Design Modification of a Front Window Mechanism for the Cabin of an Earth Moving Machine

Abstract

This thesis study investigates the front window mechanism used in an earth moving machinery. Since the mechanism is actuated by the operator, the required actuation force for the mechanism needs to be as minimum as possible. The problem of this thesis is defined by Turkey branch of Mecalac Company and the final test of this study are performed in their facility. First, the problem definition and aim of the study is presented. Furthermore, the literature review is also presented. Then, the current mechanism attached on the earth moving machinery is investigated. Firstly, kinematic analysis is performed in order to be able to perform the force analysis. Following that, using three different approaches (Newton-Euler approach, virtual work method and graphical approach), the static force analysis is done. The aim of this analysis to obtain the required actuation force, both for opening and closing the mechanism. By using three different approaches, the result obtained after each method are compared and confirmed. Furthermore, a simulation of the mechanism is prepared in MATLAB/Simulink® environment. This step provided a numerical simulation verification for the resulting actuation forces. Then the work carried out for the minimization of the actuation force is presented. By changing the parameters of the springs attached on the current mechanism, changing the link lengths of the mechanism and changing the application point of the actuation force, the change in the magnitude of the required actuation force is observed and minimized. Among all trials, only changing the spring position led to useful results. Finally, the test setup to measure the performance and experimentally verify the proposed solution is explained and the results are given. The results show that with the modified location of the spring, both of the maximum force requirements and the work requirements are lowered.

Bu tez çalışması bir iş makinasında kullanılan ön camı tahrik eden bir mekanizmayı incelemektedir. Bahsi geçen ön camı operator tarafından el ile tahrik edildiğinden, gerekli olan tahrik kuvveti olabildiğince az olmalıdır. Bu tez çalışmasına konu olan problem, Mecalac şirketinin Türkiye ofisi tarafından tanımlanmıştır ve çalışmanın değerlendirilmesi için gerekli testler bahsi geçen firmada yapılmıştır. Önce problem tanımı ve tez çalışmasının amacı verilmiştir. Ayrıca, yapılmış olan literatür araştırması da sunulmuştur. Sonra, iş makinası üzerinde aktif olarak kullanılan mekanizma incelenmiştir. Mekanizmanın kinematik analizi ile static kuvvet analizleri sunulmuştur. Statik kuvvet analizi üç farklı yöntem (Newton-Euler metodu, virtüel iş pirensibi ve grafik yöntem) kullanılarak yapılmıştır. Bu analizlerin amacı, mekanizmayı açmak ve kapatmak için gerekli olan tahrik kuvvetlerinin hesaplanmasıdır. Üç farklı yöntem kullanılarak, elde edilen sonuçlar karşılaştırılmış ve doğrulanmıştır. Ayrıca, MATLAB/Simulink® ortamında hazırlanmış olan bir simülasyon da sunulmuştur. Böylece statik kuvvet analizi sonucunda elde edilen değerler bir simülasyon tarafından doğrulanmıştır. Daha sonra mekanizmada mevcut bulunan yay, uzuv boyutları, tahrik kuvveti uygulama noktası gibi parametreler değiştirilerek, mekanizmayı tahrik etmek için gerekli olan kuvvet azaltılmaya çalışılmıştır. Tüm bu denemelerden yalnızca yayın yerinin değiştirilmesi faydalı sonuç vermiştir. Son olarak, tahrik kuvvetinin minimize edilmesi için önerilen yöntemin doğrulanması amacıyla tasarlanmış test düzeneği ve elde edilen sonuçlar verilmiştir. Elde edilen sonuçlara göre yeni yay konumunda hem azami kuvvet gereksinimi, hem de toplam yapılan işte azalma olduğu tespit edilmiştir.