ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK Y.Doç.Dr. İsmail GERDEMELİ Makina Fakültesi Oda : 224, Tel: 0212-293 13 00/2450, e-mail: gerdeme@itu.edu.tr
ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK Ders İçeriği : Transport makinalarındaki çelik konstrüksiyonların kullanım amacına göre sınıflandırılması ve elemanlarının yapıları. Çelik konstrüksiyonların imalinde kullanılan malzemelerin seçimi ve etkiyen kuvvetler. Çelik konstrüksiyomların işletme koşulları ve performansları. Çelik konstrüksiyomlarda dengeleme problemleri ve devrilme koşulları. Peryodik kontrol ve bakım esasları.
ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK Ders Kitabı : J. Kogan, Crane Design Theory and Calculations of Reliability, New York, USA Kaynaklar : Kulwiec, R. John Willey & Sons, 1995. Materials Handling Handbook, New York, USA Robinson, R., 1986. Handbook of Materials Handling, Ellis Horwood Ltd. USA. Demirsoy, M., 1996. Transport Tekniği Cilt 2,3, Birsen Yayınevi. Pfeifer, H., 1989. Grundlagen Der Fordertechnik, Vieweg and Sons Dosdoğru, G., 1982. Köprülü Kren Hesabı ve Diğer Hesaplar, Arpaz Matbacılık. Friderich, H., 1990. Fachbuch Fur Hebezegführer, Verlag Technik. DIN-Taschenbuch 44, Beth Verlag, 1995. DIN-Taschenbuch 185, Beth Verlag, 1995.
ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK Dersin Amacı : 1.Sanayide imalat akışını ekonomik ve güvenli bir şekilde sağlayan, açık ve kapalı alanlarda tesis edilen çelik konstrüksiyonların seçimi. Çelik konstrüksiyonların hesap yöntemlerinin ele alınması ve değişik transport sistemlerinin konstrüksiyonlarının FEM ve DIN normlarına uygun dizaynının yapılması. 3.Endüstriyel tesislerinde kullanılan çelik konstrüksiyonların tasarım esaslarının verilmesidir.
ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK Dersin Kazandıracağı Bilgi ve Beceriler: Ders sonunda öğrenciler şu özellikleri kazanacaktır. 1.Sanayide taşınacak çelik konstrüksiyonların belirleme becerisi, 2.Çelik konstrüksiyonların tasarım becerisi, 3.Endüstri tesislerinde kullanılan çelik konstrüksiyonların projelendirme ve maliyet analizi becerisi.
ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK Başarı Değerlendirme: Ara Sınav % 30 Ödev % 30 Final Sınavı % 40
ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK KONULAR: 1-Yük tutma elemanları 2-Transport sistemlerinde kullanılan çelik konstrüksiyonların temel tasarım kabulleri 3-Çelik konstrüksiyonlarda kullanıllan malzemelerin seçimi 4-Çelik konstrüksiyonlara etkiyen kuvvetler 5-Çelik konstrüksiyonlarda işletme şartları ve performansları 6-Çelik konstrüksiyonların dinamiği
ÇELİK KONSTRÜKSİYONLARDA GÜVENİRLİLİK 7-Çelik konstrüksiyonlarda rüzgar yükleri 8-Çelik konstrüksiyonlarda denge problemleri ve devrilme koşulları 9-Optimum güvenirlilik şartlarının belirlenmesi 10-Çelik konstrüksiyonlarda maliyet hesapları 11-Çelik konstrüksiyonlarda pratik konstrüksiyon esasları 12-FEM ve DIN normları ile Çelik konstrüksiyonların projelendirilmesi 13-Çelik konstrüksiyonlarda peryodik kontrol ve bakım esasları. 14-Çelik konstrüksiyonlarda bilgisayar uygulamaları.
GİRİŞ Taşınacak veya kaldırılacak mal veya yükün cinsi, büyüklüğü ile diğer fiziksel ve mekanik özellikler yük tutma elemanının tipini belirler. Parça veya dökme mal olarak çok değişik mal tipine uygun yük tutma elemanları da çok çeşitlidir.
YÜK TUTMA ELEMANLARININ ÖZELLIKLERI Kullanılan yük tutma elemanlarının bazı özellikleri şunlardır. a) Yükler kısa zamanda kolaylıkla tutulabilmeli ve serbest bırakılabilmelidir. b) Tutma işlemi mümkün olduğunca az personelle yapılabilmelidir.
c) Kopma ve yük kaymalarına karşı yükler emniyetle tutulmalıdır. d) Yük tutma elemanları taşınan mala zarar vermemelidir. e) Yük tutma elemanları kolay kullanılabilir şekilde olmalıdır. f) Yük tutma elemanları, kaldırma makinalarının taşıma kapasitesinden maksimum faydalanmak için hafif yapıda yapılmalıdır.
YÜK TUTMA ELEMANLARININ SINIFLANDIRILMASI Kaldırma makinalarında kullanılan yük tutma elemanları temelde sekiz sınıfta ele alınır. a) Kanca ve kanca blokları b) Hamut ve hamut blokları c) Bağlama halatı ve zincirleri (sapanlar) d) Taşıma kovaları ve kepçeler e) Travers, aks ve mengene f) Kıskaçlar ve kavrayıcılar g) Elektro-magnetler h) Vakumlu taşıyıcılar
Kanca ve Kanca Blokları Yük kancaları, basit yük tutma elemanlarından olup, kancanın şekline göre isimlendirilir. Kancalar, kanca bloklarında şaftlarının tipine uygun olarak, uzun şaftlı ve kısa şaftlı kancalar olarak yer alır. Kaldırma makinalarından kullanılan kancalar; - basit kancalar, - çift ağızlı kancalar, - lamelli kancalar
- Basit Kancalar Basit kancalar, yükün kolayca asılmasına imkan veren kancalardır. Halat ucuna bağlanmalarında kendi ekseni etrafında dönme serbestisi tanınmalıdır. Kancalar kalıpta veya serbest olarak dövülerek, DIN 15400 normunda yazılan malzemelerinden imal edilir. Sıcak dövme işleminden sonra gerilme giderme tavlaması yapılmalıdır.
Tablo-1 İşletme grubu ve kaldırılan yüke göre kanca seçimi
Kanca Şekilinde görüldüğü gibi şaft kısmı ile eğrisel kanca kısmından oluşur. Şaft kısmına çoğunlukla yuvarlak veya metrik vida açılır. Basit kanca sıcağa maruz ortamda kullanılacaksa çekme mukavemeti 50... 80 N/mm 2 olan DIN 17155 de belirtilen yüksek mukavemetli çelikten imal edilmelidir. Kanca bloğunda kancalar bir traverse kanca somunu ile asılırlar. Çentik etkisini azaltmak için yuvarlak profilli vida şeklinin kullanılması tavsiye edilir.
Basit kanca Yük Tutma Elemanları
Basit kanca ve konstrüksiyonu standart hale getirilmiştir. Motor ve el ile çalıştırılan kaldırma makinaları için yük kancası DIN 15401 normundan seçilir. Norm kancada 0.063 ila 320 tona kadar normal yükler için verilmiştir. Bunlardan başka DIN 7540, DIN 7541 normundan ve TS 2340/4 normunda, yük zincirleri için gözlü kancalar kullanılır.
Gözlü kanca, hafif yük kancalarından olup, zincire bağlanmak üzere kullanılır. Kargo taşımasında kullanılan kancalar DIN 82017 de ve TS 2340/7 de verilmiştir. Özel kanca olarak da bu anılan kancalar, hafif yük liman ve gemi vinç ve krenlerinde kullanılan kancalardır. Kancada bulunan engel ile kanca burnunun gemi ambarına takılması önlenir.
Emniyetli kancalarda, yükün kanca ağzından sıçramasın bir engel yardımıyla önlenir. Yük takılırken mandal geriye çekilir. Bırakıldığında yay ile kanca ağzına doğru itilerek kilitlenir. Böylece sapanların rüzgarlı havada sallanması veya dengesiz yüklemeyle kancadan kurtulması önlenir.
Basit Kancaların Hesap Esasları Basit kancaların hesabını üç kısımda incelemek gerekir. İlk olarak kanca şaft kısmında bulunan vidalı kısım, daha sonra kancanın eğri kısmında bulunan iki tehlikeli kesitin mukavemet kontrol hesapları yapılır.
Kanca Şaftının Kontrolü Kanca şaftı yüklemeye uygun olarak çekmeye zorlanır. Şaftın en tehlikeli kesiti ise diş dibi kesitidir. Burası çekme gerilmesine göre kontrol edilmelidir. Ayrıca vidalı kısımda vida yüzey basıncı hesaplanıp, vida uzunluğu tespit edilir.
Çekme gerilmesi, em = 30 ila 60 N/mm 2 alınır. Q 2 d o 4 em Kanca şaftının vida yüzey basıncı, p em = 10 ila 20 N/mm 2 alınır. p z Q d d 4 4 2 2 o p em Yukarıdaki ifadede z vida diş sayısıdır ve z=fz/h ile hesaplanır.
Kancanın Eğri Kısmının Hesabı Kancanın eğri kısmı bileşik mukavemete göre kontrol edilir. Yaklaşık hesapta kanca ekseninden küçük yüklü bir çubuk gibi ele alınır ve kesitte gerilme dağılımı lineer kabul edilir. Kritik iki kesit ayrı ayrı ele alınarak kontrol hesapları yapılır.
Yükün kancaya sapanla asıldığı düşünülerek, kuvvet durumu göz önüne alınmalıdır. Q yükünü taşımak için kullanılan sapanın her kolunun kuvvet durumu ele alındığında kancaya etkiyen kuvvetler, 2 halat sarım açısı olmak üzere ve dır. Q 2 cos Q 2 tan
Sonuçta eğilmeli çekme ve basma gerilmeleri oluşur. Şekilde görülen kancanın kesitleri kenarları yuvarlatılmış trapez şeklindedir. Ancak hesapların kolay yapılabilmesi için kesitler trapez olarak kabul edilir.
Kancanın şaft kısmı ve kritik kesitler
I-II Kesitinin Kontrolü Q yükü etkisi altında eğilmeye zorlanan kesitteki toplam gerilme, Q Me em F W ile ifade edilir. Burada (+) işareti çekme, (-) işareti basma gerilmesi için kullanılır. Kesit alanı : [mm 2 ] F h b b 2 1 2
Kesit ağırlık merkezinin uzaklıkları : [mm] e 1 h b 2 b 3 b b Yük Tutma Elemanları 1 2 1 2 veya e 2 = h - e 1 e 2 h 2 b b 3 b b 1 2 1 2 Kesit atalet momenti : [mm 4 ] J 3 2 h b1 4 b b b 36 b b 2 1 2 2 1 2
Kesit mukavemet momenti : ve [mm 3 ] W J J 1 W2 e1 e2 Kesitte hasıl olan eğilme momenti : [Mm] M Q a e e 2 Kesitteki toplam gerilmeler: 1 [N/mm 2 ] Q M e 1 F W1 [N/mm 2 ] em = 60 ila 80 N/mm 2 alınır. Q M e 2 F W2
III-IV Kesitinin Kontrolü Yükler kancaya 2 = 90 120 arasında bir sapan açısıyla asıldığında III-IV kesitinde sapan kollarındaki Q 2 cos sadece kuvveti kesiti kesmeye zorlayacağından ihmal edilir ve dik bileşeni ile bileşik mukavemete tesir eder. Q 2 tan Q Me tan 2 F W em
F h b b 1 2 Kesit alanı : [mm 2 2 ] Yük Tutma Elemanları Kesit ağırlık merkezinin uzaklıkları : h b1 2 b [mm] 2 e1 3 b b veya 1 2 [mm] e h - e 2 1 e 2 h 2 b1 b2 3 b b 1 2
Kesit atalet momenti : [mm 4 ] 3 2 h b1 4 b1 b2 b2 J 36 b b 1 2 2 Kesit mukavemet momenti :, [mm 3 ] Kesitte hasıl olan eğilme momenti: W 3 J e 1 W 4 J e 2 [Mm] M Q a e tan e1 2 2
Kesitteki toplam gerilmeler: ( = 45) Yük Tutma Elemanları Q [N/mm M 2 e ] 3 tan 2 F W 3 [N/mm 2 ] Q Me 4 tan 2 F em = 60 ila 80 N/mm 2 W4 alınır. RFN tipi ve M malzeme sınıfı 20 numaralı basit kancanın gösterimi : Basit Kanca DIN 15401 - RFN - 20 -M
Çift Ağızlı Kancalar Büyük yük değerleri için çift ağızlı kancalar tercih edilir. Bu tip kancalarda zorlanmalar yük askısının simetrik olmasından dolayı, basit kancalardan daha uygundur. Çift ağızlı kancalar ile 0.5 ila 500 ton arasındaki yükleri kaldırılır.
DIN 15402 normunda verilen çift ağızlı kanca Şekilde gösterilmiştir. Kanca şaft kısmı ile eğrisel kanca kısmından oluşur. Şaft kısmına çoğunlukla yuvarlak veya metrik vida açılır.
Çift ağızlı kanca
Çift Ağızlı Kancanın Hesap Esasları Çift ağızlı kanca hesabı, basit kancanın hesabında yer alan kabuller ile yapılır. Benzer şekilde vidalı kısmın hesabı ve tehlikeli kesitlerin mukavemet hesapları yapılır. Buradaki hesaplarda kanca eğriliği ihmal edilerek, yaklaşık hesap yöntemi uygulanır.
Kanca şaftının kontrolü Basit kancanın hesap esasları çift ağızlı kanca için de geçerlidir. Buna göre, kanca şaftının çekme gerilmesine ve vida yüzey basıncına göre kontrolü yapılır.
Kancanın Eğri Kısmının Hesabı Kancanın eğri kısmı bileşik mukavemete göre kontrol edilir. Yaklaşık hesap yönteminde kritik iki kesit ayrı ayrı ele alınarak, kontroller yapılır. Yükün kancaya sapanla asıldığı düşünülerek Şekil-4 de verilen kuvvet durumu göz önüne alınır.
Çift ağızlı kancada kuvvet durumu
I-II Kesiti Q yükü etkisi altında eğilmeye zorlanan kesitteki toplam gerilme, Qsin( ) M ile ifade 2edilir. Fcos Burada (+) işareti W çekme, (-) işareti basma gerilmesi için kullanılır. : sapan kollarının düşey eksenle yaptığı açıdır. 90 2 120 e em
: I-II kesitinin düşey eksenle yaptığı açıdır. 30 32 ( d 3 a) / 2 sin a h 2 bu denklem yardımıyla da açısı bulunabilir. F h b b 1 2 Kesit alanı : 2 [mm 2 ]
Kesit ağırlık merkezinin uzaklıkları : h b1 2 b2 e [mm] 1 3 b b 1 2 h 2 b1 veya b2 e e 2 = h - e 1 2 3 b b 1 2 Kesit atalet momenti : 3 2 [mm 4 ] h b1 4 b b b J 36 b b 2 1 2 2 1 2
Kesit mukavemet momenti : ve 1 [mm 3 ] W 1 J W J 2 e e 2 Kesitte hasıl olan eğilme momenti : [Mm] M Q sin( ) a e e 1 2 cos 2
Kesitteki toplam gerilmeler: [N/mm 2 ] [N/mm 2 ] em = 60 ila 80 N/mm 2 alınır. 1 1 2 Q F M W e sin( ) cos 2 2 2 Q F M W e sin( ) cos
III-IV Kesitinin Kontrolü Yatay bileşen olur. Q 2 tan Bu durumda bileşik mukavemet, Q Me tan 2 F W Kesit alanı : [mm 2 ] F h b b 1 2 2 kesitte eğilme gerilmesine sebep em
Kesit ağırlık merkezinin uzaklıkları : e h b1 2 b2 3 b b ve 1 1 2 e 2 h 2 b1 b2 3 b b 1 2 veya [mm] e h - e 2 1 Kesit atalet momenti : [mm 4 ] 3 2 h b1 4 b1 b2 b2 J 36 b b 1 2 2
Kesit mukavemet momenti :, W J 3 e[mm 3 ] Kesitte hasıl olan eğilme momenti: 1 W 4 J e 2 M Q a e tan e1 2 2 [Mm] Kesitteki toplam gerilmeler: ( = 45)
Q Me 3 tan 2 F W[N/mm 2 ] 3 Q Me 4 tan 2 F W[N/mm 4 2 ] em = 60 ila 80 N/mm 2 alınır. RF tipi ve M malzeme sınıfı 20 numaralı çift ağızlı kancanın gösterimi : Çift Ağızlı Kanca DIN 15402 - RF - 20 -M
Kanca Blokları Kanca, bir kanca takımı veya bloğu yardımıyla bir palanga takımına bağlanır. Palangadaki taşıyıcı halat kolu sayısı ile blokta bulunan makara sayısı bulunur. Eğer kanca doğrudan halata bağlanacaksa, halatın gevşemesini önlemek ve boşalan kancanın yukarı çekilmesini sağlamak için daima ilave bir ağırlık bağlanır.
Bu ağırlıklar çalıştırıldıkları yerlerde ambar kapaklarına ve benzeri yerlere takılmaması için oval şekilde yapılırlar. Ayrıca ağırlık ile kanca arasında yeterince uzun bir zincir, kancaya hareket serbestisi kazandırmak için takılır. Kanca blokları günümüzde kullanılan kanca şaftına bağlı olarak üç gruba ayrılır; - uzun şaftlı kanca bloğu - kısa şaftlı kanca bloğu - modern kanca bloğu
Uzun şaftlı kanca bloğunda ise, makaralar kanca traversinde kancanın her iki yanındadır. Bu kanca bloğunda sadece bir tek taşıyıcı travers vardır. Bu nedenle kısa şaftlı bloktan daha geniştir, ancak blok yüksekliği daha azdır. Kanca tambura daha iyi yaklaştığından kaldırma yüksekliğinden daha iyi faydalanılır. Kanca burnunun makara kutusuna değmemesi için şaft kısmı uzatılmıştır.
Uzun şaftlı kanca bloğunda, traversin yan kısımlarında makaralar yataklanmış; orta kısmında da uzun şaftlı kanca asılmıştır. Uzun şaftlı kanca bloğunda bulunan elemanlar; - uzun şaftlı kanca (basit veya çift ağızlı kanca) DIN 15401, DIN 15402 - makaralar ve burçlar DIN 15062 - travers DIN 15412 - bilyalı eksenel yatak - kanca somunu DIN 15413 - koruma kutusu - aks tutucusu DIN 15069
Yük kanca No.10 için C tipi traversin gösterimi : Travers DIN 15412 - C - 10 - P Rd 50 x 6 yuvarlak vidalı Yük kanca somunu gösterimi : Yük Kanca Somunu Rd 50 x 6 DIN 15413
Delik açıklığı f = 75 mm ve genişliği g = 25 mm olan emniyet parçası gösterimi : Emniyet Parçası DIN 15414-75 x 25 Aks çapı 140 mm için ara halkanın gösterimi : Ara Halka DIN 15069-140 KU Genişliği 1 = 40 mm ve kalınlığı b = 10 mm olan aks tutucusunun gösterimi : Aks Tutucusu 40 x 10 DIN 15058
Kısa şaftlı kanca bloğunda makaralar, pernonun üzerine yan yana yataklanmıştır. Bu nedenle dar bir konstrüksiyon elde edilir. Altta ise kısa şaftlı kancayı taşıyan bir travers bulunur, bu da bloğun yüksekliğini arttırır.
Modern kanca bloğunun konstrüksiyonunda her iki konstrüksiyon birleştirilmiş ve norm hale getirilmiştir. İki makaralı kanca bloğu DIN 15408, dört makaralı kanca bloğu DIN 15409 da verilmiştir. Kanca bloğu, uzun şaftlı kanca bloğunun yüksekliğinde ve genişliğinde olup, kısa şaftlı kanca takılmıştır. Böylece blok tipleri azaltılmış ve seri fabrikasyonla ekonomi sağlanmıştır. Şekilde modern kanca blokları gösterilmiştir.
Bu kanca bloğunda, makaralar ile kanca ayrı ayrı yataklanır. Bloğun üst kısmında sadece makaraların üzerinde döndüğü makara pernosu ve alt kısmında da kanca traversi vardır. Kısa şaftlı kanca bloğunun elemanları uzun şaftlı kanca ile aynı olmakla birlikte ilave makara pernosu bulunur.
İki Makarlı Kanca Bloğu
Kanca Boyutları
Dört Makaralı Kanca Bloğu
Kanca Boyutları
Şekilde üç tip kanca bloğu şematik olarak bir arada gösterilmiştir. Burada kanca bloklarının genişlik ve yükseklikleri mukayese edilmiştir. H H H 1 2 3 B B B 1 2 3
Her üç kanca bloğunda da boş kancanın ağırlık merkezi kanca bloğu orta ekseninden dışarıda olabileceğinden kanca traversi hafif eğik durmaktadır. Bu nedenle kancanın serbest dönmesi zorlaşır. Bu durumu gidermek için kanca eksenel bilyalı yatak ile traverse yataklanır.
D. Kancanın Somuna Bağlanması Kanca şaftının vidalı kısmına takılan somun genellikle yuvarlak yapılmakta, özel anahtar ile somun sıkıştırılmaktadır. Somunların bazıları rulmanlı yatağı korumak için alt kısmı etekli olmaktadır. Kanca somunları DIN 15413 normunda verilmiştir. Rulmanlı yatağı korumak için travers üzerine silindirik bir saç parçası kaynak edilebilir..
Kanca şaftına somun, eksenel rulmanlı yatak üzerinde dönme hareketleri yaparken çözülmemesi için somun ve şaftın birbirleri ile tespit edilmesi gerekir. Bunun için çeşitli tespit düzenleri vardır. Tespit düzenlerinden birisi, somun ve kanca şaftının tepe kısmı birlikte (montaj halinde) yarılarak, bu yarığa tutucu bir plaka vidalamaktır. Bu iş için kullanılan tutucu saçlar DIN 15414 normundan seçilir. Küçük yükler taşıyan kanca bloklarında tercih edilen diğer bir yöntem ise kanca şaftı ile somunu tek bir cıvata ile birleşme sınırında tespit etmektir
Yük tutma elemanları ve bağları Yük bağları Yükler halat, zincir ve file gibi bağelemanları ile tuturulduktan sonra kancaya takılarak taşınırlar. Yükleri, bağlama elemanı olarak : a) Elyaf halatlı, b) Tel halatlı, c) Zincirli, d) Fileli bağlar gibi sınıflandırabiliriz.
Elyaf halat bağlar Elyaf halat bağları, bükülebilme özelliklerinden dolayı düğümlanmeya elverişlidir, ayrıca sarıldıkları yükleri zedelemezler. Fakat kopma mukavemetleri düşük olduğundan hafif yükler için elverişlidirler. Zamanla eskiyerek çekme mukavetinden kaybederler.
Tel halat bağlar Tel halat bağlarının mukavemetleri yüksek olup zincir bağlardan daha hafiftir. Zincirlere göre, bükülebilme ve bağlama özellikleri de pek iyi değildir ve ısıya daha hassastırlar. Tel halatla yükler sarıldığında, yükün keskin köşeleri ile kendisi zedelenebilir. Buna karşı tedbir olarak, keskin köşelerle tel halat arasına koruyucular yerleştirilmelidir.
Zincir bağlar Bağlama zinciri olarak yuvarlak halkalı zincirler kullanılır. Bu zincirlerin uç kısımları, ya uçsuz olurlar, ya da uç kısımlarına askı halkası, (kanca veya zincir tırnağı) ilave edilir. Zincirler, halatlara göre darbelere karşı daha hassastırlar, fakat sıcaklık değişimlerine karşı daha az hassas olduklarından (dökümhane gibi yerlerde) kullanılmaları tercih edilir.
Zincirli Bağlar
Fileler Sigara ambalajı gibi, havaleli hafif yükler ve kutular, kolaylıkla fileye sarılarak kancaya takılmak suretiyle taşınırlar.
Taşıma traversleri Taşıma traversleri, oldukça ağır ve özellikle boyut bakımından büyük olan yüklerin, - dökümhane kalıpları, - profil demirleri, - uzun miller, - kazanlar gibi yüklerin açı yapmaksızın dik doğrultuda emniyetli bir şekilde kaldırılmalarında yararlanırlar.
Ağır yüklerin iki krenle kaldırılması için travers
Taşıma traversleri ayrıca çok ağır yüklerin iki kren yardımı ile taşınmalarında da kullanılırlar. Krenlerin farklı taşıma güçlerinden doğan uyumsuzluk, travers üzerindeki yük kancasının yeri, (krenlerin taşıma kuvvetlerine ters orantılı olacak şekilde) kaydırılarak denge sağlanmaya çalışılır.
Platform ve tablalar Bunlar sandık, sepet çuval gibi bir takım parça malların veya kremit tuğla vb. gibi kitle malların tabla veya traversler üzerinde bir araya getirilerek taşınmasını sağlarlar. Mal yükleme tablası
Kıskaçlar Kıskaçlar, taşınacak mala takıldıktan sonra yük ağırlığının etkisi ile kendiliklerinden kapanarak kıstırmak suretiyle yükü tutarak taşırlar. Kıskaçlarla, sandık, çuval, ray saç, boluk, taş, ağaç gövdesi gibi çok çeşitli parça mallar için kullanılırlar. Kıskaçlar, taşınacak yükün şekline uydurulmaları gerektiğinden, çok değişik şekilde olabilirler.
Kıstırarak tutma kuvveti Q yükü ağırlığının sebeb olduğu (kıskaç çenelerinde meydana gelen) P baskı kuvvetinin doğurduğu (2 P ) sürtünme kuvveti, Q yükünden büyük olacak şekilde değer almalıdır. Yani 2 P Q olmalı ve bu şartı sağlamak için kıskacın kol oranları uygun seçilmelidir.
Bir Ağaç Kıskacı
Taşıma kapları Taşıma kapları, kum, toprak, minaral, kömür, tahıl ve çimento gibi kitle ve dökme malların taşınmasında kullanılır. Otomatik kumandası bulunmayan taşıma kapları, doldurulduktan sonra el veya bir darbe sonucu bir kilidin açılması suretiyle genellikle dibten boşaltmalı ve devirmeli şeklinde yapılmaktadır.
Krenlerde ender kullanılan devrilebilir taşıma kapları teleferiklerde ve asma raylı taşıyıcılarda çoğunlukla görülür. Taşıma kapları
Yapışmalı taşıyıcılar Yapışmalı taşıma düzenleri, yükün bağlanmasına gerek duymadan yüke yapışarak tutan düzenlerdir. Bunlar : a) Yük kaldırma mıknatısları, b) Vakumlu yük kaldırıcılarıdır.
Yük Kaldırma Mıknatısları Yük kaldırma mıknatısları genellikle düzgün yüzeyli demir parçalarının kaldırılmasında ve taşınmasında kullanılır. Bundan başka hurda, küçük demir parçalarının tutulmasında kullanıldıkları gibi, hurda malzemelerin parçalanmasında kırma krenlerinde kullanılan dökme çelik kürelerin kaldırılmasında ve hurdaların üzerine bırakılmasında, yük kaldırma mıknatısları kullanılması tercih edilmektedir.
Yüklerin bağlanması olayı olmadığından yük kaldırma mıknatısları taşıma verimliliğini artırır. Yük kaldırma mıknatıslarına, taşınacak mala göre uygun bir şekil verilerek, kaldırma kuvvetinin artmasına ve taşıma işleminin kolaylaştırılmasına çalışılır.
Yük Tutma Mıknatısı
Yük kaldırma mıknatısları, dikdörtgen şeklinde veya yuvarlak gövdeli olarak yapılırlar. Dikdörtgen gövdeliler 4 zincirle, yuvarlak gövdeliler de 3 zincir ile asılırlar. Mıknatıs tutucuları 110 ila 600 voltluk doğru akımla çalışırlar. Trifaze akımla çalışan krenlerde, doğru akım elde etmek için transformatör veya kuru tip redresör kullanılır.
Mıknatıs tutucularında, bobinden geçen akım, çevresel bir manyetik alan hasıl eder. Bobinin altına konulan taban plakası antimanyetik olduğundan, manyetik alanın kuvvet çizgileri, (taşınacak manyetik yük üzerinden) kapanabilir ve bu şekilde yük mıknatıs tarafından tutulmuş olur. Manyetik alanın kuvveti, kaldırılacak malın temas yüzeyinin düzgünlüğü ile artar.
Mıknatısların kullanma alanları Yük kaldırma mıknatıslarının kullanma alanları; - maden ve çelik üretim tesisleri, - haddehaneler ve hurda depoları gibi yerlerdir. Elektrik akımı kesildiğinde yükün düşme tehlikesinden dolayı atölyelerde kullanılması tavsiye edilmez.
Vakumlu yük kaldırıcıları Vakumlu yük kaldırma düzenleri, ferromanyetik olmadıkları için mıknatıslarla kaldırılamayan yüklerin taşınmalarını sağlar. Gerekli vakum kompresörlerle elde edilir. Yüksek vakumlu kaldırma düzenleri, hassas yüklerin taşınmasında özellikle faydalı olurlar. Fakat ağır olan yüklerin kaldırılmaları için uygun değildir.
Vakumlu Yük Tutma Elemanı
Kepçeler Kepçelerin taşınacak malzemelere göre çok çeşitli tipleri vardır. En çok kullanılan otomatik kepçelerden söz edeceğiz. Otomatik kepçeleri iki gruba ayırabiliriz: a) Çift tamburlu otomatik kepçeler, b) Kancaya takılan otomatik kepçeler.
Çift tamburlu otomatik kepçeler Çift tamburlu otomatik kepçelerde, kepçenin her iki çenesi, halat veya halat çifti ile hareket ettirilir. Aşağıdak örnekte çift tamburlu bir kepçenin çalışma şekli açıklanmıştır. Şekilde görüldüğü gibi, T 1 tamburundan gelen S 1 halatı, kepçenin alt kısmındaki çene mafsalına; T 2 tamburundan gelen S 2 halatı ise üsteki çene kolları mafsalına bağlıdır.
Çift Tamburlu Kepçe Donanımı
Kepçenin Mal Alma Konumu
Boş kepçenin indirilmesi Boş kepçenin tane mal yığınına daldırılması sırasında, T 1 ve T 2 tamburları kepçeyi aşağıya bırakacak yönde dönerler. Bu durumda S 2 halatı gergin ve S 1 halatı gevşek bırakıldığından kepçenin çeneleri açılır ve(kepçenin ağırlığı ve hızı dolaysıyla)tane mal yığınına dalar
Kepçenin Mal ile Dolu Konumu
Kepçenin Boşalma Konumu
Kepçe çenelerinin (mal ile dolu olarak) kapanması T 1 tamburu üzerine halat sarılırken S 1 halatı gerilerek, mal içerisindeki çenelerinin kapanmasına ve dolaysıyla tane mal ile kepçenin dolması sağlanır.
Dolu kepçenin kaldırılması S 1 halatı tambura sarılmaya devam ederek, kapanmış ve dolmuş kepçe kalkma hareketine geçer. Bu sırada T 2 tamburu üzerine S 2 halatı da sarılma yönünde S 1 S 2 olacak şekilde hareket eder.
Kepçenin açılarak boşaltılması S 1 ( gergin) halatı ile taşınan dolu kepçe boşaltılacağı sırada, T 1 tamburu S 1 halatını boşaltma yönünde gevşeterek kepçe çenelerinin açılmasını sağlıyarak, kepçeden mal dökülür. S 2 halatı da, çeneleri açılmış olan kepçeyi ilk konumuna taşır.
Kancaya takılan otomatik kepçeler Bunlar oldukça karmaşık bir mekanizmaya sahip olup, mekanik etkili veya motorlu olarak çalışırlar. Bu tip kepçeler, tek tamburlu kaldırma düzenine haiz krenlerde de uygulanabilir. Bu durumda kepçe krenin kancasına asılır.
Özel yük tutma elemanları Lamelli kanca Daha öne anlatılan basit ve çift kancadan başka çeşitli kanca tipleri de vardır. Bunlardan biri de lamelli kancadır. Lamelli kancalar, şekilde görüldüğü gibi bir çok sac levha perçinlerle yan yana birleştirilerek yapılmışlardır.
Bu tip kancalar özellikleri dolaysıyla ani kopmalara karşı büyük emniyet arzederler. Bu nedenle lamelli kancalar döküm potalarının asılmasında radyasyon sıcaklığının yüksek olduğu yerlerde kullanılır. Bu kancalarda özel bir ağız özengisi yardımıyla da yükün lamellere eşit dağılması sağlanır.
Lamelli Kanca
Hamut ve Hamut Blokları Ağır yük krenlerinde kanaca yerine hamut kullanılır. Yük hamutları kapalı formda olduklarından, bir tarafı açık olan yük kancalardan daha fazla yüklenebilirler. Fakat yükün hamuda asılması daha zordur, çünkü asma halatlarının hamudun halkasından geçirilmesi gerekir. Hamutlar kapalı ve mafsallı olarak ikiye ayrılırlar.
Kapalı Hamutlar Kapalı yani tek parçadan dövülerek yapılmış olan hamutların mukavemet hesaplarının kontrolü statik belirsizlikten dolayı zordur. Hesapları yaklaşık metodlarla çözülmeye çalışılır.bu nedenle ve imalat kolaylığı dolaysıyla büyük yükler için mafsallı hamutlar kullanılır.
Kapalı Hamutların Hesap Esasları Hamutun taşıyıcı kısmının (traversin) hesabı bileşik zorlanma durumuna göre yapılır. Q Me em F W Burada M e momenti, travers ortasında ve köşe yuvarlatmalarda değişik değerler alır. travers ortasında : M Q l e 6 köşe yuvarlatmada : M e Q l 13
Şaft kısmı ve kollar ise çekme gerilmesine göre kontrol edilir. Q F em Q 2 F cos em
Mafsallı hamutlar Kapalı hamutun statik belirsizliğini gidermek ve imalat kolaylığı nedeniyle büyük yükler için birbirine mafsallı olarak bağlanan üç parçalı hamut kullanılır. Alt kiriş iki destek noktasından oturmuş taşıyıcı travers olarak düşünülür. Şekilde görülen mafsallı hamutta alt kiriş Q yükü etkisi altında bileşik gerilmeye, şaft ve kollar ise sadece çekmeye göre hesaplanır.
Mafsallı Hamutun Hesap Esasları Alt kirişin orta kesitinde A ve B noktalarındaki gerilmeler; A Q F Q e I l l tan tan 2 2 2 1 1 B Q F Q e I l l tan tan 2 2 2 2 1
Şaft kısmı ve kollar ise çekme gerilmesine göre Q F em Q 2 F cos em
Kanca Mmukavemetinin Kesin Hesapla Kontrolü Kancaların eğri kısımlarının dış ve iç liflerindeki gerilme değerleri, eğri eksenli çubuklar teorisine göre hesaplanır. Bu hesaplamada çubuk ekseni bir düzlem içerisinde ve dik kesit alanı da simetrik olan eğri eksenli çubuklar incelenecektir.
Eğri Eksenli Çubuk ve Kesiti Min. Maks. d
Şekilde gösterilen eğrisel elamanı düşünelim. Bu elemanın O eğrilik merkezinden uzaklıkları; dik kesitinin ağırlık merkezi R, dış lifleri c ve iç lif mesafesini de f ile gösterelim. Bu elemanın tarafsız ( O 1 ) eğri eksenin, O merkezine de mesafesi r ile gösterilsin.
Bu elemana M eğilme momenti etki etsin. Çubuk eksenine dik alınan düzlemsel kesitler, M eğilme momentinin uygulanmasından sonra da düzlemsel olarak kalırlar. M momentinin etksi ile şekil deki gibi (nn) doğrusal çizgisi d kadar dönerek yine (mm) doğrusal olarak kalır.
Eğrisel çubuklarda, tarafsız eksen ile ağırlık merkezinden geçen eksen üst üste çakışmaz. Bu bakımdan problemin çözümü, tarafsız eksenin yerinin yani r nin veya şekilde k = S O 1 ile gösterilen uzaklığın hesaplanmasına dönüşür.
Bilindiği gibi gerilmeler Hooke kanununa göre ise de, eğri eksenli çubuklarda bir lifin uzama veya kısalmaları eğrisel olarak değişir ve eğrilik merkezi r masfesine bağlıdır. Bu bakımdan şekle göre tarafsız eksenden y )1 mesafesindeki bir lifin uzamsı sonucu ise : olur. (1) ds CB y l AB ( r y) d y )1, çubuğun eğrilik merkezi yönünde pozitif alınmıştır.
Buna göre gerilme de x de : (2) olur. y x E E ( r y) d Bu denklem, eğri eksenli çubukların bir alan elemanına etkiyen normal gerilmeleri verir. Şekilde de gösterildiği gibi bu denklemin sonucu olarak, eğri eksenli çubuklarda gerilme dağılımı hiperboliktir.
Tarafsız eksenin yeri, dik kesite etkiyen normal kuvvetlerin toplamının sıfır olması şartından elde edilir. F x 0 da E A A y r y d da (3) 0 ( ) olmalıdır. Ayrıca integral içindeki E, d ve gerilmeye maruz kirişin herhangi bir kesitinde sabit olduğundan integral işaretinin dışına alınabilir ve r için bir çözüm bulunur.
y r y da 0 A olur. (4) Bu integrali çözmek için değişken dönüşümü yapalım. Bunun için : r - y = v olarak alınırsa y = r - v olur. Yukarıdaki integral buna göre : (5) r v dır. Bu integrali de iki integral haline aşağıdaki gibi dönüştürebiliriz. v da 0 A
r v da da da 0 r A A ; A(6) v A olur. Tarafsız eksenin yerini belirten r uzaklığıda, A (7) r da v A bulunmuş olur.
Tarafsız eksenin durumu bilindiğine göre, ( 2 ) denklemiyle verilen gerilmenin tarafsız eksene nazran momentinin, dış eğilme momentine eşitlenmesiyle kesitteki normal gerilme dağılımı bulunur. Moment, şekil düzlemine dik z ekseni etrafında alınmalıdır. (8) x y da M olur. ( 2 ) denklemindeki x değeri burada yerine konursa : A
d E y 2 r y da M A (9) olur. Bu denklemdeki integrali iki kısma ayırarak ilk önce çözelim : 2 y (10) r y da y r y r y da y da r y r y da A A A dır. Buradaki son integral ( 4 ) denklemine göre sıfıra eşittir. İlk integral ise kesit alanın tarafsız eksenine göre momentini gösterir.
y A y da (11) A veya y A y da k A A dır. Burada k tarafsız eksenin ağırlık mesafesini gösterir. Buna göre ( 9 ) denklemi : M (12) E d A k olur. Bu son değer ( 2 ) gerilme denkleminde yerine konursa,
M y x A k r y (13) sonuç gerilme denklemi elde edilmiştir. Bu denklemde : Moment M = Q R (14) Q : Yük, R : Kesit ağırlık merkezi ile eğrilik merkezi arası uzaklığı y : Kesit içinde tarafsız eksenden olan uzaklıklardır.
Dış kenarlardaki uzaklıklar Eğri çubuğun en dışınadki kenarı : h 2 = k + e 2 = c - r Eğri çubuğun en iç kısmındaki kenarı: h 1 = k + e 1 = r - f şekle göre olursa en dış kenarlardaki gerilmeler, (13) denklemine göre : M h1 (15) M h2 x mak ve x. min. A k f A k c olur.
Ayrıca şekle göre kesitin ağırlık merkezinnin eğrilik merkezine olan uzaklığı R ile gösterildiğine göre : R = r + k (16) Dır. Tarafsız eksenin yeri r nin hesabı Eğri eksenli çubuklarda gerilmelerin hesabı, kesitin geometrik şekline göre (daire, üçgen, trapez gibi) çubuklarda tarafsız eksenin yerini belirten r nin hesaplanması ile mümkündür. r de ( 7 ) denkleminden :
r A A da v hesaplanır.
Örnek : Krenlerde kullanılan kanca kesitleri (kenar yuvarlatmaları hariç) genellikle trapez şeklindedir. Bu nedenle bir trapezde tarafsız eksenin yerini r yi hesaplıyalım. r A A da v
Bu integraldeki trapez kesitin alan elemanını da = b. dv yazarak integre edelim. O-O tarafsız ekseninden v uzaklığında (Şekil ) olan elemanter bir şeridin uzunluğu : Bu integraldeki trapez kesitin alan elemanını da = b.dv yazarak integre edelim. O-O tarafsız ekseninden v uzaklığında olan elemanter bir şeridin uzunluğu
c v b b2 ( b1 b2 ) c(17) f dır.,bu denklemde c : kesitin en dış kenarının, f en iç kenarının, v ise kesit içindeki değişkenin kancanın eğrilik merkezinden uzaklıklarını gösterirler. c-f = h olmak üzere, b b ( c f) ( b b ) c ( c f) ( b b ) v ( c f) b c b f c h ( b b ) ( c f) 2 1 2 1 2 1 2 1 2 v
c da v f A b c b f c f ( b b ) ( c f) 1 2 1 2 v dv v c f b c b c f dv v b c b f f dv b c b f c f c 1 2 1 2 1 2 1 2 ln c f b c b f da b1 c b 2 f c ln ( b(17) 1 b 2 ) v c f f A elde edilir. Bu sonucu ( 7 ) denkleminde yerine korsak tarafsız eksenin r uzaklığı :
Eğri Kanca ve Trapez Kesiti
A r b1 c b2 f c ln ( b1 c f f (19) b2 ) bulunur. Burada tarapezin A alanı : A b 1 b 2 (20) olur. Ayrıca şekile göre 2 hveh R = r + k dır. Trapez kesitli kancalarda kullanılan sembollere göre de. kanca eğrilik merkezi yarı çapı f = a / 2 kesitin ağırlık merkezinin iç dış kenara uzaklığı e 1 olmak üzere R = a / 2 + e 1 (21) c f
Sayısal örnek Şekil eki gibi kesiti trapez olan bir kancanın verilenleri : Yük Q=2000 dan, b 1 = 4 cm., b 2 = 1 cm., f =a/2=3 cm., c = 12,5 cm. olduğuna göre gerilmeleri hesaplayınız. Çözüm : Tarafsız eksenin yeri r nin hesabı denklem ( 19 ) dan :
r b1 c b2 f c f A c ln ( b1 b2 ) f Kesit alanı A b 1 b 2 4 h 1 2 9, 5 23, 75 cm, h c f 12, 5 3 9, 5 cm. 2 2 r 23, 5 4 12, 5 1 3 12, 5 ln ( 4 1) 9, 5 3 5, 89 cm.
ln (12,5 / 3) = ln 4,166=1,427 Kesitin ağırlık merkezinin dış kenarlara uzaklıkları : e 1 h b1 2 b 2 9, 5 3 b1 b 2 3 4 2 1 4 1 3, 8 cm. e 2 h 2 b1 b 2 9, 5 3 b1 b 2 3 2 4 1 4 1 5, 7 cm. R = e 1 + a / 2 = 3,8 + 3 = 6,8 cm. ve k = R - r = 6,8-5,89 = 0,91 cm.
Kesitin dış kenarlarındaki gerilmeler denklem ( 15 ) : Eğilme momenti M = Q R = 2000 6,8 = 13600 (dan cm) M h A k f M h A k c 1 2 x mak. ve x min. h 1 = e 1 - k = 3,8-0,91 = 2,89 cm. ve h 2 = e 2 + k = 5,7 + 0,91 = 6,61 cm.
Kancanın iç kenarındaki (maksimum) çeki gerilmesi : I mak. M h A k f 2000 6, 8 2, 89 23, 75 0, 91 3 1 2 dan / cm Kancanın dış kenarındaki (minimum) basınç gerilmesi : 606 II min.. M h A k c 2000 6, 8 6, 61 332 23, 75 0, 9112, 5 2 2 dan / cm Kancalar genellikle C 22 çeliğinden yapılır ve kesin hesap metodunda em = 800 1300 dan / cm 2 dir. Yaklaşık hesapta ise gerilme emniyet değeri em = 700 800 dan / cm 2 alınmalıdır.
Gerilmelerin yaklaşık metodla çözümü Yaklaşık metodla bulduğumuz gerilmeler denklem ( Bölüm 17, denklem 11 ve 12 ) göre : Kancanın I kenarındaki (maksimum) çeki gerilmesi : ile II kenarındaki (mınımüm) bası gerilmesi : M Q M ( I ) mak. ve ( II ) min. W1 A W2 Q A
Mukavemet momentleri W 1 = J / e 1 ve W 2 = J / e 2 dir. Ayrıca kesitte (yuvarlatmalar ihmal edilecek olursa) trapezi olarak alan atalet momenti J : J b 4 b b b b1 b2 1 2 1 2 2 2 h 36 4 4 4 1 1 4 1 3 2 2 3 9, 5 36 157 cm 4 daha önceki problemde hesaplanan e 1, e 2 ve h = e 1 + e 2 değerleri : e 1 =3,8 cm., e 2 = 5,7 cm., ve h = 9,5 cm. W 1 = 157 / 3,8 = 41,3 cm 3 ve W 2 =157 / 5,7 = 27,5 Trapezin alanı A = 23,75 cm. ve Eğilme momenti M = Q R = 2000 6,8 = 13600 dan cm dir.
Bunlara göre : Kancanın iç kenarındaki maksimum çeki gerilmesi : ( ) I mak. M Q 13600 2000 413 W1 A 41, 3 23, 75 dan / cm 2 ( II ) min.. M Q 13600 2000 409, 6 dan / cm W2 A 27, 5 23, 75 2
Sonuç : Kesin hesapta kancanın iç kısmınadi çeki gerilmesi,yaklaşık metoda göre hesaplanandan daha büyük çıkar. Kancanın dış kısmındaki basınç gerilmesi ise yaklaşık hesabda daha büyüktür. Bu bakımdan yaklaşık hesapla gerilmeler kontrol ediliyorsa kancanın iç kısmına doğru kesiti, daha kalınlaştırmak gerekir.