Hidrolik sistemler

HİDROLİK SİSTEMLER
1. HİDROLİĞİN PRENSİPLERİ
Hidrolik akışkanların mekanik hareketlerini inceleyen bilim
alanıdır.
1.1.1. Endüstrideki Yeri Ve Önemi
uygulama alanı olarak;
taşıtların fren ve direksiyonları,
yağlama istasyonları,
hidrolik kaldıraçlar,
damperli kamyonlar ve iş makineleri
örnek gösterilebilir.
Hidrolik sistemler pek çok endüstriyel tesiste yaygın olarak
kullanılmaktadır.
Krikolar, asansörler, vinçler, takım tezgâhları, vites kutuları,
test cihazları, sanayi tipi robotlar gibi pek çok uygulama
alanı vardır. hareketler hidrolik sistemle kolay bir şekilde
elde edilmektedir.
Hidrolik Sistemlerin Üstünlükleri:
Diğer sistemlere göre sessiz ve gürültüsüz çalışırlar.
Hidrolik enerjinin elde edilmesi, denetimi ve kontrolu
kolaydır.
Uzaktan kontrol edilebilir
Bakımı, tamiri ve onarımı kolaydır.
Basınç yükselmelerinde devre otomatik olarak kontrol
edilir.
Küçük basınçlarla büyük güçler elde edilebilir.
Rahatlıkla yön değiştirilebilir.
Parça ömrü uzundur. Ekonomiktir.
Otomatik kumanda sistemi ile tek merkezden kontrol
edilebilir.
Daha az yer kaplarlar
Hidrolik Sistemlerin Olumsuz Yönleri
Sıvıların yüsek ısılara ulaşması ile yağ kaçakları oluşabilir
ve verim düşebilir.
Bağlantı ve rakorlarda yüksek basınçtan kaynaklanan
kaçak ve sızıntı oluşabilir.
Bazı elemanlar ısıya karşı hassas olmaları nedeniyle
özelliklerini kaybedebilirler.Bunu önlemek için ısı
ayarlayıcılar (eşanjör) devreye bağlanmaları
gerekmektedir.
Sistem montajı sırasında borularda fazla kıvrım verilirse
verim düşer.
Elemanlar iyi seçilmez, sistem iyi monte edilmez ise
verimi düşer.
1.1.3. Hidrolik Prensipler
Akışkanların sahip oldukları prensipleri iki maddede
inceleyeceğiz.
Hidrostatik prensipler
Hidrodinamik prensipler
1.1.3.1. Hidrostatik Prensipler:
Durgun sıvıların sahip oldukları davranışları inceleyen
prensiptir.
Sıvıların ,Bulundukluarı Kabın Tabanına Uyguladığı
Basıncın Bulunması:
Bir kapta bulunan durgun sıvının,kabın tabanına yaptığı
basınç kabın yüksekliği ve sıvının yoğunluğu ile doğru
orantılıdır. Şekil 1.1 de görülmektedir.
Şekil 1.1:Değişik Biçimli Kaplarda
Hidrostatik Basinç
ÖRNEK:
Bir hidrolik presin yağ deposu presin üst kısmındadır.
Kullanılan hidrolik yağının özgül kütlesi 0,75 gr/cm³’ tür.
Yağın üst seviyesi ile pompa girişi arasındaki yükseklik
100 cm olduğuna göre pompanın girişindeki statik
basınç ne kadardır?
Verilenler: İstenen:
ρ= 0,75 gr/cm³ = 750 kg/m³ P=?
h= 100 cm = 1 m
g=9,81 m/s²
Çözüm:
P=h×q×g= 1×750×9,81
P=7357,5 Pascal’dır.
Kapalı Bir Baptaki Sıvıya Kuvvet Uygulandığında Sıvının
Davranışları
Kapalı bir kaptaki sıvıya uygulanan kuvvet sonucu
kuvvetin meydana getirdiği basınç, kuvvetin şiddeti ile
doğru ve yüzeyi ile ters orantılıdır.
Kuvvetin alana etkimesi olarak da tanımlanabilir. Şekil.
1.2 de görüldüğü gibi
Şekil 1.2: Hidrostatik Prensip
ÖRNEK:
Çapı 5 cm olan pistona uygulanan kuvvet 150
N’dur.Uygulanan kuvvetin sonucunda oluşan basınç nedir?
1.1.3.2-Hidrodinamik Prensipler
1.2. PASCAL KANUNU
Tanımı: Sıvı dolu bir kaba uygulanan kuvvet sonucu meydana gelen
basınç sıvı tarafından kabın bütün yüzeylerine aynen iletilir.
Bu prensiplerin en önemli özelliği ise sisteme uygulanan küçük bir
kuvvetin büyük kuvvetlere dönüşmesi olarak tanımlanmasıdır.
Şekil 1.3: Pascal Prensibi
Örnek:
Küçük pistona uygulanan kuvvet 40 N ve piston kesit
alanı 5 cm²’dir. Büyük piston kesit alanı 200 cm²
olduğuna göre büyük pistona uygulanan kuvveti
bulunuz.
2. BERNOULLİ PRENSİBİ
Tanım: Sürekli, sürtünmesiz, sıkışmaz ve sabit debili bir
akışta akım çizgisi boyunca toplam enerji sabittir.
Boru çapı küçüldükçe akışkan hızı artar, basıncı düşer; boru
çapı büyüdükçe akışkan hızı azalır basıncı artar şeklinde de
ifade edilebilir.
3. İTME KUVVETİ, BASINÇ VE ALAN ARASINDAKİ İLİŞKİ
İtme kuvveti, basınç ve alan arasında pascal kanununa
göre ilişki kurulabilir. ”Kapalı bir kaba kuvvet
uygulandığında meydana gelen basınç, akışkan tarafından
kabın tüm yüzeylerine aynı oranda iletilir.”
Aşağıdaki şekilde baskı pistonuna uygulanan küçük kuvvetle, iş
pistonunun kesit alanını artırmak yoluyla büyük kuvvetler elde
edilebilir. Bu tür presler özellikle kaldırma araçlarında kullanılır.
Şekil 3. 2: Problem Şekli
ÖRNEK:
1000 N’ luk kuvvet uygulanan bir pistonun çapı 5 cm’dir.
Sistemde oluşan basıncı bulunuz.
ÖRNEK:
Bir hidrolik el presinin küçük pistonuna 100 N kuvvet
uygulanıyor. Küçük piston çapı 30 mm, büyük piston çapı
100 mm olduğuna göre :
a)Uygulanan kuvvet sonucu oluşan basıncı,
b)İş pistonunun uygulayabileceği en fazla kuvveti,
c)Baskı pistonu 15 cm hareket ettiğinde, iş pistonunun ne
kadar yukarıya kalkacağını hesaplayınız (Sürtünme kuvvetini
dikkate almayınız.)
4.1. Hidrolik Basinç Yükselticiler
Tanım:
Akışkanların basınçlarını 2 kat arttıran devre elemanlarıdır.
Kesit ölçüleri birbirinden farklı iki pistonun bir kol ile birbirine bağlanması ile oluşur. Giriş
kısmından giren (P1) basıncı, çıkışta (P2) basıncı ile iki katına çıkar. Girişte kullanılan akışkan
veya hava olabilir. Büyük kuvvetlerin itilmesi gereken yerlerde kullanılabilir.
Yüksek basınç hidrolik silindirlerine güç vermekte kullanılır. Bu amaçla kullanıldığında bir
hava silindirinin tek başına kullanılmasıyla elde edilenden fazla iş yapılabilir. Tutma, delme
kavrama veya doğrusal güç gerektiren diğer uygulamalarda kullanılan yükselticiler, tek
basınçlı veya çift basınçlı sistemlerden güç alırlar. Yüksek basınçları uzun süre ısı
üretmeksizin koruyabilirler. Ayrıca ek bir güç tüketimi ve karmaşık veya pahalı kontroller
olmaksızın çalışırlar.
F1=F2
Şekil 4.1: Hidrolik basınç yükseltici
F1=F2 olduğundan
F1=P1×A1 ,
F2=P2×A2 buradan
P1A1=P2×A2 şeklinde ifade
edilebilir.
ÖRNEK:
Bir hidrolik basınç yükselticide itme pistonuna uygulanan
basınç 8 bar’dır. Küçük pistonun alanı 16 cm² ve büyük
pistonun alanı ise 25 cm²’ dir. Buna gore:
a) Büyük ve küçük pistona etki eden kuvvetleri,
b) Küçük pistonun oluşturduğu basıncı bulunuz.
Çözüm
P1 = 8 bar = 800 kPa = 800 000 Pa
A1 = 25 cm2 = 0,0025 m2
A2 = 16 cm2 = 0,0016 m2
a) F1 = P1×A1 = 800 000× 0,0025 = 2000 N
F1= F2 = 2000 N
b) P2 =F2/A2= 0016,02000= 1 250 000 Pa = 12,5 bar
5.1. Hidrolik Devrelerin Ana Kısımları
Hidrolik devrenin ana kısımları şunlardır:
Yağ deposu
Hidrolik pompalar
Hidrolik silindirler
Hidrolik motorlar
Valfler
Hidrolik akümülatörler
Bağlantı elemanları
Sızdırmazlık elemanları
Manometreler
5.2. Yağ Deposu
5.2.1. Tanımı ve sembolü :
Hidrolik sistemlerde en önemli enerji kaynağı olan sıvıların, içinde
depolandığı kaba yağ deposu veya yağ tankı denir. Depoda yağ hem
dinlenir hem de depodaki filtre tarafından temizlenir. Yağ deposu
kesiti şekil 5.2’ de depo ise 5.3’ de görülmektedir.
Şekil 5.2: Yağ Deposu Ve Elemanları
Şekil 5.3: Endüstriyel Amaçlar İçin Büyük Ta
5.3. Hidrolik Pompalar
5.3.1. Tanımı ve Sembolü:
Elektrik motorundan aldığı hareketle depodaki yağı emerek
büyük bir basınç üretip mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye
çeviren elemanlardır. Pompalar hidrostatik prensiplere
göre çalıştıklarından akışkanı depodan emerek büyük bir
basınca dönüştürürler.
Şekil 5.8 Hidrolik Pompa Sembolü
5.3.3. Pompaların Çalışma Prensibi:
Pompalar, elektrik motorundan aldıkları mekanik enerji ile çalışırlar.
Elektrik motorunun dönmesi ile dişleri arasına aldıkları akışkanı
basınç yaparak sisteme gönderirler.
5.3.5. Pompa ve Akışkan Uyumu:
Pompa ve akışkanın birbirine uyum sağlayabilmesi, kullanılan
akışkanın viskozitesine (akıcılığına) bağlıdır.
5.3.6. Pompa Seçimi:
Hidrolik sistemlerde pompa seçimi yapılırken sistemin ihtiyaçlarına
cevap veren pompalar seçilmelidir.
5.3.7. Pompalarda Debinin Tanımı:
Debi : Hidrolik sistemde pompanın birim zamanda sisteme
göndermiş olduğu akışkan miktarına denir.
6. HİDROLİK SİLİNDİRLER
6.1 Görevleri ve Sembolü:
Hidrolik sistemlerde doğrusal hareket elde etmek için
kullanılan devre elemanlarıdır. Hidrolik enerjiyi doğrusal
olarak mekanik enerjiye dönüştüren elemanlardır. Düzenli
biçimde ileri - geri hareket ederek çalışırlar. (Şekil 6.1 ).
Şekil 6.1: Hidrolik Silindir Kesiti ve Elemanları
6.4- Silindirlerde Piston Itme Kuvveti
Hidrolik silindirlerde pistona giren basınçlı sıvı, piston yüzeyine
kuvvet uygular. Bu kuvvet piston yüzeyinin büyüklüğüne bağlı olarak
değişir. Piston kesit alanı küçüldükçe meydana gelen kuvvet küçülür.
Pistonun çalışması esnasında verim kaybı da olabileceğinden
hesaplamaları ona göre yapmak gerekmektedir. Tek kollu
silindirlerde iki tarafın kesit alanları farklıdır. Giriş tarafındaki itme
kuvveti (F1) büyük olacaktır (Şekil 6.13).
Şekil 6.13: Silindirlerde Kesitlere
Göre İtme Kuvvetleri Değişikdir.
Örnek Problem:
Çapı 150 mm olan bir pistonun piston kol çapı 50 mm' dir.
Verimi % 70 olan tek kollu çift etkili silindirin çalışma
basıncı 800 bar’dır. Pistonun her iki tarafında oluşacak
itme kuvvetini bulunuz.
F1 = P×A1×η= 800×176,62×0,70 = 98907,2 N' dir.
F2=P×A2×η=800×157×0,70=87920 N'dir.
7. HİDROLİK MOTORLAR
7.1. Görevleri ve Sembolü:
Hidrolik pompaların aksine hidrolik motorlara sıvı, basınçlı olarak girer. Basınçlı
sıvı, sistemleri aracılığı ile hidrolik enerjiyi dairesel harekete dönüştürür.
Hidrolik motorların devir sayıları, motora giren sıvının miktarına bağlıdır.
Hidrolik motora giren sıvının miktarı ne kadar fazla olursa motorun devri o
kadar yükselir. Hidrolik motorların ters yönde dönmesini sağlamak için yön
değiştirme valflerine baş vurulur.
Şekil 7.1:Hidrolik Pompa Ve Motorlar Aynı Pensibe Göre
Çalışırlar
7.4-Hidrolik Motorların Kullanım Alanları:
Takım tezgâhlarında,
Taşıtlarda,
Gemi sanayisinde,
Demir ve çelik sanayisinde,
Haddehane ve döküm sanayisinde
Ağır iş makinelerinde (greyder, kepçe vb. gibi)yaygın
kullanılır.
8. VALFLER
Valfler, hidrolik sistemlerin en önemli elemanlarındandır.
Valfler ,hidrolik sistemlerdeki sıvının basıncını, yönünü ve
debisini kontrol eder. Hidrolik sistemlerde akışkanın
basıncını ayarlamak, yolunu açıp kapamak, yönünü
kontrol etmek için kullanılan devre elemanlarıdır. Hidrolik
sisteme gönderilen basınç oranı valfler yardımı ile
ayarlanır.
Hidrolik sistemlerdeki silindirlerin istenilen yönde
çalışmalarını, sıvının istenilen yöne yöneltilmesini,
hidrolik motorların istenilen yönde dönmesini kontrol
eder. İşlemini tamamlayan sıvının depoya geri dönüşünü
gerçekleştirir.
9. HİDROLİK AKÜMÜLATÖRLER
Hidrolik sistemlerde gerektiği zaman kullanılmak için
bulundurulan, hidrolik enerjiyi basınç altında depolayan
elemanlara denir.
9.1 . Görevleri ve Sembolü :
a) Çalışma basıncını kontrol eder.
b) Sistemde oluşabilecek ani şokları ortadan kaldırır.
c) Sızıntılardan kaynaklanan verim kayıplarını karşılar.
d) Isı yükselmelerinde sıvıyı soğutur.
e) Pompa arızalarında ve elektrik kesilmelerinde sistemi
kısa bir süre besleyerek hareketin tamamlanmasını sağlar.
2-Rakorlar:
Hidrolik devrelerde boruların devre elemanlarına
bağlanması için kullanılan aparatlardır.
Şekil 9.15: Rakorlu Bağlantı
Şekil 9.16: Rakor Bağlantı Kesit
9.5-Manometreler
Hidrolik sistemlerde genellikle basınç hattına takılarak
basınç ölçme görevi yaparlar. Tezgâh veya makine
çalışırken çalışma basıncı değerleri manometrelerden takip
edilir. Belirli noktalara takılarak o bölgenin basıncı kontrol
altına alınmış olur (Şekil 9.24).
Manometrelerin gösterdiği basınç efektif basınçtır. Bu
basınç atmosfer basıncının üzerinde bir değerdir. Aşırı
basınç yükselmeleri meydana geldiğinde elektrik sinyali
gönderip kontağın atmasını sağlar ve meydana gelebilecek
kazalar önlenmiş olur.
10- HİDROLİK YAĞLAR
10.1- Görevleri :
Hidrolik devrelerde kullanılan sıvılardır. Hidrolik enerjinin
çalışan elemanlara iletilmesinde kullanılan sıvıların
hidrolik akışkan olabilmesi için birtakım özelliklerinin
olması gerekir. Hidrolik sistemlerde verimin alınabilmesi
ve çalışan elemanların ekonomik ömrünün uzun olması
için hidrolik yağlar kullanılır.
11- HİDROLİK FİLTRELER
11.1-Görevleri ve Sembolü:
Hidrolik devrelerde yabancı maddelerin (kum, pislik, metal
parçacıkları vb.) çalışan elemanlara zarar vermemesi için sisteme
temiz sıvı göndermek için kullanılan devre elemanlardır.
Sistemin çeşitli hatlarına takılarak devrede dolaşan sıvının
içindeki pislikleri temizlemeye yararlar
Yağın içinde oluşan tortu ve pislikler devrenin sağlıklı çalışmasına
engel olarak verimi düşürür. Filtreler özel madde emdirilmiş
kağıtlardan veya madeni tel örgülü 5 mikron ölçüye kadar süzme
özellikli malzemelerden imal edilirler.
Şekil 11.1: Filtreler