ÇELİK YAPILARIN TARİHÇESİ

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

ÇELİK YAPILARIN TARİHÇESİ

Klasik arkeolojinin bir teorisine göre dünyada ilk defa demir cevherinin işlenmesi, antik çağlarda şimdiki

Türkiye’de Kaz dağları’nda çıkan büyük orman yangınında, toprağın içerdiği demire şekil verilebilecek

derecede ısınması sonucunda meydana gelmiştir. Bir diğer teori ise, insanların dünyaya düşen meteorlar

sayesinde demiri işlemeyi öğrendikleridir. İnsanlar, büyük ihtimalle meteorla gelen metali dövüp,

işleyerek ilkel araç-gereç ve silah yapabildiler diye kabul edilir.

Demir ve çelik 5000 yıldır kullanılmakla beraber, iki yüzyıl öncesine kadar yalnızca silah ve eşya

yapımında yer almışlardır. Ancak, 18. yüzyılda İngiltere’de ham demir üretiminin başlamasıyla birlikte

demir yapı malzemesi olarak kullanılmaya başlanmıştır. Demir kullanılarak inşa edilen ilk yapılar

köprülerdir. Kullanılan ilk malzeme fonttur. Fontun basınç dayanımı yüksek, çekme dayanımı ise

düşüktür.

İlerleyen yıllarda Bessemer (1855), Siemens-Martin (1864), Thomas (1879) yöntemlerinin bulunmasıyla

ham demirin sıvı haldeyken arıtılması sağlanmış ve dökme çelik üretimi olanağı ortaya çıkmıştır. Böylece

1800’lü yılların sonlarından itibaren dökme çelik, en çok üretilen cins olmuştur. Özellikle 20. yüzyılın

başında elektrik fırınlarının da kullanılmaya başlanmasıyla da çelik yapı tekniklerinde büyük ilerlemeler

meydana gelmiştir.

Çelik yapıların hızlı inşa edilebilmesi nedeniyle birinci dünya savaşı sonrasında, ikinci dünya savaşı sırası

ve sonrasında çelik yapı inşası yaygın olarak gözlenmiştir. Birinci dünya savaşı sonrasında dağılan

sanayinin yeniden üretime geçebilmesi amacıyla çelik inşası tercih edilmiştir. İkinci dünya savaşı sırasında

ise Alman ordusunun Volga Nehri’ne kadar onlarca devletin arazilerini işgal ederek, sanayi binalarının

donanımlarını söküp yeni arazilere taşıması ve bu arazilerde hızlı sanayi üretimine geçebilmesi ancak çelik

taşıyıcı sistemlerin kullanılması ile mümkün olmuştur. Savaş sonrasında ise, sanayi, sosyal-spor tesisleri,

okul ve konut binalarının hızla yapılması ihtiyacı, ancak çelik kullanımı ile mümkün olabilmiştir. Böylelikle

çelik yapı taşıyıcı sistemlerinin hesaplama yöntemlerinin ve tasarım esaslarının gelişmesi mümkün

olmutur. Bu süreçte kaynak teknikleri de gelişmiştir.

Font kullanılarak inşa edilen ilk köprü yaklaşık 1778 yılında tamamlandığı

tahmin edilen İngiltere’de, Severn nehri üzerindeki Coalbrookdale Köprüsü’dür.

Abraham Darby tarafından yaptırılmıştır. Abraham Darby taş kömürü kullanarak

kok kömürü üretebilmeyi ve demiri kok kömürü kullanarak işleyebilmeyi ilk

başaran kişidir. (1700’lere kadar demirin işlenmesinde zengin karbon içeriği

nedeniyle odun kömürü kullanılmaktaydı, ancak o yıllarda Avrupa ormanlarının

tükenmesi demirin işlenmesini zorlaştırmıştı. İngiltere’de bol miktarda taş

kömürü mevcuttu, fakat taş kömüründe yeterli karbon yoktu. Bu nedenlerle,

kok kömürü çelik çağını başlatan büyük bir buluş olarak kabul edilir.)

Ancak, Darby’nin işlediği demirin kalitesi iyi değildi. İşlenen

demirin içi karbon köpüğüyle doluydu, saat yapımı gibi ince işler

için elverişsizdi. Üstelik fontun çekme dayanımı iyi değildi. Yine

bir İngiliz olan Henry Cort yaklaşık 1784 yılında pudlalama

metodunu geliştirerek iyi kalitede dövme çelik üretimini

mümkün kılmıştır. Bu buluş sayesinde sanayiye yetecek

miktarda iyi kalite çelik elde edilebilmiş ve odun kömürü ile

demir işleyen Rusya ve İsveç`in tekeli kaldırımıştır. Böylece

İngiltere çelik piyasasına hâkim olmuş ve gerek madeni, gerekse

üretim yöntemiyle dünyaya kendini kabul ettirmiştir. Bu

dönemde İngilizler madencilikte dünyada rakipsiz duruma

yükselmişlerdir. Birçok ülke, İngiliz mühendislerini davet edip,

kendi ülkelerinde demir fabrikaları kurmakla

görevlendirmişlerdir. Fransa ve Almanya`da ilk yüksek fırını

İngilizler kurmuştur (1787). O yıllarda dövme çelik kullanılarak

dolu gövdeli ana kirişli ve kafes ana kirişli köprülerin yapımına

başlandı. Bunlardan birisi, 1846’da İngiltere’de inşa edilen 140

m açıklıklı Britannia Köprüsü’dür.

Coalbrookdale Köprüsü

Britannia Köprüsü

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

Zamanımızda çelik konstrüksiyonların kısımları, ulaşım olanaklarına bağlı olarak, mümkün olduğunca

büyük parçalar halinde, kaynaklı birleşimler yapılmak suretiyle atölyelerde hazırlanır. Bu kısımlar

şantiyede genellikle bulonlu montaj birleşimleriyle birleştirilerek çelik konstrüksiyon tamamlanır.

ÇELİK ÜRETİMİ*

Demir, yerkabuğunda en çok bulunan metaldir ve kabuğun yaklaşık olarak % 4,5 unu teşkil eder.

Meteorlar haricinde serbest bir eleman olarak bulunmaz. Doğada demir cevheri;

- oksitler [magnetit (Fe3O4) ve hematit (Fe2O3)],

- hidroksitler [geotit (FeO(OH)) ve limonit (FeO(OH)·nH2O)],

- karbonatlar [siderit(Fe2CO3)]

halinde bulunur (Şekil 1). Hemen tüm cevher türleri Silisyum Oksit (Si2O) ihtiva etmektedirler. Çoğu

cevher türleri az miktarda Fosfor, Alüminyum, Kükürt, vb. elementler içermektedir.

(a) (b) (c) (d) (e)

Şekil 1. Demir cevherleri (a) Magnetit, (b) Hematit, (c) Geotit, (d) Limonit, (e) Siderit

Demir cevheri, yüksek fırında kok kömür ile yakılıp ergitilerek ham demir elde edilir. Kok kömürünün iki

fonksiyonu vardır; birincisi gerekli sıcaklığı sağlamak, ikincisi ise demir ile kimyasal reaksiyona girmek.

Kok kömürdeki karbon demir ile alaşım meydana getirir, ayrıca bu alaşım yani ham demir cevherden

gelen Silisyum, Alüminyum, Kükürt gibi maddeleri de ihtiva eder. İşlem sonunda cüruf ve yüksek fırın

gazları da ortaya çıkar. Cüruf, yoğunluğu az olduğundan ergimiş ham demirin üzerinde toplanır ve

yüksek fırındaki cüruf deliğinden dışarıya atılır. Elde edilen ham demirin karbon oranı yüksek (%3-5)

olduğundan şekil değiştirmeye ve kaynaklanabilmeye elverişli değildir. Bu nedenlerle ham demir

işlenerek, kullanılan yöntem ve katkılara bağlı olarak çelik veya dökme demir üretilebilir. Dökme demir

kupol fırınında üretilir. İçeriğinde yaklaşık olarak %2~4 oranında karbon vardır. Çelik ise Siemens-Martin,

Elektrik Arkı, Oksijen Üfleme gibi yöntemlerle elde edilebilir. Bu yöntemler sonucunda dökme çelik,

dövme çelik veya hadde ürünü çelik elde edilir.

Isıl işlem sırasında eriyik hale gelmiş çeliğin bünyesinde karbon monoksitten dolayı gaz habbecikleri

bulunur. Bu haldeki çeliğe gazı alınmamış çelik denir. Silisyum, Alüminyum, Manganez, Kalsiyum gibi

maddeler eklenerek, eriyik halde bulunan çelikteki oksijen bağlanarak gaz habbeciklerinin oluşumu

engellenir. Böyle çeliğe ise gazı alınmış çelik denir. Gazı alınmış çelikte kükürt ve fosforun yoğunlaştığı

yerler (yığılma bölgeleri) daha az oluştuğundan, bu çelik kaynaklanma, yorulma ve bükülme bakımından

daha elverişlidir.

Üretilen çelik haddeleme adı verilen şekillendirme işlemine tabi tutulursa istenilen şekli alan ürünler elde

edilir (Şekil 2). Haddeleme belirli bir sıcaklığın üstündeki çelikte yapılabildiği gibi göreceli olarak daha

düşük sıcaklıktaki çelik malzemeye de uygulanabilir. Dolayısıyla; haddeleme yöntemi sıcak veya soğuk

olarak adlandırılır. Soğuk haddeleme, görece düşük sıcaklıkta malzemeye verilen plastik deformasyonun

derecesine bağlı olarak çeliğin mekanik özelliklerini değiştirir, oysa metalin plastik şekil değiştirmesi belirli

bir sıcaklığın üzerinde yapılırsa, mekanik özelliklerinde herhangi bir değişiklik olmaz. Sıcak haddeleme

sırasında kalıplara döküm yapılarak çelik katı eriyiğinden elde edilen slab, kütük veya blum denilen

mamüller merdaneler yarımıyla şekillendirilir. Genelde haddeleme işlemi sırasında sıcaklık 12000C-8000C

aralığında değişmektedir.

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

Şekil 2. Çeşitli ürünlerin haddelenme aşamaları

Bazı Hadde Ürünleri:

1- Profiller

● I Profilleri

Normal I

(I veya IPN)

Orta Genişlikte I (IPE) Geniş Başlıklı I

(IPB veya HEB)

Geniş Başlıklı Ağır I

(IPBv veya HEM)

h-2c

c

c

Örnek: I 300

h=300 mm

b=125 mm

s=r1=10,8 mm

t=16,2 mm

r2=6,5 mm

c= 29,5 mm

h-2c=241 mm

Profil boyut aralıkları:

I 80 – I 600

IPE 80- IPE 600

IPB 100- IPB 1000

IPBv 100- IPBv 1000

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

● [ Profilleri

● L Profilleri (Korniyerler)

● Boru Profiller ● Tüp Profiller ● T Profilleri

● Z Profilleri

● Ray Profilleri

● Özel Profiller

Örnek: U 200

h=200 mm

b=75 mm

s=8,5 mm

t=r1=11,5 mm

r2=6 mm

c=24,5 mm

h-2c=151 mm

Profil boyut aralıkları:

U 30 – U 400

h-2c

c

c

Eşit kollu korniyer

Örnek: L 50x5

h=b=50 mm

t=5 mm

r1=7 mm

r2=3,5 mm

Profil boyut aralıkları:

L 20x3 – L 250x24

Farklı kollu korniyer

Örnek: L 150x75x9

h=150 mm

b=75 mm

t=9 mm

r1=10,5 mm

r2=5,5 mm

Profil boyut aralıkları:

L 30x20x3 – L 250x90x16

Compression

Tension

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

2- Lamalar (Enkesiti dikdörtgen olan çubuklar)

Dar Lamalar b=10~250 mm t=5~60 mm

İnce Lamalar b=151~1250 mm t=5~60 mm

Geniş Lamalar b=12~360 mm t=0,1~5 mm

(Örnek : □ 200.10 )

3- Levhalar

İnce Levhalar t ≤ 2,75 mm; b=530~1250 mm; ℓ=760~2500 mm

Orta Levhalar 3 mm ≤ t ≤ 4,75 mm; b≤ 2500 mm; ℓ≥ 7000 mm

Kaba Levhalar t ≥5 mm; b≤ 3600 mm; ℓ≤ 8000 mm

(Örnek : Lev.6.1000.5000 veya Lev.6)

Bazı dökme çelik ürünleri:

Çelik font (Mesnet parçaları)

Su çeliği (Mesnet ruloları, mafsal parçaları)

Gri font (Mesnet parçaları)

ÇELİK YAPI TAŞIYICI SİSTEMLERİN UYGULAMA ALANLARI*

1- Sanayi Yapıları

2- Köprüler

b

t

ℓ

b

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

3- Sosyal Yapılar

4- Çok Katlı Yapılar

5- Gökdelenler

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

YAPI MALZEMESİ OLARAK ÇELİK*

Yapısal çelik; demirin karbon, silisyum, manganez, alüminyum, bakır, krom, nikel, molibden, bor,

vanadiyum, vb. gibi elementler ile teşkil ettiği alaşımdır. Bu katkı maddelerinin çeşitleri ve oranları çelik

cinsine göre değişmektedir.

En önemli katkı malzemesi karbon, çeliğin sertliğini ve mukavemetini arttırır, ancak işlenebilirliğini diğer

bir deyişle şekil değiştirme ve kaynaklanabilme özelliklerini azalttığı için belli bir oranı geçmemesi

gereklidir (Şekil 2). Alman DIN normuna göre çelik, herhangi bir işlemden geçmeden dövülebilen ve

genellikle %1,7’den fazla karbon ihtiva etmeyen bir demir-karbon alaşımıdır. İnşaatta kullanılan

çeliklerde karbon %0,16-%0,22 aralığındadır.

Şekil 3. Karbon yüzdesinin çeliğin çekme mukavemetine ve kopma uzamasına olan tesiri (eksenel çekme

deneyinde numune uzunluğu, numune çapının 10 misli kadardır)

Üretim sırasında kullanılan demir cevherinin ve katkılarının kimyasal yapısı ham demirin bileşimini etkiler.

Ayrıca çelik üretimi sırasında kullanılan yöntem ve ilave edilen hurda demirin özellikleri de çeliğin

kimyasını etkiler. Bu nedenle, türlü çeliklerin, türlü bileşenleri vardır. Öte yandan üretim sürecinin bir

parçası olarak, mümkün olduğunca azaltıcı tedbirler alınmasına rağmen bazı zararlı bileşenler de (belirli

sınırları aşmamak koşuluyla) çeliğin yapısında bulunabilmektedir. Aşağıda bazı çelik bileşenleri ve

özellikleri verilmiştir:

SİLİSYUM: Mukavemeti arttırır, kaynaklanabilme özelliğini ve paslanmaya karşı direnci arttırır. %0,55’i

aşmamalıdır, çünkü işlenebilirliği azaltır.

ALÜMİNYUM: Fosforun zararlı etkisini ortadan kaldırır. Darbeli kuvvetlere karşı dayanıklılığını arttırır.

MANGANEZ: Mukavemeti arttıran bu eleman, çeliğin dövülebilme ve kaynaklanabilme özelliklerine olumlu

etkide bulunur. Ayrıca paslanmaya , aşınmaya, ve az oranda ısıya karşı olan dayanıklılığını iyileştirir.

BAKIR: Korozyon mukavemetini ve sünekliği arttırır.

KROM: Mukavemeti arttırır, korozyona, sürtünmeye karşı direnci arttırır.

NİKEL: Mukavemeti ve plastikliği arttırır.

MOLİBDEN ve BOR: Mukavemeti ve plastikliği arttırırlar. Çok kalın yüksek mukavemetli levha

üretiminde önemleri büyüktür.

VANADİYUM: Isıya ve aşınmaya karşı dayanıklılığını arttırır.

Bu faydalı elementlerin yanı sıra, içerdiği zararlı elementler; kükürt, fosfor ve azottur. Kükürt çeliğin kızıl

derecede gevrek olmasına ve kolayca kırılmasına sebep olur. Fosfor çeliğin normal sıcaklık derecelerinde

çok gevrek olmasına ve çabuk kırılmasına sebep olur. % 0,2 fosfor ihtiva eden çelik sert bir yere düştüğü

zaman cam gibi kırılır ve parçalanır. Her birinin miktarı genellikle %0,04’ ü geçmemeli ve asla %0,05’den

çok olmamalıdır. Azot çeliği gevrekleştirir; çelik cinsine göre %0,007 veya %0,009’u aşmamalıdır.

Kırılma

uzaması

Çekme

mukavemeti

0 0,5 1,0 1,5 1,7

25

50

75

100

kN/cm2

10

20

30

%40

0

εk

σu

% C

Yüksek mukavemetli

çeliklerde kullanılırlar

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

ÇELİĞİN MEKANİK ÖZELLİKLERİ

Kristalli bir malzeme olan çeliğin mekanik özellikleri çekme deneyi ile belirlenir. Çekme deneyinde, çubuk

biçiminde bir çelik numune yavaş yavaş ve giderek artan çekme kuvvetine maruz bırakılır. Bu esnada bir

yandan artan kuvvet etkisiyle çubuğun boyu uzarken, bir yandan da enkesiti daralır ve numune

kopuncaya dek kuvvet arttırılmaya devam edilir (Şekil 3.a). Deney boyunca çubukta meydana gelen boy

değişimi ve gerilme değerleri ölçülerek gerilme-şekil değiştirme grafiği hazırlanır (Şekil 3.b). Çubuk

elastiklik sınırına ulaşıncaya kadar (elastiklik sınır gerilmesi : σ E ) meydana gelen şekil değiştirmeler

elastiktir; diger bir deyişle elastik bölgede tesir eden kuvvet kaldırılırsa çubuk başlangıç şekline döner.

Hatta bu bölge içinde orantılı sınır gerilmesi (σ P ) diye adlandırılan değerden daha küçük gerilme

değerlerinde, gerilmeler ve şekil değiştirmeler arasındaki ilişki lineerdir yani Hooke Kanunu geçerlidir:

ε

σ

E = . Şekil 3.b’ de görüldüğü gibi Hooke Kanunu’nun geçerli olduğu orantılı bölge Hooke doğrusu

olarak da adlandırılabilir. Dikkat edilirse doğrunun eğimi elastiklik modülünü vermektedir. Elastiklik sınır

aşıldığında ise artık kaçınılmaz olarak çubukta bazı kalıcı hasarlar yani plastik şekil değiştirmeler meydana

gelecek demektir. Elastik olmayan bölgede kuvvet arttırılmaya devam edilirse malzeme akma sınırına

(σ F ) ulaşır. Şekil 3.b’de de görüldüğü gibi akma durumu, sabit gerilme etkisindeki bir elemanda şekil

değiştirmede meydana gelen artış olarak tanımlanabilir. Akma durumunda meydana gelen büyük

deformasyondan sonra malzeme kendini toparlar ve gerilme yeniden artmaya başlayarak maksimum

gerilme (σ B ) değerine ulaşır. Akmadan sonra gerilmenin yeniden artmasına pekleşme denir.

Şekil 3 (a) Çekme deneyinin aşamaları (b) Çekme deneyinde gerilme-şekil değiştirme grafiği

(a)

P

P

Ölçme boyu

Elastik

deformasyon

Plastik deformasyon

Akma+Pekleşme

Kopma

Boyun

verme

ε = Δℓ / ℓ

σ = P/A

Pekleşme bölgesi

Boyun

verme

bölgesi

Akma

bölgesi

(b)

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

Maksimum gerilme değerine ulaştıktan sonra mühendislik gerilmesi azalmaya başlar, çünkü çelik boyun

verme bölgesine girmiştir ve neticede numune kopma gerilmesine ulaşır. (Şekil 3.b’ de grafikte gerilmeler

numunenin başlangıç enkesit alanı dikkate alınarak belirlenmiştir, yani kesit daralması dikkate

alınmamıştır. Bu nedenle malzeme bilimciler bu gerilmeleri mühendislik gerilmesi olarak da adlandırırlar.)

Çelik malzeme plastik bölgede bir C noktasına kadar yüklendikten sonra, yük kaldırılıp gerilme sıfırlanırsa,

gerilme deformasyon ilişkisi Şekil 3.(b)’ deki grafikte |OP| doğrusuna paralel |CC’| doğrusunu takip eder.

Bu durumda şekilden de görüleceği gibi yük altında var olan gerilmenin elastik olan kısmı kaybolurken,

plastik olan kısmı kalıcı olmaktadır. C noktasına kadar yüklenip, yükü boşaltılmış numune yeniden

yüklenirse, bu kez bir önceki yüklemeden ötürü plastik deformasyon (kalıcı hasar) mevcut olduğundan

gerilme şekil değiştirme ilişkisi |C’CB| yolunu izler. Bu durumda malzeme σ C gerilme noktasına kadar

lineer elastik karakter gösterir. Bu olaya pekleşme denir. Pekleşme olayı sonucunda metalin sertliği,

akma sınır gerilmesi artar, sünekliği ise |OC’| (plastik deformasyon) kadar azalmış olur.

Bu denyde olduğu gibi tatbik edilen soğuk işlemler malzemenin pekleşmesine ve sünekliğinin azalmasına

(gevrekleşmesine) yol açarlar. Malzemeye başlangıçtaki yumuşaklığının ve sünekliğinin geri verilmesi

istendiğinde, malzeme uygun sıcaklığa kadar ısıtılıp yavaş yavaş soğutulur. Bu işleme tavlama denir ve

malzemenin gerilme defromasyon ilişkisi yeniden |OPEFB| haline geir. Özet olarak metalin plastik şekil

değiştirmesi kristalleşme sıcaklığının üzerinde yapılırsa, mekanik özelliklerinde herhangi bir değişiklik

olmaz (örneğin sıcak haddeleme konusuna daha önce değinilmişti.)

Çeliğin bazı mekanik özellikleri aşağıdaki gibidir:

Elastiklik modülü, E = 2,1x106 kg/cm2

Kayma Modülü, G=E/2(1+ν ) = 810000 kg/cm2

Poisson Oranı, ν = 0,3

Isıl genleşme katsayısı (α ) = 0,000012

ÇELİĞİN ÜSTÜN ÖZELLİKLERİ

- Çelik homojen ve izotrop bir malzemedir. Mekanik özellikleri herhangi doğrultu boyunca

değişmez.

- Çeliğin elastiklik modülü diğer malzemelere oranla çok yüksektir. Dolayısıyla mukavemeti yüksek

olduğundan yapıda kullanılan çelik hacmi küçülür: Çelik yapılar göreceli olarak hafiftir.

- Burkulmasız durumda çeliğin çekme mukavemeti, basınç mukavemetine eşittir.

- Sünek bir malzemedir. Büyük şekil değiştirme yapabilir, plastik hesaba uygundur, deprem yükleri

ve zemin oturmalarını karşılamak açısından optimum çözümler sunar.

- Çelik taşıyıcı elemanlar, büyük ölçüde atölyelerde hazırlanır. Şantiyede yalnız montaj işleri yapılır.

Bu bakımdan inşa süresi kısadır, ayrıca hava koşullarından neredeyse bağımsızdır.

- Çelik yapılarda takviye ve taşıyıcı elemanların değiştirilmesi nispeten kolaydır.

- Çelik yapılar sökülüp yeniden kullanılabilir.

- Montaj tamamlandığı anda tam yükle çalışırlar, beklemek gerekmemektedir.

- Uygun planlama ile az iskeleli inşaat mümkündür.

ÇELİĞİN SAKINCALI ÖZELLİKLERİ

- Yanıcı bir malzeme olmamakla birlikte, yüksek sıcaklık derecelerinde mukavemetinde hızlı bir

düşüş olur. Ayrıca ısıyı iyi ilettiğinden mukavemet düşüşü hızlı gerçekleşir. 6000C’ dan sonra

kullanılamaz hale gelir. Yangına karşı tedbirler alınması gereklidir. (Yüzeyi iletken olmayan bir

elemanla kaplanırsa veya yanmaz boyalarla boyanırsa dayanıklılığı artar, vb.)

- Paslanmaya karşı dayanıksızdır. Sürekli bakım gerektirir. Boyama, betona gömme, korozyona

dayanıklı özel alaşımlı çelik kullanma, vb. alınacak tedbirlerdendir.

- Asit, baz ve tuza karşı dayanıksızdır.

- Ses ve ısıyı iyi iletir, dolayısıyla yalıtım gerektirebilir.

- Çelik yüksek mukavemetli bir malzeme olduğundan seçilen kesitler narindir. Burkulma yerel

burkulma gibi olası stabilite problemleri hesaplar sırasında dikkate alınır. Ayrıca narinliğin

derecesine bağlı olarak elemanların basınç taşıma gücü çekmeye oranla bir miktar daha küçüktür.

Yukarıda anılan tüm sakıncalı özelliklere karşı alınan tedbirler maliyeti arttırır.

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

ÇELİK YAPILARDA TASARIM YÖNTEMLERİ

Kuşkusuz bir yapı elemanını boyutlandırırken seçilen kesitin uygulanan yükler etkisinde emniyetli ve

ekonomik olması gerekmektedir. Ekonomikliğin ölçüsü yapıda sarfedilen çelik ağırlığının minimum

olmasıdır ki, bu da çelik yapı elemanının en küçük enkesit alanına sahip olmasını gerektirir. Kesit

seçiminde montaj sırasındaki koşulları kolaylaştırmak da bir etken olabilir, ama ikinci derecede önem

taşır.

Çelik Yapı elemanlarının tasarımı için yukarıda bahsedilen çerçeve içinde faydalanılabilecek üç farklı

yaklaşım mevcuttur:

1- Emniyet Gerilmeleri Yöntemi (Allowable Stres Design - ASD)

Boyutlandırma sırasında; bir elemana ait enkesit alanı ve/veya enkesit atalet momenti gibi büyüklükler,

bu elemanda oluşacak gerilmelerin “emniyet gerilmesi” (“oluşmasına izin verilen en büyük gerilme”)

değerinden küçük olmasını sağlayacak yeterlikte olmalıdır. Bu emniyet gerilmesi değeri mutlaka

malzemenin elastik davrandığı bölgede olmalı ve akma gerilmesinden küçük olmalıdır. Emniyet gerilmesi,

akma gerilmesini belli bir emniyet katsayısına bölmek suretiyle elde edilir. Emniyet gerilmesi yönteminde

kullanılan yükler “işletme yükleri” olmalıdır. Özetle, bu yöntemde işletme yükleri etkisinde elemanlarda

oluşan gerilmeler, hiçbir zaman emniyet gerilmesinden büyük olmamalıdır. İşletme yükleri, “servis

yükleri” olarak da adlandırılabilirler.

Bu yönteme göre örneğin maruz kaldığı işletme yükü etkisinde yalnızca normal gerilme meydana gelen

bir çelik yapı elemanında meydana gelen gerilme σ , emniyet gerilmesi olan σ em den daha küçük veya

eşit olmalıdır.

σ ≤σ em

σ em ise şöyle belirlenir:

F

F

em ν

σ

σ = (1)

Burada σ F Şekil 3(b)’ de görülen akma gerilmesidir. ν F ise emniyet katsayısıdır.

2- Plastik Tasarım (Plastic Design)

Plastik tasarımda, işletme yükleri yerine “taşıma gücüne ulaşma durumu” dikkate alınır. Bu yaklaşımda

elemanlar, işletme yüklerinden bayağı büyük yükler dikkate alınarak belirlenir. Burada taşıma gücüne

ulaşma ile kastedilen göçme veya çok büyük deformasyonların oluşmasıdır. Taşıma gücüne ulaşma

sırasında elemanın bazı kısımlarında plastikleşmenin oluşmasına neden olacak kadar çok büyük şekil

değiştirmeler ortaya çıkar. Ayrıca çeşitli noktalarda enkesitlerin yükseklikleri boyunca tamamen

plastikleşmesi nedeniyle plastik mafsallar da ortaya çıkacaktır. Plastik mafsal sayısının artması yapıda

“göçme mekanizması” oluşturur. Gerçek yükler, elemanları taşıma gücüne ulaştıran yüklerden daima

emniyet katsayısı kadar daha küçük olacakları için, bu yöntemle boyutlandırılan elemanlar emniyetsiz

olmaz. Kabaca plastik tasarım şöyle özetlenebilir:

1- “Servis yükleri”, “taşıma gücü yükleri”ni elde etmek için yük katsayısı ile çarpılarak büyütülür.

2- Bu yükler altında taşıma gücüne ulaşmayacak biçimde enkesit özellikleri belirlenir. (Bu özelliklere

sahip bir eleman katsayı ile çarpılarak büyütülmüş yükler etkisinde taşıma gücüne ulaşma

sınırındadır.)

3- Belirlenen enkesit özelliklerine sahip en hafif enkesit seçilir.

3- Yük ve Mukavemet Faktörü İlkesi (Load and Resistance Factor Design - LRFD)

Olasılık esaslı olan bu yaklaşım plastik tasarıma benzemektedir çünkü limit durumlar dikkate alınır. Genel

felsefe kısaca şu formülle özetlenebilir:

φRn ≥ Σγ iQi

Bu denklemin sol tarafı yapı ve yapı elemanlarının mukavemetini, sağ tarafı ise dış yükleri ifade eder. Bu

yöntemde servis yükleri yük katsayıları ( i

γ ) ile çarpılırlar ve elemanlar katsayılarla çarpılıp arttırılmış

yükleri karşılayabilecek şekilde seçilirler. Katsayılarla çarpılmış yükler taşıma gücüne ulaşma durumunu

ifade ettiklerinden gerçekte var olan servis yüklerinden büyüktürler ve dolayısıyla yük katsayıları da 1’den

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

büyüktürler. Bu yükler elemanları limit durumlara ulaştırırlar; limit durumlar ise kırılma, akma veya

burkulma olabilir. Bunun yanı sıra, elemanların teorik mukavemetleri ise 0,75-1 aralığındaki azaltma

faktörleri (φ ) ile çarpılır.

Ülkemizde yürürlükte olan “Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, TS 648/ Aralık 1980” şartnamesi

Emniyet Gerilmeleri Yöntemi’ ni esas almaktadır. Dolayısıyla Çelik Yapılar I dersinde anlatılacak

esaslar ve hesap yöntemleri Emniyet Gerilmeleri Yöntemi’ ne göredir. Öte yandan TSE tarafından

yürürlükte olduğu ilan edilen TS EN 1993-1-1 (Eurocode 3) şartnamesinde ise taşıma gücüne dayalı

tasarım ilkesi kabul edilmiş olmasına rağmen, bu şartname ülkemizde pratikte çok az bir uygulama alanı

bulmuştur. ABD’ de 2005 yılında yayınlanan en son Çelik Yapı Şartnamesi hem “Emniyet Gerilmeleri

Yöntemi”, hem de “Yük ve Mukavemet Faktörü İlkesi” ni eş zamanlı olarak içermektedir.

Ayrıca, “Çelik Yapıların Plastik Teoriye Göre Hesap Kuralları, TS 4561/ Ekim 1985” şartnamesi de belirli

koşulları sağlayan yapıların “Plastik Tasarım” yöntemiyle boyutlandırılması sırasında kullanılabilir.

ÇELİK YAPILARDA YÜKLER

“Çelik Yapıların Hesap ve Yapım Kuralları, TS 648/ Aralık 1980 ” e göre:

Gerilme ve Stabilite Tahkikleri:

“Çelik yapılarda dayanım ve stabilite tahkikleri için yükler TS 498’ den alınmalıdır. Bu konuda yeter bilgi

olmayan hallerde, yükler yetkili proje kontrolü ile ortaklaşa tayin edilir.”

Yüklerin ayrılması:

Bir yapıya etkiyen yükler esas yükler ve ilave yükler olmak üzere ikiye ayrılır:

Esas yükler: Öz (Zati) yükler, hareketli yükler, kar yükü (rüzgarsız olarak), kren öz yükü (sık işler haldeki

bir krende kren hareketli yükü de esas yüklerden sayılır), makinelerin kütle kuvvetleri. (EY) (H)

İlave Yükler: Rüzgar etkisi, deprem etkisi, krenlerin fren kuvvetleri, yatay yanal kuvvetler, ısı değişimi ile

meydana gelen etkiler, montaj aşamalarında ortaya çıkan yükler. (İY) (Z)

Yükleme Durumları:

Boyutlandırma ve dayanım tahkiklerinde aşağıdaki yükleme durumları hesaba katılır:

EY Yüklemesi: Esas yüklerin toplamı (Yükleme I veya H Yüklemesi de denir)

EİY Yüklemesi: Esas ve ilave yüklerin toplamı (Yükleme II veya HZ Yüklemesi de denir)

“Eğer bir yapıya öz yükünden başka yalnız tali yükler tesir ediyorsa, bu yüklerden en büyüğü esas yük

yerine geçer.”

Emniyet Gerilmeleri:

Yükleme I durumunda denk.(1) deki emniyet katsayısı ν F =1,71

Yükleme II durumunda denk.(1) deki emniyet katsayısı ν F =1,50

Yapı çeliği olarak en çok kullanılan çelik cinsi St 37’dir. Bunun yanı sıra diğer bir önemli çelik cinsi ise

St.52’dir. Çelik yapı elemanlarının tek eksenli eğilmeye maruz kalması durumunda kullanılacak emniyet

gerilmeleri aşağıdaki tabloda verilmiştir:

Emniyet Gerilmesi

σ em

Kayma Emniyet Gerilmesi

Çelik Cinsi τ em

Akma Sınırı

σ F (kN/cm2)

EY (H) EİY (HZ) EY (H) EİY (HZ)

St 37 24 14 16 9 10,5

St 52 36 21 24 13,5 15,5

Elemanda iki eksenli gerilme olması halinde, biçim değiştirme işi teorisine (Von Mises kıstasına) göre

σ v kıyaslama gerilmesi hesaplanır ve aşağıdaki koşulun sağlanması konrol edilir:

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

0,80 ( )

0,75 ( )

2 2 3 2

HZ

H

F

F

v x y x y xy σ

σ

σ = σ +σ −σ σ + τ ≤

Kesitte eğilme+kayma durumunda ise:

0,80 ( )

0,75 ( )

2 3 2

HZ

H

F

F

v σ

σ

σ = σ + τ ≤

“TS 498/Kasım 1997” nin kapsamı:

“Konutlar, bürolar, resmi daireler, okullar, hastaneler, spor tesisleri, eğlence yerleri, garajlar, vb.

yapılardaki taşıyıcı elemanların (kagir, beton, betonarme, ahşap, çelik, vb.) boyutlandırılmasında alınacak

yüklerin hesap değerini kapsar. Köprüler, su yapıları, önemli dinamik etkilere maruz her çeşit endüstri

yapıları ve yüksek gerilim iletme hatları vb. gibi maruz oldukları yükler bakımından özellik gösteren

yapıların yüklerini kapsamaz. Ayrıca; betonarme, çelik gibi değişik yapılarda etkisi farklı olan sıcaklık

değişimi, rötre, deprem, vb. etkiler sözü geçen yapıların standardından ve ilgili mevzuattan alınacaktır.”

TS 498/Kasım 1997 – Madde 7 “Kar Yükü Hesap Değeri” (Pk) ve Madde 8 “KAR YÜKÜ” (Pko)

Hareketli yük sınıfına giren zemin kar yükü (Pko), coğrafi ve meteorolojik şartlara göre değişmektedir.

300 ye kadar eğimli çatılarda kar yükü hesap değeri (Pk), zemin kar yükü (Pko) değerine eşit kabul edilir

ve çatı alanına planda düzgün yayılı olarak tesir ettiği kabul edilir. Yatayla α açısı kadar eğim yapan ve

kar yağmasının engellenmediği yapılarda kar yükünn hesap değeri aşağıdaki gibidir:

k ko P = m.P 0

0

40

1 30

−

= −

α m (m değeri için TS 498/Kasım 1997 Çizelge-3 (Syf 7) kullanılabilir)

Görüldüğü üzere çatı eğimi arttıkça karın yüzeye tutunması ve birikmesi güçleşir (ya rüzgarla kolay

savrulur ya da yerçekimi etkisiyle kayar), bu nedenle kar yükü hesap değeri yukarıda belirtildiği biçimde

azaltılır.

Ülkemiz il ve ilçeleri kar yükü açısından dört bölge olarak sınıflandırılmıştır (Kar Bölgeleri ile ilgili Çizelge,

TS 498/Kasım 1997 -EK 1- Syf 14-18) (Türkiye’nin kar haritası, TS 498/Kasım 1997 –EK 2- Syf.19) ; bu

sınıflandırmada bölge numarası büyüdükçe kar yükünün değeri de artmaktadır. Ayrıca yapı yerinin

denizden yüksekliği de kar yükü şiddetini etkilediği için, yapılara tesir edecek kar yükleri belirlenirken

gerek kaçıncı derece kar bölgesi olduğu, gerekse yapı yerinin denizden yüksekliğinin dikkate alındığı TS

498/Kasım 1997 Çizelge 4 (Syf 7) kullanılmalıdır.

“Tipik olmayan özel yapımlı çatılarda kar yükü hesap değeri (Pk), yapılacak kar yükü dağılımı deneyi

sonucunda belirlenmelidir. TS 498’ deki açıklamaların dışında kalan bölgeler için o yerdeki kar yağma

süresi ve yüksekliğe bağlı olarak Çizelge-4’ de verilen değerler, varsa meteorolojik ölçmelerden de

faydalanılarak arttırılmalıdır. Kar yağmayan yerlerde kar yükü sıfır alınmalıdır.”

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

Kar Yüklemesiyle ilgili ek olarak: TS 498/Kasım 1997’de yer almamakla beraber, eklemek gerekir ki;

eğimli çatısı olan yapılarda, rüzgar veya güneş nedeni ile çatının bir tarafında kar birikmeyebilir. Bu

nedenle, tüm çatıya etki eden tam kar yüklemesinin yanı sıra, yalnızca çatının sol yanına ve yalnızca sağ

yanına etkiyen yarım kar yüklemeleri de mutlaka yapılmalıdır.

Çatının simetrik olmaması nedeniyle gerçekte ve hesaplarda (m katsayısı ile azaltmalar uygulandığından)

aynı çatının farklı kısımlarında farklı kar yükleri ortaya çıkabilir.

Ayrıca, çatı geometrisi kar birikimine neden olacak tarzda ise yine aynı çatının farklı kısımlarında farklı kar

yükleri dikkate alınmalıdır. Kar birikimi için “Yapılar üzerindeki etkiler - Bölüm 1-3: Genel etkiler - Kar

yükleri (Eurocode 1)TS EN 1991-1-3 /2007” şartnamesinden faydalanmak gereklidir.

Kar birikmesi oluşabilecek bazı çatı geometrilerine örnekler.

Pk Pk Pk

Tam Kar Yüklemesi Sol Yarım Kar Yüklemesi Sağ Yarım Kar Yüklemesi

Pk1 Pk2

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

Devlet Meteoroloji Genel Müdürlüğü çalışanlarından Y.Müh. Abdullah CEYLAN yayınladığı bildirisinde

Türkiye’ de 1940-2000 yılları arasında meydana gelen afetlerle ilgili yaptığı araştırmada aşırı kar yükü

etkisiyle her yıl ortalama sekiz adet can ve/veya mal kaybına neden olan çatı göçmesi olayı yaşandığını

rapor etmiştir. Son yıllarda yapılan bilimsel çalışmalar da TS 498/Kasım 1997’de verilen kar yükü hesap

değerlerinin güvenilirliği ile ilgili endişe yaratmaktadır. Örneğin KTÜ öğretim elemanı Mustafa DURMAZ ve

aynı üniversiteden Prof. Dr. Ayşe DALOĞLU yaptıkları çalışmalarda, Devlet Meteoroloji İşleri Genel

Müdürlüğü’ne bağlı 31 istasyondan 29 yıllık, yine aynı kuruma bağlı Ulaş İstasyonu’ndan 22 yıllık kar

yağışı ölçüm bilgilerini alarak Doğu Karadeniz Bölgesi’ne ait zemin kar yükü hesap değeri haritasını üç tip

istatistik dağılım modeli kullanarak oluşturmuşlardır. Saygın ulusal ve uluslararası dergilerde yayınladıkları

makalelerinde sundukları sonuçlar son derece düşündürücüdür; örneğin Doğu Karadeniz’deki yerleşim

bölgelerinin %76,2’ sinde TS 498/Kasım 1997’de verilen kar yükü hesap değeri, gerçek ölçümlere dayalı

olarak belirlenenlerden düşüktür ve hatta bazı yerleşim yerleri için TS 498’ de verilen hesap yükleri, elde

edilen değerlerin (2,28-3,22)’de biri kadardır.

TS 498/Kasım 1997 – Madde 11 “RÜZGAR YÜKÜ”

“Hesaplama için verilen açıklamalar bütün yapılar için geçerli olmakla beraber kendi şartnameleri veya

standartları olan, mesela köprü, vinçler, yüksek bacalar (fabrika bacası vs. gibi), radyo vs. yayın kuleleri

ve yüksek gerilim hatları gibi yapılar için geçerli değildir.”

Rüzgar yükü yapının geometrisine bağlıdır.

Rüzgar kanalı deneyi yapmak yoluyla, rüzgarın esiş yönüne ve yapı geometrisine bağlı olan aerodinamik

yük katsayısı (cf) belirlenebilir. Öte yandan rüzgar deneyi yapmak ülkemizde pek kullanılan bir yöntem

değildir, ayrıca TS 498/Kasım 1997’de, Şekil 1 / Syf 9’ da verilen cp katsayıları kullanılarak rüzgar yükü

hesap değerinin şöyle de belirlenebileceği belirtilmiştir:

w c q (kN /m2 ) p = ×

Burada;

cp : Emme katsayısı

q : Rüzgar basıncı (kN /m2 )

q ise zeminden yüksekliğe bağlı olarak, rüzgar hızının değişmesi ile değişen bir katsayıdır ve doğrudan

doğruya rüzgar hızının bir fonksiyonudur. Bu katsayının sayısal değerleri TS 498/Kasım 1997’de, Çizelge

5 / Syf 9’ da verilmiştir.

Rüzgarın esiş yönüne bağlı olarak, yapıda rüzgarın dik olarak tesir ettiği yüzeyde basınç arka yüzeyde

emme etkisi oluşmaktadır.

(cp katsayısı değerleri)

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

( q katsayısı değerleri)

“Münferit taşıyıcı yapı elemanları için (mesela mertek, aşık, cephe elemanı vs. gibi) rüzgar basıncı değeri

katsayısı 1/4 arttırılır.”

Yukarıdaki Şekil 1’ e ek olarak TS 498/Kasım 1997 Syf.10 ve 11’ deki Çizelge 6’ da rüzgardan etkilenen

farklı özelliklerdeki yapı cepheleri için C katsayıları verilmiştir.

TS 498/Kasım 1997 – Madde 9 “Kar Yükü ve Rüzgar Yükünün aynı anda düşünülmesi

durumu”

450 ye kadar eğimli çatılarda kar yükü ve rüzgar yükünün aynı anda etkimesi halinde hesap kolaylığı

olarak ve yeterli yaklaşımla

2

)

2

) k

k

a P +W veya b W + P

dır. Burada en gayri müsait durum alınır.

450den fazla eğimli çatılarda ise, aynı anda etkiyen kar ve rüzgarın etkisinin TS 498/Madde 9’daki gibi

hesaplanabilmesi için, kar birikintileri meydana gelen çatılar veya yoğun kar yağışlı bölgeler olması

gereklidir.

TS 498/Madde 9’ da rüzgar ya da kar yükünün ikiye bölünmesi ile kastedilen yükün sayısal değerinin

ikiye bölünmesidir. Öte yandan; TS 498/Madde 9’da istenmemekle birlikte, TS 648/Aralık 1980’de EİY

yüklemesi tanımı yapının öz yüküne, tam kar ve tam rüzgar yüklemelerini ilave etmek gibi

yorumlanabileceğinden, W + Pk yüklemesi de yapılabilir. Ayrıca yükün şiddetinin yarıya bölünmesinin yanı

sıra, yukarıda ek olarak ifade edilen sistemin yarısının karla yüklü olması durumları da dikkate alınınca

rüzgar ve karın birlikte etkimesi ile alakalı yükleme hallerinin sayısı artmaktadır.

Bu yükleme halleri ile ayrıntılı bilgi için aşağıda bağlantı verilen web sayfasındaki sununun son sayfasına

bakabilirsiniz:

http://mmf.ogu.edu.tr/atopcu/index_dosyalar/Dersler/Betonarme2/Sunular/Betonarme_2_4.pdf

TS 498/Kasım 1997 – Madde 10 Buz Yükü

Şartnamemizde buz yükü için genel geçer bir değer verilmemektedir. Zira buz oluşumu, pek çok

değişkene bağlıdır; rüzgar yönü, yükseklik, nem oranı, hava sıcaklığı, yapı malzemesi, vb. gibi pek çok

nedene bağlı olarak değişkendir.

Öte yandan, buzlanmanın çok görüldüğü bir yer için buz yükünün mutlaka hesaba katılması gerekiyorsa

ve elde yeterince veri yoksa; eğer bu yer deniz seviyesinden 400 m veya daha yüksekte ise bütün

yüzeyin 3 cm kalınlıkta buzla kaplı olduğu düşünülebilir. Buzun birim hacim ağırlığı ise 7 kN/m3 alınır.

YTÜ İnşaat Müh. Böl. Çelik Yapılar I Ders Notları Yrd. Doç. Dr. Devrim ÖZHENDEKCİ

TS 648’ deki tanımlamaların “Deprem Bölgelerinde Yapılacak Binalar Hakkında Yönetmelik /

Mayıs 2007” nin 4. Bölüm’ ünün tasarım kurallarının uygulanması açısından ayrıntılandırılması ve

böylelikle işlerlik kazanması amacıyla İMO İstanbul Şubesi’ nde kurulmuş olan Çelik Yapılar Komisyonu1

aşağıda değinilen raporu hazırlamıştır. Pek çok konu başlığında faydalanılacağı gibi Çelik Yapılarda

Boyutlandırmaya Esas Olan Yükleme Hali ile ilgili olarak da bu rapordan faydalanılacaktır.

“Çelik Yapılar – Hesap Kuralları ve Proje Esasları, İMO – 02, R – 01 / 2008” e göre:

Boyutlandırma ve gerilme tahkikleri ile her zaman en büyük enkesitleri gerektiren yükleme hali göz

önünde tutulmalıdır.

Bu yükleme durumunu elde etmek için faydalanılacak yük kombinasyonları aşağıdaki gibidir:

a) D (EY)

b) D + L + (Lr veya S) (EY)

c) D + L + (Lr veya S) + T (EİY)

d) D + L + S + W/2 (EİY)

e) D + L + S/2 + W (EİY)

f) 0,9D ± E/1,4 (EİY)*

g) D + L + S + E/1,4 (EİY)*

h) D + (W veya E/1,4) (EİY) veya (EİY)*

i) D + L + (W veya E/1,4) (EİY) veya (EİY)*

j) D + L + (W veya E/1,4) + T (EİY) veya (EİY)*

Bu yük kombinasyonlarında;

D : ölü yükler, kren yükü ve makinelerin kütle kuvvetleri

L : hareketli yükler

Lr : çatılarda hesaba katılacak hareketli yükler ve su birikmesi nedeniyle oluşan etkiler

S : kar yükü

W : rüzgar yükü

E : deprem yükü

T : sıcaklık değişimi ve mesnet çökmesi nedeni ile oluşan etkiler, krenlerde fren ve yanal çarpma

kuvvetleri

(EİY) halinde kombinasyonda deprem yükü yoktur. EY haline ait emniyet gerilmeleri 1,15 ile çarpılarak

büyütülecektir.

(EİY)* halinde kombinasyonda deprem yükü vardır. EY haline ait emniyet gerilmeleri 1,33 ile çarpılarak

büyütülecektir.

HİDROLİK SİLİNDİRLER

T.C.
MİLLÎ EĞİTİM BAKANLIĞI
MEGEP
(MESLEKİ EĞİTİM VE ÖĞRETİM SİSTEMİNİN
GÜÇLENDİRİLMESİ PROJESİ)
MOTORLU ARAÇLAR TEKNOLOJİSİ
HİDROLİK SİLİNDİRLER
ANKARA 2006
Milli Eğitim Bakanlığı tarafından geliştirilen modüller;
• Talim ve Terbiye Kurulu Başkanlığının 02.06.2006 tarih ve 269 sayılı
Kararı ile onaylanan, Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında
kademeli olarak yaygınlaştırılan 42 alan ve 192 dala ait çerçeve öğretim
programlarında amaçlanan mesleki yeterlikleri kazandırmaya yönelik
geliştirilmiş öğretim materyalleridir (Ders Notlarıdır).
• Modüller, bireylere mesleki yeterlik kazandırmak ve bireysel öğrenmeye
rehberlik etmek amacıyla öğrenme materyali olarak hazırlanmış, denenmek
ve geliştirilmek üzere Mesleki ve Teknik Eğitim Okul ve Kurumlarında
uygulanmaya başlanmıştır.
• Modüller teknolojik gelişmelere paralel olarak, amaçlanan yeterliği
kazandırmak koşulu ile eğitim öğretim sırasında geliştirilebilir ve yapılması
önerilen değişiklikler Bakanlıkta ilgili birime bildirilir.
• Örgün ve yaygın eğitim kurumları, işletmeler ve kendi kendine mesleki
yeterlik kazanmak isteyen bireyler modüllere internet üzerinden
ulaşabilirler.
• Basılmış modüller, eğitim kurumlarında öğrencilere ücretsiz olarak
dağıtılır.
• Modüller hiçbir şekilde ticari amaçla kullanılamaz ve ücret karşılığında
satılamaz.
i
AÇIKLAMALAR ....................................................................................................................ii
GİRİŞ .......................................................................................................................................1
ÖĞRENME FAALİYETİ- 1 ....................................................................................................3
1. HİDROLİK SİLİNDİRLER.................................................................................................3
1.1. Silindirler ......................................................................................................................3
1.1.1 Tek Etkili Silindir ...................................................................................................5
1.1.2. Çift Etkili Silindir ..................................................................................................5
1.1.3. Özel Silindirler ......................................................................................................6
1.2. Hidrolik Silindirin Kısımları.......................................................................................11
1.2.1. Silindir Gömleği ..................................................................................................11
1.2.2. Hidrolik Silindirde Et Kalınlığı ...........................................................................11
1.2.3. Piston ...................................................................................................................13
1.2.4. Piston Kolu ..........................................................................................................14
1.3. Hidrolik Silindirlerde Arıza Tespiti ............................................................................15
1.3.1. Silindir Tanımları ................................................................................................15
1.3.2. Bir Silindirde Arıza Arama..................................................................................15
1.3.3. Arıza Arama Nedir ?............................................................................................17
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ....................................................................................19
ÖĞRENME FAALİYETİ- 2 ..................................................................................................21
2. HİDROLİK SİLİNDİRİN DEVREDEN SÖKÜLMESİ ....................................................21
2.1. Silindir Tamiratı ve Montajı .......................................................................................23
2.2. Silindir Montajı...........................................................................................................27
2.2.1. Şok Emiciler ........................................................................................................29
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME ....................................................................................32
MODÜL DEĞERLENDİRME ..............................................................................................34
KAYNAKÇA.........................................................................................................................38
İÇİNDEKİLER
ii
AÇIKLAMALAR
KOD 525MT0158
ALAN Motorlu Araçlar Teknolojisi
DAL/MESLEK Alan Ortak
MODÜLÜN ADI Hidrolik Silindirler
MODÜLÜN TANIMI
Bu modül, hidrolik silindirlerin imalatçı firma ve
uluslar arası standartlarca belirlenmiş kriterlere uygun olarak
çalışıp çalışmadığının değerlendirilmesine; gerektiğinde tamiri
yada değişimine karar verilmesini ve yorumlanmasını
sağlayacak bilgileri içeren öğrenme materyalidir.
SÜRE 40/32
ÖN KOŞUL Hidrolik ölçme modülü alınmış olmalıdır.
YETERLİK Silindirin değişimini, tamirini yapmak.
MODÜLÜN AMACI
Genel Amaç
Gerekli ortam sağlandığında hidrolik silindirlerin amaca
uygun görev yapıp yapmadığını yorumlayacak, silindirlerin
tamir ya da değişimi ihtiyacına karar verecek ve uluslararası
standartlara uygunluğunu test edebileceksiniz.
Amaçlar
􀂾 Hidrolik silindirleri ve çeşitlerini tanıyacak ve
öğreneceksiniz
􀂾 Hidrolik silindirleri devreden sökmeyi, tamirini,
değiştirmeyi ve montajını öğrenebileceksiniz.
EĞİTİM ÖĞRETİM
ORTAMLARI VE
DONANIMLARI
Hidrolik-mekanik atelyesi ve uygun el aletleri, test
cihazları ve ekipmanları, araç katalogları, ilgili tablolar,
bilgisayar, laboratuvar.
ÖLÇME VE
DEĞERLENDİRME
Modül ile kazandırılacak yeterliğin, öğrenci tarafından
kazanılıp kazanılmadığını ölçen, ölçme araçları ve
değerlendirme kriterleri hakkında bilgi ve öneriler
yazılmalıdır. Öğrencinin faaliyetler sonunda kendini
değerlendirebileceği araçlara yer verilmelidir.
Modülün içinde yer alan her faaliyetten sonra, verilen
ölçme araçlarıyla kazandığınız bilgi ve becerileri ölçerek
kendi kendinizi değerlendireceksiniz.
Öğretmen, modül sonunda size ölçme aracı
uygulayacak, modül ile kazandığınız bilgi ve becerileri
ölçerek, değerlendirecektir.
AÇIKLAMALAR
1
GİRİŞ
Sevgili Öğrenci ,
Endüstriyel Hidrolik teknolojisi dünyada son 50 yılda büyük bir hızla gelişti ve enerji
iletimi konusunda önemli bir boşluğu doldurdu.
Hidrolik teknolojisi ülkemizde son 20 yılda giderek tanındı ve yayılmaya başladı.
Günümüzde çok yerli ve yabancı firma ülkemizdeki bu boşluğu doldurmak ve ihtiyaca
cevap verebilmek için eğitim pazarlama vb. yatırımlara ağırlık vermektedir.
Önceki yıllarda hidroliğin geleceği konusunda endişeler vardı.
Bir çok kişi elektrik ve elektronik sistemlerin hidrolik –pnömatik sistemlerin yerini
alacağına inanıyordu.
Fakat son yıllarda yağ ve basınçlı hava ile çalışan tahrik elemanları ve valfler alanında
%50’den fazla bir büyüme olduğundan bu endişelerin yersiz olduğu anlaşıldı.
Böylece daha az elektrik enerjisi kullanarak çok büyük mekanik kuvvetler elde etme
imkânı sağlayan hidroliğin yıldızı gittikçe parladı.
Buna paralel olarak bu gücü ortaya çıkaran hidrolik silindirlerdeki gelişmelerde
artarak devam etmektedir.
Hidrolik enerjinin cazibesinden faydalanmak amacı ile tasarlanmış, endüstriyel
hidrolik sistemlerin hemen hepsinde kullanılan hidrolik silindirlerin teknolojik ömürlerine
tamamlayıncaya kadar verimliliğini koruması istenmektedir.
Pahalı devre elemanları olması nedeniyle arızalanması ya da bozulması durumunda
ortaya çıkacak olan iş gücü, zaman, üretim kayıpları maliyetleri olumsuz yönde
etkilemektedir.
Söz konusu etkileri ortadan kaldıracak bakım onarım, değişim işlemlerini yapabilecek
kalifiye teknik eleman ihtiyacı sektörün öncelikleri arasında yer almaktadır.
Bu modülle sizlerin söz konusu yeterlilikleri kazanmanız hedeflenmektedir.
GİRİŞ
2
3
ÖĞRENME FAALİYETİ- 1
Hidrolik Silindirleri ve çeşitlerini tanıyacak ve öğreneceksiniz
İnternette arama motorları yardımıyla hidrolik silindirler ve çeşitleri konusunda
araştırma yapınız. Çevrenizdeki hidrolik sistemleri inceleyerek hidrolik silindirlerin
çeşitlerini, kullanım alanlarını tespit ediniz.
1. HİDROLİK SİLİNDİRLER
1.1. Silindirler
Hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren ve doğrusal hareket elde etmek
amacıyla kullanılan devre elemanıdır. Pompa tarafından üretilen hidrolik enerji silindir
yardımıyla doğrusal ya da açısal harekete dönüştürülür. Silindirler kullanım amacına bağlı
olarak çeşitli yapıda, çapta ve kursta yapılabilir.
Bir hidrolik silindir,iki tarafı kapatılmış daire kesitli bir boru içerisinde sıkştırılmış
yağın etkisiyle hareket edebilen bir piston ile pistona monte edilmiş bir milden meydana
gelmiş bir hidrolik devre elemanı olarakda tanımlayabiliriz. Ayrıca silindir gömleği et
kalınlıkları itecekleri kuvvetlere ve dayanabilecekleri en fazla basınçlara göre
hesaplanmalıdır.Bakınız (Resim 1.1.)
Resim 1.1: Hidrolik silindirler
Silindir çapı, silindir kuvvetini belirleyen iki etkenden biridir. İlerleyen konularda bu
konudan daha detaylı olarak bahsedeceğiz. Silindir tarafından üretilen doğrusal hareket
çeşitli düzenekler yardımıyla farklı amaçlar için kullanılır.Silindirlerin endüstriyel
uygulamalarından örnekler için bakınız (Resim 1.2, Resim 1.3.)
ÖĞRENME FAALİYETİ- 1
ARAŞTIRMA
AMAÇ
4
Silindir Çeşitleri
􀂾 Tek etkili silindir
􀂾 Çift etkili silindir
􀂾 Özel silindir
• Çift kollu silindir
• Teleskobik silindir
• Tandem silindir
• Döner silindir (açısal motor)
Hidrolik hareket tablası (talaşlı imalât tezgâhı için) Hidrolik enjeksiyon makinesi
Resim 1.2: Hidrolik silindirlerin endüstriyel uygulamaları
Hidrolik bükme aparatı Dozer El kreni
Kriko Hidrolik mengene Hidrolik pres
Şekil 1.3 Hidrolik silindirlerin endüstriyel uygulamaları
5
1.1.1 Tek Etkili Silindir
Akışkanın pistona tek taraftan etki ettiği silindir türüdür. Piston bir yöne doğru
akışkan tarafından hareket ettirilirken, geri dönüş yay ya da ağırlık yardımıyla gerçekleşir.
Tek etkili silindirler çift etkili silindire benzer ve çok fazla kullanılmaz. Şekil 1.1’ te tek
etkili silindirin kesit görünüş ve sembol resmi görülmektedir.
Şekil 1.1: Tek etkili silindir
Silindir içine akışkan girişi için 1 adet giriş deliği bulunur. Sızıntı yapan akışkanın
tahliyesi ve silindir içine havanın girip çıkabilmesi için diğer tarafta küçük çaplı bir delik
kullanılır.
1.1.2. Çift Etkili Silindir
Akışkanın pistona her iki yönden etki ettiği silindir türüdür. Silindirin iki yöndeki
hareketi akışkan tarafından sağlanır. Bu tür silindirler hem ileri giderken hem de geri
gelirken iş yapabilir. Silindir uygulamalarının tamamına yakınında çift etkili silindirler
kullanılır. Kursları, 5000 mm uzunluğa kadar arttırılabilir. Şekil1.2’ de çift etkili hidrolik
silindir her iki yönde iş yaparken görülmektedir. Çift etkili silindirin elemalarını gösteren
kesit resmi ve sembol resmi için bakınız (Şekil1.3.)
Şekil 1.2: Çift etkili silindir
6
Şekil 1.3: Çift etkili silindirin kesit resmi
Bir silindirin çalışabilmesi için iki şart gereklidir. Birinci şart; pistonu ileri ya da geri
iten bir kuvvettir (yükün etkisiyle ya da akışkan basıncıyla oluşur). İkinci şart ise; akışkan
tahliyesidir. Bu iki şarttan birisi gerçekleşmezse silindir hareket etmez. Silindire giren ya da
silindirden çıkıp tanka kadar giden hatta kısıtlama varsa, yani akışkan debisi düşükse
(örneğin: borularda ezilme, tıkanma vb. nedenlerden dolayı), silindir hızının azaldığı görülür.
Piston kolu bir yere sabitlenmediği sürece silindirde hareketli parçalar, piston ve
piston koludur. Bundan sonraki konularda silindir ileri gitti ya da geri şeklinde yapılan
ifadelerden, pistonun ve piston kolunun hareket ettiği anlaşılmalıdır.
1.1.3. Özel Silindirler
􀂾 Çift kollu silindir: Piston kolundan dolayı pistonun her iki bölgesindeki alanlar
ve hacimler farklıdır. Bu durum silindirin itme kuvvetlerini etkilediği gibi
silindirin ileri ve geri hızlarının da farklı olmasına yol açar. Bazı uygulamalarda
itme kuvvetleri ve silindir hızlarının her iki yönde aynı olması istenir. Böyle
durumlarda her iki tarafta piston kolu olan silindirler kullanılır. (Kesit resim için
bakınız Şekil 1.4.)
Şekil 1.4: Çift kollu silindir
1- Piston kolu
2- Yataklama elemanı
3- Ön kapak
4- Akışkan giriş
deliği
5- Piston
6- Arka kapak
7- Piston keçesi
8- Silindir borusu
9- Bağlantı çubuğu
7
􀂾 Teleskobik silindir: Yüksek kursların elde edilmesi amacıyla kullanılır. İç içe
geçen farklı çaptaki çok sayıda silindirden oluşur. Silindirler dışarı çıktıkça
sırayla pistonlar açılır. Kapanırken, silindirler birbirlerinin içine girer. Böylece
çok az yer kaplarken çok fazla kurs elde etmek mümkündür. Endüstriyel
sistemlere nazaran iş makinelerinde daha sık kullanılır.
Bu silindirlerin itme kuvveti hesaplanırken en küçük çaplı silindir çapı dikkate alınır.
Genelde tek etkili yapılmalarına rağmen çift etkili olarak da kullanılır.
Yük kamyonlarının kasalarının yukarı kaldırılması vb. yerlerde kullanılır.
Şekil1.5: Teleskopik silindirler
Resim 1.4: Teleskopik silindirler
Resim 1.5 Teleskopik silindirlerin endüstriyel uygulamalrı
8
􀂾 Tandem silindir: Mevcut bir hidrolik devrede bir silindirin itme kuvvetini
önemli oranda arttırabilmek için silindir çapı ya da basıncını yükseltilmesinden
başka seçenek yoktur. Basıncın arttırılması pompanın değiştirilmesini gerektirir.
Silindir çapının büyütülmesi ise boyutlarını arttıracağı için yer sorunu yaratır.
Silindirlerin itme kuvvetlerini arttırmak için tandem silindir adı verilen özel bir silindir
türü kullanılırr. Bu silindirler, kursları eşit birden fazla silindirin uç uca eklenmesiyle
oluşturulur. Silindir sayısına bağlı olarak giriş ve çıkış sayısı ve itme kuvveti artar. Aşağıda
Şekil 1.6’ da tandem silindirin kesit resmi görülmektedir.
Şekil 1.6: Tandem silindirler
I. silindirin itme kuvvetine F1, II. silindirin itme kuvvetine F2 dersek; tandem
silindirin itme kuvveti, FTOPLAM =F1+F2 olur. Bu da gösteriyor ki silindir çapı
ve basınç değiştirilmeden silindirin itme kuvveti önemli oranda arttırılmıştır.
F1= I. Silindirin itme kuvveti (Newton)
A1= Silindir çapı (mm)
P= Basınç (Bar)
r 1= I. Silindirin verimi
F2= II. silindirin itme kuvveti (Newton)
A2= II. silindirin alanı (mm )
P= Basınç (Bar)
r|2= II. silindirin verimi
􀂾 Döner silindir: Döner tabla, robot vb. yerlerde gereken açısal hareketlerin elde
edilmesinde kullanılır. Endüstriyel uygulamalarda 900 ve katları şeklinde açısal
hareketlere gerek duyulur. En fazla kullanılan açısal hareket ise 1800 'dir. Döner
silindirlere açısal motor ya da salınımlı motor adı da verilmektedir. Dişli ya da
kanatlı türde yapılır. Bakınız Şekil1.7 . Kanatlı olanlar pnömatik, dişli olanlar ise
hem hidrolik hem de pnömatiktir.
Şekil1.7: Döner silindirler
9
Döner silindirler yardımıyla sürekli aynı yönde açısal hareketlerin elde edilmesi
mümkündür. Bu tür durumlarda, silindirin haricinde bir kavrama kullanılmalıdır. Silindir
ileri giderken kavrama hareketi iletir. Silindir geri gelirken kavrama ayrılır ve silindir
hareketinin düzeneğe iletilmesini önler.
Silindir konumunun algılanması: Silindirlerin konumlarım algılayabilmek için temaslı
ya da temassız algılayıcılar kullanılır. Temaslı algılama düzeneklerinde, sınır anahtarı adı
verilen kumanda elemanları kullanılır. Bu tür algılama işlemlerinde temas sonucu aşınmalar
ve konumda değişmeler olması en büyük dezavantajdır. Bunun yanı sıra piston kolu
tarafında ve silindirin dışında elektriksel bağlantılar gerektirir. Tüm bu etkenler temassız
algılama düzeneklerini kullanmayı avantajlı hâle getirir.
Temassız algılama düzeneklerinde algılayıcı (sensör) adı verilen çeşitli kumanda
elemanları kullamlır
Silindir dışında ve silindir kapakları üzerinde bulunan algılayıcı, silindirin iç
kısmındaki pistonun konumunu algılar. Piston istenen konuma geldiğinde elektriksel sinyal
üretir. Hidrolik silindir borusu çelik malzemeden yapıldığı için pistonun gönderdiği
manyetik sinyal engellenir. Bu nedenle hidrolik silindirlerin konumlarının bu yöntemle
algılanması zordur.
Zorunlu durumlarda pistonun kurs sonlarını algılamak için indüktif tip algılayıcılar
kullanılabilir. İndüktif algılayıcılar, genelde silindir kapağına, yastıklama düzeneği ile
birlikte monte edilir. Algılayıcı manyetik bir alan yaratır. Manyetik alana metal bir cisim
girdiğinde algılayıcı bir sinyal gönderir.
İndüktif algılayıcılar çeşitli özelliklerde yapılabilir. Üzerlerinde LED diye adlandırılan
küçük lambalar bulunur. Algılama yapıldığında LED yanar. Uygulamaların çoğunda 3 ya da
4 kablolu algılayıcılar kullanılır. 3 kablolu olanlar normalde açık ya da kapalı olarak
kullanılırken, 4 kablolu olanlar hem normalde açık hem de normalde kapalı olarak
kullamlabilir
Silindirlerde yastıklama işlemi: Büyük yükleri hareket ettiren silindir kurs sonuna
geldiğinde pistonun kapağa çarpması sonucu bir darbe oluşur. Meydana gelen bu darbe,
devre elemanlarma zarar verir ve bağlantıların gevşemesine yol açar. Kurs sonlarında
darbeleri önlemek amacıyla silindirler üzerinde yapılan işleme yastıklama adı verilir.
Özellikle 0,1 m/s' nin üzerindeki piston hızlarında ve dik çalışan silindirlerde
uygulanmalıdır. Servo silindirlerde olduğu gibi denetim elemanının arızalanması durumunda
yastıklama işlemi emniyet görevi görür. Şekil1.8’ de yastıklamalı bir silindir görülmektedir.
10
Şekil1.18: Yastıklamalı silindirler
1. Yastıklama muylusu
2. Piston kolu
3. Piston
4. Yastıklama vidası
5. Giriş-çıkış deliği
Yastıklama işlemi silindir dışında bir akış kontrol valfi tarafmdan da yapılabilir, fakat
bu yöntemin bir dezavantajı vardır. Silindir tüm kurs boyunca düşük hızla hareket edeceği
için önemli zaman kayıpları ile karşılaşılır. En iyi yastıklama yöntemi, pistonun kurs
sonlarına yaklaştığında yapılır. Yastıklama işlemi ölçüleri değiştirmeden tüm silindir
türlerinde yapılabilir. Yastıklama işlemi sonucu silindirin ömrü artar.
Piston kurs sonuna yaklaştığnıda silindir içindeki akışkan çıkış tarafmdan rahatça
tahliye edilmektedir. Yastıklama muylusu yastıklama burcuna girdiğinde, akışkanın
çıkabileceği bir yer kalır. Daraltılmış kesitten geçen akışkanın debisi azalır ve silindirin hızı
yavaşlar. Böylece pistonun kapağa hızla çarpması önlenir. Yastıklama hızı yastıklama vidası
yardımıyla arttırılıp, azaltılabilir.
Diğer yöndeki harekette ise silindirin kısa sürede harekete geçebilmesi için silindir
içine bir çek valf takılır. Akışkan bu çek valften geçerek kısa sürede silindir içini doldurur ve
harekete geçme zamanını kısaltır. Yüksek hızla hareket eden pistonun bir anda hızının
azalmaması için yastıklama muylusunun ucu konik yapılır ve muylu üzerine kanal açılabilir.
11
1.2. Hidrolik Silindirin Kısımları
1.2.1. Silindir Gömleği
Şekil 1.9: Silindir gömleği
Silindir gömlekleri kullanılacakları yere göre, alaşımlı çelik, dökme çelik, çelik boru
gibi malzemelerden yapılır. Son zamanlarda sert plastik çeşitlerinden silindir gömleği yapma
çalışmaları da devam etmektedir. Dolu parçanın içi boşaltılmak suretiyle üretildikleri gibi
boru şeklindeki parçaların iç yüzeylerinin işlenmesi suretiyle de yapılırlar.
Silindir gömleğinin iç yüzeyleri çok iyi işlenmiş olmalıdır. Bu nedenle silindir
gömleklerinin iç yüzeyleri taşlanır, honlanır. Çünkü iç kısımda hareket eden piston ile
silindir gömleği arasındaki sürtünme kuvveti en az olmalıdır. Gömlek iç yüzeyi ile piston
arasındaki sıkıştırılmış hidrolik yağ sızmamalıdır ve kesit tam bir daire olmalıdır. Şekil -1.9’
da silindir gömleği görülmektedir.
1.2.2. Hidrolik Silindirde Et Kalınlığı
Şekil1.10: Silindirde et kalınlığı
Hidrolik silindirlerde gömlek et kalınlığı hesabı silindir içinde meydana gelebilecek en
yüksek çalışma basıncına göre yapılır.
12
Boruların et kalınlığı hesabı
􀂾 Enine kesitine göre
􀂾 Boyuna kesitine göre,olmak üzere iki şekilde hesaplanır.
Şekil 1.11: Enine kesit Şekil 1.12: Boyuna kesit
Boyuna kesitine göre hesaplanarak bulunan et kalınlığı, enine kesite göre hesaplanarak
bulunan et kalınlığı hesabına göre daha dayanıklıdır. Bu nedenle boyuna kesitine göre
hesaplanan et kalınlığına göre yapılan silindirler gömlekleri daha dayanıklı ve garantilidir
Silindir gömleği et kalınlığı hesabı yapılırken korozyona karşı dayanım için korozyon
payı olarak (C) gibi bir sabit sayı çıkan sonuca eklenir.
d1 = İç çap (cm)
d = Dış çap (cm)
e = Et kalınlığı (cm)
P = Çalışma basıncı(kg/cm2)
A = Kesit alanı (cm2)
σçem =Emniyetli çekme gerilmesi
F = Boruyu eksenden kesmeye zorlama kuvveti (kg)
C = Korozyona dayanım için korozyon payı 1mm
σçem =
A
F
Boyuna kesit alanı
A=π .e.1(cm2)
F = σçem × A
Kesit alanı A= π .e. d1
13
Enine kesite göre et kalınlığı e = C
4.
P.d
çem
1 +
σ
Boyuna kesite göre et kalınlığı e = C
2.
P.d
çem
1 +
σ
1.2.3. Piston
Silindirin iç kısmında piston koluna monte edilmiş daire kesitli bir elemandır.
Genellikle aluminyum alaşımdan, prinç bronzdan yapılırlar. Dökme demir veya çelikten
yapılmış olanlarıda vardır. Piston çevresine yerleştirilen ve çeşitli profil ve tipte olan
sızdırmazlık elemanları pistonun silindir içinde daha kolay hareket etmesini sağlar.
Şekil1.13’ te bir piston görülmektedir.
Şekil 1.13: Piston
Pistonlar silindir içinde meydana gelebilecek basınca dayanıklı olmalıdır. Pistonlarda
meydana gelecek itme kuvveti sayesinde piston kolu hareket eder ve doğrusal hareket elde
edilir.
Piston kolu pistonun bir tarafında ya da her iki tarafında olabilir. Bu durumda itme
kuvvetleri değişir.
Eğer piston kolu tek taraflı ise silindir içerisinde pistonun bir tarafı ile diğer tarafı
arasında hacim farklılığı meydana gelir. Bu da sıkıştırılmıl yağın basıncını etkiler ve
dolayısıyla pistonun her iki yöndeki hareketi esnasında üretceği itme kuvveti farklı olur.
Şekil 1.13’ te bu durum görülmektedir.
14
1.2.4. Piston Kolu
Piston kolu, piston tarafından ürertilen ve doğrusal hareketi ileten çelikten yapılmış
silindir çubuktur. Piston kolu burkulma kuvvetlerine dayanıklı alaşımlı çelikten yapılır.
Piston kolu dış yüzeyi taşlanmış olarak işlenmelidir.
Piston kolu hareketi sırasında yataklı durumda bulunduğu kapaklar ile piston kolu
arasında sürtünme kuvveti meydana gelir. Bu durum hidrolik silindirin verimini düşürür.
Pistonun kollarının çapı ve boyu burkulmaya (flambaj) zorlanan makine elemanlarının boy
ve çap hesaplarına göre yapılır.
L=Piston boyu (cm)
F=Pistonu burkulmaya zorlayan kuvvet (kg)
EMK=Emniyet katsayısı
D=Piston kolu çapı(cm)
Fk=Piston kolunu burkulmaya zorlayan kritik kuvvet (kg)
Piston kolunun çapı: d= (cm)
10
L F EMK 4
6
2 × ×
F=
EMK
Fk
Piston kolunun boyu: L = (cm)
F EMK
10 d
4
3
⋅
Örnek Problem: Bir piston kolu 800 kg bir kuvvetin etkisinde kalmaktadır. Kol boyu
400 mm olduğuna ve kolun 4 defa dayanıklı olması gerektiğine göre piston kolu çapını
bulunuz.
L= 400 mm = 40 (cm)
F= 800 (kg)
EMK= 4
D= ? (cm)
d= (cm)
10
L F EMK 4
6
2 × ×
= 6
2
10
40 ×8000× 4
d= 51 2,6cm
10
1600 32000 4 4
6 = ≅
×
15
1.3. Hidrolik Silindirlerde Arıza Tespiti
1.3.1. Silindir Tanımları
Hidrolik silindirleri tamir etme veya arıza aramaya girişmeden önce onlardan ne
beklendiğini anlamalısınız. Hidrolik silndirler, akışkan basıncını doğrusal harekete
çevirdikleri için doğrusal hareketlendiriciler olarak adlandırılırlar. Piston yüzeyini etkileyen
hidrolik akışkanın basıncı yeterli olursa, pistonu harekete geçiren ve iş yapan bir kuvvet
oluşturur
Üretilen hidrolik silindirlerin değişik çap ve strok uzunluklarında pek çok çeşidi
vardır. Yapıları farklı olsa da görevleri aynıdır. Silindir yapılarının en sık rastlanan tipleri
gergi çubuklu dişli kafalı ve kaynaklı kafalı silindirlerdir. Gergi çubuklu silindirlerin bir türü
mil silindiri olarak da adlandırılır.
Mil silindirlerinin birbirine somunla bağlanan ağır flanşlı kafaları vardır. Bu da silindir
kafalarını yerlerinde tutan gergi çubuklarını ortadan kaldırır. Genellikle bu silindirler ağır
hizmet işlerinde kullanılır. Örneğin, çelik fabrikalarında.
Gergi çubuklu silindireler endüstriyel uygulamalarda çok sık olarak kullanılır. Silindir
tüpü veya gövdesi üzerinde kafaları yerinde tutan dört veya daha fazla çubukları vardır. Bu
silindirler otomotiv ve takım tezgâhı endüstrisinde kullanılır.
Dişli silindirlerin silindir borusuna vidalanmış kafaları vardır, gergi çubukları yoktur.
Bu tipler genellikle kolaylıkla sökülür ve takılır olduğundan ve çıkıntısız yüzeyinden dolayı
çok daha düzgün akış sağladığından yiyacak endüstrisinde sıkça kullanılır.
Kaynaklı silindirlerin tüp uçlarına kaynaklı kafaları vardır. Biçimleri dişli
silindirlerinkine benzer. Kaynaklı silindirler seyyar tipte silindirler olarak adlandırılır. İnşaat
ve tarım makinelerinde kullanılırlar. Bu silindirler eskidiği zaman tamir edilemediklerinden
yenisiyle değiştirilirler.
1.3.2. Bir Silindirde Arıza Arama
Bir silindir sorun yarattığı ilk defa öğrenmeniz gereken herhâlde silindirin neden
durduğu veya tasarlandığı görevleri yerine getiremediğini bulmanız ancak silindirin
bulunduğu yeri gördüğünüzde mümkün olacaktır. Silindirde arıza arama, herhangi hidrolik
aksamda arıza aramaktan farklı değildir. Temel arıza arama işlemlerine uyarak en bariz ve
kolay ulaşılabilir parçaları kontrol ederek bir mantık sırası takip ediniz. Sorunların çoğunda
aşağıdaki soruların yanıtlanması arıza arama için bir temel oluşturur:
􀂾 Silindir işi yapacak genişliktemidir.
􀂾 Silindir ve hareket edecek yük arasında bir merkezleme hatası var mı ?
􀂾 Silindirdeki basınç hidrolik kuvveti yaratmaya yeterli mi?
􀂾 Piston sızdırmazlık elemanları veya keçeleri akışkan sızacak kadar eskimiş mi ?
16
İncelemesi en kolay şeyler silindirin ve hareket ettirilecek yükün ölçüsüdür. Takım
tezgâhı uygulamalarında bu genellikle problem olmaz, çünkü her makinenin yükü aşağı
yukarı sabittir. Diğer uygulamalarda ise yük o andaki akışkan basıncıyla silindirin
kaldırabileceğinden daha fazla ağırlaşabilir. Silindirin ölçüsünü veya sistem basıncını
arttırmadan önce silindirin ne kadar iş yapabileceğini ya da geçmişte ne kadar iş yaptığını
belirleyiniz.
Merkezleme bozukluğu çok sık rastlanan bir silindir arızasıdır. Gözle yapılacak bir
muayeneyle kolayca bulunabilir. Aşırı yanal yükleme nedeniyle oluşan merkezleme
bozukluğu silindirin takılmasına veya çalışamaz hale gelmesine yol açar. Merkezleme
bozukluğu iç veya dış olmakla beraber dış merkezleme bozukluğun daha sık görülür.
Şekil1.14: Piston kolunun ezilmesi
Dış merkezleme bozukluğu silindirin bir doğru üzerinde hareket etmemesi demektir.
Bu durum muylu ile monte edilmiş silindirde normal yana doğru hareket için geçerli
değildir.
Dış merkezleme bozukluğu genellikle silindirin uzunluğu boyunca incelenerek
bulunur. Eğer silindir kolunun ucu silindir merkez çizgisiyle hizalanmıyorsa kol hiza dışı
demektir.
Yanal yükleme ayrıca piston kolunda ve kol boğaz keçesi aşınmasıyla ortaya çıkar.
Şekil1.14’ te görüldüğü gibi piston kolunda aşınma izleri eğilme ile aynı yönde olacaktır. Bu
izler kolun salmastra kutusunun yüzeyine sürtünmeyle ortaya çıkar.
Piston kolundaki aşınma izlerine ilaveten salmastra kutusunun sürtünme izlerini ortaya
çıkaracaktır. Salmastra kutusunda aşınma genellikle akışkan sızıntısına yol açar.
17
Eğer dış merkezleme bozukluğundan şüphe ediliyorsa silindir yük bağlamadan birkaç
defa çalıştırılmalıdır. Silindir rahatça ileri geri gidebilmeli ve ilerleyen piston kolu yük
bağlantısıyla kolayca eşlenmelidir.
Piston kolunun ezilmesi piston koluna sıkıca bağlanmalıdır. Eğer silindir yük altında
değilken takılıyorsa muhtemel sebebi budur.
1.3.3. Arıza Arama Nedir ?
Arıza arama sebep sonuç ilkesinin bir sisteme uygulanmasıdır. Sistemdeki veya
elemanlardaki bozukluk veya arızanın bulunması için mantıklı adımlar atılır.
Daha kolay bir şekilde ifade etmek gerekirse arıza arama mantıklı ve yöntemli bir
şekilde neyin hatalı olduğunu bulmaktır.
Adımlar bir öncelik sırasına gore yöntemli bir şekilde atılır. Bir problemin olma
olasılığının diğerine göre daha fazla olması hidrolik sistemin geçmiş performansına bağlıdır.
Belirtiler ve teşhis
Nasıl bir doktor sizing geçmişteki sağlık durumunuzu kontrol ediyorsa, bir hidrolik
sistem bozulduğunda yapılacak ilk işlerden biri sistemin yakın geçmişteki preformans ve
çalışma durumunu incelemektir. İkinci adım arızanın sebeplerini bulabilmek için belirtileri
değerlendirmektir.
Ardından sorunun kaynağının ne olduğunu bulmalı ve kontrol için bir mantık sırasına
koymalısınız. Bu sorunun doğrudan çözümü ya da ilerleyen aşamalarda çözümü sağlayacak
olan bir dizi test olabilir.
Bazı durumlarada problemi bizzat yerinde görmeli ve işitmelisiniz. Bu durumda yakın
geçmişteki problemi incelemek (değerlendirmek) silindirde ne olduğunu izlemek demektir.
Arıza aramaya başmadan önce şu soruları sormalısınız:
􀂾 Şikâyet haklı mı?
􀂾 Sistem hiç doğru şekilde işledi mi?
􀂾 Eğer işlediyse en son ne zaman işledi?
􀂾 Hiç kimse sisteme son zamanlarda bakım ve ayarlama yaptı mı? Yaptıysa ne
yaptı?
􀂾 Bu arıza daha önce hiç oldu mu ? Olduysa düzeltmek için ne yapıldı?
Bir hidrolik silindir iç olarak iyi yağlanmış olsa da salmastra kutu yüzeyi kurudur.
Bu sebeple, merkezleme bozukluğu sesle ortaya çıkar.
Takılma, çatırdama ya da cızırdama sesiyle karakterize edilir. Eğer silindir mafsal
18
Bağlantılı ise mafsal noktalarındaki takılmayı da kontrol ediniz. Bu bölgeler her
zaman iyi yağlanmış olmalı ve tam hareket özgürlüğüne sahip olmalıdır.
Eğer yan yükleme yeterince fazlaysa ve piston kolu eğilmez, bükülmezse kırılabilir.
Çoğunlukla kırılma kolun daralmış kesitlerinde olacaktır.
Bu düşük kesitler piston kolunun diş açılmış ve pistona veya yüke bağlandığı
uçlarında olur.
Dış merkezleme kaçıklığı çoğunlukla pistonun arkasına iletilecek ve tüpün içinin
aşınmasına sebep olacaktır.
İç merkezleme kaçıklığına dış kaçıklıktan daha az rastlanır, fakat yine de bazen olur.
Bu tür arızaların bir sebebi pistonla piston kolu arasındaki bağlantıdır. Piston kolu
sağlam bağlanmadığı zaman vuracak veya bükülecek böylece silindir borusunun iç çapını
zedeleyecektir. Bu koşullar altında silindir uzun süre çalışmayacaktır, çünkü silindir
borusundaki darbe izleri akışkanın yandan geçmesine izin vererek silindirin verimini
düşürecektir.
Pistonun gevşek olmasını engellemek için üreticilerin çoğu piston-kol bağlantılarında
bir kilit somun veya pim verirler.
Uygun olmayan gergi çubuğu torku bir başka merkezlerne kaçıklığının sebebi olabilir.
Silindir monte edildiğinde ve gergi çubuğu somunları eşit torkla ve kafaların çarpmasını
engelleyecek şekilde sıkılmalıdır.
Genellikle çapraz köşeli olarak sıkılırlar. Eğer kafalar silindirin merkez çizgisiyle kare
değilse piston kolu dış merkezleme kaçıklığına benzer şekilde piston kolu yatağı içinde
tutulacaktır.
19
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki tanımlardan hangisi doğrudur?
1. Hidrolik bir silindirin tanımı için ne söylenebilir?
A) Hidrolik enerjiyi elektrik enerjisine dönüştüren ve doğrusal hareket üreten devre
elemanı
B) Hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren ve doğrusal hareket üreten devre
elemanı
C) Hidrolik enerjiyi pnömatik enerjiye dönüştüren ve doğrusal hareket üreten devre
elemanı
D) Hidrolik enerjiyi mekanik enerjiye dönüştüren ve dairesel hareket üreten devre
elemanı
2. Bir silindirin çalışabilmesi için gerekli iki şart aşağıdakilerden hangisidir?
1) Silindir yastıklı olmalıdır
2) Silindir Piston keçesi takılı olmalıdır
3) Akışkan tahliyesi
4) Silindir ileri ya da geri iten bir kuvvet
A) 1-2
B) 1-3
C) 3-4
D) 2-4
3. Silindirlerin çapını ve basıncını değiştirmeden itme kuvvetlerini arttırmak için
kullanılan özel silindirlere verilen ad aşağıdakilerden hangisidir?
A) Tek etkili silindir
B) Teleskopik silindir
C) Tandem silindir
D) Döner silindir
4. Silindirlerde yapılan yastıklama aşağıdakilerden hangisini düzenlemeyi amaçlar?
A) Silindirin hızını
B) Silindirin kurs boyunu
C) Silindirin gürültüsünü
D) Silindirin basıncını
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
20
5. Silindir çapı, silindir kuvvetini belirleyen iki etkenden biridir diğeri aşağıdakilerden
hangisidir?
A) Silindirin boyu
B) Silindirin pompadan uzaklığı
C) Akışkanın şeffaflığı
D) Akışkanın basıncı
Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Hatalı cevaplarınız için konu tekrarı
yapınız.
21
ÖĞRENME FAALİYETİ- 2
Hidrolik silindirleri devreden sökmeyi, amirini, değiştirmeyi ve montajını
öğrenebileceksiniz.
2. HİDROLİK SİLİNDİRİN DEVREDEN
SÖKÜLMESİ
Hidrolik silindirlerin devreden sökülmesi için uygun el aletleri kullanılmalıdır. Gerekli
el aletleri, göstergeler ve ekipmanlar belirlenirken silindirin tipi, boyutları, konumu vb.
faktörler dikkate alınır.
Aletlerin çoğu hidrolik hatlardaki bağlantıları açmak veya aksamları söküp takmak
için kullanılan anahtarlardır. Göstergeler hidrolik aksamdaki debi, basınç, sıcaklık
ölçümlerinde kullanılır.
Anahtar seçimi çoğu zaman sistemde kullanılan taşıyıcıya veya bağlantı elemanına
bağlıdır. Mantıksal olarak doğru ölçüdeki bir açık ağızlı anahtar işinizi en iyi şekilde görür.
Açık ağızlı anahtarlar için diğer isimler yıldız geçme anahtarı veya birleşik anahtardır.
Şekil 2.1’ de atölyemizde olabilecek diğer anahtarlar gösterilmektedir.
Şekil 2: Atölyede kullanılabilecek anahtarlar
Çok zaman ve iş kazandıracak katı ve hızlı bir kural size çok zaman kazandırabilir ve
yapılacak iş şudur. Muhtemel sebeplerden en kolaylarını ilk önce kontrol etmek. (Bunlar
yalnızca görsel muayene ve değerlendirme gerektiren sebeplerdir).
ÖĞRENME FAALİYETİ- 2
AMAÇ
23
Örneğin pompa basınç yaratmıyorsa kontrol edilecek ilk şeyler şunlardır:
􀂾 Depoda yeterli akışkan var mı? Akışkan giriş süzgeci tıkalı mı?
􀂾 Pompa doğru yönde çalışıyor mu? Hiç basınç üretiyor mu? Göstergenin iğnesi
hiç oynuyor mu? Gösterge iyi mi?
􀂾 Akışkanın sızdığını veya akışkanın valf veya aksamı kısa devre yaptığını
duyabiliyor musunuz?
Bu adımların giderek daha zorlaştığına ve daha yoğun bir çaba gerektirdiğine dikkat
ediniz. Aynı zamanda her adım çok basittir. İlk adımla sebebi bulamazsanız bulana kadar
devam ediniz.
2.1. Silindir Tamiratı ve Montajı
Şekil 2.2: Hidrolik silindir montaj parçaları
Arıza arama işlemlerinin bir silindirin sökülüp tamir edilmesi gerektiğini gösterdiği
zaman aşağıdaki adımları takip ediniz.
􀂾 Önce silindirin detaylı parça veya montaj resmini elde ediniz. Tipik bir açılmış
resim aşağıda Şekil 2.3’ te görülmektedir. Hidrolik aksamı sökerken her zaman
emniyet gözlükleri takınız.
􀂾 İkincisi, parçaları uygun sırayla çıkartarak silindiri sökünüz. Çok güç gerektiren
bir parçayı çıkarmaya çalışmayınız
24
Şekil 2.3: Silindirin detaylı parça veya montaj resmi
Keçeler, parçaları emniyetle yerinde tutma eğiliminde olduklan için bağlantıları
ayırmak için bir miktar güç gerekir. Fakat bu güç kullanımı gerekliliği sizin büyük ölçülü
aletler veya levyeler kullanarak iki parçayı ayırmanız demek değildir.
Parçaları ayırırken onları çıkardığınız sırayla yayınız. Bu, onları doğru sırada monte
etmenizi sağlayacaktır.
Bir hidrolik silindirin ana parçaları; kafalar, silindir borusu, piston, piston kolu, kol
yatağı, gergi çubukları ve keçelerdir.
25
Her parçanın yapımında kullanılan malzeme üreticiye ve kullanılacağı yere göre
değişir. Aksamları değiştirdiğiniz zaman kullanılanlarla aynı tipte olduğundan, güvenli ve
doğru şekilde monte edildiğinden emin olunuz.
Şekil 2.4: Pistonun yapısı
Silindir kafaları genellikle plaka veya dökme çelikten yapılmış ve hassas toleransla
işlenmiştir. Silindir boruları genellikle düz veya kaplama çeliktendir.
Kaplamanın büyük bölümü boru iç yüzeyindedir ve kromdur. Pistonlar biçim ve
malzeme olarak birbirinden farklıdır, fakat çoğu dökme demir ve Şekil 2.4’ tekine benzerdir.
Piston keçeleri pek çok malzeme ve şekilde üretilir. Çeşitliliğin sebebi kullanılan
hidrolik akışkanın çeşitliliğindendir.
Normal petrol esaslı yağlardaki alev alma tehlikesi nedeniyle sistemlerin çoğunda
ateşe dayanıklı akışkanlar kullanılır. En popüler çeşitleri su esaslı akışkanlar, emülsiyon
akışkanlar ve fosfat esteri akışkanlarıdır.
Bazen fabrika mühendisi veya bakım mühendisi kullanılacak akışkanı seçer, çünkü
silindirin çalışacağı koşulları bilecek durumdadır. Çoğu zaman akışkan seçimi güvenlik
standartları veya fabrika şartlarına göre yapılır.
Petrol tabanlı olmayan akışkanlar kullanıldığı zaman, keçelerin seçimi büyük önem
kazanır, çünkü pek çok ateşe dayanıklı akışkan genellikle sentetik lastik veya deriyle uyumlu
değildir. Böyle keçeler için seçilen popüler bir malzeme “viton” dur. Bu malzeme ateşe
dayanıklı akışkanların çoğu için iyi veya mükemmel sonuç verir.
Çoğu zaman otomotiv türü dökme demir piston halkaları kullanılır bu da o bölgedeki
özel keçe seçiminin gerekliliğini ortadan kaldırır. Bu halkaların son derece uzun ömürlü
oluşları, onları pek çok uygulamada arzulanır bir seçenek hâline getirir.
26
Bununla beraber, eğer silindir bir tutma işinde veya piston kaçağının sorun olabileceği
bir işte kullanılacaksa, otomotiv türü halkalar kullanılamaz, çünkü normalde bunlar bir
miktar akışkanın sızmasına izin verirler. Bunu engellemek için biçimlendirilmiş yumuşak
sızdırmazlık elemanı kullanılmalıdır. Yine burada, genellikle viton seçilir.
Piston kolları genellikle tornadan, taşlamadan geçmiş ve parlatılmış yüksek çekme
mukavemeti olan çeliklerden yapılır. Kollar üreticiye göre serbestleştirilmiş veya sert krom
kaplamalı olabilir. Yiyecek işlenen bazı uygulamalarda paslanmaz çelik piston kolu gerekir.
Eğer kol malzemesi kolaylıkla tanınmazsa, kolun çelik olup olmadığını bir mıknatıs
yardımıyla anlaşılabilir. Bir hidrolik silindirde en sık değiştirilen piston kolu yatakları ve
keçeleridir. Normal çalışma şartları altında bu parçalar yıpranır ve sık olarak değiştirilmesi
gerekir.
Çoğu zaman piston kolu yatakları silindir kafasından kolaylıkla çıkarılabilir.
Piston kolu yatağı çıkarıldıktan sonra, piston kolu keçesi ve toz keçesi çıkarılabilir ve
yeni parçalar monte edilebilir. Piston kol keçeleri için viton veya teflon kullanılabilir. Teflon
genellikle bu alanda kullanılır, çünkü daha yüksek ısı dayanıklılığına sahiptir.
Silindir üreticisinin talimatları size biçim ve uygulama için en uygun malzemenin
hangisi olduğunu söyleyebilir. Piston kolu yatağını çıkarırken inceleyiniz ve temizleyiniz.
Eğer hasarlıysa değiştiriniz.
Yeni piston kolu yatağını monte ederken keçe dudakları veya kenarlarının kesilmesini
veya çentiklenmesini engellemek için gerekli özeni gösteriniz.
Piston kolu üzerindeki her türlü kiri çıkannak için piston kolu yatağının en dışına
genellikle bir toz keçesi veya koruyucusu yerleştirilir. Bu koruyucu ya da toz keçesi zararlı
yabancı maddelerin sa1mastraların içine girmesini engelleyerek verimli ömürlerini uzatır.
Pistonun kola sağlamca bağlandığından emin olduktan sonra silindiri tekrar monte
ediniz.
Silindir kafaları üniteden çıkanldığı zaman boru keçelerini değiştirmekte fayda vardır.
İç merkezleme kaçıklığını ve akışkanın boru uçlarından sızmasını engellemek için gergi
çubukları tekrar sıkıştırıldığı zaman gerekli özeni gösteriniz.
Gerekli sıkıştınna miktarı silindir levhasında ya da üreticinin talimatlarında
bulunabilir.
Gergi çubukları genellikle yüksek çekme mukavemeti olan çelikten üretilir. Üretici
tarafından montaj sırasında ön gerilim uygulanır. Gergi çubuğunun somunları kendinden
kilitlenir tipte olabilir ya da olmayabilir. Genellikle gergi çubuğunu doğru tork miktarıyla ön
gerilim uygulamak kilit somunlarına olan ihtiyacı ortadan kaldırır.
27
Şekil 2.5: Montaj yapılmış hidrolik silindirin kesiti
2.2. Silindir Montajı
Üreticilerin çoğu silindirleri kapıları bir çeşit kapı tıkacıyla tıkanmış olarak
gönderirler. Bu tıkaçlar nakliyat ve depolama sırasında silindire kir ve toz girmesine engel
olur. Silindiri borulara bağlamaya hazır olmadan önce bu tıkaçları çıkarmayınız. Silindiri
bağlamadan önce bütün boru ve rakorlar toz, kir ve talaştan arındırılmış olmalıdır. Görünüşte
iyi görünen pek çok montaj bu temel işlemlerin takip edilmemesi nedeniyle başarısızlığa
uğramıştır.
Şekil 2.6: Montaj yapılmış hidrolik silindirin kesiti
28
Doğru silindir performansı için doğru montaj ve merkezleme esastır. Bütün yan
yüklemeleri yok ederek keçe ve yatak ömrü arttırılabilir. Montaj yüzeyleri düz ve/veya ayak
bağlantılı ünitelere paralel olmalıdır. Ortadan veya pim bağlantısı için kullanılan yataklar
merkezlenmiş olmalıdır.
Sabit montajlı silindirlerde silindiri yerine sıkıca somunla monte etmeden önce, piston
kolunun ucunu doğru şekilde merkezleyiniz. Gerekirse hizalayıcı kullanınız. Ayaklı
bağlantılı, uç zıvana ve bu türde diğer silindirlerin çalışma sırasında yer değiştirmelerini
engellemek için rakorlu somun veya merkezleme pimleri ile monte edilmelidir.
Her durumda piston kolunun ve ona bağlanan cihazın hareketi aynı düzlemde
olmalıdır. Piston kolunun uzamasındaki bir sapma ciddi yan yükleme yaratabilir. Ayrıca
mafsalla monte edilmiş silindir kavisleri strok boyunca hareketine devam etse dahi, bir
yarıçapın yine de tek bir işletim yönünde olduğunu unutmayınız. .
Piston koluna yapışan kir veya kesici malzeme eğer temizlenmezse kolda, piston kolu
yatağında ve yağ segmanında aşırı aşınma yaratabilir. Yağ segmanının amacı bu tür yabancı
maddeleri temizlemektir, fakat çoğu zaman kirlerin birikmesi segmanın kaldırabileceği
miktardan fazla olur. (Bu kaynak atölyeleri ve dökümhanele de sıkça olur).
Bu sorunu çözmenin bir yolu Şekil 2.7’ de görüldüğü gibi bir piston kolu muhafazası
kullanılmaktadır. Muhafazanın aşınabileceğini ve düzenli olarak muayene edilmesi
gerektiğini aklınızda tutunuz. Silindir üreticisi pek çok uygulama için yağ segmanı ve / veya
muhafaza seçimi konusunda tavsiyede bulunacaktır.
Şekil 2.7: Silindir aksesuar bağlantıları
Çoğunlukla Şekil 2.7’ deki gibi aksesuarlar, yani göz, çatal pim ve benzerleri piston
koluna bağlanır. Bu parçalar ya çivilenmeli veya kontra somunla yerinde sıkıca
tutturulmalıdır. Bir aksesuarın kendini piston kolundan sökmesi pek duyulmadık bir şey
değildir.
29
Kolu tutarken iki anahtarın düz taraflarını kullanınız, fakat hiç bir zaman kol üzerinde
boru anahtarı kullanmayınız. Boru anahtarı izleri kolun yüzeyini zedeleyecek ve yağ
segmanına ve keçelere zarar verecektir.
Yastıklar ve hız kontrol valfleri silindir hızını düzenlemek için kullanılır. Dış cihazlar
olmalarına rağmen hız kontrol valflerini monte ederken çok az sorun çıkar.
Tek sorun silindirin istenilen hızda hareket etmesi için gereken hız cihazlarını
ayarlamak için harcayacağınız zamandır.
2.2.1. Şok Emiciler
Şekil 2.8: Bir hidrolik şok emici
Pek çok hidrolik sistemin kontrol valfleriyle beraber çalışan ya da çalışmayan dış
silindir durdurucu cihazları vardır. Bu cihazlar yükün durmasını kontrol etmek için kullanılır
ve şok emici olarak adlandırılır. Tipik bir sabit ağızlı şok emici Şekil 2.8’ de gösterilmiştir.
Kapalı, kapılı bir silindir içinde hareket eden bir pistondan oluşur.
Kapılar içlerinden geçen akışkan miktarını düzenler ve dâhili, yay yükü durdurmak
için değil yalnızca kolu geri döndürmek için kullanılır. Bir şok emici hareket eden cismi,
hidrolik akışkanı bir dizi orifisten geçirerek durdurur.
Pek çok uygulamada, yaratılan enerji açık havaya verilir.
30
Şekil 2.9: Şok emici ılave yağlayıcısı
Aşırı gürültü ve çarpma sesi şok emicinin kötü çalıştığına işaret eder. Bu tür arızalı
çalışmanın genel bir sebebi akışkan eksikliğidir. Doğru hareket yüke anında direnç
sağlanmasını gerektirdiğinden, sistemdeki biraz hava bile sorun yaratır.
Hava piston halkalarını etkileyerek kırılmalarına sebep olur. Kırık halkalar yağın
serbestçe dolaşmasına izin verecek ve arızalı çalışmaya yol açacaktır.
Bir şok emicide arıza ararken önce sızdırmazlık elemanlarının yerlerini kontrol ediniz.
Kafanın tüple bağlantı kesiti ve piston kolu yatağı kesiti görsel kontrol için en kolay
yerlerdir. Genellikle aradaki sızıntılar çok kolay fark edilir.
Bu tür sızdırmazlık elemanlarının değiştirilmesi hiç bir özel beceri gerektirmez, çünkü
şok emiciler, silindire benzer şekilde monte edilmiştir.
Her türlü akışkan kaybına karşı yapılacak en iyi iş Şekil 2.9’ dakine benzer bir ilave
yağ damlalığı yerleştirmektir. Yağ damlalığının düzenli muayenesi birimin dolu kalmasını
sağlar.
Bu aşınma dahili kaçak yaratacak ve kol üzerindeki cilalı yüzeylerin varlığı sayesinde
tanınabilecektir
Şok emici bozukluğunun bir başka sebebi merkezleme kaçıklığıdır. Birimler doğrusal
hareket halinde olduklarından kol üzerinde her türlü yan yük dahili parçaların aşınmasına
sebep olur.
31
Kolun merkezleme kaçıklığıdır pistonda bir arıza kaynağı olabilir ve kolun, dozaj
tüpünün zedelenmesine sebep olur. Dozaj tüpü zedelendiği zaman yağ pistonun yanından
savrulacak ve birimin direnç kuvvetini azaltacaktır. Şok emicideki zayıflamış direnç
kolaylıkla dibe varmasını sağlayarak sistemde darbelere yol açacaktır. Eğer bu etki çok ciddi
olursa piston kolu bükülme veya kırılmaya yatkın olacaktır.
Amortisörler çalışma koşullarındaki değişikliklere uyabilir şekilde olmaları için
ayarlanabilir ağızlı olarak da imal edilirler. Birimin ayarı şok emicinin yanındaki bir
düğmeyle yapılır. Normalde ayarlanabilir şok emiciler yüksek bir değerden uygun bir etki
elde edene kadar aşağı inilerek deneme yanılma metoduyla kurulurlar. Eğer ayarlanabilir bir
şok emiciler en yüksek değerinde yeterli kapasiteye sahip değilse daha büyük bir birimle
değiştirilir.
Hidrolik Arıza Arama Çizelgesi
Sorun Sebep Çözümü
1.Yetersiz
akış
Valflerin ve pompaların yeterli akış sağlayıp
sağlamadıklarını kontrol ediniz.
2. Silindir
yapışıyor ve
takılıyor
Kir, yapışkan artık veya hava kaçaklarına bkınız.
Merkezleme kaçıklığına, aşınmış parçalara veya bozuk
keçeleri kontrol ediniz. Yol verme ısısında yağ viskozitesi
çok yüksek.
3. Isınma
periyodu
boyunca
yavaş hareket
Yağı daha düşük viskoziteli ya da daha yüksek viskozite
endeksli yağla değiştiriniz. Şiddetli soğuk hava koşulları
altında yağın içine ısıtıcı yerleştirilmesi faydalıdır.
4. Pilot
kontrol
basıncı çok
düşük
Kontrol hattı çok küçük olabilir ya da akış kısma valfi
doğru çalışmıyor olabilir.
5. Silindirde
dâhîli sızıntı
Aşınmış parçaları ve gevşek keçeleri tamir ediniz veya
değiştiriniz. Yağın viskozitesinin çok düşük olmama-sına
dikkat ediniz. Aşırı kirlenme veya aşınma var mı diye
kontrol ediniz.
Hatalı
Çalışma
6. Sistemdeki
hava
Havayı boşaltınız ve kaçakları kontrol ediniz. Yağ emme
deliğinin depodaki yağ seviyesinin yeterince altında
olmasına dikkat ediniz.
Şüphe ettiğiniz kaçakların üzerine yağ dökerek emme
tarafındaki pompa keçeleri ve hat bağlantılarını kontrol
ediniz.
32
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
1. Bir silindiri tamir etmeden önce silindir detaylı bir ………………………….. ' ni
elinizde bulundurunuz.
PARÇA veya MONTAJ RESMİ
2. Silindiri sökerken her zaman parçaların çıkarıldıkları………………………….
uygunolarak yayınız.
DÜZEN veya SIRAYA
3. Silindir tüpleri hem ömürlerinin uzaması hem de ………………………….
engellemek için kaplanır.
KOROZYONU
4. Piston keçelerinin her zaman sistemde kullanılan hidrolik ……………………. ile
uyumlu olmasına dikkat ediniz.
AKIŞKAN
5. Biçimlendirilmiş yumuşak piston keçesi, silindir bir işletimi için kullandığı zaman
kullanılır.
TUTMA
6. Piston kolu üzerindeki pislikler veya diğer kirleticiler genellikle bir kol
…………………………. tarafından temizlenir.
SİLECEK veya TOZ KEÇESİ
7. Kafalarının çıkarılmış olduğu bir silindiri tekrar monte ederken ………….…………'ni
değiştirmek faydalıdır.
BORU KEÇELERİ
8. Bir gergi çubuğunu sıkıştırırken gerekli tork sıkma miktarı silindir levhasında ya da
…………………………. bulunabilir.
ÜRETİCİ TALİMATLARINDA
Yukarıda verdiğiniz cevapları soruların altında yer alan doğru cevaplarla
karşılaştırınız. Bu faaliyeti başarılı olarak bitirebilmek için doğru cevap sayınız 6 ve üzerinde
olmalıdır. Aksi hâlde öğrenim faliyetini inceleyiniz.
ÖLÇME VE DEĞERLENDİRME
33
Noktalı yerleri uygun olan şekilde doldurunuz.
1. Sabit silindirleri monte ederken her zaman doğru şekilde ……………… dikkat ediniz.
2. Çok kirli bir yerde bir hidrolik silindiri monte ederken korunma için piston
kolu……………… kullanmayı ihmal etmeyiniz.
3. Bir çatal mafsal pimi piston koluna bir pim veya ……………… ile bağIanmalıdır.
4. Silindirin……………… düzenlemek için bir yastık monte ediniz.
5. Şok emiciler yüklü bir silindirin ……………… kontrol etmek için kullanılırlar.
6. Şok emici bozukluğunun sık rastlanan sebeplerinden biri ……………… azlığıdır.
7. Şok emici akışkanının azalmasını telafi etmek için yapılacak en iyi iş, bir
……………… monte etmektir.
8. Bir şok emicide yan yük nedeniyle oluşan dâhîli aşınmanın bir belirtisi rot üzerinde
……………… bölgelerdir.
Yukarıda verdiğiniz cevapları, soruların altında yer alan doğru cevaplarla
karşılaştırınız. Bu faaliyeti başarılı olarak bitirebilmek için doğru cevap sayınız 6 ve üzerinde
olmalıdır.Aksi halde öğrenim faliyetini inceleyiniz.
34
MODÜL DEĞERLENDİRME
Aşağıdaki sorulara, en doğru cevabın yanındaki kutuya "X" işareti koyarak cevap
veriniz
1. Aşağıdaki işlemlerden hangisi bir hidrolik silindirde arıza ararken kullanılmalıdır?
A) Mümkün olduğu kadar hızlı yapmak.
B) Mantık sırasını takip etmek.
C) Her zaman özel aletler kullanmak..
D) Önce en zor maddeleri kontrol etmek.
2. Dış silindirde merkezleme kaçıklığını kontrol etmenin en iyi yolu nedir?
A) Yük yokken
B) Silindir tam basınçlıyken
C) Silindir basınç altında değilken
D) Silindir test standındayken
3. Yük altında değilken bir silindirin basıncını kontrol ettiğinizde bir basınç artışı neyi
gösterir?
A) Gereğinden küçük silindir
B) Çok yüksek pompa basıncı
C) Açık bir dönüş hattı
D) İç takılma
4. Strokunu tamamladıktan sonra ilave akışkan gerektiren bir silindir için ne
söylenebilir?
A) Uygulama için fazla büyük
B) İç kaçak var
C) İç takılma var
D) Hız kontrol valfi
5. Bir hız kontrol valfinde tıkalı bir ağız silindirin ne yapmasına yol açar?
A) Aşırı hızlanma
B) Ters yönde hareket
C) Durma
D) Dibine vurmasına
MODÜL DEĞERLENDİRME
35
6. Silindir parça veya montaj resmi aşağıdakilerin hangisini yaparken faydalıdır?
A) Test ederken
B) Arıza aramada
C) Montajda
D) Tamiratta
7. Bir silindir piston keçesi yerleştirilirken aşağıdakilerden hangisi kontrol edilmelidir?
A) Hidrolik akışkan
B) Piston hızı
C) Piston çapı
D) Piston kol mahfazası
8. Piston kollarında kullanılan malzeme aşağıdakilerden hangisi kullanılarak kısmen
tanımlanabilir?
A) Yüzey ölçü aleti
B) Prizmatik ölçü aleti
C) Mıknatıs
D) Brinell test aleti
9. Piston kolu üzerindeki kır ve pisliklerin silindire girmesi aşağıdakilerden hangisiyle
engellenir
A) Filtre
B) Silecek
C) Hız valfi
D) Silindir kapağı
10. Monte edildikleri zaman sabit flanşla monte edilmiş silindirler nasıl olmalıdır?
A) Doğru merkezlenmiş
B) Kilitlenmiş
C) Yatay monte edilmiş
D) Hareket edebilir
Cevaplarınızı cevap anahtarı ile karşılaştırınız. Hatalı cevaplarınız için konuyu
tekrarlayınız..
36
ÖĞRENME FAALİYETİ-1 CEVAP ANAHTARI
1 B
2 C
3 C
4 A
5 D
ÖĞRENME FAALİYETİ-2 CEVAP ANAHTARI
MERKEZLENDİKLERİNE
MUHAFAZASI
KONTRA SOMUN
HIZINI
DURMASINI
AKIŞKAN
İLAVE YAĞ DAMLALIĞI
CİLALI
ÖĞRENME FAALİYETİ-2 CEVAP ANAHTARI
1 A
2 B
3 D
4 B
5 C
6 D
7 A
8 C
9 B
10 A
CEVAP ANAHTARLARI
37
MODÜL DEĞERLENDİRME CEVAP ANAHTARI
1 B
2 A
3 D
4 B
5 C
6 D
7 A
8 C
9 B
10 A
38
KAYNAKÇA
􀂾 Endüstriyel Okullar İçin Hidrolik Arıza Arama Becerisini Geliştirme, MEB.
􀂾 Proportional-Und Servovenyil-Technik, Mannesmann-Rexroth
􀂾 KARTAL Faruk Hidrolik ve Pnömatik, Modül Yayınları, Manisa, 1998.
􀂾 Kitabı D. Merkle, B. Schrader, M. Thomas Festo, Hidrolik Temel Seviye
Öğretim TP501, İstanbul, 1993.
􀂾 Kitabı D. Merkle, B. Schrader, M. Thomas Festo, Hidrolik Temel Seviye
Öğretim TP501, İstanbul, 1994.
􀂾 KARACAN, İsmail, Pnömatik Kontrol, Ankara, 1988.
􀂾 KARACAN, İsmail, Endüstriyel Hidrolik, Ankara, 2000,
􀂾 ÖZCAN, Fatih, Hidrolik Akışkan Gücü, Mert Eğitim Yayınları
􀂾 DEMIRTAŞ, Fayık, Hidrolik ve Pnömatik Ankara-1999
􀂾 www.desteknik.com.tr
􀂾 www.bmil.com
􀂾 www.festo.com
KAYNAKÇA