Endüstride Havalı Frenlerin Kullanımı Hakkında Temel Bilgiler

Makale

Endüstride Havalı Frenlerin 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, c

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.

, 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.