III Editör / Editor Prof. Dr. Münir YILDIRIM Kapak Tasarım / Cover Design Emre Uysal Kitap Tasarım / Book Design M. Fatih SANSAR Birinci Basım / First Edition Ekim 2018 // October 2018-ANKARA ISBN: 978-605-258-107-0 copyright Bu kitabın yayın hakkı Akademisyen Kitabevi ne aittir. Kaynak gösterilmeden alıntı yapılamaz, izin almadan hiçbir yolla çoğaltılamaz Yayıncı / Publisher Akademisyen Kitabevi Akademisyen Kitabevi Adres /Address: Halk sokak No: 5/A YeniĢehir / Ankara Tel : +90 (312) 431 16 33 GSM : +90 (533) 765 23 74 web: www.akademisyen.com e-mail: info@akademisyen.com
ELEKTROPNÖMATĠK AĞIZLIK AÇMA MEKANĠZMASINDA POTANSĠYOMETRE DEVRESĠ ĠLE SĠLĠNDĠR PĠSTON HAREKETĠNĠN TESPĠT EDĠLMESĠ 542 Zehra Kaynar TaĢcı 1*, Deniz Mutlu ALA 2, Nihat ÇELĠK 1 1 Çukurova Üniversitesi, Tekstil Mühendisliği Bölümü, Adana, Türkiye 2 Çukurova Üniversitesi, AOSB Teknik Bilimler Meslek Yüksekokulu, Adana, Türkiye Öz: Bu çalıģmada, Ç.Ü. yürütücülüğünde gerçekleģtirilmiģ 01365.STZ.2012-1 kod numaralı Bilgisayar Kontrollü Ağızlık Açma ve Desenlendirme Yapabilen bir Yarı- Otomatik Numune KumaĢ Dokuma Tezgâhı Tasarımı, GeliĢtirilmesi ve Prototip Ġmalatı baģlıklı SANTEZ projesi ile üretilen numune tezgahta çerçeve hareketlerinin tespit edilmesi amaçlanmıģtır. Dokuma makinalarının verimli bir Ģekilde çalıģtırılabilmesi, çözgü kopuģlarının azaltılması ve teknolojik sınırlarının belirlenebilmesi büyük oranda çerçeve hareketlerine bağlı olmaktadır. Bu nedenle mekanizmanın hareketi esnasında çerçeve konumlarının, hızlarının ve ivmelenme özelliklerinin belirlenmesi oldukça büyük önem taģımaktadır. Numune tezgahta; çözgü salma, atkı atma, tefeleme ve kumaģ sarma iģlemleri manuel olarak gerçekleģtirilmektedir. 24 çerçeve kapasiteli olarak tasarlanmıģ olan elektropnömatik ağızlık açma sisteminde, çerçevelere hareket vermek için çift etkili pnömatik silindirler kullanılmaktadır. Silindirler elektro-pnömatik valfler ile kontrol edilmektedir. ÇalıĢma kapsamında, elektro-pnömatik ağızlık açma sisteminde çerçevelerin hareketini sağlayan silindir piston miline bağlanan bir doğrusal potansiyometre ile pistonların kalkıģ ve iniģ esnasındaki konum bilgileri elde edilmiģtir. Ölçüm sırasında, ağızlığın açılması için tetikleyici görevi yapan ayak butonuna basıldığında çerçeveyi hareket ettirecek olan silindir pistonu, dolayısıyla piston miline bağlı olan potansiyometre harekete geçmektedir. Hareket esnasında, potansiyometreden gelen voltaj verisi bilgisayar destekli bir ara yüz kullanılarak dijitalize edilmektedir. Arayüz programı sayesinde zamana bağlı olarak konum bilgileri elde edilmektedir. Konum verilerinden faydalanılarak piston hareketi süresince pistonun zamana bağlı konum, hız ve ivme değerleri grafiksel olarak incelenmiģtir. Anahtar Kelimeler: Dokuma, Ağızlık Açma, Çerçeve Hareketi, Potansiyometre 1. GĠRĠġ Dokuma kumaģlar, iki farklı iplik sisteminin (çözgü ve atkı) birbiri ile dik açı oluģturacak Ģekilde bağlantılar yapmasıyla oluģur. Dokuma iģleminin gerçekleģtirilmesi için 3 temel ve 2 yardımcı hareket birbiriyle zamanlamalı olarak gerçekleģtirilir. Dokuma iģlemi için gerekli olan 3 temel hareket, ağızlığın açılması, atkının atılması ve tefenin vurulması, 2 yardımcı hareket ise çözgü salma ve kumaģ çekme hareketleridir. Dokuma tezgahında, atkının atılmasından önce, çözgü ipliklerini iki tabakaya ayrılarak oluģturduğu üçgen kesitli tünele ağızlık denir. Açılan her ağızlığın içerisinden geçirilen atkı ipliğinin, üstünde veya altında bulunması gereken çözgü ipliklerini belirlemek için çeģitli sistemler geliģtirilmiģtir. Bunları çalıģtırmakta kullanılan mekanizmalara ağızlık
543 açma mekanizmaları denilmektedir. Çerçeveli ve Jakarlı ağızlık açma sistemleri mevcuttur. Endüstriyel dokuma makinelerinde kullanılan çerçeveli mekanizmalar, kamlı ve armürlü ağızlık açma tertibatlarından oluģmaktadır. Kamlı ve armürlü ağızlık açma mekanizmaları incelendiğinde yeni bir ağızlık açılırken ağızlığın kapanma formuna ve çözgü ipliğinin hareketine göre çerçevelerin altta kapanan ağızlık, ortada kapanan ağızlık, yarı açık ağızlık veya açık ağızlık yöntemlerine göre hareket ettiği görülmektedir (1-4). Bilgisayar kontrollü elektropnömatik ağızlık açma mekanizmalı olarak tasarlanmıģ ve geliģtirilmiģ olan Gülas numune dokuma tezgahlarında ise 24 çerçevenin ardıģık hareketini gerektiren kumaģ desenlerinin dokunabilmesi için elektropnömatik ağızlık açma mekanizması kullanılmaktadır. Her çerçeve için bir adet çift etkili pnömatik silindirin kullanıldığı elektropnömatik ağızlık açma sisteminde, çerçevelerin alt kısmına bağlı olan pnömatik silindirler çerçeveleri yukarı ve aģağı yönde hareket ettirmek için kullanılmaktadır. Ağızlık geometrisi altta kapanan temiz ağızlık formunda tasarlanmıģtır (5,6). Söz konusu sistemde çerçeveler kalkıģ, üst konumda bekleme, iniģ ve alt konumda bekleme olmak üzere doğrusal hareket yapmaktadır. Bu hareket sayesinde gücü tellerinden geçirilmiģ olan çözgü iplikleri yukarı veya aģağı konuma getirilmektedir. Dokuma makinalarının verimli bir Ģekilde çalıģtırılabilmesi, çözgü kopuģlarının azaltılması ve teknolojik sınırlarının belirlenebilmesi büyük oranda çerçeve hareketlerine bağlı olmaktadır (7,8). Bu nedenle mekanizmanın hareketi esnasında çerçeve konumlarının, hızlarının ve ivmelenme özelliklerinin belirlenmesi oldukça büyük önem taģımaktadır. Bu çalıģmada, elektropnömatik ağızlık açma sisteminde bulunan çerçevelerin hareketleri, çerçeve hareketini sağlayan piston miline bağlanmıģ olan doğrusal potansiyometre sistemi ile tespit edilmiģtir. Elde edilen veriler sayesinde ağızlığın değiģimi sırasında çerçevelere ait konum-zaman, hız-zaman ve ivme-zaman grafikleri oluģturulmuģtur. ÇalıĢma için mali destek, Elektropnömatik Ağızlık Açma Mekanizmasında Dokuma Sırasında Çerçeve Hareketinin ve Çözgü Geriliminin Ġncelenmesi (FBA-2016-6166) baģlıklı bireysel araģtırma projesi ile sağlanmıģtır. 2. MATERYAL ve METOT Bu çalıģma, Ç.Ü. yürütücülüğünde gerçekleģtirilmiģ 01365.STZ.2012-1 kod numaralı Bilgisayar Kontrollü Ağızlık Açma ve Desenlendirme Yapabilen bir Yarı-Otomatik Numune KumaĢ Dokuma Tezgâhı Tasarımı, GeliĢtirilmesi ve Prototip Ġmalatı baģlıklı SANTEZ projesi kapsamında geliģtirilmiģ olan numune tezgah ile gerçekleģtirilmiģtir (ġekil 1). Numune tezgahta; çözgü salma, atkı atma, tefeleme ve kumaģ sarma iģlemleri manuel olarak gerçekleģtirilmektedir. 24 çerçeve kapasiteli olarak tasarlanmıģ olan ağızlık açma sisteminde, çerçevelere hareket
544 vermek için çift etkili pnömatik silindirler kullanılmıģtır. Elektrik elektronik kontrol sistemi, silindirleri elektro-pnömatik valfler ile kontrol edilmektedir (9). Ayrıca makine fonksiyonlarını yönetebilen ve bireysel desen tasarımına olanak sağlayan; kumaģ üretim bilgileri hesaplama modülüne sahip bir desen tasarım programı geliģtirilmiģtir. Ala ve Çelik (2015) yaptıkları çalıģmada, geliģtirilen numune tezgahın teknik özellikleri ve kullanımıyla ilgili detaylı bilgilere yer vermiģlerdir (10). ġekil 1. Bilgisayar kontrollü elektropnömatik ağızlık açma mekanizmalı numune dokuma tezgâhı (11) Elektropnömatik ağızlık açma sisteminde üstte temiz bir ağızlık açılması maksadıyla çerçevelerin dikey hareket mesafeleri önden arkaya kademeli olarak artacak Ģekilde tanzim edilmiģtir. Elektropnömatik ağızlık açma sisteminde çerçeve yer değiģtirme mesafesi çerçevenin bağlı olduğu silindir milinin strok boyuna, çerçeve hızı ise çerçevenin bağlı olduğu silindir piston hızına eģit olmaktadır. Pnömatik silindir milinin konum kontrolünü yapacak olan devrede algılayıcı olarak ölçüm aralığı 0-150 mm olan ve tekrarlanabilir mekanik çözünürlüğü 0,01 mm lik lineer bir potansiyometre kullanılmaktadır. Potansiyometre, ġekil 2 de görüldüğü gibi kızaklı bir yapı üzerine monte
545 edilmiģtir. Bu sayede sağa-sola hareket edebilmekte ve her bir silindirin piston miline bağlanabilmektedir. ġekil 2. Potansiyometre-piston mili bağlantısı Çerçevenin konum kontrolünü yapan sistemin genel çalıģma prensibini gösteren blok Ģema ġekil 3 te verilmektedir. Ağızlığın açılması için tetikleyici görevi yapan ayak butonuna basıldığında çerçeveyi hareket ettirecek olan silindir pistonu, dolayısıyla piston miline bağlı olan potansiyometre harekete geçmektedir. Ayak butonuna basıldığı andan itibaren çerçeve hareketi süresince, potansiyometreden gelen voltaj verisi bilgisayar destekli bir ara yüz kullanılarak dijitalize edilmektedir. Analog dijital dönüģtürücü çözünürlüğü 16 bit olarak seçilmiģtir. Dijital çözünürlüğün mekanik çözünürlükten büyük olması 0,01 mm hassasiyetin korunmasını sağlamaktadır. ÇalıĢma kapsamında geliģtirilmiģ olan arayüz programı sayesinde ölçüm değerleri mikro saniye ve milimetre cinsinden kaydedilmektedir.
546 ġekil 3. Hareket kontrol sistemi blok Ģeması Devrenin çalıģma sistemini incelemek amacıyla çerçevelerin hareketini sağlayan 24 adet pistonun kalkıģ ve iniģ hareketleri tekrarlı olarak incelenmiģtir. Her ölçüm 2 saniyede tamamlanmakta ve kayıt sıklığı minimum ortalama 630 örnekleme/saniye olarak gerçekleģmektedir. 1 ve 24 numaralı çerçevelerin pistonlarından yapılan ölçümlerden elde edilen veriler sayesinde konum tespiti yapılarak hızzaman ve ivme-zaman grafikleri oluģturulmuģtur. 3. BULGULAR Pnömatik silindir milinin konum kontrolünü yapacak olan devrede konum bilgisi bir doğrusal potansiyometre vasıtasıyla tespit edilmiģtir. Hareket sırasında elde edilen zamana bağlı konum verileri kullanılarak hız ve ivme değerleri hesaplanmıģtır. ġekil 4 ve ġekil 5 te, 1 ve 24 numaralı çerçevelerin zamana bağlı olarak konum, hız ve ivme değerleri verilmektedir.
0,0000 0,2076 0,4371 0,6666 0,8961 1,1326 1,3748 1,6214 1,8764 2,1007 2,3263 2,5558 2,7853 3,0148 3,2568 3,4991 3,7513 4,0063 İvme (mm/sn2) 0 0 0 0 0 1 1 1 1 2 2 2 2 3 3 3 3 4 Hız (mm/sn) 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,1 1,3 1,6 1,8 2,1 2,3 2,5 2,7 3,0 3,2 3,4 3,7 4,0 Konum (mm) 547 100 80 60 40 20 0 Piston Kalkış Tetikleme Piston İniş Tetikleme Süresi Hareketinde Bekleme Süresi Süresi Hareketinde Geçen Süre Response Time Geçen Süre Bekleme Sür Konum (a) Tetikleme Süresi Piston Kalkış Hareketinde Bekleme Süresi Tetikleme Piston İniş Süresi Hareketinde Geçen Süre 300 Response Time Geçen Süre 200 100 0 (b) Tetikleme Piston Süresi Kalkış Tetikleme Piston İniş Hareketinde Bekleme Süresi Süresi Hareketinde Geçen Süre Response Time Geçen Süre 40000 30000 20000 10000-10000 0-20000 -30000-40000 -50000 Bekleme Süre Hız Bekleme Sür İvme (c) ġekil 4. 1 numaralı çerçeve hareketi; (a) Konum değiģimi, (b) Hız değiģimi, (c) Ġvme değiģimi
0,0000 0,2076 0,4371 0,6666 0,8961 1,1326 1,3864 1,6458 1,9135 2,1431 2,3848 2,6270 2,8693 3,1165 3,3589 3,6012 3,8556 Bekleme S 0,0000 0,2076 0,4371 0,6666 0,8961 1,1326 1,3864 1,6458 1,9135 2,1431 2,3848 2,6270 2,8693 3,1165 3,3589 3,6012 3,8556 Hız (mm/sn) Bekleme 0,0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,1 1,3 1,6 1,9 2,1 2,3 2,6 2,8 3,1 3,3 3,6 3,8 Konum (mm) Bekleme S 548 Tetikleme Süresi Piston Kalkış Hareketinde Geçen Süre Tetikleme Piston İniş Süresi Hareketinde Response Time Geçen Süre Bekleme Süresi 140 120 100 80 60 40 20 0 Konum (a) 1000 800 600 400 200 0 Tetikleme Süresi Piston Kalkış Hareketinde Geçen Süre Tetikleme Piston İniş Süresi Hareketinde Bekleme Süresi Response Time Geçen Süre Hız (b) İvme (mm/sn 2 ) 150000 100000 50000 0-50000 -100000 Tetikleme Süresi Piston Kalkış Hareketinde Geçen Süre Tetikleme Piston İniş Süresi Hareketinde Response Time Geçen Süre Bekleme Süresi İvme (c) ġekil 5. 24 numaralı çerçeve hareketi; (a) Konum değiģimi, (b) Hız değiģimi, (c) Ġvme değiģimi Ağızlığın değiģimi esnasında çerçeveler kalkıģ, üst konumda bekleme, iniģ ve alt konumda bekleme olmak üzere doğrusal hareket yapmaktadır. ġekil 4 ve ġekil 5 incelendiğinde, pistona, dolayısıyla çerçeveye hareket emri veren ayak pedalına basıldıktan sonra çerçeve konumu bir süre
549 değiģmemektedir. Ayak pedalına basılma anından çerçevenin harekete baģladığı ana kadar geçen süre elektropnömatik valfin karakteristik değerlerine bağlı olmakla birlikte tetikleme süresi olarak ifade edilmiģtir. Tetikleme süresinin ardından çerçeve ilk komutta yukarı doğru harekete baģlamaktadır. Çerçevenin yukarı yönlü hareketi sırasında hız önce ani bir artıģ göstermekte sonra daha stabil hale gelmektedir. Hıza bağlı olarak ivmelenme de ilk anlarda fazla olmakta ve hızla orantılı olarak daha stabil hale gelmektedir. Çerçeve/piston yukarı kalkma hareketini tamamladığında ölçüm periyodunun (2 saniye) bitiģine kadar bekleme süresi gerçekleģmektedir. Bu bekleme süresi açılmıģ olan ağızlıkta atkının atılması için geçen süre olup, operatöre bağlı olarak değiģmektedir. ÇalıĢma kapsamında pistonların kalkıģ hareketinin hemen akabinde iniģ hareket emri verilmiģ ve pistonun iniģ esnasındaki hareketi incelenmiģtir. ġekil 4 ve ġekil 5 incelendiğinde çerçevelerin aģağı yönde hareketlerinin daha yumuģak bir Ģekilde gerçekleģtiği görülmektedir. Yani hız ve ivme değerlerindeki ani değiģimin yukarı kalkıģ hareketine göre daha sınırlı olduğu görülmektedir. Çerçevenin aģağı hareketi tamamlandıktan sonra tekrar pedala basılana kadar bekleme süresi devam etmektedir. Ağızlığın açık veya kapalı olduğu, çerçevelerin hareketsiz olarak beklediği ve atkı atma veya desen seçim iģleminin yapıldığı bekleme pozisyonlarında, hız ve ivmenin sıfır olması beklenirken bu süreçlerde grafiklerde dalgalanmalar meydana gelmektedir. Bu durumun, çerçeve hareketinin tespit edilmesi için kullanılan potansiyometrenin yüksek hassasiyeti nedeniyle titreģimleri de hareket olarak algılayıp verileri kaydetmesinden kaynaklandığı düģünülmektedir. Atkı atma iģlemi el ile gerçekleģtirildiği için çerçevenin tamamen kalktığı en üst ve tamamen indiği en alt konumlarında pistonların bekleme süresi kullanıcıya bağlı olarak değiģmekte, çerçevenin atkı atma zamanı içerisinde bekletilmesi veya kullanıcının desendeki yeni atkı satırını oluģturması için gerekli zamanı sağlamaktadır. 4. SONUÇ ÇalıĢmada, elektropnömatik ağızlık açma sisteminde bulunan çerçevelerin hareketleri, çerçeve hareketini sağlayan piston miline bağlanmıģ olan doğrusal potansiyometre sistemi ile tespit edilmiģtir. Ġlk ve son çerçevelerin hareketleri, ilgili çerçevenin piston miline bağlanan bir doğrusal potansiyometre vasıtasıyla incelenmiģtir. Pistonların kalkıģ ve iniģ esnasındaki konum bilgileri elde edilmiģ ve bu verilerden faydalanılarak konum-zaman, hız-zaman ve ivme-zaman grafikleri oluģturulmuģtur. Pistonların harekete baģladıktan sonraki ani konum değiģimi ile hızın ve ivmenin yükseldiği; hareket tamamlanırken ise neredeyse sabitlendiği gözlemlenmiģtir.
550 KAYNAKLAR 1. BaĢer, G. (2004). Dokuma tekniği ve sanatı, Cilt 1, Temel dokuma tekniği ve kumaģ yapıları. Ġzmir: Punto Yayıncılık. 2. Abdullayev, G., Soydan, A.S. ve Hasçelik, B. (2003). Dokuma Makinalarında Armürlü Ağızlık Açma Mekanizmaları: Bölüm 1- Ġnceleme. Pamukkale Üniversitesi Mühendislik Bilimleri Dergisi, 9(1), 103-113. 3. Can, Ö. ve Abdullayev, G. (2014). Yeni Bir Armür Tahrik Mekanizmasının Tasarımı. SDÜ Teknik Bilimler Dergisi, 4(1), 19-29. 4. Özen, M.S. ve Akalın, M. (2012). Dokuma teknolojisi. Ġstanbul: Nesil Matbaacılık. 5. Ala, D.M. ve Çelik, N. (2015). Bilgisayar destekli yarı-otomatik tasarlanmıģ ve geliģtirilmiģ yerli bir numune dokuma makinesi. Tekstil ve Mühendis, Cilt 22, 17-23. 6. Ala, D.M. ve Çelik, N. (2016). Bir Numune Dokuma Tezgahı Ġçin TasarlanmıĢ Alternatif Ağızlık Açma Mekanizmaları. Tekstil ve Mühendis, Cilt.23, 182-188. 7. Hasçelik, B. (2008). Beklemeli salınım hareketli rotatif armür makinesinin kinematik ve dinamik analizi. Yüksek lisans tezi, Pamukkale Üniversitesi, Denizli. 8. Yılmaz, Y. (1994). Negatif ağızlık açmada çerçeve hareketinin dinamik analizi. Tekstil ve Mühendis, 8 (43-44), 43-45. 9. Ala, D. M. ve Çelik, N., 2016, Bir Numune dokuma makinesinin ağızlık açma sisteminin elektrik-elektronik kontrolü, Mühendis ve Makina, Cilt 57, Sayı 675, 54-62 10. Ala, D.M. ve Çelik, N., 2015, GeliĢtirilmiĢ bir yerli dokuma desen tasarım programı, Tekstil ve Mühendis, Cilt 22, Sayı 99, 27-40 11. Ala, D. M., (2015), Bilgisayar kontrollü ağızlık açma ve desenlendirme yapabilen bir yarı-otomatik numune kumaģ dokuma tezgâhı tasarımı, geliģtirilmesi ve prototip imalatı. Doktora Tezi, Çukurova Üniversitesi, Adana TeĢekkür ÇalıĢma için mali destek, Elektropnömatik Ağızlık Açma Mekanizmasında Dokuma Sırasında Çerçeve Hareketinin ve Çözgü Geriliminin Ġncelenmesi (FBA-2016-6166) baģlıklı bireysel araģtırma projesi ile sağlanmıģtır. ÇalıĢmamıza desteklerinden dolayı Çukurova Üniversitesi Bilimsel AraĢtırma Projeleri Birimine teģekkürü borç biliriz.