VJEŽBA V2 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V2 · 2 sata
Direktno upravljanje jednoradnim cilindrom
Prva vježba spajanja: jednoradni cilindar upravlja se izravno ručnim razvodnikom 3/2, bez ikakvih posrednih elemenata. Na njoj se uči čitati i slagati shemu, provjeriti silu i potrošnju zraka te vidjeti gdje su granice direktnog upravljanja.
- složiti i pustiti u rad direktno upravljanje jednoradnim cilindrom prema shemi
- objasniti ulogu priključaka 1, 2 i 3 razvodnika 3/2 i razliku između izvedbe NC i NO
- izračunati silu klipnjače uz silu opruge i trenje te najmanji potreban tlak
- procijeniti potrošnju zraka po hodu zajedno s obujmom vodova
- obrazložiti kada je direktno upravljanje prikladno, a kada nije
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 3.2 Osnovni pneumatski sklopovi.
Pitanja i zadaci na ovoj stranici su bez odgovora. Rješenje s postupkom otvara se gumbom Prikaži rješenje ispod svakog pitanja, a upute za nastavnika nalaze se na dnu stranice.
Zadatak
U otpremi se na kartonske kutije utiskuje žig s oznakom serije. Radnik postavi kutiju uz graničnik i pritisne tipkalo; dok drži tipkalo, žig s jastučićem natopljenim bojom pritišće stijenku kutije. Kada otpusti tipkalo, žig se odmakne. Za čist otisak na valovitom kartonu treba pritisna sila od oko 100 N; veća sila gnječi karton.
Žig pokreće jednoradni cilindar 1A1 s povratnom oprugom, promjera klipa 20 mm i hoda 25 mm. Uzmimo da opruga na kraju hoda djeluje silom 24 N, a gubitak zbog trenja brtvi iznosi 10 % teorijske sile. Cilindrom upravlja ručni razvodnik 3/2 normalno zatvoren s tipkalom i povratnom oprugom (1S1), povezan s cilindrom poliuretanskom cijevi 6/4 mm duljine 1,5 m. Mreža daje 6 bar, a radnik otisne oko 12 kutija u minuti.
Složite sklop na didaktičkoj ploči, pustite ga u rad i provjerite ponašanje, a zatim odgovorite na pitanja. Budući da razvodnik s tipkalom ovdje neposredno upravlja cilindrom, označen je kao signalni element 1S1; u sljedećoj vježbi taj će se posao razdvojiti na signalni i upravljački razvodnik.
Oprema i pribor
- didaktička ploča s pneumatskim elementima i priborom za pričvršćivanje;
- pripremna grupa s pročistačem, regulatorom tlaka i manometrom te uklopnim ventilom 3/2 s ručnim zasunom;
- razdjelni blok s nepovratnim priključcima;
- jednoradni cilindar s povratnom oprugom, Ø20, hod 25 mm;
- ručni razvodnik 3/2 NC s tipkalom i oprugom (po mogućnosti izvedba koja se može prespojiti u NO);
- poliuretanske cijevi 6/4 mm duljine 0,5 m, 1,5 m i 3 m, rezač cijevi;
- zaporni čep za priključak, zaporni sat (štoperica) ili mobitel s mjeračem vremena;
- simulacijski program za pneumatiku po izboru za pripremu sheme prije spajanja.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Sve spojeve radite isključivo s odzračenim sustavom: zatvorite uklopni ventil i provjerite na manometru da je tlak pao na nulu. Cijev se u nepovratni priključak utiskuje do kraja, a vadi se tek nakon pritiska na prsten priključka — nikad povlačenjem pod tlakom. Neučvršćena cijev pod tlakom „bičuje" i može ozlijediti oko, zato pri radu nosite zaštitne naočale. Ne stavljajte prste ispred klipnjače, a zrak iz priključka nikad ne usmjeravajte prema tijelu.
Shema
Shema na slici V2.1 crta se odozdo prema gore, u smjeru toka energije: izvor 0Z i pripremna grupa 0Z1 na dnu, razvodnik u sredini, izvršni element na vrhu. Razvodnik je nacrtan u položaju mirovanja (desno polje, uz oprugu): priključak 2 spojen je s ispuhom 3, a priključak 1 je zatvoren, pa je komora cilindra bez tlaka i opruga drži klipnjaču uvučenu.
Postupak
- Složite shemu u simulacijskom programu i provjerite rad: pritisak na tipkalo izvlači klipnjaču, otpuštanje je vraća.
- Zatvorite uklopni ventil. Na ploči pričvrstite cilindar, razvodnik 1S1 i razdjelni blok; razvodnik postavite tako da je tipkalo lako dohvatljivo.
- Spojite razdjelni blok s priključkom 1 razvodnika, a priključak 2 cijevlju od 1,5 m s priključkom cilindra. Provjerite da je priključak 3 slobodan ili da na njemu ima prigušivač zvuka.
- Regulator namjestite na 6 bar, otvorite uklopni ventil i poslušajte propušta li koji spoj.
- Pritisnite tipkalo i držite ga, pa otpustite. Opišite gibanje. Zatim samo kratko dodirnite tipkalo i opišite što se događa.
- Izmjerite vrijeme od pritiska tipkala do dolaska klipnjače u krajnji položaj, po pet puta za cijev od 0,5 m, 1,5 m i 3 m (sustav prije svake zamjene odzračite). Upišite srednje vrijednosti.
- Spustite tlak na 3 bar, pa na 2 bar, i promatrajte izlazi li klipnjača do kraja i koliko snažno pritišće podlogu (npr. komad kartona).
- Ako izvedba razvodnika to dopušta, prespojite ga u NO (zamjenom priključaka 1 i 3 prema uputi proizvođača) i ponovite ispitivanje.
- Odzračite sustav, rastavite sklop i vratite elemente na mjesto.
Pitanja i zadaci
1. Zašto se za jednoradni cilindar koristi razvodnik 3/2, a ne 2/2? Što bi se dogodilo s razvodnikom 2/2?
Prikaži rješenje
Razvodnik 2/2 ima samo dovod i izlaz: može napuniti komoru, ali je ne može odzračiti. Nakon otpuštanja tipkala zrak bi ostao zarobljen u cilindru i klipnjača bi ostala izvučena. Treći priključak (3) služi upravo za ispuštanje zraka iz komore u okolinu, pa opruga može vratiti klip.
2. Izračunajte teorijsku silu i stvarnu pritisnu silu žiga na kraju hoda pri 6 bar. Je li dovoljna za otisak?
Prikaži rješenje
A = π · 20² / 4 = 314,2 mm²; Ft = 0,6 N/mm² · 314,2 mm² = 188,5 N.
Trenje: 10 % · 188,5 = 18,8 N; opruga na kraju hoda: 24 N. F = 188,5 − 18,8 − 24 = 145,6 N.
To je više od potrebnih 100 N, pa je otisak siguran; višak od oko 45 N može već gnječiti tanji karton (vidi zadatak 3).
3. Na koji tlak treba namjestiti poseban regulator ispred 1S1 da bi pritisna sila bila točno 100 N?
Prikaži rješenje
F = p · A · 0,9 − Fop ⇒ p = (F + Fop) / (0,9 · A) = (100 + 24) / (0,9 · 314,2) = 0,439 N/mm² = 4,4 bar.
Tlak se ne smije sniziti na glavnoj pripremnoj grupi jer bi to utjecalo na sve ostale potrošače; ugrađuje se zaseban regulator tlaka samo za ovaj krug.
4. Izračunajte potrošnju zraka po jednom otisku zajedno s cijevi od 1,5 m (unutarnji promjer 4 mm) i u minuti pri 12 otisaka. Koliki udio otpada na cijev?
Prikaži rješenje
Cilindar: 314,2 mm² · 25 mm = 7854 mm³; cijev: π · 4² / 4 · 1500 = 18 850 mm³. Ukupno 26 704 mm³ = 0,0267 l pri tlaku; · 6,923 = 0,185 Nl po otisku.
U minuti: 12 · 0,185 = 2,22 Nl/min. Na cijev otpada 18 850 / 26 704 = 71 % potrošnje. Kod malih cilindara i dugih vodova vod troši više zraka od samog cilindra — i to je jedan od razloga za indirektno upravljanje.
5. Što se događa ako netko priključak 3 razvodnika zatvori čepom? Kako biste taj kvar prepoznali na stroju?
Prikaži rješenje
Pritiskom na tipkalo klipnjača izlazi normalno, ali nakon otpuštanja zrak iz komore nema kamo izaći: klipnjača ostaje izvučena ili se tek vrlo polako vraća koliko propuštaju brtve. Prepoznaje se po tome što „žig visi" i što pri odvajanju cijevi od cilindra izlazi zrak iako tipkalo nije pritisnuto. Isto se događa ako se prigušivač zvuka na priključku 3 začepi prašinom — zato se prigušivači redovito provjeravaju.
6. Za drugu napravu klipnjača mora biti izvučena u mirovanju (drži zaklopku), a uvlačiti se samo dok je tipkalo pritisnuto. Nacrtajte shemu.
Prikaži rješenje
Koristi se razvodnik 3/2 normalno otvoren: u mirovanju je 1 spojen s 2, a 3 zatvoren, pa je komora pod tlakom. Pritiskom na tipkalo 2 se spaja s 3, komora se odzračuje i opruga uvlači klipnjaču. Nedostatak: pri nestanku zraka zaklopka se ipak spušta, pa rješenje nije prikladno ako ta funkcija ima sigurnosnu ulogu.
7. Pri mjerenju ste dobili vrijeme izvlačenja 0,15 s s cijevi od 0,5 m i 0,32 s s cijevi od 3 m. Objasnite razliku i izračunajte koliko se zraka po otisku troši s cijevi od 3 m.
Prikaži rješenje
Dulja cijev ima veći obujam koji se prije pomaka klipa mora napuniti, i veći otpor strujanju, pa tlak u komori sporije raste. Obujam cijevi od 3 m: 12,57 mm² · 3000 mm = 37 700 mm³. Ukupno s cilindrom: (37 700 + 7854) · 6,923 / 10⁶ = 0,315 Nl, što je 1,7 puta više nego s cijevi od 1,5 m. (Izmjerena vremena ovdje su primjer; vaša ovise o opremi.)
8. Navedite tri razloga zbog kojih se direktno upravljanje ne koristi za velike cilindre ili kada je tipkalo daleko od cilindra.
Prikaži rješenje
(1) Sav radni zrak prolazi kroz ručni razvodnik, pa bi on za velik cilindar morao biti velik, težak za pritisak i skup. (2) Dugi radni vod između tipkala i cilindra povećava potrošnju zraka i usporava gibanje. (3) Operater drži u ruci element koji izravno pokreće silu; nema mogućnosti za logičke uvjete, zaštitne blokade ni vremenske funkcije. Rješenje je indirektno upravljanje: mali signalni ventil upravlja velikim razvodnikom koji je uz cilindar.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba traje 2 sata (2 × 45 min) i često je prvo stvarno spajanje na ploči, pa predvidite vrijeme za rukovanje cijevima i priključcima. Za svaku radnu skupinu pripremite komplet elemenata i tri odrezane cijevi. Provjerite da prigušivači zvuka nisu začepljeni i da pripremna grupa ima ispravan manometar. Ako razvodnici ne omogućuju prespajanje u NO, zadatak 6 riješite samo u simulaciji.
Tijek sata
- Uvod: pravila sigurnosti, rukovanje nepovratnim priključcima, čitanje sheme odozdo prema gore — 10 min.
- Slaganje sheme u simulaciji i provjera — 10 min.
- Spajanje na ploči, puštanje u rad i provjera nepropusnosti — 20 min.
- Mjerenje vremena izvlačenja za tri duljine cijevi i ispitivanje pri 3 i 2 bar — 25 min.
- Prespajanje u NO ili simulacija te rješavanje računskih zadataka — 15 min.
- Rastavljanje, pospremanje i kratka rasprava o granicama direktnog upravljanja — 10 min.
Očekivani rezultati
Klipnjača izlazi samo dok je tipkalo pritisnuto; kratki dodir daje djelomičan hod. Vrijeme izvlačenja raste s duljinom cijevi. Pri 2 bar sila je 0,2 · 314,2 · 0,9 − 24 ≈ 33 N, pa žig jedva dodiruje podlogu. Računski: 188,5 N teorijski, 145,6 N stvarno; 4,4 bar za 100 N; 0,185 Nl po otisku, 2,22 Nl/min, cijev 71 %.
Česte pogreške
- Cijev nije utisnuta do kraja u priključak pa pod tlakom iskoči.
- Cilindar se spaja na priključak 1 ili 3 umjesto na 2.
- Promjena spoja radi se pod tlakom.
- U proračunu sile zaboravlja se oduzeti sila opruge, a u potrošnji obujam cijevi.
- Razvodnik se na shemi crta u aktiviranom položaju, s priključcima na lijevom polju.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravno i nepropusno spojen sklop, pravilno pušten u rad | 5 |
| Poštivanje pravila sigurnosti (odzračivanje, naočale, rukovanje cijevima) | 3 |
| Mjerenja vremena upisana i protumačena | 3 |
| Računski zadaci 2, 3, 4 i 7 s postupkom | 5 |
| Shema s razvodnikom 3/2 NO (zadatak 6) i odgovori na pitanja 1, 5 i 8 | 4 |
| Ukupno | 20 |