Manyeto-reolojik damperli yarı aktif süspansiyon sistemi tasarımı ve traktör koltuğu uygulaması

Abstract

ÖZET Anahtar kelimeler: Manyeto Reolqjik (MR) sıvılar ve damperler, süspansiyon sistemleri, traktör koltuğu Operatörlerin nakil ve iş araçlarından bekledikleri sürüş konforu ve güvenlik talepleri, her geçen gün artmaktadır. Bu bağlamda, tarım traktörlerinde görülen rahatsız edici titreşimlerin azaltılması özel bir ilgi alanı olmaktadır. Yarı aktif süspansiyon sistemlerinin kullanımı son yirmi yıl içerisinde büyük artış göstermiştir. Görünür viskozitesinin birkaç milisaniye içerisinde hızla değiştiği Manyeto-Reolojik (MR) damperler, uygun bir manyetik alan uygulanarak kontrol edilebilir bir titreşime olanak verdiklerinden son yıllarda, ilgi odağı olmuşlarda-. Bu çalışmada, üç farklı piston kutup başlı MR damper tasarlanmış, imal edilmiş ve test edilmiştir. Traktör koltuğu süspansiyon sisteminin tasarımı için, traktör koltuğu tarafından karşılanacak olan muhtemel titreşimlerin türü ve büyüklükleri, sürücü kütlesi, yol şartları ve koltuk mekanizması, kontrollü bir sürüş için koltuktaki izin verilebilir ivmelenmeler ve diğer muhtemel kısıtlamalar incelenmiştir. Bu kısıtlamalara göre, çeşitli sürücü kütleleri için yeterli sürüş konforunu sağlayacak uygun yay sabitleri önerilmiştir. Tavsiye edilen sönüm faktörleri dikkate alınarak, eşdeğer sönüm katsayısı aralığının 408- 632 N-s/m olması gerektiği tahmin edilmiştir. Bu sönüm katsayısını sağlayacak MR damper, uygun kutup başı geometrisi, manyetik alanın oluşumu, MR sıvı özellikleri ve diğer geometrik özellikler dikkate alınarak hesaplanmışta. Tasarlanan MRD'lerin halka kesitindeki manyetik alan şiddetleri, MaxwellSV ile hesaplanarak hedeflenen manyetik alanın oluştuğu gözlenmiştir. İmal edilen MR damperin kuvvet-hız ve kuvvet-yer değiştirme grafikleri hidrolik test cihazında belirlenmiştir. Test sonuçlarına göre, asgari sönüm katsayıları, sırasıyla SAU-MRD.l için 687 N-s/m, SAU-MRD.2 için 337 N-s/m ve SAU- MRD.3 için 624 N-s/m olarak hesaplanmıştır. MR damperin teorik modeli oluşturularak, test sonuçlan model sonuçlan ile karşılaştırılmıştır. Bu verileri kullanarak, kutup başı geometrisinin MR damperin davranışı üzerindeki etkileri gösterilmiş ve yorumlanmıştır. Yapılan testler ile dinamik çalışma oranları tespit edilmiştir. En yüksek dinamik çalışma oranı 0.5 Hz'de SAU-MRD.l'de 5.38 ve en düşük çalışma oranı da 4 Hz frekansta 1.90 ile SAU-MRD.3'te hesaplanmıştır. Yapılan hesaplamalarda, MR damperin tavsiye edilen sönüm oranlarını sağlayabildiği görülmüştür. İmal edilen MR damperlerden biri, pnomatik yaylı bir traktör koltuğuna monte edilmiştir. MR Damperin kontrolünü yapmak üzere, mikro denetleyici ve akım sürücü devreden oluşan bir kontrol devresi geliştirilmiştir. Bu kontrol devresi koltuk şasisinin üzerinde bulunan ivme ölçerden alman verilere göre, aç-kapa tipi kontrol yöntemiyle MR dampere uygulanacak akımı kontrol etmiştir. xvııı

SEMI ACTIVE SUSPENSION SYSTEM DESIGN WITH MAGNETO REOLOGICAL DAMPER AND APPLICATION FOR TRACTOR SEAT SUMMARY Keywords: Magneto Rheological fluids and dampers, suspension systems, tractor seat The driving comfort, and driving safety expected by operators from transportation and work vehicles increase day by day. In this context, the suppressing of the molester vibrations for the agricultural tractors is of particular interest. The use of semi-active suspension systems is drastically increasing in the vibration control for more than two decades. The Magneto- Rheological fluid dampers, in which the fluid apparent viscosity can be rapidly changed in a few milliseconds, have attracted much interest in the recent years since they can offer controllable vibration control by applying proper magnetic field on them. In the present study, three Magneto Rheological (MR) dampers with different piston head have been designed, fabricated and tested. For the design has been based on a tractor seat suspension system primarily, the type and magnitudes of possible external vibrations that may met by the tractor seat, driving mass, road conditions, and seat mechanism, allowable accelerations in the seat for a comfortable driving, and other possible constraints have been investigated. Based on these considerations, the proper spring coefficients to provide an adequate driving comfort have been offered for various driver masses. Considering the proposed damping factors, the suitable range for the damping force has been determined between 408-632 N-s/m. The MR damper that would meet this range of damping force has been made by taking into account for the form of magnetic field, MR fluid properties and other geometric features. The magnetic field taking place in the annular section of MR damper has been analyzed using MaxwellSV code in order to see if the targeted magnetic field actually occurred. The behavior of the MR damper has been tested by obtaining force-velocity, and force-displacement plots in a hydraulic testing machine. According to the test results, the damping forces have been determined to be 687 N-s/m for SAU-MRD.l, 337 N-s/m for SAU-MRD.2, and 624 N-s/m for SAU-MRD.3, respectively. A theoretical fluid mechanics based model has been introduced and the test results have been compared with the model results. By using the test data, the effects of piston head on the MR damper behavior have been revealed and interpreted. The dynamic working ratios have been obtained from the experimental data. The highest dynamic working ratio has been found for SAU-MRD. 1 to be 5.38 at 0.5 Hz, while the lowest one was for SAU-MRD.3 to be 1.90 at 4 Hz frequency. The relevant calculations showed that the proposed MR damper would meet the targeted damping ratios. One of the MR dampers manufactured has been integrated into a tractor seat with a pneumatic spring. A micro-controller unit and current driver unit have been developed to control the MR damper. The controller has been operated with on-off mode based on the accelerations values measured on the seat chassis until proper working conditions haves been achieved. In addition, the transmissibility of the suspension system has been calculated by measuring the acceleration on both seat and chassis. XIX