VJEŽBA V3 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V3 · 2 sata
Indirektno upravljanje jednoradnim cilindrom
Jednoradni cilindar za stezanje obratka upravlja se razvodnikom s pneumatskim upravljanjem postavljenim uz cilindar, a radnik mu daje samo tlačni signal nožnim ventilom. Vježba pokazuje razdvajanje signalnog i energetskog dijela sklopa i što se time dobiva.
- složiti i pustiti u rad indirektno upravljanje jednoradnim cilindrom
- razlikovati signalni element, upravljački razvodnik i izvršni element te ih označiti po normi
- izračunati steznu silu i potrošnju zraka te ih usporediti s direktnim upravljanjem
- izmjeriti najmanji upravljački tlak pri kojem razvodnik 1V1 prebacuje
- prepoznati sigurnosno slabo mjesto stezanja koje traje samo dok traje signal
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
Na stupnoj bušilici buše se provrti u malim lijevanim nosačima. Obradak se ulaže u prizmu, a steže ga jednoradni cilindar 1A1 promjera 40 mm i hoda 30 mm s povratnom oprugom (uzmimo silu opruge na kraju hoda 40 N i gubitke trenja 10 %). Cilindar je na stolu bušilice, a radnik stoji oko 4 m dalje, uz upravljačku ploču; ruke su mu potrebne za ručicu bušilice, pa stezanje uključuje nožnim ventilom.
Kada bi nožni ventil izravno punio cilindar, radni vod od 4,5 m trošio bi mnogo zraka, a velik nožni ventil bio bi skup. Zato se primjenjuje indirektno upravljanje: nožni ventil 1S1 (3/2 NC, mali nazivni protok) šalje samo tlačni signal tankom cijevi PU 4/2,5 mm duljine 4 m do razvodnika 1V1 (3/2 NC s pneumatskim upravljanjem i povratnom oprugom). Razvodnik 1V1 postavljen je uz cilindar i povezan s njim cijevlju PU 8/6 mm duljine 0,5 m. Mreža daje 6 bar; u satu se obradi oko 60 komada.
Složite sklop, pustite ga u rad, izmjerite najmanji upravljački tlak razvodnika 1V1 i odgovorite na pitanja.
Oprema i pribor
- didaktička ploča s pneumatskim elementima, pripremna grupa s manometrom i uklopnim ventilom, razdjelni blok;
- jednoradni cilindar Ø40, hod 30 mm, s povratnom oprugom (ili najbliži dostupan);
- nožni ventil 3/2 NC ili ručni ventil 3/2 NC s tipkalom kao zamjena;
- razvodnik 3/2 NC s pneumatskim upravljanjem i povratnom oprugom;
- zaseban regulator tlaka s manometrom za upravljački vod (za mjerenje najmanjeg upravljačkog tlaka);
- cijevi PU 4/2,5 mm (kolut od 4 m) i PU 8/6 mm (0,5 m) ili dostupne dimenzije, T-spojnica;
- simulacijski program za pneumatiku po izboru.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Spajajte samo odzračen sustav i nosite zaštitne naočale. Stezni cilindar razvija silu veću od 600 N: ne stavljajte prste između klipnjače i obratka ni pri probnom radu. Pri mjerenju upravljačkog tlaka tlak podižite polako, u koracima od 0,2 bar, jer razvodnik prebacuje naglo i cilindar tada izlazi punom silom. Kolut tanke cijevi učvrstite da se pri spajanju ne razmota i ne povuče priključak.
Shema
Na slici V3.1 sklop je podijeljen na dva dijela. Signalni dio čine nožni ventil 1S1 i tanki upravljački vod, nacrtan iscrtkano. Energetski dio čine razvodnik 1V1 i cilindar 1A1, spojeni kratkim radnim vodom. Priključak 12 na razvodniku 1V1 znači da tlak na tom upravljačkom priključku spaja priključak 1 s priključkom 2.
Postupak
- Složite shemu u simulacijskom programu; provjerite da cilindar izlazi dok je nožni ventil pritisnut i vraća se kad se otpusti.
- Na odzračenoj ploči pričvrstite elemente: 1V1 što bliže cilindru, 1S1 na suprotni kraj ploče (ili na pod, ako je nožni).
- Spojite radni dio: razdjelni blok → priključak 1 razvodnika 1V1, priključak 2 → cilindar (cijev 8/6, 0,5 m).
- Spojite signalni dio: razdjelni blok → priključak 1 ventila 1S1, priključak 2 → upravljački priključak 12 razvodnika 1V1 (cijev 4/2,5, 4 m).
- Pustite tlak od 6 bar i ispitajte rad. Zabilježite kasni li izlazak klipnjače za pritiskom na papučicu.
- Između razdjelnog bloka i ventila 1S1 umetnite zaseban regulator s manometrom. Spustite ga na nulu, pritisnite i držite 1S1 te polako podižite tlak dok 1V1 ne prebaci. Zapišite tlak prebacivanja, pa ga spuštajte dok razvodnik ne vrati. Ponovite tri puta.
- Vratite regulator na 6 bar. Glavni tlak na pripremnoj grupi spustite na 3 bar i provjerite rad; zatim ga vratite na 6 bar.
- Odspojite upravljački vod s priključka 12 dok je 1S1 pritisnut (uz zatvoren uklopni ventil!) i opišite što bi se dogodilo pri puknuću upravljačkog voda tijekom bušenja.
- Odzračite, rastavite i pospremite elemente.
Pitanja i zadaci
1. Objasnite oznake 1A1, 1V1 i 1S1. Zašto je nožni ventil označen slovom S, a razvodnik uz cilindar slovom V?
Prikaži rješenje
Prvi broj je broj upravljačkog lanca (lanac cilindra 1). Slovo označava vrstu elementa: A izvršni element (cilindar), V ventil koji upravlja izvršnim elementom ili obrađuje signal, S signalni element (tipkalo, papučica, granični ventil). Zadnji broj je redni broj elementa te vrste u lancu. 1S1 samo daje signal, a 1V1 propušta radni zrak u cilindar.
2. Izračunajte steznu silu cilindra pri 6 bar i pri 3 bar.
Prikaži rješenje
A = π · 40² / 4 = 1256,6 mm². F = p · A · 0,9 − Fop.
6 bar: 0,6 · 1256,6 · 0,9 − 40 = 639 N. 3 bar: 0,3 · 1256,6 · 0,9 − 40 = 299 N.
Sila opruge smanjuje steznu silu, a pri niskom tlaku njezin je udio sve veći.
3. Izračunajte potrošnju zraka po jednom stezanju za ovaj sklop i za direktno upravljanje u kojem bi cijev 8/6 bila duga 4,5 m. Koliko se zraka uštedi u satu (60 stezanja)?
Prikaži rješenje
Cilindar: 1256,6 · 30 = 37 699 mm³. Radni vod 8/6, 0,5 m: 28,27 · 500 = 14 137 mm³. Upravljački vod 4/2,5, 4 m: 4,91 · 4000 = 19 635 mm³.
Indirektno: (37 699 + 14 137 + 19 635) · 6,923 / 10⁶ = 0,495 Nl po stezanju.
Direktno: 28,27 · 4500 = 127 235 mm³; (37 699 + 127 235) · 6,923 / 10⁶ = 1,142 Nl, dakle 2,3 puta više.
U satu: 60 · (1,142 − 0,495) = 38,8 Nl uštede. Ušteda nije velika u apsolutnom iznosu, ali se zbraja na svim steznim mjestima u pogonu.
4. Izmjerili ste da 1V1 prebacuje pri 2,2 bar i vraća se pri 1,4 bar. Kako se zove ta pojava i je li opasna za ovaj sklop?
Prikaži rješenje
Razlika između tlaka uključivanja i isključivanja je histereza razvodnika; posljedica je trenja klipa razvodnika i razlike površina na koje djeluje tlak. Za ovaj sklop nije opasna: signal iz 1S1 ima punih 6 bar, pa je daleko iznad praga. Postaje važna kada je upravljački tlak nizak ili kada signal slabi zbog propuštanja. (Vrijednosti su primjer; vaše ovise o razvodniku.)
5. Zašto se razvodnik 1V1 postavlja što bliže cilindru, a 1S1 može biti daleko?
Prikaži rješenje
Kroz 1V1 prolazi radni zrak; kratak i širok vod znači mali obujam koji se puni pri svakom hodu, malu potrošnju i brzo gibanje. Kroz 1S1 prolazi samo zrak potreban za punjenje tankog upravljačkog voda i upravljačke komore 1V1, pa duljina tog voda malo utječe na potrošnju. Cijena je nešto kasnije prebacivanje zbog punjenja upravljačkog voda.
6. Tijekom bušenja radnik slučajno podigne nogu s papučice. Što se događa i kako biste sklop poboljšali?
Prikaži rješenje
Signal na 12 nestaje, opruga vraća 1V1 u mirovanje, komora se odzračuje i opruga cilindra otpušta obradak dok svrdlo još reže — obradak se može zavrtjeti sa svrdlom. Stezanje koje traje samo dok traje signal nije prikladno. Bolje rješenje je razvodnik s memorijom (bistabilni 3/2 ili 5/2 s dva upravljačka priključka): jedan signal steže, drugi otpušta, a kratkotrajni gubitak signala ne mijenja stanje. Dodatno se stezanje može povezati s uključenjem vretena.
7. Koliki se obujam zraka troši samo na signal (punjenje upravljačkog voda) u satu? Isplati li se tu štedjeti skraćivanjem voda?
Prikaži rješenje
19 635 mm³ · 6,923 / 10⁶ = 0,136 Nl po signalu; · 60 = 8,2 Nl/h. To je zanemarivo prema potrošnji stroja, pa se duljina upravljačkog voda bira prema rasporedu radnog mjesta, a ne prema potrošnji zraka.
8. Stezanje treba izvesti dvoradnim cilindrom Ø40/16 tako da se i otpuštanje ostvaruje tlakom. Nacrtajte shemu uz isti nožni ventil 1S1.
Prikaži rješenje
Umjesto 3/2 koristi se razvodnik 5/2 s pneumatskim upravljanjem (14) i povratnom oprugom. U mirovanju 1 je spojen s 2 (strana klipnjače), pa tlak drži klipnjaču uvučenu; signal na 14 spaja 1 s 4 i cilindar steže. Sila povrata je 0,6 · 1055,6 · 0,9 = 570 N umjesto slabe opruge. Funkcija bez memorije ostaje ista kao u zadatku 6.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba traje 2 sata (2 × 45 min). Pripremite po skupini kolut cijevi od 4 m i zaseban regulator s manometrom. Ako nema nožnog ventila, zamijenite ga ručnim tipkalom 3/2 NC. Za mjerenje histereze najbolje je da regulator ima precizan manometar (razred točnosti 1,6 ili bolji). Prije sata provjerite da razvodnici 1V1 ne propuštaju na ispuhu.
Tijek sata
- Ponavljanje direktnog upravljanja i uvod u signalni i energetski dio sklopa, označivanje elemenata — 10 min.
- Simulacija sheme — 10 min.
- Spajanje i puštanje u rad — 20 min.
- Mjerenje tlaka prebacivanja i vraćanja (tri ponavljanja), rad pri 3 bar — 20 min.
- Pokus s prekidom upravljačkog voda i rasprava o zadatku 6 — 10 min.
- Računski zadaci, shema s dvoradnim cilindrom, pospremanje — 20 min.
Očekivani rezultati
Sklop radi bez propuštanja; kašnjenje zbog upravljačkog voda primjetno je, ali kratko. Tlak prebacivanja tipičnog razvodnika s pneumatskim upravljanjem kreće se oko 2–3 bar, a tlak vraćanja je niži. Računski: 639 N pri 6 bar, 299 N pri 3 bar; 0,495 Nl prema 1,142 Nl po stezanju; 8,2 Nl/h za signal. Polaznici trebaju sami zaključiti da stezanje bez memorije nije sigurno.
Česte pogreške
- Upravljački vod spaja se na priključak 1 razvodnika 1V1 umjesto na 12.
- Razvodnik 1V1 napaja se iz priključka 2 ventila 1S1 (radni zrak prolazi kroz signalni ventil) — sklop radi, ali je to opet direktno upravljanje.
- Upravljački vod crta se punom crtom kao radni vod.
- Pri mjerenju histereze tlak se diže prebrzo pa se prag ne može točno očitati.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravan i nepropustan spoj signalnog i energetskog dijela | 5 |
| Mjerenje tlaka prebacivanja i vraćanja, zapis i tumačenje | 4 |
| Računski zadaci 2, 3 i 7 | 5 |
| Označivanje elemenata i shema s dvoradnim cilindrom | 3 |
| Obrazloženje sigurnosnog nedostatka (zadatak 6) i sigurnost pri radu | 3 |
| Ukupno | 20 |