Hidrolik Sistem Nedir Ne İşe Yarar Nerelerde Kullanılır
Hidrolik Sistemler Nedir?
İnsan gücünün yetersiz kaldığı her durumda makinelerden yardım alınır. Makineler ağır şartlarda, insan gücünün yetmediği ve insan hızının yeterli olmadığı durumlarda işi kolayca yapabilmeyi sağlamaktadır. Günlük hayatta pek içli dışlı olmasak da, inşaat, tersane, fabrika, taşıma işleri vb. sektörlerde iş makinelerine çok fazla ihtiyaç duyulmaktadır. Peki bu mükemmel işleyişi ile iş makineleri nasıl çalışmakta gücünü nereden almaktadır bunu inceleyelim.
İş makinelerinden en çok iş yapmasına tanık olduğumuz vinçler, kamyonlar, asansör sistemleri gibi bir kol ve onu iten, yönlendiren küçük bir başka kol mekanizmasından oluşmaktadır. Motor sistemleri dışında temel hareket ve güç sağlayan kısımları hidrolik sistemlerdir. Hidrolik sistemler basit bir resim ile çalışma prensibi açıklanabilir ama insan hayatı için tehlikeli olabilecek durumları ortadan kaldırmak için resme bakmak yeterli değildir.
Hidrolik sistemler genelde iç içe rahatça girip çıkabilen iki silindirin, hava ve sıvı sızdırmadan hidrolik sıvısı ile hareket ettirilmesidir. Geniş bir pompa yardımı ile dar yapılı hidrolik silindirleri tonlarca ağırlığı itebilecek şekilde güç sağlamaktadır. Tonlarca ağırlık kaldıran dev vinçlerin kollarını hareket ettiren 1 veya 2 tane hidrolik sistemler herkesin dikkatini çekmiştir. Bu silindirik uzun borular tüm hareketi bir pompa ile itilerek iç kısmını dolduran hidrolik sıvısı sayesinde yapmakta, ayrıca uzaktan kontrol avantajı ve az yer kaplaması ile tam bir tasarım harikasıdır. Sıvı olarak genelde yağ kullanılır. Bilindiği gibi sıvıların sıkışma durumu söz konusu değildir. Sıvıların sıkışmaması özelliği bu sistemin temelini oluşturur ve hava veya başka gazlara oranla çok daha güvenilir olmaktadır. Eğer esnek bir sistem(yay mekanizması) oluşturulması istenilseydi sıvı yerine herhangi bir gaz kullanımı daha uygun olurdu.
Hidrolik sitemler sıvıyı depo eden bir bölüm ve buraya basınç uygulayan düşük enerjili başka bir sistem ile çalışmaktadır. Ana depoda basınç yapan silindirik sistem, itici güç yapan diğer sitemden daha geniş bir yüzeye sahip olmalıdır. Genişlikten dara doğru giden sıvı daha etkin ve kontrollü bir basınç uygulamaktadır.
Bu sitemler kurulum açısından pahallı sistemlerdir, fakat tamir durumlarında çok daha makul fiyatlardan söz edilmektedir. Az yer kaplaması, sessiz çalışması, hafif bir güçten yüksek efor isteyen güçler elde etmesi gibi birçok avantajları vardır. Avantajlarının yanı sıra tehlikeli de olabilmektedirler. Eskiden sistemlerde ani güç kesintilerine karşı yapılmış bir önlem bulunmuyordu. Çalışmakta olan bir makine aniden durunca boşalan hidrolik sıvısı bir vinç veya bir asansörde ciddi can kayıpları verilmesine sebep olabiliyordu. Bilindik bir kaza ise itfaiye erlerinin bir yangına müdahalesi sonucu aracın, hem su pompalama hemde havalı merdiven sistemini kullanmasından dolayı karşılanmayan güç yüzünden, yüzlerce yükseklikten düşen itfaiyecilerin ölümü ile sonuçlanmıştı. Bu durum için valf adında bir sistem geliştirildi. Valf basınç ile itilen sıvıyı hazneye alıyor fakat tek yönlü hareket sağlıyordu. Herhangi bir güç kaybında veya makine çalışmayı durdurduğunda valf’tan tekrar depoya gidemeyen sıvı sistemin içinde kalıyor ve güvenle çalışmasını sağlıyordu.
Günümüzde arabalarda da kullanılmaya başlanan bu sistemler araçta güvenli sürüş içinde çok büyük avantaj sağlamakta ve sert direksiyon dişli sitemleri yerine sıvı hareketi ile kolayca kullanılabilen direksiyonların elde edilmesini sağlamıştır. Aynı zamanda arabalarda fren sistemlerininde hidrolik olarak saniyede 8-12-16 defa diske vuruşu ile aracı kolayca ve kaydırmadan durdurması da ABS sisteminin temelini oluşturmaktadır.
Hidrolik Sistem Nasıl Çalışır?
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. Yani basınç oluşturulur. Basınç altındaki akışkan iletildiği yerde tekrar 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.
Hidrolik Sistemin Avantajları Nelerdir?
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. 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.
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.
Hidrolik Nedir? Hidrolik, akışkanların mekanik özelliklerini inceleyen bir bilim dalıdır. Hidrolik terimi, eski Yunanca’ da su anlamına gelen hydor ile boru anlamına gelen aulis kelimelerinden türetilmiştir. Günümüzde hidrolik akışkanlar vasıtasıyla kuvvet ve hareketlerin iletimi ve kumandası anlamında kullanılmaktadır.
Hidrolik sistemler; sıkıştırılamaz özellikteki akışkanların kullanıldığı, elde edilen basınçlı akışkan yardımı ile çeşitli hareketlerin ve kuvvetlerin üretildiği sistemlerdir. Akışkanların sıkıştırılamaz olmasından dolayı, büyük güçler hidrolik sistemler ile elde edilebilir. Hava ve gazlar sıkıştırılabildiği için, büyük kuvvetlerin üretilmesinde kullanılmazlar.
Hidrolik devrelerde akışkan olarak genelde su veya yağ kullanılır. Ancak metal yüzeylerde pas yapması sebebiyle, suyun kullanım alanı çok dardır. Bu sebeple hidrolik sistemlerde akışkan olarak genelde madensel yağlar kullanılır.
Tarih boyunca insanlar hidrolik enerjiden çeşitli şekillerde faydalanmışlardır. İlk çağlardan beri insanlar akarsulardan, değirmen çalıştırma, yük taşıma vb. gibi işleri kolaylaştıracak yöntemler kullanarak yararlanmışlardır. Sonraki zamanlarda Pascal, Bernoulli, Arşimet ve Toriçelli’nin ortaya koydukları prensiplerden faydalanılmış, çeşitli hidrolik pres ve hidrolik kriko yapılmıştır. Daha sonraları dairesel ve doğrusal hareketlerin üretilmesi için yeni fikirler ortaya atılarak günümüzdeki sistemler geliştirilmiştir.
Kullanım Alanları
Günümüzde hidrolik sistemlerin kullanım alanları, sabit sistemler ve hareketli sistemler olarak iki ayrı grupta incelenmektedir.
Sabit sistemler hareket etmeyen, yer değiştirmeyen bir blok üzerine montajı yapılmış sistemlerdir. Hidrolik çözümlerin mekanik sistemlere göre avantajı; imalat endüstrisinde kullanılan enjeksiyon makineleri, CNC tezgahları, tornalar, taşlama tezgahları, frezeler, vargeller, presler gibi birçok üretim tezgahlarında, hidrolik sistemleri tercih etmelerine neden olmuştur.
Endüstrideki yeri ve önemine gelince; Hareketli sistemler ise çoğunlukla araçların üzerinde bulunan sistemlerdir. Hidrolik sistemler; başta inşaat makineleri olmak üzere taşıtların fren ve direksiyonları, kepçelerin tutma ve yükleme tertibatları, yağlama istasyonları, hidrolik kaldıraçlar, damperli kamyonlar, ve iş makinelerinde kaldırma ve iletme makineleri gibi endüstriyel tesislerde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca krikolar, asansörler, vinçler, vites kutuları, test cihazları, sanayi tipi robotlar gibi pek çok uygulama alanına sahiptir. Hareketler hidrolik sistemle kolay bir şekilde sağlanmaktadır. Hidrolik direksiyon, arabanın kullanımını ne kadar kolaylaştırdığını veya insan gücüyle günlerce sürecek bir toprak kazma işleminin, bir kepçe ile ne kadar kısa sürede yapıldığını düşündüğümüz zaman, geniş bir uygulama alanı olan hidroliğin, önemi daha iyi anlaşılmaktadır.
Diğer Sistemlerle Karşılaştırılması
Hidrolik sistemin diğer sistemlere göre avantajları:
Hidrolik sistemler sessiz bir şekilde çalışırlar.
Hidrolik akışkanlar sıkıştırılamaz kabul edildiklerinden darbesiz ve titreşimsiz hareket elde edilir.
Yüksek çalışma basınçlarına sahiptir, bu sayede büyük güçler elde edilir.
Hassas hız ayarı yapılabilir.
Hareket devam ederken hız ayarı yapılabilir.
Akışkan olarak hidrolik yağlar kullanıldığından aynı zamanda devre elemanları yağlanmış olur.
Emniyet valfleri vasıtasıyla sistem güvenli çalışır.
Hidrolik devre elemanları uzun ömürlüdür.
Hidrolik sistemin diğer sistemlere göre dezavantajları:
Hidrolik akışkanlar, yüksek ısıya karşı duyarlıdır. Akışkan sıcaklığı 50°C’ yi geçmemelidir.
Yüksek basınçta çalışacakları için, hidrolik devre elemanlarının yapıları sağlam olmalıdır. Bundan dolayı hidrolik devre elemanlarının fiyatları yüksektir.
Hidrolik devre elemanlarının bağlantıları sağlam ve sızdırmaz olmalıdır.
Akışkanlarda sürtünme direnci yüksek olduğu için, hidrolik akışkanlar uzak mesafelere taşınamaz.
Hidrolik gücün depo edilebilirliği azdır.
Akış hızı düşüktür, devre elemanları düşük hızla çalışırlar. Bu sebeple yüksek hızlar elde edilemez.
Hidrolik akışkanlar havaya karşı hassastır. Akışkan içindeki hava gürültü ve titreşime yol açar ve düzenli hızlar elde edilmesini güçleştirir.
Hidroliğin Uygulama Alanları
Endüstriyel Hidrolik
Hidrolik biliminin sanayideki uygulamalarına güç hidroliği ya da endüstriyel hidrolik denir. Hidrolik makine mühendisliği’ nin ilgi alanına girer. Güç ve kuvvet ihtiyacının olduğu endüstrinin her kolunda kullanılır. Hidrolik enerji ile doğrusal, dairesel ve açısal hareket üretmek için hazırlanan sistemlere hidrolik sistem denir.
Akışkan olarak basınçlı havanın kullanıldığı sistemlere pnömatik sistemler denilir. Hidrolik, büyük kuvvetlerin istendiği ve gücün ön planda olduğu, pnömatik ise küçük kuvvetlerin yeterli olduğu buna bağlı olarak hızın ön planda olduğu yerlerde tercih edilir.
Hidrolik devrelerde su, korozif olması nedeniyle çok nadir durumlar dışında tercih edilmez. Güç hidroliğinde akışkan olarak petrol türevli yağlar (hidrolik akışkanlar) kullanılır. Bu yağlardan beklenen en önemli özellik sıkıştırılamaz olması ve sistem elemanlarını korozyondan korumasıdır.
Hidrolik hemen hemen tüm alanlara girmiştir. Uygulama alanlarını aşağıdaki gibi sıralanabilir:
Enerji Üretiminde
Enerji santallerinde
Barajlarda
Türbinlerde
Hareketli Hidrolik Araçlarda
Yol, inşaat ve kazı makinelerinde
Tarım makinelerinde
Taşıtlarda
Trenlerde
Endüstriyel Alanlarda
Takım tezgahlarının yapımında
Ağır sanayi makinelerinde
Pres ve çeşitli kaldırıcılarda
Plastik enjeksiyon makinelerinde
Denizcilik ve Gemicilik Endüstrisinde
Limanlarda yükleme ve boşaltma araçlarında
Gemilerde dümen kontrolünde
Güverte krenlerinde
Özel Alanlarda
Teleskoplarda
Kıtalar arası haberleşme uydularında
Uçakların dümen ve iniş takımlarında
Konveyörlerde taşıma işlerinde
Demir Çelik ve Madencilikte
Çelik haddehanelerinde
Maden ocaklarında
Basit Bir Hidrolik Devre Şemasında Devrede Kullanılan Elemanlar
Çift Etkili Hidrolik Silindir
Hidrolik akışkanın pistona çift yönden etki ettirildiği silindir çeşididir. Hidrolik pistonun ileri ve geri hareketi basınçlı akışkan vasıtasıyla sağlanır. Genel olarak her iki yönde iş istendiğinden, sık kullanılan hidrolik silindir çeşitleri arasındadır.
Çekvalfli Akış Kontrol Valfi
Her iki yöndeki akışa müsade eder. Aşağıdan yukarıya doğru giden akışkan çekvalften geçemeyeceği için kısma etkisi yapılan kesitten miktarı azaltılarak geçer. Diğer taraftan gelen akışkan çekvalfi açarak kolayca geçer. Bu çeşit valfler silindirlerin geri konumuna hızla gelmesi için kullanılır.
Akış Kısma Valfi
Hidrolik sistemlerde debi miktarını ayarlamak için kullanılan valftir. Akış miktarını değiştirilerek silindirlerin hızını, motorların devir sayısını ayarlayabiliriz. Akış kontrol valfleri önemli ölçüde basınç düşümüne neden olur. Bundan dolayı büyük oranlarda ısı açığa çıkar. Ayar vidası vasıtasıyla akış kesiti değiştirilerek debi miktarı ayarlanır.
4/3 Yön Kontrol Valfi
Çift etkili silindirlerin ileri-geri hareket ettirilmesinde kullanılır. Genellikle hidrolik sistemlerde kullanılır. Pnömatikte kullanımı yok denecek kadar azdır. Hidrolik valflerin üç adet konumu ve dört adet girişi vardır. 4/3 deki gösterimde buradan gelmektedir
Elektrik Motoru
Elektrik motorları elektrik enerjisini mekanik enerjisine çeviren elemanlardır. Bu dönme enerjisi ara bağlantı elemanları yardımıyla hidrolik pompalara aktarılır.
Hidrolik Pompa
Hidrolik depoda bulunan akışkanı istenilen basınç ve debide sisteme gönderen devre elemanı hidrolik pompadır. Pompalar, mekanik enerjiyi hidrolik enerjiye dönüştürür. Hidrolik pompa dönme hareketini genel olarak bir elektrik motorundan alır. Seyyar sistemlerde ise, içten yanmalı motorlar kullanılır. Değişik yöntemlerle elde edilen dairesel hareket, uygun kavramlarla pompaya iletilir. Pompalar basınç meydana getirmez. Akışkan hidrolik sistemde bir engelle karşılaştığında basınç meydana gelir.
Hidrolik pompa çalışma prensibi: Tüm pompalar artan hacim ve azalan hacim prensibine göre çalışır. Artan hacimde emme, azalan hacimde basma olayı gerçekleşir. Pompa mili aldığı dönme hareketi sonucu artan hacim kısmında vakum meydana gelir. Meydana gelen bu vakum sonucu emme işlemi gerçekleşir.
Hidrolik sistemin pompaya uyguladığı basınç, pompanın debisini etkiler. Basınç arttıkça pompanın akış oranı azalır. Akış oranındaki bu azalma, pompa verimini tespit eder.
Hidrolik sistemlerde kullanılan hidrolik pompa çeşitleri;
Dişli pompalar
Dıştan dişli
İçten dişli
İçten eksantrik dişli
Baletli pompalar
Pistonlu pompalar
Eksenel pistonlu
Eğik gövdeli
Eğik plakalı
Radyal pistonlu
Pistonlu el pompaları
Hidrolik Depo
Hidrolik akışkanı depolayan, çalışma koşullarına uygun şekilde hazırlayan devre elemanlarına depo (tank) denir. Isınan hidrolik akışkanın kolayca soğutulması için deponun alt kısmı hava akımı meydana getirecek şekilde dizayn edilmelidir. Depoya dönen akışkanın dinlenmeden emilmesini engellemek için, dinlendirme levhası konulmalıdır. Hidrolik sisteme gerekli olan akışkan miktarına ve dağıtım sisteminin büyüklüğüne göre depo kapasitesi seçilir. Pratik olarak pompa debisinin 3-5 katı kadar alınabilir.
Hidrolik depo özellikleri:
Sıcaklığı artan akışkanın soğutulması için depo tabanı hava sirkülasyonu meydana getirecek şekilde yerden yukarıda yapılmalıdır.
Dibe çöken pisliklerin toplanmasını sağlamak için depo tabanına boşaltma deliği yönünde eğim verilmelidir.
Dinlendirme levhası emme odası ile dönüş odasını ayırarak, akışkanın dinlendirilmesini, pisliklerin dibe çökmesini sağlar.
Emiş borusu ile depo tabanı arasındaki minimum mesafe 1.5 x d kadar olmalıdır. (d:boru çapı)
Depo içindeki akışkanın seviyesi rahatlıkla görülmelidir.
Depo içine kirletici maddelerin girmesi önlenmelidir.
Emiş ve dönüş kolaylığını sağlamak için hidrolik boru uçları 30º veya 45 º açı ile kesilmelidir.
Maksimum akışkan seviyesi ile depo tavanı arasında yeterli boşluk bırakılmalıdır. (akışkan içindeki havanın dışarı atılabilmesi için)
Kar©glan Başağaçlı Raşit Tunca
