HİDROLİK SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ TEST YÖNTEM VE SONUÇLARI

Transkript

1 37 HİDROLİK SIZDIRMAZLIK ELEMANLARININ TEST YÖNTEM VE SONUÇLARI Fatih KÖMÜRCÜ Cavit Nail KUBALI ÖZET Bu çalışmada, hidrolik silindirlerde kullanılan sızdırmazlık elemanlarının test yöntemi ve bunların sonuçları değerlendirilmiştir. Sızdırmazlık elemanının iki ana özelliği olan, sürtünme kuvveti ve yağ filmi kalınlığı farklı basınç, kayma hızı ve sıcaklık değerlerinde incelenerek tasarım çalışmalarına önemli katkı sağlanmaktadır. ABSTRACT In this study, testing method and results of the sealing elements that are been used in hydraulic cylinders were analyzed. The two main characteristics of the sealing elements, friction forces and oil film thickness were tested under different pressure, linear velocity and temperature values. The results assits in a high importance of the design improvements GİRİŞ Hidrolik sistemlerde kullanılan sızdırmazlık elemanından istenen iki ana özellik vardır. Bunlar sızdırmazlık görevini yerine getirirken, düşük sürtünme kuvveti ve ince yağ filmi kalınlığıdır. Bütün ARGE çalışmaları bu iki özelliğin geliştirilmesi için yapılmaktadır. Geliştirdiğimiz TEST CIHAZI piston ve boğaz keçelerinin bu iki özelliği; değişik basınç, ısı ve kayma hızında gerçekleştirilen testlerde saniyede yüzlerce defa veri toplama özelliği olan özel bir yazılımla bilgisayara kaydedilmektedir. Bu sonuçlar daha sonra karşılaştırılma yöntemiyle değerlendirilerek tasarım üzerinde yorum yapılması sağlanmaktadır. Sızdırmazlık elemanları basınç ve sıcaklık altında üretildikleri için boyut toleransları talaşlı üretim toleranslarından daha farklıdır. Sızdırmazlık elemanlarının tasarımı ve malzemesi ürün kalitesine direkt etki eden iki ana unsurdur. Test cihazı; üründeki araştırma-geliştirme de ve diğer üreticilerin sızdırmazlık elemanları ile karşılaştırma da kullanılan önemli bir araçtır. Buradan elde edilen sonuçlarla yeni tasarımlar ortaya çıkarılabileceği gibi var olan ürünlerin farklı malzeme ya da değişik tasarımlarla daha iyi sonuçlar elde etmesi sağlanır. Test cihazımız ile piston ve boğaz sızdırmazlık elemanı testleri gerçekleştirilebilmektedir. Bilgisayarda kullanılan yazılım; uygulamamız için özel olarak hazırlanmış olup her strokta yüzlerce değeri kaydedebilmektedir. Test süresince belirli aralıklarla kaçak akışkan toplama kabındaki yağ miktarı kaydedilmektedir. Bu sayede test süresince ortalama sürtünme kuvveti ve ortalama akışkan sızdırma değerleri tespit edilmektedir. Testlerden sonra sızdırmazlık elemanlarının fiziki değişiklikleri de incelenmektedir.

2 38 Piston sızdırmazlık elemanı testlerinde kendi ürünümüz olan 5 parçadan oluşan eski ve yeni tasarım K18 tipi piston keçesi kullanılmıştır. Bunun dışında 2 farklı üretici firmanın 5 parçadan oluşan benzer kompakt set ürünlerinin karşılaştırmalı testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testler iki farklı ısı ve de üç farklı basınç için,3 m/s piston hızında yapılmıştır. Boğaz sızdırmazlık elemanı çalışmasında ise eski ve yeni tasarım K22 tipi boğaz keçesi, K27 tipi nutring dudaklı toz keçesi ve 2 adet K68 tipi yataklama elemanı boğaz takozunda kullanılmıştır. Bunun dışında 2 farklı üretici firmanın benzer profildeki nutring ürünlerinin karşılaştırmalı testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testler iki farklı ısı ve de üç farklı basınç için,3 m/s piston mili hızında yapılmıştır. TEST CİHAZI Test cihazımız iki tane hidrolik silindirden oluşmaktadır. Birincisi; testi yapılacak piston ya da boğaz keçeleri için ortasından basınçlandırılmış test silindiri, diğeri ise tahrik silindiridir. Bu iki silindir arasına, sürtünme kuvvetini ölçmek için bir load cell bağlanmıştır. Bunlar yapılırken test silindirinin yağ sıcaklığını kontrol edebilmek için silindirin etrafından soğutma sıvısı kullanılmaktadır. Test cihazımız normal koşullarda çalışan bir silindiri simule etmek üzere tasarlanmıştır. Şekil 1. Piston sızdırmazlık elemanı testi Piston sızdırmazlık elemanı test cihazında (Şekil 1), kompakt set montajlı şekilde iki adet piston başı, test silindiri, tahrik silindiri ve iki adet güç ünitesi yer almaktadır. Yağın ısısının kontrolü için soğutma maksadıyla su kullanılmaktadır. Şekil 2. Test silindiri

3 39 Test silindirinin mili içeriden yarıya kadar delinmiş olup pompadan gelen basınçlı akışkan iki piston başı arasına basınç uygulamaktadır. Silindiri iki tarafında kaçak akışkanı toplamak için toplama delikleri yer almaktadır. Tahrik silindiri ile test silindiri arasında bulunan load cell ile buradaki sürtünme kuvvetini ölçülmektedir. Şekil 3. Boğaz sızdırmazlık elemanı testi Boğaz sızdırmazlık elemanı test cihazında (Şekil 3), iki boğaza nutring montajlı şekilde test silindiri, tahrik silindiri ve iki adet güç ünitesi yer almaktadır. Yağın ısısının kontrolü için soğutma maksadıyla su kullanılmaktadır. Şekil 4. Test silindiri Test silindirinin gövdesi delinmiş olup pompadan gelen basınçlı akışkan iki nutring arasına basınç uygulamaktadır. Silindirin iki tarafında kaçak akışkanı toplamak için toplama delikleri yer almaktadır. Tahrik silindiri ile test silindiri arasında bulunan load cell ile buradaki sürtünme kuvvetini ölçülmektedir. Test silindirinin içyapısı piston sızdırmazlık elemanı için 2 nolu, boğaz sızdırmazlık elemanı için 4 nolu şekilde görülmektedir.

4 4 TEST SONUÇLARI Piston sızdırmazlık elemanı ve boğaz sızdırmazlık elemanı testlerimiz 3 faklı basınç (,, 2 bar) ve 2 farklı yağ sıcaklığında (23 ve C ) gerçekleştirmiştir. Sızdırmazlık elemanı testleri dinamik olarak km çalıştırılmış olup test sonuçları aşağıdaki gibidir. Piston sızdırmazlık elemanı test sonuçları; Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 8,4 2,7,11,11 9,6 9,23,61, ,8 9,9 1,87 1,92 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn,4,35,14,15,5 1,1,46,52 2 2,6 2,5 1,95 1,99 Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 26,4 21,18,18,16 1,1 9,46,61, ,31 1,37 2 2,1 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn 2,36 2,45,25,3 6,4 6,5,85,88 2 9,7 8,7 1,68 1,83 Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 32,5 29,6,34, ,2,9, ,1 2,25 2,17 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn 4,8 3,7,41,48 11,4 9,19 1,15 1, ,8 16,11 2,89 2,91 Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 27,8 21,7,17,19 32,2 34,81, ,7 61,6 2,19 2,24 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn 3,1 3,57,35,31 11,9 13,2,93 1, ,3 1,98 2,1 Şekil 5. Piston kompakt set eski-yeni tasarım ile diğer üretici kompakt set karşılaştırmalı sonuçları

5 41 Yağ Filmi Kalınlığı 23 C ml / km 2 11,8 12, ,7 1 9,6 1, ,2 26,4 8,4 27,8 32, Yağ filmi Hareket Yönü Yağ Filmi Kalınlığı 23 C ml / km 2 9,9 1,37 36,1 61,6 1 9,23 9,46 24,2 34 2,7 21,18 29,6 21, Yağ Filmi Hareket Yönü Karşısı Şekil C de piston sızdırmazlık elemanı yağ filmi karşılaştırmalı sonuçları

6 42 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km 2 2,6 9,7 15,8 18 1,5 6,4 11,4 11,9,4 2,36 3,1 4, Yağ Filmi Hareket Yönü Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km 2 2,5 8,7 16,11 21,3 1 1,1 6,5 9,19 13,2 2,45,35 3,57 3, Yağ Filmi Hareket Yönü Karşısı Şekil 7. C de piston sızdırmazlık elemanı yağ filmi karşılaştırmalı sonuçları

7 43 2 Sürtünme Kuvveti 23 C kn 1,87 2 2,19 2,25 1,61,61,81,9,11,18,34,17,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Sürtünme Kuvveti 23 C kn 2 1,92 2,12,172,24 1,62,64,83,87,11,16,19,31,3,6,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Karşısı Şekil C de piston sızdırmazlık elemanı sürtünme kuvvetleri karşılaştırmalı sonuçları

8 44 Sürtünme Kuvveti C kn 2 1,68 1,95 1,98 2,89 1,46,85,93 1,15,14,25,35,41,3,6,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Sürtünme Kuvveti C kn 2 1,83 1,99 2,1 2,91 1,52,88 1,1 1,21,15,3,31,48,3,6,9 1,2 1,5 1,8 2,1 2,4 2,7 3 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Karşısı Şekil 9. C de piston sızdırmazlık elemanı sürtünme kuvvetleri karşılaştırmalı sonuçları

9 45 Boğaz sızdırmazlık elemanı test sonuçları; Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 7,28 7,15,11,6 5,19 4,98,45,51 2 3,68 3,57 1,36 1,46 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn 1,22 1,18,9,11 1,86 1,92,3,38 2 3,32 3,16 1,8 1,15 Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 9,83 8,68,12,11 6,2 6,24,41,45 2 4,56 3,95 1,44 1,51 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn 1,69 1,72,18,21 2,44 2,49,6,65 2 3,51 3,45 1,2 1,32 Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 12,34 11,58,24,22 13,25 12,87,66, ,1 12,78 1,57 1,54 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn 3,4 2,78,29,32 4,86 4,78,81,87 2 6,21 5,98 2,4 2,6 Hareket Yönü Hareket Yönü Karşısı + Stroke - Stroke 11 1,91,15,14 12,5 12,28,54,6 2 22,11 22,19 1,58 1,62 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km Sürtünme Kuvveti C kn 2,23 2,57,25,22 4,25 4,59,69,74 2 7,1 7,25 1,49 1,48 Şekil 1. Boğaz nutringi eski-yeni tasarım ile diğer üretici nutring karşılaştırmalı sonuçları

10 46 Yağ Filmi Kalınlığı 23 C ml / km 2 3,68 4,56 13,1 22,11 1 5,19 6,2 12,5 13,25 7,28 9, , Yağ Filmi Hareket Yönü Yağ Filmi Kalınlığı 23 C ml / km 2 3,57 3,95 12,78 22,19 1 4,98 6,24 12,28 12,87 7,15 8,68 1,91 11, Yağ Filmi Hareket Yönü Karşısı Şekil C de boğaz nutringi yağ filmi karşılaştırmalı sonuçları

11 47 2 Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km 3,32 3,51 6,21 KASTAŞ YENİ DİZAYN KASTAŞ ESKİ DİZAYN 7,1 1 1,86 2,44 4,25 4,86 1,22 1,69 2,23 3, Yağ Filmi Hareket Yönü Yağ Filmi Kalınlığı C ml / km 2 3,16 3,45 5,98 7,25 1 1,92 2,49 4,59 4,78 1,18 1,72 2,57 2, Yağ Filmi Hareket Yönü Karşısı Şekil 12. C de boğaz nutringi yağ filmi karşılaştırmalı sonuçları

12 48 Sürtünme Kuvveti 23 C kn 2 1,36 1,44 1,58 1,57 1,41,45,54,66,11,12,15,24,2,4,6,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Sürtünme Kuvveti 23 C kn 2 1,461,51,54 1,62 1,45,51,6,64,6,11,14,22,3,6,9 1,2 1,5 1,8 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Karşısı Şekil C de boğaz sürtünme kuvvetleri karşılaştırmalı sonuçları

13 49 Sürtünme Kuvveti C kn 2 1,8 1,2 1,49 2,4 1,3,6,69,81,9,18,25,29,3,6,9 1,2 1,5 1,8 2,1 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Sürtünme Kuvveti C kn 2 1,15 1,32 1,48 2,6 1,38,65,74,87,11,21,22,32 -,2,1,4,7 1 1,3 1,6 1,9 2,2 Sürtünme Kuvveti Hareket Yönü Karşısı Şekil 14. C de boğaz sürtünme kuvvetleri karşılaştırmalı sonuçları

14 YORUMLAR Geliştirilen test cihazı ile piston ve boğaz sızdırmazlık elemanlarının testleri gerçekleştirilmiştir. Bu testlerde sürtünme, sızdırma değerleri ve de keçelerdeki deformasyonlar değerlendirilerek yeni tasarımların geliştirilmesi sağlanmıştır. Her iki test düzeneğinde de yapılan testlerde sızdırmazlık elemanlarının ilk km de sürtünme kuvvetlerinde ve kilometredeki akışkan kayıplarında önemli bir değişiklik saptanmamıştır. Kompakt set testleri sonunda sürtünme, akışkan kaybı ve üründeki fiziki değişiklerin incelenmesi sonucunda geliştirilen yeni nesil K18 piston sızdırmalık elemanın hem eski tasarım hem de diğer iki üretici firmasının numunelerine göre çok daha ince yağ filmi bırakmasına ve daha düşük sürtünme kuvvetlerine ulaşılması sağlanmıştır. Boğaz nutringi testleri sonunda sürtünme, akışkan kaybı ve üründeki fiziki değişiklerin incelenmesi sonucunda geliştirilen yeni nesil K22 boğaz sızdırmalık elemanın hem eski ürüne hem de diğer iki üretici firmasının ürünlerine göre ince yağ filmi ve düşük sürtünme kuvvetlerinin olduğu saptanmıştır. ÖZGEÇMİŞLER Fatih KÖMÜRCÜ Trabzon doğumlu olan Fatih Kömürcü, Özel Türk Fen Lisesinden mezun olduktan sonra University of Missouri-Rolla, A.B.D de makine mühendisliği lisans eğitmini tamamlamıştır. Lisans eğitimin akabinde aynı üniversitede 2-4 yılları arasında makine mühendisliğinde yüksek lisans eğitimini gerçekleştirmiş ve yüksek lisansı sürecince üniversitede araştırma görevlisi ve laboratuar asistanlığı pozisyonlarında çalışmıştır. Fatih Kömürcü 5 yılından beri Kastaş da çalışmaktadır ve 5 den bu yana Dış Ticaret Satış Şefi görevini yürütmektedir. Cavit Nail KUBALI doğumlu olan Cavit Nail Kübalı, Bornova Anadolu Lisesinden mezun olduktan sonra Purdue University U.S.A.da Makine Mühendisliği lisans eğitimini tamamlamıştır. Lisans eğitiminin akabinde aynı üniversitesi de yılları arasında yüksek lisans eğitimini gerçekleştirmiş ve yüksek lisansı süresince üniversitede araştırma görevlisi olarak çalışmıştır. Yüksek lisans eğitimi akabinde 1994 yıllından bu yana çeşitli sektörlerde ürün tasarımı, geliştirilmesi ve üretimi üzerine üst düzey yönetici olarak çalışmıştır. Cavit Nail Kubalı 8 yılından beri Kastaş da çalışmaktadır ve 8 den bu yana Ar-Ge müdürlüğü görevini yürütmektedir