Zaporni ventili

Uloga zapornih ventila

Razvodnik određuje kamo zrak struji, protočni ventil koliko ga struji, a tlačni ventil pod kojim tlakom. Zaporni ventili rješavaju četvrto pitanje: smije li zrak uopće proći i u kojem smjeru. Njihova je zajednička osobina da zatvaraju protok zapornim tijelom koje naliježe na sjedište — kuglicom, stošcem, pločicom ili membranom. Tlak koji djeluje na zaporno tijelo s pogrešne strane samo ga jače pritišće na sjedište, pa sjedišni zaporni ventil u zatvorenom smjeru brtvi gotovo bez propuštanja. U tome se razlikuje od klipnog razvodnika, gdje između klipa i kućišta uvijek postoji mala zračnost ili elastična brtva koja s vremenom propušta.

U pneumatici se zaporni ventili pojavljuju u dvije uloge. Prva je energetska: nepovratni ventil iza kompresora sprječava da se zrak iz spremnika vrati u kompresor kada on stane, a brzoispusni ventil ubrzava pražnjenje komore cilindra. Druga je signalna ili logička: naizmjenični ventil ostvaruje logičku funkciju ILI, a ventil dvostrukog tlaka funkciju I. Tim se dvama elementima u čisto pneumatskom upravljanju gradi većina uvjeta — „pokreni ako je pritisnuta tipka na stroju ili nožna pedala“, „pokreni samo ako je lim stegnut i ako je savijač u početnom položaju“.

Za čitanje shema važno je zapamtiti da se zaporni ventili crtaju bez kvadrata za položaje, kao razvodnici, jer nemaju uklopnih položaja u tom smislu. Simbol prikazuje samo sjedište (oblik slova V) i zaporno tijelo (kružić), a po potrebi oprugu i upravljački vod. Priključci se označavaju brojevima: ulazi s 1, izlaz s 2, odzračni priključak s 3.

Nepovratni ventil bez opruge i s oprugom

Nepovratni ventil propušta zrak u jednom smjeru, a u suprotnom ga zatvara. Kad je tlak na ulazu 1 veći od tlaka na izlazu 2, sila tlaka odiže kuglicu ili stožac sa sjedišta i zrak prolazi. Kad se odnos tlakova obrne, zaporno tijelo se vraća na sjedište i protok prestaje. Na simbolu vrh slova V gleda prema strani s koje zrak smije doći, a kružić sjedi u otvoru slova V.

Izvedba bez opruge zatvara se samo razlikom tlakova i vlastitom težinom zapornog tijela. Otvara se pri vrlo maloj razlici tlakova, ali ovisi o položaju ugradnje i sporije se zatvara. Izvedba s oprugom drži zaporno tijelo na sjedištu i kad nema razlike tlakova, pa zatvara pouzdano u svakom položaju ugradnje. Cijena je tlak otvaranja: da bi zrak prošao, razlika tlakova mora nadvladati silu opruge, kod uobičajenih pneumatskih izvedbi reda veličine nekoliko desetinki bara (npr. 0,1–0,5 bar, vidi podatke proizvođača). Taj se pad tlaka uvijek gubi, pa se nepovratni ventil s jačom oprugom ne stavlja u vod kojim struji velik protok ako to nije nužno.

Tipične primjene nepovratnog ventila su: izlaz kompresora prema spremniku (spremnik se ne prazni kroz kompresor kad on stane), obilazni vod u jednosmjernom prigušnom ventilu (jedinica 2.6), vremenski član (jedinica 2.8), zaštita osjetljivog potrošača od povratnog udara i odvajanje dvaju izvora tlaka koji napajaju isti vod. Kod vakuumske tehnike nepovratni ventil u vodu prema hvataljci zadržava podtlak kratko vrijeme i nakon nestanka napajanja, što daje vremena da se predmet spusti.

Naizmjenični ventil — logička funkcija ILI

Naizmjenični ventil ima dva ulaza (oba označena s 1, ponegdje 1 i 1/3) i jedan izlaz 2. U kućištu je kuglica ili pločica koja se može gibati između dva sjedišta. Kad tlak dođe na lijevi ulaz, gura zaporno tijelo udesno, ono zatvara desni ulaz, a zrak s lijevog ulaza prolazi na izlaz. Vrijedi i obrnuto. Kad su oba ulaza pod tlakom, izlaz dobiva zrak s onog ulaza na kojem je tlak veći ili koji je prvi došao; u svakom slučaju izlaz je pod tlakom. Signal na izlazu postoji ako postoji signal na jednom ILI drugom ILI na oba ulaza — to je logička funkcija ILI (disjunkcija).

Zašto se dva voda ne mogu jednostavno spojiti T-komadom? Zato što signalni razvodnik 3/2 u osnovnom položaju spaja svoj izlaz s odzrakom. Ako tipka S1 šalje zrak, a tipka S2 miruje, zrak iz S1 kroz T-komad odlazi u atmosferu kroz odzračni priključak 3 tipke S2. Signal ne stiže do potrošača, a tipka S1 slobodno puše. Naizmjenični ventil upravo to sprječava: zaporno tijelo zatvara ulaz neaktivne grane.

Najčešća primjena je uključivanje s više mjesta: cilindar se pokreće tipkom na upravljačkom pultu ili nožnom pedalom, ručnom tipkom pri podešavanju ili automatskim signalom iz slijeda. Za tri mjesta uključivanja potrebna su dva naizmjenična ventila u nizu (izlaz prvoga ulazi u drugi), za četiri mjesta tri ventila — općenito n − 1 ventila za n signala. Kod naprave SL-3 naizmjenični ventil omogućuje da se ciklus pokrene tipkom na pultu ili nožnom pedalom, dok ručni povrat cilindra C pri podešavanju ide paralelno s automatskim signalom preko drugog ventila ILI.

Na naizmjenični ventil treba paziti kod vrlo sporog porasta tlaka na oba ulaza istodobno: pri gotovo jednakim tlakovima kuglica može „lebdjeti“ i kratko propuštati zrak s jednog ulaza na drugi. U signalnim krugovima to nema posljedica, ali naizmjenični ventil nije element za spajanje dvaju energetskih vodova velikog protoka.

Ventil dvostrukog tlaka — logička funkcija I

Ventil dvostrukog tlaka (dvotlačni ventil) također ima dva ulaza 1 i izlaz 2, ali u njemu je klizač s dvije brtvene površine. Tlak na samo jednom ulazu gura klizač prema suprotnoj strani i time zatvara vlastiti put prema izlazu. Izlaz je bez tlaka. Tek kad je pod tlakom i drugi ulaz, klizač se nađe u ravnoteži ili ga drugi tlak pomakne, pa jedan od ulaza ostane otvoren prema izlazu. Signal na izlazu postoji samo ako postoje signali na oba ulaza istodobno — logička funkcija I (konjunkcija).

Važna i često zaboravljena pojedinost: kad su tlakovi na ulazima različiti, veći tlak jače gura klizač i zatvara vlastitu stranu, pa na izlaz prolazi niži od dvaju tlakova. Ako jedan signal dolazi s punih 6 bar, a drugi s regulatora ili iz dugog, propusnog voda sa samo 2 bar, na izlazu je 2 bar. Hoće li to biti dovoljno za prebacivanje sljedećeg pneumatski upravljanog razvodnika, ovisi o njegovu najmanjem upravljačkom tlaku. Upravo to računa računski prikaz na kraju jedinice.

Ventil I koristi se kad neki pokret smije započeti samo uz ispunjena dva uvjeta. Kod SL-3 savijač B smije krenuti tek kad je lim stegnut (signal s graničnog ventila cilindra A u prednjem položaju) i kad je izbacivač C u stražnjem položaju. Drugi klasičan primjer je dvoručno upravljanje: dvije tipke udaljene tako da ih radnik ne može pritisnuti jednom rukom, a pokret počinje samo kad su pritisnute obje.

Funkcija I može se u pneumatici ostvariti i bez posebnog ventila: serijskim spojem dvaju razvodnika 3/2, gdje izlaz prvog napaja ulaz 1 drugog. Serijski spoj zahtijeva manje elemenata, ali signal prolazi kroz dva razvodnika pa pad tlaka raste, a ako prvi razvodnik ispušta, drugi ne dobiva ništa. Ventil I je pregledniji na shemi i jednostavno se zamjenjuje pri kvaru.

Brzoispusni ventil

Kad se cilindar giba, zrak iz komore koja se prazni mora proći kroz cijev, kroz razvodnik i kroz njegov prigušivač buke. Kod dugih cijevi malog promjera i malih razvodnika taj put ima velik otpor, pa je brzina povratnog hoda ograničena upravo odzračivanjem, a ne dovodom. Brzoispusni ventil ugrađuje se neposredno na priključak cilindra i ispušta zrak iz komore izravno u atmosferu, na mjestu gdje nastaje.

Ventil ima priključak 1 (od razvodnika), priključak 2 (prema cilindru) i veliki odzračni priključak 3. Unutra je elastična membrana ili pločica koja djeluje kao nepovratni ventil s dva sjedišta. Pri dovodu tlak s priključka 1 potiskuje membranu na sjedište odzraka 3 i struji prema cilindru. Kada razvodnik prebaci i priključak 1 postane bez tlaka, tlak iz cilindra potisne membranu na drugu stranu: zatvori se put prema razvodniku, a otvori široki put 2 → 3 ravno u atmosferu. Po djelovanju je to naizmjenični ventil kojemu je jedan ulaz trajno otvoren prema atmosferi.

Koliko zraka treba izaći, vidi se iz primjera SL-3. Prstenasta komora cilindra B (Ø50/20 mm, hod 100 mm) ima obujam 1 649 mm² × 100 mm ≈ 0,165 l. Pri 6 bar pretlaka u njoj je 0,165 × 6,923 ≈ 1,14 Nl zraka. Uzmimo, radi procjene, da vod i razvodnik u prosjeku propuštaju oko 150 Nl/min pri pražnjenju: pražnjenje traje oko 0,46 s. Ako brzoispusni ventil na cilindru propušta u prosjeku 500 Nl/min, isto traje oko 0,14 s. Stvarne vrijednosti daje mjerenje ili proračun po podacima proizvođača, ali red veličine pokazuje zašto je ventil učinkovit.

Tipične primjene su brži povratni hod jednoradnog cilindra (opruga je slaba i sporo istiskuje zrak kroz dug vod), brže izvlačenje dvoradnog cilindra kad se brzoispusni ventil ugradi na prstenastu stranu, te pneumatski udarni alati i zaustavni mehanizmi. Brzoispusni ventil ne smije se kombinirati s jednosmjernim prigušnim ventilom na istoj komori ako se želi prigušivati odvod: zrak više ne prolazi kroz prigušnicu nego izlazi izravno kroz priključak 3.

Deblokirajući nepovratni ventil

Deblokirajući (upravljani) nepovratni ventil je nepovratni ventil s dodatnim upravljačkim klipom. U slobodnom smjeru 1 → 2 radi kao obični nepovratni ventil. U zapornom smjeru 2 → 1 zatvara, ali samo dok na upravljačkom priključku nema tlaka. Kad upravljački tlak dođe, klip mehanički odigne zaporno tijelo sa sjedišta i zrak može strujati natrag. Na simbolu se crta kao nepovratni ventil s oprugom kojemu je dodan iscrtkani upravljački vod usmjeren prema zapornom tijelu; oznaka upravljačkog priključka ovisi o proizvođaču.

Glavna je primjena zadržavanje cilindra u međupoložaju i pri nestanku tlaka. Na svaku komoru dvoradnog cilindra ugradi se po jedan deblokirajući nepovratni ventil, a upravljački vod svakoga spoji se na dovodni vod suprotne komore. Kad razvodnik šalje zrak u klipnu komoru, taj isti tlak otvara ventil na prstenastoj komori i dopušta odzračivanje; gibanje je normalno. Kad razvodnik prijeđe u srednji položaj s odzračenim izlazima (5/3, izlazi odzračeni) ili kad nestane tlaka u mreži, nijedan ventil nema upravljačkog tlaka, oba zatvore i zrak je zarobljen u obje komore. Klip stoji.

Ovdje treba razlikovati činjenicu od očekivanja. Zarobljeni zrak je stlačiv, pa pneumatski cilindar ni tada nije krut: ako se opterećenje promijeni, klip se pomakne dok se ne uspostavi nova ravnoteža tlakova. Brtve klipa i klipnjače te spojevi propuštaju, pa se položaj s vremenom mijenja. Deblokirajući ventil zato zadržava teret da ne padne, ali ne zamjenjuje mehaničku kočnicu ni blokadu klipnjače kad je u pitanju sigurnost ljudi. U hidraulici, gdje je ulje gotovo nestlačivo, isti ventil drži teret mnogo točnije — o tome u jedinici 6.6.

Računski prikaz: tlak na izlazu ventila ILI i ventila I

Odaberite vrstu ventila i upišite tlakove signala na oba ulaza. Prikaz određuje tlak na izlazu 2 prema načelu rada (ILI propušta viši tlak, I propušta niži, i to samo kad su oba ulaza pod tlakom) i uspoređuje ga s najmanjim upravljačkim tlakom sljedećeg razvodnika. Signal se smatra logičkom jedinicom kad je njegov tlak barem jednak tom pragu.

Za zadane vrijednosti (ventil I, oba ulaza po 6 bar, prag 3 bar) na izlazu je 6 bar i razvodnik prebacuje. Smanjite drugi ulaz na 2 bar: oba ulaza „imaju zrak“, ali izlaz je samo 2 bar, manje od praga, i razvodnik ostaje u osnovnom položaju. Takav kvar izgleda kao „ventil I ne radi“, a uzrok je slab signal, npr. propusna tipka ili dug, tanak vod s regulatorom. Kod ventila ILI izlaz slijedi viši tlak, pa se isti slab signal ne primijeti dok je drugi ulaz ispravan.

Ključni pojmovi

Provjeri se

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

Vježbe uz jedinicu

Gradivo ove jedinice priprema za sljedeće vježbe:

• V6 Logička funkcija ILI — naizmjenični ventil · 2 sata
• V7 Logička funkcija I — ventil dvostrukog tlaka · 2 sata