Örnek Olay İncelemesi: İndüksiyonla Isıtma Teknolojisi Kullanılarak Rulman Montaj ve Demontajının Optimizasyonu
Yönetici Özeti
Bu vaka çalışması, Volvo Construction Equipment'ın Eskilstuna, İsveç'teki üretim tesisinin rulman montaj ve demontaj süreçlerini optimize etmek için bir indüksiyon ısıtma sistemini nasıl uyguladığını incelemektedir. Geleneksel alevli ısıtma yöntemlerinden hassas indüksiyon teknolojisine geçiş, montaj süresinde 68% azalma, 42% enerji tasarrufu sağladı ve montaj sırasında rulman hasarını neredeyse tamamen ortadan kaldırdı. Proje 9,3 ayda yatırım getirisi sağladı ve üretim kalitesi ölçütlerini önemli ölçüde iyileştirdi.
Arka plan
Şirket Profili
Volvo Construction Equipment (Volvo CE), optimum performans ve dayanıklılık için hassas rulman uyumu gerektiren ağır makine bileşenleri üretir. Eskilstuna tesisleri, tekerlekli yükleyiciler ve belden kırma kaya kamyonları için şanzıman tertibatlarında uzmanlaşmıştır.
Meydan Okuma
Uygulamadan önce, Volvo CE aşağıdaki rulman montaj yöntemlerini kullanmıştır:
- Büyük rulmanlar için gaz alevli ısıtma
- Orta boy rulmanlar için yağ banyoları
- Küçük parçalar için mekanik presleme
Bu yöntemler çeşitli zorlukları da beraberinde getirmiştir:
- Boyutsal farklılıklara yol açan tutarsız ısıtma
- Açık alev ve kızgın yağdan kaynaklanan işyeri güvenliği tehlikeleri
- Petrol bertarafından kaynaklanan çevresel kaygılar
- Montaj sırasında sık sık rulman hasarı
- Üretim akışını etkileyen uzun ısıtma döngüleri
İndüksiyonlu Isıtma Sisteminin Uygulanması
Sistem Seçimi ve Özellikleri
Volvo CE, birden fazla satıcıyı değerlendirdikten sonra aşağıdaki özelliklere sahip bir EFD İndüksiyon MINAC 18/25 sistemi seçti:
Tablo 1: İndüksiyonlu Isıtma Sistemi Özellikleri
| Parametre | Şartname | Notlar |
|---|---|---|
| Model | MINAC 18/25 | Mobil indüksiyon ısıtıcı |
| Güç Çıkışı | 18 kW | Değişken frekans |
| Giriş Gerilimi | 400V, 3 fazlı | Fabrika tedariği ile uyumlu |
| Frekans Aralığı | 10-40 kHz | Otomatik olarak optimize edildi |
| Görev Döngüsü | 100% @ 18 kW | Sürekli çalışma kabiliyeti |
| Soğutma Sistemi | Su soğutmalı | Kapalı devre soğutucu |
| Kontrol Arayüzü | Dokunmatik ekranlı PLC | Sıcaklık ve zaman kontrolü |
| Sıcaklık Aralığı | 20-350°C | Hassas kontrol ±3°C |
| Isıtma Bataryaları | 5 değiştirilebilir | Rulman aralığı için boyutlandırılmış |
| Sıcaklık İzleme | Kızılötesi pirometre | Temassız ölçüm |
Süreç Uygulaması
Uygulama, aşağıdaki özelliklere sahip dişli kutusu tertibatlarında kullanılan rulmanlara odaklanmıştır:
Tablo 2: Uygulamadaki Rulman Özellikleri
| Rulman Tipi | İç Çap (mm) | Dış Çap (mm) | Ağırlık (kg) | Girişim Uyumu (μm) | Gerekli Genişleme (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silindirik Makara | 110 | 170 | 4.2 | 40-60 | 0.12-0.18 |
| Küresel Makara | 150 | 225 | 8.7 | 50-75 | 0.15-0.23 |
| Açısal Temas | 85 | 130 | 2.1 | 30-45 | 0.09-0.14 |
| Konik Makaralı | 120 | 180 | 5.3 | 45-65 | 0.14-0.20 |
| Derin Yivli Bilyalı | 95 | 145 | 2.8 | 25-40 | 0.08-0.12 |
Veri Toplama ve Analiz
Isıtma Profili Analizi
Mühendisler her rulman tipi için optimize edilmiş ısıtma profilleri geliştirdi:
Tablo 3: Optimize Edilmiş Isıtma Profilleri
| Rulman Tipi | Hedef Sıcaklık (°C) | Rampa Hızı (°C/s) | Bekleme Süresi (s) | Toplam Çevrim (s) | Güç Ayarı (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| Silindirik Makara | 120 | 4.0 | 15 | 45 | 65 |
| Küresel Makara | 130 | 3.5 | 25 | 62 | 80 |
| Açısal Temas | 110 | 4.5 | 10 | 35 | 55 |
| Konik Makaralı | 125 | 3.8 | 20 | 53 | 70 |
| Derin Yivli Bilyalı | 105 | 5.0 | 8 | 29 | 50 |
Karşılaştırmalı Süreç Analizi
Geleneksel yöntemlerle aşağıdaki yöntemler arasında doğrudan bir karşılaştırma yapılmıştır indüksiyon ısıtma:
Tablo 4: Süreç Karşılaştırma Sonuçları
| Metrik | Alevli Isıtma | Yağ Banyosu | İndüksiyonla Isıtma | İyileştirme ve Alev | İyileştirme ve Yağ Banyosu |
|---|---|---|---|---|---|
| Ortalama Isıtma Süresi (dak) | 12.5 | 18.2 | 4.0 | 68% | 78% |
| Sıcaklık Değişimi (°C) | ±15 | ±8 | ±3 | 80% | 63% |
| Enerji Tüketimi (kWh/rulman) | 3.8 | 5.2 | 2.2 | 42% | 58% |
| Rulman Hasar Oranı (%) | 4.2% | 2.1% | 0.3% | 93% | 86% |
| Çalışma Saatleri (100 rulman başına) | 25 | 30 | 12 | 52% | 60% |
| Kurulum/Değişim Süresi (dak) | 35 | 45 | 8 | 77% | 82% |
Kalite Etki Analizi
Uygulama, montaj kalitesi ölçümlerini önemli ölçüde iyileştirdi:
Tablo 5: Uygulama Öncesi ve Sonrası Kalite Ölçütleri
| Kalite Metriği | Uygulamadan Önce | Uygulamadan Sonra | İyileştirme |
|---|---|---|---|
| Boyutsal Doğruluk Sapması (μm) | 22 | 7 | 68% |
| Rulman Salgısı (μm) | 18 | 6 | 67% |
| Erken Rulman Arızaları (1000 başına) | 5.8 | 1.2 | 79% |
| Montaj Yeniden İşleme Oranı (%) | 3.2% | 0.7% | 78% |
| İlk Geçiş Verimi (%) | 94.3% | 99.1% | 5.1% |
ROI Analizi
Tablo 6. Mali Etki Analizi Mali Etki Analizi
| Maliyet/Fayda Faktörü | Yıllık Değer (USD) |
|---|---|
| Ekipman Yatırımı | $87,500 (tek seferlik) |
| Kurulum ve Eğitim | $12,300 (tek seferlik) |
| Enerji Maliyetinin Azaltılması | $18,400 |
| İşçilik Maliyeti Tasarrufu | $42,600 |
| Azaltılmış Hurda/İşleme | $31,200 |
| Bakım Maliyetleri | $4,800 |
| Net Yıllık Fayda | $87,400 |
| Geri Ödeme Süresi | 9,3 ay |
| 5 Yıllık Yatırım Getirisi | 432% |
Teknik Uygulama Detayları
Bobin Tasarım Optimizasyonu
Farklı rulman aileleri için özel bobinler tasarlanmıştır:
Tablo 7: Bobin Tasarım Özellikleri
| Bobin Tipi | İç Çap (mm) | Uzunluk (mm) | Dönüşler | Tel Ölçüsü (mm) | Hedef Yatak Aralığı (mm) |
|---|---|---|---|---|---|
| A Tipi | 180 | 50 | 6 | 8 | 140-190 OD |
| B Tipi | 230 | 60 | 8 | 10 | 190-240 OD |
| C Tipi | 140 | 40 | 5 | 6 | 110-150 OD |
| D Tipi | 290 | 75 | 10 | 12 | 240-300 OD |
| Evrensel (ayarlanabilir) | 180-320 | 60 | 8 | 10 | Acil durum/uzmanlık |
Sıcaklık Kontrol Parametreleri
Sistemde gelişmiş sıcaklık kontrol algoritmaları kullanılmıştır:
Tablo 8: Sıcaklık Kontrol Parametreleri
| Kontrol Parametresi | Ayar | Fonksiyon |
|---|---|---|
| PID Oransal Bant | 12% | Yanıt hassasiyeti |
| PID İntegral Süresi | 0.8s | Hata düzeltme oranı |
| PID Türev Süresi | 0.15s | Değişim oranına yanıt |
| Güç Sınırlaması | 85% | Aşırı ısınmayı önler |
| Sıcaklık Örnekleme Oranı | 10 Hz | Ölçüm frekansı |
| Pirometre Mesafesi | 150mm | Optimum ölçüm konumu |
| Emisivite Ayarı | 0.82 | Rulman çeliği için kalibre edilmiştir |
| Sıcaklık Alarm Eşiği | +15°C | Aşırı sıcaklık koruması |
| Kontrol Doğruluğu | ±3°C | Operasyonel aralık dahilinde |
Demontaj Süreci Optimizasyonu
Sistem aynı zamanda bu parametrelerle rulman sökme işlemi için de kullanılmıştır:
Tablo 9: Sökme İşlemi Parametreleri
| Rulman Tipi | Hedef Sıcaklık (°C) | Çevrim Süresi (s) | Güç Ayarı (%) | Özel Takım Gerekli |
|---|---|---|---|---|
| Silindirik Makara | 130 | 50 | 75 | Ekstraksiyon plakası |
| Küresel Makara | 140 | 70 | 85 | Hidrolik çektirme |
| Açısal Temas | 120 | 40 | 65 | Standart çektirme |
| Konik Makaralı | 135 | 60 | 80 | Konik adaptörler |
| Derin Yivli Bilyalı | 115 | 35 | 60 | Standart çektirme |
Çıkarılan Dersler ve En İyi Uygulamalar
- Sıcaklık İzleme: Temassız kızılötesi ölçümün temaslı termokupllara göre daha güvenilir olduğu kanıtlanmıştır.
- Bobin Tasarımı: Rulmana özel bobinler, evrensel tasarımlara göre verimliliği artırmıştır.
- Operatör Eğitimi: Kapsamlı eğitim, süreç varyasyonunu 67% azaltmıştır.
- Malzeme Taşıma: Özel fikstürler rulman kullanımını azalttı ve güvenliği artırdı.
- Süreç Dokümantasyonu: Görsel kılavuzlar içeren ayrıntılı çalışma talimatları tutarlılığı artırmıştır.
Sonuç
Uygulanması indüksiyon ısıtma teknolojisi Volvo CE'nin Eskilstuna tesisindeki rulman montaj ve demontaj süreçlerini dönüştürdü. Hassas sıcaklık kontrolü, azaltılmış döngü süreleri ve iyileştirilmiş güvenlik, önemli kalite iyileştirmeleri ve maliyet tasarrufları ile sonuçlandı. Teknoloji o zamandan beri benzer olumlu sonuçlarla dünya çapında birden fazla Volvo CE tesisinde kullanıldı.
Veriler, indüksiyonlu ısıtma teknolojisinin rulman montajı ve sökümü için geleneksel yöntemlere kıyasla üstün performans sunduğunu ve proses kontrolü, enerji verimliliği ve ürün kalitesinde ölçülebilir iyileşmeler sağladığını açıkça göstermektedir.