Tlačni ventili

Zadaće tlačnih ventila

Sila cilindra razmjerna je tlaku: F = p · A · η. Tko upravlja tlakom, upravlja silom — silom stezanja, silom prešanja, silom kojom hvataljka drži predmet. Tlačni ventili su ventili kojima je tlak ulazna ili izlazna veličina. U pneumatici imaju tri zadaće:

• smanjiti i održavati tlak na vrijednosti nižoj od tlaka mreže, neovisno o kolebanju mreže i potrošnji — regulator tlaka;
• ograničiti tlak na najveću dopuštenu vrijednost i zaštititi spremnik, vod ili element od preopterećenja — sigurnosni ventil;
• uključiti signal kad tlak dosegne namještenu vrijednost — redoslijedni ventil (pneumatski izlaz) i tlačna sklopka (električni izlaz).

Zajedničko im je načelo: tlak djeluje na membranu ili klip i stvara silu, a toj se sili suprotstavlja opruga čija se prednapetost namješta vijkom. Kad sila tlaka nadvlada silu opruge, zaporni ili regulacijski element se pomakne. Na simbolu se to prikazuje kvadratom s jednom strelicom (tokom), oprugom s kosom strelicom (podesivost) na jednoj strani i iscrtkanim upravljačkim vodom na suprotnoj strani. Upravljački vod pokazuje koji tlak ventil mjeri: ulazni (sigurnosni, redoslijedni) ili izlazni (regulator). Položaj strelice u kvadratu pokazuje je li ventil u mirovanju otvoren (strelica spaja priključke) ili zatvoren (strelica je pomaknuta u stranu).

U hidraulici se tlačnim ventilima (osobito sigurnosnim) redovito ograničava i sila radnog cilindra, a višak ulja se kroz njih vraća u spremnik. U pneumatici se to ne radi: ispuštanje stlačenog zraka u atmosferu radi ograničavanja sile bilo bi skupo i glasno. Sila se u pneumatici ograničava regulatorom, a sigurnosni ventil služi zaštiti od kvara.

Regulator tlaka

Regulator tlaka (redukcijski ventil, ventil za smanjenje tlaka) iz višeg, promjenljivog primarnog tlaka p₁ daje niži, stalni sekundarni tlak p₂. Glavni su dijelovi opruga s vijkom za namještanje, membrana, sjedište i zaporni stožac. Opruga preko membrane drži sjedište otvorenim. Sekundarni tlak djeluje ispod membrane i potiskuje je protiv opruge. Kad potrošnja poraste i p₂ padne, opruga otvori sjedište više i propusti više zraka; kad potrošnja stane i p₂ poraste, membrana zatvori sjedište. Regulator se time stalno namješta tako da je sila sekundarnog tlaka na membranu jednaka sili opruge.

Regulatori se izvode s rasterećenjem (s odzračnim otvorom u membrani) i bez njega. Kod izvedbe s rasterećenjem se, kad sekundarni tlak iz bilo kojeg razloga naraste iznad namještenog (npr. kad se vijak otpusti ili kad klip pod vanjskom silom stlači zrak), višak ispušta kroz otvor u membrani u atmosferu. Takav regulator omogućuje i snižavanje tlaka bez ispuštanja zraka iz cijelog voda. Izvedba bez rasterećenja drži sekundarni tlak zarobljen, što je ponekad poželjno (npr. da se ne troši zrak), ali pri snižavanju namještanja treba ispustiti zrak iz voda.

Regulator se ugrađuje u pripremnu grupu (jedinica 1.7) za cijeli stroj i, po potrebi, kao zasebni regulator ispred pojedinog cilindra kojemu treba niža sila. Kod naprave SL-3 pripremna grupa daje 6 bar za cijelu napravu, a cilindar A (stezanje tankog lima) dobiva vlastiti regulator namješten niže, kako lim ne bi bio utisnut ili izobličen. Na regulator uvijek ide manometar, jer se namještena vrijednost bez njega ne može provjeriti.

Regulator ne može dati više od onoga što dobiva: sekundarni tlak je uvijek niži od primarnog, a da bi regulator mogao stvarno regulirati, primarni tlak mora biti viši za određenu rezervu (orijentacijski 0,5–1 bar, ovisno o protoku). Pri velikoj potrošnji sekundarni tlak pada ispod namještenog; taj se pad vidi na krivulji protoka regulatora u podacima proizvođača.

Sigurnosni ventil

Sigurnosni (ograničavajući) ventil u mirovanju je zatvoren. Ulazni tlak djeluje na zaporno tijelo protiv opruge. Kad dosegne namještenu vrijednost — tlak otvaranja — ventil se otvori i ispušta zrak u atmosferu dok tlak ne padne. Tlak pri kojem ventil propušta puni protok nešto je viši od tlaka otvaranja, a ventil se ponovno zatvara pri nešto nižem tlaku. Ta se razlika vidi na karakteristici ventila.

U pneumatici se sigurnosni ventil ugrađuje prije svega na spremnik kompresora i na kompresor, kao zaštita od kvara upravljanja: ako tlačna sklopka kompresora ne isključi pogon pri 8 bar, tlak bi rastao do opasne vrijednosti. Ventil se namješta na najveći dopušteni tlak spremnika (npr. 10 ili 11 bar, prema natpisnoj pločici spremnika), plombira se i ne smije se mijenjati. Mora biti dimenzioniran tako da ispusti cijelu isporuku kompresora, kod SL-3 0,8 m³/min, a da tlak pritom ne prijeđe dopuštenu granicu. Sigurnosni ventili ugrađuju se i iza pojačala tlaka te ispred osjetljivih potrošača ako tlak ispred njih može zbog kvara porasti.

Redoslijedni tlačni ventil

Redoslijedni (proslijedni) tlačni ventil daje pneumatski signal kad tlak na njegovu upravljačkom priključku 12 dosegne namještenu vrijednost. U pneumatici se najčešće izvodi kao sklop: tlačni element s membranom i podesivom oprugom mjeri tlak na 12, a kad on nadvlada oprugu, prebaci ugrađeni razvodnik 3/2 i propusti zrak s priključka 1 na izlaz 2. Kad tlak na 12 padne ispod vrijednosti prebacivanja (uz malu histerezu), razvodnik se vrati i izlaz 2 se odzrači kroz 3.

Klasična primjena je slijed pokreta ovisan o tlaku. Kod SL-3 savijač B smije krenuti tek kad cilindar A drži lim dovoljnom silom. Granični ventil na kraju hoda cilindra A javlja samo da je klipnjača stigla naprijed; ne javlja je li sila stezanja već postignuta. Ako se upravljački priključak 12 redoslijednog ventila spoji na dovodni vod klipne komore cilindra A, signal za B+ nastaje tek kad tlak u toj komori, a time i sila stezanja, dosegne namještenu vrijednost.

Prag redoslijednog ventila namješta se ispod tlaka koji regulator daje cilindru, s rezervom koja obuhvaća histerezu i kolebanje, npr. 0,3–0,5 bar. Prag previše blizu tlaka regulatora znači da ventil možda nikad ne prebaci (stroj „stane“ bez vidljivog kvara). Prag previše nizak znači da savijanje počinje prije nego što je sila stezanja dovoljna. Druga primjena redoslijednog ventila je zaštitno isključivanje: npr. povrat cilindra kad tlak u komori naraste jer je klipnjača naišla na zapreku, ili nadzor da hvataljka stvarno drži predmet.

Tlačna sklopka kao pretvornik

Tlačna sklopka (pneumatsko-električni pretvornik, P/E pretvornik) pretvara tlak u električni signal. Tlak djeluje na membranu ili klip protiv podesive opruge i, kad dosegne namještenu vrijednost, preklopi mikrosklopku s izmjeničnim kontaktom. Danas se sve češće koriste elektronički senzori tlaka s mjernim elementom, zaslonom i jednim ili dva sklopna izlaza (PNP ili NPN) te, po potrebi, analognim izlazom 4–20 mA ili 0–10 V.

Svaka tlačna sklopka ima histerezu: tlak isključivanja razlikuje se od tlaka uključivanja. Kod kompresora naprave SL-3 upravo se histereza koristi kao radna značajka: sklopka uključuje kompresor kad tlak u spremniku padne na 6,5 bar i isključuje ga kad naraste na 8 bar. Razlika od 1,5 bar određuje koliko često kompresor uklapa — manja histereza znači češće uklapanje i veće trošenje motora, veća znači veće kolebanje tlaka.

Na stroju se tlačna sklopka koristi za nadzor tlaka mreže (npr. iza pripremne grupe; ako tlak padne ispod namještene vrijednosti, upravljanje ne pokreće novi ciklus) i kao električna inačica redoslijednog ventila u elektropneumatici: signal „stegnuto“ šalje se upravljačkom uređaju umjesto pneumatskog signala. O tome detaljnije u modulu 4 i, za hidrauliku, u jedinici 7.2.

Namještanje tlačnih ventila

Tlačni se ventili namještaju prema manometru, u stanju koje odgovara radu, i uvijek istim redoslijedom:

1. Regulator namještajte odozdo prema gore: vijak najprije otpustite ispod željene vrijednosti, a zatim ga pritežite dok manometar ne pokaže traženi tlak. Tako se izbjegava histereza membrane i regulator ne ostaje „zapeo“ na višoj vrijednosti. Nakon namještanja zaključajte vijak (prsten za zaključavanje ili protumatica).
2. Provjerite sekundarni tlak uz protok, tj. dok se cilindar giba, i u mirovanju. Pad tlaka pri protoku ne smije biti tolik da sila padne ispod potrebne.
3. Redoslijedni ventil namještajte nakon regulatora: dovedite cilindar A u krajnji položaj (lim stegnut), opustite oprugu redoslijednog ventila da prebaci, pa je pritežite dok ne isključi i zatim vratite na traženi prag. Provjerite prebacivanje nekoliko puta u stvarnom ciklusu.
4. Tlačnu sklopku namjestite i provjerite laganim snižavanjem i povisivanjem tlaka regulatorom ispred nje; zabilježite obje sklopne točke (histerezu).
5. Sve namještene vrijednosti upišite u dokumentaciju stroja i na pločicu uz ventil.

Računski prikaz: potreban namješteni tlak za silu stezanja

Cilindar A naprave SL-3 ima klip Ø32 mm (A = 804,2 mm²). Uz zadanu potrebnu silu stezanja F i stupanj djelovanja η potreban tlak je p = F / (A · η). Prikaz računa taj tlak, zaokružuje ga naviše na desetinku bara za namještanje regulatora, predlaže prag redoslijednog ventila za zadanu rezervu i pokazuje najveću silu koju bi cilindar dao pri punom tlaku mreže.

Uzmimo da je za sigurno držanje lima pri savijanju potrebno 350 N. Uz η = 0,9 potreban tlak iznosi 4,84 bar, pa se regulator cilindra A namješta na 4,9 bar, a redoslijedni ventil na 4,4 bar. Pri punih 6 bar cilindar A dao bi 434 N, oko četvrtine više od potrebnog, što bi kod tankog ili lakiranog lima moglo ostaviti trag. Da je potrebna sila veća od sile pri tlaku mreže (npr. 600 N), cilindar Ø32 ne bi bio dovoljan ni bez regulatora: trebao bi veći promjer ili pojačalo tlaka (jedinica 2.8).

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:

• V10 Tlačno upravljanje proslijednim tlačnim ventilom · 2 sata