Çalışma platformları, bir yükü kaldırmak, ulaşılamayan

Transkript

1 MKLE Yasin ksungur, Mehmet li Güler İR MKSLI ÇLIŞM PLTORMUNUN TSRIMI VE NLİZİ Yasin ksungur * TO Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi, Makine Mühendisliği ölümü, nkara asinaksungur@ande.com Mehmet li Güler Doç. Dr., TO Ekonomi ve Teknoloji Üniversitesi Makine Mühendisliği ölümü, nkara mguler@etu.edu.tr ÖZET u çalışmada, bir makaslı çalışma platformunun tasarımı ve analizi apılmıştır. elirli bout ve ölçülerde olan bir platformun parçaları, bir çizim programında katı modelleri oluşturularak montajlanmıştır. Oluştulan platformun belirli taşıma kapasitesi olduğundan üst kısmına belirli bir ük ugulanmıştır. u doğrultuda platform parçalarından olan profiller üzerindeki kuvvetler teorik olarak hesaplanmıştır. Daha sonra platformun, bir analiz programında ÇCD (Çoklu Cisim Dinamiği) analizi kullanılarak hem hareket kabilieti hem de tüm konumlarında profiller ve bazı parçaları üzerindeki kuvvetler elde edilmiştir. Elde edilen veriler teorik olarak apılan hesaplamalarla karşılaştırılmış, iki sonucun birbirlerile aklaşık anı değerlere sahip olduğu görülmüştür. Platformun hangi konumunda iken kritik durumda olduğu da belirlenmiştir. u doğrultuda tüm profillere ve bazı parçalara, ÇCD analizindeki kuvvetler ugulanarak, analiz programının Statik Yapısal nalizi kullanılmıştır. urada incelenen tüm parçalardaki gerilme, deformason ve güvenlik faktörü değerleri elde edilmiştir ve iş platformları için standart olan TS EN 280 e ugun değerler olduğu ortaa çıkmıştır. rıca bazı parametrelerde onama apılarak değerlerin nasıl değiştiği gözlenmiştir. nahtar Kelimeler: Makaslı platform, çoklu cisim dinamiği (ÇCD), statik apısal analiz Design and nalsis of a Scissor Lift Work Platform * İletişim azarı Geliş tarihi : Kabul tarihi : STRCT In this stud, a scissor lift work platform is designed and analzed. The parts of a platform which have specific size and measurement is created solid models and assembled them in a drawing program. The upper part of the platform is applied a specific load because of the created platform having specific carring capacit. In this respect, forces on the profiles which are the parts of platform are calculated theoreticall. fter that, both platform s movement abilit and forces on the profiles and some parts in all positions are obtained b using MD (Multi od Dnamics) analsis in an analsis program. Obtained data are compared with calculated data and two results show that the have approimatel same values. Platform s critical position is determined and the analsis program s Static Structural nalsis is used b appling forces which are taken from MD analsis to all profiles and some parts. Stress, deformation and safet factor on all eamined parts are obtained and appropriate values are occurred according to TS EN 280 standard for platforms. urther, how values are changing is observed b changing some parameters Kewords: Scissor platform, multi bod dnamics (MD), static structural analsis ksungur, Y., Güler, M ir Makaslı Çalışma Platformunun Tasarımı ve nalizi, Mühendis ve Makina, cilt 54, saı 643, s GİRİŞ Çalışma platformları, bir ükü kaldırmak, ulaşılamaan üksekliklerde çalışma imkanı sağlamak gibi amaçlar için kullanılmaktadır. Makaslı çalışma platformu da bu platform çeşitlerinden bir tanesidir. Makaslı çalışma platformlarının çalışma prensibi hidrolik bir sisteme bağlıdır. Piston hareketile birlikte birbirine bağlı olan profiller makas şeklinde açılarak platformun ükselmesini sağlamaktadır. Her çalışma platformunun belirli taşıma ve belirli üksekliğe ulaşabilme kapasitesi vardır [1]. Platformun mekanik olarak tasarımı için bu kriterler önem arz etmektedir. Platformu oluşturan parçaların ve profillerin kalınlıkları, uzunlukları ve saısı gibi özellikler buna istinaden belirlenir. Platformun ükselmesini sağlaan piston seçimi de buna göre apılmaktadır [2-4]. Şekil 1 de çalışma platform çeşitleri gösterilmiştir. Şekil 1. Çalışma Platform Çeşitleri [5] 1. İş platformu 2. Uzantı kolu 3. Şasi 4. Dengeleiciler uradaki çalışmada platformun tasarımı ve analizi şu aşamalardan oluşmaktadır. Ürün özelliklerinin belirlenmesi Ürün katı modellerinin oluşturulması ve montajlanması (SolidWorks) nalitik olarak kuvvet hesaplarının apılması Ürünün Geçici Yapısal ÇCD modelinin oluşturulması (NSYS) Kritik durumda iken Statik Yapısal analizi ile parçaların incelenmesi (NSYS) Parametre değişimlerinin incelenmesi 2. PLTORMUN TSRIMI VE NLİZİ 2.1 Platformun Özellikleri Platformun ürün özellikleri, kullanılan malzemeleri, malzemelerin mekanik özellikleri Tablo 1-3'te gösterilmiştir. Tablo 1. Ürün Özellikleri Yükseklik Çalışma Yüksekliği Kapasite 2.2 Ürünün Katı Model ve Montajı elirtilen özellikler doğrultusunda örnek bir platform da baz alınarak, SolidWorks programıla birlikte platformun parçaları ugun ölçülerde çizilmiştir. Çizilen parçaların montajı gerçekleştirilerek ürünün komple bir katı modeli ortaa çıkmıştır (Şekil 2). Platformun nasıl bir hareket kabilietine sahip olduğu da kullanılan bu programda gözlenebilmektedir. 2.3 nalitik Hesaplamalar ÜRÜN ÖZELLİKLERİ 10 m 12 m 350 kg Standart TS EN 280 Tablo 2. Kullanılan Malzemeler MLZEMELER Profiller ve parçaları St 52-3 urçlar St 52-3 Tablo 3. Malzemenin Mekanik Özellikleri MLZEMENİN MEKNİK ÖZELLİKLERİ kma Mukavemeti Çekme Mukavemeti Gerinim (%) Young Modülü (Gpa) Poisson Oranı Yoğunluk (kg/m 3 ) Şekil 3 te platformun profil numaraları ve mekanik sisteminin görünümü verilmiştir. Sistemin kuvvet analizi ilk olarak iş platformun üzerindeki ük ve reaksion kuvvetleri tanımlanarak apılmıştır (Şekil 4). İş platformunun üzerindeki kuvvetlerle ilgili denklemler elde edildikten sonra reaksion kuvvetleri tekrar ugun şekilde profillere ugulanarak sistem çözülmee başlanmıştır (Şekil 5). irleşim noktalarındaki Saı: Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 37 Saı: 643

2 ir Makaslı Çalışma Platformunun Tasarımı ve nalizi Yasin ksungur, Mehmet li Güler Profil urç Piston ve Piston ağlantı Parçaları α 41 unlar uzaktan kuvvet (remote force), deplasman (displacement) ve standart er çekimi kuvveti (standart earth gravit) dir. Uzaktan kuvvet olarak taşıma kapasitesi olan 350*9.81 N tanımlanmıştır. Deplasman olarak sistemdeki pistona belli bir miktar uzama miktarı verilmiştir. u da platformun maksimum üksekliği olan 10 metree göre belirlenmiştir. Platform parçalarının ağırlıkları analitik olarak apılan hesaplamada katılmamıştır. ÇCD den elde edilen kuvvetler ve analitik olarak hesaplanan kuvvetler birbirlerile karşılaştırıldığından dolaı ÇCD analizinde de parçaların ağırlıkları ihmal edilmiştir. akat doğru sonuçlar elde edilmek isteniorsa, parça ağırlıklarının da göz önünde bulundurulması gerekmektedir. u bakımdan NSYS deki Statik Yapısal analizi kullanılırken bu durumun önem arz etmesi nedenile, ÇCD deki sonuçlar arıeten tekrar elde edilmiştir. Şekil 6 da platformun ÇCD deki bir görünümü verilmiştir. Şekil 2. Tasarımı Yapılan Ürünün ir Görünümü kuvvetleri elde edebilmek için tüm platform sisteminin serbest cisim diagramları belirli bir sırala çizilmiştir. İş platformunun ve diğer sistem parçalarının ağırlıkları analitik olarak apılan hesaplamaı kolalaştırması açısından katılmamıştır. Tüm sistemden elde edilen denklemler birlikte ugun bir biçimde çözümlenerek, tüm kuvvetler ine denklemler olarak ortaa çıkmıştır [6]. Daha sonra profillerde, iş platformunda, şaside ve pistondaki tüm reaksion kuvvetlerinin denklemleri Ecel e transfer edilmiştir (Tablo 4). Ecel programında tüm reaksion kuvvetleri; profil ile şasi arasındaki açı α, piston ile şasi arasındaki açı β ve tüm ükleme olan e göre elde edilmiştir. (1-5) denklemleri, sistemin analitik çözümü gerçekleştirilirken kullanılan örnek denklemler olarak verilmiştir. Kuvvetler ij, şeklinde gösterilmiştir. i ve j profillerin birbirlerile olan bileşim erini, ve ise kuvvetlerin önünü göstermektedir. ij, ve ij, 'nin saısal değerleri anıdır. Pozitif, negatif işaretleri bakımından farklılık göstermektedir. rıca α ve β açıları, SolidWorks programının açı hesaplama özelliği kullanılarak platformun tüm konumları için elde edilebilmektedir. nalitik hesaplama apılırken bu durumdan ararlanılmıştır. = 0 + = M = 0 *( 2 * cosα *1,075) = *( 2* cosα*1,075 1,15) (2) = 0 = = 0 = (1) (3) (4) Şekil 3. Platformun Mekanik Sisteminin Görünümü 0,1 m 2*cosα*1,075 m 1,25 m 1,25 m Şekil 4. İş Platformunun Serbest Cisim Diagramı Şekil Profilin Serbest Cisim Diagramı Örnek olarak gösterilecek olunursa, piston kuvveti apılan analitik hesaplamalar doğrultusunda denklem (6) da gösterildiği gibi elde edilmiştir. Diğer kuvvetlerde anı şekilde denklem olarak elde edilip Ecel programına transfer edilmiş ve saısal değerleri ortaa çıkmıştır (Tablo 4). Piston M = 0( altnokta)2 * * cosα 1 * sinα 1 * cosα= ( 45 63) 63 45) 2* * sinα + (2* * cosα] 2cosα+ cosα = 2*( cosβ* sinα sinβ* cosα) 2.4 Ürünün Geçici Yapısal ÇCD (Transient Structural MD) Modelinin Oluşturulması Platformun katı modeli elde edildikten ve analitik hesaplamalarından sonra, bu modelin hem hareket kabilietinin hem de tüm konumlarda eklem erlerindeki kuvvetlerin bulunabilmesi için NSYS programının Geçici Yapısal ÇCD (Transient Structural MD) analiz öntemi kullanılmıştır. Kısaca ÇCD olarak adlandırılan bu analiz, parçaları birbirine bağımlı olarak çalışan birçok sistemin incelenebilmesi açısından önemli veriler sağlar. Sisteme ağ apısı oluşturmadan çözüm alınabilmekte ve bu durum kullanıcıa zaman kazandırmaktadır. Süspansion sistemleri, uçaklardaki iniş takımları gibi sistemler ÇCD analizinde incelebilecek örnekler olarak verilebilir. NSYS programının Geçici Yapısal ÇCD analiz önteminde, ilk olarak getirilen montajın birleşim erlerinin tanımlanması gerekmektedir. u platform için döner (revolute), kaar (transitional) ve sabit (fied) mafsal olarak adlandırılan bağlantı tanımlamaları kullanılmıştır. Sistem rigid metodu ile incelenmiştir. rıca çalışma platform sistemi oluşturulurken malzeme özelliklerile birlikte 3 ana girdi de girilmiştir. (5) (6) unlara ek olarak, analitik çözüm apılırken sistem, simetrik olan bir arısı alınarak incelenmiştir. una istinaden de ÇCD analizinde sistem arı sistem olarak alınmıştır. u iki sonucun birbirlerile karşılaştırılmasındaki amaç ÇCD deki sistemin doğruluğunu ispatlamaktır. Daha sonra ise önceden de bahsedildiği gibi sistem daha gerçekçi bir durumda incelenmiştir. ÇCD ve analitik sonuçların karşılaştırılması, platformun herhangi bir konumu için apılan Tablo 4 te er almaktadır. Tablodaki negatif ve pozitif değerler, analitik çözümde kuvvet önü olarak belirsiz bir şekilde belirlendiğinden dolaı değişkenlik gösterebilmektedir. Şekil 6. Platform Hareketinin ve ir Eklemdeki Kuvvet Değişiminin ÇCD deki Görünümü Saı: Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 39 Saı: 643

3 ir Makaslı Çalışma Platformunun Tasarımı ve nalizi Yasin ksungur, Mehmet li Güler Tablo 4. ÇCD ve nalitik Sonuçların Karşılaştırılması Eklem Yerleri ve Girdiler nalitik Sonuçlar (N) ÇCD Sonuçları (N) α β piston C D Statik Yapısal (Static Structural) nalizi ile Parçaların İncelenmesi Şekil 7. Platformun Kapalı Konumunun ir Görünümü Şekil ve 2. Profilin ağlantı Yerindeki Kuvvetin Zamana ağlı Değişimi Şekil 9. Statik Yapısal nalizinde ir Profildeki Tanımlamalarının Görünümü ÇCD deki sonuçlar ile Ecel de elde edilen analitik sonuçlar karşılaştırıldığında değerlerin aklaşık olarak birbirlerine akın olduğu görülmektedir (Tablo 4). u da sistemin ÇCD kullanılarak doğru bir şekilde çözülebileceğini göstermiştir. una istinaden ÇCD modelinin tekrar incelenmesi sırasında, profillerin ve bazı parçaların ağırlıkları da çözüme dahil edilmiştir. Şekil 7 deki resimde görüldüğü gibi platformun en üst kısmındaki iş platformu ve burçlar sistemin daha kola çözümlenebilmesi açısından katılmamıştır. undan dolaı iş platformunun ağırlığı taşıma kapasitesi 350 kg a ek olarak eklenmiştir. İş platformunun ağırlığı aklaşık olarak 250 kg gelmektedir. İkisinin toplamı birlikte ugulanarak sistem komple bir şekilde gerçekçi halile çözümlenmiştir ve ÇCD'de parça ve profillerin eklem erlerinde eni kuvvet değerleri elde edilmiştir. Elde edilen bu eni değerlerden kuvvetlerle ilgili nasıl bir değişim olduğu gözlenebilmektedir. Platform en kapalı konumunda profiller üzerinde en kritik durumu aratmaktadır (Şekil 7). unun nedeni kuvvetlerin bu konumda maksimum Şekil 10. Statik Yapısal nalizinde ir Piston ağlantı Parçasındaki Tanımlamalarını Görünümü Şekil 11. Statik Yapısal nalizinde ir Profilin ğ Yapılı Görünümü Şekil 12. Statik Yapısal nalizinde ir Piston ağlantı Parçasının ğ Yapılı Görünümü Tablo 5. Tüm Profillerin naliz Sonuçları Profil Numarası Deformason aktörü ( Min.) değerleri almasındandır (Şekil 8). u da profiller üzerindeki gerilme durumunu artıracak, güvenlik faktörünü düşürecektir. Platformun ÇCD de elde edilen son modelinden tüm konumları için kuvvet verileri alınabilmektedir. NSYS in Statik Yapısal analizi kullanılarak tüm profil ve parçalara tek tek düzgün ağ apısı oluşturularak, bağlantı durumları tanımlanmıştır (Şekil 9-12). Platformun en kritik durumundan alınan kuvvet değerleri profillere ve piston bağlantı parçalarına tek tek ugulanarak gerilme, deformason ve güvenlik faktörü değerleri elde edilmiştir (Tablo 5-6, Şekil 13-14) [7, 8]. İlk durum için element boutu profil için 10 mm, diğer bağlantı parçaları için 5 mm olarak seçilmiştir. ğ apısı oluştururken de dörtgen şekilli elemanlara bölen ve he dominant olarak adlandırılan metot kullanılmıştır. Tablo 5 te 5. ve 6. profillerin en düşük güvenlik faktörlerine sahip oldukları görülmektedir. u üzden platformun minimum pozisonunda 5. ve 6. profillerin en kritik profiller oldukları sölenebilir. u profillerin incelenmesi platform standartlarına ugunluk açısından önem arz etmektedir. Yapılan çalışmalarda da bu durumun üzerinde durulmuştur. Saı: Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 41 Saı: 643

4 ir Makaslı Çalışma Platformunun Tasarımı ve nalizi Yasin ksungur, Mehmet li Güler Tablo 6. Piston ağlantı Parçalarının naliz Sonuçları ağlantı Parçası Numarası Deformason aktörü Şekil Piston ağlantı Parçasının Sırasıla Deformason, ve aktörü Görünümleri Şekil 13. Kritik Profillerden Olan 6. Profilin Sırasıla Deformason, ve aktörü Görünümleri 2.6 Parametre Değişimlerinin İncelenmesi Profilin ağ apısındaki eleman boutu, profil et kalınlığı, burç et kalınlığı ve ugulanan kuvvet eri değişimlerile ilgili in- celemeler bu bölümde er almaktadır (Tablo 7-10, Şekil 15-18). ir parametre incelenirken diğerlerinde onama apılmamıştır. İlk kullanılan profil eleman boutu 10 mm, profil et kalınlığı 6 mm, burç et kalınlığı 12.5 mm dir. Saı: Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 43 Saı: 643

5 ir Makaslı Çalışma Platformunun Tasarımı ve nalizi Yasin ksungur, Mehmet li Güler Tablo Profil İçin arklı Eleman outlarındaki naliz Sonuçları Eleman outu Eleman Saısı Düğüm Saısı Deformason aktörü Tablo Profil İçin arklı Kalınlıklardaki naliz Sonuçları Kalınlık Deformason aktörü Tablo Profil İçin arklı urç Kalınlıklardaki naliz Sonuçları Dış Çap İç Çap Kalınlık Deformason aktörü Tablo 10. Platforma Ugulanan Kuvvetin Yer Değişiminde 6. Profil İçin naliz Sonuçları Yüklemeler Deformason ( mm ) ( Mpa ) aktörü Şekil Profil İçin arklı Eleman outlarındaki aktörünün Değişim Grafiği Şekil Profil İçin arklı urç Kalınlıklarda aktörünün Değişim Grafiği Şekil Profil İçin arklı Kalınlıklarda aktörünün Değişim Grafiği Şekil 18. Platforma Ugulanan Kuvvetin Yer Değişimini Gösteren Durum Saı: Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina 45 Saı: 643

6 ir Makaslı Çalışma Platformunun Tasarımı ve nalizi 3. SONUÇLR NSYS programının Geçici Yapısal ÇCD analizinde, platformun profil ve parçalarının eklem erlerindeki kuvvetlerle birlikte piston için gerekli olan kuvvet de elde edilebilmektedir. Piston kuvveti, platform minimum pozisonda iken maksimum değerini almaktadır. u durumda pistonun en fazla kuvveti o anda ugulaması gerektiğini göstermektedir. Piston seçimi de buna göre apılmalıdır. Deformason, gerilme ve güvenlik faktörü değerlerini elde edebilmek için sisteme ağ apısı oluşturmak gereklidir. Doğru ve ugun sonuçlar alınabilmesi için de ağ apısındaki eleman boutu büük önem arz etmektedir. Eleman boutunun küçültülmesile birlikte kritik parçalardan olan 6. Profil için gerilme değeri düşmüş, güvenlik faktörü değeri artmıştır (Tablo 7). u durum daha fazla ağ apısı oluşturmakla birlikte belirli bir noktaa kadar ulaşacak ve sabit bir hâl alacaktır (Şekil 15). TS EN 280 standardına göre [4] güvenlik faktörü minimum değerinin 4 olması gerekmektedir. Yapılan analizler sonucunda da kritik durumda olan bir profil bu değere ugun olarak elde edilmiştir. Profil et kalınlığı ve burç et kalınlığı değiştirilmiştir. urada ise model değiştirilmeden önce parçalar için kullanılan boutlarda, kritik bir parça için aklaşık olarak en ii değere ulaşıldığı görülmektedir (Tablo 8-9, Şekil 16-17). u nedenle incelenen ilk tasarım en ii tasarım olarak kabul edilebilir. Platformun üstündeki ükleme farklı noktalardan da ugulanmıştır (Şekil 18). u ugulama kritik durumda olan profilleri değiştirmemiş, o profillerinde analiz değerlerini fazla etkilememiştir (Tablo 10). Not: NSYS gibi analiz programları, ticari olarak çalışan firmalarda genellikle iş istasonlarında kullanılmaktadır. uradaki çalışmada ise belirli kapasitelerde olan bilgisaarlar kullanılmıştır. Daha detalı çalışmaları gerçekleştirmek için iş istasonlarının kullanılması gerekmektedir. α β piston ij, SEMOLLER VE TNIMLMLR : Profil ile şasi arasındaki açı : Piston ile şasi arasındaki açı : İş platformuna ugulanan ükleme : Piston kuvveti : Eklem erlerindeki kuvvetlerin genel gösterimi : Toplam kuvvet gösterimi M ÇCD (MD) : Toplam moment gösterimi : Çoklu Cisim Dinamiği (Multi od Dnamics) Geçici Yapısal MD nalizi : Transient Structural MD nalsis Statik Yapısal nalizi Sabit Mafsal Döner Mafsal Kaar Mafsal Deplasman : Static Structural nalsis : ied Joint : Revolute Joint : Transitional Joint : Displacement Standart Yer Çekimi Kuvvet : Standart Earth Gravit Uzaktan Kuvvet ğ apısı : Remote orce : Mesh TEŞEKKÜR Yazarlar, Muhammet Y. Nair ve Ebubekir Güneş e katkılarından dolaı teşekkür eder. KYNKÇ 1. Hongu, T., Zii, Z "Design and Simulation ased on Pro/E for a Hdraulic Lift Platform in Scissors Tpe," Procedia Engineering no. 16, p ksungur, Y., Nair, M.Y., Güneş, E Senior Design Project: Design and nalsis of an erial Working Platform, TO ETÜ, nkara. 3. Güler, M Makine Elemanları Ders Notları, Makine Mühendisliği ölümü, TO ETÜ, nkara. 4. Güler, M Mekanik Sistem Tasarımı Ders Notları, Makine Mühendisliği ölümü, TO ETÜ, nkara. 5. TSE "TS EN 280-Yükseltilebilen Sear İş Platformları," Türk Standartları Enstitüsü, nkara. 6. eer,.p., Johnston, E.R., Eisenberg, E.R., Clausen, W.E Vector Mechanics for Engineers: Static & Dnamics, ISN , McGraw-Hill, New York, US. 7. Dağ, S., ıçıcı., Geniş, K " İş Makinalarında Kırılma ve Yorulma Problemlerinin Sonlu Elemanlar Yöntemile İncelenmesi," Mühendis ve Makina Dergisi, cilt 48, saı 571, s Topaç, M.M., Kurala, N.S " Yolcu Otobüsü Stabilizatörünün ilgisaar Destekli Tasarımı," Mühendis ve Makina Dergisi, cilt 50, saı 594, s Saı: Mühendis ve Makina