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 makineleriörnek 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.

Şekil 1.2: Hidrostatik Prensip

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

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 Tank

5.3. Hidrolik Pompalar

5.3.1. Tanımı ve Sembolü:

Şekil 5.8 Hidrolik Pompa 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.

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 Kesiti

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 yararlarYağın 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