Ispitna pitanja

Prednosti: zrak je svuda dostupan i nakon rada se ispušta u okolinu (nema povratnog voda); pogon je čist, pa je pogodan za prehrambenu i farmaceutsku industriju; komponente su jednostavne, jeftine i otporne na preopterećenje (cilindar se može zaustaviti na prepreci bez oštećenja); postižu se velike brzine gibanja (1–2 m/s i više); stlačeni zrak se može spremati u spremnik; nema opasnosti od požara zbog curenja.

Nedostaci: zbog stlačivosti zraka gibanje nije jednoliko i pozicioniranje u međupoložaju je teško; sile su ograničene (uz mrežu od 6 bar uobičajeno do nekoliko desetaka kN); ispuh je bučan pa trebaju prigušivači buke; proizvodnja stlačenog zraka je energetski skupa, a curenja su stalni gubitak; zrak treba pročistiti i osušiti.

Pneumatika je prvi izbor za brza, kratka gibanja s umjerenim silama: stezanje, izbacivanje, sortiranje, prihvat vakuumom, pakiranje i montaža. Za velike sile i mirno, regulirano gibanje bira se hidraulika.

Apsolutni tlak p_abs mjeri se od potpunog vakuuma (p = 0). Pretlak p_e je razlika apsolutnog i okolišnog (atmosferskog) tlaka kad je apsolutni tlak veći od okolišnog; podtlak je ta razlika kad je apsolutni tlak manji od okolišnog.

Veza: p_abs = p_amb + p_e, uz p_amb ≈ 1,013 bar na razini mora. Uobičajeni manometar pokazuje pretlak, pa u pneumatici „6 bar” znači 6 bar pretlaka, odnosno oko 7 bar apsolutno. U jednadžbu stanja plina uvijek se uvrštava apsolutni tlak.

Apsolutni tlak u mreži:

p_abs = p_amb + p_e = 1,013 + 6 = 7,013 bar

Budući da je 1 bar = 100 kPa = 0,1 MPa: p_abs = 701,3 kPa = 0,7013 MPa.

Na prihvatnici: p_abs = 1,013 − 0,6 = 0,413 bar, odnosno 41,3 kPa. Prihvatnicu dakle drži razlika od 0,6 bar između okoline i prostora ispod nje.

Za izotermnu promjenu vrijedi Boyle-Mariotteov zakon p₁·V₁ = p₂·V₂, s apsolutnim tlakovima:

V₂ = V₁ · p₁ / p₂ = 1 · 1,013 / 7,013 = 0,1444 m³ ≈ 144 l

Obratno, 1 l zraka pri 6 bar pretlaka sadrži 6,92 l zraka pri okolišnom tlaku (omjer kompresije 6,923). Taj se omjer koristi za preračunavanje volumena cilindra u normne litre (Nl).

Volumen je stalan, pa je riječ o izohornoj promjeni (Gay-Lussacov zakon): p₁/T₁ = p₂/T₂. Tlakovi apsolutni, temperature u kelvinima: T₁ = 293,15 K, T₂ = 318,15 K, p₁ = 9,013 bar.

p₂ = p₁ · T₂ / T₁ = 9,013 · 318,15 / 293,15 = 9,78 bar (apsolutno)

Pretlak: p_e2 = 9,78 − 1,013 ≈ 8,77 bar. Porast od oko 0,8 bar ne ugrožava ispravan spremnik, ali pokazuje zašto sigurnosni ventil mora biti namješten iznad tlaka isklopa kompresora s razumnom rezervom i zašto spremnik ne smije stajati uz izvor topline.

• Izotermna — stalna temperatura: p·V = konst. (sporo stlačivanje uz hlađenje, pražnjenje velikog spremnika).
• Izobarna — stalan tlak: V/T = konst. (zagrijavanje zraka u cilindru koji se slobodno izvlači pod stalnim tlakom).
• Izohorna — stalan volumen: p/T = konst. (zagrijavanje ili hlađenje zatvorenog spremnika).
• Adijabatska (izentropska) — bez izmjene topline s okolinom: p·V^κ = konst., za zrak κ ≈ 1,4 (brzo stlačivanje u kompresoru, brzo pražnjenje).

Opća jednadžba stanja: p·V = m·R·T, za zrak R = 287 J/(kg·K); za zatvorenu količinu plina p₁V₁/T₁ = p₂V₂/T₂.

Za adijabatsku promjenu vrijedi:

T₂ = T₁ · (p₂/p₁)^(κ−1)/κ = 293,15 · (9,013 / 1,013)^0,286 = 547,4 K ≈ 274 °C

Teorijska temperatura od oko 274 °C previsoka je za ulje i brtve. Zato se klipni kompresori za viši tlak grade dvostupanjski s međuhlađenjem, a vijčani kompresori s ubrizgavanjem ulja koje odvodi toplinu kompresije (stvarna izlazna temperatura im je obično 70–90 °C). Nakon kompresora uvijek slijedi naknadni hladnjak.

Klipni kompresor: klip u cilindru usisava zrak kroz usisni ventil i tlači ga kroz tlačni ventil; rad je pulsirajući, pogodan za povremenu potrošnju i više tlakove (višestupanjski).

Vijčani kompresor: dva rotora s vijčanim profilom (muški i ženski) zahvaćaju zrak i smanjuju mu volumen dok putuje prema tlačnoj strani; protok je gotovo bez pulsacija, rad tih, izvedba s ubrizgavanjem ulja hladi i brtvi.

Lamelni kompresor: ekscentrično postavljen rotor s lamelama koje centrifugalna sila tlači na kućište; komore se smanjuju od usisa prema tlaku; mirni rad, manji kapaciteti.

Za trajan rad u manjem pogonu (kao 5,5 kW i 0,8 m³/min kod SL-3) najčešće se bira vijčani kompresor: dopušta rad 100 % vremena, ima ravnomjeran protok, manju buku i manje održavanja od klipnog.

Uklop–isklop: tlačna sklopka isključi motor kad tlak u spremniku dosegne 8 bar, a ponovno ga uključi kad padne na 6,5 bar. Jednostavno je, ali broj uključenja motora na sat je ograničen, pa spremnik mora biti dovoljno velik.

Opterećenje–prazni hod: pri gornjem tlaku motor i dalje radi, ali se usis zatvori i kompresor ne tlači (prazni hod, oko 20–30 % snage); ako prazni hod traje dulje, motor se isključi. Time se štedi motor od čestih uključenja. Suvremena alternativa je frekvencijska regulacija brzine vrtnje.

Tlak uklopa (6,5 bar) mora biti viši od tlaka regulatora (6 bar) za pad tlaka u sušilu, filtrima i razvodnoj mreži (uobičajeno 0,3–0,5 bar). Kad bi tlak u spremniku pao ispod 6 bar, regulator ne bi mogao održati radni tlak, a sila cilindara bi pala.

a) Količina zraka u spremniku razmjerna je apsolutnom tlaku, pa je razlika slobodnog zraka:

ΔV₀ = V · Δp / p_amb = 270 · (8 − 6,5) / 1,013 = 399,8 Nl

b) t_pun = 399,8 Nl / 800 Nl/min = 0,500 min ≈ 30 s.

c) t_pr = 399,8 / 17,6 = 22,7 min. Kompresor bi se uz samu SL-3 uključivao otprilike jednom u 23 minute na pola minute, dakle rijetko: kompresor je predimenzioniran za jednu napravu i služi cijeloj radionici. Stvarno vrijeme pražnjenja kraće je zbog curenja u mreži.

Ejektor radi po Venturijevu načelu: stlačeni zrak struji kroz sapnicu velikom brzinom, statički tlak u mlazu pada i mlaz povlači zrak iz bočnog (vakuumskog) priključka; smjesa izlazi kroz difuzor i prigušivač. Nema pokretnih dijelova, malen je i lagan, vakuum se stvara i prekida u nekoliko milisekundi, ali troši stlačeni zrak cijelo vrijeme dok drži predmet.

Vakuum-pumpa (lamelna, s tekućinskim prstenom, membranska) pogonjena je elektromotorom, energetski je učinkovitija pri trajnom radu i većim protocima usisa, ali je veća, teža i sporije reagira.

Ejektor se bira za prihvat na robotskoj šaci: montira se neposredno uz prihvatnicu (kratak vakuumski vod, brz odziv), a potrošnja se smanjuje ventilom za uštedu zraka koji prekida napajanje kad je vakuum postignut.

Površina prihvatnice: A = π · 40² / 4 = 1256,6 mm². Podtlak 0,6 bar = 0,06 N/mm².

F_teor = Δp · A = 0,06 · 1256,6 = 75,4 N

m_max = F_teor / (S · g) = 75,4 / (2 · 9,81) = 3,84 kg

Uz gibanje robota s ubrzanjem ili uz okomito postavljen lim (sila trenja) dopuštena se masa znatno smanjuje; to se računa u pitanjima modula 8.

Na crtežu se vidi redoslijed u smjeru strujanja: pročistač (romb s iscrtkanom crtom okomito na tok, ispod ispust), regulator tlaka (kvadrat sa strelicom, podesiva opruga i upravljački vod s izlazne strane), manometar i zauljivač (romb s kapaljkom). Okvir crta-točka ili iscrtkani okvir pokazuje da je riječ o jednom sklopu. Redoslijed se ne smije mijenjati: regulator mora dobiti pročišćen zrak, a zauljivač mora biti posljednji.

Precizan opis simbola (po duhu ISO 1219):

• Kompresor: krug s praznim (neispunjenim) istostraničnim trokutom na obodu, vrhom prema van na tlačnom priključku; vratilo kao dvostruka crta prema krugu s oznakom M (elektromotor).
• Spremnik: uspravni pravokutnik zaobljenih kraćih stranica (oblik posude), priključak s boka.
• Sušilo: romb s dvije kratke dijagonalne crte ili pravokutnikom unutra kao oznakom sredstva za sušenje; za rashladno sušilo dodaje se oznaka hlađenja (strelice prema van).
• Pročistač s automatskim ispustom: romb s iscrtkanom crtom okomito na smjer strujanja, ispod romba kratka crta i mali trokut, uz oznaku automatskog ispusta (plovak, mali krug).
• Izvor stlačenog zraka: mali krug s praznim trokutom u sredini — tako se na shemama upravljanja skraćeno crta cijela opskrba (0Z1).

Pravilo koje se ocjenjuje: trokut je u pneumatici prazan, u hidraulici pun.

Točka rosišta pod tlakom je temperatura na koju se stlačeni zrak (pri radnom tlaku) smije ohladiti, a da iz njega ne počne izdvajati kapljevita voda. Ako se u mreži zrak ohladi ispod te temperature, u cijevima nastaje kondenzat koji uzrokuje koroziju, ispiranje maziva i kvarove razvodnika.

Rashladno sušilo hladi zrak na oko +3 °C, izdvojeni kondenzat odvodi se ispustom, a zrak se ponovno zagrije ulaznim zrakom. Točka rosišta pod tlakom je oko +3 do +5 °C, dovoljno za većinu pogona u zatvorenom prostoru.

Adsorpcijsko sušilo propušta zrak kroz sredstvo (npr. aktivirani aluminijev oksid, molekulska sita) koje veže vlagu; dvije posude rade naizmjence dok se druga regenerira. Točka rosišta −25 do −70 °C; potrebna za vodove na otvorenom zimi, lakirnice, laboratorije, prehrambenu industriju. Troši dio zraka za regeneraciju, pa je skuplje u radu.

Voda koja ulazi s usisanim zrakom: m_ul = 0,6 · 17,3 · 0,8 = 8,30 g/min.

Stvarni volumen stlačenog zraka pri 7,013 bar apsolutno i 298,15 K:

V = 0,8 · (1,013 / 7,013) · (298,15 / 293,15) = 0,1175 m³/min

Taj volumen može sadržavati najviše m_max = 0,1175 · 23,0 = 2,70 g/min vode. Ostatak se izdvaja kao kondenzat:

m_k = 8,30 − 2,70 = 5,60 g/min → 2,69 kg u 8 h

Gotovo dvije trećine vlage izdvoji se već nakon hladnjaka. Zato spremnik i hladnjak moraju imati ispust kondenzata, a zrak koji ide u mrežu i dalje je zasićen i treba sušilo.

Stvarni (stlačeni) volumni protok manji je od isporuke u slobodnom zraku za omjer kompresije:

Q_st = 0,8 / 6,923 = 0,1156 m³/min = 1,926 l/s

v = Q_st / A = 1,926 · 10⁻³ / (π · 0,01²) = 6,13 m/s

Brzina od oko 6,1 m/s na gornjoj je granici preporuke za glavni vod; pad tlaka je prihvatljiv za kratke vodove, ali pri produljenju mreže ili povećanju potrošnje treba odabrati veći promjer (npr. 25 mm), jer pad tlaka raste približno s kvadratom brzine.

Glavni vod pada 1–2 % u smjeru strujanja, pa kondenzat koji se ipak izdvoji putuje prema najnižoj točki s ispustom. Odvojci se izvode prema gore (tzv. labuđi vrat), da kondenzat s dna cijevi ne ulazi u vod prema potrošaču. Ispred svakog potrošača je pripremna grupa (PG). U većim pogonima glavni vod se zatvara u prsten, pa svaki potrošač dobiva zrak s dvije strane i pad tlaka je manji.

Jednoradni cilindar ima jedan priključak: stlačeni zrak izvlači klipnjaču, a povrat obavlja opruga (ili vanjska sila). Dvoradni cilindar ima dva priključka i zrak djeluje naizmjence na obje strane klipa, pa i izvlačenje i uvlačenje daju radnu silu.

Jednoradni: kratko stezanje, zabravljivanje, izbacivanje lakog dijela, podizanje zapornika. Dvoradni: savijanje lima (cilindar B naprave SL-3), pomicanje saonica, otvaranje vrata, svi zadaci s radom u oba smjera.

Za dulje hodove jednoradni nije pogodan jer opruga zauzima ugradbenu duljinu, njezina sila raste s hodom i oduzima dio sile izvlačenja; zato su jednoradni cilindri obično kraći od oko 100 mm. Troše, međutim, upola manje zraka.

Površina klipa: A = π · 32² / 4 = 804,2 mm²; prstenasta površina: A_p = π · (32² − 12²) / 4 = 691,2 mm². Tlak 6 bar = 0,6 N/mm².

F_izv = p · A = 0,6 · 804,2 = 482,5 N; stvarno 434 N

F_uvl = p · A_p = 0,6 · 691,2 = 414,7 N; stvarno 373 N

Uvlačenje je slabije jer klipnjača zauzima dio površine. Za stezanje lima to nije bitno: steže se izvlačenjem.

Sila tlaka umanjena za trenje:

F_t = p · A · η = 0,6 · 1256,6 · 0,9 = 678,6 N

Opruga se opire izvlačenju i na kraju hoda je najjača:

F_kor = F_t − F_opr = 678,6 − 60 = 618,6 N

Na početku hoda opruga je slabija, pa je korisna sila nešto veća; za odabir cilindra mjerodavan je kraj hoda.

Volumen jednog ciklusa: V = (A + A_p) · s, a preračunavanje u slobodni zrak množenjem s omjerom (6 + 1,013) / 1,013 = 6,923.

Ukupno ≈ 3,52 Nl po ciklusu; pri 5 ciklusa/min: 17,6 Nl/min. Stvarna potrošnja je veća za volumen cijevi između razvodnika i cilindra i za curenja; u praksi se dodaje 10–30 %.

D = √(4 · F / (π · p · η)) = √(4 · 1500 / (π · 0,6 · 0,85)) = 61,2 mm

Odabire se prvi veći promjer iz niza: Ø63 mm. Provjera: F = 0,6 · 3117,2 · 0,85 = 1590 N ≥ 1500 N. Ø50 bi dao samo 1001 N, pa ne zadovoljava.

• Podesiva zračna amortizacija: pred kraj hoda klip zatvori glavni izlaz, zrak izlazi kroz podesivu prigušnicu i stvara zračni jastuk koji koči klip; štiti cilindar i teret od udara.
• Magnetski klip: prsten trajnog magneta u klipu omogućuje beskontaktno očitavanje položaja senzorima na plaštu cilindra; osnova elektropneumatskih sustava.
• Cilindar bez klipnjače: klip povezan sa saonicama kroz prorez s trakom ili magnetski; ugradbena duljina približno jednaka hodu, pogodan za duge hodove (do nekoliko metara).
• Membranski cilindar: elastična membrana umjesto klipa, vrlo kratak hod (nekoliko mm), bez trenja i curenja; za stezanje i žigosanje.
• Mijeh (zračni jastuk): gumeni mijeh bez klipa, velika sila na kratkom putu, podnosi bočne pomake; za podizanje, prigušenje vibracija i preše s malim hodom.

Prvi broj je broj radnih priključaka (bez upravljačkih), drugi broj uklopnih položaja. Razvodnik 5/2 ima pet priključaka i dva položaja.

Priključci: 1 — dovod tlaka; 2 i 4 — radni priključci (prema cilindru); 3 i 5 — odzračivanje (ispuh); 12 — upravljački priključak koji spaja 1 s 2; 14 — upravljački priključak koji spaja 1 s 4. Kod razvodnika 3/2 NZ upravljački priključak 12 spaja 1 s 2, a oznaka 10 znači upravljanje koje zatvara dovod.

Razvodnik ima dva polja; priključci se crtaju na polju koje odgovara prikazanom položaju. U desnom polju 1 je spojen s 2, a 4 s 5; u lijevom 1 s 4, a 2 s 3. Upravljanje 14 djeluje na lijevu stranu, 12 na desnu. Bez opruge razvodnik ostaje u položaju u koji ga je postavio posljednji signal.

U položaju mirovanja (desno polje, uz oprugu) radni priključak 2 odzračuje se kroz 3, a dovod 1 je zatvoren. Pritiskom tipkala aktivira se lijevo polje i 1 se spaja s 2. Kod izvedbe normalno otvoren (NO) polja su zamijenjena: u mirovanju 1 je spojen s 2.

Precizan opis simbola:

• Nepovratni ventil: kružić (kuglica) naslonjen na sjedište u obliku slova V; protok je moguć samo od strane kuglice prema otvoru V-a. Izvedba s oprugom ima cik-cak oprugu iznad kuglice; otvara tek pri tlaku većem od sile opruge.
• Naizmjenični ventil (ILI): pravokutnik s dva ulaza s bočnih strana (1) i izlazom 2 na sredini gornje stranice; unutra kuglica između dva sjedišta. Izlaz je pod tlakom kad je tlak na barem jednom ulazu.
• Ventil dvostrukog tlaka (I): isti pravokutnik s dva ulaza i izlazom, unutra zasun s dvije glave (dva mala pravokutnika spojena crtom). Izlaz je pod tlakom samo kad su pod tlakom oba ulaza; izlazi slabiji od dva tlaka.
• Brzoispusni ventil: ulaz 1, izlaz 2 prema cilindru i veliki ispuh 3 (trokut); unutra membrana/kuglica. Kad tlak na 1 padne, zrak iz cilindra izlazi izravno kroz 3, bez vraćanja kroz vod i razvodnik; povećava brzinu povratnog hoda.

Prigušno-nepovratni ventil je paralelni spoj podesive prigušnice i nepovratnog ventila. U jednom smjeru zrak slobodno prolazi kroz nepovratni ventil, a u drugom mora kroz prigušnicu, pa se protok smanjuje.

Pri prigušivanju izlaznog zraka klip je „uklješten” između dva stupca zraka: ispred klipa puni tlak, iza njega protutlak koji se smanjuje prigušnicom. Gibanje je mirnije i manje ovisi o promjeni opterećenja; klip ne „skakuće” pri proklizavanju. Pri prigušivanju ulaznog zraka iza klipa nema protutlaka, pa zbog trenja i stlačivosti klip ide trzajima (stick-slip), a vučni teret ga može povući brže od zadane brzine.

Ulazno prigušivanje koristi se za jednoradne cilindre (nema drugog priključka) i za vrlo male cilindre s malim volumenom.

ω = 2 · π · n / 60 = 2 · π · 3000 / 60 = 314,2 rad/s

M = P / ω = 400 / 314,2 = 1,27 N·m

Pneumatski motor ima „mekanu” karakteristiku: pri većem opterećenju brzina pada, a moment raste do najvećeg momenta pri zaustavljanju. Najveću snagu daje približno pri polovini brzine praznog hoda. Može se zaustaviti pod opterećenjem bez oštećenja, a smjer vrtnje mijenja se zamjenom dovoda i ispuha.

Stlačeni volumen za izvlačenje: V = A · s = 1963,5 mm² · 100 mm = 196,3 cm³. U slobodnom zraku: 1,359 Nl.

q = 1,359 Nl / 1 s = 1,359 Nl/s ≈ 82 Nl/min

Potrošnja po ciklusu (2,50 Nl) određuje kompresor i mrežu, a trenutni protok tijekom gibanja određuje presjek razvodnika, cijevi i pripremne grupe. Razvodnik se bira s nazivnim protokom nekoliko puta većim od 82 Nl/min, jer se nazivni protok mjeri uz pad tlaka od 1 bar, a brzina klipa ovisi i o ispuhu.

Regulator s rasteretnim otvorom ispušta višak zraka kad izlazni tlak poraste (npr. kad se klip vraća), pa održava tlak u oba smjera.

Vremenski član s kašnjenjem ukapčanja sastoji se od prigušno-nepovratnog ventila, malog spremnika i razvodnika 3/2 s pneumatskim upravljanjem. Signal puni spremnik kroz prigušnicu; kad tlak u spremniku dosegne tlak prebacivanja razvodnika (obično oko 3 bar), razvodnik prebaci i propusti izlazni signal. Po nestanku ulaznog signala spremnik se brzo prazni kroz nepovratni ventil.

Vrijeme se namješta prigušnicom, a ovisi i o volumenu spremnika, tlaku napajanja i temperaturi. Uobičajeno područje je 0 do 30 s; točnost je nekoliko postotaka, pa za točna vremena treba elektropneumatika. Za kašnjenje iskapčanja koristi se razvodnik NO ili obrnuto postavljen nepovratni ventil.

F_izv = 0,6 · 490,9 · 0,9 = 265,1 N

F_uvl = 0,6 · 412,3 · 0,9 = 222,7 N

Faktor rezerve pri uvlačenju: 222,7 / 150 = 1,48. Cilindar je dovoljan; za pouzdano i dovoljno brzo gibanje preporučuje se da opterećenje ne prijeđe oko 70 % raspoložive sile, što je ovdje ispunjeno (67 %).

Nazivni protok je protok zraka kroz razvodnik pri ulaznom tlaku 6 bar i padu tlaka od 1 bar (izlaz 5 bar), izražen u normnim litrama u minuti. Služi za usporedbu i odabir razvodnika prema potrebnom protoku cilindra.

Priključni navoj ne određuje propusnost: presjek unutarnjih kanala, izvedba klizača ili sjedišta i broj skretanja toka razlikuju se među izvedbama. Zato se razvodnik bira po nazivnom protoku (ili po vrijednosti C i b prema ISO 6358), a ne po navoju.

Prvi broj je broj upravljačkog lanca (grupe): 0 je opskrba energijom, 1, 2, 3… lanci pojedinih cilindara. Slovo označava vrstu elementa: A — izvršni element (cilindar, motor), V — ventil (razvodnik, protočni, zaporni), S — signalni element (tipkalo, granični ventil), Z — pribor i opskrba (pripremna grupa, izvor). Zadnji broj je redni broj elementa u lancu.

Shema se crta odozdo prema gore, u smjeru toka signala: dolje opskrba, iznad signalni elementi, zatim upravljački (glavni razvodnici), gore izvršni elementi. Svi elementi crtaju se u početnom položaju, a granični ventili označavaju se crticom na mjestu gdje ih aktivira klipnjača.

Svaki cilindar ima svoj red s dvije razine (0 uvučen, 1 izvučen). Kosa crta u koraku znači gibanje. Crta od 7 do kraja pokazuje da je završno stanje jednako početnom. Iz dijagrama se odmah čitaju signali: kraj A+ (a1) pokreće B+, kraj B+ (b1) pokreće B−, kraj B− (b0) pokreće A−, kraj A− (a0) pokreće C+, a kraj C+ (c1) pokreće C−.

Dok je tipkalo 1S1 pritisnuto, zrak iz izvora 0Z1 prolazi 1 → 2 u cilindar 1A1 i klipnjača se izvlači. Otpuštanjem opruga vraća razvodnik, cilindar se odzračuje kroz 2 → 3 i opruga cilindra uvlači klipnjaču. Direktno upravljanje koristi se samo za male cilindre, jer cijeli protok cilindra prolazi kroz ručni razvodnik.

Precizan opis sheme (odozdo prema gore):

1. Dolje izvor 0Z1 i pripremna grupa; od nje vod napaja priključke 1 obaju tipkala 1S1 i 1S2 te priključak 1 razvodnika 1V1.
2. Izlaz 2 tipkala 1S1 vodi (iscrtkano, upravljački vod) na priključak 14 razvodnika 1V1; izlaz 2 tipkala 1S2 na priključak 12.
3. Radni priključak 4 razvodnika 1V1 vodi u klipni prostor cilindra, priključak 2 u prstenasti prostor. Priključci 3 i 5 imaju prigušivače buke.
4. Prigušno-nepovratni ventil 1V2 ugrađuje se u vod prema prstenastom prostoru, s nepovratnim ventilom okrenutim tako da zrak slobodno ulazi u cilindar, a izlazi kroz prigušnicu (prigušivanje izlaznog zraka pri izvlačenju).
5. Cilindar 1A1 na vrhu, nacrtan uvučen.

Kratki pritisak na 1S1 prebacuje 1V1 i cilindar se izvlači; razvodnik ostaje u tom položaju i kad se tipkalo otpusti (memorija). Pritisak na 1S2 vraća cilindar.

• I: ventil dvostrukog tlaka ili serijski spoj dvaju razvodnika 3/2. Primjer: dvoručno uključivanje preše — cilindar ide tek kad su pritisnuta oba tipkala (uz nadzor istodobnosti).
• ILI: naizmjenični ventil. Primjer: vrata se otvaraju tipkalom izvana ili iznutra.
• NE: razvodnik 3/2 normalno otvoren upravljan signalom — izlaz postoji dok signala nema. Primjer: puhanje zraka traje dok se ne pojavi signal da je dio na mjestu.

Kombinacijom se dobivaju i složenije funkcije; memorija se ostvaruje bistabilnim razvodnikom 5/2 ili 3/2.

n = (7,5 · 60 min) · 5 ciklusa/min · 0,85 = 1912,5 → 1912 komada

V = 1912 · 3,52 = 6730 Nl ≈ 6,73 m³

Kompresor s isporukom 0,8 m³/min tu količinu proizvede za oko 8,4 min rada. Potrošnja naprave je mala; u stvarnosti bi curenja u mreži mogla trošiti više od same naprave (vidi modul 8).

Iz prstenastog prostora izlazi V = A_p · s = 1649,3 mm² · 100 mm = 164,9 cm³ stlačenog zraka, odnosno 1,142 Nl.

q = 1,142 Nl / 1,5 s · 60 = 45,7 Nl/min

Stvarni protutlak u prstenastom prostoru pri gibanju ovisi o opterećenju i manji je od 6 bar, pa je stvarni potrebni protok nešto manji. Prigušnica se zato uvijek konačno namješta probom na stroju, a račun služi za odabir njezine veličine.

Blokirajući presjek nastaje kad na oba upravljačka priključka bistabilnog glavnog razvodnika istodobno djeluje signal: razvodnik ne može prebaciti jer mu druga strana „drži” položaj. U dijagramu se otkriva tako da se za svaki signal (npr. a1) ucrta koliko dugo traje; ako signal za gibanje X+ još traje u trenutku kad treba X−, postoji presjek.

Uklanjanje: 1) granični ventil s jednosmjernim valjkom (valjak na zglob) — daje samo kratki impuls u prolazu klipnjače; 2) skraćenje signala vremenskim članom ili pneumatskim impulsnim elementom; 3) isključivanje signala pomoćnim memorijskim razvodnikom koji signal napaja samo u dijelu ciklusa — to vodi prema kaskadnoj i taktnoj metodi.

Blokirajući presjeci su dva: na razvodniku A u koraku 1 (signal b0 drži A−) i na razvodniku B u koraku 3 (signal a1 drži B+). Rješenje: a1 i b0 izvesti kao granične ventile s jednosmjernim valjkom ili slijed podijeliti u dvije kaskadne grupe: I (A+ B+), II (B− A−).

Pravilo: unutar jedne grupe nijedno slovo ne smije se pojaviti dvaput. Redom: I = A+ B+ | II = B− A− C+ | III = C−. Tri grupe traže dva memorijska razvodnika 5/2 (broj grupa − 1).

Budući da je ciklus zatvoren, zadnja grupa može se spojiti s prvom ako se slova ne ponavljaju: C− A+ B+ ne sadrži ponovljeno slovo, pa bi bile dovoljne dvije grupe i jedan memorijski razvodnik. Tada se na početku svakog ciklusa daje i signal C−, koji je bezopasan jer je C već uvučen, ali start mora biti uvjetovan signalom c0. Obje su izvedbe ispravne; tri grupe daju jasniji slijed, dvije manje elemenata.

1. Memorijski razvodnici M1 (donji) i M2 (gornji) spajaju se u niz: M1 se napaja iz mreže, a jedan njegov izlaz napaja priključak 1 razvodnika M2. Time je u svakom trenutku pod tlakom samo jedan vod grupe.
2. Vod III izlazi iz M1 (položaj mirovanja nakon ciklusa), vodovi I i II iz M2 koji se napaja drugim izlazom M1.
3. Prelazak III → I: start · (zadnji signal ciklusa) prebacuje M1; M2 mora tada biti u položaju „I”.
4. Prelazak I → II: zadnji signal grupe I (b1) prebacuje M2 u položaj „II”.
5. Prelazak II → III: zadnji signal grupe II (c1) vraća M1, čime vod III dobiva tlak, a M2 se istim signalom postavlja natrag u položaj „I”.

Signalni ventili unutar grupe napajaju se iz voda svoje grupe, pa signali drugih grupa ne mogu biti aktivni — zato kaskada ne može imati blokirajući presjek.

Taktna metoda gradi koračni lanac: svaki korak ima svoj taktni modul, a u svakom trenutku aktivan je samo jedan korak. Modul se sastoji od memorije (razvodnik 3/2 bistabilni ili 5/2), elementa I (ulazni uvjet: prethodni korak aktivan i potvrda završenog gibanja) i elementa ILI za brisanje prethodnog koraka. Izlaz modula daje signal za gibanje i priprema sljedeći korak.

Broj modula jednak je broju koraka; SL-3 ima šest koraka, pa treba šest taktnih modula (taktni lanac treba najmanje tri modula; za kraće slijedove bira se jednostavnije upravljanje). Prednost je lako dodavanje koraka, pregledno traženje kvara i isključena mogućnost blokirajućeg presjeka; nedostatak je veći broj elemenata od kaskadne metode.

F = p · A · η = 0,45 · 804,2 · 0,9 = 325,7 N

Granični ventil a1 potvrđuje samo da je klipnjača stigla do položaja, a ne da lim doista drži: ako je lim deblji ili pomaknut, klipnjača može stati prije a1 ili doći do a1 bez sile. Redoslijedni ventil mjeri tlak, dakle silu stezanja; B+ kreće tek kad je sila barem 326 N. U praksi se često koriste oba uvjeta u funkciji I.

Kombinacija se koristi kad se slijed prirodno dijeli na dijelove različite složenosti: jednostavan dio bez blokirajućih presjeka rješava se izravno (VDMA), dio s presjecima kaskadom, a dio s mnogo koraka ili s ponavljanjem taktnim lancem. Tako se smanjuje broj elemenata, a upravljanje ostaje pregledno.

Primjer: SL-3 — gibanja A+ B+ B− A− rješavaju se kaskadom s dvije grupe, a izbacivanje C+ C− na kraju ciklusa izravno signalima a0 i c1 uz jednosmjerni granični ventil. Drugi primjer: dodatni način rada „korak po korak” za podešavanje, koji je lakše ostvariti taktnim lancem.

t_gib = 0,5 + 1,2 + 2,0 + 1,0 + 0,5 + 0,4 + 0,4 = 6,0 s

t_c = 6,0 + 6 = 12,0 s → 60 / 12 = 5,0 ciklusa/min

Uz zadržavanje 1,2 s: t_c = 11,2 s → 5,36 ciklusa/min. Najveći dio takta je ručno ulaganje; ubrzavanje cilindara malo pomaže, a automatsko dodavanje lima bi pomoglo više.

Granični ventil s valjkom je razvodnik 3/2 (najčešće NZ) koji aktivira klipnjača ili njezin nastavak preko valjka; signal traje sve dok je valjak pritisnut, dakle dok klip stoji u krajnjem položaju.

Granični ventil s jednosmjernim valjkom ima valjak na zglobnoj poluzi: u jednom smjeru prolaska poluga se preklopi bez aktiviranja ventila, a u drugom ga kratko aktivira. Daje samo kratki impuls i postavlja se malo prije krajnjeg položaja, tako da ga klipnjača prijeđe; koristi se za uklanjanje blokirajućeg presjeka.

Na shemi se granični ventil crta u razini signalnih elemenata, a uz cilindar se kratkom okomitom crticom označi mjesto aktiviranja s oznakom ventila (npr. 1S2). Ventil koji je u početnom položaju već aktiviran crta se u aktiviranom položaju. Jednosmjerni valjak ima uz simbol strelicu koja pokazuje smjer u kojem aktivira.

Nije. Ventil dvostrukog tlaka ostvaruje samo funkciju I: ako rukovatelj jedno tipkalo trajno zablokira (npr. zaglavi ga ili poveže), preša se pokreće samo drugim tipkalom, a jedna ruka ostaje slobodna u zoni opasnosti. Sklop ne nadzire ni istodobnost pritiska ni otpuštanje obaju tipkala prije novog ciklusa.

Ispravak: koristiti gotov pneumatski ili električni sigurnosni blok za dvoručno uključivanje, koji daje izlaz samo ako su oba tipkala pritisnuta unutar oko 0,5 s i koji traži otpuštanje obaju tipkala prije sljedećeg ciklusa; tipkala se postavljaju tako da se ne mogu pritisnuti jednom rukom ni laktom. Glavni razvodnik treba biti monostabilan, da se žig vrati čim se tipkalo otpusti prije kraja hoda.

Elektropneumatski sustav ima električni signalni i upravljački dio — napajanje (obično 24 V DC), tipkala, prekidače, granične sklopke, beskontaktne senzore, releje ili PLC — i pneumatski energetski dio — pripremnu grupu, elektromagnetske razvodnike, prigušne ventile i cilindre. Veza između dijelova je elektromagnet (zavojnica) razvodnika: električni signal pretvara u pneumatsko gibanje.

Napon 24 V DC je sigurnosni mali napon i standard u automatizaciji; mreža 230 V služi samo za napajanje ispravljača. Električna shema crta se odvojeno od pneumatske, a veza se čita preko oznaka (npr. Y1, B1).

Radni kontakt (NO) u mirovanju je otvoren, a zatvara se aktiviranjem; mirni kontakt (NC) u mirovanju je zatvoren, a otvara se aktiviranjem. Priključci radnog kontakta označavaju se brojevima koji završavaju na 3 i 4 (13–14, 23–24), a mirnog na 1 i 2 (11–12, 21–22); prva znamenka je redni broj kontakta.

Tipkalo ostaje aktivirano samo dok se drži, prekidač zadržava položaj. Isklop i zaustavljanje izvode se mirnim kontaktom jer prekid vodiča ili loš spoj tada također isključuje stroj (načelo „otvaranja strujnog kruga”); radni kontakt bi pri prekidu vodiča ostao bez učinka i stroj se ne bi mogao zaustaviti.

Relej ima zavojnicu (priključci A1 i A2) s jezgrom i kotvom te skup kontakata. Kad kroz zavojnicu teče struja, kotva se privuče i prebaci sve kontakte istodobno: radni se zatvaraju, mirni otvaraju. Po nestanku struje opruga ih vraća.

Razlozi: 1) jednim signalom upravlja se s više strujnih krugova (umnožavanje kontakata); 2) ostvaruju se logičke funkcije i samodržanje (memorija); 3) slabi signal (tipkalo, senzor) uključuje jače trošilo, a upravljački i energetski krug galvanski se odvajaju. Danas većinu relejne logike preuzima PLC, ali relejne sheme ostaju osnova razumijevanja i sigurnosnih krugova.

• Induktivni: samo metale (najbolje čelik), domet 1–40 mm; položaj metalnog dijela, kraj hoda mehanizma.
• Kapacitivni: gotovo sve materijale (i plastiku, drvo, tekućine), domet do oko 20 mm; razina u spremniku, prisutnost nemetalnog dijela.
• Optički: gotovo sve predmete, domet od nekoliko cm (refleksni) do desetaka metara (jednosmjerni); brojanje i prisutnost dijelova na traci.
• Magnetski (reed kontakt ili Hallov senzor): magnetsko polje prstena u klipu; montira se na plašt cilindra i javlja krajnji ili međupoložaj klipa.

PNP izlaz pri aktiviranju spaja izlaz s +24 V (izvor struje prema trošilu, „pozitivno sklapanje”), što je standard u europskim postrojenjima; NPN spaja izlaz s 0 V.

s_a,čelik = 0,81 · 8 = 6,48 mm

s_a,Al = 0,81 · 8 · 0,4 = 2,59 mm

Senzor za aluminijski držač montira se tako da razmak bude manji od 2,6 mm, npr. 1,5–2 mm, uz provjeru pri radu. Faktori redukcije i osigurani domet uzimaju se iz podataka proizvođača za konkretan senzor; ovdje su uzeti kao primjer.

I_Y = 3 · 4,5 / 24 = 0,5625 A; I_K = 5 · 0,5 / 24 = 0,1042 A; I_B = 6 · 0,025 = 0,15 A

I = 0,817 A; uz rezervu: 1,5 · 0,817 = 1,23 A

Odabire se prvo veće uobičajeno napajanje, npr. 24 V / 2,5 A. Rezerva pokriva naknadno dodane elemente i struju uklapanja; napajanje se ne smije trajno opteretiti blizu nazivne struje.

Pritiskom S1 relej K1 privuče; njegov radni kontakt paralelno s S1 preuzima napajanje, pa K1 ostaje uključen i kad se S1 otpusti. Kontakt K1 u stazi 2 uključuje Y1. Pritisak na S2 prekida stazu 1 i relej otpada. Budući da je S2 u seriji ispred paralele, pri istodobnom pritisku obaju tipkala relej ostaje isključen — isklop je dominantan, što je sigurnija izvedba za strojeve.

Precizan opis:

• Pneumatski dio: izvor i pripremna grupa napajaju priključak 1 razvodnika 5/2; lijevo zavojnica Y1 (pravokutnik s kosom crtom), desno opruga. U mirovanju 1 je spojen s 2 (prstenasti prostor), 4 (klipni prostor) odzračuje se kroz 5. Cilindar je nacrtan uvučen.
• Strujni dio: između +24 V (gore) i 0 V (dolje) jedna staza: radni kontakt tipkala S1, ispod njega zavojnica Y1.

Dok se S1 drži, Y1 je pod naponom i cilindar se izvlači; otpuštanjem opruga vraća razvodnik i cilindar se uvlači. Direktno upravljanje ne daje memoriju ni logiku; za to služi relej.

Monostabilni razvodnik ima jednu zavojnicu i povratnu oprugu: prebacuje se dok je zavojnica pod naponom. Za zadržavanje položaja treba trajni signal (samodržanje releja ili PLC). Pri nestanku napona cilindar se vraća u osnovni položaj.

Bistabilni razvodnik ima dvije zavojnice i nema opruge: kratki impuls prebacuje ga, a položaj pamti i bez napona. Pri nestanku napona cilindar ostaje gdje jest (ako ima zraka).

Za SL-3 izbor ovisi o opasnosti: stezanje A smije pri nestanku napona ostati stegnuto (lim ne ispada), dok savijanje B treba zaustaviti ili povući. Sigurnosno ponašanje utvrđuje se procjenom rizika stroja; često se za stezanje bira bistabilni, a za savijanje monostabilni razvodnik ili razvodnik 5/3 sa zatvorenim srednjim položajem.

Funkcija I ostvaruje se serijskim spojem radnih kontakata, funkcija ILI paralelnim. Negacija bi se ostvarila mirnim kontaktom. Za stvarno dvoručno uključivanje ne smije se koristiti samo serijski spoj: potreban je sigurnosni modul koji nadzire istodobnost pritiska (unutar 0,5 s) i otpuštanje obaju tipkala prije novog ciklusa.

Kašnjenje ukapčanja: kad se na zavojnicu dovede napon, kontakti prebacuju tek nakon namještenog vremena t; po nestanku napona odmah se vraćaju. Dijagram: ulaz prelazi 0 → 1 u trenutku t₀, izlaz prelazi 0 → 1 u t₀ + t; oba se vraćaju u 0 istodobno. Ako ulaz traje kraće od t, izlaza nema.

Kašnjenje iskapčanja: kontakti prebacuju odmah s pojavom napona, a vraćaju se tek t nakon nestanka napona. Dijagram: izlaz prelazi u 1 zajedno s ulazom, a u 0 prelazi t nakon što je ulaz pao u 0.

Primjer iz SL-3: zadržavanje savijanja 2 s ostvaruje se relejem s kašnjenjem ukapčanja koji se pokreće signalom b1.

s = v · t = 0,5 m/s · 0,025 s = 0,0125 m = 12,5 mm

Klip prijeđe oko 12,5 mm prije nego što razvodnik uopće reagira, a zatim još dio puta zbog stlačivosti zraka i inercije. Za zaustavljanje u međupoložaju senzor se postavlja ranije za taj put, brzina se pred zaustavljanjem smanjuje, a koristi se razvodnik 5/3 sa zatvorenim srednjim položajem; točno pozicioniranje pneumatikom bez regulacije nije moguće.

Monostabilni razvodnik nema dvije suprotstavljene upravljačke strane: prebacuje se zavojnicom, a vraća oprugom. Zato blokirajući presjek u klasičnom smislu ne postoji. Problem se, međutim, seli u logiku samodržanja: relej koji drži Y2 (B+) mora se isključiti kad je B izvučen, inače B− ne može početi.

Uvjet za B− je isklop releja K2 signalom b1 (mirni kontakt b1 ili relej K3 postavljen signalom b1 u stazi samodržanja K2). Isto vrijedi za A−: samodržanje releja K1 prekida se signalom b0 nakon što je B uvučen, uz uvjet da je B prethodno bio izvučen. Logika se zato gradi kao koračni lanac (taktna električna metoda) ili se signali grupiraju kaskadno.

Slijed se dijeli u grupe po istom pravilu kao u pneumatici (u grupi se slovo ne ponavlja). Svakoj grupi pripada relej grupe (K1, K2, K3) sa samodržanjem; njegov kontakt napaja „vod grupe” iz kojeg se napajaju zavojnice gibanja te grupe. Za SL-3 s grupama I (A+ B+), II (B− A− C+) i III (C−) koriste se tri releja grupa.

Jedinstvenost se osigurava blokadom: uključenje releja sljedeće grupe prekida (mirnim kontaktom) samodržanje prethodne, a relej sljedeće grupe smije se uključiti samo ako je prethodna aktivna. Zadnja grupa se po završetku ciklusa briše i sustav čeka novi start. Kod bistabilnih razvodnika to sprječava da obje zavojnice istog razvodnika budu istodobno pod naponom.

Svaki korak ima svoj relej koraka s kontaktom samodržanja; za šest koraka SL-3 potrebno je šest releja koraka (u stvarnoj izvedbi često i relej za početni položaj). Relej koraka n uključuje se kad su ispunjena tri uvjeta: 1) relej koraka n−1 je uključen, 2) prijelazni uvjet koraka n−1 je ispunjen (senzor potvrđuje završeno gibanje), 3) nema signala za brisanje (isklop, hitno zaustavljanje).

Uključeni relej koraka n mirnim kontaktom briše samodržanje releja n−1, pa je uvijek aktivan samo jedan korak. Isti se lanac u PLC-u piše kao niz memorija (SR) ili u jeziku SFC (Grafcet), što je danas uobičajeno.

Struja zavojnice: I = 4,5 / 24 = 0,1875 A. Duljina strujnog kruga je 2 · 25 = 50 m.

R = ρ · l / A = 0,0175 · 50 / 0,25 = 3,50 Ω

ΔU = I · R = 0,1875 · 3,50 = 0,656 V (2,7 %)

Napon na zavojnici je oko 23,34 V, više od 21,6 V, pa je rad pouzdan. Pri duljim vodovima, većem broju trošila na zajedničkom vodu ili ako napajanje daje manje od 24 V, treba veći presjek (npr. 0,75 mm²).

Prednosti: velike sile i momenti uz male dimenzije (velika gustoća snage, tlakovi 160–350 bar); ulje je praktički nestlačivo, pa je gibanje mirno i dobro upravljivo, a položaj se može držati; brzina se kontinuirano regulira; jednostavna zaštita od preopterećenja sigurnosnim ventilom; ulje podmazuje i hladi elemente.

Nedostaci: curenje ulja (onečišćenje okoliša, opasnost od klizanja i požara); ovisnost viskoznosti o temperaturi; potreba za povratnim vodom i spremnikom; osjetljivost na nečistoću; gubici zbog trenja u vodovima i zagrijavanje; buka crpke.

HP-1 treba silu od 80 kN; pneumatski cilindar pri 6 bar za tu bi silu imao promjer klipa oko 410 mm (A ≈ 0,134 m²), što je neprihvatljivo glomazno, a zbog stlačivosti ne bi mogao mirno prešati.

Dinamička viskoznost η (Pa·s) mjera je unutarnjeg trenja tekućine: odnos smičnog naprezanja i gradijenta brzine. Kinematička viskoznost ν (mm²/s) je dinamička viskoznost podijeljena gustoćom: ν = η / ρ.

HLP 46: H — hidrauličko mineralno ulje, L — s dodacima protiv korozije i starenja, P — s dodacima protiv trošenja pri visokom tlaku; 46 — razred viskoznosti ISO VG 46, tj. kinematička viskoznost 46 mm²/s pri 40 °C (dopušteno ±10 %).

Indeks viskoznosti pokazuje koliko se viskoznost mijenja s temperaturom: što je indeks veći, promjena je manja. Ulja s visokim indeksom (oznaka HVLP) koriste se na strojevima koji rade na otvorenom ili pri velikim razlikama temperature.

Radna temperatura mineralnog ulja uobičajeno je 40–60 °C; iznad oko 70 °C ulje ubrzano stari (oksidira), viskoznost pada, curenja rastu, a brtve se oštećuju.

Zrak u ulju (pjena, mjehurići) povećava stlačivost — gibanje postaje „mekano” i neravnomjerno — i uzrokuje buku te dizelski efekt (zapaljenje mjehurića pri naglom stlačivanju). Kavitacija nastaje kad tlak na usisu crpke padne ispod tlaka pare ulja: nastaju mjehurići pare koji se na tlačnoj strani naglo urušavaju, erodiraju površine i uzrokuju karakterističnu buku. Sprječava se kratkim i dovoljno širokim usisnim vodom, čistim usisnim filtrom i dovoljnom razinom ulja.

p = F₁ / A₁ = 200 / 314,2 = 0,637 N/mm² = 6,37 bar

F₂ = p · A₂ = F₁ · (D₂ / D₁)² = 200 · 16 = 3200 N

Volumen koji istisne mali klip jednak je volumenu koji primi veliki: s₂ = s₁ · A₁ / A₂ = 160 / 16 = 10 mm. Sila je 16 puta veća, a put 16 puta manji: rad ostaje isti (Pascalov zakon i zakon očuvanja energije).

A = π · 80² / 4 = 5026,5 mm² = 50,27 cm²; A_p = π · (80² − 50²) / 4 = 3063,1 mm². Pretvorba: 1 bar = 0,1 N/mm².

F₁₆₀ = 16 · 5026,5 = 80 425 N ≈ 80,4 kN

F₁₀₀ = 10 · 5026,5 = 50 265 N ≈ 50,3 kN

F_uvl = 16 · 3063,1 = 49 009 N ≈ 49,0 kN

Sila je razmjerna tlaku, pa se sila prešanja namješta tlakom: sigurnosnim ili redukcijskim ventilom, ili tlačnom sklopkom koja prekida prešanje.

Protok u SI jedinicama: Q = 22,04 / 60 000 = 367,3·10⁻⁶ m³/s.

a) v = Q / A = 367,3·10⁻⁶ / (π · 0,006²) = 3,25 m/s

b) d = √(4 · Q / (π · v)) = √(4 · 367,3·10⁻⁶ / π) = 21,6 mm

Odabire se 25 mm: v = 0,75 m/s. Uobičajene preporuke: usisni vod 0,5–1,2 m/s, povratni 2–4 m/s, tlačni 3–6 m/s; brzina od 3,2 m/s u tlačnom vodu je dobra.

Q_t = V · n = 16 · 1450 = 23 200 cm³/min = 23,2 l/min

Q = Q_t · η_v = 23,2 · 0,95 = 22,04 l/min

P_h = p · Q = 160·10⁵ Pa · 22,04/60 000 m³/s = 5,88 kW

P_EM = P_h / η = 5,88 / 0,8 = 7,35 kW

Odabire se elektromotor 7,5 kW. Brzi zapis: P [kW] = p [bar] · Q [l/min] / 600 = 160 · 22,04 / 600 = 5,88 kW.

Zupčasta crpka s vanjskim ozubljenjem: dva zupčanika u kućištu vrte se u suprotnim smjerovima; na usisnoj strani zupci izlaze iz zahvata, prostor se povećava i ulje ulazi; ulje se u međuzubnim prostorima prenosi po obodu kućišta na tlačnu stranu, gdje ga zupci koji ulaze u zahvat istiskuju. Jednostavna, jeftina, otporna, stalnog radnog volumena, za tlakove do oko 250 bar.

Lamelna crpka: rotor s radijalnim utorima u kojima kližu lamele, smješten ekscentrično u statorskom prstenu; komore između lamela povećavaju se na usisu, a smanjuju na tlaku. Radi mirnije i tiše od zupčaste.

Promjenjiv radni volumen može imati lamelna crpka: pomicanjem statorskog prstena mijenja se ekscentricitet, a time i protok. Tlačno regulirana lamelna crpka sama smanjuje ekscentricitet kad tlak dosegne namještenu vrijednost, pa pri držanju tlaka daje samo onoliko ulja koliko nadoknađuje curenja.

Klipovi su smješteni paralelno s osi u rotirajućem bloku cilindara i nasjedaju preko kliznih papuča na kosu ploču. Pri okretanju bloka klipovi se zbog nagiba ploče gibaju naprijed-natrag: pola okretaja usisavaju, pola tlače, a razvodna ploča spaja cilindre s usisom i tlakom. Hod klipova, a time i radni volumen, razmjeran je kutu nagiba ploče; kut se mijenja regulatorom (tlačna, protočna, snagom regulirana crpka).

Klipna crpka bira se za visoke tlakove (do 350–450 bar), visok stupanj djelovanja, trajni rad i kad treba promjenjiv protok radi uštede energije (npr. hidraulički strojevi s više potrošača, preše velike snage, mobilna hidraulika). Skuplja je i osjetljivija na nečistoće od zupčaste.

Crpka i hidromotor crtaju se kao krug s punim trokutom (hidraulika). Kod crpke vrh trokuta dodiruje obod i gleda prema van (energija izlazi s uljem), kod hidromotora gleda prema unutra. Promjenjiv radni volumen označava se kosom strelicom preko simbola. Vratilo je kratka crta sa strane.

Sigurnosni ventil priključuje se neposredno iza crpke, prije nepovratnog ventila, i odvodi ulje u spremnik; namješta se na 160 bar. Nepovratni ventil sprječava da se ulje iz sustava vraća kroz crpku kad ona stoji. Povratni vod završava ispod razine ulja, daleko od usisa.

Spremnik: 1) izjednačuje promjenu volumena ulja u sustavu (cilindri, akumulator, toplinsko širenje), 2) odvodi toplinu kroz stijenke, 3) omogućuje izdvajanje zraka i taloženje nečistoća i vode, 4) nosi crpku, motor i ventile.

Dijelovi: pregradni lim između povratnog i usisnog dijela (ulje mora proći dulji put i smiriti se), odzračni filtar s ulijevanjem, pokazivač razine i temperature, ispust na najnižoj točki, poklopac za čišćenje, usisni i povratni vod ispod najniže razine ulja.

Iskustveno pravilo za stacionarne agregate: volumen spremnika 3 do 5 puta minutni protok crpke; 3 · 22 = 66 l, pa se bira spremnik od 63 l (uz dodatni hladnjak ako je trajni gubitak snage velik).

P_g = p · Q = 160 · 22,04 / 600 = 5,88 kW

m = 63 l · 0,87 kg/l = 54,8 kg; ΔT/min = P_g · 60 / (m · c) = 5,88 · 60 / (54,8 · 1,9) = 3,39 K/min

Bez rasterećenja ulje bi se za desetak minuta zagrijalo više od 30 K. Zato se crpka u mirovanju rasterećuje: razvodnik s optočnim srednjim položajem (P spojen s T), ventil za rasterećenje ili isklop motora. Ovo je gruba procjena koja pokazuje red veličine.

Vrste: s mjehom, s membranom i s klipom (sve s dušikom kao plinom); opružni i utežni rjeđe. Namjene: pokrivanje vršne potrošnje (crpka manja od najvećeg protoka), održavanje tlaka i nadoknada curenja pri stezanju, prigušenje tlačnih udara i pulsacija, rezervna energija za hitni povrat ili zatvaranje pri nestanku struje.

Predtlak p₀ mora biti niži od najnižeg radnog tlaka p₁, inače mjeh ne bi primio ulje ni pri p₁, a mjeh bi se udarao o ventil na dnu. Iskustveno pravilo za akumulator s mjehom: p₀ ≈ 0,9 · p₁. Akumulator se puni isključivo dušikom — nikada zrakom ili kisikom (opasnost od eksplozije).

Apsolutni tlakovi: p₀ = 91,013, p₁ = 101,013, p₂ = 151,013 bar.

Izotermno: V₁ = V₀ · p₀/p₁ = 3,604 l; V₂ = V₀ · p₀/p₂ = 2,411 l; ΔV = 1,19 l

Adijabatski: V = V₀ · (p₀/p)^1/κ → V₁ = 3,713 l; V₂ = 2,786 l; ΔV = 0,93 l

Pri brzom pražnjenju plin se hladi i akumulator predaje oko 22 % manje ulja. Za proračun se uzima nepovoljniji, adijabatski slučaj: oko 0,93 l, što pri 22 l/min odgovara približno 2,5 s rada crpke.

Precizan opis:

• Akumulator: uspravni ovalni oblik (pravokutnik zaobljenih krajeva), vodoravna ili valovita crta dijeli ga na gornji plinski dio i donji dio s uljem; na vrhu mali trokut ili oznaka plina (izvedba s mjehom: unutarnja crta u obliku vrećice). Priključak ulja na dnu.
• Zaporni ventil: dva trokuta vrhovima jedan prema drugome (leptir), ručno upravljanje crticom.
• Sigurnosni ventil: kvadrat sa strelicom pomaknutom od osi, opruga s jedne strane, iscrtkani upravljački vod s ulaza s druge; izlaz u spremnik.
• Ventil za rasterećenje: zaporni ventil u vodu od akumulatora prema spremniku, ručno upravljan, ponekad i elektromagnetski NO koji rasterećuje akumulator pri isključenju stroja.
• Manometar: krug s kosom strelicom.

Svi su elementi obuhvaćeni okvirom crta-točka jer čine jedan blok. Blok je obavezan jer akumulator zadržava energiju i nakon isključenja crpke.

V = A · s = 50,27 cm² · 30 cm = 1508 cm³

ΔV = V · Δp / K = 1508 · 16·10⁶ / 1,4·10⁹ = 17,2 cm³

Δs = ΔV / A = 17,2 cm³ / 50,27 cm² = 0,343 cm ≈ 3,4 mm

Propad od oko 3,4 mm pri punoj duljini hoda važan je kod preciznog prešanja i kod pozicioniranja. Već malo zraka u ulju višestruko smanjuje modul stlačivosti i povećava propad, zato se sustav mora odzračiti.

v_izv = Q / A = 367 333 mm³/s / 5026,5 mm² = 73,1 mm/s

v_uvl = Q / A_p = 367 333 mm³/s / 3063,1 mm² = 119,9 mm/s

t_izv = 300 / 73,1 = 4,11 s; t_uvl = 300 / 119,9 = 2,50 s

Uvlačenje je brže jer isti protok puni manju prstenastu površinu; omjer brzina jednak je omjeru površina (1,64). Iz prstenastog prostora pri izvlačenju izlazi 13,4 l/min, a iz klipnog pri uvlačenju 36,2 l/min — povratni vod i filtar dimenzioniraju se za veći protok.

U diferencijalnom spoju ulje iz prstenastog prostora ulazi u klipni, pa je djelotvorna površina jednaka presjeku klipnjače: A_k = π · 50² / 4 = 1963,5 mm².

v = Q / A_k = 367 333 mm³/s / 1963,5 mm² = 187 mm/s

F = p · A_k = 16 · 1963,5 = 31 416 N ≈ 31,4 kN

Brzina je 2,56 puta veća od obične, a sila isto toliko manja. Koristi se za brzi prilaz alata do obratka; kad alat dođe na obradak, prebacuje se na normalni spoj (prstenasti prostor na T) i preša razvija punih 80,4 kN.

n = Q · η_v / V = 22 040 cm³/min · 0,92 / 25 cm³ = 811 min⁻¹

M = Δp · V / (2π) · η_hm = 150·10⁵ · 25·10⁻⁶ / (2π) · 0,9 = 53,7 N·m

P = M · 2π · n / 60 = 53,7 · 2π · 811 / 60 = 4,56 kW

Moment ovisi o tlaku, a brzina o protoku: brzina hidromotora regulira se protočnim ventilom ili crpkom promjenjivog radnog volumena, a moment sigurnosnim ventilom.

Klip je uklješten kad je ulje s obje strane klipa zatvoreno ili pod tlakom, tako da se klip ne može gibati pod vanjskom silom. Postiže se razvodnikom sa zatvorenim srednjim položajem, deblokirajućim nepovratnim ventilima u oba voda ili prigušivanjem izlaznog ulja. Primjenjuje se za zadržavanje tereta, za mirno gibanje pri promjenjivom opterećenju i kod vučnih (negativnih) opterećenja.

Opasnost: pri prigušivanju izlaznog ulja iz prstenastog prostora tlak u tom prostoru raste s omjerom površina i može znatno premašiti tlak crpke (multiplikacija tlaka). Brtve, cijevi i ventili na prstenastoj strani moraju izdržati taj tlak ili se ugrađuje sigurnosni ventil i na toj strani.

Ravnoteža sila na klipu bez vanjskog opterećenja: p₁ · A = p₂ · A_p.

p₂ = p₁ · A / A_p = 160 · 5026,5 / 3063,1 = 263 bar

Tlak od oko 263 bar znatno je iznad tlaka sustava. Ako su crijevo ili priključak na prstenastoj strani predviđeni za 160 bar, mogu puknuti. Zato se pri izlaznom prigušivanju provjerava najveći mogući tlak ili se prigušuje ulazno kad opterećenje to dopušta.

Priključci se crtaju na srednjem polju. U lijevom polju (Y1) P je spojen s A, a B s T; u desnom polju (Y2) P s B, a A s T (križne strelice). Opruge s obje strane vraćaju razvodnik u srednji položaj kad nijedan magnet nije pod naponom.

Kod optočnog položaja cilindar nije sigurno zadržan zbog unutarnjih curenja razvodnika; za teret koji visi treba deblokirajući nepovratni ventil.

Precizan opis simbola:

• Sigurnosni ventil: kvadrat, strelica pomaknuta od osi i u mirovanju odvojena od priključaka (normalno zatvoren); opruga s podesnom strelicom s jedne strane; iscrtkani upravljački vod s ulaza P na suprotnu stranu. Izlaz T u spremnik.
• Redukcijski ventil: isti kvadrat, ali strelica u mirovanju spaja ulaz i izlaz (normalno otvoren); upravljački vod iscrtkano s izlaza A; iscrtkani odvod curenja od opruge prema spremniku.
• Redoslijedni ventil: kao sigurnosni (normalno zatvoren, upravljanje s ulaza), ali izlaz vodi na drugi potrošač pod tlakom, pa prostor opruge ima zaseban iscrtkani odvod curenja (L) u spremnik, a često i nepovratni ventil paralelno za povratni tok.

Pravilo za ispit: normalno zatvoren i upravljan ulazom — ograničava ulazni tlak; normalno otvoren i upravljan izlazom — ograničava izlazni tlak.

Sigurnosni ventil ograničava tlak ispred sebe (u vodu crpke): kad tlak dosegne namještenu vrijednost, otvara se i propušta višak ulja u spremnik. Redukcijski ventil održava stalan, niži tlak iza sebe neovisno o višem ulaznom tlaku: kako izlazni tlak raste, zatvara prolaz.

Za pomoćni stezni cilindar u njegov se dovodni vod ugradi redukcijski ventil namješten na oko 80 bar (s nepovratnim ventilom paralelno za povrat ulja). Glavni cilindar i dalje dobiva punih 160 bar iz agregata.

Protok kroz prigušni ventil ovisi o presjeku, o razlici tlakova ispred i iza prigušnice (približno Q ~ √Δp) i o viskoznosti. Pri promjeni opterećenja mijenja se Δp, pa se mijenja i brzina.

Dvoputni regulator protoka ima iza ili ispred mjerne prigušnice tlačnu vagu — tlačni ventil s oprugom koji održava stalnu razliku tlakova na mjernoj prigušnici. Protok je tada praktički neovisan o opterećenju; izvedba s oštrorubnim otvorom smanjuje i utjecaj temperature (viskoznosti).

Pri prešanju otpor materijala raste, tlak u cilindru raste, Δp na prigušnici pada, pa bi se preša sama usporavala. Za stalnu brzinu prešanja koristi se regulator protoka.

Q = α · A · √(2 · Δp / ρ) = 0,7 · 1,767·10⁻⁶ m² · √(2 · 20·10⁵ / 870)

Q = 8,39·10⁻⁵ m³/s = 5,03 l/min

v = Q / A = 83 877 mm³/s / 5026,5 mm² = 16,7 mm/s

Ostatak protoka crpke (17,0 l/min) odlazi kroz sigurnosni ventil i pretvara se u toplinu — nedostatak prigušnog upravljanja uz crpku stalnog radnog volumena.

Ventil propušta slobodno u jednom smjeru, a u suprotnom je zatvoren bez curenja (sjedište), dok se na upravljački priključak X ne dovede tlak koji preko upravljačkog klipa otvori sjedište. Omjer deblokade je omjer površine upravljačkog klipa i površine sjedišta (npr. 3,3 : 1): pokazuje koliko je puta manji upravljački tlak dovoljan za otvaranje ventila protiv tlaka tereta.

Razvodnik 4/3 sa srednjim položajem u kojem su A i B spojeni s T rasterećuje upravljački vod i vod prema ventilu, pa se ventil pouzdano i odmah zatvori. Kod zatvorenog srednjeg položaja zaostali tlak mogao bi ventil držati djelomično otvorenim i teret bi polako propadao.

p_t = F / A = 60 000 / 5026,5 = 11,94 N/mm² = 119,4 bar

p_X = p_t / 3,3 = 119,4 / 3,3 = 36,2 bar

Uz namješteni tlak sustava 160 bar deblokada je sigurna. Pri spuštanju tereta s deblokirajućim ventilom teret može „pobjeći”: kad se ventil otvori, tlak pada, ventil se zatvara i gibanje postaje trzajuće. Za vučna opterećenja zato se koristi kočni (protuteretni) ventil.

Izvlačenje (Y1 pod naponom): razvodnik spaja klipni prostor s P. Obje strane klipa su pod istim tlakom; zbog veće površine klip se izvlači, a ulje iz prstenastog prostora teče natrag u vod P i ulazi u klipni prostor. Uvlačenje (Y1 bez napona): klipni prostor spojen je s T, a prstenasti prostor i dalje je pod tlakom, pa se klip uvlači.

• Mehanička veza klipnjača (kruti nosač, zupčasta letva): najtočnija, ali traži krutu konstrukciju.
• Serijski spoj cilindara (ulje iz prstenastog prostora prvog ulazi u klipni prostor drugog, površine usklađene): dobra točnost, ali curenja zbrajaju pogrešku, pa treba ventil za izjednačenje na kraju hoda; tlak prvog cilindra jednak je zbroju opterećenja.
• Razdjelnik protoka (zupčasti ili ventilski): jednostavan, točnost oko 1–3 %; pogreška se zbraja kroz hod.
• Regulacija položaja (proporcionalni ili servoventili i senzori položaja na oba cilindra): najfleksibilnija, točnost ovisi o senzorima i regulatoru, skuplja.

Dva regulatora protoka namještena na jednaku vrijednost daju samo grubu sinkronizaciju (pogreška nekoliko postotaka).

Crijevo se ugrađuje s dovoljnom duljinom (pri tlaku se skraćuje do oko 4 %), bez uvijanja (torzija skraćuje vijek), bez savijanja manjim od najmanjeg polumjera i bez oštrog savijanja neposredno iza priključka; ne smije se trljati o rubove. Crijeva imaju ograničen vijek i datum izrade.

Usisni filtar: štiti crpku od grubih čestica; mora biti grub (npr. 100 µm) da ne izazove kavitaciju. Tlačni filtar: iza crpke, štiti osjetljive ventile (servoventile); mora izdržati puni tlak, skup. Povratni filtar: u povratnom vodu, čisti svo ulje koje se vraća, jeftiniji, najčešći glavni filtar (npr. 10 µm kod HP-1); mora imati obilazni ventil i pokazivač zaprljanosti. Postoje i filtri za obilazno filtriranje i odzračni filtri spremnika.

β_x je omjer broja čestica veličine ≥ x µm prije i poslije filtra.

η = (1 − 1/β) · 100 = (1 − 1/200) · 100 = 99,5 %

n_izl = 10 000 / 200 = 50 čestica/ml

Za β₁₀ = 75: η = 98,7 %, a prolazi 133 čestica/ml, gotovo tri puta više. Razlika u postotku djeluje malena, ali broj propuštenih čestica bitno se razlikuje.

Kod izravno upravljanog razvodnika elektromagnet izravno pomiče klizač. Sila magneta je ograničena, a sile strujanja rastu s protokom i tlakom, pa su izravno upravljani razvodnici uobičajeno za manje protoke (nazivne veličine 6 i 10, do oko 80–120 l/min).

Kod predupravljanog razvodnika mali elektromagnetski razvodnik (predupravljački stupanj) dovodi ulje pod tlakom na čelne strane klizača glavnog stupnja; hidraulička sila pomiče velik klizač. Potreban je za velike protoke (stotine l/min), uz uvjet da postoji dovoljan upravljački tlak (npr. najmanje 5–10 bar), pa se kod optočnog srednjeg položaja ugrađuje predtlačni ventil u povrat.

Mokri magnet ima kotvu u cijevi ispunjenoj uljem (pod tlakom T-voda): ulje hladi i podmazuje kotvu, nema brtve na klizaču, radi tiše i dulje traje — danas prevladava. Suhi magnet odvojen je od ulja brtvom na potisnom zatiku; zbog trenja brtve i mogućeg curenja manje je pouzdan.

Pomoćno ručno aktiviranje (zatik na kraju magneta) omogućuje prebacivanje razvodnika bez napona pri puštanju u pogon i traženju kvara. Pritom se gibanje ne nadzire upravljanjem: ne rade blokade ni granične sklopke, pa se koristi samo uz sniženi tlak, uz osiguran prostor gibanja i s oprezom.

Tlačna sklopka ima mjerni element (klip, membranu ili Bourdonovu cijev) opterećen podesivom oprugom; kad tlak svlada oprugu, element prebaci mikrosklopku (NO ili NC kontakt). Histereza je razlika između tlaka prebacivanja pri porastu i tlaka povrata pri padu tlaka; sprječava treperenje kontakta kad tlak oscilira oko namještene vrijednosti.

Elektronički pretvornik tlaka daje kontinuirani signal razmjeran tlaku (npr. 4 mA pri 0 bar, 20 mA pri kraju mjernog područja). PLC iz njega može zadati više pragova, pratiti tlak i otkriti kvar voda (struja ispod 4 mA). Mnogi pretvornici imaju i sklopne izlaze s programibilnim pragom i histerezom.

I = 4 + 16 · p / 250 → a) I = 4 + 16 · 160 / 250 = 14,24 mA

p = (I − 4) · 250 / 16 → b) p = (12 − 4) · 250 / 16 = 125 bar

c) Struja ispod 4 mA ne može nastati ni pri tlaku 0 bar: znači prekid voda ili kvar pretvornika. To je prednost signala 4–20 mA pred 0–20 mA — nula se razlikuje od kvara.

p = F / A = 70 000 / 5026,5 = 13,93 N/mm² ≈ 139 bar

Sklopka se namješta na oko 139 bar pri porastu tlaka; kontakt se vraća na oko 129 bar. Histereza je bez utjecaja jer se pri prebacivanju razvodnika na povrat tlak u klipnom prostoru ionako spušta gotovo na nulu, a novi ciklus započinje tek tipkalom. Sigurnosni ventil (160 bar) mora biti namješten iznad tlaka sklopke, inače se ona nikada ne bi aktivirala.

Staza 1: S0 (NC) i B1 (NC) u seriji ispred paralele S1 i K1 — samodržanje s dominantnim isklopom. Staza 2: K1 uključuje Y1 (prešanje). Staza 3: kad K1 otpadne, mirni kontakt K1 uključuje Y2 (povrat) dok cilindar ne otvori gornju graničnu sklopku S2; tada razvodnik 4/3 ide u srednji položaj. Za stvarnu prešu potrebno je još dvoručno uključivanje i sigurnosni krug prema procjeni rizika.

Proporcionalni magnet daje silu razmjernu struji na velikom dijelu hoda (ravna karakteristika sila–hod), pa klizač zauzima položaj u kojem je sila magneta u ravnoteži s oprugom. Otvor razvodnika i protok tako su razmjerni struji, a ne samo „otvoreno–zatvoreno”.

Elektroničko pojačalo pretvara upravljački signal (0–10 V ili 4–20 mA) u struju magneta, regulira struju neovisno o zagrijavanju zavojnice i ima podesive parametre. Dither je mala izmjenična komponenta struje koja drži klizač u stalnom mikrogibanju i smanjuje histerezu zbog trenja. Rampe ograničavaju brzinu promjene signala, pa cilindar mekano ubrzava i usporava bez tlačnih udara.

a) Protok kroz otvor razmjeran je korijenu pada tlaka:

Q₂ = Q_n · √(Δp₂ / Δp_n) = 40 · √(20 / 10) = 56,6 l/min

b) y = 22,0 / 40 · 100 = 55 %

Stvarna karakteristika nije posve linearna (mrtva zona oko nule zbog preklopa klizača), pa se pojačalo podešava tako da se mrtva zona preskoči. Razvodnik se bira tako da radni protok bude na 50–80 % nazivnog, kao ovdje.

a = v / t = 0,073 / 0,2 = 0,365 m/s²

s = v · t / 2 = 73 · 0,2 / 2 = 7,3 mm

F_a = m · a = 120 · 0,365 = 43,8 N

Sila ubrzanja zanemariva je u odnosu na silu prešanja, ali rampa sprječava tlačni udar i trzaj alata. Pri kočenju isto toliko puta treba predvidjeti prije točke zaustavljanja.

Prvi stupanj je moment-motor s odbojnom pločicom između dviju mlaznica: struja od nekoliko desetaka mA zakreće pločicu, mijenja razmak prema mlaznicama i stvara razliku tlakova na krajevima klizača drugog stupnja. Klizač se pomiče dok ga povratna opruga (povratna veza) ne vrati u ravnotežu, pa je položaj klizača razmjeran struji. Ventil ima vrlo brz odziv (granična frekvencija i više od 100 Hz) i gotovo nultu histerezu.

Zazori mlaznica i klizača iznose nekoliko mikrometara; čestice veće od toga začepljuju mlaznice ili zaglavljuju klizač. Zato servosustavi traže tlačni filtar bez obilaznog ventila neposredno ispred ventila i razred čistoće npr. 15/13/10 ili bolji prema ISO 4406, te redovitu analizu ulja.

Proporcionalni razvodnik bira se za upravljanje brzinom, rampama i silom u otvorenoj petlji ili jednostavnoj regulaciji (preše, dizalice, strojevi za lijevanje). Servoventil se bira za brzu i točnu regulaciju položaja, sile ili brzine u zatvorenoj petlji (ispitni strojevi, simulatori, valjaonice). Prijelaz čine regulacijski ventili s nultim preklopom i ugrađenom elektronikom.

e = v / K_v = 73 / 10 = 7,3 mm

uz K_v = 25 s⁻¹: e = 73 / 25 = 2,92 mm

Veće pojačanje smanjuje pogrešku, ali ga ograničava vlastita frekvencija hidrauličkog sustava (stlačivost ulja u stupcu cilindra i masa tereta) i dinamika ventila: preveliko pojačanje dovodi do titranja i nestabilnosti. Iskustveno se K_v bira ispod oko trećine vlastite kružne frekvencije sustava.

• Proporcionalni razvodnik 4/3: tri polja kao kod običnog 4/3, ali se iznad i ispod polja crtaju dvije vodoravne crte duž cijelog simbola (oznaka kontinuiranog prijelaza između položaja). Magneti s obje strane imaju kosu strelicu preko pravokutnika (proporcionalni magnet), uz njih opruge.
• Servoventil: isti oblik s vodoravnim crtama; srednji položaj s oznakom nultog preklopa; upravljanje prikazano kao moment-motor ili magnet s predupravljanjem, a elektronička povratna veza kao mali pravokutnik davača položaja na suprotnom kraju s iscrtkanom vezom prema elektronici.

Priključci P, T, A, B označavaju se kao kod običnog razvodnika; ako ventil ima ugrađenu elektroniku, crta se električni priključak (utikač) na simbolu.

Regulator uspoređuje zadani položaj w s izmjerenim x i iz pogreške e = w − x određuje upravljački signal; pojačalo daje struju servoventila, ventil daje protok u cilindar, a senzor položaja zatvara petlju. Petlja radi dok pogreška ne postane nula; tada je ventil u srednjem položaju.

Neće pouzdano. Iza crpke, ispred regulatora protoka, tlak je stalno visok: višak ulja odlazi kroz sigurnosni ventil, pa je tlak tamo blizu 160 bar već tijekom gibanja, neovisno o sili na alatu. Sklopka bi prekinula prešanje prerano, odmah pri pokretanju.

Ispravno je sklopku priključiti na vod između regulatora protoka i cilindra, najbolje neposredno na klipni prostor, gdje tlak odgovara stvarnoj sili. Sklopka se namješta ispod tlaka sigurnosnog ventila, a vod prema njoj mora biti kratak i odzračen.

• Hitno zaustavljanje isključuje napon zavojnica i motor crpke; razvodnici se oprugama vraćaju u sigurni položaj (zatvoreni ili optočni srednji položaj) — to se odlučuje procjenom rizika.
• Teret koji visi zadržava se deblokirajućim nepovratnim ili kočnim ventilom neposredno na cilindru, ne samo razvodnikom (zbog curenja).
• Akumulator se pri isključenju automatski rasterećuje ventilom normalno otvorenim, ili je odvojen zapornim ventilom; na manometru se provjerava da je sustav bez tlaka prije rada na njemu.
• Tlačne sklopke i senzori položaja nadziru stanje; pri kvaru signala (4–20 mA ispod 4 mA) upravljanje zaustavlja gibanje.
• Za preše: dvoručno uključivanje, zaštitne ograde sa sigurnosnim prekidačima i nadzor položaja razvodnika.

• Paralelna hvataljka: prsti se gibaju paralelno, pogon dvoradnim klipom preko klinastog ili polužnog mehanizma; hvat prizmatičnih i okruglih dijelova pri montaži.
• Kutna hvataljka: prsti se zakreću oko zglobova; jednostavnija i jeftinija, za prihvat kad oko predmeta ima prostora (npr. odljevci).
• Vakuumske prihvatnice: ravne ili s mijehom (za zakrivljene površine), za limove, staklo, kartonske kutije; napaja ih ejektor ili vakuum-pumpa.
• Izmjenjivač alata: pneumatski zabravljena spojka između robota i alata koja prenosi i zrak i električne signale; robot sam mijenja hvataljke ili alate.

Svi pneumatski alati na robotu napajaju se kroz robotsku ruku ili vanjski vod s okretnim priključcima, a položaj prstiju prati se magnetskim senzorima.

F_H = m · (g + a) · S / (μ · n) = 1,5 · (9,81 + 5) · 2 / (0,2 · 2) = 111,1 N

Svaki prst mora pritiskati s najmanje oko 111 N; hvataljka se bira prema sili hvata za stvarnu duljinu prstiju (sila pada s krakom). S prstima oblikovanima prema predmetu (oblikovni hvat) teret nosi oblik, a ne trenje, pa potrebna sila pada više puta i hvat je sigurniji pri naglim gibanjima.

m = 0,6 · 0,4 · 0,002 · 7850 = 3,77 kg

F_potr = m · (g + a) · S = 3,77 · 14,81 · 2 = 111,6 N

F_rasp = 4 · 0,06 · 1963,5 = 471,2 N

Raspoloživa sila (471 N) je oko 4,2 puta veća od potrebne, pa prihvat zadovoljava i za vodoravno ubrzanje i za nepotpuno brtvljenje. Kod tankog lima prihvatnice se raspoređuju tako da se lim ne progiba i ne odljepljuje na rubovima; prevelik podtlak može deformirati tanki lim.

Hidraulika se koristi kod teških manipulatora (kovačnice, ljevaonice, rukovanje teškim teretima), mobilnih i hodajućih robota, podvodnih i šumarskih strojeva, te za alate na robotu (hidraulička kliješta za zakovice, stezne naprave).

Prednosti: velika gustoća snage — zglob male mase daje velik moment, pa robot nosi teret usporediv s vlastitom masom; otpornost na udarce i preopterećenje (sigurnosni ventil), mogućnost držanja tereta bez stalne električne snage. Nedostaci: curenje ulja (nepoželjno u čistim prostorima), potreba za agregatom ili crpkom na robotu, složenija regulacija i održavanje, buka.

Pneumatski mišić je elastična cijev obavijena pletenom mrežicom: pod tlakom se širi u promjer i skraćuje po duljini, pa vuče kao biološki mišić. Daje veliku silu na početku kontrakcije, nema klipa ni trenja brtvi, lagan je i ne curi, ali mu hod iznosi samo oko 20–25 % duljine, a sila pada s kontrakcijom.

Meka hvataljka ima prste od elastomera s komorama koje se pod tlakom savijaju i obuhvaćaju predmet. Prilagođava se obliku bez senzora, ne oštećuje osjetljive predmete (voće, pekarski proizvodi, jaja), ali ima malu silu i nisku točnost. Koriste se u prehrambenoj industriji, rehabilitacijskoj robotici i suradnji s ljudima.

specifična energija: e = 5,5 kW / (0,8 · 60 m³/h) = 0,1146 kWh/m³

V = 60 Nl/min · 60 · 4000 = 14 400 m³/god

W = 14 400 · 0,1146 = 1650 kWh → 247,5 €

Curenje od 60 Nl/min (više od trostruke potrošnje naprave SL-3) godišnje stoji oko 248 €, a uklanja se zamjenom brtve ili spojnice. Isplativost otklanjanja curenja gotovo je uvijek vrlo brza.

Q_cur = Q_K · t_opt / T = 800 · 20 / 120 = 133 Nl/min

udio = 133 / 800 · 100 = 16,7 %

Curenja od oko 17 % isporuke upućuju na zanemarenu mrežu; dobro održavana mreža ima curenja ispod 5–10 %. Mjesta curenja traže se ultrazvučnim detektorom ili pjenom za otkrivanje curenja, označuju i otklanjaju redom od najvećih. Mjerenje se ponavlja nakon popravka da se potvrdi učinak.

Intervali su orijentacijski: stvarni se određuju prema uputama proizvođača opreme i uvjetima rada. Svaki zahvat bilježi se u dnevnik održavanja, a prije rada na sustavu on se odzrači i osigura od ponovnog uključenja.

1. Provjeriti tlak tijekom gibanja, ne samo u mirovanju: ako tlak pada ispod 6 bar kad se B giba, uzrok je premali protok (zaprljan pročistač, premali regulator, predugačko ili pregnječeno crijevo).
2. Provjeriti prigušno-nepovratni ventil: je li prigušnica pritvorena ili ventil ugrađen obrnuto (prigušuje ulazni umjesto izlaznog zraka).
3. Provjeriti prigušivač buke na ispuhu razvodnika — začepljeni prigušivač ponaša se kao prigušnica.
4. Provjeriti propusnost brtve klipa: s cilindrom na kraju hoda i odspojenim suprotnim priključkom osjeti se ili čuje trajno propuhivanje.
5. Provjeriti mehaniku: zaglavljivanje alata, trošenje vodilica, krivo namješten graničnik.

Redoslijed ide od jednostavnijih i jeftinijih provjera prema zahtjevnijima; mijenja se samo jedan element odjednom i nakon svakog zahvata ponavlja probni ciklus.

Glavni zadaci: praćenje razine i temperature ulja, pregled curenja i stanja crijeva (starost, oštećenja), provjera tlakova (sigurnosni ventil, akumulator — predtlak dušika), praćenje buke crpke, redovita zamjena filtarskih uložaka, analiza i zamjena ulja, provjera električnih sklopki.

Filtarski uložak mijenja se kad pokazivač zaprljanosti (mjeri razliku tlakova na filtru) pokaže granicu, a ne samo po kalendaru. Ulje se mijenja prema rezultatima analize (viskoznost, kiselost, voda, čistoća prema ISO 4406, sadržaj metala od trošenja) ili, ako analize nema, prema intervalu iz uputa. Novo ulje ulijeva se kroz filtar, jer i novo ulje često nije dovoljno čisto.

Tri broja označavaju razrede broja čestica u 1 ml ulja: prvi za čestice ≥ 4 µm, drugi za ≥ 6 µm, treći za ≥ 14 µm. Razred 18 znači više od 1300 do 2500 čestica ≥ 4 µm po ml, razred 16 više od 320 do 640 čestica ≥ 6 µm, a razred 13 više od 40 do 80 čestica ≥ 14 µm. Svaki razred više približno udvostručuje broj čestica.

Za sustave s proporcionalnim ventilima uobičajeno se traži oko 17/15/12 ili bolje, pa je ulje 18/16/13 na granici ili malo prljavije od preporučenog; potrebno je bolje filtriranje. Za obične razvodnike i zupčaste crpke 18/16/13 je uglavnom prihvatljivo. Točne zahtjeve daje proizvođač komponenti.

t(70 °C) = 10 000 / 2 = 5000 h; t(80 °C) = 10 000 / 2² = 2500 h

pri 80 °C: 2500 / 4000 = 0,625 god. (oko 7,5 mjeseci)

Iz istog pravila: pri 60 °C ulje traje oko 2,5 godine, a pri 80 °C samo oko 7,5 mjeseci. Hladnjak ulja i rasterećenje crpke u mirovanju (vidi pitanje o zagrijavanju u modulu 5) izravno se isplaćuju kroz dulji vijek ulja i brtvi. Pravilo je gruba procjena, a ne podatak proizvođača.

• Potrošnja zraka (mjerač protoka na ulazu u stroj): porast u mirovanju znači curenje.
• Tlak u mreži i na potrošačima: pad tijekom gibanja znači premali protok ili zaprljan pročistač.
• Vrijeme gibanja cilindra (iz senzora položaja): produljenje upućuje na trošenje brtvi, zaprljanje ili promjenu opterećenja.
• Razlika tlakova na filtru: zaprljanost uloška, planiranje zamjene.
• Temperatura i čistoća ulja (senzor čestica, senzor vlage): starenje i onečišćenje ulja.
• Broj ciklusa razvodnika i cilindara: zamjena prema stvarnom radu, a ne kalendaru.

Podaci se prikupljaju u PLC-u ili pristupniku (npr. preko IO-Link senzora), pohranjuju i analiziraju; kad veličina odstupi od uobičajene, sustav izdaje upozorenje prije kvara — to je prediktivno održavanje.

Kad je Y1 pod naponom, zrak struji kroz ejektor i stvara podtlak na prihvatnici. Vakuumska sklopka B1 javlja kad podtlak dosegne namještenu vrijednost (npr. −0,5 bar); tek tada robot smije krenuti. Za brzo otpuštanje predmeta dodaje se razvodnik za „ispuh” koji kratko dovodi zrak u vakuumski vod.

Precizan opis sheme:

1. Izvor i pripremna grupa napajaju priključak 1 razvodnika 5/2 (bistabilnog ili monostabilnog s magnetom Y1).
2. Iz priključka 4 (zatvaranje prstiju) vod prolazi kroz deblokirajući nepovratni ventil (ventil za zadržavanje tlaka) u komoru za zatvaranje hvataljke; upravljački priključak tog ventila spojen je iscrtkano na vod iz priključka 2.
3. Iz priključka 2 (otvaranje) vod ide izravno u komoru za otvaranje hvataljke; odvojak s njega deblokira nepovratni ventil voda 4.
4. Hvataljka se crta kao dvoradni cilindar s dva prsta.

Kad tlak u mreži padne, nepovratni ventil zadržava zrak u komori za zatvaranje, pa hvataljka drži predmet. Otvara se tek kad razvodnik dovede tlak na priključak 2, koji istodobno otvara nepovratni ventil. Alternativa je hvataljka s ugrađenom oprugom koja drži prste zatvorenima.

Senzori šalju mjerene veličine upravljačkom računalu stroja ili pristupniku; podaci se pohranjuju s vremenskom oznakom, a analiza uspoređuje trenutne vrijednosti s uobičajenima. Kad odstupanje prijeđe prag, nastaje nalog za održavanje i intervencija se planira prije kvara. Petlja se zatvara provjerom učinka nakon zahvata.