Mayın temizlemede kullanılan tiller ataşmanının parametrik tasarımı ve numerik modellemesi

Abstract

Dünya üzerinde yüz milyon kilometrekare mayınlı alan olduğu tahmin edilmektedir. Mayınlı arazilerin ekonomiye kazandırılması ve toplumsal etkilerini ortadan kaldırmak için mayın temizleme çalışmaları yapılmaktadır. Mayın temizleme, mayın detektörleri ile arama yapılarak temizlenmek gibi geleneksel yöntemler ile yapıldığında hem çok maliyetli olmaktadır hem de uzun süreler almaktadır. Diğer taraftan el ile yapılan temizlemeler hayati riskler de taşımaktadır. Son yıllarda mayın temizlemek için uzaktan kumanda edilen makinalar kullanılmaya başlanmıştır. Bu makinalar ile hem anti-tank hem de anti-personel mayınları oldukça etkili, hızlı ve risksiz bir şekilde temizlenmektedir. Bu makinalar zincirlere bağlı tokmaklar ile toprağı döverek, tiller takımı ile toprağı kazarak ya da ağır silidirler ile mayınları infilak ettirerek temizlemektedirler. Tez kapsamında genellikle ağır çalışma şartlarında kullanılan tiller ataşmanı ile mayın temizleme makinası tasarım parametreleri üzerinde durulmuştur. Uzaktan kumandalı mayın temizleme makinaları genellikle dizel motor tahrikli, hidrostatik aktarım sistemine sahip paletli araçlardır. Operatörün güvenli bir bölgeden makinayı kumanda etmesiyle herhangi bir güvenlik riski taşımamaktadır. Mayın temizleme makinaları mayınları infilak ettirerek temizlemektedirler. Bu nedenle özellikle mayına en yakın bölge yani ataşman bölgesinin patlama yüklemesine mukavim olması, temizlemenin sürdürülebilir olması açısından çok önemlidir. Tez kapsamında patlama yüklerinin fiziksel davranışları, sonlu elemanlar yöntemi ile Lagrange-Euler yaklaşımlarının incelenmesi ve farklı numerik hesaplama yöntemlerinin deneysel veriler ile karşılaştırması yapılmıştır. Öte yandan tiller takımı davranışının operasyonel parametreler karşısında değişimi ve tiller takımı kinematiği için bir analitik bir hesaplama yöntemi geliştirilmiştir. Aynı zamanda tiller takımının toprak ile etkileşimi sonlu elemanlar yöntemi ile modellenmiş sonuçları analitik hesap sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Tiller ataşmanları için genellikle kullanılan silindirik rotorların patlama sonrasında eylemsizlik momentini etkilemeyecek, plastik şekil değişimi ile sonuçlanmayacak et kalınlığı ve çap seçimi için de ayrıca çalışma yapılmış ve ortaya bir seçim diyagramı konmuştur. Bu tezin asıl amacı günümüzde ülkemizde de üretilmeye başlanan mayın temizleme araçları tasarımı için bir metodoloji oluşturmak ve tasarım sürecini kolaylaştırmaktır.

It is estimated that there are one hundred million square kilometers of mined areas in all over the world. Mine clearance activities are carried out in order to bring the mined lands to the economy and to eliminate their social effects. Mine clearance is both very costly and takes a long time when it is performed with traditional methods such as searching and clearing with mine detectors. On the other hand, manual cleaning also carries vital risks. In recent years, remotely controlled machines have been used for demining. With these machines, both anti-tank and anti-personnel mines are cleared very effectively, quickly and without any risk. These machines clear the soil by forging with hammers attached to chains, digging the soil with a tiller attachment or detonating mines with heavy rollers. Within the scope of the thesis, the design parameters of the tiller attachment and mine clearing machine, which are generally used in heavy working conditions, are emphasized. Remote-controlled demining machines are generally diesel engine driven, tracked vehicles with hydrostatic transmission system. It does not carry any security risk as the operator commands the machine from a safe area. Demining vehicles clear mines by detonating them. For this reason, it is very important that the areas closest to the mine, that is, the attachment area, have to be resistant to blast loading in order to the cleaning is sustainable. Within the scope of the thesis, physical behavior of blast loads, examination of finite element method and Lagrange-Euler approximations and comparison of different numerical calculation methods with experimental data were performed. On the other hand, an analytical calculation method has been developed for the variation of the behavior of the tiller tool against the operational parameters and the kinematics of the tiller tool. At the same time, the interaction of the tiller equipment with the soil was modeled with the finite element method and the results were compared with the analytical calculation results. A study has been made for the selection of thickness and diameter that will not affect the moment of inertia after explosion and will not result in plastic deformation of the cylindrical rotors, which are generally used for Tiller attachments, and a selection diagram has been presented. The main purpose of this thesis is to create a methodology for the design of mine clearance vehicles, which are started to be produced in our country today, and to facilitate the design process.