VALF DENEY DÜZENEĞİNİN TASARIMI, İMALATI VE KARTRİÇ VALFLERLE TEST EDİLMESİ. Mustafa Burak GÜNAY YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ

Transkript

1 VALF DENEY DÜZENEĞİNİN TASARIMI, İMALATI VE KARTRİÇ VALFLERLE TEST EDİLMESİ Mustafa Burak GÜNAY YÜKSEK LİSANS TEZİ MAKİNA EĞİTİMİ GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ ARALIK 2013 ANKARA

2 Mustafa Burak GÜNAY tarafından hazırlanan VALF DENEY DÜZENEĞİNİN TASARIMI, İMALATI VE KARTRİÇ VALFLERLE TEST EDİLMESİ adlı bu tezin Yüksek Lisans tezi olarak uygun olduğunu onaylarım. Yrd. Doç. Dr. Murat Tolga ÖZKAN Tez Danışmanı, Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Anabilim Dalı, G. Ü.. Bu çalışma, jürimiz tarafından oy birliği ile Makine Eğitimi Anabilim Dalında Yüksek tezi olarak kabul edilmiştir. Prof. Dr. Ahmet ÖZDEMİR İmalat Mühendisliği Anabilim Dalı, G. Ü.. Yrd. Doç. Dr. Murat Tolga ÖZKAN Endüstriyel Tasarım Mühendisliği Anabilim Dalı, G. Ü.. Prof. Dr. Kürşad DÜNDAR Makine Mühendisliği Anabilim Dalı, Atılım Ü. Tez Savunma Tarihi: 25/12/2013. Bu tez ile G.Ü. Fen Bilimleri Enstitüsü Yönetim Kurulu Yüksek Lisans derecesini onamıştır. Prof. Dr. Şeref SAĞIROĞLU Fen Bilimleri Enstitüsü Müdürü.

3 TEZ BİLDİRİMİ Tez içindeki bütün bilgilerin etik davranış ve akademik kurallar çerçevesinde elde edilerek sunulduğunu, ayrıca tez yazım kurallarına uygun olarak hazırlanan bu çalışmada bana ait olmayan her türlü ifade ve bilginin kaynağına eksiksiz atıf yapıldığını bildiririm. Mustafa Burak GÜNAY

4 iv VALF DENEY DÜZENEĞİNİN TASARIMI, İMALATI VE KARTRİÇ VALFLERLE TEST EDİLMESİ (Yüksek Lisans Tezi) Mustafa Burak GÜNAY GAZİ ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ Aralık 2013 ÖZET Valf Deney Düzeneğinin Tasarımı, İmalatı ve Kartriç Valflerle Test Edilmesi tezi ile daha önce ülkemizde üzerinde deneysel çalışma yapılmamış olan kartriç valfler incelendi. Oransal kartriç valf ve selenoid kartriç valfi deney çalışmalarında kullanılması hedeflendi. Tezde araştırılması planlanan valflerin matematiksel modellemelerinin yapılması ve modelleme sonucunda ulaşılacak olan sayısal çözümlerin deneysel sonuçlarla karşılaştırılması gerçekleştirildi. Deney çalışmalarında Oransal Kartriç Valf sinüs sinyali PID yöntemi ile sürülerek transfer fonksiyonu çıkartılacaktır. Selenoid Kartriç Valf ise kare dalga PWM yöntemi ile transfer fonkisyonu çıkartıldı. Matematisel modelleme ile çıkartılan transfer fonksiyonunun yakınsaması incelendi. Tez kapsamında Selenoid Kartriç Valf ve Oransal Kartriç Valfin matematiksel modelleri çıkartıldı, Matlab/Simulink ortamında yapılan deneyler ile Transfer fonkisyonu oluşturulacak ve çıkartılan Transfer Fonksiyonu ile Matematiksel Model karşılaştırılıp, yakınsaması belirlendi. Tezde üzerinde araştırma yapılacak olan valf çeşitleri aşağıda belirtilmiştir. Selenoid Kartriç Valfler. Normalde açık ve kapalı boşaltma ve yön valfleri olarak kullanılmaktadır. Akışkan hattının kontrolü, elektrik enerjisi verilmesiyle bobin üzerinde meydana gelen elektromanyetik kuvvetin bobin çekirdeğini hareket ettirmesiyle yapılmaktadır. Oransal Kartriç Valfler. Oransal valfler elektrik sinyalleri ile çalışır ve elektrik sinyallerini oransal olarak bir kuvvete dönüştürür. Valfe giren elektrik akımının

5 v artması veya azalması ile valfte meydana gelen bobin kuvvetine orantılı olarak artar veya azalır. Bunun neticesinde valf bobin kuvvetinin miktarına göre; açma-kapama, yön değiştirme, basınç ve akış ayarlaması yapar. Bilim Kodu : Anahtar Kelimeler : Valf Deney Düzeneği, Kartriç Valf Sayfa Adedi : 90 Tez Yöneticisi : Yrd. Doç Dr. Murat Tolga ÖZKAN

6 vi DESIGN, MANUFACTURING OF A VALVE CHARATERIZATION EXPERIMENTAL SETUP WITH CARTRIDGE VALVES (M.Sc. Thesis) Mustafa Burak GÜNAY GAZİ UNIVERSITY GRADUATE SCHOOL OF NATURAL AND APPLIED SCIENCES December 2013 ABSTRACT Valve Test System Design, Manufacturing and Testing of Cartridge valves with a thesis on the experimental studies have been undertaken previously in our country Cartridge valves were examined. Proportional cartridge valve and solenoid cartridge valve used in the experiments was targeted. In this thesis, planned to investigate the mathematical modelling of the valves done and numerical modelling results that will be achieved in comparison with the experimental results was carried out. Proportional Valve Cartridge from experiments sine signal transfer function will be removed by rubbing with PID method. Cartridge valve solenoid PWM square wave with the transfer function has been removed. Mathematical removed by modelling the transfer function converges examined. And Proportional Solenoid Cartridge Valve scope of this thesis mathematical models were removed, the Matlab / Simulink environment experiments will be created and removed with the transfer function of the transfer function are compared with the mathematical model, convergence was determined. In the thesis, which will be examined on the valve types are listed below. Solenoid Cartridge Valves. Normally open and closed are used as the discharge and direction valves. The fluid line control, electric power is supplied by electromagnetic force occurring on the coil bobbin is made by moving. Proportional Cartridge Valves

7 vii Works with electrical signals proportional valves and converts it into electrical signals proportional force. Entering the valve by increasing or decreasing the electric current occurring at the valve coil increases or decreases in proportion to the force. Consequently the amount of force by the valve coil, on-off, change the direction, pressure and flow is required to regulate. Science Code : Key Words : Valve Characterisation Experimental Setup, CartridgeValve Page Number : 90 Supervisor : Assist. Prof. Dr. Murat Tolga ÖZKAN

8 viii TEŞEKKÜR Tez çalışmamı yönlendiren ve çalışmalarımda beni destekleyen Danışmanım Sayın Yrd. Doç. Dr. Murat Tolga ÖZKAN a, tez çalışmamın basından sonuna kadar benden yardımlarını esirgemeyen arkadaşım Eşref ÇINAR a ve çalışmalarım esnasında bana manevi destek olan değerli Eşim Nadide GÜNAY a teşekkürlerimi sunarım.

9 ix İÇİNDEKİLER Sayfa ÖZET... iv ABSTRACT... vi TEŞEKKÜR... viii İÇİNDEKİLER... ix ŞEKİLLERİN LİSTESİ... xii RESİMLERİN LİSTESİ... xv ÇİZELGELERİN LİSTESİ... xvi SİMGELER VE KISALTMALAR... xvii 1. GİRİŞ LİTERATÜR ARAŞTIRMASI VE KAPSAMI Literatür Araştırması Literatür Çalışmalarının Değerlendirilmesi HİDROLİK VALFLER Yön Kontrol Valfleri Dört yollu üç konumlu yön valfi Üç yollu iki konumlu yön valfi Çek Valfler Basınç Kontrol Valfleri Basınç emniyet valfleri Basınç sıralama valfi Basınç düşürücü valfler Akış Kontrol Valfi Oransal Valfler... 12

10 x Sayfa 3.6. Servo Valfler Selenoid Valfler Doğrudan çekmeli solenoid valfler Pilot kumandalı solenoid valfler KARTRİÇ VALFLER Kapaklı Tip Kartriç Valfler Kapaklı tip kartriç valfin çeşitleri Vidalı Kartriç Valfler Kartriç Valflerin Hidrolik Sistemdeki Avantajları Kartriç Valflerin Avantajlari DENEY ÇALIŞMALARI Deney Düzeneği Gövde imalatı ve yapısı Hidrolik silindir Solenoid kartriç valf Oransal kartriç valf Hidrolik pompa Elektrik motoru Hidrolik depo flanşı Bilgisayar ve veri toplama kartı Sürücü devre Oransal Kartriç Valf ve Selenoid Kartriç Valf İçin Teorik Esaslar ve Matematiksel Model... 51

11 xi Sayfa Valf dinamiği Piston Dinamiği Oransal Kartriç Valf için Deneysel Çalışmalar Selenoid Kartriç Valf için Deneysel Çalışmalar SONUÇLAR VE ÖNERİLER KAYNAKLAR EKLER EK - 1. Tez deney düzeneği ÖZGEÇMİŞ... 90

12 xii ÇİZELGELERİN LİSTESİ Çizelge Sayfa Çizelge 4.1. Kartiç valflerin boyutları... 19

13 xiii ŞEKİLLERİN LİSTESİ Şekil Sayfa Şekil 4.1. Kartriç valf gövde kesiti ve kartriç valf gövdesi Şekil 4.2. Kartriç valflerin takoz üzerinde kullanılır (Hydac) Şekil 4.3. Kapaklı kartriç valf Şekil 4.4. Düz kapama elemanı Şekil 4.5. Konik kapama elemanı ve konik kapama elemanı grafik sembolü Şekil /1 Alan oranı Şekil /1.1 Alan oranı Şekil /2 Alan oranı Şekil 4.9. Kartriç valfin çekvalf olarak kullanılması Şekil Kartriç valflerin YKV olarak kullanılması Şekil Kartriç valfin uyarı valf ile kumandası Şekil Pilot etkili emniyet valfi ve grafik sembolü Şekil Emniyet valfinin boşaltma valfi olarak kullanılması Şekil Pilot etkili basınç düşürme valfi Şekil Akış kontrol valfinde basınç farkı - debi ilişkisi Şekil Yüke duyarsız AKV (baypaslı tip) Şekil Yüke duyarsız AKV (köprüsüz tip) Şekil Vidalı kartriç valfler (Hydac) Şekil /2 yön kontrol valfi Şekil Pilot etkili emniyet valfi Şekil Direkt etkili BDV Şekil Köprülü tip yükten bağımsız AKV... 39

14 xiv Şekil Sayfa Şekil Köprüsüz tip yükten bağımsız AKV Şekil 5.1. Deney düzeneği şeması Şekil 5.2. Selenoid kartriç valf ve gösterimi Şekil 5.3. Selenoid kartriç valfiin basınç- debi grafiği (Wınman WSV10-43-A kataloğu) Şekil 5.4. Oransal kartriç valf şematik gösterimi (HYDRAFORCE SP08-47C kataloğu) Şekil 5.5. Oransal kartriç valfiin basınç- debi grafiği (HYDRAFORCE SP08-7C kataloğu) Şekil 5.6. Hidrolik sistemin fiziksel modeli Şekil 5.7. Sinüs sinyali frekansı 1 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.8. Sinüs sinyali frekansı 1,25 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.9. Sinüs sinyali frekansı 1,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi 59 Şekil Sinüs sinyali frekansı 1,75 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil Sinüs sinyali frekansı 2 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi. 61 Şekil Sistemin sinüs dalgasına cevabı Şekil System identification tool Şekil Sistemin sinüs dalgasına olan cevabı ve transfer fonksiyonu yakınsaması Şekil Matlab/simulink ortamı Şekil Matlab/simulink sinüs dalgası ve sistem cevabı Şekil Kare dalga frekansı 0,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi 68 Şekil Kare dalga frekansı 1 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil Kare dalga frekansı 1,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi. 70

15 xv Şekil Sayfa Şekil Kare dalga frekansı 2 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil Kare dalga frekansı 2,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi. 71 Şekil Sistemin kare dalgaya cevabı Şekil Transfer fonksiyonu çıkarım modeli Şekil Sistemin kare dalgaya olan cevabı ve transfer fonksiyonu yakınsaması. 74 Şekil Matlab/simulink ortamı Şekil Matlab/simulink Kare dalga ve sistem cevabı Şekil Matlab/simulink ortamı (gerçek zamanlı piston hareketini sağlayan bloklar) Şekil Matlab/simulink gerçek zamanlı kare dalga ve sistem cevabı Şekil 6.1. Oransal valfin hız grafiği Şekil 6.2. Oransal valfin konum grafiği Şekil 6.3. Selenoid valfin hız grafiği Şekil 6.4. Selenoid valfin konum grafiği... 83

16 xvi RESİMLERİN LİSTESİ Resim Sayfa Resim 3.1. Yön kontrol valflerinin çeşitleri... 8 Resim 3.2. Çek valflerin çeşitleri... 9 Resim 3.3. Basınç emniyet valflerinin çeşitleri Resim 3.4. Basınç sıralama valfi...11 Resim 3.5. Basınç düşürücü valflerin çeşitleri...11 Resim 3.6. Akış kontrol valflerinin çeşitleri Resim 3.7. Oransal valfler Resim 3.8. Servo valfler Resim 3.9. Doğrudan çekmeli selenoid valf Resim Pilot kumandalı selenoid valf Resim 5.1. deney düzeneği katı model resmi Resim 5.2. Hidrolik silindir Resim 5.3. Hema 1PN-168AB11 hidrolik pompa [Hema kataloğu] Resim 5.4. Volt VM 90L elektrik motoru [Volt flanşlı motor kataloğu] Resim 5.5. HYDR-APP HE Ø 160 [Hydr-App kataloğu] Resim 5.6. ADVANTECH PCI-1710 model veri toplama kartı Resim 5.7. Sürücü devre resimleri Resim 5.8. Deney düzeneği Resim 5.9. Oransal kartriç valf bağlantısı Resim LVDT Resim Güç kaynağı-veri toplama kartı Resim Selonoid kartriç valf ve bloğu... 67

17 xvii SİMGELER VE KISALTMALAR Bu çalışmada kullanılmış bazı simgeler ve kısaltmalar, açıklamaları ile birlikte aşağıda sunulmuştur. Simgeler Açıklama Pb Besleme basıncı [N/m 2 ] Pt Tank basıncı [N/m 2 ] Py Yay basıncı [kpa] Pp Uygulanan basınç[kpa] P1 Silindirin I. tarafındaki basınç [N/m 2 ] P2 Silindirin II. tarafındaki basınç [N/m 2 ] q1, q2 Debiler [m 3 /s] A1 Giristeki akıma dik kesit alanı [m 2 ] A2 Çikistaki akıma dik kesit alanı [m 2 ] A Y A A A B Yayın üst alanı Yayın alt alanı Kapama elemanın konik alanı V1 Silindirin I. tarafındaki hacim [m 3 ] V2 Silindirin II. tarafındaki hacim [m 3 ] m Kütle [kg] F Kuvvet [N] F Açma kuvveti [N] F k Kq kv cd ξ ώ Kapama kuvveti [N] Valfin iki bölüm arasındaki akış kazancı Valf kazancı Boşaltma katsayısı Valf sönümleme oranı Orifisin sürgü boyunca genişliği PL Basınç farkı [N/m 2 ] xv Makaranın yer değişimi

18 xviii Kc wn fu QL U(s) Y(s) C(s) T(s) G(s) Valfin iki bölüm arasındaki basınç kazancı Valf doğal frekansı Viskoz sönüm katsayısı [Ns/m] Yük akış oranı İstek sinyali, Piston konumu, LVDT transfer fonksiyonu, Sistem kapalı döngü transfer fonksiyonu, Sistem açık döngü transfer fonksiyonu, Kısaltmalar Açıklama AKV BDV LVDT YKV Akış Kontrol Valfi Basınç Düşürme Valfi Linear variable differential transformer Yön Kontrol Valfi

19 1 1. GİRİŞ Günümüzde hidrolik sistemlerinde kontrol edilen elemanlar genellikle valfler olmuşlardır. Aslında valflerin kontrol edilmesi ile silindir, hidrolik motor ve pompa da dolaylı kontrol edilmiş olunur. Valflerin kontrol edilmesinin asıl sebebi; valflerin standartlarının oturmuş olmaları ve hidrolik sistemlerin yönetim kısmı olmalarındandır. Valf Deney Düzeneğinin Tasarimi, Imalati ve Kartriç Valflerle Test Edilmesi, tezi ile tüm hidrolik valflerin test edilebileceği test düzeneğinin tasarımı ve imalatı yapılarak, hidrolik valfler için kalite kontrol düzeneği oluşturulmuştur. Hidrolik valfler, kullanıcılar tarafından katalog değerlerine göre kullanılmaktadır. Kullanıcılar, hidrolik valflerin katalog değerlerine göre sistem tasarımı yapmakta, ancak sistemin uygunluğu veya isteklere cevap vermesi konusunda herhangi bir çalışma yapılmamaktadır. Bu tezde, valf deney düzeneği tasarımı yapılarak, imalatı gerçekleştirildi. Hasas konumlandırmayı okuyabilecek bilgisayar destekli kontrol sistemi kuruldu. Hidrolik güç ünitesi ve silindir alımları gerçekleştirildi. Sistemin uygunluğu, oransal ve selenoid valflerle konum kontrolü yapılarak denendi. Daha sonra kartriç selenoid ve oransal valflerin hız konum zaman bağıntıları deneylerle ölçüldü.

20 2 2. LİTERATÜR ARAŞTIRMASI VE KAPSAMI 2.1. Literatür Araştırması Bu bölüm, yapılan teorik ve deneysel çalışmalara yön vermiştir. Literatür araştırması son 12 yılı kapsamaktadır ve son 5 yılda yoğunlaşmaktadır. Hidrolik sistemlerin kontrolü ve valf karakterisliği üzerine son yıllarda gerçekleştirilen çalışmalardan birkaçı aşağıda sıralanmıştır. Liu ve arkadaşı, hidrolik bir sistemin PID kontrol tekniği kullanarak en uygun konum kontrolü üzerine bir çalışma yapmışlardır. Deneylerinde biri ana diğeri yük olmak üzere iki adet silindir kullanmışlardır. Ana silindir üç yollu oransal bir valf ile kontrol edilmiş yük silindiri ise moog servovalf ile kontrol edilmiştir. Pozisyon kontrolünü doğrusal bir cetvel ile ölçmüşlerdir. Ana kontrol sürücüsü olarak DS1102 bir kart kullanılmıştır. Kartın kontrolü Matlab/Simulink ile yapılmıştır [1]. Heon ve arkadaşı, hidrolik 3 yollu açık/kapalı bir selenoid valfin PWM sinyali ile basınç kontrolü üzerine bir çalışma yapmışlardır. Çalışmada bilgisayara bağlı basınç kontrolcüsü, PWM sinyalleri üretebilen DAC kartı (i80c196), açık/kapalı selenoid valf ve basınç sensörü kullanmışlardır [2]. Gab ve arkadaşı, 6 eksende kuvvet ve moment kontrolü sağlayan akıllı bir robot pensi yapmışlardır. Deney düzeneğinde Mitsubishi motor (HC-MF 13), motor sürücü (MR-J2-10A), DAC (8251A PCI) kartı, DSP (TMS320C32PCM50) kart ve F/M (N2A-13-T001N-350) sensör kullanmışlardır. Teorik hesap sonuçları ve deney sonuçları karşılaştırmışlardır. En yüksek hata %2,79-6 olarak hesaplamışlardır [3]. Opdenbosch, bitirme tezinde elektro-hidrolik bir servovalfin sayısal olarak kontrolü üzerine teorik olarak bir çalışma yapmıştır. Çalışmada valfin matematiksel modelini çıkarmıştır. Ayrıca sistemin blok diyagramını ve tüm deneyleri Matlab /Simulink

21 3 programında yapmıştır. Deneylerde değişkenler; yer değiştirme, sabit durum hatası, en yüksek aşırma ve ayarlama zamanı olarak belirlemiştir[4]. Montanari ve arkadaşı, servo bir debriyaj sistemin hidrolik hareketi kontrolü ve performansı üzerine bir çalışma yapmışlardır [5]. Chin ve arkadaşı, DIVSC(Digital integral variable structure control) kontrol tekniği kullanarak hidrolik konum kontrol üzerine bir çalışma yapmışlardır. Deney düzeneğinde, 486 işlemcili bilgisayar, servovalf, normalde açık selenoid valf, hidrolik güç ünitesi, optik konum ölçer, hidrolik silindir kullanmışlardır. Kendilerinin geliştirmiş olduğu bir programda deneyler önceden simule edilmiş ve bu sonuçları gerçek deney sonuçları ile karşılaştırmışlardır [6]. İstif ve arkadaşı, oransal valf kontrollü hidrolik silindir sisteminin konum kontrolü üzerine çalışma yapmışlardır. Çalışmada simulink modeli geliştirilen oransal valf kontrollü hidrolik silindir sistemi için konum kontrolü gerçekleştirilmiştir. Bu sistemler endüstride robotlarda, takım tezgâhlarında, havacılıkta uçuş ve yerçekimi simülatörlerinde ve savunma sanayinde yaygın olarak kullanılmaktadır [7]. Hong ve arkadaşları, elektro-hidrolik servo sistemin pozisyon kontrolü için kayan rejimli mod kontrol tekniğini kullanmışlardır. Deneylerinde çift etkili silindir, servovalf, pozisyon kontrolü için optik doğrusal ölçer, arayüz kartı, Pentium III işlemcili bilgisayar kullanılmıştır. Çalışmada PID kontrol, Conventional Sliding kontrol ve Varying boundary slinding kontrol teknikleri kullanılmıştır. En az hata Varying boundary slinding kontrol tekniğinde çıkmıştır [8]. Shiuh ve arkadaşı, araç süspansiyonunun kontrolü için bulanık telafi ile kendi kendini ayarlayabilen kayan rejimli kontrolcü tasarlamışlardır. Deneylerinde oransal bir valf, 2 adet A/D kart (PCL-812), 1 adet D/A kart (PCL-726), 1 adet enkoder (PCL-833), 2 adet servovalf, 2 adet silindir, 2 adet konum ölçüm için doğrusal potansiyometre, ivmeölçer ve doğrusal ölçek kullanmışlardır [9].

22 4 Ferreira ve arkadaşı, DSP(Digital signal processing) bir kart kullanarak hidrolik bir presin kapalı döngü kontrolü üzerine bir çalışma yapmışlardır. Deneylerinde alüminyum plakaya 100kN basınç uygulanarak form vermişlerdir. Hidrolik silindir pozisyonu ve parça üzerindeki basınç iki adet optik ölçer ve analog basınçölçer ile ayrı ayrı ölçülmüştür. Çalışmada düşük sürtünmeli Bosch-Rexroth marka 80 mm piston çapı 200 mm stroğu olan silindir, Bosch-Rexroth marka servo-selenoid valf (NG6 OBE), Vickers marka hidrolik güç ünitesi, 5 dm3 kapasiteli akümülatör kullanmışlardır. Sistem basıncını 200 bar olarak tayin etmişlerdir. Veri toplama kartı olarak DSP tabanlı bir kontrol kartı kullanmışlardır. Bu kart Matlab/Simulink yardımı ile programlanmıştır [10]. Sun ve arkadaşı, DSP(Digital signal processing) bir kart kullanarak saç metal şekillendirmede kullanılan bir hidrolik bir presin kontrolü üzerine bir çalışma yapmışlardır. Çalışmada servo-silindir, servovalf), basınç sensörü, optik ölçer, DSP kart ve ivme sensörü kullanmışlardır. Deneyden önce Matlab/Simulink programında simule edilmiştir. Ayrıca DSP kartın programlaması da Simulink de yapılmıştır [11]. Amirante ve arkadaşı, hidrolik oransal bir valfin PWM (Pulse Width Modulation) desteği ile açık döngü kontrolü üzerine deneysel bir çalışma yapmışlardır. Deneylerinde servovalf, PIC devresi, doğrusal ölçüm transdisörü, hidrolik güç ünitesi kullanmışlardır. Valfin kalibrasyonu aşamasında, valf bobini bir sürücü tarafından desteklenmiştir. Bu sürücü LabVIEW programı ile kodlanmış ve PWM sinyallerini iletmiştir. Deneyleri sonucunda oransal valfin yanıt sürelerinde PWM kontrol tekniği kullanımı ile % 16 ila % 75 arasında bir gelişme olduğu gözlemlemiştir [12]. Cheng ve arkadaşları, senkronize çalışan hidrolik silindirlerin bulanık mantık teorisiyle konum kontrolü üzerine çalışma yapmışlardır. Deneylerinde iki adet silindir, iki adet oransal valf, hidrolik güç ünitesi ve potansiyometre kullanmışlardır. Ayrıca silindir üzerlerine eşit yükler (210 kg) koymuşlardır. Deneylerinde PCI-1602 DAQ kart ve PIO-DA8 D/A kart kullanmışlardır. Deney sonuçlarında ±5 mm toleransı yakalamışlardır [13].

23 5 Karam ve arkadaşları, PID kontrolcüsünün genetik algoritma ile optimizasyonu ve elektro-hidrolik servo-kontrol sisteminin performansı üzerine bir çalışma yapmışlardır. Deneylerinde iki konumlu bir servovalf ve valfin kontrol ettiği döner bir düzenek kullanmışlardır. Deneyler ilk etapta klasik PID kontrolcüsü ile yapılmış daha sonra genetik algoritma ile optimize edilmiş olarak yapılmıştır. Deney sonuçlarında % 16,3 e varan iyileştirmeler olmuştur [14]. Doğramacı, direk uyarılı basınçlı emniyet valflerinin matematiksel modeli çıkartılarak hidrolik sistem simülasyon yazılımı olan AMESlM ile modellenmesini yapmıştır. Emniyet valflerinde sönümlemenin önemi ve etkisini grafiklerle gostermiştir. Emniyet valfi sürgüsündeki degişik formların basınç bindirimi ne olan etkisini incelemiştir. Bu çalışmayla emniyet valfi tasarlanırken nasıl bir açma karakteristiğine sahip olacagı ve titreşime sebep olup olmayacağı valfler üretilmeden bilgisayar programı sayesinde önceden tespit edilerek prototip sayısı azaltılabileceği sonucuna ulaşılmıştır [15]. Tian ve ekibi, 2 yollu kartriç valfin yapısını inceleyerek AMESİM programında simüle etmişlerdir. Valfe farklı yay sertilikleri uygulanarak değişimler ortogonal testi uygulanmıştır. Farklı yay sertliğine göre valfin geçirgenliği zamana göre gözlenmiştir. Bu çalışmada valfin yapısı hakkında daha önce denenmemiş bir metod uygulanmıştır. Yay karekterisliğinin optimasyonunun önemi vurgulanmıştır [16]. Xiaoling, kartriç valflerin yüksek basınçlı ve yüksek debili sistemlerde, hassas konum kontrolünü matematiksel model çıkararak incelemiştir [17] Literatür Çalışmalarının Değerlendirilmesi Literatür araştırmasında, çalışma konuları ele alındığında çalışmaların çoğu valf tepkime sürelerinin üzerinde yoğunlaşmıştır. Ayrıca diğer bir unsur ise valf sürücü devrelerinin elektronik ünite hususunda kaliteli ve teknolojik olması gerekliliğidir. Valf yapısında dikkat edilmesi gereken önemli bir nokta ise; valflerdeki orifis yapısı ve açıp kapama sürelerine dikkat edilmesi gerektiğidir. Son çalışmalar içinde yer alan

24 6 iki yollu kartriç valfin simüle edildikten sonra yay karekterisliğinin değiştirilerek geçirgenliğinin gözlenmesi sonucu açma kapama yayının sertliğinin önemidir. Literatürdeki çalışmalara valf sürücü sistemleri konusuna bakıldığında; valf sürücüsü olarak PWM ve PID kullanıldığıdır. Sistemin matematiksel modeli için AMESİM ve Matlab-Simulink programlarının kullanıldığı görülmektedir. Literatür çalışmaları ışığında, Selonoid Kartriç Valf ve Oransal Kartriç Valf ayrı ayrı sisteme entegre edilip, PWM ve PID dalgalarıyla hareket verilmesi ve Matlab- Simulink programında matematiksel modelin oluşturulması gerektiği bu tez çalışması kapsamına dahil edilmiştir.

25 7 3. HİDROLİK VALFLER Hidrolik valfler hidrolik akışkan, kontrol sinyali ve hidrolik hareketlendiriciler (alıcılar) arasındaki iletişim hattı üzerinde yer alır ve hidrolik devrelerin en önemli elemanı olarak görev yapar. Debi, akış yönü ve akışkan basıncının kontrol edilmesi için kullanılırlar. Kontrol sinyalleri mekanik, el kumandalı, hidrolik, pnömatik veya elektrikli olabilir. Kontrol valf inin çalışması sayısal veya oransal olabilir. iki veya üç konumlu manivela kumandalı yön kontrol valfi dijital valflere bir örnektir. Emniyet valfleri ise analog kontrol valflerine bir örnektir [18]. Genelde valfler aşağıdaki fonksiyonlardan sadece bir tanesini etkiler; 1. Emniyet valfleri bir devrede ya da devrenin bir kısmındaki en yüksek basıncı düzenlemek için kullanılır. 2. Yön kontrol valfleri, piston veya motorların hareket yönünü değiştirmek için kullanılır. 3. Akış kontrol valfleri hareketlendiriciye giden ya da hareketlendiriciden gelen akımın debisini değiştirmek sureti ile hareketlendiricinin hızını değiştirebilir. Pratikte birden fazla valf aynı gövde içinde birleştirilerek birden fazla fonksiyonu gerçekleştirebilecek bileşik bir valf elde edilebilir. Bunun tipik bir örneği akış kontrol valfi ile çek valfin birleştirilmesinden elde edilen tek yönlü hız kontrol valfıdır. Bu valfte ters yönde akış da mümkündür [19] Yön Kontrol Valfleri Yön kontrol valfleri hidrolik hatlarda akışkanın akışını kontrol etmek ve hidrolik silindirlerin ve motorların hareket yönünü değiştirmek, başlatmak veya durdurmak için kullanılır. Yön kontrol valfleri elle veya otomatik olarak çalıştırılabilirler. Otomatik çalıştırma, mekanik bir hareket, elektrik sinyalleri, hidrolik güç veya basınçlı hava tarafından sağlanabilir. Yön kontrol valflerinin birçok çeşidi olmasına

26 8 rağmen, hepsi aynı basit temel elemanlardan veya elemanların birleşmesinden meydana gelmiştir. Resim 3.1.Yön kontrol valflerinin çeşitleri [20] Yukarıdaki resimde yön kontrol valflerinin çeşitlerinin resimleri görülmektedir. Tasarlanan hidrolik sistemin ihtiyacını cevap verecek ve müşterinin beklentisini karşılayacak yön kontrol valfi seçimi yapılır. Yön denetim valfleri birçok farklı şekilde sınıflandırılabilir: Geçişlerin sayısı (üç yollu, dört yollu) Valfin hareket ettirebileceği konumların sayısı (iki konumlu, üç konumlu) Valf merkez konumda iken akışın akış sekli (açık veya kapalı merkez) Valfi hareket ettiren hareketlendirici tipi (pilottahrikli, doğrudan etkili, elle) Valfin yapısı (tapalı, küresel, oturtmalı gibi) Dört yollu üç konumlu yön valfi Gövdesinde 4 çalışma deliği içerdiğinden bu valfe dört yollu valf denir. Gövdesindeki deliklerden biri pompaya, biri depoya, diğer ikisi de ise elemanına bağlanır. İşlevi iki yönde hareket gerçekleştirmektir. Dört yollu valflerin çoğu birçok işlevi verimli olarak yerine getirecek şekilde tasarlanırlar. Bunu başarmak için bu tipin çoğu valfler üç çalışma konumlu olarak üretilirler [21].

27 Üç yollu iki konumlu yön valfi Gövdesinde pompa, depo ve iş elemanı deliği bulunan valftir. Valfin işlevi, sürgünün belli bir konumunda pompa ile silindir deliklerini bağlayarak silindirin çalışmasını sağlar. Diğer konumda ise silindir deliği depo deliği ile bağlanarak silindire gönderilen yağın depoya dönmesini sağlar Çek Valfler Hidrolik sistemlerde çek valfler, bir yönde akışı engellemek ancak diğer yönde serbest akışı sağlamak için kullanılırlar. Resim 3.2. Çek valflerin çeşitleri [20] Bu valfler: Kısma noktaların köprü kuruluşunda, Köprü valfleri olarak; örneğin kirlenme yüzünden belli bir geri basınç değerine ulaşılmış geri dönüş hattı filtresinin köprü kurulumunda, devrelerde belirli bir karsı basıncın üretilmesi için ön gerilim valfi olarak kullanılır [221] Basınç Kontrol Valfleri Hidrolik sistemde pompanın bastığı akışkanın basıncını önceden ayarlanmış sınırlar arasında tutabilmek ve hidrolik sistemi aşırı basınçların tahribatından korumak için basınç kontrol valfleri kullanılır. Bu valfler, çalışma basıncının belirli değerler arasında düzenli tutulmasını sağlar [22].

28 10 Basınç kontrol birimlerinin ana özelliği hidrolik kuvvetine karşın bir yay kuvvetinin bulunmasıdır. Ön uyarım basıncının meydana getirdiği kuvvet yay kuvvetinden daha büyükse hidrolik valf pistonu denge sağlanana kadar yayı sıkıştırır. Bu sıkıştırma anında ön uyarım basınç yay kuvveti ile dengelenmiştir ve bu ikisi aynı değerdedir. Ön uyarım basıncın değişmesi ile hidrolik valf pistonu kuvvet dengesini sağlayacak şekilde hareket eder. Hidrolik valf pistonu normalde kapalı tipte olabileceği gibi normalde açıkta olabilir. Eğer açık tip ise ön uyarım basıncının artması ile valf kapanır [23]. Basınç kontrol valfleri genellikle basınç hattına yerleştirilir. Böylece pompadan çıkan akışkan kontrol edilerek sisteme ayarlanan değerde gönderilir. Bunun yanında hidrolik sistemi aşırı basınçlardan korur ve devre elemanlarına uygun basınçta akışkan gönderilmiş olur. Basınç kontrol valfleri sistemin fonksiyonlarını yerine getirecek şekilde ve farklı özellikte yapılırlar. Basınç kontrol valfleri, basınç emniyet, basınç sıralama ve basınç düşürücü olmak üzere adlandırılırlar Basınç emniyet valfleri Resim 3.3. Basınç emniyet valflerinin çeşitleri [20]

29 11 Bütün hidrolik devrelerde sistemi aşırı basınçlardan korumak amacıyla emniyet valfleri kullanılır. Çalışma basıncı mekanik düğümlenme veya başka bir nedenle aniden yükselebilir. Bu durumlarda aşırı basıncın sistemi tahrip etmemesi için emniyet valfi devreye girer. Basıncın yükselmesine sebep olan akışkanı depoya yönlendirir. Normalde kapalı olan bu valfler ancak basınç belirli sınırlara ulaşınca devreye girerler Basınç sıralama valfi Resim 3.4. Basınç sıralama valfi [20] Normalde kapalı olan basınç sıralama valfleri önceden ayarlanmış olan basınç değerine erişince açılır ve akışkanı başka bir elemana yönlendirir. Birden fazla eleman farklı basınçlarda çalışacak ise araya bir basınç sıralama valfi konur. Sıralama valfleri hidrolik elemanları farklı zamanlarda sıraya almak sırası geldikçe devreye sokmak amacıyla kullanılır Basınç düşürücü valfler Resim 3.5. Basınç düşürücü valflerin çeşitleri [20]

30 12 Hidrolik sistemde yer alan birden fazla silindirin veya hidrolik motorun farklı basınçlarda çalışması istenebilir. Bu gibi yerlerde basınç düşürücü valf kullanılarak pompanın ürettiği basınçtan farklı çıktılar elde edilir. Bu valflerde valfe giren akışkanın basıncı çıkışta önceden ayarlanmış olan basınç değerine düşürülür. Normalde açık olan bu valfler basıncın düşme miktarı bir vida ile yayın gerginliği ayarlanarak sağlanır. Hidrolik devrede örneğin pompanın basıncı 110 bar iken bir silindire görevini yapması için 80 bar gerekiyorsa bu hatta bir basınç düşürücü valf kullanılır. Basınç düşürücü valfler uyarı sinyallerini kendisi sağlar ve basınç durumuna göre yayın içindeki pistonun aşağı yukarı hareket ettirilmesi ile basıncı ayarlar Akış Kontrol Valfi Resim 3.6. Akış kontrol valflerinin çeşitleri [20] Hidrolik sistemde kullanılan akış kontrol valflerine hacim kontrol valfleri de denilmektedir. Bu valflerin görevi hidrolik sistemde silindir veya motorlara gidecek akışkan miktarını ayarlamak ve böylece hız kontrolünü yapmaktır. Pompanın debisini belirli değerlere düşürmek veya arttırmak mümkün olamayacağı için silindir veya motorlara giden akışkanın debisini bir akış kontrol valfi ile kısmakla hızı azalırken giden akışkanın debisini arttırmakla da hızı arttırılmaktadır Oransal Valfler Karmaşık denetim işlemleri ve bir silindir veya motorun ivmelendirme ilerletme, frenleme gibi programlı hareketlerini gerçekleştirmek için oransal yön valfi

31 13 kullanılır. Böylece bir valf ile hareketin yönü ve hızı belirlenir. Valften çıkan akışkan miktarı elektrik giriş uyarısı ile orantılıdır. Aynı durum servo valfler için de geçerlidir. Oransal bir valf sadece denetim işlemi yaparken servo valfler aynı zamanda ayar işlemi de yaparlar [24]. Oransal valflerde tıpkı konvansiyonel selenoid valfler gibi bir yapıya sahiptirler. Ancak çalışma strokunda herhangi bir konumda bulunabilmesi ile konvansiyonel aç kapa türünden ayrılır. Oransal valfler hem yön kontrolü hem de hız ve/veya konum kontrolünü elektronik sinyallerle orantılı olarak gerçekleştiren hidrolik elemanlardır. Yüksek dinamik performansları ile bu tip valfler daha hassas ve sürtünmesi en aza indirilmiş konstrüksiyona ihtiyaç duyarlar. Valf içerisinde bulunan popetin veya sürgünün konumu armatürden geçen elektrik akımının oluşturduğu manyetik alanın sürgüyü ileri geri hareket ettirmesiyle sağlanır. Bu sayede hassas bir şekilde debinin geçeceği aralığın boyut kontrolü sağlanır. Resim 3.7. Oransal valfler [20] Oransal valfler genellikle hız ve yön kontrolü gerektiren devrelerde kullanılır. Son yıllarda konum kontrolünde kullanılabilen yüksek performanslı modellerde

32 14 üretilmiştir. Yüksek performanslımodellerin çoğu zaman servo valflerin yerine de kullanılmaktadır Servo Valfler Servo sözcüğü genel olarak küçük bir giriş sinyalinin büyük bir giriş sinyaline dönüştürülmesi için kullanılır. Taşıtlarda direksiyon simidinin küçük bir kuvvetle çevrimi ile tekerleklere büyük kuvvetlerin iletilmesi bir servo mekanizması ile gerçekleştirilir. Hidrolikte kullanılan servo sistemlerde buna benzerdir. Örneğin 0.08 volt değerinde küçük bir giriş sinyali ile çok yüksek hidrolik güçleri kumanda edilebilir. Ancak servo valfler yalnızca büyük güçler elde etmenin yanında oransal valflerin aksine genellikle elektrohidrolik ayar devrelerinde veya hız devrelerinde kullanılmaktadır [25]. Burada denetim ve ayar sözcüklerinin açıklanması gerekir. Denetim işlemi sistemde sabitlenen bir giriş değeri ile çalışmanın gerçekleştirilmesi demektir. Bu nedenle çıkış değeri sisteme etki edilmeksizin düzeltilemez. Denetim işlemine hidrolik uygulamalardan örnek olarak belirli bir akış için ayarı sabitlenen akıs denetim valflerini gösterilebilir. Ayar işleminde değişken giriş değeri bir ölçme sistemi ile sürekli değiştirilerek çıkış değeri ile giriş değeri tekrar eşitlenir. Ayarlamanın amacı istenmeyen etkiler sonucunda oluşan çıkış değerini değişken giriş değerine eşitlemektir. Servo valflerde küçük bir elektrik sinyali hidrolik çıkış sinyaline dönüştürülür [26].

33 15 Resim 3.8. Servo valfler [20] Servo valfler geri besleme devreleriyle beraber kullanılırlar. Oransal valflere göre daha dinamik ve duyarlı türlerdir Selenoid Valfler Solenoid valfler, AC veya DC elektrik enerjisiyle çalışan ve çeşitli akışkan hatlarının kontrolü işlevini gören iki veya üç yollu vanalardır. Bobin, çekirdek, kovan ve gövdeden oluşmaktadır. Akışkan hattının kontrolü, elektrik enerjisi verilmesiyle bobin üzerinde meydana gelen elektromanyetik kuvvetin bobin çekirdeğini hareket ettirmesiyle yapılmaktadır. Konumlarına göre solenoid valfler normalde açık ve normalde kapalı olmak üzere iki gruba ayrılmaktadır. Bobin enerjilendirildiğinde kapalı olan hattı açmaya yarayan valfler normalde kapalı açık olan hattı bobine enerji verildiğinde kapatmaya yarayan valfler ise normalde açık solenoid valf olarak adlandırılmaktadır.

34 Doğrudan çekmeli solenoid valfler Resim 3.9. Doğrudan çekmeli selenoid valf [20] Bobine elektrik enerjisi verildiğinde elektromanyetik kuvvet oluşmakta ve bu kuvvet valf içindeki hareketli kovayi sabit kovaye doğru çekmektedir. Hareketli kova, valfin giriş ve çıkışı arasındaki akışın gerçekleştiği orifisi açmakta (Normalde kapalı tip) veya kapamaktadır (Normalde açık tip) ve bu şekilde akış kontrolü sağlanmaktadır. Hareketli kovanın orifisle temas eden yüzeyinde sızdırmazlık conta ile sağlanır. Bu conta valfin içinden geçen akışkanla temas ettiğinden valfin kullanılacağı akışkanın türüne göre doğru sızdırmazlık elemanın seçilmesi önemlidir. Doğrudan çekmeli solenoid valfler yalnızca bobin gücüne dayanarak çalıştıklarından hatta 0 Bar basınç olması halinde de çalışmaktadır. Yine aynı nedenle orifis çapı büyüdükçe çalışma basıncı küçülür Pilot kumandalı solenoid valfler Bu tip valfler, gövde üzerinde diyaframla iki basınç odacığının oluşturulması ve bunlar arasındaki basınç farkının kontrol edilmesi esasına göre çalışırlar. Akışkan tatbik edildiğinde valf diyaframının her iki tarafında da basınç oluşur ancak üst kısmındaki basınç daha yüksek olduğundan diyafram ana akış orifisini kapatır. Normalde kapalı pilot kumandalı solenoid valfte bobin enerjilendirildiğinde hareketli kova üst kısma bağlı olan pilot orifisi çıkış yoluna açar; diyafram üzerindeki basınç dengesi bozulunca ana orifis açılarak akış gerçekleşir. Bu tip valfler basınç farkı

35 17 esasına göre çalıştıkları için giriş ve çıkış basınç farkı minimum 0,5 Bar olmalıdır. Aksi takdirde valf üzerinden akış meydana gelmez. Solenoid valf çek valf gibi işlev görmediğinden ters basınçlarda akışkan geri akar. Böyle durumlarda solenoid valften sonra bir çek valf bağlanması gerekir. Resim Pilot kumandalı selenoid valf [20]

36 18 4. KARTRİÇ VALFLER Günümüzde endüstriyel ve mobil hidrolik sektörlerinde kendine önemli bir yer edinen Kartriç valfler, özellikle yüksek debili uygulamalarda sıkça kullanılmaktadır. Yapısının son derece basit oluşu, çok geniş kumanda edilebilme özellikleri, çok hızlı açma-kapama elde edilebilmesi, kesin sızdırmazlık sağlayabilmesi, tek Kartriç valfle birden fazla fonksiyonun sağlanabilmesi, yüksek debi geçirebilme yeteneği bu valflerin sürgülü valflere göre önemli ölçüde avantaj sağlamasına neden olmaktadır. İki yollu iki konumlu valf gibi çalışan ve blok içinde kendisi için ayrılmış olan boşluklara (Şekil 4.1.a) monte edilerek kullanılan valf türüdür. Kartriç valflerde genel olarak kovan ve kapama unsurlarına sahip iki farklı elemanın birleşmesinden oluşur. Yapıları ve çalışma sistemleri sıradan valflere göre farklıdır. Kartriç valfler genelde 2 yollu olarak yapılmasına rağmen bazı durumlarda 3 veya 4 yollu olarak yapılabilir [27]. Şekil 4.1. Kartriç valf gövde kesiti ve kartriç valf gövdesi. Kartriç valfler; çek valf, yön kontrol, basınç kontrol ve akış kontrol valfi gibi bir çok ihtiyacı karşılamak amacıyla kullanılabilir. Üstünlükleri: 1. Yapıları basittir. 2. Debi geçirgenliği yüksektir. 3. Dış sızıntıları yoktur. 4. Hem düşük hem de yüksek basınçlarda kullanılabilir.

37 19 5. Blok içinde kullanıldığı için boru, hortum gibi bağlantı sayısı azdır. 6. Mantık uygulamalarında kullanılabilir (lojik valf olarak da adlandırılır). 7. Bir kartriç valf çok sayıda işlev için kullanılabilir. 8. Önemli oranda yer kazanımı sağlar. 9. Devre uygulamalarında esneklik sağlar. Şekil 4.2. Kartriç valflerin takoz üzerinde kullanılır. [28] Çizelge 4.1. Kartriç valflerin boyutları [29] Kartriç valf ölçüleri: Kartriç valfler istenilen akış oranına bağlı olarak çeşitli ölçülerde yapılabilir. Boyutları ve özellikleri ISO 7368 de (DIN 24342) belirtilmiştir. Tipik bir kartriç valf NG16 ile NG80 standartlarında yapılabilir. NG16, NG25, NG32, NG40, NG50, NG63, NG80 gibi. Aşağıdaki tabloda örnek olması amacıyla bazı kartriç valflerin boyutlarına bağlı olarak debi oranları verilmiştir.

38 20 Kartriç valfler bağlantı şekline göre kapaklı (flanşlı) tip kartriç valfler, vidalı tip kartriç valfler olmak üzere 2 gruba ayrılır Kapaklı Tip Kartriç Valfler Kartriç valflerin en önemli türüdür ve tüm kartriç valflerin anası sayılabilir. Kartriç valfin blok içindeki boşluğa gömüldükten sonra belirli bir konumda tutulması ve dış sızdırmazlığı kapak ile sağlanır. Kapaklar blok üzerine cıvata ile tutturulur. Kapağın diğer bir işlevi ise üzerinde bulunan pilot (uyarı) hatları yardımıyla valfin açılmasını ya da kapanmasını sağlamasıdır. Kapaklı tip kartriç valflerin büyük bir kısmı oturmalı türde yapılır ve konik kapama elemanına sahiptir [27]. Şekil 4.3. Kapaklı kartriç valf Şekil 4.3. de kapaklı tip kartriç valfin elemanları ve çalışma prensibi görülmektedir. Konik kapama elemanının yanı sıra kovan ve yay kullanılmıştır. Kovan 2 yollu blok boşluğuna takılmıştır. Kapama elemanı kovan yüzeyine oturur. A ve B hatları arasında akışın sağlanması ve kesilmesi kapama elemanının durumuna göre belirlenir. Yay kapama elemanını ileri doğru iterek kapama kuvvetini oluşturur. Kapak ve kovan üzerinde bulunan oring contalar akışkanın sızıntı yapmasını önler. Kartriç valfin kapağı blok üzerine cıvatalar yardımıyla bağlanır ve kovan, kapama elemanı ve yayı montaj konumunda tutar. Kapak üzerindeki x uyarı hattı üzerine

39 21 orifis yerleştirilmiştir. Orifisin görevi; kapama elemanının açma ve kapama hızını kontrol etmektir. Devrenin ihtiyacına göre değişik kapak tasarımları yapılabilir. Kapama elemanı A, B ve X hatlarındaki basınç değerine göre açık veya kapalı duruma geçer. Kapama elemanının yapısına göre düz ve konik olmak üzere 2 değişik tasarım yapılır. 1- Düz kapama elemanı: Kapama elemanının ucunda koniklik yoktur. Kapama elemanının yay tarafındaki alanı (A Y ) ile diğer taraftaki alanı (A A ) birbirine eşittir (A Y =A A ). Şekil 4.4. Düz kapama elemanı Kapama kuvveti, yay kuvveti ile uyarı basıncının AY alanına etki etmesiyle oluşan kuvvetin toplamına eşittir. Açma kuvveti ise A hattındaki basıncın AA ile çarpımına eşittir. Kapama elemanının her iki tarafındaki basınç birbirine eşit olursa kapama elemanı yay kuvvetiyle kapalı durumda kalacaktır.

40 22 2- Konik kapama elemanı: Şekil 4.5 de konik kapama elemanı kullanılmış bir kartriç valf görülmektedir. Kapama elemanının ucuna pah kırılarak koniklik verilmiştir. Kovan üzerinde bulunan ve kapama elemanının dayandığı kısım ise Şekil 4.4 dekinin aksine açılı değil düzdür. Kapama elemanının uç kısmı (AA), yay tarafındaki alandan (AY) küçüktür (AA<AY). B hattındaki basınç, kapama elemanının konik kısmına etki ederek açma kuvveti oluşturur [27]. Kapama kuvveti, yay kuvveti ile uyarı basıncının kapama elemanı üzerine etki etmesiyle oluşan kuvvetin toplamına eşittir. Açma kuvveti ise A ve B hattındaki hidrolik basınçların kapama elemanının konik ve alın kısmına etki etmesiyle oluşur. Valfin açılması ya da kapanması hidrolik basınçların bu üç alana (AY, AA, AB) etki etmesi sonucu belirlenir. Şekil 4.5. Konik kapama elemanı ve konik kapama elemanı grafik sembolü [30] Kartriç valflerin gösterilmesinde yukarıdaki şekilde görülen grafik semboller kullanılır. Alan oranları: Kapama elemanının yay tarafı ile uç tarafında kalan alanlar arasındaki oran, kartriç valfin alan oranı olarak adlandırılır. AY ve AA alanları farkı AB (AY-

41 23 AA= AB) alanını verir. Açma ve kapama kuvveti hesaplanırken basınçların bu üç alana etki etmesiyle oluşan kuvvetler dikkate alınır. 1/1 Alan oranı: Şekil /1 Alan oranı [30] Şekil /1.1 Alan oranı [30]

42 24 1/2 Alan oranı: Şekil /2 Alan oranı [30] Kapaklı tip kartriç valfin çeşitleri a. Pilot kumandalı çek valf b. Dört yollu YKV c. Emniyet valfi d. Basınç düşürme valfi e. Akış kontrol valfi a- Pilot kumandalı çek valf: Yön kontrol işlevi yapan valflerden biri de çek valflerdir. Çek valfler akışa tek yönlü izin verir. Diğer yönde geçiş istendiği zaman açma kuvvetinin kapama kuvvetini yenmesi gerekir.

43 25 Şekil 4.9. Kartriç valfin çekvalf olarak kullanılması Şekil 4.9 da alan oranı 1/2 olan kartriç valf görülmektedir. Çek valf yükü aşağı düşmekten korumak amacıyla kullanılmıştır. Yay kuvveti ve uyarı basıncının kapama elemanının arka tarafına etki etmesi sonucu oluşan kuvvetlerin toplamı valfi kapalı konumda tutar. A ve B hatlarından kapama elemanına etki eden basınç sonucu oluşan kuvvetler valfi açmaya çalışır. b- Dört yollu yön kontrol valfi: Şekil 4.10 da alan oranı 1/1 den farklı olan 4 adet kartriç valfin bir çift etkili silindiri çalıştırması görülmektedir. Kartriç valfteki uyarı hatlarının durumuna göre silindirin A ve B girişlerine basınç etki ettirilir ya da tanka boşaltılabilir. Şekil 4.10 da uyarı hatlarındaki basınçlandırma (P) veya tanka boşaltma (V) işlemine bağlı olarak 12 değişik konumun elde edilişi görülmektedir.

44 26 Şekil Kartriç valflerin YKV olarak kullanılması Şekil 4.11 de bir manifold bloğu üzerine takılan 4 adet kartriç valf görülmektedir. Kartriç valflerin basınç ve uyarı hatları blok içine delinen delikler yardımıyla sağlanmıştır. Kartriç valflere uyarı basıncını gönderebilmek için kartriç valflerin kapağı özel bir montaj yüzeyine sahiptir. Şekil Kartriç valfin uyarı valf ile kumandası [27]

45 27 Bobin enerjilenerek valf b konumuna alınır. P1 ve P3 kartriç valflere uyarı basıncı uygulanır ve kartriç valfler kapanır. P2 ve P4 boşaltım konumundadır ve bu valfler açılır. P2 kartriç valfinden geçen akışkan, silindirin A kapısından girer ve silindiri ileri doğru itmeye çalışır. Silindirin B kapısından çıkan akışkan P4 üzerinden tanka boşalır. Bu durumda silindir ileri hareket edecektir. Diğer bobin enerjilendiğinde valf a konumuna alınır. P2 ve P4 e uyarı basıncı etki eder ve bu valfler kapanır. P1 ve P3 boşaltım konumundadır ve bu valfler açık konuma geçer. P3 kartriç valfinden geçen akışkan, silindirin B kapısından girer ve silindiri ileri doğru itmeye çalışır. Silindirin A kapısından çıkan akışkan P1 üzerinden tanka boşalır. Böylece silindir geri konuma gelir. Bu devre, sistem basıncı olmadığında silindirin hareketini önler. Çünkü yaylar kartriç valfleri kapalı konumda tutar. Böyle bir devre dik çalışan silindirlerde kullanılmamalıdır; çünkü pompa kapatıldığında kartriç valflerde yük oluşur ve silindir hareket edebilir. c- Emniyet valfi: Şekil 4.12 de alan oranı 1/1 olan ve emniyet valfi olarak kontrol edilen kartriç valf görülmektedir. Pilot valf kartriç valfin kapağı içinde kalacak şekilde tasarlanmıştır. Kapak üzerindeki uyarı hattı üzerine iki adet orifis konulmuştur.

46 28 Şekil Pilot etkili emniyet valfi ve grafik sembolü Sistem basıncı kartriç valfin alt tarafından (A kapısından) kapama elemanına etki etmektedir. AA alanına basıncın etki etmesiyle açma kuvveti oluşur. Aynı basınçlı akışkan bir uyarı hattı ile kapağa iletilmekte ve yay tarafından kapama elemanına etki etmektedir. Meydana gelen kuvvet yay, kuvveti ile birleşerek kapama kuvvetini oluşturur. Kapama elemanının iki tarafındaki basınç ile AA ve AP alanlarının birbirine eşit olması nedeniyle açma ve kapama kuvvetleri aynıdır. Bu durumda yay kuvveti kapama elemanını kapalı konumda tutacaktır. Sistem basıncı emniyet valfinde ayarlanan değere ulaşırsa pilot valfi açılır. Eğer sistem basıncı artmaya devam ederse orifisten dolayı, A tarafındaki basınç yay tarafındaki basınçtan daha büyük değere yükselir. Bu nedenle açma kuvveti yay kuvvetini yener ve kapama elemanı yukarı itilir. Basıncı yüksek akışkan tanka boşalır. Sistem basıncı düşünceye kadar pilot valf açık kalır ve akışkanı tanka boşaltır. Sistem basıncı düştüğünde pilot valf kapanır. Kapama elemanı iki tarafındaki basınç eşitleneceği için yay tarafından kapalı konuma itilir.

47 29 Şekil Emniyet valfinin boşaltma valfi olarak kullanılması [27] Şekil 4.12 de görülen emniyet valfi üzerine 4/2 bobin kumandalı bir YKV ilâve edilerek boşaltma valfi olarak kullanılabilir. Şekil 4.13, 4/2 valf ilâvesi ile emniyet valfinin pilot uyarılı hale gelişini göstermektedir. 4/2 valf normal konumda iken akışkan tanka boşalmaktadır. Böyle bir devre, akışkan ihtiyacı olmadığında pompanın en düşük güç girişiyle düşük basınçta çalışmasını sağlar. Hem pompayı korur hem de enerji tüketimi azalır. 4/2 valf bobininin enerjilenmesi ile valf konum değiştirir. d- Basınç düşürme valfi: Sürgülü tip kartriç valf kullanarak BDV elde edebiliriz. Şekil 4.14 de normalde açık konumlu, sürgülü tip kartriç valf görülmektedir. Kartriç valf, giriş (B) basıncı ne olursa olsun çıkış (A) hattındaki basıncın ayarlanan değerin üzerine çıkmasını önler.

48 30 Şekil Pilot etkili basınç düşürme valfi [27] Önceki örnekte olduğu gibi kapak üzerine pilot valf yerleştirilmiştir. Bu valf çıkış basıncını algılar ve sınırlar. Sürgünün iki tarafındaki basınç aynı olduğu sürece yay, sürgüyü açık konumda tutar. Valfe B kapısından giren akışkan A kapısından çıkar ve akmaya devam eder (Şekil 4.14.a). Çıkış basıncı artarak ayarlanan değere gelirse pilot valf açılır ve kapak tarafındaki basıncın artışını önler. Çıkış basıncının artmaya devam etmesi sonucu sürgü yay kuvvetini yenerek yukarı doğru hareket eder (Şekil 4.14.b). Akışkanın geçiş kesiti azalmaya başlar. Pilot valfin önünde bulunan orifis, pilot valf açıldığında B kapısından alınan ve sürgüye üstten etki eden pilot basıncının anî olarak düşmesini önler. Sürgü üzerinde bulunan çek valf ise yük sonucu oluşan basınç artışının önlenmesini sağlar. Çıkış basıncı yüksek olduğu sürece valf kapalıdır ve akışa izin verilmez. Valf kapalı iken çıkış tarafındaki basıncın ayarlanan değerin daha da üzerine çıkması (yükten dolayı ya da çıkış ayarının değiştirilmesi nedeniyle) sonucu sürgü üzerinde bulunan çek valf akışkanı tanka gönderir ve basıncın ayarlanan değerin üzerine çıkmasını önler.

49 31 Çıkış tarafında basınç düştüğünde sürgü aşağı itilir ve çıkış tarafındaki basınç ayarlanan değere gelinceye kadar akışkan gönderilir. Çek valfin bir diğer görevi de A çıkış kapısında basıncın aniden artması sonucu sürgü kapandıktan sonra akışkanın geçişine izin vermek ve pilot valfin görevini yapmaktır. Çek valf, BDV nin yük tarafında bir emniyet valfi olarak görülmemelidir. e- Akış Kontrol Valfleri: Yüke duyarlı akış kontrol valfi: Akış kontrol valfleri alıcıların hızlarını ayarlamak amacıyla kullanılır. Valfin girişindeki basınç, emniyet valfinin ayarına bağlıdır; çıkış basıncı ise yüke bağımlıdır. Yük ya da direnç arttıkça çıkış basıncı artar ve basınç farkı (ΔP) azalır. Yük ya da direnç azaldığında valfin çıkış basıncı düşer ve basınç farkı artar. Basınç farkının azalması valften geçen debinin azalmasına yol açarken basınç farkının artması, valften geçen debinin artmasına yol açar. Sonuç olarak, akış kontrol valfi üzerinden geçen ve kullanıcıya giden akışkan miktarı; valfin giriş ve çıkışı arasındaki basınç farkına (ΔP) bağlıdır denilebilir. Şekil Akış kontrol valfinde basınç farkı - debi ilişkisi [27] Bazı uygulamalarda yük miktarı değişse bile kullanıcıya giden debinin sabit olması istenir. Böyle durumlarda akış kontrol valfinin girişi ile çıkışı arasındaki basınç farkını (ΔP) sabit tutan düzenekler kullanılır. Bu düzeneğe sahip valflere; yükten bağımsız çalışan akış kontrol valfi adı verilir. Böylece akış kontrol valflerini yüke bağımlı ve yükten bağımsız olarak iki gruba ayırabiliriz.

50 32 Yüke bağımlı olan akış kontrol valfleri fazla hassasiyetin istenmediği durumlarda kullanılır. Valfin giriş ve çıkışı arasındaki basınç farkı yüke bağlıdır. Yük arttığında basınç farkı azalır. Bu valfin kapama elemanı 1:2 alan oranına sahiptir. Ucuna V biçiminde çentik açılmıştır. Valfin çalışma prensibi daha önce anlatılan kartriç valfler gibidir. Açma kuvveti kapama kuvvetinden fazla olduğunda valf açılır. Kapama elemanının en yüksek açıklık miktarı ayarlanabilir bir dayama ile kontrol edilir. Valf tam açık olduğunda geçen akışkanın miktarı V biçimindeki çentiğin büyüklüğüne ve A, B hatlarındaki basınca bağlı olarak değişir. Dayamanın aşağı ya da yukarı alınması akış oranının azalmasını ya da artmasını sağlar. Bu valf, akışı her iki yönde kontrol eder. Avantajı ise basit bir iğneli valfe sahip olması ve yay tarafına uyarı basıncının uygulanması ile hemen kapanabilmesidir. Yüke duyarsız AKV: Yüke duyarsız AKV leri baypaslı ve baypassız olmak üzere iki gruba ayrılır. Yüke duyarsız, baypaslı tip AKV: Şekil 4.16 da böyle bir valf görülmektedir. Şekil dikkatlice incelenecek olursa burada kullanılan AKV nin bir önceki şekilde anlatılan valfe çok benzediği görülecektir. A ve B hatlarındaki basınç farkının sabit bir değerde tutulabilmesi için basınç ayarlayıcı kullanılır. Basınç ayarlayıcı olarak kartriç valf kullanılmıştır.

51 33 Şekil Yüke duyarsız AKV (baypaslı tip) [27] Basınç ayarlayıcı yük hattı (B) ile giriş hattından (A) alınan uyarılar ile çalışır. İki hat arasındaki basınç farkının değeri basınç ayarlayıcıdaki yayın sıkıştırılmasını ya da gevşetilmesini sağlar. Yükün oluşturduğu basınç (X uyarı hattından algılanan basınç) artarsa basınç ayarlayıcının kapama elemanı kapanır. Basınç ayarlayıcı girişindeki basınç artar. Basıncı artan akışkan AKV üzerinde bulunan kapama elemanını yukarı iter. Kesitin artması sonucu debide azalma meydana gelmez. Yük basıncı azalacak olursa basınç ayarlayıcıda bulunan kapama elemanı yukarı itilir. Basınç ayarlayıcıdan geçen akışkan tanka boşaltılır. Akışkanın tanka boşalması giriş tarafındaki basıncın düşmesine yol açar ve AKV üzerinde bulunan kapama elemanı aşağı doğru hareket eder. Yük tarafındaki basıncın düşmesi sonucu debinin artması önlenir. Böylece akışkan, V biçimindeki çentikten düzenlenmiş olarak geçmeye devam eder. Valften geçen debinin ayarlanması, AKV üzerindeki ayar vidası yardımıyla elle yapılır. Ayar vidası orifisin kesit alanının artmasını ya da azalmasını sağlar. Yapılan her ayarlama sonunda A ve B hatları arasındaki basınç farkı hep aynı değerde kalır.

52 34 Yüke duyarsız, köprüsüz tip AKV: Şekil de bu tür bir valf görülmektedir. Yük hattına akışkanın gönderilmesi, ayar görevi yapan bir kartriç valf ile sağlanır. A hattındaki basınç ölçülerek sürgülü tip bir basınç ayarlayıcı yardımıyla orifisten geçen akışkanın basınç farkı sabitlenir. Şekil Yüke duyarsız AKV (köprüsüz tip) [27] Yükten alınan uyarı hattı basınç düşürme valfinin yay kısmına verilir. Böylece A hattındaki basınç değişimi ile yük hattındaki basınç değişimi birleşir. BDV indeki, yayın sıkışma oranı AKV nin orifisinden geçen akışkanın basınç farkını belirler.

53 Vidalı Kartriç Valfler Bağlantı takozuna vidalı olarak bağlanan kartriç valf türüdür. Herhangi bir arıza durumunda boru bağlantılarının sökülmesine gerek kalmadan, aynı kapaklı kartriç valflerde olduğu gibi sadece vidalı kartriç valf sökülür. Vidalı kartriç valflerin kapaklı kartriç valflerden 3 farkı vardır. 1. Takoza vidalı olarak bağlanır. 2. Kapaklı kartriç valfler gibi uyarı sinyali isteklerini karşılayamaz. 3. Vidalı kartriç valfler sürgülü tip valflere çok benzer. 3 ya da 4 yollu olarak tasarlanabilir. Şekil Vidalı kartriç valfler [28] Kullanım örnekleri: Vidalı kartriç valfler aynı kapaklı kartriç valfler gibi çok amaçlı olarak kullanılabilir. Valfin yapısında ve tasarımında yapılacak küçük değişiklikler ile kartriç valfleri aşağıdaki valfler gibi kullanmak mümkündür. 1. İki yollu YKV 2. Pilot etkili emniyet valfi 3. Direkt etkili emniyet valfi 4. Yükten bağımsız AKV (baypaslı) 5. Yükten bağımsız AKV (baypassız)

54 36 İki yollu YKV: İki yollu, sürgülü tip kartriç valf, Şekil da görülmektedir. Yay sürgüyü kapalı konumda tutmaktadır. Bobinin enerjilenmesi sonucu çekirdek (armatür) yayı sıkıştırarak yukarı doğru çekilir. Sürgü yukarı hareket eder ve A-B kapıları arasında akışı sağlar. Sürgü ve armatürün merkezinde bulunan delik, sürgünün her iki tarafında akışkan basıncının eşit olmasını sağlar. Bobin enerjisiz kaldığında valf tekrar kapalı konuma geçer. Kartriç valf sürgülü olarak yapılacak olursa kirlilik ve sızıntı problemleri ile karşılaşma ihtimali yüksektir. Bu ihtimalin önüne geçebilmek için kartriç valfler, konik kapama elemanı kullanılarak, oturmalı tipte de yapılabilir. Şekil /2 yön kontrol valfi [27] Pilot etkili emniyet valfi: Şekil 4.20 de görülen emniyet valfinin sürgüsünde basınç dengesi sağlandığı için sürgüye her iki uçtan etki eden kuvvetler dengededir. Küçük bir yay kuvveti ile valf kapalı konumda tutulmaktadır. Sürgü merkezinde bulunan orifis, sürgünün her iki tarafındaki akışkan basıncını eşitleyerek kuvvet dengesini sağlar.

55 37 Şekil Pilot etkili emniyet valfi [27] Pilot valf devre basıncının ayarlanan değerin üzerine çıkmasını önler. Devre basıncı pilot valfte ayarlanan basınca ulaştığında pilot valf açılır. Akışkan sürgü üzerindeki orifisten geçer ve pilot valf üzerinden tanka boşalır. Orifisten dolayı tanka boşalan akışkanın debisi düşüktür. Eğer ihtiyaç fazlası akışkan orifisten geçen akışkanın debisinden fazla ise sürgü üzerine etki eden basınçların dengesi bozulur. Sürgüyü her iki uçtan iten kuvvetlerin eşitliği bu basınç değişiminden dolayı bozulur. Sürgü yukarı hareket eder ve basınç kapısını tanka açar. Devre basıncı pilot valfte ayarlanan değerin altına düşerse sürgü uçlarındaki basınç tekrar eşitlenir. Yay kuvveti sürgüyü aşağı doğru iter ve valf kapalı konuma geçer. Bu durumda tank kapısı kapanır. Direkt etkili BDV: Direkt etkili, normalde açık, 3 yollu, sürgülü tip BDV, Şekil 4.21 de görülmektedir. Bu valf, basıncın ayarlanan değerin üzerine çıkmasını engellediği için aynı zamanda emniyet valfi olarak da görev yapar. Çıkış tarafındaki basınç yayla ayarlanan basıncın altında ise çıkış tarafına doğru bir akış vardır.

56 38 Çıkış basıncı ayarlanan değere yaklaşacak olursa hidrolik kuvvet tekrar sürgüyü iter ve akışkan girişini kapatmaya başlar. Çıkış tarafındaki basınç ayarlanan değere ulaştığında akışkan girişi (giriş kapısı) tamamen kapanır. Şekil Direkt etkili BDV [27] Alıcılara dışarıdan gelen bir darbe, ayar basıncının düşürülmesi vb. nedenlerden dolayı çıkış tarafındaki basınç, ayarlanan değerin üzerine çıkar. Bu durumda sürgü daha da yukarı doğru itilir. Böylece sürgü üzerindeki boşaltma deliği tank kapısına karşılık gelir ve çıkış tarafındaki akışkanın bir kısmı tanka boşalır (Şekil 4.21b). Basınç ayarlanan değere düştüğünde sürgü yay tarafından aşağı itilir ve valf kapalı konuma geçer. Çıkış tarafında sızıntı vb. nedenlerden dolayı basınç düşecek olursa sürgü aşağı hareket eder. Giriş kapısı aralanır ve bir miktar akışkan çıkış tarafına geçerek düşen basıncı dengeler. Yükten bağımsız AKV (baypaslı tip): Şekil 4.22 de basınç dengeli sürgüye sahip 3 yollu valf görülmektedir. Bu valf debi miktarını hassas olarak belirlemek için kullanılır. Devrenin ihtiyacından fazla akışkan tanka boşaltılmaktadır.

57 39 Basit bir yapıya sahip olan bu valfte, sabit bir kesite sahip orifis kullanılır. Orifisin sabit olması debinin ayarlanmasına imkân vermez; debi sabittir. Şekil Köprülü tip yükten bağımsız AKV [27] Orifisten geçen akışkan miktarına bağlı olarak bir basınç farkı oluşur. Orifisin her iki tarafındaki basınç farkı artacak olursa (girişte basıncın artması veya yüke bağlı olarak çıkışta basıncın düşmesinden dolayı) daha fazla miktarda akışkan orifisten geçmek isteyecektir. Sürgü artan basınç sonucu yukarı doğru hareket eder ve ihtiyaç fazlası akışkanı tanka boşaltır (Şekil 4.23.b). Sürgü duruma göre aşağı ya da yukarı hareket ederek orifisin her iki yanındaki basınç farkını dengeler. Yay kuvvetinin değiştirilmesi veya orifis büyüklüğünün değiştirilmesi ile akış oranı değiştirilir. Yükten bağımsız AKV (köprüsüz tip): Bu tür bir valf Şekil de gösterilmiştir. Çalışma prensibi az önce anlatılan köprülü tip valf gibidir. Yay kuvvetine bağlı olarak sabit bir orifis tarafından düzenli bir basınç farkı yaratılır. Basınç farkını korumak için kısılan akışkanın çıkış tarafına, ihtiyaç fazlası akışkanın ise emniyet valfi üzerinden tanka gönderilmesi gerekir.

58 40 Sürgünün giriş tarafındaki akışkan basıncının artması sonucu sürgü yukarı itilir. Çıkış tarafına akışkan gitmeye başlar. Basınç farkının kararlılığı orifis tarafından sağlanır. Yükten dolayı çıkış tarafında basınç düştüğünde basınç farkı (Δp) artacağı için valften geçen akışkan artma eğilimi gösterir. Bu durumda geçiş kesiti bir miktar kapanır ve debinin sabit kalmasını sağlar. Çıkış tarafında basınç arttığında Δp azalacağı için valften geçen akışkan azalma eğilimi gösterir. Bu durumda geçiş kesiti bir miktar açılır ve debinin sabit kalmasını sağlar. Şekil Köprüsüz tip yükten bağımsız AKV [27] Çok az sayıda bazı sınırlamalar olmasına karşın, çok çeşitli kartriç tipleri hemen her hidrolik kontrol fonksiyonunu sağlar. Kartriç valf teknolojisi iki veya daha fazla fonksiyona sahip tek bir kartriç birimidir. Günümüzde mühendislerin istedikleri kontrol fonksiyonlarını kolayca gerçekleştiren kartriç konfigürasyonları mevcuttur; Emniyet Valflerı Basınç Düşürücü Valfler Dizi Valfler Kontrol Valfler

59 41 Pilot Kumandalı Kontrol Valfler Denge Kontrol Valfler Solenoid Valfler Yük Kontrol Valfleri Akış Kontrol Valfleri Özel Valfler 4.3. Kartriç Valflerin Hidrolik Sistemdeki Avantajları Kartriç tasarım sistemlerinde özel bileşenler yardımıyla önemli avantajlar sağlayabilir. Hafif ve kompakt boyutu. Tek bir manifold içine çeşitli fonksiyonları birleştiren, sadece % 10 - % 20 yer kaplayan konvansiyonel hat monte sistemleri, tüp ve bağlantı parçaları, hortum ile birleştirilince yer ve ağırlık tasarrufu sağlanır. Bu yer ve ağırlık azaltılması sayesinde mobil uygulamalarda önemli enerji tasarrufu sağlayabilir. Ekonomi: Birçok sistemde, özel bir valf ünitesinin maliyeti tüm parçaların ve işçiliğin elde edilen verime eşit veya daha az olacak şekilde göz önüne alınarak isteğe bağlı sistem birimleri eklenebilir. Sızıntı önleme: Bir valf ünitesi, çok sayıda bağlantı içeren sistemden kaçak potansiyelini büyük ölçüde azaltır. Özel valf birimleri daha az bağlantı ve potansiyel sızıntı kaynaklarını azaltmasına ek olarak makinenin titreşimini de azaltır. Verimlilik: Valf üniteleri parçaların birbirine olan bağlantı ve hatlarını ortadan kaldırmak suretiyle genelde daha yüksek sistem verimliliğini sağlar. Hem hatlar üzerinden basınç düşüşü ve borulama azalır, hem de yüksek enerji verimliliği bir makine için elde edilebilir. Çoğu zaman, bir valf ünitesine verimliliği artırmasını sağlamak için doğrudan bir pompa monte edilmesi etkili olacaktır. Uygunluk: İmalatçılar için önemli olan faktörlerden biride onların rahat bir şekilde montajıdır. Tedarikçi firmadan alınan Valf ünitesi normal olarak zaten tamamen monte ve test edilmiş olup basitçe makineye montaj edilir ve sistemi çalıştırmak için

60 42 hazırdır. Valf üniteleri bazen dış zararları daha aza indirmek için kompakt şekilde yapılmaktadır. Kullanışlılık: Makineler sadece güvenilir değil aynı zamanda servis ve bakımı da kolay olmalıdır. Bu valf ünitelerinin önemli bir özelliği de kullanışının basit olması ve arızalarının basit bir şekilde tamir edilmesidir. Kartriçleri bozulduğunda herhangi bir dış tesisatı bozmadan kolaylıkla sökülebilir ve geri takılabilir. Estetik: Son olarak makinenin tesisat sistemi, bağlantı parçaları, vb. tasarımı daha iyi bir görünüm sağlar. Sade bir tasarım, makinenin performansı etkilemez ancak rekabetçi bir pazarda satışları artırmada imalatçılar için bir avantaj olabilir Kartriç Valflerin Avantajlari Blok üzerinde kapladıkları alan sürgülü valflere göre daha azdır. Açma-kapama zamanları kısadır. Bununla beraber kartriç valflerin kontrol orifisleri kullanılarak çalışma koşulları değiştirilebilir. Büyük ölçülerde yön kontrol valflerine göre maliyetleri düşüktür. Hızlı operasyon süresi ve seri üretime yatkındır. Yüksek basınç altında hızlı cevap verebilme yeteneği yüksektir. Ani basınç artışları düşüktür. Büyük yağ geçirgenliği kapasitesine sahiptir. ( Örnek : max lt/dak ) Yük altında hassas sızdırmazlık sağlar. Yön, basınç ve hız kontrol valfi olarak kullanılabilir. Bu valflerin en büyük avantajları kompakt yapılarından dolayı küçük hacimlerde yüksek debi ve basınçtaki hidrolik sistemleri çalıştırabilme imkânı sunmasıdır. Kartriç valflerin en yüksek çalışma basıncı 420 bar olup, debi aralığı 1 L/min ila 450 L/min arasında değişmektedir.

61 43 5. DENEY ÇALIŞMALARI 5.1. Deney Düzeneği Gazi Üniversitesi, Teknoloji Fakültesi, İmalat Mühendisliği Bölümü bulunan deney düzeneği üzerinde, çalışmanın amacına uygun değişiklikler yapılarak kullanılmıştır. Deney düzeneğinin çalışma yapısı Şekil 5.1. de şematik olarak gösterilmiştir. Deney düzeneğinin hareketli kısmı (kontrol edilecek olan kısım) düşey yönde hareket edecek şekilde lineer rulmanlar ile monte edilmiştir. Düşey yöndeki hareket tek bir hidrolik silindir ile elde edilmiştir. Pistonun aşağı yukarı hareketleri ise ayrı ayrı olarak açık merkezli normalde kapalı solenoid ve oransal kartriç valflerle ile sağlanmıştır. Hareketli tablanın konumu bir lineer cetvel (LVDT - Linear variable differential transformer) ile devamlı kapalı çevrim olarak kontrol edilmiştir. Bunun için LVDT den çıkan analog sinyaller PC de bulunan multifonksiyon karta gönderilmiş ve bu analog sinyaller kart tarafından PC nin yorumlayabileceği şekle yani sayısal sinyale çevrilmiştir. Cetvelle ölçülen konum ve istenilen konum karşılaştırılarak hata miktarı belirlenmiştir.

62 44 Şekil 5.1. Deney düzeneği şeması Deney düzeneğini oluşturan elemanlar ve bunlara ait özellikler aşağıda verilmiştir Gövde imalatı ve yapısı Deney düzeneğinin gövdesi 20, 25, 30 mm kalınlığındaki ST37 malzemeden, 100x50 standart profilden ve hareketli tablayı merkezleyen 40 mm çapında 4 adet kromlu taşlanmış mil ve bu milleri merkezleyen lineer rulmanlardan oluşmaktadır. Hidrolik silindir ise gövdeye bir flanşla montaj edilmiştir. Sabit tabla profiller üzerine teraziye alınarak kaynatılmıştır. Hareketli tabla ise, 4 adet Ø40mm lik kılavuz millerine lineer rulmanla bağlanılarak, düşey eksende hareketi sağlanmıştır. Ayrıca hareketli tablanın merkezlenmesini sağlayan kromlu millerin üst tarafına da tabla konulmuştur.

63 45 Konulan bu tabla ile merkezlenme işlemi, millerin üst taraftan da açma yapması engellenerek sağlanmıştır. LVDT nin bağlandığı lamanın, ölçümlerin sağlıklı yapılabilmesi için hassas olarak ayarlanması gerekmektedir. Bu hassasiyeti sağlamak için, montaj mıknatıslı komparatörlerle, sabit tablaya dik olacak şekilde yapılmıştır. LVDT montaj lamasının ayarlanabilir olması için, ayarlanabilir delikler açılarak montajı gerçekleştirilmiştir. Deney düzeneğindeki tüm mekanik elemanlar CNC tezgâhlarında işlenerek ölçü tamlığı ayarlanmıştır. Ayrıca, düzenek, zemin üzerinde hareket etmemesi ve sistem hareketinden kaynaklanan titreşimleri sönümlemesi amacıyla plastik takozlar üzerinde montaj edilmiştir. Resim 5.1. Deney düzeneği katı model resmi

64 Hidrolik silindir Resim 5.2. Hidrolik silindir Hareketli tablanın aşağı yukarı hareketi çift etkili tek milli bir hidrolik silindir ile sağlanmıştır. Silindir farklı büyüklükte ve zıt yönlü iki etkin alana sahiptir. Hidrolik silindirin, borusu Ø65-50 standardında, mil ise Ø30mm çapında kromlu malzemeden imal edilmiştir. Bu silindirin en yüksek çalışma basıncı 250 bar dır Solenoid kartriç valf Şekil 5.2. Selenoid kartriç valf ve gösterimi Bu çalışmada WINMAN marka WSV10-43-A 24DC model solenoid kartriç valf kullanılmıştır. Valfin en yüksek çalışma basıncı 250 bardır. Valfin çalışma debisi ise 20lt/dak dır. En yüksek 7 barda bu debiye ulaşmaktadır. Valf normalde kapalı merkezdir. Bu valf, sisteme, üzerinde basınç emniyet valfi de bulunan özel bir blok ile montaj edilmiştir.

65 47 Şekil 5.2 de selenoid kartriç valfin genel yapısı ve şematik gösterimi verilmiştir. Kartriç valflerin bilinen selenoid valflerden yapısal olarak çok farklı olduğu bilinmektedir. Şekil 5.3. Selenoid kartriç valfin basınç- debi grafiği [31] Oransal kartriç valf Şekil 5.4. Oransal kartriç valf şematik gösterimi [32] Deney düzeneğinde HYDRAFORCE marka SP08-47C model oransal kartriç valf kullanılmıştır. Valfin en yüksek çalışma basıncı 240 bardır. Valfin çalışma debisi 11,4lt/dak dır. Bu valf, sisteme, üzerinde basınç emniyet valfi de bulunan özel bir blok ile montaj edilmiştir.

66 48 Şekil 5.4 de oransal kartriç valfin genel yapısı ve şematik gösterimi verilmiştir. Oransal kartriç valflerin, normal oransal valflere göre daha küçük yapıda oldukları gözlenmektedir. Şekil 5.5 de oransal valflerin basınç-debi ilişkisi görünmektedir. Şekil 5.5. Oransal kartriç valfin basınç- debi grafiği [32] Hidrolik pompa Resim 5.3. Hema 1PN-168AB11 hidrolik pompa [33] Bu çalışmada HEMA marka 1PN-168AB11 model sabit deplasmanlı içten dişli pompa kullanılmıştır. Deplasman hacmi 16,80 cm 3 /devir dir. Pompanın en yüksek çalışma basıncı 250 bar dır. Çalışma devri ise devir/min arasındadır.

67 Elektrik motoru Resim 5.4. Volt VM 90L elektrik motoru [34] Bu çalışmada VOLT marka VM 90L model B14 flanşlı, 220VAC, 1,5 kw, 1390 d/min. motor kullanılmıştır. Motor milindeki tork 10,3 Nm dir Hidrolik depo flanşı Resim 5.5. HYDR-APP HE Ø 160 [35] Bu çalışmada HYDR-APP markasının HE serisinden 160 çapında hidrolik pompa, elektrik motoru ve depo gövdesinin aralarındaki bağlantıyı sağlamak amacıyla flanş kullanılmıştır.

68 Bilgisayar ve veri toplama kartı Resim 5.6. ADVANTECH PCI-1710 model veri toplama kartı Deneylerde Pentium IV işlemciye sahip 1,5 Gb RAM bulunan bilgisayar kullanılmıştır. Bu bilgisayar PCI slotuna ADVANTECH marka PCI-1710 model veri toplama kartı takılmıştır. Bu kart analog-sayısal ve sayısal-analog dönüşümlerini yapabilmesinin yanında analog ve sayısal çıkış sinyallerini de üretebilmektedir. Kartın özellikleri aşağıdaki gibidir. 16 tek veya 8 çift kanal analog sinyal girişi 12 bit analog-sayısal dönüşümü, 100kHz e kadar örnekleme oranı Programlanabilir kazanç Otomatik kanal / kazanç tarama Tümleşik FIFO hafıza (4096 örnek) İki adet 12 bit analog sinyal çıkışları 16 kanal sayısal giriş ve çıkış sinyalleri Tümleşik programlanabilir sayaç BoardID TM anahtarı

69 Sürücü devre Bu çalışmada kullanılan valfleri sürmek için 24 VDC gerilim sağlanmıştır. Sinüs dalgası ve kare dalga ile valf hareketi sağlamak için aşağıdaki sürücü devreler kullanılmıştır. Resim 5.7. Sürücü devre resimleri 5.2. Oransal Kartriç Valf ve Selenoid Kartriç Valf İçin Teorik Esaslar ve Matematiksel Model Kontrol sistemleri klasik ve modern olmak üzere ikiye ayrılır. Klasik kontrolde Laplace transformları kullanılarak tek-giriş-tek çıkış sistemler çözümlenir. Modern kontrolde ise durum değişkenleri ve zaman tanım bölgesi ile çok giriş-çok çıkış sistemler çözümlenir. Modern kontrol sistemlerinde durum değişkenlerini tanımlamak gerekirse; bir dinamik sistemin herhangi bir t 0 (başlangıç) anındaki durumu tam olarak belirleyen bağımsız ve en düşük sayıdaki değişkenlere, durum değişkenleri denir [18]. Bu çalışmada teorik esaslar ele alındığında sistemin, valf dinamiği ve yük dinamiği olmak üzere iki ana bölümden oluşan modeli vardır. Valf modeli, valf sürücüsünün elektromekanik dinamiğini ve valf sürgüsü konumu ile istek sinyali arasındaki bağıntıyı içermektedir [18]. Sistemin yük dinamiği ise yük, piston-silindir arasındaki

70 52 viskoz sürtünme ve sürgü konumu ile yük konumu arasındaki dinamik bağıntıdan oluşturulmuştur. Şekil 5.6. Hidrolik sistemin fiziksel modeli Sistemin tamamını ifade eden transfer fonksiyonu istek sinyaline karşılık gelen çıkış sinyalleri ele alınıp Matlab System Identification Toolbox kullanılarak matematiksel model oluşturulacaktır. Bu şekilde yapılacak uygulamada valfin elektriksel ve mekanik dinamiği (sürgü dinamiği) bütünüyle kapsanmış olacaktır Valf dinamiği Valftaki sızıntılar ihmal edildiğinde silindirin 1. ve 2. bölmelerine giden debiyi karakterize eden denklemler aşağıdaki gibi ifade edilebilir. q 1 u 0için, k1u u 0için, k u 2 P P P T 1 1 q 2 u 0için, k3u u 0için, k u 2 P T 2 P P 2 (5. 1) Bu eşitliklerde k1, k2, k3 ve k4 valf orifis sabitleridir. Doğrusallaştırılmış valf dinamiği aşağıdaki gibidir;

71 53 Q L K x K P q v c L (5. 2) K P L q k c v d P 1 P 2 1 p P s sgn x v P L Giriş akımına karşılık valf kovanının pozisyon dinamiğinin transfer fonksiyonu; (5. 3) (5. 4) Y I S S s 2 K 2 q n 2 2 ns n şeklindedir. (5. 5) Piston dinamiği Newton un ikinci hareket kanuna göre pistonun hareketi aşağıdaki denklemle ifade edilir. 2 mx PA P A fux F (5. 6) Buradan transfer fonksiyonu, giriş olarak oransal valfe uygulanan voltaj ve çıkış olarak da pistonun pozisyonu ele alındığında aşağıdaki gibi olur. 2 Y S Kq n R s As 2 As A s K K n n q n tk (5. 7) 5.2. Oransal Kartriç Valf Için Deneysel Çalışmalar Oransal Kartriç Valfin, bobin endüktans ve direnç değerlerinin, sürgü kütlesi ve içinde bulunduğu ortamın viskoz sürtünme katsayısının sayısal olarak belirlenmesi gereklidir. Bu değerlerin teorik olarak hesaplanması oldukça güçtür. Deneylerde, sistemin referans isteklere tepkisi kaydedilip girdi ve çıktı uygun bir ortamda

72 54 işlenerek sistemi temsil eden bir transfer fonksiyonu çıkarılması en doğru ve faydalı yol olacaktır. Deney düzeneği; tabla hareketini sağlayan Hidrolik silindir ve Hidrolik güç ünitesi (Resim 5.8), Oransal Kartriç Valf bağlantısı (Resim 5.9), LVDT konum ölçüm cihazı (Resim 5.10), DC güç kaynağı ve veri toplama elektronik kartlarından (Resim 5.11) oluşmaktadır. Resim 5.8. Deney düzeneği

73 55 Resim 5.9. Oransal kartriç valf bağlantısı Resim LVDT

74 56 Resim Güç kaynağı-veri toplama kartı Deneyde istek sinyali olarak, genliği 5V, frekansı 1-1,25-1,5-1,75-2 rad/s olan sinüs sinyalleri kullanılmıştır. Sinüs sinyali frekansı 1 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.7 de verilmiştir.

75 57 Şekil 5.7. Sinüs sinyali frekansı 1 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.7. Mavi renkte görülen grafik bilgisi sinüs sinyalini, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin sinüs sinyaline verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Sinüs sinyali frekansı 1,25 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.8. de verilmiştir.

76 58 Şekil 5.8. Sinüs sinyali frekansı 1,25 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.8. Mavi renkte görülen grafik bilgisi sinüs sinyalini, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin sinüs sinyaline verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Sinüs sinyali frekansı 1,5 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.9 da verilmiştir.

77 59 Şekil 5.9. Sinüs sinyali frekansı 1,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.9 da yeşil renkte görülen grafik bilgisi sinüs sinyalini, mavi renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin sinüs sinyaline verdiği hız cevabı ve kırmızı renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Sinüs sinyali frekansı 1,75 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.10 da verilmiştir.

78 60 Şekil Sinüs sinyali frekansı 1,75 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.10 da mavi renkte görülen grafik bilgisi sinüs sinyalini, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin sinüs sinyaline verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Sinüs sinyali frekansı 2 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.11 de verilmiştir.

79 61 Şekil Sinüs sinyali frekansı 2 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.11 de mavi renkte görülen grafik bilgisi sinüs sinyalini, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin sinüs sinyaline verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Deney çalışmalarında, pistonun iki yüzeyinin alanlarının farklı olduğundan her iki yön için ayrı transfer fonksiyonları elde edilmiştir. İleri yönde, sistem ön değerli bir sinüs sinyali ile tahrik edilerek hiçbir zaman negatif bir değer almaması sağlanmıştır, diğer yön içinse bunun tersi geçerlidir. Böylece sinüs sinyali 0-10V arasında dalgalanmıştır. İstek sinyali ve buna karşılık gelen çıktı sinyali Şekil 5.12 de gösterilmektedir.

80 62 Şekil Sistemin sinüs dalgasına cevabı Tanılama çalışması için MATLAB yazılımının Sistem Tanılama Kutusu (System Identification Toolbox) modülü içinde bulunan ident ara yüzü kullanılmıştır. Şekil de görülen Ident ara yüzünde soldaki bloklar tanılamada girdi verileri için, sağdaki bloklar ise oluşturulacak modeller için ayrılmıştır. Model oluşturma, Working Data hanesinde bulunan veri ile yapılır. Validation Data hanesi ise, oluşturulan modelin tepkisinin gerçek sistemin tepkisini ne derecede yansıttığı değerlendirilirken kullanılacak olan gerçek sistem verisini gösterir.

81 63 Şekil System identification tool İstek sinyali ve sürgü konumu bilgileri tanılama için Ident programına yüklenmiştir. Bu çalışmada sistemin bir transfer fonksiyonuyla ifade edilmesi amaçlandığı için programın Şekil 5.13 de gösterilen seçenekleri arasından Process Model seçilmiştir. Bu yöntem, verilen istek ve tepkiye paydası birinci ya da ikinci derece, payı da sıfırıncı ya da birinci derece olan, isteğe göre tip sıfır ya da tip bir transfer fonksiyonu uydurmaktadır.

82 64 Şekil Sistemin sinüs dalgasına olan cevabı ve transfer fonksiyonu yakınsaması Şekil 5.14 de verilmiş test verisi grafiğinden ikinci ve üçüncü kademe valf dinamiğinin birinci dereceden daha yüksek dereceli bir sistem karakteristiğine sahip olduğu anlaşılmaktadır. Analizin basitliği ve elde edilen transfer fonksiyonunun anlaşılırlığı ve kullanışlılığı açısından sistemin baskın kutuplarını içeren üçüncü derece bir transfer fonksiyonu kullanmak uygun olacaktır. Analizden elde edilen sonuçlar doğrultusunda transfer fonksiyonu aşağıdaki gibi elde edilmiştir. 2 Y S 2,842e 0,14s 1,998e 0,15s 0, X S s 17,8s 1,316s 0, (5. 8) Bu fonksiyon Şekilde görüldüğü gibi sistemi % 89,8 doğruluğunda tanımlamaktadır. Bu kapalı döngü transfer fonksiyonundan açık döngü transfer fonksiyonu çok basitçe teorik olarak hesaplanabilmektedir. Burada, U(s) : İstek sinyali,

83 65 Y(s) : Piston konumu, C(s) : LVDT transfer fonksiyonu, T(s) : Sistem kapalı döngü transfer fonksiyonu, G(s) : Sistem açık döngü transfer fonksiyonu, G S C S T S C T S S olarak tanımlanmıştır. (5. 9) G S 0, s 3,853s 1, , s 3,853s 1, (5. 10) G S s 2 0,7837 3,853s 0, (5. 11) Yukarıdaki transfer fonksiyonu Matlab/Simulink ortamında kullanılarak sistemin cevabı PC ortamında simule edilmiştir. Simulink te oluşturulmuş olan blok şema Şekil 5.15 de gösterilmektedir. İstek sinyali ve pistonun konumu ise Şekil 5.16 da gösterilmektedir.

84 66 Şekil Matlab/simulink ortamı Şekil Matlab/simulink sinüs dalgası ve sistem cevabı

85 Selenoid Kartriç Valf için Deneysel Çalışmalar Selenoid Kartriç Valf deney çalışmalarında da teorik olarak hesaplanması oldukça güç olan değerler deneylerde, sistemin referans isteklere tepkisi kaydedilip girdi ve çıktı uygun bir ortamda işlenerek sistemi temsil eden bir transfer fonksiyonu çıkarılması en doğru ve faydalı yol olacaktır. Deney düzeneği; Oransal Kartriç Valfdeki düzenekle aynı olup farklı olarak Resim deki Selenoid Kartriç Valf görülmektedir. Resim Selonoid kartriç valf ve bloğu Deneyde istek sinyali olarak, genliği 16V, frekansı 0,5-1-1,5-2-2,5 rad/s olan kare dalgalar kullanılmıştır. Kare dalga frekansı 0,5 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.17 de verilmiştir.

86 68 Şekil Kare dalga frekansı 0,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.17 de mavi renkte görülen grafik bilgisi kare dalgayı, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin kare dalgaya verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Kare dalga frekansı 1 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.18 de verilmiştir.

87 69 Şekil Kare dalga frekansı 1 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.18 de mavi renkte görülen grafik bilgisi kare dalgayı, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin kare dalgaya verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Kare dalga frekansı 1,5 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.19 da verilmiştir.

88 70 Şekil Kare dalga frekansı 1,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.19 da mavi renkte görülen grafik bilgisi kare dalgayı, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin kare dalgaya verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Kare dalga frekansı 2 rad/s olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.20 de verilmiştir. Şekil Kare dalga frekansı 2 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi

89 71 Şekil de mavi renkte görülen grafik bilgisi kare dalgayı, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin kare dalgaya verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Kare dalga frekansı 2,5 olduğunda alınan grafik verisi Şekil 5.21 de verilmiştir. Şekil Kare dalga frekansı 2,5 rad/s olduğunda sistemin hız ve konum bilgisi Şekil 5.21 de mavi renkte görülen grafik bilgisi kare dalgayı, kırmızı renk olarak görünen grafik bilgisi sistemin kare dalgaya verdiği hız cevabı ve yeşil renkte görünen grafik bilgisi ise sistemin konum olarak cevabıdır. Deney çalışmalarında, pistonun iki yüzeyinin alanlarının farklı olduğundan her iki yön için ayrı transfer fonksiyonları elde edilmiştir. İleri yönde, sistem ön değerli bir kare dalga ile tahrik edilerek hiçbir zaman negatif bir değer almaması sağlanmıştır, diğer yön içinse bunun tersi geçerlidir. Böylece kare dalga 0-16V arasında dalgalanmıştır. İstek sinyali ve buna karşılık gelen çıktı sinyali Şekil 5.22 de gösterilmektedir.

90 72 Şekil Sistemin kare dalgaya cevabı Tanılama çalışması için MATLAB yazılımının System Identification Toolbox modülü içinde bulunan ident ara yüzü kullanılmıştır.

91 73 Şekil Transfer fonksiyonu çıkarım modeli İstek sinyali ve sürgü konumu bilgileri tanılama için Ident programına yüklenmiştir. Bu çalışmada sistemin bir transfer fonksiyonuyla ifade edilmesi amaçlandığı için programın Şekil 5.23 de gösterilen seçenekleri arasından Process Model seçilmiştir. Bu yöntem, verilen istek ve tepkiye paydası birinci ya da ikinci derece, payı da sıfırıncı ya da birinci derece olan, isteğe göre tip sıfır ya da tip bir transfer fonksiyonu uydurmaktadır.

92 74 Şekil Sistemin kare dalgaya olan cevabı ve transfer fonksiyonu yakınsaması Şekil 5.24 de verilmiş test verisi grafiğinden ikinci ve üçüncü kademe valf dinamiğinin birinci dereceden daha yüksek dereceli bir sistem karakteristiğine sahip olduğu anlaşılmaktadır. Analizin basitliği ve elde edilen transfer fonksiyonunun anlaşılırlığı ve kullanışlılığı açısından sistemin baskın kutuplarını içeren birinci derece bir transfer fonksiyonu kullanmak uygun olacaktır. Analizden elde edilen sonuçlar doğrultusunda transfer fonksiyonu elde edilmiştir. Y 9,095e 0,13s 9,095e 0,13s 6800 S 3 2 S s 1002s 1606s 196, 5 X 2 (5. 12) Bu fonksiyon Şekilde görüldüğü gibi sistemi % 97,11 doğruluğunda tanımlamaktadır. Bu kapalı döngü transfer fonksiyonundan açık döngü transfer fonksiyonu çok basitçe teorik olarak hesaplanabilmektedir.

93 75 Burada, U(s) : İstek sinyali, Y(s) : Piston konumu, C(s) : LVDT transfer fonksiyonu, T(s) : Sistem kapalı döngü transfer fonksiyonu, G(s) : Sistem açık döngü transfer fonksiyonu, G S C S T S C T S S olarak tanımlanmıştır. (5. 9) G S 0, s 3,853s 1, , s 3,853s 1, (5. 10) G S s 2 0,7837 3,853s 0, (5. 11) Yukarıdaki transfer fonksiyonu Matlab/Simulink ortamında kullanılarak sistemin cevabı PC ortamında simule edilmiştir. Simulink te oluşturulmuş olan blok şema Şekil 5.25 de gösterilmektedir. İstek sinyali ve pistonun konumu ise Şekil 5.26 de gösterilmektedir.

94 76 Şekil Matlab/simulink ortamı Şekil Matlab/simulink Kare dalga ve sistem cevabı

95 77 Daha sonra aynı sinyal gerçek zamanda pistona uygulanmıştır. Simulink te oluşturulmuş olan blok şema Şekil 5.27 de gösterilmektedir. İstek sinyali ve pistonun konumu ise Şekil 5.28 de gösterilmektedir. Şekil Matlab/simulink ortamı (gerçek zamanlı piston hareketini sağlayan bloklar)