HİDROLİK VE PNÖMATİK SİSTEMLER

Karadeniz Teknik Üniversitesi Orman Fakültesi Orman Endüstri Mühendisliği Bölümü HİDROLİK VE PNÖMATİK SİSTEMLER Yrd.Doç.Dr. Kemal ÜÇÜNCÜ Orman Endüstri Makinaları ve İşletme Anabilim Dalı TRABZON 2016 1

1. GİRİŞ Basınç altındaki akışkanın, mekanik özelliklerini, davranışlarını, kuvvet iletiminde kullanılmasını, akışkanın hareket ve kontrolünü inceleyen bilime hidrolik ya da pnömatik denir. Hidrolikte enerji iletimini yağ ve su gibi daha yoğun akışkanlar gerçekleştirirken, pnömatikte kullanılan akışkan cinsi havadır. Sıvılar sıkıştırılamaz kabul edilirken, hava sıkıştırılabilir bir akışkandır. Hidrolik ve pnömatik sistemler endüstri süreçlerinde ve otomasyon uygulamalarında yaygın bir şekilde kullanılmaktadır. Pnömatik sistemler, ekonomik, temiz, güvenli ve basit yapılı olmaları sebebiyle sıkıştırılmış hava ile güç iletimini cazip hale getirmektedir (Akyazı ve Çokrak, 2011). Hidrolik, Yunanca su anlamına gelen hydro ile boru anlamına gelen aulos kelimelerinden türetilmiştir. Günümüzde hidrolik akışkanlar aracılığıyla kuvvet ve hareketlerin iletimi ve kumandası anlamında kullanılmaktadır. Hidrolik ve hidrolik sistemler tüm mühendislik içeren sistemlerde kullanılırlar. Enerji iletiminde kullanılan akışkanlar genellikle madensel yağlardır. Bunların dışında sentetik akışkanlar, su ve yağ-su çözeltileri de kullanılmaktadır. Hidrolik sistem elektrik motorunun tahrik ettiği hidrolik pompa ile akışkanın belirli basınçta ve debide basıldığı ve bu hidrolik enerji ile doğrusal, dairesel ve açısal hareketin üretildiği sistemdir (Demirel, 2013; Kutlu ve Büyüksavcı, 1999). Pnömatik Yunanca bir kelime olan pneuma (hava, rüzgâr) kelimesinden türetilmiştir. Diğer enerji çeşitlerine göre dar ve kısa alanda daha hızlı, kolay elde edilen, ucuz olan hava enerjisi, son zamanlarda durumu değiştirilerek kullanılmaya başlanmıştır. Hava atmosferde bol miktarda bulunmaktadır. Hava atmosferden uygun yöntemlerle alınıp, depolanabilir, basınç kazandırılabilir ve tekrar atmosfere bırakılabilir. Havanın atmosferde bol miktarda bulunması, elde edilişi maliyetinin düşük olmasını sağlar. Havanın kullanım hızı çok yüksektir. Basınçlı havanın bir enerji olarak kullanılması çok eski yıllara dayanır. Havanın endüstriyel alanlardaki uygulamalarının yaygınlaşması 1950 yıllarında başlar. Endüstrinin hemen her alanında iş parçalarının sıkılması, gevşetilmesi, ilerletilmesi, doğrusal ve dairesel hareketlerin elde edilmesi gibi çeşitli işlemler için pnömatik sistemlerden yararlanılır. Pnömatik sistemler diğer sistemlere göre daha hızlı ve ekonomik çözümler üretebilmektedir (Akkaya vd., 2005). Enerji iletim olanakları yönünden hidrolik, mekanik, elektrik, elektronik ve pnömatik gibi seçenekler olup, bunların her birinin belirli bir uygulama alanı vardır. 2

2. HİDROLİK SİSTEMLER 2.1. Hidrolik Kavramı Hidrolik, Yunanca su anlamına gelen hydro ile boru anlamına gelen aulos kelimelerinden türetilmiştir. Hidroliğin insanlık tarihinde kullanılması da tıpkı pnömatik gibi milattan öncelere rastlamıştır. Antik Yunan, Mısır, Çin ve daha birçok medeniyette sulama ve suyu taşımada basit hidrolik kanunları kullanılmıştır. Hidrolik alanındaki bilimsel çalışmalar ise Galileo ile başlamış; Toriçelli ile devam etmiş en son olarak 17. yüzyılda Pascal ile hidrostatik teorisi tamamlanmıştır. Sonrasında Isaac Newton akış direnci ve viskozite gibi tanımları hidrolik teorisine eklemiştir. Akma, enerji ve güç üretme, sıkıştırılamama gibi özelliklerinin bulunması sıvıların, hidrolik enerji üretmekte kaynak olarak kullanılmasını sağlanmıştır. Hidrolik, akışkanların mekanik özelliklerini inceleyen bilim dalıdır. Genel tanım olarak; kuvvet ve hareket üretmek ve bu kuvveti iletmek için sıvı akışkan kullanma işine hidrolik denir. Sıkıştırılamaz özellikteki akışkanların kullanıldığı ve elde edilen basınçlı akışkanla çeşitli hareketlerin ve kuvvetlerin üretildiği sistemlerdir. Hidrolik sistemlerde genellikle akışkan olarak su ve yağ kullanılır. Su oksitlenmeye yol açması nedeniyle, çok dar bir alanda kullanılabilmektedir. Normal şartlarda ise akışkan olarak petrolden elde edilen madensel yağlar kullanılır. Mekanik güç iletiminde miller, yataklar, kayış ve kasnaklar, diş çarklar, kavrama, dişli kutusu ve benzeri mekanik hareket iletim elemanları kullanılmaktadır. Bu katı elemanlar üzerlerine etki eden kuvvetler gerilmeler yaratmaktadır. Bu gerilmeler yardımıyla da kuvvet iletilmektedir. Bu kuvvet iletiminde katı elemanlar üzerine etki eden kuvvet eleman üzerinde kendi doğrultusunda ve şiddetiyle orantılı olarak gerilme yaratır. Bu gerilmelerin sonucu olarak cisimde bazı şekil değişiklikleri ortaya çıkar. Hidrolikte kuvvet iletimi akışkana verilen basınç enerjisi yardımıyla sağlanır. Basınç enerjisi uygun alıcılar tarafından kuvvet ve harekete dönüştürülür. Basınç enerjisi akışkan üzerinde taşınarak iletilir. Akışkan üzerine bazı mekanik düzeneklerle basınç enerjisi yüklenir. Başka deyişle basınç oluşturulur. Basınç altındaki akışkan boru ve benzeri elemanlar içerisinde basınç altında hareket ettirilir. Basınç altındaki akışkan iletildiği yerde tekrar bazı mekanik düzenekler yardımıyla kuvvet ve hareket oluşturur. Örneğin bir pompa ile madeni yağ üzerinde basınç oluşturup bir boru içerisinde taşıyıp diğer uçta bir silindir ve piston yardımıyla itme kuvveti elde edilmesi çok yaygın bir hidrolik uygulamadır. Hidrolikte, sıvıların sıkıştırılamama özelliğinden dolayı yüksek çalışma basınçları kolayca sağlanırken buna paralel olarak ağır işler için ihtiyaç duyulan büyük kuvvetler de elde edilmiş olur. Pnömatiğin aksine; hidrolik büyük kuvvetlere ihtiyaç duyulan buna rağmen hassas konumlamanın gerektiği uygulamalar için çok idealdir. Böylelikle sistem için belirlenen hız ve kuvvetler de kademesiz ve hassas olarak ayarlanabilir. Hidrolik sistemlerin çalışma esnasında kontrolleri kolaydır. Doğrusal, dairesel ve açısal hareket üretmek oldukça basittir. Özellikle ters yönlü ani hareketlerin mümkün olabilmesi hidroliğin tercih edilme sebeplerinden biridir. 3

Hidrolik makinalar; mekanik ve pnömatik makinalara göre titreşimsiz ve gürültüsüz çalışırlar. Bu da işletmedeki ses seviyesinin kontrolünü kolaylaştırır. Ayrıca bu sistemler mekanik elemanlara göre oldukça az yer kaplarlar. Hidrolik sistemlerde akışkan olarak genelde yağ kullanılması, sistemin kendi kendini sürekli yağlamasını ve sürtünmenin etkilerinin azalmasını sağlar. Yağın sistem içindeki hareketi, ısıtma ve soğutmanın da kendiliğinden gerçekleşmesini sağlar. Bu yüzden kullanılan akışkanın temiz olması şartıyla hidrolikteki devre elemanları daha uzun ömürlüdür. 2.2. Temel Kanunlar Debi: Hidrolik veya pnömatik sistemde belirli bir akış kesitinden belirli bir sürede geçen akışkan miktarı debi olarak tanımlanır. Debi birimi olarak m 3 /h, m 3 /s, litre/dakika veya cm³/saniye vb. kullanılabilir. Basınç: Belirli bir kesitte sıkıştırılan akışkan Paskal prensibine göre, içinde bulunduğu kapalı bir kabın bütün çeperlerindeki her birim kesite aynı değerde bir kuvvet uygular ve buna basınç denir. Basınç birimi için yaygınca kullanılan birim bar olmakla; fiziksel anlamda N/m 2 ve benzeri birimler basınç birimidir. 1 bar = 1 kg/cm 1 bar = 10 N/m 1 bar = 14.3 psi (Otomobil lastiği 30 psi) 1 Pa = 1 N/m Efektif Basınç: Manometrede (kapalı sistemler) okunan basınç değerine denir. Mutlak Basınç: Manometrede okunan basınç değerine bir atmosfer basıncı ilave edildiğinde meydana gelen basınç değeridir. Paskal Kanunu: Yer çekimini ihmal edecek olursak, kapalı bir kaba etki eden kuvvetin sonucunda meydana gelen basınç, sıvı tarafından kabın her noktasına aynı şiddette etki eder. F = P A F = Kuvvet [N] A = Alan [m ] P = Basınç [N/m ] Şekil 2.1. Basınç dağılımı (Pascal prensibi) Basınç, akışkan ağırlığının bir sonucudur ve yerçekimi bulunan bir ortamda sadece düşey yönde değişir. Basıncın derinlikle değişimi için yandaki akışkan kütlesine denge şartı uygulanırsa, 4

F = m a = 0 P x P x ρ g x z = 0 P = P P = ρ g z = γ z O halde basınç derinlikle doğrusal olarak artar. Basınç yatay yönde değişmez Bir sıvı içerisindeki basınç kabın şeklinden bağımsızdır Şekil 2.2. Düşey basınç etkisi Şekil 2.3. İtme kuvveti, basınç ve alan arasındaki ilişki Şekil 2.4. Silindirlerde sıvı seviyesinin bağıl değişimi Şekil 2.4 de ilk sistemde 1 nolu silindirde piston ikinci sistemdekinden daha yukarıdadır. Niçin? 5

Şekil 2.5. Pascal kanunu uygulaması Kapalı bir kaptaki akışkana uygulanan dış basınç, akışkan içerisinden her noktadaki basıncı o oranda artırır. Pistonları aynı seviyede alırsak: P = P F = P A F = P A F F = A A Şekil 2.6. Hidrolik sistemde kuvvet ilişkisi Süreklilik Denklemi: Farklı kesitlerden oluşan bir boru içinden akan akışkanın debisi, borunun her noktasında aynı değerdedir. Debinin sabit kaldığını düşünürsek küçük kesitlerde büyük kesitlere oranla daha hızlı akar. Q = V A = abit V = Hız [m/s] A = Kesit alanı [m ] Q = Debi [m /s] 6

Bernoulli Kanunu: Sürtünme kuvveti ihmal edilirse, kapalı bir boru içindeki sıvının sahip olduğu toplam enerji, akım çizgisi boyunca aynıdır. P V = P V Toplam Enerji Miktarı = Basınç kuvvetleri işi + Kinetik Enerji + Potansiyel enerji Kavitasyon (Aşındırmak): Metallerin yüzeylerinden küçük parçaların kopartılmasıdır. Bu şekildeki malzeme tahribatı, bölgesel ve ani olarak meydana gelen basınç ve sıcaklık değişimlerinden kaynaklanır. Pompanın içinde statik basınç, basılan sıvının buharlaşma basıncının altına düştüğünde sıvı buharlaşır ve içinde küçük buhar kabarcıkları oluşur. Sıvının pompa içinde dinamik hareketiyle sürüklenen bu kabarcıklar sıvının buharlaşma basıncından daha yüksek basınçla karşılaştıklarında yoğuşurlar. Yoğuşma sırasında boşaltılan hacimler, bunları çevreleyen sıvı tarafından doldurulurlar. Çok ani olan bu fiziksel değişim bir patlama efekti oluşturur. Bu fiziksel değişime kavitasyon denir. Kavitasyon, oluştuğu sistemin malzemelerini bozucu etki yapar. Şekil 2.7. Kavitasyon oluşumu Hidrostatik Basınç: Bir kap içinde bulunan sıvı kütlesinin yükseklik, yoğunluk ve ağırlığına (yer çekimi ivmesi) bağlı olarak kabın tabanına yapmış olduğu basınçtır. Kabın şekline bağlı değildir. P = ρ g h P = Sıvının kabın tabanına yaptığı basınç [kg/m ] ρ = Sıvının yoğunluğu [kg/m ] g = Yer çekimi ivmesi [m/s ] h = Sıvının yüksekliği [m] Şekil 2.8. Basınç kapları Şekil 2.8 de sıvının tabana yaptığı basınç kapların özelliklerine göre nasıl değişir? Niçin? Akışkan içerisinde z kadarlık bir yükseklik farkı P/ρg büyüklüğüne karşılık gelir. Bu ilkeye göre tasarlanmış düzenek veya cihazlara manometre denir. Büyük basınçlar için yükseklikten tasarruf etmek amacıyla cıva gibi yoğun akışkanlar kullanılır. 7

P = P P = P + ρ g h Şekil 2.9. Manometre 2.3. Hidrolik Akışkanlar ve Özellikleri Hidrolik akışkanlar, hidrolik gücün iletilmesinde kullanılır. İlaveten de hidrolik devre elemanlarının yağlanmasını ve soğutulmasını sağlar. Hidrolik akışkan olarak suyun kullanılmasında korozyon, kaynama noktası, donma noktası ve düşük viskozite gibi sorunlarla karşılaşılır. Bu sorunları ortadan kaldırmak için bazı karışımlar (yağ, glikol gibi) eklenir. Madeni yağlar, en çok kullanılan akışkandır. İçerisine katkı maddeleri eklenerek dayanıklığı ve kullanım süresi artırılır. Hidrolik enerjinin iletilmesini ve hidrolik alıcılara taşınmasını sağlayan sıvılardır. Hidrolikte kullanılan akışkan türleri: a) Su b) Doğal yağlar c) Sentetik yağlar Hidrolik Yağlarda Aranan Özellikler 1) Güç iletebilme 2) Yağlayıcılık özelliği olmalı 3) Sızdırmazlığı sağlayabilmesi 4) Çalışma sırasında meydana gelen ısıyı soğutabilmesi 5) Korozyona sebep vermemeli 6) Yağların içine karışımız suyu dışarı atabilmesi 7) Sistem elemanları ile(hortum, oring, keçe) uyumlu olmalı 8) Köpüklenme olayını en aza indirebilmeli 9) Hidrolik akışkan kolay olanı almaması buharlaşma zehirleyici olmamalı sağlık yönünden zararsız olmalı. Viskozite: Akışkanların akıcılık özelliklerini ifade eder. Yağların akmaya karşı gösterdiği zorluktur. Kalın yağlarda akmaya karşı direnç fazla, ince yağlarda akmaya karşı direnç azdır. Kalın yağların viskozitesi yüksek ince yağlarda küçüktür. Oksidasyon/Korozyon: Hidrolik yağın bileşimindeki hidrokarbonların havanın oksijeni ile kimyasal reaksiyona girerek çamur veya sakız şeklinde tortuların meydana gelmesi olayına oksidasyon denir. Meydana gelen çamurlar, metal yüzeylerde korozyona neden olur. 8

Yağlama Yeteneği: Uygun seçilen yağlar, metal yüzeylerde bir film tabakası meydana getirerek çalışan elemanların hareketlerinin kolaylaşmasını ve sürtünme direncinin azalmasını sağlar. Köpüklenme: Yüksek basınçtaki akışkan sistem içinde yüksek hızda hareket ederken hava molekülleri ile yağ moleküllerinin çarpışması sonucunda meydana gelen şoklar, köpüklenmeye yol açar. Bunu engellemek için boru hattında sızdırmazlık sağlanmalıdır. Yağ üreticileri, yağın içine köpüklenmeyi önleyici katkı maddeleri ilave eder. Akma Noktası: Yağın akıcılığını kaybedip katılaşmaya başladığı sıcaklığa denir. Alevlenme Noktası: Standart yağlarda alevlenme sıcaklığı 180 o C ile 210 o C arasındadır. Hidrolik sistemlerde 50 o C nin üzerine çıkılmadığı için herhangi bir problem çıkmaz. Polimerleşe: Birden fazla aynı cins yağ moleküllerinin artık vermeden birleşmesi ve yeni bir molekül meydana getirmesidir. Yağın özelliğini değiştireceği için istenmeyen bir durumdur. 2.4. Hidrolik Güç Sistemleri Hidrolikle güç iletiminin esası, bir güç kaynağından sağlanan mekanik gücün hidrolik güce dönüştürülerek kullanım noktasına iletilmesi ve burada hidrolik mekanizmalar tarafından tekrar mekanik güce dönüştürülerek kullanılmasıdır (Şekil 2.10). Şekil 2.10. Hidrolik sistemle güç iletiminin temel prensip şeması Hidrolik güç iletim sistemleri çalışma prensiplerine göre iki temel yapıda değerlendirilir. Bunlar: Hidrodinamik güç iletim sistemleri Hidrostatik güç iletim sistemleri 2.4.1. Hidrodinamik Güç İletim Sistemleri Hidrodinamik tahrikte pozitif olmayan (non-positive) deplasmana sahip donanımlar kullanılmaktadır. Bu donanımların temel çalışma prensipleri, kanatları yardımıyla sıvı veya gaz ortamları hızlandırarak enerji seviyelerini arttırmaktır. Şekil 2.11 de pozitif olmayan ekipmanlardan oluşan bir vantilatör örneği gösterilmiştir. Şekil 2.11. Pozitif olmayan ekipmanların çalışma prensibi 9

Burada, v: alışkan ortamın hızı, ω: kanatların dönme hızı, m: hızlandırılan akışkan ortamın kütlesidir. Pozitif olmayan ekipmanların enerji seviyelerini, basınç seviyesi de dahil olmak üzere, yükseltmenin iki yolu vardır. Bunlar; a) Kanatları büyüterek hızlandırılan (iletilmekte olan) kütlenin miktarını arttırmak. b) Akışkanın hızını arttırmak. Şekil 2.12 de görüldüğü gibi, akışkanın hızını arttırmak amacıyla kademeli kanatlı yapılar kullanılmaktadır. Bu uygulama, pahalı bir çözüme yol açmaktadır. Bu nedenle hidrodinamik prensiple çalışan sistemlerde basınç genelde en fazla 250 bar seviyelerine kadar kullanılır. Genelde bu tür sistemler düşük basınç ancak yüksek debi uygulamaları için tercih edilmektedirler. Ayrıca sıvıdaki kinetik enerji uzun mesafelerde kayıpsız iletilemediği için bu tahrik tarzında pompa ve türbin birbirlerine çok yakın pozisyonda yerleştirilmektedirler. Şekil 2.12. Hidrodinamik tahrikte kademeli kanatlı yapıların kullanımının şematik gösterimi Bu tahrik tarzının güç iletimi amacıyla kullanıldığı nadir mekanizmalar endüstride hidrolik kavrama ve tork konvertör isimleriyle bilinirler (Şekil 2.13). Şekil 2.13. Tork konvertörünün genel görünüşü. Tork konvertörler ve hidrolik kavramalar otomobillerde, tarım araçlarında ve birçok güç iletim sisteminde kullanılmaktadırlar (Şekil 2.14). Şekil 2.14. Tork konvertörün araç şanzumanı uygulaması 10

2.4.2. Hidrostatik Güç İletim Sistemleri Hidrostatik tahrikte pozitif deplasmanlı bir pompa tarafından bir tanktan emilen hidrolik sıvısı aktarma ve kontrol elemanları tarafından hidromotor ve silindirlere iletilir. Bu elemanlarda hidrolik enerji mekanik enerjiye dönüştürülerek kullanılır (Şekil 2.15). Şekil 2.15. Bir hidrolik güç iletim sisteminin genel görünüşü Hidrolikle güç iletimi endüstride iki temel yapıda uygulama alanları bulmaktadır. Bunlar; Endüstriyel hidrolik uygulamaları: Bu tür uygulamalar daha çok takım tezgahları, aparatlar vb. sabit hidrolik makinaların güç iletim sistemlerinde görülmektedir (Şekil 2.16). Şekil 2.16. Endüstriyel hidrolik güç iletim sistemlerinin genel yapısı Mobil hidrolik uygulamaları: Mobil hidrolik uygulamaları iş makinaları, krenler gibi hareketli makinalarda görülmektedir. Bu tür sistemlerde güç ünitesinin ve hidrolik valflerin yapısı endüstriyel hidrolik uygulamalarından farklıdır (Şekil 2.17). Endüstriyel hidrolik uygulamalarla mobil hidrolik uygulamalar arasındaki farklılıklar; Endüstriyel hidrolik uygulamalarda makineler üzerinde sistemin montajında yer darlığı problemleri daha az yaşanır. Bu nedenle bu tarz tasarımlarda güç üniteleri daha büyük yapılabilmektedir. Endüstriyel hidrolikte kullanılan valfler birbirlerine doğrudan bağlanmazlar, bağlantılar metal takozlar aracılığıyla gerçekleştirilerek valf adaları oluşturulmaktadır. Bu takozlar kompleks devrelerde çok sayıda kanallar içermek durumundadır. Bu nedenle tasarımlarının dikkatle yapılması önem taşımaktadır. 11

Mobil hidrolik uygulamalarında valf blokları doğrudan birbirlerine bağlanabilmektedir. Endüstriyel hidrolik uygulamalarında çalışma basınçları çoğunlukla daha düşük seçilmektedir. Ancak gerek endüstriyel hidrolik uygulamalarında ve gerekse mobil hidrolik uygulamalarında kullanılan ekipmanlar fiziksel yapıları ve çalışma şekilleri açısından birbirlerine benzemektedirler. Şekil 2.17. Bir mobil hidrolik güç iletim sisteminin genel yapısı 2.5. Hidrolik Sistemlerin Uygulama Alanları Hidrolik sistemler günümüzde hemen hemen her endüstri dalında kullanılmaktadır. Elektrik ve elektronik uygulamalarının özellikle de kumanda sistemlerinde hidroliğe eşlik etmesi ile basınçlı akışkanı enerji ve iletim elemanı olarak kullanmak oldukça geniş uygulama alanı bulmuştur. Ayrıca hidroliğin hem hareketli hem de sabit sistemlerde rahatça kullanılabilir olması hidroliğe olan talebi arttırmıştır. Hidrolik, özellikle deniz ve havacılık sektöründe, iş tezgahlarında, kaldırma makinalarında, enerji üretim alanlarında kullanılmıştır. Örnek vermek gerekirse; uçaklar, takım tezgahları, presler, enjeksiyon makinaları, test cihazları, sanayi tipi robotlar, otomotiv endüstrisi, kaldırma ve iletme makinaları (forklift vb.), iş makinaları (beton pompaları, greyderler, mobil vinçler, ekskavatörler vb.), tarım makinaları, barajlar, türbinler, nükleer santraller, gemilerin boşaltma ve yükleme birimleri, gemi kontrol sistemleri hidrolik sistemlerle en çok karşılaşılabilecek alanlardır. 1. Endüstriyel alanlarda (takım tezgahlarda, ağır sanayi makinalarda, iş makinalarında, tarım makinalarında, pres ve kaldırma araçlarında, plastik enjeksiyon makinalarda) 2. Çelik haddehanelerinde 3. Maden ocaklarında 4. Hareketli hidrolik araçlarda 5. Gemicilik endüstrisinde 6. Enerji üretiminde 7. Özel alanlarda 12

Şekil 2.18. Hidrolik uygulama: Ekskavatör Şekil 2.19. Hidrolik uygulama: Planya / vargel tezgahı Şekil 2.20. Hidrolik uygulama: Hidrolik pres Şekil 2.21. Hidrolik uygulama: Kamyon 13

2.6. Hidrolik Sistemlerin Avantajları ve Dezavantajları 2.6.1. Hidrolik sistemin avantajları: Küçük hacimlerden büyük kuvvetler elde edilir. Hidrolik elamanlar görevlerini yaparken yağlanmış olurlar. Hız değişimi hareket devam ederken yapılabilir. Hidrolik sistem birkaç noktadan emniyete alınabilir. Hidrolik elamanlar sessiz ve gürültüsüz çalışır. Hidrolik akışkanlar sıkıştırılamaz kabul edildikleri için titreşimsiz hareket elde edilir. Akışkan olarak hidrolik yağ kullanıldığı için devre elemanları aynı zamanda yağlanmış olurlar. Emniyet valfleri yardımıyla sistem güvenli çalışır. Hassas hız ayarı yapılabilir. Hidrolik akışkan oluşan ısının çevreye yayılmasını sağlar. Hidrolik devre elemanları uzun ömürlü ve ekonomiktir. Hidrolik sistemin kumandası ve kullanılması kolaydır İstenilmeyen büyük yüklerde hareket çok çabuk durur. 2.6.2. Hidrolik Sistemlerin Dezavantajları Hidrolik sistemlerde büyük kuvvetler elde edebilmek bir avantaj olsa da kuvveti elde etmek için gerekli olan yüksek basınç; bağlantı elemanlarında kaçak ve sızıntı oluşturması ya da iş güvenliği açısından tehlike arz etmesi nedeniyle bir dezavantaja dönüşür. Kaçak ve sızıntı yapmış yağ aynı zamanda bir kirlilik unsuru oluşturur. Kullanılan yağın ömrünü tamamladığında atık olarak uzaklaştırılması da yönetmeliklerle düzenlenmiş maliyet yaratıcı bir işlemdir. Yağın kirlenmesi sadece çevresel açılardan değil kullanılan devre elemanları açısından da büyük önem taşır. Hidrolik devre elemanları kirliliğe karşı oldukça duyarlıdır. İyi bakım yapılmamış sistemlerde devre elemanları süreklilik gösteremez. Sıvılar fiziksel özellikleri sebebiyle ısınmaya gazlardan daha yatkındırlar. Hidrolik sistemlerde devrede dolaşan sıvı bir süre sonra yüksek sıcaklıklara ulaşır. Bunun sonucunda yağ kaçakları oluşur, verim düşer hatta ısıya duyarlı devre elemanlarında arızalar meydana gelebilir. Kullanılan akışkanın sıcaklıkla birlikte yapısının (örneğin viskozite) değişmesi de sistem için olumsuzluk yaratır. Ayrıca, hidrolik sıvıların içlerinde bulunan az miktardaki hava da kavitasyon oluşturmak gibi çok ciddi sorunların ortaya çıkmasını tetikler. Hidrolik sistemler uzak mesafelere taşınma konusunda yetersizdirler. Çünkü sıvıların sürtünme dirençleri fazladır. Sürtünme sonucu da ısı oluşur; basınç kayıpları artar. Boruların kesiti ve uzunluğu, boru yüzeyinin pürüzlülüğü, akış hızı ve akışkanın viskozitesi son olarak da kullanılan bağlantı elemanları ve boru büküm sayıları, basınç kaybı oluşturan etkenler arasında yer alırlar. Hız konusunda pnömatik sistemlere göre yavaş olan hidrolik sistemlerin devre elemanlarının maliyetleri daha yüksektir. Hidrolik akışkanlar, yüksek ısılara karşı hassastır. Akışkan sıcaklığının 50 0 C yi geçmesi istenmez. Hidrolik devre elemanları, yüksek basınçlarda çalışacağı için yapıları sağlam olmalıdır. Hidrolik devre elemanlarının fiyatları pahalıdır. Hidrolik devre elemanlarının bağlantıları sağlam ve sızdırmaz olmalıdır. 14

Hidrolik akışkanların sürtünme direnci yüksek olduğu için uzak mesafelere taşınamaz. Depo edilebilirliği azdır. Akış hızı düşüktür. Devre elemanları, düşük hızlarla çalışır. Hidrolik akışkanlar havaya karşı hassastır. Akışkan içindeki hava gürültü ve titreşime yol açar, düzenli hızlar elde edilemez. 2.7. Hidrolik Devre Elemanları Hidrolik devre elemanları; yağ deposu, filtreler, hidrolik pompalar, hidrolik motorlar, hidrolik silindirler, valfler, hidrolik akümülatörler, bağlantı elemanları, sızdırmazlık elemanlarıdır. Şekil 2.22. Hidrolik sistem elemanları (MEB, 2011) Şekil 2.23. Hidrolik devre elemanları 15

Şekil 2.24. Hidrolik devre ve elemanları şematik 2.7.1. Pompalar 2.7.1.1. Tanım ve Sınıflandırma Tankta bulunan akışkanı, ayarlanan basınç ve debide sisteme gönderen devre elemanıdır. Pompalar, mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye dönüştürür. Pompa, dönme hareketini elektrik motorundan alır. Pompalar doğrudan basınç oluşturmaz. Akışkan sistemde bir engelle karşılaştığında basınç oluşur. Pompa seçilirken, kullanılacak sistemin işlevini yerine getirebilecek debiyi ve basıncı üretebilecek büyüklükte olmasına dikkat edilmelidir. Kataloğunda yazan akışkan ve filtre kullanılmalıdır. Pompa çalıştırılırken elektrik motorunun dönüş yönü ile pompa milinin dönüş yönü birbirine uygun olmalıdır. Pompanın içindeki koruyucu yağlar temizlenmelidir. İlk harekete geçerken basınç borusunun havası alınmalı, emiş borusu hidrolik yağla doldurulmalıdır. Ayrıca yağ seviyesi sık sık kontrol edilmelidir. Şekil 2.25. Hidrolik pompa Şekil 2.26. Hidrolik el pompası 16

Şekil 2.27. Pompa montaj hali Hidrostatik tahrikte pozitif deplasmanlı pompalar kullanılmaktadır. Bu pompalar artan hacim bölgelerinde oluşturdukları vakum sayesinde, hidrolik deposunda atmosferik basınç etkisi altında bulunan yağı emerler. Daha sonra, milinin dönmesi devam ederken iç yapısında oluşmakta olan azalan hacim bölgesi sayesinde yağ devreye itilmektedir (Şekil 2.28). Şekil 2.28. Pozitif deplasmanlı, pistonlu bir pompanın şematik görünüşü Burada pompanın deplasmanı, bir dönüşünde teorik olarak basabileceği yağ miktarıdır. V g= πd 2 L/4 (cm 3 ) Burada, d: silindir çapı, L: strok uzunluğudur. Hidrolik güç iletim sistemlerinde yüksek basınç gereksinimlerini en ekonomik şekilde karşılayan pompalar pozitif deplasmanlı tipte olanlardır. Pozitif deplasmanlı bir pompa karşılaştığı direnç kadar basınç üretir ve onun bastığı hidrolik akışkanın basınç düzeyi sistemde karşılaştığı dirençle orantılı olarak sürekli değişebilir. Pompanın çıkışı tamamen kapatılırsa, tahrik motorunun torkuna da bağlı olarak sistemde hasarlara yol açabilecek düzeyde çok yüksek basınçlar oluşabilir. Tasarımlarına göre çeşitli pompa tipleri mevcuttur. - Pompaların iç hacimlerinin değişkenliğine göre sınıflandırılmaları, 1) Sabit deplasmanlı pompalar; Bu pompaların iç hacimleri değiştirilemez, sisteme bastıkları hidrolik miktarı döndürülme hızları ile orantılıdır. 17

a) Tek yöne dönebilen pompa b) Her iki yöne de dönebilen pompa Şekil 2.29. Sabit deplasmanlı pompaların sembollerle gösterilişi 2) Değişken deplasmanlı pompalar; Bu pompaların çalışma esnasında iç hacimleri değiştirilebilmektedir, böylece bastıkları debi farklı mekanizmalarla (mekanik, elektronik vs.) isteğe bağlı olarak değiştirilebilmektedir. a) Tek yöne dönebilen pompa b) Her iki yöne de dönebilen pompa Şekil 2.30. Değişken deplasmanlı pompaların sembollerle gösterilişi. Pompalarda Verimlilik: Pompalarda verimliliğin artırılması için uygun viskozitede yağ kullanılmalı, pompayı çalıştırmadan önce (montajdan önce) hidrolik yağ ile yıkanmalıdır. Hidrolik Pompa Seçimi: Hidrolik pompa seçimi yaparken şu faktörler göz önüne alınmalıdır: 1. Çalışma basıncı 2. Verimlilik 3. Pompanın gücü 4. Gerekli debi 5. Montaj kolaylığı 6. Bakım onarım kolaylığı 7. Yedek parça ve servisi 8. Ekonomik olması 9. Gürültü ve titreşimi 10. Çalışma sıcaklığı 11. Pompa boyutları Pompa Çeşitleri A) Dişli pompalar B) Paletli pompalar C) Pistonlu pompalar 1) Dıştan dişli 1) Eksenel pistonlu 2) İçten dişli a) Eğik gövdeli 3) Pistonlu el pompaları b) Eğik plakalı 2) Radyal pistonlu 3) İçten eksantrik dişli 18

2.7.1.2. Dişli pompalar Elektrik motorunun dairesel hareketi ile dişlilerden birisi dönmeye başlar ve ikinci dişliyi döndürür. Bu sırada vakum yaparak depodaki yağı emer ve diş boşluklarına doldurur. Dişli döndükçe yağ emiş hattından basınç hattına geçer. Ekonomiktirler, çoğunlukla endüstriyel hidrolik uygulamalarında kullanılmaktadırlar. Dişli pompalar sadece sabit deplasmanlı olarak tedarik edilmektedirler. Dıştan dişli pompalar, en ekonomik pompa tipidir. Ancak verimleri düşüktür ve çalışma basınçları en fazla 250 bar a kadardır. Şekil 2.31. Dıştan dişli pompanın çalışma prensibi İçten dişli pompalar, en sessiz olan pompa tipidir. Diğer seçim kriterleri dıştan dişli pompalara benzemektedir. Şekil 2.32. Dişli pompa çeşitleri 2.7.1.3. Paletli pompalar Paletli pompalar bir kovan ve içine eksantrik olarak yerleştirilen bir rotordan meydana gelir. Rotor dönerken üzerindeki paletler merkezkaç kuvvetinin etkisi ile dışarıya doğru açılır. Emiş hattından aldığı yağı paletler arasında taşıyarak basınç hattına iletirler. Yüksek debi gerektiren durumlarda yardımcı pompa olarak tercih edilirler. En büyük çalışma basınçları 175 bar mertebelerindedir. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler. Çoğunlukla endüstriyel hidrolik uygulamalarında kullanılmaktadırlar. 19

Şekil 2.33. Eksantrik paletli pompa Şekil 2.34. Konsantrik paletli pompa Konsantrik tasarımda pompa mili üzerindeki kuvveti dengelemek daha kolaydır. Şekil 2.35. Paletli pompa 2.7.1.4. Pistonlu pompalar Hidrolik sistemlerde basınçlı akışkanı üreten iş elemanı hidrolik pompalardır. Hidrolik pompalar emiş hattından yağı çekerler ve yağın basıncını yükselterek sisteme basarlar. Eğik plakalı, eğik bloklu ve radyal pistonlu pompalar en çok kullanılan çeşitleridir. 20

Bu pompalar genelde mobil hidrolik uygulamalarında, iş makinalarında çok tercih edilmektedirler. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler. Şekil 2.36. Pistonlu pompa Radyal pistonlu pompalar hidrostatik güç iletiminde kullanılmakta olan en ağır hizmet tipi pompalar olup, uygulamada 750 bar basınç değerlerine kadar kullanılmaktadırlar. Şekil 2.37. Radyal pistonlu pompalar 2.7.2. Hidrolik Motorlar Hidrolik sistemde basınçlı akışkanın hidrolik enerjisini dairesel harekete dönüştürmek için kullanılan elemanlara hidrolik motorlar denir. Hidrolik motorlarla yüksek basınçtaki akışkanları kullanarak büyük döndürme momentleri elde edilir. Küçük bir hacimle büyük momentleri üretmek mümkündür. Hidrolik motorlar; güçlü dairesel hareketin gerektiği iş makinalarında, takım tezgahlarında vb. yerlerde kullanılır. Hidrolik motorlarla kademesiz hız ayarı yapılabilir. Hareket devam ederken kademesiz hız ayarı yapılabilir, dönüş yönü değiştirilebilir. Hidromotorlar giriş ve çıkışlarındaki basınç farkı yardımıyla, hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştürürler. Şekil 2.38. Hidrolik dişli motor 21

Şekil 2.39. Hidrolik motor Pozitif deplasmanlı olarak yapılan hidromotorların hem hacimsel verimleri ve hem de mekanik verimleri oldukça yüksektir. Tasarımlarına göre çeşitli hidromotor tipleri mevcuttur. - Hidromotorların iç hacimlerinin değişkenliğine göre sınıflandırılmaları, 1) Sabit deplasmanlı hidromotorların iç hacimleri değiştirilemez, sistemden gelen hidrolik miktarı döndürülme hızları ile orantılıdır. a) Tek yöne dönebilen hidromotor b) Her iki yöne de dönebilen hidromotor Şekil 2.40. Sabit deplasmanlı hidromotorların sembollerle gösterilişi. 2) Değişken deplasmanlı hidromotorlar a) (Tek yöne dönebilen hidromotor b) Her iki yöne de dönebilen hidromotor Şekil 2.41. Değişken deplasmanlı hidromotorların sembollerle gösterilişi En çok kullanılan hidromotor tipleri; - Dişli hidromotorlar: Ekonomiktirler, darbesiz sakin ortamlarda kullanılırlar. Sabit deplasmanlı olarak imal edilmektedirler. 22

Şekil 2.42. Dişli hidromotor. - Paletli hidromotorlar: Darbesiz çalışma ortamlarında tercih edilirler. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler. - Pistonlu hidromotorlar: Şekil 2.43. Paletli hidromotor İş makinalarında en çok tercih edilen hidromotor tipleridir. Sabit ve değişken deplasmanlı olarak imal edilmektedirler. a) Eğik eksenli pistonlu hidromotor b) Radyal pistonlu hidromotor Şekil 2.44. Pistonlu hidromotorlar. 2.7.3. Tank ve Özellikleri Hidrolik akışkanı depolayan, çalışma koşullarına uygun şekilde hazırlayan, çelik veya dökümden yapılan devre elemanlarına yağ deposu veya yağ tankı adı verilir. Isınan hidrolik akışkanın kolayca soğutulması için deponun alt kısmı hava akımı oluşturacak şekilde dizayn edilmelidir. Sistemdeki akışkanın görevini tamamladıktan sonra buraya gelir. Dönen akışkanın içine çeşitli yabancı maddeler karışabilir. Bunlar depoda ayrışır ve temiz olarak sisteme akışkan gönderilir. Depoya dönen akışkanın dinlenmeden emilmesini önlemek için dinlendirme levhası konulmalıdır. Depo kapasitesi, hidrolik sisteme gerekli olan akışkan miktarına ve dağıtım sisteminin büyüklüğüne göre seçilir. Pratik olarak pompa debisinin 3-5 katı kadar alınabilir. 23

Yağ deposunun görevleri: a) Yağın içine karışan maddeleri yağdan ayrıştırmak b) Yağın dinlenmesini sağlamak c) Yağın üzerindeki ısıyı dış ortama transfer etmek d) Sistemdeki yağın belli bir yerde toplanmasını sağlamak e) Yağın içine karışan havayı yağdan ayırmak Şekil 2.45. Hidrolik tank (MEB, 2011) 2.7.4. Hidrolik Silindirler Hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye çeviren devre elemanına hidrolik silindirler denir. Doğrusal hareket üretirler. Hidrolik motorlardan farkları dönme hareketi yerine doğrusal hareket sağlamalarıdır. Silindirlere gönderilen basınçlı yağ, piston alanı üzerinde etkili olarak silindirleri iter ya da geri çeker. Şekil.26 da çift etkili bir hidrolik silindirin iç yapısı görülmektedir. Şekil 2.46. Hidrolik silindirlerin yapısı Şekil 2.47. Hidrolik silindir elemanları 24

Piston hızı: Hidrolik silindirde pistonların ileri ve geri hareketleri sırasında birim zamanda aldığı yoldur. V = Q A Q = Pompanın debisi [cm /dak] A = Silindirin kesit alanı [cm ] V = Piston hızı [cm/dak] Hidrolik silindir çeşitleri: 1. Tek etkili silindirler 2. Çift etkili silindirler 3. Teleskopik silindirler 4. Yastıklı silindirler 5. Tandem silindirler 6. Çift kollu silindirler 7. Döner silindirler. 8. Özel silindirler. Şekil 2.48. Pistonun hareketi 1- Tek etkili silindirler: Basınçlı akışkan silindirin tek yönünden girip pistonun tek bir yüzeyine etki ediyorsa bu tip silindirlere tek etkili silindir denir. Dönüşü, yaylı ve yaysız olabilir. Yaysız silindirlerde piston yük etkisi ile geri döner. Şekil 2.49. Tek etkili silindir şeması Burada p hidroliğin silindire gidiş ve dönüş hattı olup, x kaçak hattıdır. 25

Şekil 2.50. Tek etkili silindir çalışma prensibi 2- Çift etkili silindirler: Basınçlı akışkan silindirin iki ayrı yerinden girip, pistonun iki yüzeyine etki ederek ileri geri hareketleri akışkan gücüyle üreten silindirlerdir. Şekil 2.51. Çift etkili silindir şeması Şekil 2.52. Çift etkili silindir çalışma prensibi 3- Teleskopik silindirler: İç içe geçmiş silindirlerden meydana gelir. Silindirin boyunun bazen uzaması ve bazen de kısalması gerekiyorsa böyle çalışma şartlarında kullanılır. Şekil 2.53. Teleskopik silindir 26

Şekil 2.54. Tek ve çift etkili teleskopik silindir 4- Yastıklı silindirler: Piston, kursun sonuna yaklaşınca yavaşlaması istenildiği yerlerde kullanılır. Tek ya da iki yastıklı olabilirler. Şekil 2.55. Yastıklı silindir 5- Tandem silindirler: büyük kuvvetler elde etmek için silindirin çapını veya basıncını artırmadan bir piston koluna iki piston takılması ile meydana gelir. Silindir pistonları hareketleri sırasında strok sonuna kadar maksimum hızla yaklaşırlar. Piston, silindir strokunun sonunda silindirin ön veya arka kapağına bu hızla çarpar. Piston, piston kolu ve onlara bağlı tüm sistem bu darbe sonucunda deformasyona uğrayabilmektedir. Pistonun çarpmasından kaynaklanan bu mekanik ya da hidrolik darbeler yastıklama ile azaltılmaktadır. Strok sonunda piston hızını düşürebilmek için boşalan yağın dar bir kesitten geçmesi sağlanır. Böylece silindir hızı düşmüş olur. Bu kesit genelde ayarlanabilir yapıda tasarlanır. Silindirde Piston İtme Kuvveti Şekil 2.56. Tandem silindir Şekil 2.57. Silindirde piston itme kuvveti 27

F = P A η F = P A η A = π D 4 = 0.785 D A = π D 4 π d 4 = 0.785 (D d ) P = Çalışma basıncı [kg/cm ] F = Piston itme kuvveti [kg] F = Piston çekme kuvveti [kg] A = Piston kesit alanı [cm ] η = Verim Örnek Problem: Çalışma basıncı 800 kg/cm 2 olan çift etkili bir silindirde piston çapı 120 mm ve piston kolu çapı 40 mm ve silindirin verimi η = %90 olduğuna göre pistonun üretebileceği en büyük kuvveti (itme kuvveti F1 ) ve en küçük kuvvet (çekme kuvveti F2) bulunuz. Çözüm: p = 800 [kg/cm ], D = 120 cm, d = 40 cm, η = 90% A = π D 4 = π 4 D = 0.785 D A = 0.785 x D A = 0.785 x (12 cm) A = 113.04 cm A = 0.785 (D d ) A = 0.785 ((12 cm) (4 cm) ) A = 100.48 cm F = p A η F = p A η = 800 [kg/cm ] 113.04 [cm ] 0.90 F = 81388 kg F = p A η = 800 [kg/cm ] 100.48 [cm ] 0.90 F = 72345.6 kg 28

2.7.5. Valfler Hidrolik akışkanın akış yönünü belirleyen, akışkanın basıncını ve debisini istenilen sınırlar içinde tutan devre elemanıdır. Endüstriyel hidrolik uygulamalarında valfler doğrudan birbirlerine bağlanmamaktadırlar. Bu uygulamalarda, valf adaları, metal takozlar yardımıyla oluşturulmaktadır. Buna rağmen, mobil hidrolikte araçlardaki yer darlığı sebebiyle valfler doğrudan birbirlerine bağlanarak daha küçük hacimli konstrüksiyonlar oluşturulmaktadır. Valflerin seçiminde minimum seçim kriterleri olarak çalışma basıncı ve devre debisi esas alınır. Buna göre akış dirençlerini minimize edecek şekilde kataloglardan seçim yapılır. Çalışma basınçları valf gövdesinin dayanımına bağlı olarak belirlenir. Pnömatik sistemlerde basınçlar düşük olduğu için valf gövdelerinin yapımında alüminyum alaşımları gibi hafif malzemeler kullanılmakta iken, yüksek basınçlı hidrolik uygulamalarda çelik valf gövdeleri tercih edilmektedir. Ayrıca ikaz tarzları, yağ viskozite değerleri, ortam şartları da valf seçiminde önemli kriterlerdendir. Kapama elemanlarının yapısına göre valfler aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar; - Sürgülü valfler; Valf içinde bulunan bir sürgünün kanal eksenine dik ileri geri hareketleri ile valfin kanalları kapatılır veya açılır. Bu tip valflerde iç kaçaklar fazladır, cevap zamanları uzundur, çalışma debileri düşüktür. - Popet valfler; Valfin kapama elemanı (popet) kanal ekseni yönündeki hareketle bir kanalın üzerini kapatıp açar. Bu tip valflerin kontrolü daha zordur. İkaz şekillerine göre valfler aşağıdaki isimlerle anılırlar; - Aç-kapa (on-off) ikazlı valfler: Bu valfler genelde selenoid valf yapılarıdır. Küçük kütleli ve/veya alçak hızlı sistemlerde uygundur. Hidrolik akışkanın bir yönde akmasını engelleyen, diğer yönde akmasını sağlayan valflerdir. Şekil 2.58. Açma kapama valfi 29

Şekil 2.59. Çek valf şeması Şekil 2.60. Çek valflerin prensibi - Manuel ikazlı valfler: Oransal ve servovalflere ekonomik alternatif olarak kullanılmaktadır. - Oransal ikazlı valfler: Oransal ve servovalfler bu gurupta değerlendirilir. Bu valfler yardımıyla açık veya kapalı çevrim kontrollü hidrolik sistemler yapmak mümkündür. Yüksek hızlarda çalışan büyük kütleli sistemlerde kullanılmaktadır. Fonksiyonel özelliklerine göre valfler aşağıdaki gibi sınıflandırılırlar; - Yön denetim valfleri: Akışkanın devrede akış hareketinin başlatılması durdurulması veya yönünün değiştirilmesi için kullanılır. Hidrolik sistemde akışkanın önünü açıp kapayarak istenilen yöne gitmesini sağlayan valflerdir. Valflerin kumandası elektriksel, mekanik, basınçla ve insan gücüyle kullanılabilir. Yönlendirme valfleri, konumlarının sayısına göre aşağıdaki gibi ifade edilir: 2/2 yönlendirme valfi: 2 yollu 2 konumlu 30

İki yollu ve iki konumlu valflerde iki boru bağlantısı vardır. Birisi pompadan gelen akışkanın bağlandığı yer (P) diğeri valfin çıkış ağzı (A) dır. Bu valfler genellikle akışkanın önünü açmak veya kapatmak için kullanılırlar. Şekil 2.61. Normalde kapalı 2/2 yön kontrol valfi 3/2 yönlendirme valfi: 3 yollu 2 konumlu Üç yollu ve iki komutlu valfler normalde açık veya kapalı olarak yapılabilir. Bunlar genellikle tek etkili silindirlerin çalıştırılmasında kullanılır. Ayrıca hidrolik motorların tek yönde dönmelerini sağlamak için kullanılabilir. Şekil 2.62. Normalde 3/2 yönlü kontrol valfi 4/2 yönlendirme valfi: 4 yollu 2 konumlu Şekil 2.63. Yön kontrol valfi Dört yollu iki komutlu valflerdir. Genellikle çift etkili silindirlerde doğrusal hareket elde etmek için kullanılır. Şekil 2.64. Normalde 4/2 yönlü kontrol valfi 31

4/3 yönlendirme valfi: 4 yollu 3 konumlu Çift etkili silindirlerin çalıştırılmasında kullanılır. Şekil 2.65. Normalde 4/3 yönlü kontrol valfi Şekil 3.66. Yön kontrol valflerinin kumanda şekilleri - Basınç denetim valfleri: Hidrolik sistemin tamamına veya bir bölümündeki basıncı denetlemek amacıyla kullanılır. Hidrolik sistemin elemanlarının basıncını kontrol ederek ayarlamak için kullanılan valflerdir. Şekil 2.67. Basınç kontrol valfi şeması Şekil 2.68. Basınç kontrol valfleri Kullanıldığı Yerlere Göre Basınç Kontrol Valfi Çeşitleri Emniyet valfleri: Hidrolik sistemi ani basınç yükselmelerine karşı koruyan devre elemanıdır. Normalde kapalı olan valf, basınç yükselmesi durumunda açılarak fazla akışkanı depoya göndererek basıncı normal seviyesine düşürür. 32

Şekil 2.69. Selenoid kumandalı basınç emniyet valfi Şekil 2.70. Basınç sınırlama valfi prensibi ve sembolü Basınç Düşürme Valfi: Hidrolik sistemde farklı basınçla çalıştırılması istenen birden fazla silindir ve motorların kullanılması durumunda basınç düşürme valfi düşük basınçla çalışacak devre elemanının girişine bağlanır. Normalde açık konumdadır, basınç yükselince kapanır. Basınçtaki düşme oranı, üstteki vida ile ayarlanır. Şekil 2.71. Basınç düşürme valfleri Şekil 2.72. Basınç düşürme valfi prensibi ve sembolü 33

Basınç Sıralama Valfi: Hidrolik sistemde birden fazla silindir veya hidrolik eleman devreye girecek ve farklı basınçta çalışacak ise normalde kapalı konumda olan valf istenen basınç değerine ulaşınca açılır. Hidrolik akışkan diğer alıcılara ulaşır. Şekil 2.73. Basınç sınırlama valfi prensibi ve sembolü - Akış denetim valfleri: Hidrolik sistemin tamamına veya bir bölümüne pompanın bastığı akışkan hızını ve dolayısıyla debisini ayarlamak amacıyla kullanılmaktadırlar. Hidrolik sistemde kullanılan silindirin hızını, motorun devir sayısını ayarlamak için kullanılan valflerdir. Hidrolik sisteme giden akışkanın miktarını azaltarak veya artırarak hızlarını kontrol eden valflere akış kontrol valfi denir. Şekil 2.74. Akış kontrol valfi şeması Şekil 2.75. Akış kontrol valfi 34

Şekil 2.76. Akış kontrol valfi prensibi Şekil 2.77. Valf Hidrolik valflerle aşağıdaki harfler ve konumlar kullanılır: P: Pompadan gelen akışkanın bağlandığı yer R, S, T: Depoya dönüş hattının bağlandığı yer A, B, C: Silindir veya motora giden boruların bağlandığı yer L: Sızıntı hattının bağlandığı yer. X, Y, Z: Akışkanın uyarı sinyali olarak kullanıldığı pilot hattı. Normalde açık: Valfe dışarıdan bir etki olmadan akışkanın önü P açık ve akışkan valften geçerek bir elemana gidiyorsa bu tip valflere normalde açık valf denir. Normalde kapalı: Valfe dışarıdan bir etki olmadan akışkanın önü P kapalı ve akışkan valften geçemiyorsa bu tip valflere normalde kapalı valf denir. Şekil 2.78. Açık ve kapalı valflerin gösterimi 35

2.7.6. Hidrolik Akümülatörler Gerektiğinde kullanılmak üzere basınçlı akışkanı depo eden ihtiyaç anında devreye giren hidrolik devre elemanına hidrolik akümülatör denir. Hidrolik akümülatörlerin görevleri: Şekil 2.79. Hidrolik akümülatör (yaylı) 1- Hidrolik akıcıların çalışma basıncını düzenli bir seviyede tutmak. 2- Pompanın arızalanması durumunda anında devreye girerek sistemi belli bir süre beslemek 3- Hidrolik devredeki kaçaklar nedeniyle meydana gelen basınç dönmesini ve akışkan eksilmesini engellemek 4- Ani yükselen akışkanın sıvısını soğutmak. Çeşitleri: 1- Pistonlu akümülatörler 2- Diyaframlı akümülatörler 3- Balonlu akümülatörler 4- Yaylı akümülatörler 2.7.7. Filtreler ve Filtreleme Teknikleri Hidrolik elemanları aşınmadan korumak için akışkanın temizliğini sağlamak amacıyla kullanılır. Kirlilik boru, hortum gibi elemanları değiştirirken; yeni hidrolik akışkan konulmasından veya sızdırmazlık elemanlarının bozulması nedeniyle oluşabilir. Hidrolik elemanlarda izin verilen kirlilik değerini üretici firmalar katologlarında belirtir. Mikron cinsindendir (1 mikron = 0.001 mm dir). Kirlilik değeri, kirlilik göstergesi kullanılarak ölçülmelidir. Buradan alınan değerlere göre filtre temizlenmeli ve kullanım ömrü dolanlar değiştirilmelidir. Şekil 2.80. Hidrolik filtre 36

Filtre Çeşitleri: Emiş hattı filtreleri: Emiş hattında pompayı korumak amacıyla kullanılır. Depodan hidrolik sisteme vermek amacıyla çekilen akışkanı temizler, sisteme temiz akışkan gönderir. Depo içine yerleştirildikleri için bakımları zordur. Tıkandıklarında pompanın emişi güçleşir. Bu da basıncın düşmesine neden olur. Bu durumu engellemek için ilaveten pompadan önce iri gözenekli pompa kullanılmalıdır. Dönüş hattı filtreleri: Hidrolik sistemden görevini bitirip depoya dönen akışkanı filtre eder. Ekonomik ve bakımı kolaydır. Dezavantajı ise akışkanın temizliği kir elemanları dolaştıktan sonra yapılmasıdır. Basınç hattı filtresi: Hidrolik pompanın çıkışına devre elemanlarının zarar görmesini engellemek için kullanılır. Kirlenmeye karşı daha hassastır. Dezavantajları ise yüksek basınçla karşı karşıya kaldıkları için basınca dayanıklı gövde gerektirmesidir. Bundan dolayı yapımı zor ve pahalıdır. Filtre seçiminde dikkat edilecek hususlar: Şekil 2.81. Hidrolik pompa filtre devresi 1. Filtreleme hassasiyeti 2. Filtre edilecek akışkanın debisi (litre/dakika) 3. Filtrenin meydana getirebileceği basınç düşümü (bar) 4. Çalışma basıncı 5. Çalışma basıncı 6. Ekonomik oluşu 7. Filtrenin temizlenebilirliği 8. Filtre elemanının çeşidi 2.7.8. Hidrolik Boru-Hortum Donanımları Hidrolik sistemlerde akışkanı tanktan alıcılara taşıyan ve alıcıdan tekrar tanka taşıyan elemanlardır. Hortumlar, hareketli hidrolik makinelerde hatların birbirine bağlanmasında kullanılır. Esneme kabiliyetleri yüksektir. Borular; dikişsiz, yüksek basınca dayanıklı çelikten imal edilir. 37

Boru hattı için DIN 2391 e göre dikişsiz hassas borular kullanılır. Boruların et kalınlığı, hattaki maksimum basınç ve ani basınç artmaları için düşünülen bir emniyet faktörü dikkate alınarak belirlenir. Şekil 2.82. Hidrolik boru Şekil 2.83. Hidrolik hortum Borulardan oluşan hatlarda; dirsekler ve açılı bağlantı yerlerinde kayıpların fazla olmaması, diğer taraftan boyutlandırmanın makul sınırlar içerisinde kalması için aşağıda verilen akış hızlarının aşılmaması gerekir. Basınç hattı: İşletme basıncı 50 bara kadar :4,0 m/s İşletme basıncı 100 bara kadar :4,5 m/s İşletme basıncı 150 bara kadar :5,0 m/s İşletme basıncı 200 bara kadar :5,5 m/s İşletme basıncı 300 bara kadar :6,0 m/s Emme hattı :1,5 m/s Dönüş hattı :2,0 m/s Hortumlar, hareketli hidrolik devre elemanların birbirine bağlanmasında kullanılır. Hortumların yüksek esneme kabiliyetleri olduğu için sistem basıncının sık sık değiştiği, sıcaklık farkının yüksek olduğu durumlarda kullanılması uygundur. Hortumlar, sentetik kauçuktan yapılır. 38

Şekil 2.84. Hidrolik hortumun yapısı Boru Çapının Hesaplanması Hidrolik devrede kullanılacak boruların çaplarını hesaplarken; çalışma basıncı, akış hızı ve pompanın debisi dikkate alınır. Bu değerler biliniyorsa boruların iç çapı aşağıdaki formülle bulunur: Q = V A (Süreklilik eşitliği) A = Q V A = π D 4 π D 4 = Q V D = 4 Q π V D = 4 Q π V D = 1.13 Q V Q = Akışkan debisi [m /s] A = Boru kesit alanı [m 2 ] V = Akış hızı [m/s] d = Boru iç çapı [m] 39

Örnek Problem: Pompa debisi 3 l/s olan bir hidrolik sistemde akışkan hızı ortalama akış hızı 2 m\s dir. Bu hidrolik sistemde kullanılacak boruların iç çapını hesaplayınız 1 m = 1000 l Q = 3 [l/s]x V = 2 [m/s] 1 m 1000 l = 0.003 [m /s] D = 1.13 Q V D = 1.13 0.003 m /s 2 m/s D = 0.043765 m 1 m = 1000 mm D = 0.043765 m x D = 43.8 mm 1000 mm 1 m 40

Boru seçimini etkileyen faktörler 1- Çalışma basıncı 2- Debi 3- Akış hızı 4- Titreşim 5- Maliyet 6- Akışkan uyumu 7- Akışkan uyumu 8- Uygulama sistemi 9- Maliyeti 10- Montaj kolaylığı Boru Bağlantılarında Dikkat Edilecek Noktalar a) Boruların iç yüzeyleri pürüzsüz olmalıdır. b) Boru bağlantılarında sızdırmazlık sağlanmalıdır. c) Mümkün olduğunca tek parça boru kullanılmalıdır. d) Kullanılacak borular, çalışma basıncını karşılayabilmelidir. e) Boruların et kalınlığı ve iç çapları, istenen debi ve basıncı sağlayabilmelidir. f) Borularda titreşimi önlemek için belirli aralıklarla kelepçeler yardımıyla sabitlenmelidir. g) Borulara uygun kavis verilerek bükülmeli ve keskin köşelerden kaçınılmalıdır. h) Emiş boru hattı kısa olmalıdır. i) Borularda ısıl genleşme dikkate alınmalıdır. j) Emiş ve dönüş hattı boruları, minimum seviyenin altında olmalıdır. k) Farklı çapta boru kullanılmamalıdır. 2.7.9. Bağlama Parçaları Hidrolik sistemlerde akışkanı tanktan alıcılara taşıyan ve alıcıdan tekrar tanka taşıyan elemanlar ve bunları birleştiren elemanlardır. Bunlar; boru, hortum, flanş, kavrama, manşon vb. elemanlardır. Bağlantı elemanları gerekli basınç, debi ve akış hızını sağlayacak şekilde tespit edilmeli; çalışma basıncına dayanacak yapıda olmalıdır. Hortum Bağlantı Elemanları 1- Vidalı armatür: Hortum için gerekli olan tutma kuvveti, kısımları eksenel doğrultuda birbirleri ile vidalamak suretiyle gerçekleştirilir. 2- Pres armatürü: Hortum için gerekli olan tutma kuvveti, armatürün bir parçasının preslenip şekil değiştirmesiyle gerçekleşir. 3- Telli kelepçe: Hortum için gerekli olan tutma kuvveti, dıştan geçirilen bilezik şeklindeki bir halkanın sıkıştırılması ile gerçekleşir. 4- Bantlı kelepçe: Hortum için gerekli olan tutma kuvveti, kıskacın sıkılması ile gerçekleşir. Yüksek basınçlar için uygun değildir. 5- Geçmeli armatür: Üzerinde vidaya benzer dişler bulunan boru şeklindeki bir elemanın hortuma geçirilmesi ile hortumda oluşan şekil değiştirme kuvvetleri tutucu kuvveti oluşturur. Yüksek basınçlar için uygun değildir. 41

Boru Bağlantı Elemanları 1. Sızdırma ve kayıpların önlenmesi Şekil 2.85. Boru bağlantı elemanları Hidrolik elemanlarda yağ kaçakları sebebiyle oluşan yağ kayıplarını önlemek için sızdırmazlık elemanları kullanılır. Sistemdeki akışkanın azalması, basınç kayıplarına neden olur. Bu da verimi düşürür. Genel olarak hareketsiz kısımlar arasına statik sızdırmazlık elemanları ve hareketli kısımlar arasına dinamik sızdırmazlık elemanları yerleştirilir. A- Statik sızdırmazlık elemanları 1- Contalar: Flanş ve kapaklarda kullanılır. 2- O-Halkası: Silindir gövdesinde kullanılır. B- Dinamik sızdırmazlık elemanları 1- Toz keçeleri: Piston koluna dış ortamdan yapışan tozları temizler. 2- Piston kolu keçeleri: Silindir içindeki basınçlı akının piston kolu tarafından dışarı sızmasını engeller. 3- Piston keçeleri: Silindirin her iki tarafında basınç farkı yaratan piston keçesi, verimli hareketin oluşumuna yardımcı olur. Şekil 2.86. Hidrolik sızdırmazlık elemanları 42

2.7.10. Hidrolik Devre Elemanlarının Sembol Bilgisi, ISO 1219 Normuna Göre Devre Elemanlarının Sembollerinin Tanıtımı Şekil 2.87. Hidrolik devre elemanları sembolleri Tablo 2.1. Hidrolik ve pnömatik genel devre sembolleri Hidrolik ve pnömatik için genel devre sembolleri Hidrolik basınç kaynağı Basınç, iş, dönüş hattı Kontrol hattı Boşaltma hattı, kaçak hattı Hat bağlantısı Kesişen hatlar Tank Filtre Soğutucu Isıtıcı Elektrik motoru Isı kuvvet makinesi Tablo 2.2. Hidrolik ölçü aletleri sembolleri Ölçü aletleri sembolleri Basınç göstergesi Termometre Debimetre Seviye göstergesi 43

Tablo 2.3. Hidrolik pompa sembolleri Hidrolik pompa sembolleri Tek akış yönlü, sabit debili hidrolik pompa Tek akış yönlü, ayarlanabilir debili hidrolik pompa Çift akış yönlü, sabit debili hidrolik pompa Çift akış yönlü, ayarlanabilir debili hidrolik pompa Tablo 2.4. Hidrolik motorların sembolleri Hidrolik motorların sembolleri Hidrolik motorlar tek yönde döner (sabit). Hidrolik motorlar tek yönde döner (ayarlanabilir). Hidrolik motorlar çift yönde döner (sabit). Hidrolik motorlar çift yönde döner (ayarlanabilir). Tablo 2.5. Tek etkili silindir sembolleri Tek etkili silindir sembolleri Tek etkili silindir dış kuvvet geri getirmeli Tek etkili silindir yay geri getirmeli Tek etkili silindir teleskobik silindir Tablo 2.6. Çift etkili silindir sembolleri Çift etkili silindir sembolleri Tek piston kollu Çift piston kollu Diferansiyel silindir Teleskopik Çift taraflı ayarlanabilir son konum yastıklamalı 44