekte, *. * Mlknyfpn Sarpını? Kontrolü f~09rçgk tteger gort bildirimi l \CJ] B Veri koydi (opaiyon) Şekil 3. Elektronik kutu tuşlarının işlevleri.

9 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 238 Kaymayı önleyici maddelerde 30 gr/m 2 aralığında 240 gr/m 2 ye kadar 10 değişik hız kademesinde, Likit Eriyik Tuz atmada ise Ayarlanan miktar kadar tuzun %30 oranında püskürtmeyi sağlayacak derecede motor hız kademesini ayarlayabilmektedir, Toplam ve günlük tuz, eriyik, kum ve mıcır miktarlarını göstergede görmek mümkündür. İşletme saati, serpilen yol uzunluğu ve bir çok diğer verinin alınması mümkündür. PC'Iere veri aktarımı ve GPS sistemleri ile iletişim imkanları da bulunmaktadır. Kış hizmetlerine yönelik yazılımı standart olarak kuruludur. Bunların yanında stop düğmesi sayesinde araç hareket halindeyken serpme işlemini durdurabilir 4x düğmesi sayesinde ise maksimum seviyeye çıkarabilir. Hidrolik sistemdeki hız sensörlü motorlar ve serpicinin üzerindeki mikrofon sayesinde, herhangi bir nedenle serpici tabağının, besleme bandının, su pompasının durduğunu ve malzemenin gelmediğini operatöre sesli ve dijital olarak haber verir. Günlük bilgilere ulaşabilir; aracın hızı, km cinsinden serpme yapılan yol, kg olarak serpilen kum, tuz, likit tuz, kat edilen yol ve çalışma saatini hesaplar. Elektronik hidrolik oransal kontrollü valflar hidrolik motor ve silindirlerin çalışma hızını, hız ve yükten bağımsız, basınçla dengelenmiş olarak, kontrol etmek için kullanılır. Akış hızındaki değişiklik, orantılı bir selenoid vasıtası ile gerçekleştirilir. 2 ya da 3 yönlü akış kontrolü için kullanılır. 3 yönlü akış için kullanıldığında, kontrollü akış (öncelik) ağzı veya fazla akış ağzı yüksek basınç altında olabilir. Özel delik donanımı akış ayarının, işletme sıvısının viskozitesinden oldukça bağımsız olmasını sağlar. TUZSERlÖ HİDROLİK ŞEMASI " 0 I ~ 14-._ R» M Hrt,k*rtjfk»ın6wıta»j 1S.Sfl3C2»JDYoluHirjHy.r «Yj : BUt BMttartı HABto Qun*u f 1-Tatk MatUftıftt Şekil 4. Tuz serici hidrolik şeması.

10 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 239 TERMOLOJİK ( ISI MANTIĞI ) SİSTEM Tuz serici üzerine monte edilen elektronik kutu ve bunun kumanda ettiği elektronik kumandalı oransal hidrolik valfların ve hızlı veri iletmede kullanılan CAN-BUS sistemin entegresi ile otomatik dozaj lama yapılabilmekte ve sahip oldukları imkanlarla tuz serme işlemini operatörün inisiyatifinden çıkarmaktadır. Resim 7. Termolojik sistemin araç üzerindeki montajı. Otomatik dozaj lama için termolojik-ısı mantığına göre ölçülen yolun ısısı işlemci(elektronik kutu) ye gönderilir ölçülen ısıya uygun işlemciye yüklenen dozaj verileri işlemci tarafından ilgili donanımlara komut olarak ulaştırılır ve ölçülen yol sıcaklığına uygun dozajlarda serpme gerçekleşir. Termolojik sistemle yol üzerinde değişen şartlara göre meydana gelen farklı yol kayganlıklarıyla mücadele yapmak için değişik dozlarda eritme maddelerinin yola serilmesi gerekmektedir. Yol yüzeyinin farklı noktalarında meydana gelen bu kayganlıklar çeşitli faktörlere bağlıdır bunlar rakım, gökyüzü şartları, trafik yoğunluğu, şehir içi şartları, köprü viyadük ve coğrafi yüzey şekilleridir. Yol üzerinde bu şartların etkisinde kalan kesimlerde yolun ısısı değişerek yol üzerinde farklı sıcaklık derecelerinde kayganlıklar oluşmaktadır. Tablo 2. Termolojik sisteme göre minimum 13 gr/m 2 ye göre ayarlanmış dozaj. gram ; 0D TERMOLOJİK- (ISI MANTIĞI) Ayarlanan min mun dozaj 13 ar/nr -, 20, ,00 0,00 ı/u ^' ^ *^ ^ '"*!- 'Ö ^ sıcaklık i-

11 I. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 240 Oluşan bu kayganlıklar yol yüzey sıcaklığını ölçen termal bir kamera ve verileri anında işlemciye ulaştıran CAN-BUS sistemi ile işlemciye ulaştırılmakta işlemci tarafından okunan bu sıcaklığa göre yüklenen verilere uygun komutlar ilgili ünitelere iletilmekte ve okunan ısıya uygun dozaj lama yapılmaktadır. Termolojik ısı mantığına göre elektronik kutuyu değişik dozajlarda set etmek mümkündür en düşük dozaj lama 3gr/m 2 olmak üzere değişen şartlara göre dozajı artırmak mümkün olmaktadır yukarıdaki tabloda dozaj minimum 13gr/m 2 ayarlanmıştır. Tablo 3. Termoljik sistem, 4 dakika içinde 21 defa ısı değişikliğine göre dozaj ayarlamıştır. "0 3 s u S 4 - t. ISf, > c Tablo 4. Termolojik sistemle yapılan dozaj lamayla %15 oranında avantaj sağlanmıştır. AA ESAFE 45 Km m2 ORTALAMA DOZAJ SAYISI AVANTAJ TERMOLOJİK ISI MANTIĞI İLE 8,4 gr/m Kg % MANUEL 10 g r/m Kg - Bu şekilde çalışmakla mesafe, zaman, malzeme ve yakıt avantajı sağlanmış yol yüzeyi korunmuştur. GPS ARAÇ TAKİP SİSTEMİ Elektronik kutu, GPS sistemleri ile veri alış verişi yapabilecek donanıma sahiptir. Termolojik sistemle tuz sericinin sistemlerini yol ve hava şartlarına göre operatörden bağımsız çalışabilir hale getirilmiş ve yol üzerindeki sıcaklık verilerine ulaşılmıştır. Bundan sonraki amaç makine üzerinde bulunan elektronik kutunun GPS özelliği sayesinde bu sistemin getireceği avantajlardan faydalanmaktır. Karayolları 4. bölge müdürlüğünde GPS araç takip sistemi denenmekte Çaydurt Bakım İşletme Şefliğinde 15 aracımız, Kaynaşlı Bakım İşletme Şefliğinde 5 aracımız, bu proje kapsamında Araç Takip Sistemi ile donatılmıştır. GPS (Küresel Konum Belirleme Sistemi) ile km. yükseklikte bulunan 24 saat aktif her saat diliminde 1'er adet olmak üzere toplam 24 adet NavStar GPS uydusundan alınan veriler 5 adet uydu takip istasyonu, 3 adet uydu veri iletişim istasyonu, 1 adet ana kumanda istasyonu tarafından işlenir ve sistem tarafından bu veriler kullanılır, Bunlar:

12 II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 241 Enlem, boylam, yıl, ay, gün, saat, dakika, saniye ve sürat bilgisidir. CBS (Coğrafi Bilgi Sistemi) projesi altyapısından faydalanarak, GPS sistemi ile araçlar izlenebilir, kar mücadelesi açısından (örneğin kuzeye bakan yamaçlar, meteorolojik veriler ile rakım bilgileri) kritik noktaların tespit ve takibi yapılabilir, Özel yükler için en kısa ve en uygun yol güzergahı tespit edilebilir. Yol güzergahı boyunca yapılan, her türlü bakım ve yenileme çalışmalarına ait istatistiği bilgilerin ve miktarların güncelleştirilerek zamana bağlı takibi yapılabilir. GPS Araç Takip Sistemi İle mevcut telsiz altyapısını kullanarak iş makinelerinin operasyon esnasında izlenmesi, kontrolü ve yönlendirilmesi, Araçların çalışma yerlerinin ve çalışma sürelerinin kara kutu sayesinde kayıt altına alınması, Özellikle karla mücadele, kazalara müdahale, bakım-onarım gibi çalışmaları işletme şeflikleri ve bölge merkezimizde bilgisayar ekranından güncel coğrafi tabanlı haritalar üzerinde takip edilebilir. Haritalar kayan harita olduğundan konuma göre kendileri hareket eder. Kullanıcı harita üzerinde aracın nerede olduğunu aramaz. ARAÇ USTU GPS+GSM UYDU ELEKTRONİK KUTU 1 1 \ \ T. i * fc.... ' I V i 1 1 s \ \ 1* BİLGİSAYAR-YAZICI KONTROL MERKEZİ GPS+GÎ Resim 8. Araç üstü GPS + GSM sistemi Aracın, hangi tarih ve zamanda nerede olduğu harita üzerinde hızı ile birlikte izlenir, aracın nerede ne kadar durduğu görsel ve yazılı rapor olarak alınır, aracın toplam veya belirli bir zaman diliminde aldığı yol ve ortalama hızı tespit edilir. İstediğimiz aracı telsiz veya GSM üzerinden kendisi arar, sorgular, harita üzerinde konumunu ve hızını gösterir. Geçmişe dönük kara kutu verileri aktarılarak aracın durumu sorgulanabilir. Bir veya birden fazla araç aynı anda istenilen altlık harita üzerinde izlenebilir.

13 I. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 242 "./- :/ 7 i., 7,< I Resim 9. CBS (Coğrafi Bilgi Sistemi) ye göre oluşturulmuş Kayan harita. SONUÇ Karayolları Atölye Müdürlüğü Makine İmalat Başmühendisliği olarak tuz sericiler üzerinde yaptığımız bu değişiklikler karayolları koordinasyonunda piyasada bu konuda çalışan(mekanik, hidrolik elektrik, elektronik)firmaların üstün gayretleri sonucunda gerçekleşmiştir. Makineler kış sezonunda değişik şubelerde ortalama 200 saat çalışmış, çalışması yoğun olan Karayolları Bolu Şubesinde olan makinemiz, Bolu dağında 1.5 ay sürede 433 saat çalışmıştır. Makinelerden elde edilen bu sonuçlardan sonra termolojik sistem bu makineye monte edilmiş ve sonuçları bu kış izlenecektir. Bundan sonraki amacımız termolojik ve GPS araç takip sistemiyle ilgili çalışmalarımıza devam etmektir. KAYNAKLAR [1] Bulut.A. Karayolunda kış kayganlığıyla mücadele [2] Karayolları Atölye Müdürlüğü Arşivi [3] Karayolları GPS ve Araç Takip Sistemi sunumu, Karayolları 4. Bölge Müdürlüğü [4[ Bucher Hydraulics CD, Katolog ve Yayınları [5] Schmıdth, Nido Firması CD, Katolog ve Yayınları [6] Demirer Hidrolik Firma arşivi ÖZGEÇMİŞ Ali KARŞIGİL 1960 yılında Sivas-Divriği'de doğdu 1982 yılında Konya D. M. M. Akademisi Makine Mühendisliği bölümünü bitirdi yılında Ankara'da Çelik dövme sanayinde kalıp tasarımı ve parça üretimi konusunda çalıştı yılından beri Karayolları Atölye Müdürlüğünde İmalat Proje Mühendisi olarak çeşitli makinelerin proje ve imalatında çalışmaktadır.

14 III. HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ PROGRAM BİLDİRİLERİ /HİD - 20 Bu bir MMO yayınıdır MMO, bu makaledeki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan ve basım hatalarından sorumlu değildir. Hidrolik Sistemlerde Hareket Denetim Yöntemleri Umut BATU ASELSAN M. Burak GÜRCAN ASELSAN Tuna BALKAN ORTA DOĞU TEKNİK ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI BİLDİRİ

15 II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 245 HİDROLİK SİSTEMLERDE HAREKET DENETİM YÖNTEMLERİ Umut BATU M. Burak GÜRCAN Tuna BALKAN ÖZET Bu çalışmada, ASELSAN A.Ş. bünyesinde yürütülmekte olan bir proje kapsamında yapılan çalışmalar süresince hidrolik sistemlerin hareket denetiminde kullanılan yöntemlere yer verilmiştir. Hız ve konum izleme, bozucu etki dışlama ve sınırlarda sönümleme amaçlarına yönelik kullanılan denetim yöntemleri anlatılmış, bu yöntemlerin uygulaması parametrik bir denetleç üzerinde gösterilmiş, etkileri örnek bir kuramsal sistem üzerinde anlatılmıştır. 1. GİRİŞ Bu çalışmada, ASELSAN A.Ş.'de yürütülen bir proje kapsamında yere göre hareketli bir platformun üzerinde yere göre hareketsiz, stabilize bir uzuv elde edilmesi amaçlanmış, bunu sağlayacak kontrol sisteminin tasarımı ve uygulaması yapılmıştır. Çalışmada öncelikle kontrol edilecek sistemin temsili bir fiziksel modeline ve kısaca tanıtımına yer verilmiş, ardından denetimin hedefleri belirlenmiş, denetim içinde kullanılacak almaç ve eyleyiciler de tanıtıldıktan sonra denetlecin tasarım süreci adım adım anlatılmıştır. Uygulanan denetim teknikleri yeri geldikçe detaylandırılmış, sisteme katkıları ve dikkat edilmesi gereken noktalar açıklanmıştır. 2. ÖRNEK SİSTEM 2.1. Sistem Tanımı Şekil 2.1.1'de sistemin basitleştirilmiş fiziksel modeli verilmiştir. 1 numaralı uzuv sistemin çalışması esnasında yere göre hareketlidir ve yere göre açısal hız veya konum profili bilinmemektedir. 2 numaralı uzuv 1 numaralı uzva dönel mafsal ile bağlıdır. 3 numaralı uzuv ise doğrusal hidrolik eyleyicidir ve çift etkili hidrolik silindir ve servo valften oluşmaktadır. Diğer iki uzva dönel mafsallarla bağlıdır. Hidrolik eyleyicinin serbest kaldığı durumda 1 numaralı uzvun açısal hareketi 2 numaralı uzva yalnızca aradaki dönel mafsaldaki sürtünme yoluyla iletilir. Hidrolik eyleyiciye basınç uygulandığında ise sabit uzunlukta bir uzuv gibi davranır ve 1 numaralı uzvun hareketi 2 numaralı uzva aynen iletilir.

16 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 246 Şekil Örnek sistemin fiziksel modeli 2.2. Denetim Hedefleri Denetim algoritmasından beklenen, 2 numaralı uzvun yere göre istenen açısal konum profilini izlemesi için gereken piston-silindir açıklığını bulmak ve bu açıklığı sağlamak için servo valfe uygulanması gereken denetim sinyalini üretmektir. Gerek 2 numaralı uzvun izleyeceği konum profili, gerekse 1 numaralı uzvun izleyeceği hız profili önceden bilinmemekte ve sistemin normal çalışma senaryosu içinde sürekli değişebilmektedir. Dolayısıyla, 2 numaralı uzvun istenen rasgele konum profilini 1 numaralı uzvun rasgele açısal hareketlerine rağmen takip edebilmesi için servo valfin açıklığının hassas ve hızlı bir algoritmayla denetlenmesi gereklidir Almaç Ve Eyleyiciler Söz konusu denetim senaryosu, sistem üzerinden çok sayıda geri besleme sinyali toplanmasını gerektirmektedir. Bu çalışmada ele alınan örnek sistemde, 1 numaralı uzvun üzerine monte edilmiş bir jiroskop aracılığıyla yere göre hızı, bir eğim algılayıcı aracılığıyla da yere göre açısal konumu ölçülmektedir. 2 numaralı uzvun da üzerinde bulunan bir jiroskop aracılığıyla yere göre hızı ölçülmektedir. 1 ve 2 numaralı uzuvlar arasındaki dönel mafsalda 2 numaralı uzvun 1 numaralı uzva göre bağıl açısal konumunu ölçen bir açı algılayıcı mevcuttur. Bunların dışında, hidrolik servo valfin yer aldığı servo blok üzerinde yük basıncını ölçen bir basınç algılayıcı ve servo valf sürgüsünün konumunu ölçen bir doğrusal deplasman ölçer (LVDT, Linear Variable Displacement Transducer) bulunmaktadır. Sistemdeki tek eyleyici olan hidrolik silindir hidrolik servo blok tarafından denetlenir. Servo blok, üzerindeki servo valfe uygulanan ve servo valf sürgüsünün hızını belirleyen bir sinyalle sürülmektedir Sistem Değişkenleri Sistem üzerindeki fiziksel büyüklükleri göstermek için kullanılan sembollerin listesi aşağıda verilmiş ve Şekil de gösterilmiştir. Takip eden bölümlerde kullanılan aşağıdaki listede gösterilmemiş semboller kullanıldıkları yerlerde tanımlanmıştır. L 13 L /0 02/1 A ve C mafsalları arasındaki yatay uzaklık B ve C mafsalları arasındaki yatay uzaklık A ve B mafsalları arasındaki yatay uzaklık 1 numaralı uzvun yere göre açısal konumu (ölçülmektedir) 2 numaralı uzvun 1 numaralı uzva göre açısal konumu (ölçülmektedir) 2 numaralı uzvun yere göre açısal konumu (= 0 2/1-9 1/0 )

17 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 247 -'1/0 J 2/0 U P X Y 1 numaralı uzvun yere göre açısal hızı (ölçülmektedir) 2 numaralı uzvun yere göre açısal hızı (ölçülmektedir) 2 numaralı uzvun 1 numaralı uzva göre açısal hızı (= 0 2/o - 8 1/0 ] 2 numaralı uzvun yere göre konum isteği Servovalf yük basıncı Valf sürgüsü konumu Valf sürgüsüne giden hız isteği e2/0 L 12 L 13 ı/o 'ı/o Şekil Sistem değişkenleri 3. DENETLEÇ TASARIMI 3.1. Denetlecin Temel Yapısı Denetim, birbiri ardına kurulmuş üç denetleç yoluyla sağlanmıştır. Bunlar sırasıyla konum denetleci, hız denetleci ve valf denetleci olarak adlandırılmıştır. (Şekil 3.1.1) U PI PI PID Y X Şekil Denetlecin temel yapısı

18 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 248 Konum denetlecinde, 2 numaralı uzvun yere göre konum isteği (U) ve konum geri beslemesinin (0 2 / O ) farkından konum hatası elde edilmekte, bu hata bir Pl (oransal+integral) denetleçten geçirilerek konum isteğinin izlenmesi için gereken hız profilini gösteren bir sinyal oluşturulmaktadır. Bu sinyal, hız isteği olarak hız denetlecine beslenmekte, hız geri beslemesi (6 2/0 ) ile farkı alınarak hız hatası oluşturulmaktadır. Bu hata, yine bir Pl denetleçten geçirilerek hız isteğinin izlenmesi için gereken valf sürgü açıklığını gösteren bir sinyal oluşturulmaktadır. Bu sinyal, valf sürgü konum isteği olarak valf denetlecine beslenmekte, valf sürgü konum geri beslemesi (X) ile farkı alınarak valf sürgü konum hatası oluşturulmaktadır. Bu hata, bir PID (oransal+integral+türevsel) denetleçten geçirilerek valf sürgüsüne uygulanacak kuvveti belirleyen elektriksel sinyal (Y) oluşturulmaktadır. Geri besleme sinyalleri, almaçlardan okunan ve elektriksel olarak denetleç donanımına taşınan sinyaller oldukları için tümünün üzerinde gürültü vardır. Bu gürültü, sistem kazançlarının ayarlanmasında önemli bir kısıt oluşturmakta, yüksek kazançlar kullanıldığında sistemde titreşimlere sebep olabilmektedir. Bu titreşimler, özellikle hız ve konum denetleçlerinde türevsel kazanç kullanılmak istendiğinde denetim hassasiyetini bozacak seviyeye çıkabilmektedir. Bu yüzden hız ve konum denetiminde Pl denetleçleri kullanılmış, valf denetiminde kullanılan PID denetlecin de türevsel kazancı düşük tutulmuştur. Aynı etki yüksek oransal kazançlar kullanıldığında da görüldüğünden oransal kazancın yeterince artırılamadığı durumlarda yüksek integral kazançlar kullanılmıştır Dinamik Yük Basıncı Geri Beslemesi Bölüm 3.1 de belirtildiği üzere hız ve konum denetiminde türevsel kazanç kullanılamaması sonucunda yeterli sönümleme sağlanamadığından, diğer kazançlar da kısıtlanmakta, bu da sistemin hız ve konum izleme performansını olumsuz etkilemektedir. Oransal kazançları artırabilmek ve sistemin izleme performansını yükseltebilmek için sisteme sönümleme katan dinamik yük basıncı geri beslemesi kullanılmıştır. (Şekil 3.2.1) p HP u Pl Pl PID Y ^2/0 J 2/0 X Şekil Dinamik yük basıncı geri beslemesi eklenmiş denetim döngüsü Sisteme hareket isteği geldiğinde valf sürgüsü açılmakta ve debiyi artırarak piston-silindir eyleyicinin bir tarafında basınç artışı sağlamaktadır. Bu basınç sisteme kuvvet uygulayarak sistemin ivmelenmesini sağlamaktadır. Yük basıncı valf üzerinde bulunan basınç algılayıcı tarafından ölçülmektedir. Ölçülen basınç değeri (P) valf sürgü konum isteğine eklenmekte, basınç arttığında sürgünün kapanma yönünde istek uygulanarak valf sürgü açıklığının değişmesine bir miktar engel olunmakta, bu yolla sisteme uygulanan kuvvette ve sistemin ivmesindeki hızlı değişimler sönümlenmektedir.

19 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 249 Ancak sistem sabit olduğu durumda da servo eyleyici üzerinde bir miktar basınç farkı olmaktadır. Dinamik yük basıncı geri beslemesi, bu basınç değerinin değil, yalnızca basınçtaki dinamik değişimlerin valf sürgü isteğine eklenmesini gerektirmektedir. Bunun için de basınç algılayıcıdan ölçülen sinyaldeki nihai hatanın (ofset) giderilmesi gereklidir. Bu amaçla basınç algılayıcıdan gelen sinyal valf sürgü isteğine eklenmeden önce bir yüksek geçiren (High-Pass) filtreden (HP) geçirilmekte TS ve bir kazançla (K P ) çarpılmaktadır. Filtre için biçiminde bir transfer fonksiyonu kullanılmaktadır. TS + 1 Filtre transfer fonksiyonundaki zaman sabiti (T) değiştirilerek filtrenin sabit ofseti ne kadar zamanda gidereceği ve ne kadar yavaş basınç değişimlerine sönümleme uygulayacağı belirlenmekte, geri besleme kazancı (K P ) değiştirilerek ise elde edilecek sönümleme miktarı ayarlanabilmektedir Sürtünme Etkisinin Giderilmesi Denetim döngüsünün hız ve konum takip performansını olumsuz etkileyen faktörlerden biri de sistemde mevcut olan sürtünmelerdir. Viskoz sürtünme, hıza bağlı ve sürekli olduğu için denetleç tarafından düzeltilebilmekte, ancak kuru sürtünme sıfır hız etrafında süreksiz olduğu ve sisteme uygulanan kuvvette harekete ters yönde basamak bir değişim şeklinde kendini gösterdiği için hareket yönü değişirken sistemin ivmesini korumasına engel olmaktadır. Ayrıca, sönümleme amaçlı dinamik yük basıncı geri beslemesi denetim döngüsüne eklendiğinde sürtünmenin ikinci bir etkisi daha ortaya çıkmaktadır. Dinamik yük basıncı geri beslemesi, yük basıncını sıfırda tutarak sistemi sabit hızda ivmesiz harekete itmekte, bu yolla sisteme sönümleme sağlamaktadır. Ancak sisteme, eyleyici tarafından uygulanan kuvvetin yanı sıra 1 ve 2 numaralı uzuvlar arasındaki mafsaldan bir sürtünme torku da etki etmektedir. Denge basıncı Denge basıncı Şekil Dinamik yük basıncı geri beslemesinde sürtünmenin etkisi Sürtünmenin olmadığı ideal durumda piston-silindir ikilisinin sabit hızla hareket etmesi için yük basıncını sıfırda tutmak yeterlidir. Ancak sürtünme hesaba katıldığında sabit hızla hareket ancak sürtünmeye karşı koyacak yük basıncının sağlanması ve korunması iie mümkündür. Dolayısıyla yük basıncını sıfıra çekmek, sistemin hareket yönünün tersine bir net kuvvet altında yavaşlayarak hareket etmesine sebep olmaktadır. Bu etki özellikle sürtünmenin en etkili olduğu ve ivmeli hareketin gerektiği duruştan harekete geçme senaryosunda kendini belirgin bir şekilde göstermekte, duran sistemin hareket isteğine tepki verme süresini uzatmakta ve açık döngü hız takip performansını düşürmektedir. Çözüm olarak, sistemin sıfır yük basıncına değil, sürtünmeye karşılık gelecek basınç değerine çekilmesinin sağlanması gereklidir. Bunun için basınç algılayıcıdan elde edilen ve ofseti giderilip gerekli kazançla çarpılan basınç değerinden sürtünme kuvvetini karşılayacak basınç değerini çıkarmak yeterlidir (Şekil 3.3.1). Ancak sürtünme kuvveti hızın yönüne bağlı olduğundan bu değerin de işaretinin hızın yönüne göre değişmesinin sağlanması gereklidir.

20 m. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 250 Ancak yere göre sıfır hız istenen stabilize platform senaryosunda hız sıfır civarında olup sinyaldeki gürültülerden dolayı her örneklemede değişen küçük negatif ve pozitif değerler alabilmektedir. Sürtünme kuvvetinin dinamik yük basıncı geri beslemesi üzerindeki olumsuz etkisini gidermek için uygulanacak ek ofsetin hız sinyali ile birlikte işaret değiştirmesi, söz konusu senaryoda valf sürgüsüne uygulanan konum isteğinde yüksek frekansta sıçramalara sebep olmaktadır. Bu da sistemde istenmeyen titreşimler şeklinde kendini göstermektedir. Bunu önlemek için, uygulanacak düzeltme ofsetinin işareti belirlenirken hız sinyalinin değeri olduğu gibi kullanılmamış, sıfır merkezli ölü bir bölge yaratılıp (DZ) sinyalin mutlak değeri gürültü seviyesine kadar düştüğünde basınç geri beslemesine uygulanan düzeltme ofsetinin sıfırlanması sağlanmıştır. Düzeltme ofsetinin 2 numaralı grafikte gösterilmiştir, e ölü göstermektedir. uzvun 1 numaralı uzva göre hızına göre değişimi Şekil 3.3.2'deki bölgenin sınırlarını, P f de sürtünmeye karşılık gelen basıncı Düzeltme Ofseti Şekil Yük basıncına uygulanan düzeltme ofseti DZ Sgn p HP u PI PI PID Y e.2/0 e.2/0 X Şekil Sürtünme etkisi giderilmiş denetim döngüsü

21 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ Doğrusallaştırma Sistemde 1 numaralı uzuv ile 2 numaralı uzuv arasındaki mafsal dönel bir mafsaldır ve iki uzuv arasında yalnızca açısal bağıl harekete izin vermektedir. Böyle bir sistem tork ile sürüldüğünde uygulanan tork ile sistemin ivme, hız ve konumu arasındaki transfer fonksiyonları doğrusal olacaktır. Ancak Şekil 3.4.1'de görüldüğü gibi ele alınan dönel sistem doğrusal bir eyleyici ile sürülmektedir. Bu bağlantı biçimi karma (hibrid) mafsal olarak adlandırılmaktadır ve eyleyici tarafından uygulanan kuvvet ile sistemin ivme, hız ve konum cevabı arasında doğrusal olmayan bir bağıntı bulunmaktadır. Sistemin bu özelliği, denetim açısından bazı zorluklara yol açmaktadır. Sistemin, denetime cevabı, açısal konumuna göre değişebilmektedir. Örneğin, 2 numaralı uzvun sabit hızla hareket etmesi için pistonun silindire göre değişken bir hız profili izlemesi gereklidir. Bu tür bir bağıntı doğrusal Pl veya PID döngülerinde hesaba katılmamakta, dolayısıyla ancak doğrusal olmayan bu davranıştan dolayı sistemde hız hatası oluştuğunda bu hatayı düzeltmeye yönelik tepki verilmektedir. Oysa 2 numaralı uzvun 1 numaralı uzva göre konumu bilinmekte ve denetim döngüsünün her çevriminde 2 numaralı uzvun 1 numaralı uzva göre açısal ivmesi ile pistonun silindire göre açısal ivmesinin oranı kuramsal olarak hesaplanabilmektedir. Hız döngüsü çıkış sinyali, valf döngüsüne sürgü konum isteği olarak beslenmeden önce kazanç olarak bu oranla çarpıldığı takdirde doğrusal olmayan sistem davranışı denetim döngüsünde hesaba katılmış olmakta ve sistemden doğrusala çok yakın tepki alınması mümkün hale gelmektedir. Şekil ve 2 numaralı uzuvlar arasındaki karma mafsal Doğrusallaştırma kazancının hesaplanması aşağıdaki denklemlerle gösterilmiştir. Öncelikle L 13, kosinüs teoremi kullanılarak L 12, L 23 ve a cinsinden ifade edilir. L?o = l3 2 +L L 12 L 23 cos(a) (1) Bu denklemin türevi alındığında 2L 13 dl 13 =2L 12 L 23 sin(a)da (2) elde edilir. 1 numaralı denklemden L 13 değeri elde edilip 2 numaralı denklemde yerine konduğunda oranı aşağıdaki şekilde bulunmuş olur. da 2L 12 L 23 sin(a) da (3) Hız döngüsü tarafından üretilen valf sürgü açıklığı isteği bulunan bu oranla çarpılarak doğrusal olmayan sistem davranışının doğrusal denetim döngülerinin performansını düşürmesi engellenmektedir. (Şekil 3.4.2)

22 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 252 U PI PI PID Y X Şekil Doğrusallaştırma eklenmiş denetim döngüsü 3.5. Bozucu Hız İleri Beslemesi Sistemin çalışması esnasında 1 numaralı uzuvda bir hareket olduğunda, bu hareket mafsaldaki sürtünme ve eyleyici tarafından uygulanan kuvvet yoluyla 2 numaralı uzva da etki etmektedir. Bu etki sonucu oluşan hareket, denetim döngüsü tarafından hata olarak algılanmakta ve gerekli düzeltme yapılmaktadır. Ancak 1 numaralı uzvun sürekli bilinmeyen bir profilde hareket ettiği düşünüldüğünde, oluşan etki, ancak 2 numaralı uzuvda konum ve hız hataları oluştuktan sonra denetim döngüsüne yansımaktadır. Bu da 2 numaralı uzvun yere göre belirlenen konum profilini isabetli olarak izlemesini güçleştirmektedir. Çözüm olarak, bozucu hız (1 numaralı uzvun hızı), 2 numaralı uzuvda hız hatası oluşmasını beklemeksizin hız PI denetlecinin çıkışına ters işaretle toplanmaktadır. Bu düzeltmeyle 2 numaralı uzvun, hata oluşmasını beklemeden, 1 numaralı uzvun hareketinin tersini yaparak yere göre konum ve hızını koruması amaçlanmaktadır. Bu şekilde yapılan bozucu hız ileri beslemesi, birim kazanç kullanıldığında dahi sistemin bozucu etki dışlama performansını önemli ölçüde artırmaktadır. Ancak, sistem uzuvlarının birbirine rijit bağlanamaması yüzünden, 1 numaralı uzuvda oluşan bozucu açısal hız 2 numaralı uzva aynen yansımamaktadır. 1 numaralı uzva, hız döngüsü çıkışından verilen hız isteği farklı bir transfer fonksiyonu, bozucu hız ise farklı bir transfer fonksiyonu üzerinden etki etmektedir. Denetleçte hız ileri beslemesi uygulanarak bozucu hızın 2 numaralı uzva etkisinin giderilmesi için, bu iki transfer fonksiyonu bulunmalı ve ileri beslemede kullanılmalıdır. D* H u i 1 1? 1 1 i 1! A ' "O i ı I G o* 1 *^) i * V Denetlec Gerçek Sisten1 Şekil Bozucu hız ve ileri beslemenin sisteme etkileri Şekil 3.5.1'de kullanılan sembollerin açıklaması aşağıda verilmiştir. D : Bozucu hız D* : Bozucu hızın ölçülen değeri R : Bozucu hız ileri beslemesi H : Jiroskop transfer fonksiyonu G u : Hız isteği ile sistemin hızı arasındaki transfer fonksiyonu G d : Bozucu hız ile sistemin hızı arasındaki transfer fonksiyonu V u : Hız ileri beslemesinden dolayı sistemde oluşan hız V d : Bozucu hızdan dolayı sistemde oluşan hız V : Sistemde oluşan net hız

23 III. ULUSAL HİDROLİK PNOMATIK KONGRESİ VE SERGİSİ 253 Şekilde görüldüğü gibi bozucu hızın (D) sisteme etkisi G d transfer fonksiyonu üzerinden, hız isteğinin (R) sisteme etkisi ise G u transfer fonksiyonu üzerinden olmaktadır. Amaç, sistemde bozucu hızdan dolayı oluşacak hızın (V d ) tam tersi hızı oluşturarak sistemde oluşan net hızı (V) sıfırlayacak ileri besleme sinyalini üretmektir. İlgili hesaplamalar aşağıda verilmiştir. V u =' v d = v = v R D ı-vh (4) Bu noktada ölçülen bozucu hızın gerçek bozucu hıza eşit olduğu varsayımı yapılmış, jiroskop dinamiği ihmal edilmiştir (H = 1). D*=D (5) V d = G d D = G d D 1 İdeal durum, ileri beslemenin sistemde oluşturduğu hızın (V u ) bozucu hızın sistemde oluşturduğu hıza (V d ) eşit büyüklükte ve ters yönde olduğu durumdur (V = 0). Buradan yola çıkılarak, ölçülen bozucu hız değeri için sisteme uygulanması gereken düzeltici hız ileri beslemesi V = 0 V,,=-V ri R = -(G u dd*) (6) Gu olarak bulunur. G u ve G d transfer fonksiyonları sistem dinamiği denklemlerinden çıkarılabileceği gibi deneysel yollardan da bulunabilir. Bu çalışmada transfer fonksiyonlarının bulunması amacıyla sistem üzerinde bir dizi test yapılmış, birinci testte sisteme yalnızca kontrollü bir bozucu hız profili uygulanmış, ikinci testte ise sisteme belirli bir ileri besleme sinyali uygulanmış, her iki testte sistemin tepkileri kaydedilmiştir. MATLAB /System Identification Toolbox yazılımı kullanılarak bu etki ve tepkilere ikinci dereceden birer transfer fonksiyonu uydurulmuş, G d ve G u yerine bu transfer fonksiyonları koyularak ileri besleme için bozucu hız sinyaline uygulanması gereken transfer fonksiyonu bulunmuştur. Bozucu hız ileri beslemesi bu yolla bulunan transfer fonksiyonuyla yapıldığında çok daha üstün bir bozucu etki dışlama performansı elde edildiği görülmektedir. e,, u PI PI X Şekil Bozucu hız ileri beslemesi eklenmiş denetim döngüsü 3.6. Denetim Döngüsü Denetim döngüsünün iyileştirilmesi için "dinamik yük basıncı geri beslemesi", "sürtünme etkisinin giderilmesi", "doğrusallaştırma" ve "bozucu hız ileri beslemesi" yöntemleri uygulanmıştır. Açıklanan tüm iyileştirici yöntemlerin uygulandığı denetim döngüsünün blok şeması Şekil 3.6.1'de verilmiştir.

24 II. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ /l DZ -* Sgn P * HP 6 ı/o u PI PID Y e.2/0 J 2/0 X Şekil Tüm iyileştirici yöntemlerin kullanıldığı denetim döngüsü SONUÇ Bu çalışmada, endüstriyel uygulamalarda sıkça görülen hidrolik sistem denetim uygulamalarından farklı olarak yüksek hız ve hassasiyet gereksinimlerini karşılayan bir denetim algoritmasında kullanılan iyileştirme yöntemleri açıklanmıştır. Denetim çözümlerinde yaygın olarak kullanılan geleneksel Pl ve PID denetleçlerden yola çıkılarak yük basıncı geri beslemesi, sürtünme etkisinin giderilmesi, doğrusallaştırma ve bozucu hız ileri beslemesi gibi iyileştirici yöntemler yardımıyla yüksek performanslı ve bozucu etki dışlama kabiliyetine sahip bir denetim algoritması tasarlanmış ve kullanılan yöntemlerle ilgili bilgi verilmiştir. KAYNAKLAR [1] Thayer W. J., "Transfer Functions for MOOG Servovalves", MOOG Inc., Ocak [2] Purdy David J., "Main Battle Tank Stabilisation Ratio Enhancement Using Hull Rate Feedforvvard", Journal of Battlefield Technology, Cilt 1, Sayı 2, Temmuz [3] Ercan Y., "Akışkan Gücü Kontrolü Teorisi", Gazi Üniversitesi, Ankara, 1995.

25 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 255 ÖZGEÇMİŞLER Tuna BALKAN 1957 yılında Manisa'da doğdu. Halen çalışmakta olduğu Orta Doğu Teknik Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü'nden 1979 yılında "Lisans", 1983 yılında "Yüksek Lisans", 1988 yılında da "Doktora" derecelerini aldı yılında "Öğretim Görevlisi", 1988 yılında "Yardımcı Doçent", 1990 yılında "Doçent" ve 2000 yılında da "Profesör" unvanını aldı yılından beri ODTÜ Bilgisayar Destekli Tasarım imalat ve Robotik Merkezi Başkan Yardımcılığı görevini yürütmekte ve ASELSAN A.Ş. ile ortak çalışmaktadır. Çalışmaları sistem dinamiği, kontrol, sistem modellemesi, simülasyonu ve tanılaması, akışkan gücü kontrolü, robotik ve uygulamaları alanlarında yoğunlaşmış olup, bu konularda çeşitli uygulamalı endüstriyel çalışmalarda yer almıştır. Umut BATU 1980 yılında Ankara'da doğdu. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü'nden 2002 yılında "Lisans" derecesini aldı. Ekim 2002 tarihinde ASELSAN MST Grubu Mekanik Tasarım Müdürlüğü'nde Mühendis olarak göreve başladı ve servo kontrol ve stabilizasyon konusunda çalışmalar yaptı. VOLKAN Atış Kontrol Sistemi Projesi'nde kontrol sistemi tasarımında görev aldı. Halen MST Grubu Mekanik Tasarım Müdürlüğü, Silah Sistemleri Tasarım Ekibi'nde Mühendis olarak görev yapmakta ve ODTÜ Makina Mühendisliği Bölümü'nde yüksek lisans çalışmalarını sürdürmektedir. M. Burak GÜRCAN 1971 yılında İsparta'da doğdu. Orta Doğu Teknik Üniversitesi Makina Mühendisliği Bölümü'nden 1993 yılında "Lisans", 1997 yılında da "Yüksek Lisans" derecelerini aldı. Nisan 1999 tarihinde ASELSAN. MST Grubu Mekanik Tasarım Müdürlüğü'nde çalışmaya başladı ve Kaideye Monteli Stinger ve VOLKAN Atış Kontrol Sistemi Projeleri'nde görev aldı. VOLKAN Atış Kontrol Sistemi Projesi'nde Araç İş Paketi PKD Yöneticisi'dir. Halen MST Grubu Mekanik Tasarım Müdürlüğü, Silah Sistemleri Tasarım Ekibi'nde Baş Mühendis olarak görev yapmaktadır.

26 HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ PROGRAM BİLDİRİLERİ /GEN - 21 MMO, bu makaledeki ifadelerden, fikirlerden, toplantıda çıkan sonuçlardan ve basım hatalarından sorumlu değildir. Türkiye'nin Makina İhracatını Arttırıcı Tedbirler Ömer ŞAHİNKAYA BOSCH REXROTH A.Ş. MAKİNA MÜHENDİSLERİ ODASI BİLDİRİ

27 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 259 TÜRKİYE'NİN MAKİNA İHRACATINI ARTTIRICI TEDBİRLER Ömer ŞAHİNKAYA ÖZET Türkiye'nin makina ihracatı son on sene içersinde yıllık 548 milyon dolar'dan 2,8 milyar dolar'a çıkmıştır. Bu yükseliş.türk makina üreticilerinin dünya piyasalarında kabul gördüğünü göstermektedir. Bugün özellikle batı Avrupa üzerinden, tüm kıtalara makinalarımız satılmakta olup, büyüyen bir Türk makina ihracat piyasası oluşmuştur. Bilindiği gibi, bu başarının temelinde özel sektörümüzün son yirmi sene içersinde Türkiye'de oluşturduğu ihracata yönelik çalışma tarzı yatmaktadır. Ancak, bugün ulaşılan makina ihracat rakamı, Türkiye'nin potansiyeline oranla yeterli seviyede değildir. Çünkü, üretim potansiyelimizin alt yapısına baktığımız zaman, yeterinden daha fazla makina parkı, iyi yetişmiş iş gücü ve bize rekabet yapan eski doğu blok ülkelerine nazaran daha fazla sermaye gücü mevcuttur. O halde yeterli seviyede olmayan sadece iki konu kalmış demektir: Bunlardan birincisi, makinanın batı Avrupa'daki üstün teknolojik seviyede üretilmesi; ikincisi ise yurtdışında yapılacak satış operasyonunu, ağır rekabet şartları altında, başarı ile sürdürecek satış kadrolarının oluşturulmasıdır. Birinci sorun, makinanın teknolojik komponentlerini ithal eden mümessil firmalar tarafından, komponent ile birlikte sistem şemasının da getirtilmesi şeklinde çözülür. Ama ikinci sorunun çözümü, yine Türk insanının içinden çıkacak olan, milletlerarası satış kadrosunun oluşumuna bağlıdır. Bu kadronun başarısı, salt yabancı lisan bilgisinden ziyade, yurt dışındaki nihai makina kullanıcısının bir makina alırken nelere dikkat ettiğini tam olarak anlamasına ve bu istekleri üretim merkezine aktarabilmesine bağlıdır. Eminiz ki, bu başarı bir gün mutlaka yakalanacaktır. O günü öne çekmek ise, Türk insanının yurt dışında da bilinen, müteşebbis ruhu sayesinde mümkün olacaktır. GİRİŞ Türkiye'nin tüm sanayi sektörlerinde yaklaşık yirmi sene önce başlayan, ihracata yönelik çalışma tarzı birçok sektörde bugün itibarı ile başarıya ulaşmıştır. Tekstil ve turizm sektörlerinde yaşanan memnuniyet verici gelişmeler, bu başarıya örnek gösterilebilir. Bugün ulaştığımız toplam ihracat rakamlarının yüksekliği, gelişmiş sanayisi olan ülkelere nazaran az görünse bile, Türkiye'nin Cumhuriyet tarihinde ulaştığı en yüksek seviyededir. Seksen sene boyunca yapılan yatırımların sonucunda bu seviyeye ulaşılmış olması, aslında çok normaldir. Ancak burada altını çizmek istediğimiz, son derece dikkat çekici olan bir nokta vardır ki; o da, artışın özellikle son yıllarda büyük oranlarda gerçekleşiyor olmasıdır. Bir ülkede ihracat, eğer sektörlerde faaliyet gösteren insanların iş becerileri yeterli seviyede ise gelişir. Yatırım için finans kaynaklarının bulunması, bu gelişim sürecinin çok daha kısa olmasını sağlar. Ama, bugün geldiğimiz nokta, Türkiye'de finansın yanı sıra, fikir üreten becerikli insan sayısının arttığını göstermektedir. İhracat rakamlarına daha dikkatli bakacak olursak, makina ihracatımızın son 10 sene içersinde, yani 1994'den 2003'e kadar, 548 milyon USD'dan 2,8 milyar USD'a çıktığını görüyoruz. (Bakınız Şekil :1.) Bu çıkışın içersinde % 20 ve üzeri artışlar vardır. Makina gibi üretimi ve özellikle satılması son derece güç bir malın ihracatında bu şekilde bir yükselişin olması, ufukta çok daha cazip rakamların bulunduğunun sinyallerini vermektedir.

28 I. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 260 Burada bahsettiğimiz makina ihracatı, "84'üncü fasıl" in tamamına aittir ve "genel makina ve aksamlan"nı içermektedir. Bu fasılm içersinde yüzlerce kalem bulunmakta olup, büyük makinaları içerdiği gibi, hidrolik ve pnömatik olmayan aksamları da içermektedir. Her ne kadar bu aksamlar kongrenin konusunun dışında gözükse bile, esasında değildirler. Çünkü, bir aksam en basit hali ile genellikle şekillendirilmiş demir bir parça olsa dahi, o demire o şekli verebilmek için, hidrolik veya pnömatik mutlaka kullanılmıştır Milyon Usd. i * ihracat * tahmin. [2] Şekil 1. Türkiye'nin Makina İhracatı. [1] Bahis konusu olan 84'üncü fasılm içeriğinde şu örnekleri sayabiliriz: Takım tezgahları ve saç işleme makinaları. Kauçuk, plastik, deri, tekstil ve kağıt işleme makinaları. Tarım, hadde ve yük kaldırma makinaları. içinde hidrolik ve pnömatik komponentler olan ve olmayan makinalar. Ve diğer yüzlerce makina ve aksam çeşitleri. İhracat rakamları incelenirken, ithalat rakamlarının incelenmemesi doğru olmaz. Dolayısı ile Şekil 2'de aynı konudaki, karşılaştırabilir ithalat rakamları verilmiştir. Aradaki farkın büyük olması, ihracatımızın yeterli seviyede olmadığını bir kere daha gözler önüne sermektedir. Bu hiç de hoş olmayan gerçeği zaten konu ile ilgili herkes biliyor ve otuz senedir de konuşuluyor; ama bugün durum çok farklı. Makine ihracatında devrim niteliğinde bir yükselme yakalanmıştır. Hem de Türkiye'nin güçlü sermaye gruplarının yatırım yapmadığı bir sektörde, Türk insanının el emeği ve göz nuru ile yakalanmış bir başarıdır İhracat D İthalat n _ _ J19il u I \\ u il Tahmin [2] Şekil 2. Türkiye'nin Makina ihracatı ve İthalatı. [1]

29 III. ULUSAL HİDROLİK PNÖMATİK KONGRESİ VE SERGİSİ 261 DÜNYADA GERÇEKLEŞEN MAKİNA İHRACATI Dünyada makina ihracatı yapan 22 ülkenin yaptıkları ihracatın toplamı 2001 yılında 503 Milyar USD olarak gerçekleşmiştir.[3] Bunların arasında buluna ilk 10 ülke, yaklaşık olarak toplamın % 80'ini gerçekleştirmiş olup, rakamsal olarak 400 Milyar USD ihracat yapmışlardır. Ülke bazında sıralama ise şu şekildedir: 1. Almanya : % 20 = > 100 Milyar USD. 2. USA : % 18 = > 90 Milyar USD. 3.Japonya : % 14 = > 70 Milyar USD. 4. İtalya : % 10 = > 50 Milyar USD. 5. Fransa: % 5,8 => 29 Milyar USD. 6. ingiltere: % 5,8 => 29 Milyar USD. 7. Asya Kaplanları*: % 5,1 = => 26 Milyar USD. (* Hongkong, Singapur, G.Kore Taivvan) Diğer A.Kaplanları* 21,3% 5 1% \ Almanya 20% ingiltere 5,8% Fransa 5,8% İtalya 10% Japonya 14% Şekil 3. Dünyada gerçekleşen makina ihracatı yılı. [3] İlk altı ülkenin sanayileşmeye başladıkları tarihleri göz önünde tutacak olursak, bizden yaklaşık 60 sene önce makina üretimine başladıklarını söyleyebiliriz. Bugün geldikleri nokta, hak edilmiş bir noktadır. Ancak yedinci sırada yer alan ülkeler, yaklaşık olarak bizimle aynı yıllarda sanayileşmeye başlayan ülkelerdir. Asya kaplanları olarak adlandırılan Honkong, Singapur, Güney Kore ve Taivvan yılda toplam 26 Milyar USD ihracat yaptığına göre, herbiri yaklaşık 6,5 milyar USD mertebesinde makina ihraç ediyor demektir. TÜRKİYE'NİN DÜNYADAKİ YERİ 2001 Rakamlarına göre Türkiye'nin makina ihracatını değerlendirdiğimiz zaman karşımıza çıkan tablo şu şekildedir: a Türkiye'nin makina ihracatı : Dünyadaki toplam ihracat: Türkiye'nin piyasa payı: 1,75 Milyar USD. 503 Milyar USD. % 0,35.