Dairesel testereli kesme mekanizmasının sayısal modellemesi

Abstract

Doğal taş işleme tesislerinde bloklardan levha/plaka üretimi, en fazla dairesel testerelikesme makinaları kullanılarak gerçekleştirilmektedir. Doğal taşların işlenme koşullarınıfabrika ve laboratuvarda belirleme çalışmaları maliyeti yüksek ve zaman alıcı olmaktadır.Bu sebeple, dairesel testereli kesme mekanizmasının ve kesilen kayaca uygun çalışmaparametrelerinin sayısal modelleme yöntemi ile en kısa sürede ve ekonomik olarakbelirlenmesi büyük önem taşımaktadır.Bu çalışma kapsamında Afyon Menekşe ve Afyon Beyaz ticari isimli hakiki mermerleri ileSivrihisar Bej ticari isimli kireçtaşı numuneleri laboratuvara getirilerek tam otomatikbilgisayar kontrollü dairesel testereli kesme makinasında kesimler yapılmıştır. Kesimlerdemeydana gelen tepkisel kesme kuvvetleri ve harcanan enerjiler kaydedilmiştir. Sayısalmodelleme çalışmaları ise ayrık elemanlar yöntemi prensibiyle çalışan PFC3Dprogramıyla gerçekleştirilmiştir. İlk olarak laboratuvarda yapılan kaya mekaniği deneylerimodellenmiş, kesme modellemesinde girdi parametreleri olarak kullanılacak vemodellemenin sonuçları için oldukça önemli olan kayaç parametreleri belirlenmiştir. Dahasonra programda kesme modeli oluşturularak laboratuvarda yapılan kesimlere paralelolarak farklı çevresel ve ilerleme hızları için sayısal modelleme çalışmaları yapılmıştır.Ayrıca kesme derinliği değişimine bağlı olarak tepkisel kesme kuvvetlerindeki değişim demodellenmiştir. Son olarak laboratuvar kesimlerinden ve modellemeden elde edilentepkisel kesme kuvvetleri arasındaki ilişkiler incelenmiş, laboratuvarda harcanan enerjimiktarı sayısal modelleme çalışmalarından kestirilmiştir.Sayısal modelleme sonucu elde edilen tepkisel kesme kuvvetleri ve hesaplanan kesmeenerjisinin laboratuvarda ölçülen gerçek değerler ile büyük oranda uyumlu olduğugörülmüştür. Bu çalışmayla, literatürde ilk defa olmak üzere, dairesel testereli kesmesisteminin sayısal modellemesi başarılı bir şekilde yapılmıştır. Bu çalışma ile sayısalmodellemenin doğal taşların işlenmesi sektöründe farklı kesme etmenlerinin incelenmesive kesme mekanizmasının dinamik olarak açıklanabilmesinin önü açılmıştır.

Slab/strip production from blocks in natural stone plants are carried out at most withcircular sawing machines. Determination of parameters regarding processing conditions ofa natural stone, both in plant and laboratory is expensive and time consuming.Consequently, investigation of basicly the sawing mechanism and selection of properworking parameters of a circular sawing operation are critical.In this study, a two staged research approach has been utilized namely, actual sawig trialsand numerical modelling of sawing process. Firstly, actual sawing trials have been carriedout on marble (Afyon Violet, Afyon White) and limestone (Sivrihisar Beige) samples on thefull-automatically controlled circular sawing machine. Reactional sawing forces and theconsumed energy have been recorded during sawing operations. Secondly, numericalstudies have been performed with PFC3D software. Before numerical modeling of thesawing process some laboratory rock mechanics tests have been modeled and therealistic and correct input parameters to be used in sawing modeling were determined.Then, the numerical sawing model has been constituted and sawing operations weremodeled for different peripheral and advance speeds in accordance with actual laboratorysawing tests. In addition, the reactional sawing forces for various cutting depths have alsobeen modeled. Finally the relations between the measured reactional forces andcalculated ones from numerical modeling have been compared. Actual sawing energy inlaboratory have been estimated for various conditions from numerical modeling results.Reactional sawing forces and consumed energy results obtained from actual cutting testsand numerical modeling were significantly in good agreement. Numerical modeling ofsawing mechanism has been successfully performed for the first time in literature. As aconclusion, it is shown that numerical modeling can effectively be used in the simulation ofnatural stone sawing process and this study paves the way for explaining the sawingmechanism dynamically.