Hidrolik Akışkanlar Mekaniği
Hidrolik Akışkanlar Mekaniği
Hidrolik Akışkanlar Mekaniği
Hidrolik, akışkanların, özellikle de hareket halindeki sıvıların pratik uygulamalarıyla ilgilenen bilim dalı. Büyük ölçüde teorik temelini sağlayan akışkanlar mekaniği ile ilgilidir. Hidrolik, sıvıların borular, nehirler ve kanallar içindeki akışı ve bunların barajlar ve tanklar tarafından sınırlandırılması gibi konularla ilgilenir. Prensiplerinden bazıları, genellikle yoğunluktaki değişimlerin nispeten küçük olduğu durumlarda gazlar için de geçerlidir. Sonuç olarak, hidroliğin kapsamı fanlar ve gaz türbinleri gibi mekanik cihazlara ve pnömatik kontrol sistemlerine kadar uzanır.
Hidrolik nedir?
Hidrolik, sıvı basıncının kuvvetiyle çalışan mekanik bir fonksiyondur.
Hidrolik tabanlı sistemlerde, mekanik hareket, tipik olarak pistonları hareket ettiren hidrolik silindirler aracılığıyla muhafaza edilen, pompalanan sıvıyla üretilir.
Hidrolik, ürün ve süreçleri tasarlamak ve üretmek için mekanik, elektronik ve yazılım mühendisliğini birleştiren mekatronik biliminin bir bileşenidir.
Hidroliği kim icat etti?
Hidroliği tam olarak kimin icat ettiğini belirlemek zordur. Ancak hidrolik temelli sistemlerin kullanımının izleri 1. yüzyıla kadar uzanabilmektedir.
Fransız fizikçi, matematikçi, mucit, filozof ve ilahiyatçı Blaise Pascal, hidrostatik ve hidrodinamik alanlarında kayda değer başarılara imza attı ve kuvvetleri çoğaltmak için hidrolik basıncı kullanan ilk hidrolik presin icadıyla tanınır.
Ek olarak, kapalı bir kapta hareketsiz durumdaki sıvının, sıvının her bölümünde ve kabın duvarlarında kayıp olmadan yüksek basınç değişimine neden olabileceğini belirten Pascal yasasını veya hidrostatik Pascal ilkesini icat etti.
Hidrolik sistemler nasıl çalışır?
Günümüzün sistemleri, su basıncı oluşturmak için yerçekimini kullanarak su dağıtan aktüatörler, hortumlar, su kemerleri ve sulama sistemleri gibi hidrolik bileşenleri içerir. Bu sistemler esas olarak suyun kendisini teslim etmesini sağlamak için suyun özelliklerini kullanır.
Daha büyük bir pistonu daha büyük bir silindire itmek için daha küçük çaplı bir silindir kullanılarak kuvvet çarpımı oluşturulabilir. Çoğunlukla çok sayıda piston olacaktır.
Tüm hidrolik pompa türleri, yağın sıvı akış hızını kontrol etmek için bir pistonu silindir boyunca hareket ettirerek ve kontrol valflerini kontrol ederek sıvılara (tipik olarak hidrolik yağlara) basınç uygular.
Hidrolik sistemlerin uygulamaları nelerdir?
Hidrolik sistemler için çok sayıda uygulama vardır.
Hidrolik, otomotiv endüstrisinde fren sistemlerinden hidrolik direksiyona kadar her şeyde yaygın olarak kullanılmaktadır. Ancak iş makinaları, imalat makinaları ve uçaklarda da kullanılmaktadırlar.
Hidrolik o kadar yaygın ki, muhtemelen gün boyunca farkına bile varmadan birçok kez hidrolik tabanlı sistemlerle etkileşime giriyorsunuz.
Hareket halindeki veya basınç altındaki sıvılar, Fransız bilim adamı-filozof Blaise Pascal ve İsviçreli fizikçi Daniel Bernoulli'nin modern hidrolik güç teknolojisinin dayandığı yasaları formüle etmesinden önce yüzyıllar boyunca insanlık için faydalı işler yaptı. Yaklaşık 1650'de formüle edilen Pascal ilkesi, bir sıvıdaki basıncın her yöne eşit olarak iletildiğini belirtir; yani, su kapalı bir kabı doldurduğunda, herhangi bir noktada uygulanan basınç kabın her tarafına iletilecektir. Hidrolik preste kuvvet artışı sağlamak için Pascal prensibi kullanılır; küçük bir silindirdeki küçük bir pistona uygulanan küçük bir kuvvet, bir tüp aracılığıyla büyük bir silindire iletilir ve burada büyük piston da dahil olmak üzere silindirin tüm kenarlarına eşit şekilde baskı yapılır.
Yaklaşık bir asır sonra formüle edilen Bernoulli teoremi, bir akışkandaki enerjinin yükseklik, hareket ve basınçtan kaynaklandığını, sürtünmeden kaynaklanan kayıplar ve yapılan iş yoksa enerjilerin toplamının sabit kaldığını belirtir. Böylece, hareketten kaynaklanan kinetik enerji, borunun kesitinin genişletilmesiyle kısmen basınç enerjisine dönüştürülebilir, bu da akışı yavaşlatır ancak sıvının baskı yaptığı alanı artırır.
19. yüzyıla kadar doğanın sağladığından çok daha yüksek hız ve basınçları geliştirmek mümkün değildi, ancak pompaların icadı, Pascal ve Bernoulli'nin keşiflerinin uygulanması için büyük bir potansiyel getirdi. 1882'de Londra şehri, fabrikalardaki makineleri çalıştırmak için sokak şebekesinden basınçlı su sağlayan bir hidrolik sistem inşa etti. 1906 yılında USS Virginia'nın toplarını kaldırmak ve kontrol etmek için yağlı hidrolik sistem kurulduğunda hidrolik tekniklerde önemli bir ilerleme kaydedildi. 1920'lerde pompa, kontroller ve motordan oluşan bağımsız hidrolik üniteler geliştirildi.
takım tezgahları, otomobiller, tarım ekipmanları, hafriyat makineleri, lokomotifler, gemiler, uçaklar ve uzay araçlarındaki uygulamaların önünü açıyor.
Hidrolik güç sistemlerinde beş unsur vardır: sürücü, pompa, kontrol valfleri, motor ve yük. Sürücü bir elektrik motoru veya herhangi bir tipte bir motor olabilir. Pompa esas olarak basıncı artırmaya çalışır. Motor, hidrolik girdiyi mekanik çıktıya dönüştüren pompanın bir karşılığı olabilir. Motorlar yükte dönme veya ileri geri hareket üretebilir.
Takım tezgahlarının, tarım makinelerinin, inşaat makinelerinin ve madencilik makinelerinin çalıştırılması ve kontrolünde akışkan gücü, mekanik ve elektrik sistemleriyle başarılı bir şekilde rekabet edebilir (bkz. akışkanlar). Başlıca avantajları esneklik ve kuvvetleri verimli bir şekilde çoğaltma yeteneğidir; aynı zamanda kontrollere hızlı ve doğru yanıt verilmesini sağlar.
Günlük bölücüler
Kütük ayırıcı, pistonları basınçlı sıvıyla hareket ettirmek için silindirin her iki ucundaki bir valf kullanan, ahşabı daha küçük parçalara ayırmak ve başlangıç konumuna geri dönmek için bir kama hareket ettiren tek pistonlu bir hidrolik makinedir.
Kazıcılar
Beko gibi endüstriyel ekipmanlar, farklı parçaları hareket ettirmek için sıklıkla birkaç silindir kullanır. Elektronik kontroller genellikle büyük, güçlü ekipmanlardaki bu daha karmaşık kurulumlar için kullanılır.
Kazıcının hidrolik sistemi kepçeyi, kepçe kolunu ve uzatılabilir bomu çalıştırır.
Kovalı kamyonlar
Aynı zamanda kiraz toplayıcı olarak da bilinen kovalı kamyonlar, yüksek hatlarda veya diğer yükseltilmiş alanlarda çalışmak üzere operatörü kepçe içinde kaldırmak ve indirmek için hidrolik kullanır. Hidrolik sistem aynı zamanda kepçeyi döndürmek için de kullanılabilir.
Gördüğünüz gibi hidrolik sistemler birçok farklı endüstride geniş bir uygulama alanına sahiptir.
Hidrolik ve pnömatik sistemler
Hidrolik, işlevsel olarak pnömatik sistemlere benzer. Her iki sistem de basınçlı akışkan gücü kullanır, ancak hidrolik, pnömatikten farklı olarak gazlar yerine sıvıları kullanır.
Hidrolik sistemler daha önemli basınçlara dayanabilir: inç kare başına 10.000 pound'a (psi) kadar, pnömatik sistemlerde ise yaklaşık 100 psi.
Bu basınç, sıvıların sıkıştırılamaz olmasından kaynaklanır ve havanın hidrolik hatlara girmesi dışında, sıkıştırma nedeniyle enerji kaybı yaşanmadığından, artan verimlilikle daha önemli güç aktarımına olanak tanır. Hidrolik sıvılar ayrıca hidrolik gücü yağlayabilir, soğutabilir ve iletebilir.
Pnömatik daha az çok yönlü olduğundan, ayrı olarak yağla yağlama gerektirir ve bu da hava basıncıyla karışıklığa neden olabilir.
Pnömatik tasarım ve kontrol açısından daha basittir ve kısmen gaz emici şokun sıkıştırılabilirliği mekanizmayı koruyabildiği için daha az yangın riskiyle daha güvenlidir.
Hidrolik güç sistemleri endüstriyel, tarımsal ve savunma faaliyetlerinin tüm aşamalarında kullanılan başlıca enerji iletim teknolojilerinden biri haline gelmiştir. Örneğin modern uçaklar, kontrollerini etkinleştirmek ve iniş takımlarını ve frenleri çalıştırmak için hidrolik sistemler kullanır. Hemen hemen tüm füzeler ve yer destek ekipmanları akıcı güç kullanır. Otomobillerin şanzımanlarında, frenlerinde ve direksiyon mekanizmalarında hidrolik güç sistemleri kullanılır. Birçok endüstride seri üretim ve onun ürünü olan otomasyonun temelleri akışkan güç sistemlerinin kullanımına dayanmaktadır. Daha çok hidrolik kırma olarak bilinen hidrolik kırma, daha önce erişilemeyen yataklardan doğal gaz ve petrolün çıkarılmasına olanak sağladı.