Endüstride Havalı Frenlerin ( Caliper ) Kullanımı Hakkında Temel Bilgiler
Endüstriyel
uygulamalarda, farklı sebeplerden dolayı frenleme ihtiyacı oluşmaktadır.
Frenleme, bir cismin hareketini engelleyerek
hızını kontrol etme işlemidir. Hareket halindeki bir cisim kinetik enerjiye
sahiptir ve cismi durdurmak için bu kinetik enerjinin uzaklaştırılması gerekir.
Kinetik enerjinin uzaklaştırılması, enerjinin sürtünme yoluyla atmosfere
yayılmasıyla veya onu başka bir enerji formuna dönüştürülerek
gerçekleştirilebilir.
En yaygın fren türü, sürtünmeli fren
balataları yoluyla hareketi engelleyen mekanik bir frendir. Mekanik bir fren,
aracın kinetik enerjisini daha sonra atmosfere dağılan termal enerjiye
dönüştürmek için bir sürtünme kuvveti uygular.
Herhangi bir sistemde olduğu gibi,
frenleme süreci enerjinin korunumu ilkesini takip etmelidir. Enerji yaratılamaz
veya yok edilemez, sadece bir formdan diğerine dönüştürülebilir,
Havalı frenler, basınçlandırılmış
havanın sıkıştırma kuvvetinden faydalanarak bir tutma kuvveti ile frenleme
yapmak yaygın ve emniyetli şekilde kullanılan bir yöntemdir.
Caliper
olarak adlandırılan kıskaç türü havalı frenler, hava ile frenleme yay ile açma
pozitif tip ve yay ile frenleme hava ile açma şekline negatif tip frenleme
olarak adlandırılmaktadır.
Makinenin
yapı şekli, çalışma ortamı ve frenin kullanım amacına göre dört farklı frenleme
yöntemi sayabiliriz.
· Statik frenleme;
· Acil frenleme;
· Sürekli frenleme;
· Döngüsel (fasılalı) frenleme.
Fren seçiminde geçerli mevzuat ve yönetmelikler dikkate alınarak doğru
güvenlik katsayıları seçilmelidir.
Frenin seçiminde, frenin takılacağı tesis, makine ve güvenlik amacıyla
belirlenmiş katsayılar önemlidir, bu değerler üretici kataloglarında
belirtilmektedir.
Statik frenleme
Sistem durduğunda bu fren sistemi deveye girer ve makinanın duruşunu
garanti eder, emniyet freni olarak da adlandırabiliriz.
Frenleme esas olarak farklı bir frenleme sistemi ile gerçekleşir, hava
ile sabit tutma caliper ile sağlanır.
Yeni çalıştırılan frenin, disk ve balataların yüzey pürüzlülüğü gibi
değişkenleri için güvenlik katsayısı 2 den büyük olmalıdır. Yani caliper’in
normal frenleme gücü, ihtiyaç duyulan frenleme gücünün yaklaşık iki katı
seçilmelidir.
Acil
frenleme
Bu durumda, acil bir durumda sistemin güvenliğini garanti altına almak
için öteleme veya dönme ataletine sahip kütleler hızla durdurulmalıdır. Frenleme
de ortaya çıkacak termal enerji ve fren diski sıcaklığı gibi değişkenler kritik
değerlere ulaşmaması için önlem alınmalıdır.
Fren diski ve balatasının sürekli soğutulması gerekli bir önlemdir.
Sürekli
frenleme
Endüstriyel bir makinenin tamburuna sarılan bir malzemenin uyguladığı
gerilim, sürekli frenleme veya harici bir yükün gerilmesi olarak tanımlanır. En
önemli değişkenler disk sıcaklığı ve fren balatasının aşınma derecesidir.
Bu sebeple disk ve balataların soğutma ihtiyacı ortaya çıkacaktır,
kararlı ve sürekli bir fren momenti için soğutma işlemi muhakkak sağlanmalıdır.
Fren momentinin emniyetli faktörde seçilmiş olması da diğer bir
ihtiyaçtır.
Döngüsel
frenleme
Bir dizi acil durum frenleme işlemi olarak tanımlanır
Frenleme esnasında ortaya çıkan termal enerjinin dağıtılması için
güvenlik yönergelerine uyulmalıdır.
TERİMLER VE HESAPLAMALAR
Sürtünme direnci iki yüzey arasındaki bağıl harekete karşı çıkan kuvvettir.
Nominal
kuvvet, FN
Sürtünme
kuvveti, Ff
Uygulanan
kuvvet, F
Yerçekimi
kuvveti , Fg
Statik sürtünme, durağan bir nesneyi hareket ettirmek
için sürtünme direnci yenilmesi gerekir.
Dinamik sürtünme, Katı bir cisimdeki sürtünme kuvvetidir,
harekete başlamak için bu direnç aşılmalıdır.
Sürtünme katsayısı, yüzeyler arasındaki direncin şiddetini
belirleyen bir katsayıdır, sürtünme balatası ile metal arasındaki bu katsayı
yaklaşık µ=0,3 ~ 0,4 alınır.
Sıkıştırma kuvveti, FN (veya nominal kuvvet) her fren balatası tarafından fren diskine
uygulanan baskı kuvveti.
Frenleme kuvveti FB (veya teğetsel kuvvet) fren balatası ve
fren diski arasında oluşan toplam kuvvet.
Örneğin, 2 balatalı sürtünme yüzeyimiz varsa, bu durumda frenleme
kuvveti
FB = FN x μ x 2 = m. g. µ.2 olacaktır.
Frenleme momenti MB, frenleme kuvvetinin diskin yarıçapının
çarpımı ile oluşan değerdir:
MB = FB x rp = A X P x μ x 2 x rp [Nm]
m= kütle, kg
A=Silindir alanı, cm²
P= Hava basıncı, kg/cm²
rp = (rdisc - b), Sürtünme yarıçapı, fren balatasının ağırlık merkezinin disk
merkezine olan mesafesidir, m
(b=balata ağırlık merkezi mesafesi)
JT, Toplam atalet momenti kgm²
(disk için= mr²)
Toplam atalet momenti dönen bütün
nesnelerin ataletlerinin tek tek hesaplanmasına istinaden bunların toplamına eşittir.
µ ,Sürtünme katsayısı, =0,3 ~ 0,4 alınabilir.
ἡ , Verim, =0,9 alınabilir.
nM= Dönüş hızı dv/dk
g= Yer çekim ivmesi, =9,81 m/s²
Frenleme süresi, tB
tB=JT x nM / 9,55 x MB=( JT x nM / 9,55 x A X P x μ
x 2 x rp x ἡ
) (s)
Frenleme ısı hesabı, Q
Acil durdurma için oluşan frenleme ısısı aşağıdaki formül ile
hesaplanabilir,
Q =JT. nM² / 182,5 . 10³. tB (kW)
Fren performansı, sistem güvenliği için bu hesabın doğrulanması
önemlidir.
Fren ısı hesabı,
frenleme şekline bağlı olup hesap yöntemleri farklıdır, bunun için firmamız ile
temasa geçilmesini öneririz.
Fren diskinin
malzemesi, yapısı, kalınlığı vb. sebepler bu hesaba etki eden faktörlerdir.
NOTLAR: Doğru bir hesaplama için güvenli katsayılar ve doğru veriler
alınmalıdır.
Atalet değerleri,
uygulama şekli ve siteme uygun güvenlik katsayıları alınması doğru hesaplama
için gerekli şartlardır.
