Hidrolik Kaya Kırıcısının Nasıl Çalıştığını Analiz Etme

2.2 Hidrolik Kaya Kırıcısının Nasıl Çalıştığını Analiz Etme

Bir hidrolik kaya kırıcısı birçok yapısal forma sahiptir. Çalışma prensibinden hareketle, yazarlar bir hidrolik kaya kırıcısının en temel ve en kritik fikirlerini soyutlayıp özetleyerek bunları üç temel çalışma moduna indirger: tamamen hidrolik, hidrolik-pnömatik birleşik ve azot patlamalı.

2.2.1 Tamamen Hidrolik Çalışma Prensibi

Saf hidrolik çalışma prensibi üç uygulama formuna sahiptir: ön odacık sabit basınç / arka odacık değişken basınç (kısaltılmış olarak 'ön odacık sabit basınç prensibi'), arka odacık sabit basınç / ön odacık değişken basınç (kısaltılmış olarak 'arka odacık sabit basınç prensibi') ve ön ve arka odacık değişken basınç (kısaltılmış olarak 'değişken basınç prensibi').

(1) Ön odacık sabit basınç prensibi

Bu, hidrolik kaya kırıcıların geliştirilmesine başlandığı andan itibaren ilk olarak benimsenen çalışma prensibidir; tüm sonraki teknik ilerlemeler bu prensip üzerine inşa edilmiştir. Ön odacık sabit basınçlı hidrolik kaya kırıcı Şekil 2-1’de gösterilmiştir.

Şekil 2-1’den görüldüğü üzere sistem, bir silindir gövdesi, bir piston, bir kontrol valfi ve yağ kanallarından oluşur. Silindir gövdesi ile piston, darbe mekanizmasını oluşturur. Piston, hidrolik yağ tarafından sürüklenerek silindir gövdesi içinde ileri geri hareket eder; bu hareket dışarıya darbe enerjisi aktarır ve hedefe büyük bir darbe kuvveti uygular, böylece bir çekiç etkisi yaratır. Kontrol valfinin işlevi, pistona hareket veren yağı ters yönde yönlendirmek ve böylece pistonun periyodik olarak ileri-geri hareketini sağlamaktır.

Şekil 2-1’de gösterilen hidrolik kaya kırıcıda piston darbe noktasındadır; valf mandreni, güç strokundan geri dönüş strokuna geçişi tamamlamış durumdadır. Bu anda yüksek basınçlı yağ, valfin sabit yüksek basınçlı portundan silindirin sabit yüksek basınçlı odasına (oda a ) girer ve pistona geri dönüş stroku boyunca (sağa doğru) hareket kazandırır. Pistonun değişken basınçlı odasındaki yağ (oda b ) port 4 ve valfin değişken-basınçlı/geri dönüş yağı portu aracılığıyla tanka geri döner. Piston, ön omzu silindir gövdesindeki port 2’yi geçene kadar geriye doğru hareket ettiğinde, yüksek basınçlı yağ itme valfi port 5’ine yönlendirilir ve bu da valfin (sola) geçiş yapmasına neden olur. Valfin sabit yüksek basınçlı odası artık ara değişken basınçlı odaya bağlandığından, yüksek basınçlı yağ pistonun arka odasına girer. b port 4 aracılığıyla. Artık pistonun her iki yanı da yüksek basınçlı yağ altında bulunmaktadır; ancak arka odanın basınç taşıyan alanı b ön odanınkinden daha büyüktür a piston, geri dönüş stroku sırasında yavaşlamaya başlar, hızı sıfıra düşer ve güç strokuna (sola) geçer. Pistonun merkezindeki çukur, 2 ve 3 nolu portları birleştirdiğinde piston tam olarak darbe noktasına ulaşmış olur ve böylece bir çevrim tamamlanmış olur; aynı zamanda itme valfi 5 nolu portu geri dönüş yağı hattına bağlanır, bu nedenle sürgü sağa kayar ve Şekil 2-1’de gösterilen konuma geri döner, böylece bir tam çevrim tamamlanmış ve pistonun bir sonraki geri dönüş stroku için hazırlanmış olur. Bu şekilde piston sürekli darbe üretir ve sürekli darbe enerjisi çıkışı sağlar. Hava odası c bu çalışma prensibinde atmosfere açılır.

(2) Arka odacık sabit basınç prensibi

Bu çalışma prensibinin yalnızca pistonun ön odacığının basınç taşıyan yüzey alanının a arka odacığın basınç taşıyan yüzey alanından daha büyük olması koşuluyla gerçekleştirilebileceği belirtilmelidir. b yani pistonun ön odacık çapı, arka odacık çapından küçüktür ( d ₁ > d ₂).

Şekil 2-2, arka odalı sabit-basınçlı / ön odalı değişken-basınçlı hidrolik kaya kırıcıyı gösteren şematik diyagramdır.

Şekil 2-1 ile karşılaştırıldığında tek fark, silindir gövdesindeki 1 numaralı bağlantı noktasının sabit-basınçlı (yüksek basınçlı) odadan ziyade valfin değişken-basınçlı odasına bağlanmasıdır; 4 numaralı bağlantı noktası doğrudan valfin sabit-basınçlı odasına bağlanır; diğer tüm yağ geçitleri aynıdır. Şekil 2-2, pistonun güç stroku tamamlanmış ve valf zaten geçiş yapmış anı göstermektedir — sistem, geri dönüş strokunun başladığı anda bulunmaktadır.

Bu ilkenin çalışma özelliği, hidrolik kaya kırıcının geri dönüş stroku sırasında yağ boşaltmaması, ancak güç stroku sırasında yağ boşaltmasıdır; ayrıca ön odanın basınç taşıyan alanı a arka odacığın basınç taşıyan yüzey alanından daha büyük olması koşuluyla gerçekleştirilebileceği belirtilmelidir. b güç vuruşu deşarj süresinin kısa ve akışın büyük olması nedeniyle bu ilkenin hidrolik basınç kayıpları, ön odacık sabit basınç ilkesine göre daha yüksektir. Şu anda çoğu hidrolik kaya kırıcı bu ilkeyi kullanmamaktadır.

(3) Ön ve arka odacık değişken basınç ilkesi

Ön ve arka odacık değişken basınç ilkesi Şekil 2-3’te gösterilmiştir. Bu şemadan, bu tür hidrolik darbe cihazlarının yapısal olarak karmaşık olduğu ve çok sayıda geçitten oluştuğu kolayca görülebilir; bu da üretim maliyetlerini artırır. Dolayısıyla günümüzde hidrolik kaya kırıcılarda bu ilke kullanılmamaktadır; ancak bazı marka hidrolik kaya delme makinelerinde hâlâ kullanılmaktadır.

Şekil 2-3, pistonun güç vuruşunun son konumunu ve geri dönüş vuruşunun başlangıç konumunu göstermektedir. Geri dönüş vuruşu başladığında, valfin orta odacığından gelen yüksek basınçlı yağ, sol odacık ve silindir bağlantı noktası 1 üzerinden pistonun ön odacığına girer ve pistona sağa doğru hareket etmesini sağlar. a arka odacıkta bulunan yağ b silindir portu 5 ve valfin sağ odası aracılığıyla yağ deposuna boşaltılır. Geri dönüş stroku sırasında, pistonun sol omuzu silindir gövdesindeki port 2’yi geçtiğinde, port 7’den gelen yüksek basınçlı yağ, valf spool’ünü sağa doğru hareket ettirerek konumunu değiştirir; valf spool’ü anında silindir gövdesinin besleme ve boşaltma yağ yollarını değiştirir — silindir portu 5 yüksek basınca, silindir portu 1 ise depoya geri dönüşe bağlanır — bu durumda piston yavaşlamaya başlar, hızı hızla sıfıra düşer ve güç stroku ivmelenmesine geçiş yapar. Pistonun güç stroku darbe noktasına ulaştığında, pistonun merkezindeki çukur silindir portlarını 2 ve 3’ü birleştirir; portlar 4 ve 5 birbirine bağlanır; valf spool’ünün sol yanı port 7 üzerinden portlar 2 ve 3’e bağlı olarak yağı geri döndürürken, valf spool’ünün sağ yanındaki port 6, portlar 4 ve 5, valfin sağ tarafı ile orta odası üzerinden yüksek basınca bağlanır; bu da spool’ün sola doğru konum değiştirmesine neden olur, silindirin besleme ve boşaltma yağ yollarını değiştirir ve pistonun bir çalışma çevrimini tamamlar. Hidrolik darbe cihazının pistonu ve spool’ü Şekil 2-3’te gösterilen duruma — geri dönüş strokunun başlangıcına — geri döner. Böylece hidrolik kaya kırıcı, pistonun sürekli ileri-geri hareketiyle dışarıya sürekli darbe enerjisi verir ve etkili bir şekilde darbe işini tamamlar.

Yukarıda açıklanan üç saf hidrolik çalışma ilkesi de şu anda hidrolik kaya delici, hidrolik kaya kırıcı ve diğer hidrolik darbe mekanizmalarında kullanılmaktadır; ancak hidrolik kaya kırıcılar hâlâ daha yaygın olarak hidrolik-pnömatik birleşik çalışma ilkesini kullanmaktadır.

2.2.2 Hidrolik-Pnömatik Birleşik Çalışma İlkesi

Saf hidrolik çalışma ilkesinin analizinden, saf hidrolik darbe mekanizmasının tüm darbe enerjisinin hidrolik sistem tarafından sağlandığını görebiliriz. Ancak saf hidrolik kaya kırıcıların kullanımı arttıkça ve araştırmalar ilerledikçe, hidrolik kayıpların oldukça büyük olduğu tespit edilmiştir; bu da verimliliğin daha fazla artırılmasını sınırlamıştır. Silindir gövdesi içindeki geçitlerden akan yağ, boru duvarlarına sürtünmek zorundadır ve bükülmeler, çap değişiklikleri ile akış yönündeki değişimler nedeniyle oluşan hidrolik kayıplar önemli düzeydedir; akış miktarı ne kadar büyükse kayıplar o kadar fazladır ve bu durum özellikle güç vuruşu sırasında çok daha şiddetlidir.

Şu anda, büyük darbe enerjisi gerektiren ve düşük frekanslı hidrolik kaya kırıcılar ile hidrolik çakma makineleri için çoğunlukla hidrolik-pnömatik birleşik çalışma prensibi kullanılmaktadır.

Verimliliği artırmak amacıyla yapılan kapsamlı araştırmalar sonucunda insanlar, hidrolik kaya kırıcının darbe enerjisini sağlamak için gaz ve yağı birlikte kullanmanın basit ve etkili bir yöntem olduğunu tespit etmiştir. Bu yöntem, güç vuruşu sırasında gereken debiyi azaltarak hidrolik kayıpları düşürür ve çalışma verimliliğini artırır; dolayısıyla bu yapıya hidrolik-pnömatik birleşik hidrolik kaya kırıcı adı verilir.

Hidrolik-pnömatik birleşik hidrolik kaya kırıcının yapısal prensibi oldukça basittir: sadece hava odasını şarj etmek yeterlidir. c yukarıda bahsedilen üç saf hidrolik ilkeye, belirli bir basınçta azot gazı eklenmesiyle ulaşılır. Azot gazı artık mevcut olduğundan, piston geri hareket yaptığında azot sıkıştırılır ve enerji depolanır; güç stroku gerçekleştiğinde ise bu enerji, pistonu harekete geçirmek üzere yağ ile birlikte serbest bırakılır ve darbe noktasında kinetik enerji oluşturulur; bu kinetik enerji daha sonra darbe enerjisine dönüştürülür. Açıkça görüldüğü üzere, azot gazının rolü, güç stroku sırasında kullanılan yağ miktarını mutlaka azaltır; bu da yağ tüketimini düşürerek daha düşük hidrolik kayıplar ve daha yüksek verim sağlar.

Saf hidrolik kaya kırıcıya kıyasla, pistonun arka odasının etkili basınç taşıma alanı b hidrolik-pnömatik birleşik hidrolik kaya kırıcıda azalır. Etkili basınç taşıma alanındaki bu azalma, güç vuruşu sırasında daha az yağ tüketimi ve daha düşük hidrolik kayıplar anlamına gelir — bu da hidrolik-pnömatik birleşik hidrolik kaya kırıcıların son yıllarda hızla gelişmesinin temel nedenidir. Hidrolik-pnömatik birleşik hidrolik kaya kırıcılar neredeyse tamamı ön odacık sabit basınç çalışma prensibini kullanır; bu aynı zamanda hidrolik-pnömatik birleşik tipin de temel bir özelliğidir.

2.2.3 Azot-Patlayıcı Çalışma Prensibi

Azot-patlayıcı hidrolik kaya kırıcının çalışma prensibi, hidrolik-pnömatik birleşik hidrolik kaya kırıcının çalışma prensibinden temelde farklı değildir; sadece pistonun yapısal parametreleri farklıdır. Temel fark, ön ve arka piston çaplarının eşit olmasıdır, yani d ₂ = d ₁, ve tüm darbe enerjisi azot tarafından sağlanır.

Eşit ön ve arka piston çapları, azot patlamalı hidrolik kaya kırıcısının temel özelliğidir. Güç stroku sırasında arka odacık yağ tüketmez ve tüm darbe enerjisi azot tarafından sağlanabilir. Elbette, azotun depoladığı enerji, geri dönüş stroku sırasında hidrolik sistem tarafından sağlanır ve güç stroku sırasında kinetik enerjiye dönüştürülür. Dolayısıyla nihai analizde, enerjinin yine hidrolik enerjiye dönüştüğü görülür — ancak gaz ortamı üzerinden sıkıştırma ve enerji depolama yoluyla depolanan azot enerjisi, güç stroku sırasında serbest bırakılır ve pistonun mekanik enerjisine dönüştürülür.

Bunun yalnızca ön odacıklı sabit basınçlı prensibin azot patlamalı hidrolik kaya kırıcıya uygulanabileceğini, hem arka odacıklı sabit basınçlı prensibin hem de ön-arka odacıklı değişken basınçlı prensibin azot tipi hidrolik kaya kırıcılara uygulanamayacağını belirtmek gerekir. Bunun nedeni, pistonun özelliğini anladığınız anda açıkça ortaya çıkar. d ₂ = d ₁.