Bir elektromekanik yük taşıma sisteminin modellenmesi ve enerji tüketiminin incelenmesi

Abstract

Günümüzde endüstriyel uygulamalarda doğrusal çıkış veren güç iletimi genellikle elektrohidrolik, elektropnömatik valf-silindir sistemleriyle veya elektromekanik eyleyicilerin kullanıldığı sistemlerle yapılmaktadır. Elektromekanik eyleyicili sistemlerde de çıkışta doğrusal hareket elde edilmesi için doğrusal motorlar veya elektrik motoru tahrikli elektromekanik eyleyici mekanizmalı sistemle kullanılmaktadır. Dönme hareketinin doğrusal harekete çevrilmesi için bilyalı vida-mil, rulo vida, kayış-kasnak, kremayer dişli ve trapez vida milli mekanizmalar kullanılabilmektedir. Mekatronik alanındaki gelişme ve teknolojideki ilerlemeyle birlikte servo motor tahrikli elektromekanik eyleyicili sistemler günümüzde otomasyon sistemleri başta olmak üzere robotik, savunma, havacılık, otomotiv, tekstil sektörleri gibi pek çok farklı alanda yaygın olarak kullanılmaya başlanmıştır. Bu sistemlerin elektrohidrolik sistemlere göre güç yoğunluğu hala düşük olsa da elektropnömatik tipteki eyleyici sistemlerine alternatif olmaya başladıkları pek çok sanayi uygulamasında görülmektedir. Elektrik enerjisinin üretiminin ve tasarruflu kullanımının gün geçtikçe önem kazandığı günümüzde sanayinin pek çok alanında kullanılan eyleyici mekanizmalarının güç aktarımında tükettikleri enerjinin belirlenmesi ve takibi de ürün seçiminde incelenmesi gereken bir parametre olarak incelenmeye başlamıştır. Bu tez çalışmasında, servo motor kontrollü, bilyalı vida-mil mekanizmalı elektromekanik eyleyiciye sahip bir yük taşıma sisteminin güç ve enerji tüketimi farklı hız profilleri, hızlanma/yavaşlama davranışları, yük kütlesi ve yüzey eğimi gibi faktörler dikkate alınarak incelenmiştir. Ele alınan sistemin özellikleri endüstriyel ihtiyaçlar da dikkate alınarak belirlenmiştir. Sistemin matematiksel modellemesi MATLAB/ Simulink programı kullanılarak yapılmıştır. Matematiksel model üzerinden üç farklı hız profilinin oluşturduğu hareket tipine bağlı olarak farklı çalışma koşulları altında sistemin dinamik davranışı, güç ve enerji tüketimi incelenmiştir. Kurulan deney düzeneği ile trapezoidal hız profiline sahip matematiksel model çıktıları olarak incelenmiş ve doğrulanmıştır. Deneysel ve teorik sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu görülmüştür.Today, in industrial applications, power transmission with linear output is usually done with electro-hydraulic, electro-pneumatic valve-cylinder systems or systems using electromechanical actuators. In these electromechanical actuator systems, linear motors or electric motor-driven electromechanical actuator mechanisms are used to achieve linear motion at the output. To convert rotational motion into linear motion, ball screw, roller screw, belt-pulley, rack and pinion, and trapezoidal screw mechanisms are generally used. With the development in the field of mechatronics and advances in technology, servo motor-driven electromechanical actuator systems are now widely used in many fields, such as automation systems, robotics, defense, aerospace, automotive, and textile sectors. Although the power density of these systems is still lower than that of electro-hydraulic systems, in many industrial applications, electromechanical actuators are becoming an alternative to electro-pneumatic actuator systems. In today's world, where the production and economical use of electrical energy is gaining importance day by day, the determination and monitoring of the energy consumed by the actuator mechanisms used in many fields of power transmission has started to be studied as a parameter that examined in product selection. This thesis investigated the power consumption of a servo motor-controlled, ball screw-type electromechanical actuator load handling system by considering various speed profiles, acceleration/deceleration behaviors, load, and surface slopes. Industrial needs were considered to determine the system's typical characteristics. The system's mathematical model is made using the MATLAB/ Simulink program. Based on the mathematical model, the system's dynamic behavior, power and energy consumption under different operating conditions depending on the type of motion generated by three different speed profiles were examined. The mathematical model with a trapezoidal velocity profile was investigated and verified as outputs with the experimental test bench. Experimental and theoretical results were found to be compatible with each other.