HİDROLİĞİN TEMELLERİ
Hidrolik Nedir ?
Hidrolik kelimesi eski Yunancadan türetilmiştir. (ὑδϱαυλικός/hydraulikos) Bu kelime de kök olarak su (ὕδωϱ) ve boru (αὐλός) kelimelerinden oluşur. Endüstrileşmiş dünyamız çoğu zaman hidroliğe bağımlıdır. Hidrolik yaşam ve çalışma alanlarımızda o kadar yaygın olmasına karşın onu genelde ilk bakışta onu fark etmeyiz bile. İnsanlığın başlangıcından bu yana teknoloji , güç ve hareketlerin transferi ile ilgilenmiştir. Hatta Eski Mısırlılar bile piramitleri inşa ederken ağır yüklerin taşınması ile ilgili bir dizi problem yaşamış ve bu sorunu ( o dönemde bu ağır taşları kaldıracak bir teknoloji olmadığı için ) ağır taşlarında altına bir dizi kütük koyarak sürüklenme yöntemi ile çözmüşlerdir. Günümüzde bu konuyu çözmek için çok basit hidrolik sistemler kullanılabilir. Özetle hidrolikler bizi hareketlendirir , heyecanlandırır ve çoğu zaman hayallerimizin gerçeğe dönüştürülmesini sağlar.
Teknik olarak hidrolik , fiziğin hareketli veyahut hareketsiz akışkanlarını inceleyen dalı olarak tanımlanır ve eğer konuya teknik olarak eğiliyorsak biz bu terimi hidromekanik olarak tanımlamamız daha doğru olur. Hidromekanik akışkanlar mekaniğinin bir dalıdır ve enerjinin basınç vasıtası ile aktarımını anlatır. Bu aktarımda ki akışkanların durumuna bağlı olarak , hareket eden akışkanlara hidrodinamik hareketsiz akışkanlara da hidrostatik denir.
F = Kuvvet (kg) p = Akış Debisi (kg/cm3)
P = Basınç (kg/cm2) qv = Akış Oranı (cm3/sn)
A = Alan (cm2) v = Akış Hızı (cm/sn)
Avantajları Nelerdir ?
Hidroliğin avantajları için diğer teknolojiler ile kıyaslandığında bir dizi madde saymak mümkündür.
Bunlardan en önemli olanları;
Yüksek Kuvvet-Kompakt Yapı: Hidrolik sistemler, yüksek kuvvet veyahut torkların aktarılması konusunu kompact bir yapı ile çözebilirler. Buda bizlere kompact yapı ile yüksek kuvvet yoğunluğunu bir arada sunar.
Hareket Kaabiliyeti ve Kontrol Edilebilirlik: Hidrolik bileşenlerin içindeki hareketli kütleler nispeten küçük olduğundan, yüksek atalet momentlerinden kaçınılır. Bu nedenle, tam yükte bile hızlı bir yön ve hareket değişikliği mümkündür. Hidroliğin en önemli avantajlarından biri yön, hız, dönme hızı, kuvvet veya tork üzerindeki sonsuz etkidir. Hareketler çok hassas bir şekilde servo valfler vasıtası ile kontrol edilebilir.
Aşırı Yükten Basit Şekilde Korunma: Hidrolik sistemlerde aşırı yükten korunma oldukça basittir. Hidrolik projelendirme yapılırken sisteme yerleştirilen emniyet valfleri sayesinde bu konu çözümlenebilir.
Dizayn Esnekliği ve Kolay Kuvvet Aktarımı:Hidrolik sistemler, makine ve sistemlerin yapım olanaklarında büyük esneklik sağlar. Boru hatları ve hortumlar uzun mesafelerde kuvvet aktarımına kolayca izin verir.Uzun Yaşam Ömrü/Düşük Bakım Maliyetleri: Hidrolik bileşenler genel olarak basit, güvenilir ve sağlam ürünlerdir. Bu özellikleri nedeniyle , uzun ömür ve düşük bakım gereksinimi ile karşımıza çıkarlar. Uygulamalarda standartlaştırılmış bileşen veyahut bileşen gruplarının uygulanması, yedek parçaların kullanımını büyük ölçüde kolaylaştırır. Arıza durumlarına mantık kontrollerinin, adım adım gerçekleştirilen, zamana veya sürece bağlı gerçekleştirilmesi kolaydır.
Dezavantajları Nelerdir ?
Hidroliğin avantajları ile birlikte birtakım dezavantajları da tabi ki vardır. Bunların büyük kısmı sistemde kullanılan hidrolik yağın özelliklerinden ötürü ortaya çıkar ve sistemi kurgularken teoride düşünülen sonuçlar gerçekte bu ve dolaylı sebepler ile çok daha farklı neticeler verebilir.
Bunlardan bazıları aşağıdaki gibidir;
Sıcaklık Dalgalanmaları ve Sızıntı Problemi: Hidrolik akışkan sürtünmeden dolayı sıcaklık değişkenliği gösterebilir. Bazen bu durum yanlış projelendirmenin de doğal bir sonucu olarak da karşımıza çıkabilir. Sıcaklık dalgalanmaları sebebiyle sistemde kullanıla akışkanın viskozite ve diğer özelliklerinde değişim gözlemlenebilir. Bu değişim sonucunda sistemin verimliliği olumsuz yönde etkilenir. Bu durumun en büyük sonucu olarak sistemde sızıntı probleminin yaşanması muhtemeldir.
Üretim Maliyetleri: Sıcaklık değişkenliğinin bir sonucu olan sızıntı probleminin minimum a indirilmesi için imal edilen ürünlerin toleransları genelde çok düşük tutulur. Bu vesile ile doğal olarak üretim maliyetleri de artmış olacaktır. Bu durumda hidroliğin dezavantajlarından biri olacak gösterilebilir.
Diğer teknolojiler ile farkları nelerdir ?
Teknolojide hidrolik, mekanik,elektrik ve pnömatik sistemlere bir alternatiftir. Bu bölümde diğer sistemler ile hidroliği karşılaştırmaya çalışalım.
Enerji Trasnferi ve Dönüşümü: Hidrolikte enerji taşıma noktasında akışkanlar dan destek alır. Genelde akışkan olarak mineral hidrolik yağlar kullanılmaktadır. Enerji transfer için ise hidrolik bir proje/devre ye ihtiyaç vardır. Bu transfer proje devresine bağlı olarak hortumlarda , borularda ve manifold blok deliklerinde hidrolik kontrol valflerinin yönlendirmesi ile gerçekleşir. Son olarak enerji dönüşümü için ise pompalar , silindirler veyahut hidrolik motorlardan destek alırlar.
Hareket Kabiliyetleri: Hidrolik sistemlerde, bir hidrolik silindir vasıtasıyla doğrusal hareketler oluşturmak çok kolaydır. Aynı zamanda tam yükte başlatma , durdurma , ilerleme veyahut hareket tersine çevirme gibi aksiyonlar mümkündür.Parametreler: Hidrolikte en önemli parametreler basınç (p) , akış hızı (v) ve debi (q) 'dir. Güç yoğunluğu, diğer teknolojilere kıyasla çok iyidir. Yaklaşık 5.800 psi'ye kadar yüksek işletme basınçlarında bile küçük, düşük maliyetli bileşenler kullanılır. Hidrolik verimliliği kaçaklar, kısma valflerinde oluşan basınç kayıpları ve sürtünmeden etkilenir.
Hidrolik sistemlerde kullanılan akışkanlar zorlukla sıkıştırılabildiğinden, mekanikte olduğu gibi yüksek derecede yol hassasiyeti elde edebiliriz. Bununla birlikte, genel olarak, tüm sistemlerin konumlama hassasiyeti , uygun bir konum düzenleme sistemi desteği ile geliştirilebilmektedir.
Uygulama Alanları:Hidrolik elektronik kontroller desteği ile büyük kütleleri kolaylıklar ve muhteşem poerformans ile kontrol edebilir. Mükemmel kontrol edilebilirliği sayesinde, hidrolik bu tarz büyük kuvvet gerektiren uygulamalarda en başlı tercih sebebidir. Hidroliğin kullanıldığı tipik uygulamalar şekillendirme, presleme, besleme tahrikleri, kaldırma ve taşımadır.
Hidroliğin avantajları yönlerinin çok fazla olması nedeniyle neredeyse tüm endüstriyel sektörlerde kullanılmasına yol açmıştır.
Hidroliğin başlıca kullanıldığı sistemler aşağıdaki gibidir,
Mobil Makinalar:Mobil makineler hidrolik için her zaman önemli bir uygulama alanındır. Mobil hidrolikte hidroliğin avantajları çok açıktır. Bu araçlarda alan kısıtlamalarını büyüktür ve bileşenlerin kullanımına izin verilmez. Bu sınırlamalara rağmen, güç ve güvenlikten ödün verilmemelidir. Tüm bu şartları en verimli şekilde destekleyen teknoloji hidrolik olduğu için yoğunluklar tercih edilir.
Marin Uygulamalar: Marin teknolojisi her rüzgar, hava ve dalga koşulunda güvenirli bir şekilde çalışabilmelidir. İnsan hayatı buna bağlıdır. Gemi yapımcıları bu nedenle açık denizde güvenirliğini kanıtlamış ve öngörülen ihtiyaçları birebir yerine getiren sistem ve bileşenlerle çalışır.
Metalurji:Metalurji operasyonlarında, hidrolik sadece gereken daha büyük kuvvetleri sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bir sistemin tüm sekans kontrolünü de üstlenir. Metalurjide süreçlerin sorunsuz yürütülmesi için zorlu koşullarda ürün kullanılabilirliği yüksek olmalıdır. Bu nedenle tesis üreticileri ve son kullanıcılar güvenilir bir otomasyon sürecinde güvenilir bir iş teknolojiye ihtiyaç duyarlar. Hidrolik sistemler tüm metalürji tesisi ve haddehane teknolojisi için aranılan teknolojidir. Ark, pota ocaklarından sürekli döküm tesisine, alüminyum baralarda kullanılan dikey döküm tesislerinden soğuk ve sıcak haddehanelerde kullanılan hadde ayarlarına kadar tüm bu sistemlerde hidrolik tercih edilir.
Plastik ve Pres Döküm Makinaları:Plastik işleme ve pres döküm makinaları kullanıcıları için yüksek tekrarlanabilirlik hassasiyeti ve kısa çevrim süreleri oldukça önemlidir. Bunu sağlamanın ön koşulu hidrolik ve elektrikli kontrol sistemleri ile optimal etkileşiminin sağlanmasıdır. Plastik makineleri sıcaklık, yön, basınç ve hız parametrelerinin hassas ve birbirine bağlı kontrolünü gerektirir. Bir enjeksiyon kalıplama makinesinin ana ve yardımcı hareketleri esas olarak hidrolik olarak tahrik edilir, yani aletin kapatılması, kelepçelenmesi ve açılması, presleme, eksenel hareket, vidanın dönmesi vb gibi.
Hidrolik Presler: Pres uygulamaları, kurulumu basit olan ve kolayca kullanılabilen, ancak buna rağmen uygulamaya alınan teknolojinin kompleksliğini görüntüleyen kontrol çözümleri gerektirmektedir. Metalurji ve haddehane uygulamalarına benzer şekilde, hidrolik sadece gerekli büyük kuvvetleri sağlamakla kalmaz, aynı zamanda bir sistemin tüm dizilim kontrolünü üstlenir.
Endistriyel Mobil Araçlar: Endüstriyel forkliftler, yükleri kaldırmak, eğmek veya hareket ettirmek için hareket sırasının sürekli kontrolünü gerektirir. Örneğin forkliftlerde hidrolik silindirler yüklerin hassas ve hassas bir şekilde konumlandırılmasını sağlar. Ayrıca, forkliftler büyük yükleri çok kompakt araç boyutlarında hareket ettirir. Hidroliğin yüksek güç yoğunluğu ve kompackt yapısı en önemli tercih sebebidir.
Takım Tezgahları: Şekillendirici takım tezgahları büyük güçleri yüksek hız ve hassas hareketlerle birleştirerek hiç bir teknolojinin gerçekleştiremediğini gerçekleştirir. Gerekli hassasiyet 0.00004 inç kadar yüksek olabilir. Hassasiyet derecesi çok yüksek olduğu için hidrolik, sürüş konumlandırma ve besleme eksenleri için uygundur.
Sürüş ve Uçuş Test Simülatörleri: Sürüş ve uçuş simülatörleri karmaşık hareket dizilerini gerçekçi bir şekilde simüle edebilmelidir.Yüksek dinamiklerde hareket dizilerinin yüksek derecede kontrol ve regülasyonu nedeniyle burada hidrolik uygulanır. Kontrollü hızlanma ve yavaşlama ile tüm sekans kontrolü, modern bilgisayar teknolojisi ile birlikte hidrolik olarak yapılır.Yükteki sayısız değişimlerden çok yüksek talepler doğar. Hidrolik sistemlerin dayanıklılığı ile güvenilir bir sistem sağlar.
Kaynaklar
[1] https://www.wikipedia.org/
[2] Bosch Rexroth Hydraulic Traning Book & https://www.boschrexroth.com/