Bu çalışma kapsamında MPG Makine Prodüksiyon Grubu Makine Đmalat San. ve Tic. A.Ş. firması tarafından üretilen mobil hidrolik vinçlerde ve piyasada mevcut çalışır durumda bulunan her tür katlanabilir bomlu hidrolik vinçte kullanılmak üzere “Vinç Kontrol Sistemi (VKS)” geliştirilmiştir (Şekil 4.1). Geliştirilen VKS ‘nin 00469.STZ.2009-2 nolu SANTEZ projesi kapsamında tasarlanıp üretilen 90.tm kapasiteli bir vince entegre edilmesi için gereken çalışmalar yapılmıştır. Geliştirilen VKS, vincin operasyonel performansını geliştirecek, operasyon sırasında kaza ve arıza oluşma riskini büyük ölçüde kontrol altına alacak niteliktedir.
Şekil 4.1. VKS nin genel çalışma prensibi ve elemanları
Geliştirilen VKS mobil hidrolik vinçlerde operasyon sırasında bomlarda oluşan yük ve moment verilerinin, kaldırılan yükle ilgili verilerin, hidrolik sistemle ilgili sıcaklık, basınç, ani/anormal basınç değişikliği ve seviye verilerinin, bom ve silindirlere ait konum ve hız verilerinin ve motor verilerinin toplanması, elde edilen verileri kullanarak hidrolik silindirlere uygulanan basıncın kontrol edilmesi, gerekli uyarıların üretilmesi, gerektiğinde vinçin çalışmasının durdurulması veya çalışma parametrelerinin ayarlanması, böylece, vinç stabilitesinin korunması, vinç
elemanlarına gelebilecek aşırı yüklemelerin önlenmesi, günlük ve haftalık diagnostik testler uygulanması, arızaların önlenmesi ve tespit edilmesi, yakıt tasarrufu sağlanması, performansın iyileştirilmesi, iş güvenliğinin artırılması, operatörün dikkatsizliği ve deneyimsizliğinden kaynaklanabilecek hataların önlenmesini sağlayacaktır (Şekil 4.2). Sensörler VKS Valfler Silindirler Ekran Veri tabanı PC Acil butonu Kontrol butonu sinyali Alarm lambası Bomların Hareketleri Pompa Motor
Şekil 4.2. VKS blok diyagramı
Vinçlerin manuel kontrolü durumunda operatör vinci bomlarda oluşan deformasyonu gözlemleyerek ve sezgilerini kullanarak kontrol edebilmekte, bu nedenle operatör hatalarına bağlı olarak istenmeyen devrilmeler yaşanabilmektedir. Geliştirilen VKS, kritik yükleme anında inisiyatifi operatörden almakta, böylece vinç operatörünün hata ve dikkatsizliğinden kaynaklanabilecek arıza ve kazaları önlemektedir. Geliştirilen VKS’de, kumanda talimatları RF sinyalleri ile iletilmekte, böylece operatörün, operatör kabininde bulunma zorunluluğu ortadan kaldırılmakta, vinç operatörüne hareket kabiliyeti sağlanmakta, operatörün kaldırılan yükü daha iyi görecek uygun konuma gitmesine imkân verilmektedir.
Geliştirilen VKS sistemi sayesinde toplanan tüm veriler bir veri tabanında saklanacak gerektiğinde bu veriler değerlendirilerek arıza nedenlerinin belirlenmesi, tasarım geliştirme, performans iyileştirme çalışmalarında kullanılabilecektir. Bu veriler, operatörün vinçle ilgili çalışma ve garanti sınırlamalarının dışına çıkıp çıkmadığının tespitinde de kullanılabilecektir. Geliştirilen VKS ’nin uygulaması ve tasarım doğrulama ve geçerli kılma testleri için 90 ton metrelik katlanabilir çift kırmalı bir mobil hidrolik vinç tasarlanmış ve imal edilmiştir. Bu vincin konstrüksiyonu geliştirilen kontrol sistemi ve alt elemanları monte edilebileceği şekilde özel olarak tasarlanmıştır. Vincin matematiksel modeli elde edilerek kontrol sistemine aktarılmış, VKS’nin performansı simülasyon ortamında izlenerek değerlendirilmiştir.
Yukarıda izah edilen sebep ve amaçlardan dolayı Vinç Kontrol Sistemi (VKS)’nin çalışma özellik ve fonksiyonları insan faktörünü ortadan kaldıracak şekilde geliştirilmesi gereklidir. Bu doğrultuda VKS ‘nin özellik ve fonksiyonları aşağıda özet olarak verilenleri yerine getirecek şekilde geliştirilmiştir:
Vinç operatörünün hata ve dikkatsizliğinden kaynaklanabilecek arıza ve kazaları önlemektedir,
VKS’de RF sinyalleri ile uzak haberleşme sağlanarak operatörün, operatör kabininde bulunma zorunluluğunu ortadan kaldırarak, vinç operatörüne hareket kabiliyeti sağlamaktadır,
Operatörün kaldırılan yükü görebileceği uygun konuma gitmesine imkân vererek esnek çalışma imkânı sağlamaktadır,
VKS sistemi tarafından toplanan tüm veriler bir veri tabanında saklanmakta gerektiğinde bu veriler değerlendirilerek arıza nedenlerinin belirlenmesi, tasarım geliştirme, performans iyileştirme çalışmalarında kullanılabilmektedir. Bu veriler, operatörün vinçle ilgili çalışma ve garanti sınırlamalarının dışına çıkıp çıkmadığının tespitinde de kullanılabilmektedir. Geliştirilen VKS’nin uygulaması ve tasarım doğrulama ve geçerli kılma testleri için 90 ton metrelik katlanabilir çift kırmalı bir mobil hidrolik vinç tasarlanmış ve imal edilmiştir. Bu vincin konstrüksiyonu geliştirilecek olan kontrol sistemi ve alt elemanlar monte edilebilecek şekilde özel olarak tasarlanmıştır. Vincin matematiksel modeli elde edilerek MATLAB
SimMechanics ortamında VKS ’nin simülasyonu yapılarak performans iyileştirmesi sağlanmıştır.
VKS, kırma bomlu vinçler için tam bir moment kontrolü ve güvenlik amacı ile üretilmiştir. Kaldırma silindirlerindeki yağ basıncı ile maksimum kaldırma basıncını karşılaştırarak vincin emniyetli çalışmasını sağlayan bir moment sınırlayıcıdır. Sistem aşağıda listelenen birçok fonksiyonu kontrol edebilmektedir:
Moment kontrol sisteminin izin verilmeyen bir hareket karsısında devreye girmesi ile vincin bom pozisyonlarına bağlı olarak izin verilen hareketlerin yapılması,
Dönüş kontrolü,
Sistemin bozulması veya çalışmaması durumunda hata teşhisi, Kara kutu ve kullanım istatistikleri,
Önceden belirlenmiş periyodik bakım yönetimi.
VKS, basınç değerlerinin izlenebilmesi, uyarı ve işletme mesajlarının görülebilmesi, çeşitli program ile hata teşhisleri için bir ana üniteden oluşur. Ana ünite üzerinde çalışma koşullarını gösteren 8 adet LED lamba vardır.
9 adet düğme ise elektrikli korna, menüler arasında dolaşma, moment sistemini devre dışı bırakma gibi fonksiyonlar için kullanılır. Makinenin diğer tarafından ana fonksiyonlara ikinci bir panel sayesinde ulaşılır. VKS, bütün vincin en iyi şekilde çalışabilmesi ve daha fazla güvenlik için uzaktan kumanda sistemine bağlanabilir.
Yüklenmiş yazılım ayrıntılı şekilde hazırlandığından güvenlik kriterlerine uyarken en iyi performansı sağlar. VKS ‘nin çalışma prensipleri aşağıda resmedilmiştir (Şekil 4.3 ve Şekil 4.4). Moment kontrol sistemi basınç sensörleri yardımıyla kaldırma silindirlerindeki yağ basıncını kontrol eder. Birinci piston ve jib bom basınç sensörleri her zaman kullanılır. Eğer jib bom takılmış ise ikinci bom basınç sensörü sadece vincin yapısının korunması gereken durumlarda kullanılır. Ölçülen basınç değeri vinci devirmeye zorlayan “moment” değerini gösterir. Bu değer kesinlikle aşılmamalıdır, aksi halde vinç devrilebilir veya zarar görebilir. Sistem limit değerinin geçilip geçilmediğini sürekli kontrol eder; maksimum limite ulaşıldığında vincin çalışmasını durdurur, sadece vinci devirmeye çalışan kuvveti azaltacak hareketlere izin verir. Vincin çalısma yükleme yüzdesi kumanda panelinde bulunan LED lambalar tarafından gösterilir. LED lambalar; vinçteki mevcut
yüklemenin kritik yüklemeye oranını (yükleme oranı) % göstermekte, ayrıca her bir basınç sensöründeki basınç değerlerini “Bar” olarak ya da yüzde olarak göstermektedir.
Vinç Kontrol Sistemi hangi hareketlerin güvenli olduğu, hangi hareketlere izin verilebileceğini belirlemek üzere bomların açı ve pozisyon bilgilerine sahip olmalıdır. Bu nedenle sistemde bom pozisyonunlarını belirlemek üzere açı (tilt) sensörleri, bom uzamasını belirlemek için halat tamburları kullanılmıştır. Sistem vincin devrilmemesi için bomlar tam açılmış ve yere paralel konumda iken sadece yükü merkeze götürecek hareketlere, bomların yatay pozisyonun üstünde olduğu durumlarda ise yükü indirme, yatay pozisyonun altında olduğu durumlarda ise yükü kaldırma hareketlerini engellenmelidir. Bu nedenle, 1. ve 2. bom pozisyonlarını bilmek üzere sadece bomun yatayın üzerinde veya altında olduğunu belirleyen sensörler kullanılmıştır.
Şekil 4.4. Jib (2. kırma bom) yük sınırındayken izin verilen hareketler
Vinç yüksüz iken sistem, vincin maksimum yükte olduğunu algılayabilir. Bu durum pistonların en son noktalarına kadar kapanması ile piston içinde karşı basınç oluşması anlamına gelir. Sistem bu durumu algılayıp aslında izin verilmeyen hareketlerden biri olan bom indirme hareketine kısa bir süre izin verir ve bu bölgeden çıkılmasını sağlar (Şekil 4.5).
Şekil 4.5. Maksimum yükteki vinç
Bazı kamyon üstü mobil vinçler 360 derecede aynı yükü kaldıramazlar. Yanlarda, arkada ve kupa üstünde kaldırabildiği tonajlar farklıdır. Bu durumda tehlikeli bölgeyi önceden bilmeli (1. durum) veya bu bölgeye girmesi engellenmelidir (2. durum). Bazı durumlarda vinç bomlarının ağırlığı bile vinci
devirmek için yeterlidir. Sistem kule etrafına yerleştirilecek dairesel bir plaka ile aktif olan 3 adet micro-switch (veya proximity) ile vincin dönüş bölgesini algılar. 1. durumda vincin kararlı olmayan dönüş bölgesindeki maksimum basınç değerinin ayarlanması gerekir. Bu sayede limitör, vinç için 2 ayrı çalışma bölgesi belirler. Bu bölgelerin birincisi için vinç kapasitesinin %100 ’ü; ikincisi için daha düşük kapasite belirtilebilir. Güvenli bölgeden güvensiz bölgeye geçiş ancak güvensiz bölgedeki limit değerden daha küçük bir yük ile mümkün olur. 2. durumda ise vincin %100 kapasite ile çalışabileceği bir bölge ve vincin çalışmasına izin verilmeyen bir bölge seçilebilir. Vincin çalışmasına izin verilmeyen bu bölgede “maksimum basınç “sıfır” olarak girilir. Bu sayede vinç bomu bu bölgeye girdiğinde sistem otomatik olarak durur. Güvenli bölgeden güvenli olmayan bölgeye geçiş esnasında sistem bloke edilecektir. Şekil 4.6 mümkün olan çalışma koşullarını ve izin verilen ve verilmeyen dönüş hareketlerini göstermektedir.
Sistem çalışılan bölgedeki çalışma yüzdesini sürekli günceller. Panellerdeki LED lambalar çalışma bölgesindeki çalışma durumunu gösterir. Her bir silindir için yüzde değerleri çalışılan bölgeye bağlı olarak ayrı ayrı gösterilir. Sistem kesme fonksiyonunu, 2 proximity sensörden gelen bilgi doğrultusunda saat yönüne ve saat yönü tersine etkinleştirebilir. Tablo 4.1 mümkün olan proximity kombinasyonlarını, engellenen ve izin verilen hareketleri gösterir.
Tablo 4.1. Engellenen ve izin verilen hareketleri PROXIMITY SENSÖR
DURUMU ĐZĐN VERĐLEN HAREKETLER
Proximity
(R) Proximity (L) Saat Yönü Dönüş Saat Yönü Tersi Dönüş
OFF OFF SERBEST SERBEST
OFF ON SERBEST ĐZĐN VERĐLMEZ
ON OFF ĐZĐN VERĐLMEZ SERBEST
Şekil 4.6. Vincin dönme hareketi için çalışma şartlarını, izin verilen ve verilmeyen dönüş hareketleri
Ayrıca acil durumlarda, acil durum kapatma butonuna basarak dump valfte dâhil olmak üzere bütün sistem çıkışlarının enerjisini keserek bütün sistem durdurulabilir. Buton bırakıldığında cihaz hareketlere izin vermeden önce bütün levyelerin orta pozisyonda olup olmadığını kontrol eder. Ana panel veya ikinci paneldeki “acil durdurma” (emergency stop) butonunun durumu ekranda gösterilir. Aynı durum ikinci panel üzerindeki %90 ve 100% LED ‘lerinin yanıp-sönmesi ile de görüntülenir.
Cihazın içerisinde bir saat/tarih gösterimi özelliğinin yanında ana panel ekranında limitör sisteminin kullanım saati yer alır. Elektriksel aktivite sayacı sürekli artar. Bu sayaç yalnızca standby durumunda ve sistem kapalı olduğunda durur. Kullanım (hareket) sayacı sadece hidrolik kollar hareket ettirildiğinde artar. Sisteme harici bir ses cihazı da bağlanabilir (korna gibi). Korna % 90 kullanım sınırında kesik
kesik %100 kullanım sınırında sürekli olarak çalar. Sesli sinyal çıkışı her iki paneldeki sesli sinyal butonu ile de manüel olarak aktif edilebilir.
Sistem çalısılan bölgedeki çalışma yüzdesini sürekli günceller. Panellerdeki LED lambalar çalışma bölgesindeki çalışma durumunu gösterir. Her bir silindir için yüzde değerleri çalışılan bölgeye bağlı olarak ayrı ayrı gösterilir.
VKS nin çalışma prensibini açıklayan akış diyagramı ise Şekil 4.7 (Şekil 4.7.a, Şekil 4.7.b, Şekil 4.7.c, Şekil 4.7.d, Şekil 4.7.e)’de verilmiştir.
VKS nin çalışma mantığı MATLAB ortamında izlenmek suretiyle geliştirilmiştir. Şekil 4.8 de VKS uygulanan vincin MATLAB/SimMechanics modeli, Şekil 4.9 de VKS uygulanan vincin MATLAB/SimMechanics ile çalıştırılan tek kırmalı modeli ve Şekil 4.10 de ise VKS uygulanan vincin MATLAB/SimMechanics ile çalıştırılan çift kırmalı modeli görülmektedir.
Kaldırma Silindiri Valfi BAŞLA Uzama Kaldırma Silindiri Basıncı Arzu Edilen Veriler Arzulanan<Gerçekleşen Kaldırma Silindiri Kaldırma Silindiri Evet Hayır Toplama 1 2 3 4
Acil Durdurma Acil Durdurma=1 DUR
Sesli ve Görsel ALARM Veri Toplama ve Depolama 6 5 7
1. Bom Silindiri Valfi 1 Uzama Arzulanan<Gerçekleşen
Basınç 1. Bom Silindiri
1. Bom Silindiri Evet Hayır Toplama 1. Bom Silindiri Basıncı 1. Bom Açısı Açı<0
Açı<0 1. Bom Silindiri
1. Bom Silindiri Evet Evet Hayır Hayır Toplama Uzama 5 6 8
2. Bom Silindiri Valfi 2 Uzama Arzulanan<Gerçekleşen
Basınç 2. Bom Silindiri
2. Bom Silindiri Evet Hayır Toplama 1. Bom Silindiri Basıncı 2. Bom Açısı Açı<0
Açı<0 2. Bom Silindiri
2. Bom Silindiri Evet Evet Hayır Hayır Toplama Uzama 5 6 9
Uzatma Silindiri Valfi 3 Uzama Halat Tamburu Arzulanan<Gerçekleşen Uzatma Silindiri
Uzatma Silindiri Evet Hayır Toplama 6 Arzulanan<Gerçekleşen Arzulanan<Gerçekleşen Hayır Hayır 8 9 5 5 5 7
Döndürme Motoru Valfi 4 Proximity Sensör (R) Proximity Sensör (L) Döndürme Motoru Proximity Sensör (R)=1 Saat Yönü Dönüş Evet Hayır Proximity Sensör (L)=1 Hayır Evet Proximity Sensör (L)=1 Hayır
Saat Yönü Tersi Dönüş Evet Döndürme Motoru Döndürme Motoru DUR 6
Şekil 4.7.e. VKS akış diyagramı döndürme grubu bölümü