Giriş: Hidrolik sistemler yüksek güçlerin ihtiyaç duyulduğu inşaat, tersane, fabrika, taşıma işleri vb. sektörlerde çok yaygın olarak kullanılan sistemlerdir. Hidrolik sistemlerin en yaygın kullanım alanlarından birisi de lojistik sektörüdür. Saniyelerin önem arz ettiği deniz sektörü; sessiz çalışma, uzun ömür, yönetim ve bakım kolaylığı gibi avantajları nedeniyle hidrolik sistemlerden en çok faydalanan alanlardır. Hidrolik çok ağızlı ve iki ağızlı kepçeler, yüklerin ağır olduğu gemi güverte ve limanlarda kuru yük yükleme-boşaltma işlerinde ve demir-çelik sektöründe kullanılan temel araçlardır. Hidrolik kepçenin iki ağzı hidrolik motor seti tarafından kontrol edilen silindirler sayesinde açılıp kapanmaktadır. Belirtilen hidrolik sistemlere duyulan ihtiyacın artmasıyla birlikte sektörde önemli bir rekabet ortamı oluşmuştur. Ayrıca, mevcut sistemlerin açma-kapama sürelerinin uzun olmasından dolayı birim zamanda yaptığı iş hacmi düşüktür. Bu durum hızlı iş yapabilmenin maliyet ve yer-kapasite açısından büyük önem taşıdığı limanlarda sorun oluşturmaktadır. İş hacminin düşük olmasına bağlı olarak da taşınan yükle orantılı olarak enerji tüketimi fazla olmaktadır. Bir diğer yandan, uzun çalışma sürelerinde sıcaklığa bağlı olarak sistemin kendini koruyamaması ve ısınmadan kaynaklanan problemler bulunmaktadır. Bu sorun da sıcak iklimlerde sistemin çalışmamasına ve milyon dolarlarla ifade edilecek kayıpların oluşmasına sebep olmaktadır. Diğer taraftan bazı limanlarda elektrik sinyalizasyon için panolar bulunmamakta, bundan dolayı eski nesil akıllı pompanın kullanıldığı sistemler bu limanlarda kullanılamamaktadır. Yukarıda bahsi geçen sorunların ortadan kaldırılması ve artan taleplerin karşılanabilmesi amacıyla hazırlanan çalışma ile tam performanslı, düşük işletme maliyetli hidrolik sistem geliştirilmiştir. Amaç: Bu araştırma ile çift yönlü, değişken debili, güç regülasyonlu, load sensing özellikli akıllı pompalı hidrolik motor sistemi ile hidrolik kepçe sistemleri için enerji maliyeti ve çevrim süresinin düşürülmesine yönelik tam performanslı hidrolik ünitenin özgün tasarımının yapılarak geliştirilmesi amaçlanmıştır. Kapsam: Yapılan bu araştırmanın kapsamı çoğunlukla lojistik sektöründe ve limanlarda, seri bir şekilde yük aktarma amacıyla kullanılan yüksek kapasiteli vinç altı kepçe ve polip sistemlere yönelik, 2 adet yenilikçi hidrolik ünite geliştirilmiştir. Bu ünitelerin devre şeması, blok, silindir, güç ünitesi gibi tüm alt bileşenleri, yeni nesil çift yönlü değişken debili akıllı pompaların yüksek çalışma basınçlarına, debilerine, çift yönlü dönüş, değişken debi, güç regülasyonu ve load sensing özelliklerine uyumlu tasarlanarak sistem verimi arttırılıp, ısınma problemi iyileştirilip, yön denetiminde bobinli valfler, dolayısıyla elektrik sinyalizasyon gerekliliği ortadan kaldırılırken, bu ünitelerden birisinde aynı zamanda rejeneratif devre yöntemi kullanılarak çalışma hızları da arttırılmasını oluşturmaktadır.
Sınırlıklar: Araştırmada sistemin çalışma basıncının tasarımı daha yüksek olmasına rağmen, sistemde testlerin yapıldığı çalışma basıncı 320 bar ile sınırlandırılmıştır. Yöntem: Araştırmada öncelikli olarak daha önce yapılan piyasa araştırması ve literatür taramasından sonra çalışmanın hedefleri doğrultusunda yapılan ön hazırlıklar detaylı tasarımlara dönüştürülmüştür. Çalışma kapsamında hidrolik sistemlerin devre şeması tasarımı, ekipman ve valf seçimi, blok ve silindir tasarımı, ünite tasarımı yapılmıştır. Tasarım çalışmalarında firma bünyesinde bulunan, üretim faaliyetlerinde de kullanılmakta olan bilgisayar destekli modelleme programları kullanılmıştır. Tasarımı netleştirilen sistemin üretim aşaması için imalat resimlerinin çıkarılması çalışmaları yapılmıştır. Tasarım çalışmalarından sonra prototip ünitenin elde edilmesi için tasarım aşamasında belirlenen boyutsal toleranslara göre sistem alt bileşenlerinin imalatı CNC tezgahlarında gerçekleştirilmiştir. Üretim esnasında blok üretimde boyutsal ölçümler ve yüzey pürüzlülüğü, silindir ve pistonlarda yüzey pürüzlülüğü, kaplama kalınlığının belirlenmesi için testler yapılmıştır. Çalışma kapsamında prototip imalatı yapılan hidrolik ünitenin başarı kriterlerinin doğrulanması yönünde sistem üzerinde; basınç kaybı testi, hız kaybı testi, sıcaklık testi, çevrim sürelerinin ölçümü ve sızdırmazlık kontrolü testleri yapılmıştır. Bulgular: Proje çıktısı prototip sistem; akıllı pompa ve buna uygun rejeneratif devre mantığı ile çalışmaktadır. Sistem basınç ve fonksiyon testinde 320 bar basınçta başarı ile çalıştırılmıştır. Yağ sızdırmazlık testi başarı ile sonuçlanmıştır. Hidrolik silindir açma-kapama hızında istenen başarı yakalanmıştır. Kepçenin açma-kapama çalışma hızları rejeneratif devre yapısı sayesinde %31 oranında arttırılabilmiştir. Malzeme ve ekipmanlar 320 bar çalışma şartlarına uygun olarak seçilmiş ve böylece kepçenin birim hacimde kaldırabileceği kuvvet arttırılmıştır. Yeni nesil akıllı pompa sayesinde yön denetimi, bobinli yön denetim valfleri ile değil, pompanın çift yönlü dönüş özelliği sayesinde gerçekleşmiştir, böylece elektrik sinyalizasyon gerekliliği ortadan kalkmıştır. Ayrıca yeni nesil pompanın kendi içinde bulunan güç regülasyonu ve load sensing özelliği sayesinde ve buna göre tasarlanan devre şeması sayesinde yağ ısınma problemi ortadan kaldırılmıştır. Sonuç: Çalışma kapsamında gemi güverte ve limanlarda kuru yük yükleme-boşaltma işlerinde ve demir-çelik sektöründe kullanılan hidrolik çok ağızlı ve iki ağızlı kepçelerin ağızlarının açılıp kapanmasını sağlayan, yeni nesil çift yönlü akıllı pompaların ve rejeneratif devre yönteminin birlikte entegre edildiği ve böylece ısınma problemlerini minimize eden, sinyalizasyon elektrik panoları ihtiyacını ortadan kaldıran, kepçenin açma-kapama çalışma hızını artıran çift yönlü akıllı pompalı hidrolik motor sisteminin tasarımı ve prototip imalatı başarılı bir şekilde gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Akıllı Pompa, Hidrolik Ünite, Rejeneratif Devre
|
