Kombinacije ventila i posebni pneumatski elementi

Vremenski član: sastav i djelovanje

U pneumatskom upravljanju često je potrebno da neki signal nastane tek nakon određenog vremena: cilindar savijanja treba zadržati lim pod silom dvije sekunde, puhalo treba ispuhivati kalup tri sekunde, sljedeći korak smije početi tek kad se ljepilo stisne. Pneumatski vremenski član (vremenski ventil, ventil s kašnjenjem) ostvaruje to bez struje i bez elektronike, spojem triju poznatih elemenata:

• jednosmjernog prigušnog ventila koji određuje koliko brzo zrak ulazi u spremnik (jedinica 2.6),
• malog spremnika (obično nekoliko desetaka do nekoliko stotina kubičnih centimetara) koji određuje koliko zraka treba ući,
• pneumatski upravljanog razvodnika 3/2 s povratnom oprugom, koji prebaci kad tlak u spremniku dosegne tlak prebacivanja.

Upravljački signal dolazi na priključak 12 vremenskog člana. Zrak prolazi kroz prigušnicu i polako puni spremnik; tlak u spremniku raste. Spremnik je spojen na upravljački priključak razvodnika 3/2. Dok je tlak manji od tlaka prebacivanja, opruga drži razvodnik u osnovnom položaju. Kad tlak dosegne tlak prebacivanja, razvodnik prebaci i spoji priključak 1 s izlazom 2. Vrijeme od dolaska signala do prebacivanja je vrijeme kašnjenja; namješta se prigušnicom, a u nekim izvedbama i izmjenom spremnika.

Nepovratni ventil u jednosmjernom prigušnom ventilu ima važnu zadaću: kad upravljački signal nestane i priključak 12 se odzrači, spremnik se brzo isprazni natrag kroz nepovratni ventil, a razvodnik se odmah vrati. Vremenski član je time spreman za novi ciklus bez čekanja. Da nepovratnog ventila nema, spremnik bi se praznio jednako sporo kroz prigušnicu i sljedeće kašnjenje bi bilo kraće od namještenog, jer u spremniku još ima zraka.

Kašnjenje ukapčanja i kašnjenje iskapčanja

Promjenom smjera jednosmjernog prigušnog ventila i vrste razvodnika dobivaju se različite vremenske funkcije. Kod kašnjenja ukapčanja (slika 2.8.1) prigušnica usporava punjenje, a pražnjenje je brzo: izlaz se pojavljuje s kašnjenjem nakon dolaska signala, a nestaje odmah nakon nestanka signala. Kod kašnjenja iskapčanja jednosmjerni prigušni ventil je okrenut: spremnik se puni brzo kroz nepovratni ventil, a prazni se polako kroz prigušnicu. Izlaz se pojavljuje odmah, ali ostaje još neko vrijeme nakon što ulazni signal nestane, dok tlak u spremniku ne padne ispod tlaka povratka razvodnika.

Uz normalno zatvoreni razvodnik 3/2 dobiva se signal koji se s kašnjenjem pojavljuje (ili s kašnjenjem nestaje). Uz normalno otvoreni razvodnik 3/2 dobiva se obrnuta funkcija: izlaz koji postoji u mirovanju i s kašnjenjem nestaje nakon dolaska signala. Tako se ostvaruje npr. ograničenje trajanja impulsa: signal traje samo koliko je namješteno, čak i ako tipka ostane pritisnuta.

Pneumatski vremenski članovi pokrivaju vremena od desetinke sekunde do nekoliko desetaka sekundi (ovisno o izvedbi i spremniku). Njihova je točnost ograničena: vrijeme ovisi o tlaku napajanja, temperaturi, čistoći zraka i istrošenosti prigušnice. Orijentacijski se računa s ponovljivošću od nekoliko posto do desetak posto namještene vrijednosti. Kod SL-3 vremenski član s kašnjenjem ukapčanja drži savijač B oko 2 s u prednjem položaju prije povratka, kako bi se lim „smirio“ i manje vratio elastično. Za duža ili točnija vremena koristi se elektronički vremenski relej ili upravljački uređaj (modul 4).

Pneumatski brojač i pojačalo tlaka

Pneumatski brojač broji pneumatske impulse na ulazu i daje izlazni signal kad se dosegne namješteni broj. Svaki impuls pomakne mehanizam brojača za jedan korak; na brojaču je mehanički pokazivač i kotačić za namještanje zadane vrijednosti. Kad je broj dosegnut, ugrađeni razvodnik 3/2 prebaci i daje signal na izlaz. Poseban ulaz ili tipka vraća brojač na početnu vrijednost (poništavanje). Izvode se kao brojači unaprijed (do zadane vrijednosti) ili unatrag (od zadane vrijednosti do nule). Najveća učestalost brojanja je ograničena mehanikom (red veličine nekoliko impulsa u sekundi, vidi podatke proizvođača), što je za strojeve s taktom od nekoliko sekundi dovoljno.

Primjena je brojanje komada, hodova ili ciklusa. Kod SL-3 brojač na signalu B− može nakon npr. 50 savijenih komada zaustaviti ciklus i signalizirati zamjenu kutije za gotove dijelove. Isti brojač broji i hodove alata do zamjene ili podmazivanja.

Pojačalo tlaka (pneumatski multiplikator tlaka) daje na izlazu tlak viši od tlaka mreže. Najjednostavnija izvedba ima dva spojena klipa različitih površina: tlak p₁ djeluje na veliku površinu A₁, a mali klip površine A₂ stlačuje zrak u izlaznoj komori. Iz ravnoteže sila slijedi, uz zanemareno trenje:

p₂ = p₁ · A₁ / A₂

Uz omjer površina 2 : 1 i tlak mreže 6 bar izlazni je tlak teorijski do 12 bar. Stvarna pojačala rade naizmjenično (automatski razvodnik prebacuje smjer klipa) i pune izlazni spremnik; potrošnja zraka je velika, jer se za svaku litru zraka pod višim tlakom troši nekoliko litara zraka iz mreže. Pojačalo se isplati kad samo jedan potrošač treba viši tlak, npr. cilindar za prešanje ili stezanje za koji bi inače trebao veći promjer (vidi primjer iz jedinice 2.7: za 600 N cilindru Ø32 treba oko 8,3 bar). Iza pojačala obvezan je sigurnosni ventil, a elementi moraju biti predviđeni za taj tlak.

Od pojačala tlaka treba razlikovati pojačalo signala: mali ventil koji slab signal (od nekoliko milibara do desetinke bara, npr. sa senzora mlaza) pretvara u puni signal od 6 bar. Radi kao razvodnik 3/2 kojemu je upravljačka membrana vrlo velike površine.

Razvodnik s tipkom i blokadom, dvoručni blok

Obični razvodnik s tipkom i oprugom daje signal samo dok je tipka pritisnuta. Razvodnik s tipkom i blokadom (zaskočnikom) ostaje u uključenom položaju i nakon otpuštanja; vraća se tek ponovnim pritiskom, povlačenjem ili zakretanjem tipke. Na simbolu se to prikazuje zarezom ili urezom (zaskočnik) uz mehanizam za aktiviranje. Takvim se razvodnicima uključuje i isključuje cijelo upravljanje, bira način rada (ručno / automatski, pojedinačni ciklus / trajni rad) ili, u izvedbi s crvenom gljivastom tipkom, izvodi pneumatski zaustavni ventil koji odzračuje upravljački dio naprave. Kod takve funkcije treba pomno razmisliti što se događa s cilindrima kad upravljanje ostane bez zraka — sigurnosne funkcije projektiraju se prema normama i procjeni rizika, ne samo prema shemi.

Dvoručni blok je sastavni element koji ispravlja nedostatak jednostavnog ventila I iz jedinice 2.5. U kućištu su dva ulaza (za dvije tipke), logika I i vremenski element. Izlazni signal nastaje samo ako su oba ulazna signala došla u kratkom razmaku, obično unutar oko 0,5 s. Ako drugi signal kasni, izlaza nema. Izlaz nestaje čim se otpusti bilo koja tipka, a novi signal moguć je tek kad su obje tipke bile otpuštene. Time se onemogućuje rad jednom rukom uz trajno blokiranu drugu tipku.

Na napravi SL-3 dvoručni blok je smislen ako radnik pri umetanju lima može posegnuti u područje savijanja; drugo je rješenje zaštitna ograda sa sklopkom na vratima ili svjetlosna zavjesa. Koje je rješenje dopušteno, određuje procjena rizika naprave i odgovarajuće norme za strojeve.

Pneumatski senzori

Pneumatski senzori otkrivaju predmet mlazom zraka, bez dodira ili uz lagan dodir, i daju pneumatski signal. Rade s niskim tlakom napajanja (obično 0,1–0,5 bar, ovisno o izvedbi), pa je izlazni signal slab i vodi se na pojačalo signala. Razlikuju se tri osnovne izvedbe:

• Refleksni senzor (refleksna mlaznica): zrak izlazi kroz prstenasti otvor, a u sredini je prijamni kanal. Bez predmeta mlaz slobodno odlazi, a u prijamnom kanalu nastaje blagi podtlak ili nema tlaka. Kad se predmet približi na nekoliko milimetara, mlaz se odbija natrag u prijamni kanal i ondje nastaje mali pretlak — signal. Pogodan je za otkrivanje predmeta s jedne strane, npr. je li obradak u napravi.
• Senzor s prekidom mlaza (zračna barijera): odašiljač i prijemnik stoje jedan nasuprot drugome, a mlaz prelazi razmak između njih (od nekoliko milimetara do oko sto milimetara, ovisno o izvedbi). Predmet koji prekine mlaz uklanja signal u prijemniku. Osjetljiv je na propuh i treba mu čist prostor, ali ima veći domet od refleksnog.
• Senzor sapnica–odbojna ploča (senzor zaustavnog tlaka): zrak kroz prigušnicu struji prema sapnici i slobodno izlazi. Kad predmet ili pomična pločica zatvori sapnicu, tlak iza prigušnice naglo poraste i to je signal. Radi na vrlo malom razmaku ili uz dodir, pa se koristi za provjeru naliježe li obradak na naslon ili za vrlo točno otkrivanje položaja.

Prednosti pneumatskih senzora su neosjetljivost na magnetska polja, rad bez struje u prostorima gdje je iskra opasna, na višoj temperaturi i uz prljavštinu koju sam mlaz ispuhuje. Nedostaci su stalna potrošnja zraka, potreba za vrlo čistim i suhim zrakom (sapnice se lako začepe), mali domet i sporiji odziv od elektroničkih senzora. U novim postrojenjima uglavnom su ih zamijenili induktivni, kapacitivni i optički senzori (jedinica 4.4), ali se i dalje koriste u posebnim uvjetima.

Prigušivači buke

Zrak koji iz razvodnika izlazi u atmosferu širi se naglo i velikom brzinom, što stvara jaku buku. Prigušivač buke uvrće se u odzračne priključke 3 i 5 i smanjuje buku tako da zrak prolazi kroz porozan materijal — sinteriranu broncu, sinteriranu plastiku, žičano pletivo ili vlaknasti uložak. Brzina izlaska se smanjuje, a zvučna energija se dijelom apsorbira. Na simbolu se prigušivač crta kao pravokutnik s okomitim crtama na kraju odzračnog voda.

Pri izboru prigušivača važni su veličina navoja (jednaka priključku razvodnika), propusnost (nazivni protok ne smije biti manji od onoga koji razvodnik ispušta) i otpornost na začepljenje. Premalen ili zaprljan prigušivač stvara protutlak u komori koja se prazni i usporava cilindar, što se lako zamijeni s kvarom razvodnika ili brtve. Za više razvodnika na zajedničkoj ploči koristi se središnji prigušivač ili se odzrak vodi cijevi izvan radnog prostora, što je i čišće, jer odzrak nosi ulje iz zauljivača.

Računski prikaz: vrijeme kašnjenja vremenskog člana

Za kašnjenje ukapčanja spremnik obujma V treba napuniti od atmosferskog tlaka do tlaka prebacivanja pₛ. Uz izotermno punjenje potrebna količina zraka u normnim litrama je Vₙ = V · pₛ / pₐ. Ako prigušnica propušta stalan normni protok Q₀, vrijeme kašnjenja je T = Vₙ / Q₀. To je dobra procjena dok je tlak u spremniku manji od otprilike polovice apsolutnog tlaka napajanja (kritično strujanje). Prikaz uz to računa i nešto točniju vrijednost, u kojoj protok kroz prigušnicu opada kad se tlak u spremniku približi tlaku napajanja (pojednostavljeni model s kritičnim omjerom tlakova 0,5).

Za spremnik od 0,1 l, tlak prebacivanja 3 bar i prigušnicu namještenu na 9 Nl/min u spremnik treba ući 0,30 Nl zraka, a kašnjenje je oko 2,0 s — upravo zadržavanje savijača B na napravi SL-3. Obje procjene ovdje se gotovo poklapaju: apsolutni tlak u spremniku na kraju punjenja (4,0 bar) tek je malo iznad polovice apsolutnog tlaka napajanja (3,5 bar), pa protok kroz prigušnicu gotovo ne opada. Povisite tlak prebacivanja na 5 bar: jednostavni račun daje 3,3 s, a točniji oko 3,5 s, jer se protok pred kraj punjenja smanjuje. Dvostruko veći spremnik udvostručuje vrijeme, a dvostruko veći protok ga prepolovljuje.

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:

• V8 Vremenski član — kašnjenje ukapčanja signala · 2 sata
• V9 Vremenski član — kašnjenje iskapčanja signala · 2 sata