Bir kazıcı yükleyici makinenin kazıcı kolunun yapısal optimizasyonu
Structural optimization of the backhoe arm of a backhoe loader
Yazar: FAZIL ANIL ÖZCAN
Danışman: PROF. DR. MESUT DÜZGÜN
Gazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: Mühendislik Bilimleri = Engineering Sciences
Dizin: Hidrolik = Hydraulics ; Kazıyıcılar = Scrapers ; Optimizasyon = Optimization ; Silindir = Cylinder ; Sonlu elemanlar analizi = Finite element analysis

Özet:
Günümüzde inşaat sektörü, maden sektörü, tarım alanlarının düzenlenmesi, yerleşim yerlerindeki bakım ve onarım faaliyetleri gibi farklı alanlarda kazıcı yükleyici makineler yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Bu makinelerin kullanım alanlarının bu kadar geniş olmasının en önemli sebeplerinden biri, hem kazı hem de yükleme kabiliyetini bünyelerinde bulunduran bir tasarıma sahip olmalarıdır. Hem kazıcı hem de yükleyici mekanizmalara takılan farklı ekipmanlarla, kazıcı yükleyici makineler oldukça çeşitli çalışma kabiliyetlerine sahip olabilirler. Bu çalışmada bir kazıcı yükleyici iş makinesinin kazıcı kolunun yapısal optimizasyonu gerçekleştirilmiştir. Mevcut tasarım üzerinde yapılan analizlerden alınan sonuçlar optimizasyon sürecine yön vermiştir. Optimizasyon süreci kapsamında alternatif modeller oluşturulurken, mekanizmaların bağlantı noktalarının yapıları, konumları ve bu bağlantı noktaları arasındaki mesafeler sabit tutularak, alternatif tasarımların hepsinin mevcut makine üzerinde bir değişiklik yapmaya gerek kalmadan makineye montajının mümkün olması sağlanmıştır. Optimizasyon işlemi sonucunda elde edilen kazıcı kol tasarımına uygun olarak mevcut kazıcı kol silindirinden daha hafif ve daha hızlı hareket edebilen optimal bir kazıcı kol silindiri de tasarlanmıştır. Bu yapısal optimizasyon çalışması ile makinenin maliyetinin yanında ağırlığının ve yakıt tüketiminin azaltılması, bu sayede makinenin çalışma veriminin artırılması hedeflenmiştir. Elde edilen optimum yapı üzerinde yapısal analizler yapılarak yeni modelin mukavemet açısından çalışma şartlarına uygun olup olmadığı incelenmiştir. Mevcut tasarım ile optimize edilmiş olan tasarım mukavemet ve çalışma performansı açısından karşılaştırılmıştır.

Abstract:
Today, backhoe loader machines are widely used in different areas such as the construction industry, mining industry, arrangement of agricultural areas, maintenance and repair activities in settlements. One of the most important reasons why the usage areas of these machines are so wide is that they have a design that includes both excavation and loading capabilities. With different attachments attached to both the backhoe and loader mechanisms, backhoe loader machines can have a wide variety of operating capabilities. In this study, the structural optimization of the backhoe arm of a backhoe loader is carried out. The results obtained from the analyzes made on the existing design gave direction to the optimization process. While creating alternative models within the scope of the optimization process, the structures of the connection points of the mechanisms, their positions and the distances between these connection points were kept constant, allowing all alternative designs to be mounted on the machine without the need to make any changes on the existing machine. In accordance with the excavator arm design obtained as a result of the optimization process, an optimal backhoe arm cylinder that is lighter and can move faster than the existing excavator arm cylinder has also been designed. With this structural optimization study, it is aimed to reduce the weight and fuel consumption of the machine as well as to increase the operating efficiency of the machine. Structural analyzes were made on the optimum structure obtained, and it was examined whether the new model was suitable for working conditions in terms of strength. The current design and the optimized design are compared in terms of strength and operating performance.