Makale - Emniyet Kemeri Çarpışma Simülasyon Cihazı Tasarım Ve İmalatı

MAKALE

Cilt: 54 Sayı: 641 Mühendis ve Makina

51

The Design and Manufacturing of a Crash Simulation Device With

a Seat Belt

M. Said Eken Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi,

Makine Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar saideken@hotmail.com

İbrahim Yavuz* Dr., Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknik Eğitim Fakültesi,

Makine Eğitimi Bölümü, Afyonkarahisar iyavuz@aku.edu.tr

İbrahim Mutlu

Doç. Dr., Afyon Kocatepe Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Afyonkarahisar,

ibrahimmutlu@aku.edu.tr Hüseyin Ergin Trafik Denetleme Şube Müd., Afyonkarahisar,

hergin@egm.gov.tr

EMNİYET KEMERİ ÇARPIŞMA SİMÜLASYON CİHAZI

TASARIM VE İMALATI

ÖZET

Ülkemizde her yıl trafik kazalarında binlerce kişi hayatını kaybetmektedir. Trafik kazalarında güven-lik için iki önemli faktör vardır. Birincisi çevre etkenleri ve kişilerin dikkatli davranmasıdır. İkinci-si ise emniyet kemeri gibi kişisel koruyucuların kullanılmasıdır. Ulusal ve uluslararası çalışmalarda çarpışmayla sonuçlanan trafik kazalarında emniyet kemerinin doğru kullanımının ölüm riskini, ön koltuklarda % 40- 50, arka koltuklarda ise % 25 oranında azalttığı bilinmektedir.

Bu nedenle bu çalışmada kazalarda hayat kurtarma bakımından en önemli güvenlik sistemlerinden olan emniyet kemeri çarpma simülasyon cihazı tasarlanmış ve imal edilmiştir.

Anahtar Kelimeler: Emniyet kemeri, trafik kazası, cihaz imalatı

ABSTRACT

In our country, the thousands of people die on the road accidents each year. There are two important factors for safety in traffic accidents. The first is the elimination of environmental factors and the individuals should behave in safe. The second is the use of personal protective safety belt is required. The researchs on the effectiveness of seat-belts found that their use reduces the probability of die by 40–50% for drivers and front seat passengers and by about 25% for passengers in rear seats.

So the most vital safety system in the accidents, a safety belt crash simulation device is designed and manufactured in this study.

Keywords: Seat belt, traffic accidents, device manufacturing

* _{İletişim yazarı}

Geliş tarihi : 25.12.2012 Kabul tarihi : 04.04.2013

Cilt: 54

Sayı: 641

52

Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina

53

Cilt: 54Sayı: 641

Emniyet Kemeri Çarpışma Simülasyon Cihazı Tasarım ve İmalatı M. Said Eken, İbrahim Yavuz, İbrahim Mutlu, Hüseyin Ergin

da kullanılan formülasyon ve şematik görünüşü Şekil 3’te gösterilmiştir.

Aşağı yöne doğru kayması esnasında etkiyen kuvvetler sıra-sıyla (2.1) - (2.5) denklemleri ile hesaplanmıştır.

Yatay ve düşey doğrultudaki bileşke kuvvetler,

(2.1)

(2.2)

W = m.g (2.3)

ile hesaplanır. Buradan sürtünme katsayısı da hesaplanırsa, (2.4) elde edilir. Buradan da hız formülünden ,

(2.5)

olarak hesaplanır.

(2.6)

ile hesaplanır.

Tasarımı yapılan emniyet kemeri çarpma simülasyon cihazı-nın taslak çizimleri oluşturulmuş ve Solid Works programın-da üç boyutlu olarak tasarlanmıştır. Cihazın tasarım aşama-sındaki program görüntüsü Şekil 4’ te görülmektedir. Emniyet kemerinin önemini çok sayıda insana gösterebil-mek için cihazın farklı bölgelere taşınması gerekgösterebil-mektedir. Bu nedenle cihaz tek dingilli römork şeklinde tasarlanmıştır. Herhangi bir aracın arkasına bağlanarak istenilen yere götü-rülebilecek şekilde tasarlanmıştır. Cihazın kullanılması esna-sında devrilmeyi önleyebilmek için dört adet hidrolik piston kullanılmıştır. Koltuk, lineer kızak ve yataklama şeklinde ğındaki bir kimsenin 200 km/s hızla giden otomobilde kaza

anında ön koltuktakine çarpma kuvveti 4,5 ton olarak hesap-lanmıştır. Saatte 80 km hızla kaza yapan bir otomobilde arka koltukta oturan yolcu sadece 113 milisaniye sonra sürücü se-viyesine yükselmekte ve kafasıyla öne doğru sert bir darbe yapmaktadır. Bu nedenle aynı zamanda kendisi de ölümcül bir darbe almış olmaktadır [9,13]

Çarpışma hızı saatte 100 km olan bir taşıttaki yolcuların ölme olasılığı, çarpışma hızı saatte 40 km olan bir taşıttaki yolcu-lara göre 20 kat daha fazla olmaktadır. Taşıtların kütlesi ölüm riskini artıran önemli bir faktörken, taşıtların ön-arka uzun-lukları ikincil önemli unsurlardandır. Trafik kazalarındaki ölümlü vakaların sayısı hızın 4. kuvvetiyle, ağır yaralanma-ların sayısı hızın 3. kuvvetiyle, hafif yaralanmayaralanma-ların sayısı ise hızın 2. kuvvetiyle orantılı olarak değişmektedir [14]. Kazalarda ortaya çıkan bu kuvvetleri en aza indirebilmek için üretici firmalar taşıt üzerinde yeni teknolojiler geliştirmekle birlikte, kaza sonunda sürücü ve yolcuları taşıt içinde güvenli bir şekilde tutacak tek sistem emniyet kemerleridir. Özellikle ölümlü ve ağır yaralanmalı trafik kazalarında, emniyet keme-ri kullanımının yaralanma şiddetini yaklaşık %50 oranında azalttığı tahmin edilmektedir [15].

Emniyet kemeri kazalarda sürücüyü taşıt içinde sabit tutan sistemlerdir. Emniyet kemerinin görevi yolcu ve sürücülerin kaza olmasa bile ani frenleme durumlarında yolcu ve sürücü-lerin emniyetli olarak koltuklarında sabit olarak kalmalarını sağlamaktadır. Bu çalışmada, trafik kazalarını ve kaza sonrası kayıpları azaltmak amacıyla taşıtlarda emniyet kemerinin uy-gulamadaki yararları hakkında bir simülasyon eğitim cihazı tasarlanmıştır. Cihaz yüksek hızdan kaynaklanan ani frenle-me, sabit bir cisme çarpma veya kafa kafaya çarpma diye ta-bir edilen taşıt kazalarını simüle etmek için tasarlanmış olup eğitime katılanlara eğlenceli ve güvenli bir yöntemle emniyet kemerinin önemini gösterecek şekilde tasarlanmıştır.

2. CİHAZIN TASARIMI

Çarpma cihazının tasarımı esnasında cihaza binmek isteyen insanların, çarpmanın etkisini hissetmeleri için cihazın hızı-nın 10 km/h hızda olması ön görülmüştür. Cihazın

tasarımın-Şekil 3. Aşağı Yöne Doğru Kayma Yapan Cisme Etki Eden Kuvvetler

. . x F =m g Sinθ . .cos y F =N m g= θ . . . cos s F = µ = µN m g θ

(

F F tx− s

) (

. = V V m2− 1

)

. l V t =

1. GİRİŞ

T

ürkiye'de son on yılda meydana gelen trafik kazalarına sebep olan kusur oranlarına dair yapılan incelemeler-de, sürücü hatalarından kaynaklanan kazaların, top-lam kazalara oranının % 95 değerlerine ulaştığı görülmüştür. Bu oranlar arasında yer alan sürücü hız kusurlarının, kazalara etkisinin direkt ve endirekt olarak yaklaşık % 30 olduğu tah-min edilmektedir [1].

Nitekim ülkemize ait istatistiklere baktığımızda diğer ülke-lere göre daha yüksek kaza, ölü ve yaralı sayısının olması bu gerçeği doğrulamaktadır [2]. Türkiye'deki trafik kazalarında-ki kusur oranları incelendiğinde sürücülerin tali kusurlarından olan yüksek hız ihlalleri oldukça önemli bir kaza ve ölüm se-bebidir [3]. Hız kusurları kazalara hem direkt hem de endirekt olarak katkıda bulunmaktadır. Arkadan çarpma, yüksek hız, park etmiş taşıtlara çarpma vb. gibi sürücülerin hız ihlallerin-den kaynaklanan kazaların %30’lar civarında olduğu istatis-tiklerden tespit edilmiştir [4]. Karayolları Genel Müdürlüğü-nün her yıl ülke genelinde yaptığı hız ölçümlerinde yaklaşık olarak kamyonların %30’unun, otomobillerin %50’sinin, oto-büslerin ise % 70’inin hız sınırını ihlal ettiği tespit edilmiştir. Dünyadaki birçok ülkede, kat edilen her bir kilometrenin % 50’sinden fazlası hız sınırının üstünde geçilmektedir [5]. Hız arttıkça kaza ihtimali artacağı için kazanın şiddeti de büyü-mektedir. Bunun başlıca sebebi, yüksek hızda taşıta hâkim olabilmenin zorluğu ile sürücünün çevreden gelen tehlikelere karşı ilgisinin zayıflamış olmasıdır. Birçok Avrupa ülkesinde hız limitlerinin azaltılmasıyla trafik kazaları sonucu meydana

gelen yıllık ölü sayısında % 20-50 oranında azalma olduğu ifade edilmiştir [6].

Trafik kaza analizleri, taşıt çarpışmalarındaki hızın yüksek ol-ması durumunda ağır ve ölümcül hasar olasılığının da yüksek olduğunu kanıtlamıştır [7]. Trafik kazası sırasında, yolcunun oturduğu kısım, aracın ön tarafına göre daha yavaş durma eğilimindedir. Bu durum, araçta ‘çarpma etkisi’ olarak tanım-lanmaktadır. Kaza sırasında araç durduğu halde, araç içinde-ki sürücü ve yolcular aracın çarpma öncesi seyrettiği hızda hareket etmeye devam ederler. Aracın tamamen durmasından sonra, aracın içindeki kişiler kaza noktasına doğru sürüklenir; direksiyona, ön panele, cama veya birbirlerine çarparak du-rabilirler. Bu nedenle trafik kazalarındaki yaralanmaların bir kısmı ‘çarpma etkisi’yle oluşur. Diğer yandan, araçtaki kişile-rin vücudu tamamen durmuş olsa bile, iç organları aynı hızda harekete devam eder. Hareket sonucunda iç organlar birbirine çarparak yaralanmalar meydana gelir [8,9,10]. Kaza sırasında taşıt içindeki bir yolcunun hareketi Şekil 1’de görülmektedir. Kazalarda araç içinde oturulan yer de çok önemlidir. Kişiler araç içinde sürücü, ön koltuk veya arka koltuk yolcusu olabi-lir. Ön koltuk ve arka koltuk için kaza durumundaki yaralan-ma riskleri farklılaşyaralan-maktadır [11]. Arka koltukta oturan kişi ön koltuktaki kişilere çarparak kendi ve ön koltukta oturan kişinin farklı mekanizmalarla yaralanmasına neden olur. Bu-nun yanı sıra enerji açığa çıkmasıyla arka koltukta oturan ki-şinin ön camdan fırlaması da sık olarak görülmektedir (Şekil 2) [9,12].

Arkada oturmuş, emniyet kemeri bağlamamış, 80 kg

ağırlı-Şekil 1. Trafik Kazası Sırasında Yolcunun Hareketleri [10]

Cilt: 54

Sayı: 641

54

Mühendis ve Makina Mühendis ve Makina

55

Cilt: 54Sayı: 641

Emniyet Kemeri Çarpışma Simülasyon Cihazı Tasarım ve İmalatı M. Said Eken, İbrahim Yavuz, İbrahim Mutlu, Hüseyin Ergin

4. SONUÇ

Bu çalışmada devrilme esnasında emniyet kemerinin önemini ve kullanımının artırılması için simülasyon aracı tasarlanmış ve imal edilmiş olup; aracı kullanan kişilerin emniyet keme-rinin önemini daha iyi kavraması beklenilmektedir. Cihaz rö-mork şeklinde tasarlandığı için, farklı yerlere götürülebilecek çok sayıda insan yararlanabilecektir. Böylelikle trafik kaza-ları sonucunda emniyet kemerini kullanımından kaynaklanan ölüm ve yaralanmalar azalacaktır.

SİMGELER VE KISALTMALAR

Fx = Sisteme x doğrultusunda etki eden net kuvvet

m = Sistemin kütlesi g = Yerçekimi ivmesi θ = Sistemin eğim açısı

Fy = Sisteme y doğrultusunda etki eden net kuvvet

N = Normal kuvvet W = Sistemin ağırlığı μ = Sürtünme katsayısı V2 = Son hız V₁ = İlk Hız l = Kızak boyu t = Süre

TEŞEKKÜR

Bu çalışma Emniyet Genel Müdürlüğü Afyonkarahisar

Tra-fik Denetleme Şubesi ve Dünya Sağlık Örgütü Türkiye Ofisi tarafından desteklenmiştir. Cihazın imalatında yardımcı olan Baysan Bayana Makine Sanayisi’ne teşekkür ederiz.

KAYNAKÇA

1. Çavdar, A., Uçar, M., Kılıçaslan, İ. 2008. “Trafik Kazala-rına Sebep Olan Yüksek Hız Kusurlarının Denetimi ve Ak-tif Güvenlik Sistemler ile Kontrolü,” Gazi Üniv. Müh. Mim. Fak. Der., cilt 23, no. 1, s. 187-198.

2. Çavdar, A. 2002. “Otomobillerdeki Aktif ve Pasif Güvenlik Sistemlerinin Taşıt Tasarımı ve Taşıt Güvenliği Bakımından İncelenmesi,” Yüksek Lisans Tezi, Kocaeli Üniversitesi. 3. National Highway Traffic Safety Administration, 2004.

Traf-fic Safety Facts, USA.

4. Göktan, A., G. 1992. Taşıt Tasarımı Ders Notları, İTÜ Ya-yınları, İstanbul.

5. Emniyet Genel Müdürlüğü, Trafik Hizmetleri Başkanlığı, 1998. “Trafik Kontrollerine İlişkin Yönerge,” EGM, Ankara. 6. Bracckett, R. Q. 1977. Evaluation Long-term of Speed

Control Strategies, Collage Station, Teksas, USA.

7. Emniyet Genel Müdürlüğü, Trafik Hizmetleri Başkanlığı, 1997. Karayolu ve Trafik Güvenliği Hakkında Derlemeler, EGM, Ankara.

8. Emniyet Genel Müdürlüğü, Trafik Hizmetleri Başkanlığı, 1999. Ülkemizde Emniyet Kemeri Kullanımı, EGM Trafik Araştırma Merkezi Müdürlüğü Yayınları, Ankara.

9. Kaplan, B., Özcebe, H. 2009. “Trafik Kazaları ve Arka Kol-tuk Güvenliği,” Toplum Hekimliği Bülteni, Cilt 28, Sayı 1. 10. Exponent Engineering and Scientific Consulting,

“Cannon-ball Run Accident,” http://www.exponent.com/cannon“Cannon-ball_ run/ son erişim tarihi: 18.12.2012.

11. Mayrose, J., Priya, A. 2008. “The Safest Seat: Effect of Seating Position on Occupant Mortality,” Journal of Safety Research; 39(4): p. 433–436.

12. Ichikawa, M., Nakahara, S., Wakai, S. 2002. “Mortality of Front-seat Occupants Attributable to Unbelted Rear-seat Pas-sengers in Car Crashes,” Lancet; 359(9300): p. 43–44. 13. Alkan, N., Sözen, Ş. 1999. “Ulaşım Kazalarına Bağlı

Ölüm-lerin ve Alınacak TedbirÖlüm-lerin Adli Tıbbi Değerlendirilmesi,” Ulusal Travma Dergisi; 1(I): s. 1-6.

14. Aldoğan, A. 1991. “Trafik Kaza İstatistiklerinin Değerlendi-rilmesi ve Kazaların Azaltılmasında Bakanlığımızca Hazır-lanan Yeni Uygulamalar ve Alınması Gerekli Kısa ve Uzun Vadeli Teklif ve Öneriler,” Trafik Şurası, Ankara.

15. OECD, 1995. “International Road Traffic and Accident Da-tabase,” http://www.oecd.org/sti/transport/roadtransportre-search/internationalroadtrafficandaccidentdatabaseirtad.htm son erişim tarihi: 18.12.2012.

kızaklara bağlanmaktadır. Kayar koltuğun geriye doğru hareketi için 1kW gücünde bir adet AC motor kullanılmıştır.

3. CİHAZIN İMALATI

Tasarımı yapılan emniyet kemeri çarpma simülasyon eğitim cihazının imal edilmiş hali Şekil 5’te gösteril-miştir. Simülatör gövdesinde ST 37 çeliği kullanıl-mıştır. Cihazın imalatında kullanılan rulman, cıvata, segman gibi makine elemanları standartlara uygun olarak belirlenmiştir.

Cihazın imalatında ise freze, matkap, torna tezgâhı gibi talaşlı imalatta yer alan takım tezgâhları kullanıl-mıştır. İmalatı yapılan parçalar cıvatalı veya kaynaklı birleştirme yöntemleriyle birleştirilmiştir.

Cihazın elektrik motorları dışarıdan beslenen elekt-rikle desteklenmektedir. Seyir haline geçildiği sırada elektrik beslemesini sinyal - stop - geri vites lambası ve geri vites sesli ikazı için çeken araçtan alacak şe-kilde tasarlanmıştır. Şekil 6’da imalatı yapılmış çarp-ma simülasyon cihazının son hali görülmektedir.

0 1 2 3 4 6 7 8 5

Şekil 5. İmalatı Yapılmış Çarpma Simülasyon Cihazı

Parça

No Parçanın Adı Parça No Parçanın Adı

1 Emniyet Kemeri _{ve Koltuk} 5 Elektrik Motoru ve _Redüktör

2 Lineer Kızak 6 Stepne

3 Katlanılabilir Mer-_diven 7 Elektrik Kontrollü _Piston

4 Ön Teker _{Destek Ayağı} 8 Çekme Aparatı

Tablo 1. Çarpma Simülasyon Cihazı Oluşturan Parça Listesi

Şekil 6. İmalatı Yapılmış Çarpma Simülasyon Cihazının Son Hali