TRANSİST 2014
BİLDİRİ KİTABI
19 - 20 ARALIK 2014 İSTANBUL KONGRE MERKEZİ
GARAJ AMAÇLI HİDROLİK PLATFORM TASARIMI
Emre Doruk, İsmail DurgunÖZET
Son yıllarda özellikle büyük şehirlerde artan araç sayısına bağlı olarak trafik problemi kadar park problemi de hızlı bir şekilde büyümektedir. Park problemi sorununun çevreci ve inovatif şekilde çözüldüğü uygulamalardan bir tanesi de hidrolik güç iletimi ile çalışan garaj sistemidir. Sistem, yer darlığı problemine yer altına park imkânı gibi özel bir çözüm getirirken, dekoratif çekiciliği de arttırmaktadır. Bu çalışmada, tasarlanan bu yeni garaj sisteminin hidrolik devre tasarımı ve mukavemet analizleri gerçekleştirilmiştir.
Anahtar Sözcükler: Çevreci Garaj Sistemleri, Hidrolik Güç İletimi, Sistem Tasarımı.
HYDRAULIC PLATFORM DESIGN FOR GARAGE PURPOSE
ABSTRACT
In recent years, particularly due to the increasing number of car, parking in major cities is rapidly growing problem as traffic problems. A garage with hydraulic power transmission system is one of the applications which solve parking problem with environmental and innovative way. This system makes special opportunity (underground parking) against lack of space problem, but also increases the decorative appeal. In this study, hydraulic circuit design and strength analysis of the proposed new garage system was performed.
Keywords: Environmental Garage Systems, Hydraulic Power Transmission, System Design.
1. GİRİŞ
Garajımızın temel boyutlarını belirlemek için öncelikle, garaja girecek aracın ölçüleri tespit edilmiştir.
Yapılan çalışmada hem ağırlık olarak hem de uzunluk ve genişlik olarak büyük kapasiteli bir araç tercih edilmiştir. Bu sayede, hesaplamalarımızı bu araç üzerinden yaptığımız için birçok orta ve büyük ölçekteki araba için tasarlanan garaj kullanılabilir olacaktır. Şekilde 1’de seçilen aracın ölçüleri gösterilmektedir.
Şekil 1. Bir 4 X 4 Araca Ait Genişlik, Uzunluk, İki Dingil Arasındaki Mesafe Değerleri [1]
1 Emre Doruk, TOFAŞ Türk Otomobil Fabrikası A.Ş., Bursa, Turkey, emre.doruk@tofas.com.tr
51
Aracın net ağırlığı 2665 kg’dır. Aracın platform üzerine yerleştikten sonra kenarlarda kalacak boşluklar belirlenerek, platformun en ve boy uzunlukları hesaplanacaktır. Aracın kabin içerisine yerleşip tavan platformu kapandıktan sonra ne kadar boşluk kalacağı hesaplanarak, kazılması gereken derinlik hesaplanacaktır. Sistemde kullanılacak teleskopik silindir ve normal hidrolik silindirlerin strok mesafeleri bu ölçüler ışığında hesaplanacaktır.
2. HİDROLİK DEVRE TASARIMI
Hidrolik devre elemanları; silindir, pompa, yağ deposu, valfler, akümülatör, bağlantı elemanları, sızdırmazlık elemanları, manometreler, filtre ve hidroliktir [4]. Bu devre elemanlarının tasarım parametrelerine göre seçimleri yapıldıktan sonra hidrolik devre FluidSIM-H programında oluşturulmuştur.
2.1. Hidrolik Silindir Seçimi
Standart bir hidrolik silindir seçmeden önce, bu silindirin deplasmanının ve yük taşıma kapasitesinin ne kadar olması gerektiğini bilmemiz gerekmektedir. Garaj sistemini oluşturan tavan platformunun tasarımı (Şekil 2) ve ağırlığı belirlenerek silindir seçimi gerçekleştirilecektir.
Şekil 2. Tavan Platformu İçin Hazırlanan Kare Profil ve Sactan Oluşan Çelik Konstrüksiyonun Katı Modellenmesi
Yapılan hesaplamalar sonucu tavan platformunun toplam ağırlığı 562.271 kg olarak bulunmuştur. Toplam ağırlık ve strok belli olduğuna göre tavan platformunu taşıyacak hidrolik silindirin seçimini yapabilir. HPS Hidrolik silindir firmasından taşıma kapasitesi ve stroğumuza uygun 0103002001-0113010524 numaralı hidrolik silindiri seçelim:
Şekil 3. 0103002001- 0113010524 HPS Marka Hidrolik Silindir [2]
Seçilen silindire ait teknik özellikler; silindir çapı(Ø)= 70mm (D), rod çapı(Ø)= 50mm (d), açık boy=2700 mm, kapalı boy=2000 mm, strok= 700 mm’dir. Tavan platformunun kaldırılması için sistemde bu silindirlerden 4 adet kullanılacaktır.
2.2. Çalışma Basıncı ve Debi
Sistemi besleyecek olan hidrolik pompa seçimi için debi ve çalışma basıncı gibi parametreleri bilmemiz gerekmektedir. Seçtiğimiz HPS hidrolik silindirin çalışması için gerekli yağ debisini ve çalışma basıncını şu şekilde hesaplayabiliriz.
𝐴 =𝜋𝐷! 4 𝑃 =𝐹
𝐴→ 𝑃 = 2605.2 𝑁
𝜋 ∗ 0.07! 4
= 6.77 𝑏𝑎𝑟 (𝐻𝑒𝑟 𝑏𝑖𝑟 𝑠𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑖𝑟𝑖𝑛 ç𝑎𝑙ış𝑚𝑎 𝑏𝑎𝑠ı𝑛𝑐ı)
𝑉 =𝑠 𝑡 =0.7
10 = 0.07𝑚
𝑠 𝑡𝑎𝑣𝑎𝑛 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑓𝑜𝑟𝑚𝑢 𝑘𝑎𝑙𝑘ış 𝑧𝑎𝑚𝑎𝑛ı 𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑉 =𝜋𝐷!
4 ∗ 𝑉
𝑄 = 2.7 ∗ 10!! 𝑚! 𝑠 = 16.163 𝑙𝑡 𝑑𝑘 (ℎ𝑒𝑟 𝑏𝑖𝑟 𝑠𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑖𝑟 𝑖ç𝑖𝑛 𝑔𝑒𝑟𝑒𝑘𝑒𝑛 𝑦𝑎ğ 𝑑𝑒𝑏𝑖𝑠𝑖)
Aynı işlem adımları taban platformu içinde yapılacaktır. Şekil 4’te taban platformunun katı modeli gösterilmektedir. Taban platformunun toplam ağırlığı 765.28 kg’dır. Taban platformunu, aracın kendisini, tavan platformunu, tavan platformunu kaldıracak bir önceki işlem adımında seçimi yapılan hidrolik silindirlerin ağırlığını taşıyacak ve kaldıracak bir hidrolik silindir seçimi gerekmektedir. Benzer hesap adımları kullanılarak, bu silindirlerin (4 tane) çalışma basıncının 7,4 bar, debileri ise 46.17 lt/dk olarak bulunmaktadır.
Şekil 4. Taban Platformu İçin Hazırlanan Kare Profil ve Sactan Oluşan Çelik Konstrüksiyonun Katı Modellenmesi
2.3. Hidrolik Pompa Seçimi
Sistemde hidrolik pompa olarak Şekil 5’te görülen dıştan dişli hidrolik pompa kullanılmıştır. Sabit debilidir.
debilidir. Çalışma basıncı 125 bardır. İstenilen çalışma basıncını yakalamak için basınç emniyet valfini 35 bar a ayarlanacaktır. Pompayı tahrik edecek elektrik motorunun gücü 14.53 kW olarak hesaplanmıştır.
53
Şekil 5. Dıştan Dişli Pompa [3]
2.4. Valflerin Seçimi
Oluşturulacak hidrolik devrede farklı tip ve görevdeki valfler kullanılacaktır. Bunlar, 2 adet 4/3’lük elektro – hidrolik yön kontrol valfi (normalde kapalı ), 8 adet çek valfi ayarlanabilen akış kontrol valfi, 1 adet basınç emniyet valfi ve 1 adet basınç düşürme valfidir.
2.5. Hidrolik Devre Tasarımı
Hidrolik devre simülasyonu fluidSIM-H programında gerçekleştirilecektir. Devreye ait şema Şekil 6 da gösterilmiştir. Oluşturulan hidrolik devre aşağıdaki elemanlardan oluşmaktadır.
• 4 adet çift etkili teleskopik silindir
• 4 adet çift etkili silindir
• 8 adet çek valfi ayarlanabilen akış kontrol valfi
• 2 adet 4/3’lük elektro – hidrolik yön kontrol valfi (normalde kapalı )
• 1 adet pompa
• 1 adet basınç emniyet valfi
• 1 adet filtre
• 1 adet tank
• 1 adet elektrik moturu
• 1 adet basınç düşürücü
Şekil 6. FluidSIM-H’de Oluşturulan Hidrolik Devre
Şekil 7’de garaj sisteminin açılması esnasında silindirlerin yukarı yönlü hareketi gösterilmektedir.
Şekil 7. Silindirlerin Yukarı Kalkışı
55
Şekil 8. Silindirlerin Geri Dönüşü
3. PLATFORMLAR İÇİN MUKAVEMET ANALİZİ
Mukavemet analizleri tavan ve taban platformu için ayrı ayrı gerçekleştirilmiştir. Tavan platformu için yapılan analiz şu şekildedir.
Platformun alt kısmında yer alan kare profillerin atalet momentinin hesaplanması:
𝐼! = 1
12∗ 𝑎!= 1
12 35!− 33! 𝐼! = 0.0262 ∗ 10! 𝑚𝑚!
Sac plakanın atalet momentinin hesaplanması:
𝐼! = 1
12∗ 𝑏 ∗ ℎ! = 1
12∗ 5700 ∗ 2! 𝐼! = 3800 𝑚𝑚!
Ağırlık merkezi üzerinde olmayan kesitlerin atalet momentlerinin ağırlık merkezine taşınması:
𝐼! = 𝐼!+ 𝐴 ∗ 𝑠! (𝐴: 𝑘𝑒𝑠𝑖𝑡 𝑎𝑙𝑎𝑛ı, 𝑠: 𝑎ğı𝑟𝑙ı𝑘 𝑚𝑒𝑟𝑘𝑒𝑧𝑖𝑛𝑖𝑛 𝑒𝑘𝑠𝑒𝑛𝑖𝑛𝑒 𝑢𝑧𝑎𝑘𝑙ığı𝑑ı𝑟. ) 𝐼!= 7 ∗ 0.0262 ∗ 10! + 2 ∗ 3800 + 5700 ∗ 2 ∗ 18.5!
𝐼! = 7.99 ∗ 10! 𝑚𝑚!
Tavan platformunu iki noktadan mesnetlenmiş bir yapı olarak çizersek;
𝑞 =500 5.7 𝑘𝑔/𝑚 Σ𝑀! = 0
−𝑞 ∗ 5.4 ∗ 2.7 + 𝐴!∗ 5.1 − 𝐺 ∗ 2.55 + 𝑞 ∗ 0.3 ∗ 0.15 = 0 5.1*𝐴!= 𝑞 ∗ 5.4 ∗ 2.7 − 0.3 ∗ 0.15 + 𝐺 ∗ 2.55
5.1*𝐴!= 500 ∗!".!"!
!.! + 562.49 ∗ 2.55 𝐴! = 531.24 𝑁
Σ𝐹!= 0
𝐴!+ 𝐵!= 𝐺 + 𝑞 ∗ 𝐿
𝐵! = 562.49 + 500 − 524.38 𝐵! = 531.24 𝑁
57
𝑀!"#$= 4953.27 + 2758.9 ∗ 2.55/2 𝑀!"#$= 9833.06 𝑁𝑚
𝜎 =𝑀!"#$∗ 𝑦
𝐼! =9833.06 ∗ 0.0195
7.99 ∗ 10!! = 24 𝑀𝑃𝑎 𝜎 ≤ 𝜎!"# =𝜎!"#!
𝑠 → 𝑠 = 9.8 (𝑇𝑎𝑣𝑎𝑛 𝑝𝑙𝑎𝑡𝑓𝑜𝑟𝑚𝑢 9.8 𝑘𝑎𝑡 𝑒𝑚𝑛𝑖𝑦𝑒𝑡𝑙𝑖 çı𝑘𝑚ış𝑡ı𝑟. )
Taban platformu için de aynı hesaplamalar yapıldığında, 10.42 kat emniyetli çıktığı görülmektedir. Yapılan bu hesaplamalar sonucunda tasarlanan garaj sisteminin açık ve kapalı haldeki görüntüsü Şekil 9’da verilmektedir.
Şekil 9. Garaj Sisteminin Açık ve Kapalı Hali
4. SONUÇLAR
Özellikle büyük metropollerde her geçen gün artan park sorununa çözüm getirmek için geliştirilen katlı otapark sistemleri, bu çalışmada tasarlanan garaj sisteminin daha verimli ve modüler bir uygulamasıdır. Bu çalışmada yapılan mevcut tasarımda tavan platformu ve onu taşıyan silindirler güçlendirilerek sistemin iki araç için kullanımı mümkün hale getirilebilmektedir. Sistemin yaklaşık maliyeti 60.000 € civarındadır.
Pratikte bu tip garaj sistemlerinde güç aktarımı hidrolik sistem yerine elektrik motorları ile de sağlanabilmektedir.
KAYNAKLAR
[1] Hidrolik asansörlerde kullanılan hidrolik ünitesinin seçim ve dizayn hesapları, Araş.Gör. Recep Demirsöz, Doç. Dr.
C. Erdem İmrak İTÜ Makine Fakültesi
[2] Mechanics Of Materials 7th Edition, R.C.Hibbeler
[3] Makine elemanları ve konstrüksiyon örnekleri, Prof. Dr. Fatih C. Babalık [4] http://www.dajbych.cz/toyota/land-cruiser-v8
[5] http://www.eskisehiryildirimyapi.com/urun-kat~su-pompalari-ve-hidroforlar [6] http://www.hpshydro.com.tr/product_detail.php?id=00038&lang=tr
