Yatay katot levha sıkıştırma presinin tasarımı, modellenmesi ve kontrolü
Design, modelling and control of horizontal cathode plate compression press
Yazar: AHMET ÖZTÜRK
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ MUSTAFA TINKIR
Necmettin Erbakan Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2020
Konu: Makine Mühendisliği = Mechanical Engineering

Özet:
Bu çalışmada, katot levhaların elektroliz esnasında kısa devreye sebebiyet verme durumunu engellemek, levhalara düz form vermek ve plastik deformasyon uygulayarak mukavemet kazandırmak amacıyla endüstriyel yatay katot levha sıkıştırma presinin tasarımı, yapısal analizi, sistemin modellenmesi ve konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Çalışmanın temel amacı endüstriyel talebi karşılamak, mühendislik tasarımı ve uygulamaları ile teknolojik değeri olan bir ürün ortaya çıkarmaktır. Bu çalışma üç aşamadan oluşmaktadır. İlk aşamada, istenilen görev fonksiyonunu yerine getirecek verilerin elde edilmesi için presin ön tasarımları yapılmıştır. Presin ön tasarımı ölçüleri, hidrolik sistem (güç ünitesi ve eyleyici) parametreleri ve yapısal analiz için gerekli olan konstrüksiyon geometrisi belirlenmiştir. İkinci aşamada; ön tasarımı yapılan yatay katot levha sıkıştırma presinin sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmesi ve statik analizleri yapılmıştır. Üçüncü aşamada ise, hidrolik sistem modeli ile üç boyutlu presin katı modeli birleştirilmiştir ve makinenin hem hidrolik hem de mekanik hareketini simüle edebilecek gerçekçi bir tasarım modeli elde edilmiştir. Ayrıca presin PID (Oransal+İntegral+Türevsel) kontrol kullanılarak kapalı çevrim geri beslemeli konum kontrol simülasyonu gerçekleştirilmiştir. Modelleme, analiz, simülasyon ve kontrol çalışmalarında SolidWorks ve Matlab/Simulink/SimHydraulic/SimMechanics yazılımları kullanılmıştır.
Çalışmada elde edilen sonuçlara göre yatay katot levha sıkıştırma presinin prototip imalatı yapılmıştır ve ortaya çıkan nihai ürün sonucunda insan gücüne bağlılığın ve personel giderleri noktasında %90'dan fazla bir kazanç elde edildiği görülmüştür. Yapılan analiz hesaplamalarına göre çelik kafes sisteminde hacimsel %40 ağırlık tasarrufu sağlanmıştır. Ayrıca simülasyonlarda yaklaşık %2 sapma ile hassas konum kontrolü elde edilmiştir.
Sonuç olarak bu çalışma kapsamında, endüstriyel bir ihtiyacı karşılamak üzere hassas konum kontrollü, ekonomik ve ergonomik yeni bir yatay katot levha sıkıştırma presinin tasarımı ve imalatı için önemli teknik bulgular elde edilmiştir.

Abstract:
In this study, design, structural analysis, modeling and position control of the horizontal cathode plate compacting press were realized for preventing short circuit situation of cathode plates during electrolysis process and, to give flat form to sheets and increasing strength applying plastic deformation. The main purpose of the study is to carry out a technological product to meet industrial demand via engineering design and applications. This study consists of three stages. In the first stage, pre-design of the press was performed to obtain data executing the desired task function. Preliminary design dimensions of the press, hydraulic system (power unit and actuator) parameters and the construction geometry required for structural analysis were determined. In the second stage, modeling and static analyses of the pre-designed horizontal cathode plate compression press using the finite element method, were achieved. In the third stage, the hydraulic system model and the solid model of the three-dimensional press were combined and a realistic design model that can simulate both hydraulic and mechanical motion of the machine was obtained. In addition, closed loop feedback position control simulation of the press was carried out using PID (Proportional + Integral + Derivative) control. Solidworks and Matlab/Simulink/SimHydraulic/SimMechanics software's were utilized in modeling, analysis, simulation and control studies.
According to the obtained results in the study, the prototype of the horizontal cathode plate compression press was manufactured and, as a result of the final product, it was observed that more than 90% gain was established in terms of commitment to manpower and personnel expenses. According to the analysis calculations, 40% volumetric weight saving was achieved in the steel cage system. Moreover, precise position control was achieved with approximately 2% deviation in simulations.
As a result, within the scope of this study, important technical findings to meet an industrial need, were obtained for the design and manufacture of a new horizontal cathode plate compression press with precise position control, economical and ergonomic.