Hidroliğin keşfi ve kullanımı, bulunan kayıtlara bakıldığında Eski Mısır’da 4000 yıl öncesine kadar uzandığı bilinmektedir. Hidrolik sistemlerin ilk kullanım alanı sulama kanallarında kullanılmaktaydı, daha sonra bir kaç medeniyet su saati ve su çarkı gibi çeşitli yerlerde hidrolikten yararlanmaya başlamışlardı. O günlerden, günümüze kadar hidroliğin kullanım alanı değişmekle birlikte esaslarıda değişmekte ve bugün hidrolik sistemlerin en özel kullanım yerlerinden biri olan hidrolik silindir konusunda faydalı bilgiler vereceğiz.
Hidroliğin hızlı evrimi, bugün hala kullandığımız sağlam ve verimli bir hidroelektrik formuna yol açmıştır. Modern hidrolik silindirler, çeşitli boyutlarda, konfigürasyonlarda ve malzemelerde çeşitli bireysel bileşenleri içeren karmaşık cihazlardır. Hidrolik güç artık her yerde ve günlük hayatta kullanılıyor. Hidrolik sistem, herhangi bir elektrik motorundan on kata kadar daha güçlüdür, bu da onu ağır eşyaları kaldırırken ve taşırken son derece yararlı hale getirir. Kesin mekanik, onu tek başına elektrikten daha güvenli bir alternatif haline getirir ve bu nedenle insan kullanımı için daha iyi bir seçimdir. Muazzam faydalar listesi, inşaat, madencilik, denizcilik, nakliye ve imalat endüstrilerinde popülerliğe ve birçok kullanıma yol açmıştır.
Pek çok tasarım mühendisi için, silindir spesifikasyonlarını aşırı mühendislikle güvenli hale getirmek, sürekli gelişen silindir teknolojilerinin varlığında ihtiyatlı bir alışkanlık haline geldi. Hidrolik silindirler tasarlanırken göz önünde bulundurulması gereken birçok faktörden bazılarını tanımlarken, karmaşık hidrolik sistemler için neden daha azının bazen daha fazla olduğunu açıklayacağız.
Karmaşık bir süreç
Günümüzde endüstriyel üretim ortamında hidrolik silindirler, çok sayıda boyut, konfigürasyon ve malzemede bulunan çok çeşitli bileşenleri içeren karmaşık cihazlardır. Karmaşık hidrolik sistemler söz konusu olduğunda, silindir spesifikasyonu tasarım mühendisleri için bir denge unsuru olabilir – çünkü her tasarım faktörü, uygulama için dikkate alınması gereken bir veya daha fazla tasarım detayını etkiler.
NFPA ve ISO gibi hidrolik sistem tasarım yönergeleri mevcuttur, ancak birçok endüstri kendi özelleştirilmiş yönergelerini geliştirmiştir. Bazı silindir üreticileri, standart bileşenler için çok geniş bir performans kapasitesi sunarak özelleştirme ihtiyacını en aza indirir – ancak bunun istisnaları devam etmektedir. Deneyimli bir mühendislik üreticisiyle çalışmak, tasarım sürecini yönlendirmeye ve hızlandırmaya yardımcı olabilir .
Bu yazımızda, hidrolik silindirleri belirlerken ve süreci basitleştirirken göz önünde bulundurulması gereken birçok faktörden bazılarına bakacağız.
Hidrolik silindirlerde tasarım kriterleri
Hidrolik silindirlerin tasarlanması, sürece dahil olan birçok faktörü gerektirir. Tasarım sürecindeki bu kritik adımlardan herhangi birinin göz ardı edilmesi, tasarım hatası olasılığını artırabilir. Hidrolik silindirlerin çok farklı çalışma koşulları vardır ve bu da tasarım kriterlerini etkiler. Örneğin, madencilik ve inşaat makinelerinde kullanılan silindirlere karşı ormancılık, kullanılan malzeme açısından başka tasarım kriterlerine sahiptir.
Hidrolik silindir tasarlarken dikkate alınması gereken birkaç ana değişken vardır.
Hidrolik silindirler belirlenirken nelere dikkat edilmelidir?
Çalışma şartları
Genel olarak, hidrolik silindirin nerede ve ne için tasarlandığını ve ne tür bir yüke dayanması gerektiğini dikkate almak önemlidir. Örneğin zorlu çalışma koşulları, aşındırıcı bir ortam, madencilik endüstrisinde düşen kayalar veya kaynak yorgunluğuna neden olan ve conta ömrünü kısaltan yüksek çalışma döngüleri olabilir. Örneğin, silindir, bomun içindeki bir sığınak üzerine monte edilmiş bir silindire kıyasla, taşların ve kütüklerin silindire çarpabileceği sürüş makinesinin tabanına monte edilmişse, gereksinimler farklıdır. Silindir su altında çalışıyorsa silindir sıvısına su girmesi nasıl önlenir? Bunlar, bir hidrolik silindir tasarlarken tasarımcının dikkate alması gereken örneklerdir.
Vuruş mesafesi gereksinimleri
Uygun tasarım öğelerini ve silindir parçalarını seçerken sistem basıncını dikkate almak önemlidir. Strok uzunluğu 3 m’den daha kısa mesafelerde bile sorun olabilir. Milin kalınlığı genellikle darbeye göre değil, gereken kuvvete göre belirlenir. Uzun strok uzunlukları, basınç seviyelerinin değerlendireceğinden daha büyük bir silindir boyutu sınıfının seçilmesini gerektirebilir. Yani Ø50/30 silindir yeterince üretse bile silindirin bükülmemesi için Ø63/40 seçilmesi gerekebilir. Hidrolik sistem performans optimizasyonunu uygulamanın en iyi yolu, olumlu etkileri olası olumsuzluklarla karşılaştırmaktır.
Hava sıcaklığı
Çalışma koşullarının sıcaklık açısından dikkate alınması – çöl koşulları veya -30 Santigrat Derecenin üzerindeki buzlu hava koşulları gibi yüksek sıcaklıklar, sistemde kullanılan sıvı seçimlerini etkiler. Standart bileşenleri kullanan hidrolik silindir sistemleri, 200°C’nin üzerindeki ve -50°C derecenin altındaki uygulama sıcaklıklarını karşılayabilir. Bu sıcaklıklar, silindirlerin hem “sert” hem de “yumuşak” tasarım bileşenlerini etkiler. Aşırı sıcaklık spektrumu koşullarında çalışan uygulamalar, kısa ve uzun vadeli beklentilerde ayrı bileşenlerin en iyi performansını gerektirir.
Hız
Tasarımcı uygun silindir parçalarını seçerken sistemin kayma hızını göz önünde bulundurması gerekir. Aşırı hızın tanımı bir tasarım mühendisinden diğerine değişebilir. Genel bir kural olarak, standart hidrolik silindir contaları saniyede 0,5 metreye kadar hızları kolaylıkla idare edebilir. Daha yüksek hızlı uygulamalar için standart bir düşük sürtünmeli conta daha iyi bir seçimdir. Anlamak için esas olan, performansın bir yönünden ne elde ettiğinizdir; başkasında kaybedersin Akışkan hızı ne kadar yüksek olursa, sıvı sıcaklığı da o kadar yüksek olur, bu nedenle hızı artıran özelleştirmeleri seçerken, daha yüksek sıcaklıkların tüm hidrolik sistem üzerindeki etkisini dikkate almak önemlidir. Bazı hidrolik sistemlerde, büyük boyutlu portlar, artan sıcaklık endişelerini ortadan kaldırabilir.
Kapasite
Madencilik ve inşaat makineleri ve otomotiv imalatı gibi bazı uygulamalar, ağır hizmet sistemleri gerektirir. Silindirlerimiz tipik olarak 200 ila 350 bar çalışma basıncına sahiptir. Üretimimiz için test edilebilir basınç limitleri tipik olarak 420 bar, özel durumlarda 700 bara kadardır.
Montaj stilleri
Her montaj tipinin avantajları ve sınırlamaları vardır. Montaj stillerinin üç kategorisi vardır. Sabit ve pivot stiller, silindirin merkez hattındaki kuvvetleri emebilir ve tipik olarak, itme veya gerilimi karşılamak için orta ve ağır hizmet tipi montajları içerir. Seçilen tiplerin üçüncü kategorisi, yalnızca merkez hattı boyunca kuvvetleri emmek yerine, tüm silindirin silindir merkez hattının altındaki montaj yüzeyi tarafından desteklenmesine izin verir.
Silindir çapı
Gereken itme veya çekme kuvveti miktarı, gereken delik boyutunu belirleyen değişkenlerden biridir. Delik boyutu daha sonra çalışma basıncı ile ilgilidir.
Tasarım geliştirme süreci
Tasarım sürecindeki ilk veriler
Diğer tüm tasarım süreçleri gibi, hidrolik silindirlerin süreci de müşteri talebi ile başlar. Tasarım süreci, tasarımcının silindir ve gereksinimler hakkında önceden bilgi vermesiyle başlar. Sağlanan bilgi ne kadar spesifik ve kapsamlı olursa o kadar iyidir çünkü silindirin koşulları tasarım sürecinin önemli bir parçasıdır.
Her hidrolik silindir, müşterinin özel ihtiyaçlarına göre tasarlanmış benzersiz sistem olduğundan emin olun. Burada, her silindir tasarım süreci için takip ettiğimiz örnek bir süreç kılavuzunu vurgulamak istiyoruz.
Amaca uygun doğru silindiri seçerken aklınızda bulundurmanız gereken soruları burada özetledik:
- Silindir nerede kullanılacak?
- Koşullar nasıl ve hangi ek gereksinimlere ihtiyaç var?
- Silindirde ne tür bir hidrolik basınç olacak?
- Yük ne kadar ağır olacak? Yük tutma gerekli mi?
- Gerekli maksimum ağırlık kapasitesi?
- Ne kadar doğruluk ve kontrol gereklidir?
- Silindir nasıl kullanılacak ve ne kadar alana ihtiyaç var?
- Silindir nasıl monte edilir?
- Hangi vuruş gereklidir?
- Uygulamanın çekip itmesi gerekiyor mu?
- Silindirin hangi malzeme gereksinimleri vardır? Örneğin, aside dayanıklı, korozyona dayanıklı, paslanmaz veya alüminyum?
- Sele ile temas noktası nasıl düzlemdir? Eğimli eyer gerekli mi?
Hidrolik silindirler için tasarım faktörleri
Tasarım faktörleri, hidrolik silindirler için tasarım sürecinin önemli bir parçasıdır. Tasarımcının mümkün olan en iyi performansı elde etmek için her olumlu etki ile olası olumsuz etki arasındaki dengeyi göz önünde bulundurması gerekir. Her tasarım faktörü diğer tasarım faktörlerini etkiler ve tasarımcının asıl görevi bunlar arasındaki dengeyi bulmaktır. Burada bu faktörlere daha yakından bakacağız.
1. Nihai çalışma ortamı
Silindir tasarımıyla ilgili önemli bir bilgi, silindirin çalışacağı ortamdır. Silindirlerde kullanılan malzeme seçimlerinin temelidir. Bu silindirler, nemli veya deniz alanları gibi zorlu çevre koşullarında, büyük zorlama ve kirlilikler altında çalışabilir. Sıcaklıklar -50 C° ile + 200 C° derece arasında farklılık gösterebilir .
Pratikte ne anlama geliyor? Örneğin, silindir sert hava veya çevre koşullarında çalışacaksa malzeme seçimlerinin yapılması gerekir. Madencilik koşulları, çalışma ortamının asitliğine karşı contalar ve metal parçalar için ekstra süre gerektirebilir. Veya çöl koşullarındaki yüksek sıcaklıklar ve toz. Kuzey Kutbu ortamında muhtemelen soğuk ve yağışlı hava koşulları. Silindirin finisajı için bu çalışma ortamı faktörleri hakkında bilgi de gereklidir; bir tablo gibi, yüzey istenen koşullara dayanabilir. Tasarımcının diğer ayrıntıları, bir silindir tasarlarken çalışma basıncı ve dış kuvvetlerdir.
2. Ömür boyu hedef – Güç hesaplaması
Hidrolik silindir tasarım sürecinin hayati bir parçası, mukavemet hesaplamasıdır.
Mukavemet hesaplamaları belirli bir basınç seviyesinde yapılır ve sonuç olarak devir sayısı görülebilir. İstenilen sonuca ulaşılamazsa, planlar ince ayar yapılır, yapılar güçlendirilir ve yeniden hesaplanır. Mukavemet hesaplamaları daha tasarım aşamasında dikkate alınabilmelidir. Tasarımcı tipik olarak maksimum basınç, yorulma ömrü ve burkulmadaki güvenlik faktörlerine bakar. Makinenin hidrolik diyagramı ve silindirin kullanım amaçları gibi ekstra bilgiler, tasarım süreci için mükemmel bir yardımcıdır.
3. Hidrolik silindirin işlevleri ve özellikleri
Tasarımcı, tasarım sürecini başlatırken, hidrolik silindir için gereken işlevler ve parçalar hakkında ilk verilere ve özel bilgilere ihtiyaç duyar. Birçok uygulama özel özelliklere ihtiyaç duyuyormuş gibi görünebilir, ancak çoğu yalnızca küçük tasarım değişiklikleri gerektirir. Bu gerçek süreci basitleştirir ve tasarım maliyetlerini azaltır. Ancak hidrolik sistemlerin işlevsellikleri ve özellikleri, çalışma amaçlarına ve kullanılacağı koşullara bağlı olarak önemli ölçüde farklılık gösterebilir. Örneğin, görünüşte benzer iki silindir, tamamen farklı kullanıcılar için tasarlanmış olabilir ve uygulamalarına bağlı olarak farklı miktarlarda kuvvet oluşturabilir.
4. Kurulum ortamı
Hidrolik silindirin 3 boyutlu modeli, silindirin hareket etmesi gereken ortam hakkında doğru bilgiler verir. Tasarımcı, makinenin ve silindir işlevleri için gereken alanın net bir resmini elde eder. Makinenin silindirlerinin bağlantı boyutları ve konumları hakkındaki bilgiler, tasarımcının silindir ortamının tam bir resmini elde etmesine yardımcı olur. 3D model genellikle silindirin bağlantı boyutlarını ve müşteri tarafından sağlanan yerleri gösterir. Müşteri, ürünü işletim ortamında incelemek için 3D modeli alır. Bazı durumlarda, uygulamanın 3D modelini alıyoruz, ancak genellikle müşteri incelemeyi kendisi yapıyor.
5. Silindirin yağ akışı, hızı ve kayma mesafesi
Silindir hareket hızı (m/s), yağ akışı (l/dak), kayma mesafesi (m veya km) ve stres birikimi, silindir ömrünün hayati parçalarıdır. Tüm bilgiler, tasarımcının doğru türde contaları ve boru malzemelerini seçmesine yardımcı olur. Ne kadar kuvvet yaratılması gerektiği, silindirin işlevselliğinin önemli bir parçasıdır.
Tasarım mühendisi aşırı hızı tanımlar. Genellikle, standart hidrolik silindir contaları 0,5 m/sn’ye kadar hızları kolaylıkla idare edebilir. Çoğu zaman, yüksek hızlı uygulamalar için en iyi seçim, standart düşük sürtünmeli contalardır. Önemli bir kavram, performansın bir yönünden kazanacağınız şeyin diğerinde kaybedeceğinizdir. Akışkan hızı ne kadar yüksek olursa, sıvı sıcaklığı o kadar yüksek olur. Daha yüksek hızları takip ederken, daha yüksek sıcaklıkların tüm hidrolik sistemi nasıl etkileyeceğini düşünmek çok önemlidir. Örneğin, aşırı boyutlandırma, portlar bazı hidrolik sistemlerde daha yüksek sıcaklıklarla ilgili endişeleri ortadan kaldırabilir.
6. Test gereksinimleri
Çoğu durumda, bir müşteri bir hidrolik silindir sipariş ettiğinde, hidrolik silindir testlerine ihtiyaç duyulacaktır. Bu testler genellikle kritik güvenlik standartlarıyla ilgilidir. Bu testler, silindirin gerçek makinenin güvenlik standartlarını karşıladığını ve tüm gereksinimlerin dikkate alındığını garanti eder. Silindirin ve silindir sıvılarının temizliği, yorulma ölçümleri, test gereksinimlerinin örnekleridir. Silindirin kusursuz çalışması, tüm sistem ve çalışma güvenliği için kritik öneme sahiptir.
Ayrıntılı bilgi, hidrolik silindir üreticisi tarafından da ele alınacaktır. Bu bilgiler, örneğin, paketleme gereksinimleri, sevkıyat ve silindir işaretlemesidir. Tasarımcılar, müşterinin ihtiyaçlarını aşmaya ve beklentilerin ötesinde çalışan hidrolik tasarım sistemleri oluşturmaya hazırdır.
Ayrıntılı olarak yeni ürün geliştirme
Üretim planı ve üretim araçları – Müşteri tasarımı, malzemeleri ve fiyatı onayladığı için mühendislik departmanımız daha spesifik üretim planları yapmaya başlar. Fabrikamızda gerekli tüm araçlara sahip olduğumuzdan emin olurlar. Örneğin, işleme için doğru türde araçlara ve uzmanlığa sahip olduğumuzdan emin olmamız gerekir. Üretim sürecinin bir kısmı tamamen yeni bir şekilde uygulanıyorsa, bazen yeni talimatlar yazmamız gerekir. Üretimimizin, üretimde hangi gereksinimlerin olduğunu bilmesi gerekiyor. Mühendislik departmanımız ayrıca her bir ürünün çıktısı için üretim akışını ve aşamalarını tasarlar. Yeni ürünlerin ürünlerimizden doğru şekilde geçmesini sağlarlar.
Üretim – Sipariş masası, üretimi planlamak, gerekli kapasitenin mevcut olup olmadığını kontrol etmek ve üretim süreci programlarını buna göre planlamakla ilgilenir. Sipariş masamız tüm siparişlerimizi ele alır ve müşterilerimizle yeni ürünlerin zaman çizelgesi hakkında iletişim kurar.
Malzeme ve bileşenlerin satın alınması – Ürün planlama aşamasından sonra satın alma ekibimiz gerekli malzemeleri satın almaya başlar. Yeni ürünün, teslimat süresi uzatılmış bileşenler (sensörler, belirli malzemeler veya belirli valfler gibi) gerektirdiğini varsayalım. Tedarik departmanımız, satın alma ekibimizin gerçek malzeme alımını gerçekleştirdiği her bir öğe için kaynak bulma kanallarını tanımlar. Satın alma ekibimiz ayrıca gerekli malzeme ve bileşenlerin zamanında ulaşmasına ve işin gecikmemesine özen göstermektedir.
Kalite gereksinimleri – Kalite ekibi tüm süreçte ayrılmaz bir rol oynar. Ana girişimleri, kalite dokümantasyonu ve nihai ürünlerin müşteri gereksinimlerini karşılamasını sağlamaktır. Kalite ekibi aşağıdakileri sağlar:
- Üretim akışı – Üretim için gerekli üretim adımları.
- Hata Modları ve Etkileri Analizi (FMEA) – FMEA, nerede ve nasıl başarısız olabileceğini belirlemek için bir süreci değerlendirmek için sistematik, proaktif bir yöntem sunar.
- FMEA süreci – Kalite ekibi, sürecin değişime en çok ihtiyaç duyan kısımlarını belirlemek için farklı başarısızlıkların göreli etkisini değerlendirir.
- Çalışma talimatlarının izlenmesi – Kalite ekibi, süreç için herhangi bir talimatın değiştirilmesi veya farklı prosedürlerin birleştirilmesi gerekip gerekmediğini kontrol eder.
- Dokümantasyon – Kalite ekibi, ölçüm dokümantasyon şablonlarını oluşturur, tedarikçi bileşenlerini ölçer, tedarikçi bileşenlerinin spesifikasyonlara uygun olmasını sağlamak için ölçüm protokollerinden geçer.
- Test – Kalite ekibi tüm testleri yapar ve müşterilere yeni bir silindir modelinin numune ürünü ile test raporları sunar.
Müşteri üretim sürecini takip etmek isterse , kalite ekibi bir süreç denetimi ayarlayabilir . Öncelikli hedefimiz, müşterilerimizin ihtiyaçlarını karşılayan ürünler yaratmaktır ve ürettiğimiz her şey ihtiyaçlara göredir. Müşteri ilişkilerimizi mükemmel hizmet ve üstün ürünlerle beslemek istiyoruz. Uluslararası büyüme ihtiyaçlarını karşılamak için verimli ve kusursuz bir şekilde özelleştirilmiş ürünler yaratan birinci sınıf bir süreç yaratmayı hedefliyoruz.
Sürekli değişen endüstriyel ortamda hidrolik teknolojisi
Modern hidrolik mühendisliğinde birçok elverişli hidrolik silindir tasarım bileşeni ile çok sayıda benzersiz uygulama mevcuttur. Hidrolik mühendisliği, yeni teknolojilerle entegrasyonu ile yeni bir evrime dönüşebilir. Elektronik kontrol ve elektromekanik güç aktarımı bunda önemli bir rol oynar. Elektronik teknolojilere hidrolik entegrasyon, BT tüketici dünyasında da olanaklar yaratacaktır. Gelecekte sürekli gelişen bir endüstriyel ortamda hidrolik güç için hala yer var. Hidrolik, yüksek güç yoğunluğuna sahip olması gibi belirgin avantajlar sunar ve bu teknolojiyi çoğu modern makine için iyi bir geliştirme haline getirir.
Sonuç olarak, hidrolik silindir tasarım süreci zaman alıcı ve karmaşık olabilir. Tasarım sürecinin başlarında hidrolik sistem tasarımında deneyimli bir mühendislik üreticisiyle ortaklık kurmak, zamandan ve paradan tasarruf sağlayabilir ve güvenilir sistem çalışması ve uzun ömür sağlayabilir.