OTEKON 2014
7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi
26 – 27 Mayıs 2014, BURSA
TAKTİK TEKERLEKLİ ve PALETLİ ZIRHLI ARAÇLARIN
TİTREŞİM SEVİYELERİNİN ÖLÇÜLMESİ, ANALİZİ VE REFERANS
STANDARTLARA GÖRE DEĞERLENDİRİLMESİ
Hüseyin Bayram, İzzet Çokal, Caner Çopur, Erdal Usta
Otokar Otomotiv ve Savunma Sanayi A.Ş., Sakarya
ÖZET
Araçlarda karşılaşılan sorunların başında, malzemelerin tekrarlı yüklere maruz kalmasıyla yorulma etkisinin oluşması
gelmektedir. Yorulma etkisiyle birlikte malzemelerde çatlaklar oluşmakta ve kırılmaya kadar gidebilmektedir. Araca
monte edilen elektronik ekipmanlarda titreşimden olumsuz etkilenmektedir. Zamanla bünyesinde daha çok elektronik
ekipman bulunduran araçlarda titreşim nedeniyle bu elektronik ekipmanlar bozulmakta ve fonksiyonlarını
yitirmektedirler. Aracın bünyesinde bulunan ekipmanlar olduğu gibi, sonradan monte edilen (silah sistemleri, kule)
ekipmanlar da titreşimden olumsuz etkilenmektedir. Bu bildiride Otokar bünyesinde üretilen taktik tekerlekli zırhlı
araçlar için ITOP-1-1-050, paletli zırhlı araçlar için AECTP-400 standardı dikkate alınarak araçlarda oluşan
titreşimlerin seviyeleri tespit edilmiş ve bu seviyenin ilerde yorulma etkisi açısından sorun çıkarabilme olasılığı
incelenmiştir.
Anahtar Kelimeler: Titreşim, sinyal işleme, yorulma, ITOP 1-1-050, AECTP-400
ABSTRACT
One of the main problems on vehicles is material fatigue caused by repetitive loading. Due to fatigue affect, it makes
shape splits on the material and may furthermore break the material. The electronic equipment, which exist on the
vehicle, is effected distorting because of vibration. The vehicles including more electronic components are tend to be
out of operation easily over time. Besides the equipment that are already on the vehicle, equipments which are
subsequently assembled (weapon systems,turret etc.) are badly effected from the vibration, as well. In this article
vibration levels and its probable affects on the fatigue for the vehicles , which produced in Otokar, are mentioned
according to the standards: ITOP-1-1-050 is for the wheeled armored vehicles and AECTP-400 is for the tracked
armored vehicles.
Keywords: Vibration, signal processing, fatigue, ITOP 1-1-050, AECTP-400
yitirebilirler. Yoldan gelen titreşimin, sönümleyici
malzemeler sayesinde belli bir seviyenin altında
tutulması sağlanabilir fakat; tamamen yok etmek
mümkün değildir. Araçta bulunan titreşimin
değerlendirilebilmesi için öncelikle doğru yöntemlerle
ölçülmesi gerekmektedir. Ölçülen değerler belli
hesaplama yöntemlerine tabi tutulur. Elde edilen
1. GİRİŞ
Askeri araçlar misyonları gereği olarak zor şartlarda
çalışmaktadır. Araçların yoldan gelen darbeler
sonucunda maruz kaldığı titreşim seviyesi yüksektir.
Dinamik bir yapıya sahip olan titreşimler zamanla araç
üzerinde yorulma etkisine neden olmaktadır. Yorulma
etkisiyle araç üzerinde bulunan alt sistemler işlevlerini
1
kayıt altına alındı. Kayıt işlemi için çok kanallı veri
toplama sistemi kullanıldı.
sonuçlar standartlara göre değerlendirilir ve gerek
görülürse iyileştirme faaliyetleri gerçekleştirilir. Bu
çalışmada Otokar’ın ürettiği taktik tekerlekli zırhlı araç
ve paletli zırhlı araç ele alındı. Araçlar piyasaya
çıkmadan geliştirme aşamasında, titreşim kaynaklı
herhangi bir sorunla karşılaşıp karşılaşılmayacağı tespit
edildi.
2.ARAÇTA BULUNAN TİTREŞİM SEVİYESİNİN
BELİRLENMESİ
2.1. Data Toplama
Araçların misyonu göz önünde bulundurularak data
toplanacak yol profilleri seçilmektedir. Araç ömrü
boyunca farklı yollarda kullanılmaktadır. Bu yolları
simüle edebilmek için Otokar sınırları içinde bulunan
test pisti kullanıldı. Data toplama işlemi esnasında
parkurlardan geçiş hızı araç misyonuna göre belirlendi.
Şekil 2. Ticari ve zırhlı araçlar parkuru
Paletli aracın en yüksek titreşime maruz kaldığı yüzey
beton ve asfalt yüzey olduğu için, bu aracın titreşim
datası düz beton zeminde toplandı. Tekerlekli araçlar
için ise farklı yüzey yapılarına sahip beton ve toprak
araziler kullanıldı.
Data toplanırken frekans aralığı 0-1000 Hz. seçildi.
Böylece yoldan gelen datalar da herhangi bir kayıp söz
konusu olmadan kayıt altına alındı. Çok kanallı veri
toplama sisteminde ivme kanalarının çözünürlüğü 16
bit seçildi. Veri toplama işlemi tamamlandıktan sonra
elde dilen ivme dataları her eksen için ayrı ayrı
incelendi. Dataların başlangıç değerlerinde kayma
varsa düzeltildi. Gerçek dışı minimum, maksimum
noktalar varsa kesilerek çıkartıldı.
Tekerlekli araçlar için data toplanan yol profilleri;
2.2. Grafiklerin Oluşturulması
a.)
b.)
c.)
d.)
e.)
f.)
Farklı karakteristiklerdeki parkurlardan toplanan ivme
dataları taktik tekerlekli zırhlı araç için ITOP -1-1050’de belirtildiği üzere işleme tabi tutuldu. Paletli
zırhlı araçlar için toplanan datalar AECTP-400
standardında belirtilen işlemlere tabi tutuldu. Öncelikle
her parkur kendi içinde değerlendirildi. Daha sonra tüm
parkurlar birleştirilerek tek bir yol gibi değerlendirildi.
3 farklı eksenin (X, Y, Z) grafikleri çıkartıldı.
Standartta belirtildiği üzere tekerlekli araç ve paletli
araçlar için işlemler ayrı ayrı yapıldı.
Stabilize parkur-1
Stabilize parkur-2
Sinüs parkuru
Zırhlı araç parkuru
Ticari araç parkuru
Beton parkur
Kule bağlantı noktasından toplanan ivme sinyallerinin
her bir parkur için frekans spektrumları (PSD)
oluşturuldu. Oluşturulan frekans spektrumları taktik
tekerlekli zırhlı araç için ITOP 1-1-050 standardında
verilen grafikler üzerine oturtuldu. Paletli zırhlı
araçlara ait PSD grafikleri ise AECTP-400
standardında verilen grafikler üzerine oturtuldu ve
sınır değerlerle kontolleri yapıldı.
Şekil 1. Otokar test pisti (sinüs parkuru)
Yol profilleri belirlendikten sonra enstrümantasyonu
için 3 eksenli ivmeölçerler araca monte edildi.
İvmeölçerlerin yerleşimi yapılırken silah sisteminin
bağlanacağı kulenin konumu dikkate alındı. Data
toplama esnasında 3 eksen için (X, Y, Z) ivme verileri
2
kulesine gelen titreşim seviyelerinin kabul edilebilir
sınır değerler içinde olup olmadığına bakıldı.
Tablo-1’de X ekseni için standartta verilen sınır
değerler bulunmaktadır.
Frekans PSD Değ.
5
0,0593
8
0,0499
15
0,0255
16
0,0344
20
0,0134
23
0,0608
25
0,0148
37
0,0040
41
0,0059
49
0,0016
63
0,0011
69
0,0040
78
0,0008
94
0,0020
98
0,0013
101
0,0025
104
0,0014
Şekil 3. Araç eksen bilgileri
3.TOPLANAN DATALARIN STANDARDLARLA
KARŞILAŞTIRILMASI
3.1.Taktik Tekerlekli Zırhlı
Seviyesinin Belirlenmesi
Aracın
Titreşim
Taktik tekerlekli zırhlı aracın kule kısmına değişik
ebatlarda silah sistemleri entegre edilebilmektedir.
Araç hareket halinde iken entegre edilen silah
sistemlerine gelen titreşim seviyeleri, silah sisteminin
olumsuz yönde etkilemesi istenmez. Bu nedenle
Otokar’ın özgün tasarımı olan taktik tekerlekli zırhlı
aracın kule titreşim seviyelerine bakıldı.
Frekans
111
114
117
121
139
155
161
205
247
257
293
330
353
379
427
500
PSD Değ.
0,0024
0,0014
0,0020
0,0012
0,0024
0,0021
0,0034
0,0042
0,0303
0,0027
0,0092
0,0116
0,0231
0,0083
0,0220
0,0014
Tablo 1. ITOP-1-1-050 sınır değerler (X ekseni)
Şekil-5’te standartta verilen ve parkurlardan toplanan
ivme datalarından elde edilen PSD grafikleri
karşılaştırmalı olarak verilmektedir.
Şekil 4. Taktik tekerlekli zırhlı araç
Kuleden 3 eksen için (X, Y, Z) ivme datası toplandı.
Data toplama işlemi için data önceden belirtilen
parkurlar kullanıldı ve toplanan ivme dataları
incelenerek doğruluğu teyid edildi. Elde edilen datalara
ait her parkur için ayrı ayrı PSD grafikleri çıkartıldı.
Ayrıca tüm parkurlar toplanarak tek bir parkur gibi
PSD grafiği çıkartıldı. Bu işlem her 3 eksen için (X, Y,
Z) tekrarlandı.
Şekil 5. X ekseni parkurda toplanan ve standart
değerlerin karşılaştırılması
Grafikler ITOP-1-1-050 standardında belirtilen sınır
değerlerle karşılaştırıldı. ITOP-1-1-050 standardında
belirtilen sınır değerlerle karşılaştırma sonrasında araç
Şekil-5’te görüldüğü üzere X ekseninde taktik
tekerlekli zırhlı aracın kulesinden toplanan datalar
standartta belirtilen sınır değeri geçmemektedir.
3
Son olarak Z ekseni için de PSD grafikleri çıkartıldı.
Tablo-3’de Z ekseni için standartta verilen sınır
değerler bulunmaktadır.
Aynı işlemler Y ekseni için yapıldı. Tablo-2’de Y
ekseni için standartta verilen sınır değerler
bulunmaktadır.
PSD Değ.
Frekans
Frekans
PSD Değ.
5
0,1344
164
0,0009
7
0,1075
201
0,0009
8
0,1279
270
0,0051
14
0,0366
298
0,0021
16
0,0485
364
0,0099
17
0,0326
375
0,0019
19
0,0836
394
0,0073
23
0,0147
418
0,0027
116
0,0008
500
0,0016
145
0,0013
Frekans
5
8
12
PSD Değ.
0,2366
0,6889
0,0507
Frekans
84
90
93
PSD Değ.
0,0033
0,0052
0,0034
21
23
24
26
49
51
0,0202
0,0301
0,0109
0,0150
0,0038
0,0054
123
160
207
224
245
276
0,0083
0,0041
0,0055
0,0139
0,0031
0,0129
61
69
74
78
0,0023
0,0111
0,0029
0,0048
287
353
375
500
0,0036
0,0027
0,0049
0,0010
Tablo 3. ITOP-1-1-050 sınır değerler (Z ekseni)
Tablo 2. ITOP-1-1-050 sınır değerler (Y ekseni)
Z ekseni incelendiğin ivme datası toplanan tüm
parkurların PSD değerleri emniyetli bölgede kaldığı
tespit edildi.
Y ekseninden elde edilen PSD grafikleri standartta
verilen sınır PSD grafiğine göre sınır değerlerinin
altında kaldı. Ayrıca parkurların toplamından elde
edilen PSD eğrisinin de emniyetli bölgede kaldığı
görüldü.
Şekil 7. Z ekseni parkurda toplanan ve standart
değerlerin karşılaştırılması
Şekil 6. Y ekseni parkurda toplanan ve standart
değerlerin karşılaştırılması
Taktik tekerlekli zırhlı aracın kulesinden toplanan ivme
datalarının frekans spektrumları her eksen için ayrı ayrı
incelendiğinde ITOP-1-1-050 standardında belirtilen
sınır değerleri aşmadığı görüldü.
4
3.2. Paletli Zırhlı Aracın Titreşim Seviyesinin
Belirlenmesi
Taktik tekerlekli zırhlı araçlarda olduğu gibi paletli
zırhlı araçların kule kısmına değişik ebatlarda silah
sistemleri entegre edilebilmektedir. Ayrıca kule ve
gövde üzerine çeşitli elektronik gözetleme ve kontrol
ekipmanları monte edilebilmektedir. Zırhlı araç hareket
sürüş esnasında kulede bulunan silah sisteminde ve
diğer elektronik ekipmanlarda titreşim kaynaklı sorun
çıkması, bu cihazların kullanılamaz hale gelmesine
sebep olmaktadır. Bu nedenle Otokar’ın özgün tasarımı
olan paletli zırhlı aracın gövde ve kulesine ait titreşim
seviyelerine incelendi.
Gövde ve kuleden 3 eksen için (X, Y, Z) ivme datası
toplandı. Paletli bir aracın kule ve gövde yapısının en
yüksek titreşime maruz kaldığı durum, beton veya
asfalt yoldan geçiş durumudur. Bu nedenle, bu test
kapsamındaki titreşim verileri düz beton zemin
üzerinde, farklı hız kademelerinde toplandı. Elde edilen
datalara ait her hız kademesi için ayrı ayrı PSD
grafikleri çıkartıldı. Bu işlem her 3 eksen için (X, Y, Z)
tekrarlandı.
Tablo 4. AECTP-400 standardında belirtilen wideband
ve narrowbands değerleri
Tablo-4’de belirtilen değerlere göre kabül edilebilir
sınır değerleri gösteren grafik Şekil-9’da yeralmaktadır.
Şekil 8. Paletli zırhlı araç
Paletli zırhlı aracın kule titreşimi için AECTP-400
standardı dikkate alındı. AECTP-400 standardında sınır
değerler tablo halinde verilmektedir (Tablo-4). Bu
tablo wideband ve narrowbands değerlerinden oluşur.
Narrowbands değerleri belli bir frekans aralığında yer
değiştirebilmektedir fakat; genlikleri değişmez.
Şekil 9. AECTP-400 standardında belirtilen sınır
değerler
Grafikler AECTP-400 standardında belirtilen sınır
değerlerle karşılaştırıldı. AECTP-400 standardında
belirtilen sınır değerlerle karşılaştırma sonrasında araç
5
kulesinde ve gövdesinde oluşan titreşim seviyelerinin
kabul edilebilir sınır içinde olup olmadığına bakıldı.
Y ekseninden elde edilen PSD grafikleri standartta
verilen sınır PSD grafiğine göre emniyetli bölgede
kaldı.
Şekil-10’de aracın X ekseninde toplanan ivme
datalarının PSD grafikleri ve standartta verilen sınır
değerler gösterilmektedir.
Şekil-12’de aracın Z ekseninde toplanan ivme
datalarının PSD grafikleri ve standartta verilen sınır
değerler gösterilmektedir.
Şekil 10. X ekseni parkurda toplanan ve standart
değerlerin karşılaştırılması
Şekil 12. Z ekseni parkurda toplanan ve standart
değerlerin karşılaştırılması
X ekseni incelendiğin ivme datası toplanan tüm
opsiyonlar için PSD değerleri emniyetli bölgede
kaldığı tespit edildi. Şekil-11’de aracın Y ekseninde
toplanan ivme datalarının PSD grafikleri ve standartta
verilen sınır değerler gösterilmektedir.
Z ekseninden elde edilen PSD grafikleri standartta
verilen sınır PSD grafiğine göre emniyetli bölgede
kaldı.
Paletli zırhlı aracın kulesinden toplanan ivme
datalarının frekans spektrumları her eksen için ayrı ayrı
incelendiğinde AECTP-400 standardında belirtilen
sınır değerleri aşmadığı görüldü.
3.3.Taktik Tekerlekli Zırhlı Araç ve Paletli Zırhlı
Araçların Titreşim Tavan Haritaları
Otokar’ın geliştirdiği iki farklı aracın kule kısımlarına
takılacak elektronik ekipmanlar için yer belirleme
çalışması yapıldı. Atış kontrol sisteminde kullanılan
komutan ve nişancı periskoplarının yerleştirileceği en
uygun bölgeyi seçmek için iki araçta titreşim haritaları
çıkarıldı.
Araçların kuleleri üzerinde belirlenen noktalara
ivmeölçer yerleştirildi. Değişik hızlarda (20kph, 40
kph, 65 kph) sürüş yapılarak ivme datası kayıt altına
alındı ve toplanan ivme datalarından RMS değerleri
elde edildi.
Şekil 11. Y ekseni parkurda toplanan ve standart
değerlerin karşılaştırılması
6
Şekil-13’te araçlar 20 kph hızla kullanılırken kulede
meydana gelen ivme datalarından elde RMS
değerlerinin dağılımı gösterilmektedir.
Şekil 15. 65 kph hızda kulelerde oluşan ivmelerin RMS
değerlerinin dağılımı
Farklı hızlarda yapılan testler sonucunda kulelerde
daha az titreşime maruz kalan bölgeler tespit edildi.
Yeşil renkle gösterilen bögelerde uygun noktaya
entegrasyonun yapılmasının daha uygun olacağı
anlaşıldı. Böylece kuleye takılması düşünülen komutan
ve nişancı periskoplarının en uygun yerleri belirlenmiş
oldu.
Şekil 13. 20 kph hızda kulelerde oluşan ivmelerin RMS
değerlerinin dağılımı
Şekil-14’te araçlar 40 kph hızla kullanılırken kulede
meydana gelen ivme datalarından elde RMS
değerlerinin dağılımı gösterilmektedir.
4. SONUÇ
Otokar’ın ürettiği iki farklı zırhlı aracın titreşim
seviyeleri ITOP-1-1-050 ve AECTP-400 standartlarına
göre incelendi. Araçların kule ve gövdeleri üzerinde
çeşitli bölgelerden ivme datası toplandı ve
standartlarda belirtildiği üzere PSD grafikleri çıkartıldı.
Yapılan çalışmalarda sonucunda Otokar araçlarının
standartta verilen sınır değerlerinden uzakta, güvenli
bölgede kaldığı tespit edildi.
KAYNAKLAR
Şekil 14. 40 kph hızda kulelerde oluşan ivmelerin RMS
değerlerinin dağılımı
1.
Şekil-15’te araçlar 65 kph hızla kullanılırken kulede
meydana gelen ivme datalarından elde RMS
değerlerinin dağılımı gösterilmektedir.
2.
3.
4.
5.
7
ITOP-1-1-050, 1997, ‘Developmant of
Laboratory Vibration Test Schedules’
AECTP-400,
2006,
‘Mechanical
Environmental Tests’
Mobley
R
K..,
1999,
‘Vibration
Fundamentals’
Newnes
ButterworthHeinemann
Wanhammar L., 1999, ‘DSP Integrated
Circuits’ Academic Press
Smith S. W., 2003, ‘Digital Signal Processing’
Newnes Butterworth-Heinemann
Download

Taktik Tekerlekli ve Paletli Zırhlı Araçların Titreşim