Gravimetrik dozajlama makinesi imalatı ve mukavemet analizi
Gravimetric dosing machine manufacturing and strength analysis
Yazar: İBRAHİM BEYDİLİ
Danışman: DR. ÖĞR. ÜYESİ SALTUK BUĞRA SELÇUKLU
Erciyes Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Enerji Sistemleri Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2024
Konu: Bilim ve Teknoloji = Science and Technology

Özet:
Gravimetrik dozajlama işlemi; silolarda bulunan en az iki hammaddenin ihtiyaca göre istenilen miktarlarda tartılıp ve dozajlanıp karıştırılması işlemidir. Gravimetrik dozajlama sistemleri, hassas karışım gerektiren imalat sektörlerinde kullanılan, üretimin hızını artırıp sürekliliğini sağlayan, üretimin fire miktarını ve maliyetini azaltan otomatik kontrol sistemleridir. Bu sistemler, özellikle plastik sektöründe ekstrüder veya enjeksiyon makinelerine belirli miktarlarda polipropilen, polietilen, masterbatch (boya), fire, UV katkısı, gıdaya uygunluk katkısı gibi karışımları yüzdelerine oranlayarak karışımın istenilen miktarlarda olmasını sağlar. Gravimetrik dozajlama işlemi; silolarda bulunan en az iki hammaddenin ihtiyaca göre istenilen miktarlarda tartılıp ve dozajlanıp karıştırılması işlemidir. Gravimetrik dozajlama işlemi için loadcell olarak adlandırılan yük hücreleri kullanılır. Bu yük hücreleri üzerine binen yük, metalin esnemesinden faydalanarak analog sinyaller üretir. Analog sinyaller, bir analog dijital dönüştürücü (ADC) tarafından algılanarak, dijital değerlere dönüştürülür. ADC tarafından algılanan sinyaller mikrodenetleyiciye gönderilir. Mikrodenetleyici birden fazla sinyalin ortalamasını alır ve yazılımında kullanılması için kararlı bir değer gönderir. Bu çalışmada, yazılımda kararlı değeri elde etmek için makine iyileştirme algoritmaları denenip test edilerek programlanmıştır. Makine, elde ettiği değerler ile kendini eğitip piston-silindir düzeneğini açıp kapatma işlemi süresini kendi algoritması ile belirlemektedir. Bu yöntemde amaç, makinenin çalışmasının çevre şartlarından minimum seviyede etkilenmesini sağlamaktır. Makine çalışması esnasında piston-silindirlerin açılıp kapanması ve plastik ekstrüder üzerine montajlı olmasından dolayı tartım değerleri olumsuz etkilenebilmektedir. Çalışmada, sonlu elemanlar yöntemi kullanılarak makinenin mukavemet analizi yapılmış ve tartım değerlerine etkisi değerlendirilmiştir. Mekanik parçalar, gerilmeleri azaltacak şekilde tasarlanmış ve parçaların montajı yapılmıştır. Makinenin tartım değerlerine bakılarak makinenin yazılım algoritmasında iyileştirmeler yapılmıştır. Makine çalışırken farklı zamanlarda tartım değerleri ele alınıp kıyaslanmıştır. Elde edilen değerler makinenin tartım hassasiyetinin artırılabileceğini ve mekanik tasarımın ne kadar önemli olduğunu göstermiştir. Çalışma sonucunda, imal edilen gravimetrik dozajlama makinesinde oluşan gerilmeler minimum düzeye indirilerek ve makine iyileştirme algoritmaları uygulanarak daha hassas dozajlama makinelerinin geliştirilebileceği sonucuna varılmıştır.

Abstract:
Gravimetric dosing is the process of weighing, dosing, and mixing at least two raw materials in silos in desired quantities according to the need. Gravimetric dosing systems are automatic control systems used in manufacturing sectors that require precise mixing, increasing the speed and continuity of production, and reducing the amount of waste and cost of production. Especially in the plastics industry, it puts certain amounts of mixtures such as polypropylene, polyethylene, masterbatch (paint), wastage, UV additive, and food compatibility additive into extruders or injection machines in proportion to their percentages and ensures that the mixture is in the desired amounts. Loadcells are used for gravimetric dosing. These load cells generate analog signals by taking advantage of the flexing of the load on the metal. The analog signals are detected by an analog-to-digital converter (ADC) and converted into digital values. The signals detected by the ADC are sent to the microcontroller. The microcontroller averages multiple signals and sends a stable value for use in its software. To obtain the stable value, the machine improvement algorithm is tested and programmed. The machine improving itself with the values it obtains and determines the duration of the process of opening and closing the piston-cylinder assembly. This method aims to ensure that the operation of the machine is minimally affected by environmental conditions. During machine operation, the opening and closing of piston-cylinders and their mounting on the plastic extruder can adversely affect the weighing values. In this study, finite element method was used to conduct strength analysis of the machine and evaluate its impact on the weighing values. Mechanical components were designed to reduce stresses and assembled accordingly. Improvements were made to the machine's software algorithm based on the weighing values. Weighing values were compared at different times during machine operation. The obtained results demonstrated the potential for enhancing the machine's weighing accuracy and underscored the significance of mechanical design. As a result of the study, stresses in the manufactured gravimetric dosing machine were minimized, and by implementing machine improvement algorithms, it was observed that more precise dosing machines could be developed.