Pneumatski razvodnici

Zadaća razvodnika

Razvodnik je ventil koji otvara, zatvara ili mijenja put strujanja zraka između svojih priključaka. Njime se pokreće, zaustavlja i usmjerava izvršni element: cilindar se izvlači ili uvlači, motor se vrti na jednu ili na drugu stranu. Razvodnik ne mijenja tlak i ne regulira protok; on samo određuje kamo zrak ide.

Unutar razvodnika pokretni element (tanjur, kugla, klip ili klizač) prelazi iz jednog uklopnog položaja u drugi. U svakom položaju određeni su priključci međusobno spojeni, a ostali zatvoreni. Pokretni element pomiče aktivator: ruka, mehanički dio stroja, upravljački tlak ili elektromagnet. Povratak u početni položaj obavlja opruga ili drugi aktivator.

Prema mjestu u upravljanju razlikuju se signalni razvodnici, koji daju signale (tipkala, granični ventili s valjkom), i glavni (izvršni) razvodnici, koji napajaju cilindre i motore punim protokom. Signalni su mali i nemaju velik protok; glavni moraju propustiti dovoljno zraka da izvršni element postigne traženu brzinu. Kako se razvodnici povezuju u upravljanje, obrađuje modul 3.

Simbol razvodnika: priključci i položaji

Simbol razvodnika po ISO 1219 ne prikazuje građu ventila, nego njegovu funkciju. Pravila su jednostavna:

• svaki uklopni položaj crta se kao jedan kvadrat; razvodnik s dva položaja ima dva kvadrata, s tri položaja tri;
• u kvadratu strelica pokazuje spoj dvaju priključaka i smjer strujanja, a znak T zatvoren priključak;
• vanjski vodovi i oznake priključaka crtaju se samo uz kvadrat mirnog (normalnog) položaja, tj. položaja u kojem je razvodnik kad na njega ne djeluje nijedan aktivator; to je kvadrat uz oprugu;
• aktivatori se crtaju uz vanjsku stranu kvadrata koji uključuju;
• ispust u okolinu bez priključka za cijev označava se malim praznim trokutom uz priključak.

Razvodnik se imenuje s dva broja: broj radnih priključaka / broj uklopnih položaja. Upravljački priključci se ne broje. Razvodnik 3/2 ima tri priključka (napajanje, izlaz, ispust) i dva položaja. Da biste pročitali kako radi, zamislite da se kvadrat uz aktivator pomakne na mjesto kvadrata mirnog položaja: tada vrijede njegove strelice.

Kod razvodnika s dva položaja razlikuje se normalno zatvoren (NC) i normalno otvoren (NO) razvodnik. Normalno zatvoren 3/2 u mirovanju zatvara napajanje 1 i spaja izlaz 2 s ispustom 3; tek aktiviranjem propušta zrak prema izlazu. Normalno otvoren 3/2 u mirovanju propušta zrak od 1 prema 2, a aktiviranjem ga prekida.

Razvodnici 5/3 i srednji položaj

Razvodnik 5/3 ima tri položaja. Krajnji položaji jednaki su kao kod razvodnika 5/2: u jednom se cilindar izvlači, u drugom uvlači. Srednji položaj je mirni položaj u koji razvodnik vraćaju opruge za centriranje kad nijedan elektromagnet nije uključen. O izvedbi srednjeg položaja ovisi što se tada događa s cilindrom.

• Srednji položaj zatvoren: svi su priključci zatvoreni, zrak ostaje zarobljen u obje komore i cilindar se zaustavlja. Zbog stlačivosti zraka klipnjača nije kruta: pod vanjskom silom malo se pomakne, a zbog propuštanja brtava s vremenom može kliziti. Za pouzdano držanje položaja koriste se deblokirajući nepovratni ventili na priključcima cilindra ili mehanička kočnica.
• Srednji položaj ispušten (odzračen): oba izlaza 2 i 4 spojena su s ispustima, a napajanje 1 je zatvoreno. Cilindar ostaje bez tlaka i sile, pa se klipnjača može rukom pomaknuti. Takav se položaj bira kad treba osloboditi stisnuti dio ili ručno namjestiti napravu.
• Srednji položaj pod tlakom: napajanje je spojeno s oba izlaza, a ispusti su zatvoreni. Cilindar s dvostranom klipnjačom tada miruje u ravnoteži. Cilindar s jednostranom klipnjačom izvlači se, jer je sila na punu površinu klipa veća od sile na prstenastu površinu.

Označavanje priključaka

Priključci pneumatskih razvodnika označavaju se brojevima prema ISO 5599-3. Starije slovne oznake još se susreću na starijim strojevima i u dokumentaciji, pa ih treba poznavati.

Brojevi upravljačkih priključaka nisu slučajni: znamenke govore koje priključke signal spaja. Signal 14 spaja 1 s 4, signal 12 spaja 1 s 2, a signal 10 prekida napajanje 1. Slovne oznake upravljačkih priključaka nisu se svugdje upotrebljavale jednako, pa ih u novim shemama ne treba upotrebljavati. U shemi su priključci cilindra spojeni na 4 i 2 razvodnika, a cilindar se najčešće izvlači kad razvodnik spoji 1 s 4.

Oznake priključaka upisuju se u shemu uz kvadrat mirnog položaja i utisnute su na kućištu razvodnika. Pri spajanju na stroju uvijek provjerite oznaku na kućištu: zamjena napajanja i izlaza na razvodniku sa sjedištem može značiti da ventil ne brtvi ili da ga tlak sam otvara.

Načini aktiviranja; monostabilni i bistabilni razvodnici

Aktivator pomiče pokretni element razvodnika. Simboli najčešćih aktivatora prikazani su na slici 2.10.

• Ručno: tipkalo, gljivasto tipkalo, ručna poluga, pedala, zakretni prekidač. Upotrebljavaju se za pokretanje i zaustavljanje, za ručni rad i za signale rukovatelja.
• Mehanički: valjak, zglobni (jednosmjerni) valjak i ticalo. Aktivira ih pokretni dio stroja, najčešće kvrga na klipnjači, pa služe kao granični ventili koji javljaju da je cilindar došao u krajnji položaj. Zglobni valjak aktivira se samo pri gibanju u jednom smjeru, a pri povratku se prekrene.
• Oprugom: opruga vraća razvodnik u mirni položaj. U nekim izvedbama povrat obavlja stalni upravljački tlak („zračna opruga").
• Pneumatski: upravljački tlak doveden na priključak 12 ili 14 pomiče klip razvodnika. Takvi razvodnici izvršavaju signale čisto pneumatskih upravljanja.
• Električno: elektromagnet (svitak) izravno pomiče kotvu razvodnika. Izravno aktivirani razvodnici prikladni su za male presjeke.
• Električno s predupravljanjem (servo): mali elektromagnetski ventil propušta upravljački zrak koji tek pomiče glavni klip. Tako mali svitak upravlja velikim protokom. Za rad je potreban najmanji upravljački tlak koji navodi proizvođač; ispod njega razvodnik ne prebacuje pouzdano.

Električni razvodnici često imaju i ručno pomoćno aktiviranje (tipku ili vijak na glavi ventila) za ispitivanje i puštanje u pogon bez upravljačkog uređaja.

Prema ponašanju nakon prestanka signala razvodnici se dijele na dvije skupine. Monostabilni razvodnik ima jedan stabilan položaj: dok signal traje, razvodnik je prebačen, a kad signal nestane, opruga ga vraća. Primjer je 5/2 s elektromagnetom i oprugom na slici 2.8. Bistabilni (impulsni) razvodnik ima dva stabilna položaja i aktivator s obje strane: kratak signal na 14 prebacuje ga u jedan položaj, a signal na 12 u drugi. Bez signala ostaje u zadnjem položaju, pa „pamti" signal. Pri nestanku električne energije monostabilni razvodnik se vraća u mirni položaj, a bistabilni ostaje gdje je bio. Ako signali na obje strane djeluju istodobno, bistabilni razvodnik ostaje u zatečenom položaju ili prevlada jači signal; takvo se preklapanje u upravljanju mora spriječiti.

Konstrukcije: sjedišni i klizni razvodnici

Po građi pokretnog elementa razvodnici se dijele na sjedišne i klizne.

Sjedišni razvodnici zatvaraju protok tako da kugla, tanjur ili ploča nalegne na sjedište. Za otvaranje dovoljan je kratak hod, brtvljenje je potpuno (bez propuštanja), a razvodnik je malo osjetljiv na nečistoću i trošenje jer se ništa ne kliže. Nedostatak je što tlak djeluje na zatvoreni element, pa sila aktiviranja raste s promjerom sjedišta i tlakom. Zato se izravno aktivirani sjedišni razvodnici grade za manje protoke, a za veće se koriste s predupravljanjem. Sjedišni razvodnici se najčešće izrađuju kao 2/2 i 3/2.

Klizni razvodnici imaju uzdužni klip (klizač) s kanalima koji se pomiče u provrtu kućišta i spaja ili razdvaja priključke. Tlak djeluje na klip jednako s obje strane, pa je razvodnik rasterećen i treba malu silu aktiviranja bez obzira na tlak. Hod je dulji nego kod sjedišnih, a lako se izvode 4/2, 5/2 i 5/3. Brtvljenje se ostvaruje brtvenim prstenovima na klipu ili u kućištu, a kod izvedbi metal na metal vrlo uskim zazorom i uz malo propuštanja. Postoje i razvodnici s pločastim klizačem koji se zakreće ili pomiče po ravnoj plohi.

Razvodnici se na stroju ugrađuju pojedinačno s cijevnim navojem u kućištu (npr. M5, G1/8, G1/4), na priključnu ploču ili u ventilski otok: niz razvodnika na zajedničkoj ploči sa zajedničkim napajanjem i ispustom, često s električnim sabirnim priključkom ili komunikacijskim modulom. Otok skraćuje montažu i smanjuje broj cijevi.

Protok i izbor razvodnika

Razvodnik mora propustiti dovoljno zraka da cilindar postigne traženu brzinu. Protočna sposobnost daje se u katalogu na nekoliko načina:

• nominalni protok Q_n u Nl/min: protok zraka pri ulaznom tlaku 6 bar i padu tlaka 1 bar (izlaz 5 bar), pri temperaturi okoline;
• koeficijent protoka K_v u m³/h, koji potječe iz tehnike tekućina; za zrak pri navedenim uvjetima približno vrijedi Q_n ≈ 1 080 · K_v (Q_n u l/min);
• vodljivost C i kritični omjer tlakova b prema ISO 6358, koji najtočnije opisuju ponašanje ventila pri različitim tlakovima; računaju se programom proizvođača.

Potreban protok za jedan hod cilindra procjenjuje se iz volumena koji se mora napuniti i vremena hoda. Volumen komore preračunava se na atmosferski tlak, kao kod potrošnje zraka:

Q = A · s · (p + p_a) / p_a / t

Tako dobiven protok je srednji protok za vrijeme hoda. Stvarni protok na početku hoda je veći, jer se komora mora napuniti do tlaka koji pokreće teret, a dio zraka ostaje u vodovima. Zato se kao iskustveno pravilo uzima da nominalni protok razvodnika bude barem dvostruko veći od izračunatog srednjeg protoka. To je procjena za prvi izbor; za kratka vremena hoda i duga crijeva izbor se provjerava programom proizvođača ili pokusom.

Pri izboru razvodnika redom se odlučuje o ovome:

1. funkcija: broj priključaka i položaja, NC ili NO, izvedba srednjeg položaja;
2. ponašanje: monostabilni ili bistabilni, što se događa pri nestanku energije;
3. aktiviranje: ručno, mehaničko, pneumatsko ili električno; napon i snaga svitka;
4. protok: Q_n prema brzini izvršnog elementa, priključni navoj;
5. ugradnja i okolina: pojedinačno ili u ventilskom otoku, stupanj zaštite, temperatura, kvaliteta zraka.

Računski prikaz: je li razvodnik dovoljan za cilindar

Cilindar B naprave SL-3 (Ø50 mm, hod 100 mm, 6 bar) upravlja se razvodnikom 5/2. Zahtjev je da se klipnjača izvuče za 0,5 s. Uzmimo razvodnik nominalnog protoka 500 Nl/min i provjerimo je li dovoljan.

Volumen komore klipa je 196,3 cm³, a svedeno na atmosferski tlak 196,3 cm³ × 6,923 ≈ 1,36 Nl. Da se ta količina dovede za 0,5 s, srednji protok mora biti 1,36 / 0,5 × 60 ≈ 163 Nl/min. Uz dvostruku rezervu razvodnik treba imati Q_n najmanje oko 326 Nl/min. Razvodnik od 500 Nl/min ima tri puta veći nominalni protok od srednjeg potrebnog, pa je dovoljan. Da je traženo vrijeme izvlačenja 0,2 s, srednji bi protok bio 408 Nl/min, a preporučeni Q_n više od 800 Nl/min; razvodnik od 500 Nl/min tada bi bio premalen. Uvlačenje traži manje, oko 137 Nl/min za 0,5 s, jer je prstenasti volumen manji. Isti izračun treba ponoviti i za crijeva i priključke, jer tanko ili dugo crijevo može ograničiti protok jednako kao i razvodnik.

Ključni pojmovi

Provjeri se

Kratka provjera prije prelaska na sljedeću jedinicu. Odgovor se potvrđuje klikom, a obrazloženje se prikazuje odmah.