1-HİDROLİK GÜÇ İLETİM SİSTEMLERİ

Hidrolikle güç iletiminin temeli, bir güç kaynağından sağlanan mekanik gücün hidrolik güce dönüştürülerek kullanım noktasına iletilmesi ve burada hidrolik hareketlendiriciler tarafından tekrar mekanik güce dönüştürülerek kullanılmasıdır (Şekil 1).

Şekil 1. Hidrolik sistemle güç aktarımının temel prensip şeması.

Hidrolik güç iletim sistemleri çalışma prensiplerine göre iki temel yapıda irdelenebilmektedirler. Bunlar,

·         Hidrodinamik güç iletim sistemleri

·         Hidrostatik güç iletim sistemleri

1.1.HİDRODİNAMİK GÜÇ İLETİM SİSTEMLERİ

Hidrodinamik tahrikte pozitif olmayan (non-positive) deplasmana sahip ekipmanlar kullanılmaktadır. Bu ekipmanların temel çalışma prensipleri, kanatları yardımıyla sıvı (veya gaz olabilir) ortamları hızlandırarak enerji seviyelerini arttırmaktır.

        

Şekil 2. Pozitif olmayan ekipmanların çalışma prensibi.

(Burada,  v: Alışkan ortamın hızı, ω: Kanatların dönme hızı, m: Hızlandırılan akışkan ortamın kütlesi.)

 

Pozitif olmayan ekipmanların enerji seviyelerini (basınç seviyesi içinde geçerlidir) yükseltmenin iki yolu vardır, bunlar;

a-Kanatları büyüterek hızlandırılan (iletilmekte olan) kütlenin miktarını arttırmak.

b-Akışkanın hızını arttırmak.

Akışkanın hızını arttırmak amacıyla kademeli kanatlı yapılar kullanılmaktadır(Şekil 3).

Şekil 3. Hidrodinamik tahrikte kademeli kanatlı yapıların kullanımının şematik gösterimi.

Bu tür mekanizmalarla kullanılabilecek basınç seviyelerini arttırmak bu nedenle pahalı çözümlere yol açmaktadır. Bu nedenle hidrodinamik prensiple çalışan sistemlerde basınç genelde en fazla 250 bar seviyelerine kadar kullanılır. Genelde bu tür sistemler düşük basınç ancak yüksek debi uygulamaları için tercih edilmektedirler. Ayrıca sıvıdaki kinetik enerji uzun mesafelerde kayıpsız iletilemediği için bu tahrik tarzında pompa ve turbin birbirlerine çok yakın pozisyonda yerleştirilmektedirler.

Bu tahrik tarzının güç iletimi amacıyla kullanıldığı ender mekanizmalarda kullanılmakta olan ekipmanlar endüstride hidrolik kavrama ve tork konvertör isimleriyle bilinirler. (Şekil 4)

72-272-1

Şekil 4. Tork konvertörünün genel görünüşü.

Tork konvertörler ve hidrolik kavramalar otomobillerde, tarım araçlarında ve bir çok güç iletim sisteminde kullanılmaktadırlar.(Şekil 5)

 72

Şekil 5. Tork konvertörün araç şanzumanı ile komple görünüşü.

1.2.HİDROSTATİK GÜÇ İLETİM SİSTEMLERİ

Hidrostatik tahrikte pozitif deplasmanlı bir pompa tarafından bir tanktan emilen hidrolik sıvısı aktarma ve kontrol elemanları tarafından hidromotor ve silindirlere iletilir.Bu elemanlar da hidrolik enerji mekanik enerjiye dönüştürülerek kullanılır. (Şekil 6)

Şekil 6. Bir hidrolik güç iletim sisteminin genel görünüşü.

Hidrolikle güç iletimi sanayide iki temel yapıda uygulama alanları bulmaktadır. Bunlar;

·         Endüstriyel hidrolik uygulamaları (Şekil 7): Bu tür uygulamalar daha çok takım tezgahları, aparatlar vb. sabit hidrolik makinelerin güç iletim sistemlerinde görülmektedir.

·         Mobil hidrolik uygulamaları(Şekil 8): Mobil hidrolik uygulamaları  iş makineleri, krenler gibi hareketli makinalarda görülmektedir. Bu tür sistemlerde güç ünitesinin ve hidrolik valflerin yapısı endüstriyel hidrolik uygulamalarından farklıdır.

 

Şekil 7. Endüstriyel hidrolik güç iletim sistemlerinin genel yapısı.

 

 Şekil 8.Bir mobil hidrolik güç iletim sisteminin genel yapısı.

Endüstriyel hidrolik uygulamalarla mobil hidrolik uygulamalar arasındaki farklılıklar;

·         Endüstriyel hidrolik uygulamalarda makineler üzerinde sistemin montajında yer darlığı problemleri daha az yaşanır.Bu nedenle bu tarz tasarımlarda güç üniteleri daha büyük yapılabilmektedir.

Ancak gerek endüstriyel hidrolik uygulamalarında ve gerekse mobil hidrolik uygulamalarında kullanılan ekipmanlar fiziksel yapıları ve çalışma şekilleri açısından birbirlerine benzemektedirler.

2.HİDROSTATİK TAHRİKTE KULLANILAN ELEMANLAR

2.1.POMPALAR

Hidrolik pompalar mekanik gücü, hidrolik güce dönüştürürler.Hidrostatik tahrikte kullanılan bir pompanın genel yapısı şekil 9’ da görülmektedir.

              http://www.ovalway.co.uk/Images/Page%20images/powerunit3.jpg          gisli pump

                 a-Genel görünüm                  b-Montaj konumu örneği              c-Çalışma prensibi        

Şekil 9. Eksenel bir pompanın genel görünüşü.

Hidrostatik tahrikte pozitif deplasmanlı pompalar kullanılmaktadır. Bu pompalar artan hacim bölgelerinde oluşturdukları vakum sayesinde, hidrolik deposunda atmosferik basınç etkisi altında bulunan yağı emerler. Daha sonra, milinin dönmesi devam ederken iç yapısında oluşmakta olan azalan hacim bölgesi sayesinde yağ devreye itilmektedir (Şekil 10).

Text Box:

 

 

 

 

Şekil 10. Pozitif deplasmanlı, pistonlu bir pompanın şematik görünüşü.

Burada pompanın deplasmanı, bir dönüşünde teorik olarak basabileceği yağ miktarıdır.

Vg= πd2L/4  (cm2/4)

Hidrolik güç iletim sistemlerinde yüksek basınç gereksinimlerini en ekonomik şekilde karşılayan pompalar pozitif deplasmanlı tipte olanlardır. Pozitif deplasmanlı bir pompa karşılaştığı direnç kadar basınç üretir ve onun bastığı hidrolik akışkanın basınç düzeyi sistemde karşılaştığı dirençle orantılı olarak sürekli değişebilir. Pompanın çıkışı tamamen kapatılırsa, tahrik motorunun torkuna da bağlı olarak sistemde hasarlara yol açabilecek düzeyde çok yüksek basınçlar oluşabilir.

Tasarımlarına göre çeşitli pompa tipleri mevcuttur.

-Pompaların iç hacimlerinin değişkenliğine göre sınıflandırılmaları,

a-Sabit deplasmanlı pompalar; Bu pompaların iç hacimleri değiştirilemez, sisteme bastıkları hidrolik miktarı döndürülme hızları ile orantılıdır.

 

     st displecement pump                                              

(Tek yöne dönebilen pompa)          (Her iki yöne de dönebilen pompa)

Şekil 11. Sabit deplasmanlı pompaların sembollerle gösterilişi.

b-Değişken deplasmanlı pompalar; Bu pompaların çalışma esnasında iç hacimleri değiştirilebilmektedir, böylece bastıkları debi farklı mekanizmalarla (mekanik, elektronik vs.) isteğe bağlı olarak değiştirilebilmektedir.

                                                   

  (Tek yöne dönebilen pompa)          (Her iki yöne de dönebilen pompa)

Şekil 12. Değişken deplasmanlı pompaların sembollerle gösterilişi.

 En çok kullanılan pozitif  deplasmanlı pompa tipleri;   

 -Dişli pompalar :

Ekonomiktirler, çoğunlukla endüstriyel hidrolik uygulamalarında kullanılmaktadırlar. Dişli pompalar sadece sabit deplasmanlı olarak tedarik edilmektedirler.

Dıştan dişli pompalar, en ekonomik pompa tipidir. Ancak verimleri düşüktür ve çalışma basınçları en fazla 250 bar’a kadardır.

                                                    ExtGearLarge

 a-Dıştan dişli pompa       b-Dıştan dişli pompanın çalışma prensibi    c-Dıştan dişli pompa animasyon

Şekil 13. Dıştan dişli pompalar.

İçten dişli pompalar, en sessiz olan pompa tipidir. Diğer seçim kriterleri dıştan dişli pompalara benzemektedir.

icten disli pompa1      IntPumpLarge     GerotorOptimized

a-İçten dişli pompa          b-İçten dişli pompa genel               c-Gerotor pompa

Şekil 14. İçten dişli pompalar

-Paletli pompalar:

Yüksek debi gereksinimlerinde yardımcı pompa olarak tercih edilirler. En büyük çalışma basınçları 175 bar mertebelerindedir. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler.Çoğunlukla endüstriyel hidrolik uygulamalarında kullanılmaktadırlar.

        vanePumpLarge4

Şekil 15. Eksantirik paletli pompalar.

    

Şekil 16.Konsantirik paletli pompalar. (Bu tarz tasarımla pompa mili üzerindeki kuvveti dengelemek mümkündür.)

-Pistonlu pompalar:

Bu pompalar genelde mobil hidrolik uygulamalarında, iş makinalarında çok tercih edilmektedirler. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler. 

Eksenel pistonlu pompalar genelde iki tür olarak imal edilmektedirler,

a-      Eğik plakalı eksenel pistonlu pompalar.

b-      Eğik eksenli eksenel pistonlu pompalar.

Eğik plakalı eksenel pistonlu pompalarda, pistonların emme, basma hareketi pompa ekseni ile belirli bir açı yapan plaka tarafından yaptırılmaktadır. Bu pompalar uygulamada 380 bar basınç mertebelerine kadar kullanılmaktadır.

                                              

a-Pompanın en büyük deplasmanı plakanın eğiminin               b- Eğik plakalı pompanın şematik görünüşü

en fazla olduğu pozisyonda oluşur.(Max. debi durumu) 

Şekil 17.Eğik plakalı pistonlu pompalar.

Eğik eksenli, eksenel pistonlu pompalarda, pistonların emme, basma hareketi pompa mili ekseni ile belirli bir açı yapan pompa bloku tarafından yaptırılmaktadır. Bu pompalar uygulamada 450 bar basınç mertebelerine kadar kullnılmaktadır.

               aniben36

Şekil 18. Eğik eksenli pistonlu pompalar

Radyal pistonlu pompalar hidrostatik güç iletiminde kullanılmakta olan en ağır hizmet tipi pompalar olup, uygulamada 750 bar basınç değerlerine kadar kullanılmaktadırlar.

 radial piston pump2

Şekil 19. Radyal pistonlu pompalar.

2.2. HİDROLİK MOTORLAR

 

                NewHydMotorInPlace          twmotl

a-Genel görünüm.                   b-Montaj durumu                         c-Hidromotorun çalışma prensibi

Şekil 20.Bir hidromotorun genel görünüşü

Hidromotorlar giriş ve çıkışlarındaki basınç farkı yardımıyla, hidrolik enerjiyi  mekanik enerjiye dönüştürürler.

Pozitif deplasmanlı olarak yapılan hidromotorların hem volumetrik verimleri ve hemde mekanik verimleri oldukça yüksektir.

Tasarımlarına göre çeşitli hidromotor tipleri mevcuttur.

-Hidromotorların iç hacimlerinin değişkenliğine göre sınıflandırılmaları,

a-Sabit deplasmanlı hidromotorların iç hacimleri değiştirilemez, sistemden gelen hidrolik miktarı döndürülme hızları ile orantılıdır.

                                                         

(Tek yöne dönebilen hidromotor)          (Her iki yöne de dönebilen hidromotor)

Şekil 21. Sabit deplasmanlı hidromotorların sembollerle gösterilişi.

b-Değişken deplasmanlı hidromotorlar;

                                                        

  (Tek yöne dönebilen hidromotor)          (Her iki yöne de dönebilen hidromotor)

Şekil 22. Değişken deplasmanlı hidromotorların sembollerle gösterilişi.

 En çok kullanılan hidromotor tipleri;   

 -Dişli hidromotorlar :

Ekonomiktirler, darbesiz sakin ortamlarda kullanılırlar. Sabit deplasmanlı olarak imal edilmektedirler.

                                                                              

Şekil 23. Dişli hidromotor.

-Paletli hidromotorlar:

Darbesiz çalışma ortamlarında tercih edilirler. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler.

Şekil 24. Paletli hidromotor.

-Pistonlu hidromotorlar:

İş makinalarında en çok tercih edilen hidromotor tipleridir. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler. 

       aniben36                                       animated_hydrobase

a- Eksenel pistonlu eğik eksenli hidromotor        b-Radyal pistonlu hidromotor  

Şekil 25. Pistonlu hidromotorlar.

-Alçak devirli motorlar

2.3.HİDROLİK SİLİNDİRLER

Hidrolik silindirlerde motorlar gibi hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye çevirirler. Hidrolik motorlardan farkları dönme hareketi yerine doğrusal hareket sağlamalarıdır. Silindirlere gönderilen basınçlı yağ, piston alanı üzerinde etkili olarak silindirleri iter yada geri çeker. Şekil.26’da çift etkili bir hidrolik silindirin iç yapısı görülmektedir.

hydraulic cylinder0.JPG

               hydraulic cylinder1.jpg

  

Şekil 26.  Hidrolik silindirlerin yapısı

Burada; 1-Hidrolik silindir borusu, 2-Piston kolu, 3-Arka kapak, 4,Ön kapak, 5-Piston, 6-Toz keçesi, 7-Boğaz keçesi, 8-Piston keçesi, 9-Arka yastıklama burcu, 10-Ön yastıklama burcu,  11-Yağ giriş/çıkış kanalı (arka), 12-Yağ giriş/çıkış kanalı (ön)

Hidrolik Silindir Çeşitleri

 


1.      Tek etkili silindirler

2.      Çift etkili silindirler

3.      Teleskopik silindirler

4.      Yastıklı silindirler

5.      Tandem silindirler

6.      Çift kollu silindirler

7.      Döner silindirler.

8.      Özel silindirler.

 

Tek Etkili Silindirler

 

Bu silindirlerde hidrolik akışkanın etkisiyle tek yönlü hareket sağlanır. Silindirin ilk konumuna dönüşü ya dış yüklerin etkisiyle yada yay baskısıyla gerçekleşir. Şekil 27’de tek etkili silindir görülmektedir.

 

tek etkili silindir.JPG

Şekil 27. Tek etkili silindirin şematik resmi

Burada p hidroliğin silindire gidiş ve dönüş hattı olup, x kaçak hattıdır.

Çift Etkili Silindirler

Bu silindirlerde hidrolik akışkan silindirin iki tarafında da etkilidir ve her iki yöne hareket hidrolik basıncın etkisiyle sağlanmaktadır. Şekil.28’de çift etkili silindir görülmektedir.

cift etkili silindir.JPG

Şekil 28. Çift etkili silindirin şematik resmi

Teleskopik Silindirler

Dar montaj alanı ve büyük  strokların istendiği uygulamalarda teleskopik silindirler kullanılır. Bu silindirlerde dezavantaj açılma esnasında giderek küçülen silindirlerin açılma hızının artması veya farklı dirençler nedeniyle düzensiz açılmalardır. Bu ise kapsamlı devreler ile önlenebilir.

Şekil 29. Teleskopik silindirler

Yastıklı Silindirler

Silindir pistonları hareketleri sırasında strok sonuna kadar maksimum hızla yaklaşırlar. Piston, silindir strokunun sonunda silindirin ön veya arka kapağına bu hızla çarpar. Piston, piston kolu ve onlara bağlı tüm sistem bu darbe sonucunda deformasyona uğrayabilmektedir. Pistonun çarpmasından kaynaklanan bu mekanik ya da hidrolik darbeler yastıklama ile azaltılmaktadır.

Strok sonunda piston hızını düşürebilmek için boşalan yağın dar bir kesitten geçmesi sağlanır. Böylece silindir hızı düşmüş olur. Bu kesit genelde ayarlanabilir yapıda tasarlanır.

yastiklamali silindir.JPG

  a-Ayarsız yastıklama etkisi     b-Ayarlanabilir yastıklama etkisi

Şekil 30. Yastıklamalı hidrolik silindirler.

2.4. VALFLER

Valfler devrelerde ,fonksiyonel özellikleri ve büyüklüklerine bağlı olarak farklı amaçlarla kullanılmaktadırlar.

Şekil 31. Çeşitli valflerin genel görünüşleri.

Endüstriyel hidrolik uygulamalarında valfler doğrudan birbirlerine bağlanmamaktadırlar. Bu uygulamalarda, valf adaları, metal takozlar yardımıyla oluşturulmaktadır.Halbuki mobil hidrolikte araçlardaki yer darlığı sebebiyle valfler doğrudan birbirlerine bağlanarak daha küçük hacimli konstrüksiyonlar oluşturulmaktadır.

Valflerin seçiminde minimum seçim kriterleri olarak çalışma basıncı ve devre debisi esas alınır. Buna göre akış dirençlerini minimize edecek şekilde kataloglardan seçim yapılır.Çalışma basınçları valf gövdesinin dayanımına bağlı olarak belirlenir. Pnömatik sistemlerde basınçlar düşük olduğu için valf gövdelerinin yapımında alüminyum alaşımları gibi hafif malzemeler kullanımakta iken, yüksek basınçlı hidrolik uygulamalarda çelik valf gövdeleri tercih edilmektedir.

Ayrıca ikaz tarzları, yağ viskozite değerleri, ortam şartları da valf seçiminde önemli kriterlerdendir.

İkaz şekillerine göre valfler aşağıdaki isimlerle anılırlar;

 

-Aç-kapa (on-off) ikazlı valfler; Bu valfler genelde selenoid valf yapılarıdır.Küçük kütleli ve/veya alçak hızlı sistemlerde uygundur.

-Manuel ikazlı valfler; Oransal ve servovalflere ekonomik alternatif olarak kullanılmaktadır.

-Oransal ikazlı valfler; Oransal ve servovalfler bu gurupta değerlendirilir. Bu valfler yardımıyla açık veya kapalı çevrim kontrollü hidrolik sistemler yapmak mümkündür.Yüksek hızlarda çalışan büyük kütleli sistemlerde kullanılmaktadır.

Fonksiyonel özelliklerine göre valfler aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar;

-Yön denetim valfleri; Akışkanın devrede akış hareketinin başlatılması durdurulması veya yönünün değiştirlmesi için kullanılır.

-Basınç denetim valfleri; Hidrolik sistemin tamamına veya bir bölümündeki basıncı denetlemek amacıyla kullanılır.

-Akış denetim valfleri; Hidrolik sistemin tamamına veya bir bölümüne pompanın bastığı akışkan debisini ayarlamak amacıyla kullanılmaktadırlar.

Kapama elemanlarının yapısına göre valfler aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar;

-Sürgülü valfler; Valf içinde bulunan bir sürgünün kanal eksenine dik ileri geri hareketleri ile valfin kanalları kapatılır veya açılır. Bu tip valflerde iç kaçaklar fazladır, cevap zamanları uzundur, çalışma debileri düşüktür.

-Popet valfler; Valfin kapama elemanı (poppet) kanal ekseni yönündeki hareketle bir kanalın üzerini kapatıp açar. Bu tip valflerin kontrolü daha zordur.

Ek 1- Valfler ve devre uygulamaları için açıklamalar

Ek 2- Hidrolik tahrik sistemlerinin tasarımı