VJEŽBA V4 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V4 · 2 sata
Upravljanje brzinom klipnjače cilindra
Brzina klipnjače dvoradnog cilindra namješta se prigušno-nepovratnim ventilima tako da klizna zaštitna vrata zatvaraju polako, a otvaraju brže. Mjeri se vrijeme hoda, računa brzina i uspoređuje prigušivanje dovoda s prigušivanjem odvoda.
- složiti sklop za upravljanje brzinom dvoradnog cilindra s dva prigušno-nepovratna ventila
- namjestiti zadana vremena hoda i izmjeriti ih
- izračunati brzinu klipnjače, potreban protok zraka i potrošnju po ciklusu
- usporediti prigušivanje dovoda i odvoda na temelju pokusa
- objasniti zašto prigušivanje ograničava brzinu, a ne silu
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.6 Protočni ventili, 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
Kabina za pjeskarenje ima klizna zaštitna vrata mase oko 18 kg. Vrata pomiče dvoradni cilindar 1A1 Ø32/12 mm s hodom 300 mm: izvlačenjem se vrata zatvaraju, uvlačenjem otvaraju. Radnik ih uključuje ručnim razvodnikom 5/2 s ručicom i zasunom (1V1), koji ostaje u postavljenom položaju i nakon što se ručica pusti. Mreža daje 6 bar, a vrata se otvaraju i zatvaraju oko 30 puta u satu.
Bez prigušivanja vrata udaraju u krajnji položaj brzinom većom od 0,5 m/s, što je opasno za ruke i oštećuje vodilice. Zadano je: zatvaranje u 2,0 s (srednja brzina 0,15 m/s), otvaranje u 1,0 s (0,3 m/s). Brzine se namještaju dvama prigušno-nepovratnim ventilima 1V2 i 1V3 ugrađenima uz priključke cilindra, tako da se prigušuje odlazni zrak.
Složite sklop, namjestite zadana vremena, zabilježite mjerenja i zatim pokusom usporedite prigušivanje odlaznog i dolaznog zraka.
Oprema i pribor
- didaktička ploča s pneumatskim elementima, pripremna grupa s manometrom, uklopni ventil i razdjelni blok;
- dvoradni cilindar Ø32 (ili najbliži dostupan) s hodom 200–300 mm; ako je hod kraći, vremena preračunajte na istu srednju brzinu;
- ručni razvodnik 5/2 s ručicom i zasunom (ili razvodnik 5/2 s tipkalom kao zamjena);
- dva prigušno-nepovratna ventila s podesivim vijkom i skalom ili brojivim okretajima;
- dva prigušivača s podesivom prigušnicom za ispuhe (za zadatak 7);
- zaporni sat ili mobitel s mjeračem vremena, po mogućnosti snimka usporene kamere;
- simulacijski program za pneumatiku po izboru s prikazom dijagrama put–vrijeme.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Cilindar s hodom 300 mm pri punom tlaku izlazi vrlo brzo i s velikom energijom. Prije prvog puštanja tlaka obje prigušnice zatvorite pa otvorite približno jedan okretaj, kako cilindar ne bi „izletio". Cilindar čvrsto pričvrstite i ne držite ruke na putu klipnjače. Prigušni vijak okrećite samo alatom ili rukom izvan područja gibanja. Zapamtite: prigušnica smanjuje brzinu, ali ne smanjuje silu kad se klipnjača zaustavi na zapreci.
Shema
Na slici V4.1 prigušno-nepovratni ventili ugrađeni su neposredno uz priključke cilindra. Nepovratni ventil propušta dolazni zrak slobodno prema cilindru, a odlazni zrak mora kroz prigušnicu. Pri izvlačenju zrak izlazi iz prstenaste komore, pa brzinu zatvaranja određuje 1V3; pri uvlačenju zrak izlazi iz komore klipa, pa brzinu otvaranja određuje 1V2.
Postupak
- U simulacijskom programu složite shemu, namjestite prigušnice i promotrite dijagram put–vrijeme: kako se mijenja nagib pravca kada se prigušnica pritvara?
- Na odzračenoj ploči pričvrstite cilindar i spojite 1V2 i 1V3 što bliže priključcima cilindra, u smjeru prikazanom na slici. Spojite razvodnik 1V1.
- Obje prigušnice zatvorite do kraja i otvorite po jedan okretaj. Pustite tlak od 6 bar i prebacite ručicu nekoliko puta.
- Postupno otvarajte 1V3 dok vrijeme izvlačenja ne bude oko 2,0 s, a zatim 1V2 dok vrijeme uvlačenja ne bude oko 1,0 s. Svako vrijeme izmjerite pet puta i izračunajte srednju vrijednost.
- Za tri položaja prigušnice 1V3 (npr. 0,5, 1 i 2 okretaja) izmjerite vrijeme izvlačenja i upišite ga u tablicu.
- Odzračite sustav i okrenite oba ventila za 180°, tako da prigušuju dolazni zrak. Brzinu izvlačenja sada određuje 1V2 (dovod u komoru klipa): namjestite njime približno isto vrijeme izvlačenja kao prije i promatrajte jednolikost gibanja pri malim brzinama.
- Vratite ventile u izvorni položaj. Rukom (uz rukavicu) lagano zakočite klipnjaču pri izvlačenju i opišite kako se ponaša brzina.
- Odzračite, rastavite i pospremite elemente.
| Položaj prigušnice 1V3 | tizv (s), srednja vrijednost | vizv = s / t (mm/s) | Opažanje |
|---|---|---|---|
| 0,5 okretaja | … | … | … |
| 1 okretaj | … | … | … |
| 2 okretaja | … | … | … |
| prigušivanje dovoda, isto vrijeme | … | … | … |
Pitanja i zadaci
1. Izračunajte kinetičku energiju vrata od 18 kg pri 0,15 m/s i pri 0,5 m/s. Što zaključujete?
Prikaži rješenje
E = m · v² / 2. Pri 0,15 m/s: 18 · 0,0225 / 2 = 0,20 J; pri 0,5 m/s: 18 · 0,25 / 2 = 2,25 J.
Brzina je 3,3 puta veća, a energija 11 puta veća, jer raste s kvadratom brzine. Tu energiju u krajnjem položaju preuzimaju prigušenje krajnjeg položaja cilindra, vodilice i ruka koja se nađe na putu — zato je smanjenje brzine najučinkovitija mjera.
2. Izmjerili ste tizv = 2,4 s i tuvl = 0,9 s pri hodu 300 mm. Izračunajte srednje brzine i recite koju prigušnicu i u kojem smjeru treba podesiti.
Prikaži rješenje
vizv = 300 / 2,4 = 125 mm/s, vuvl = 300 / 0,9 = 333 mm/s.
Zatvaranje je sporije od zadanog (2,0 s), pa treba malo otvoriti 1V3. Otvaranje je brže od zadanog (1,0 s), pa treba malo pritvoriti 1V2. Nakon svakog podešavanja mjerenje se ponavlja, jer su prigušnice osjetljive na mali zakret vijka.
3. Koliki protok zraka (u Nl/min) ulazi u cilindar pri izvlačenju brzinom 0,15 m/s? Kolika je potrošnja po ciklusu i u satu?
Prikaži rješenje
A = π · 32² / 4 = 804,2 mm²; Q = A · v = 804,2 · 150 = 120 640 mm³/s pri radnom tlaku; · 6,923 · 60 / 10⁶ = 50,1 Nl/min.
Potrošnja po ciklusu: Apr = 804,2 − 113,1 = 691,2 mm²; (804,2 + 691,2) · 300 · 6,923 / 10⁶ = 3,11 Nl. U satu (30 ciklusa): 93 Nl. Prigušivanje ne mijenja potrošnju po ciklusu — obujam koji se puni isti je, samo se puni sporije.
4. Zašto se kod dvoradnih cilindara u pravilu prigušuje odlazni, a ne dolazni zrak? Opišite što ste vidjeli u koraku 6.
Prikaži rješenje
Pri prigušivanju odvoda klip je stegnut između dvaju zračnih jastuka: u komori klipa je puni tlak, a u prstenastoj komori protutlak koji ovisi o prigušnici. Gibanje je jednoliko i malo ovisi o promjeni opterećenja. Pri prigušivanju dovoda protutlaka nema; tlak iza klipa raste sporo dok ne svlada trenje mirovanja, klip tada skoči, tlak padne i klip stane — nastaje trzajuće gibanje, osobito pri malim brzinama i s vučnim teretom. Prigušivanje dovoda koristi se kod jednoradnih cilindara i vrlo malih cilindara.
5. Kolikom silom vrata pritišću ruku koja se nađe između krila i okvira, ako su obje prigušnice gotovo zatvorene? Što to znači za sigurnost?
Prikaži rješenje
Kad se klipnjača zaustavi, protok prestaje, a tlak u komori klipa naraste do punih 6 bar; protutlak u prstenastoj komori kroz prigušnicu padne na nulu. Sila je F = 0,6 · 804,2 · 0,9 ≈ 434 N, bez obzira na položaj prigušnice. Prigušnica ograničava brzinu, ali ne i silu stezanja. Za ograničenje sile potrebni su regulator tlaka u vodu za zatvaranje, sigurnosni rub na krilu vrata ili nadzor sile.
6. Zašto se prigušno-nepovratni ventili ugrađuju izravno na priključke cilindra, a ne uz razvodnik?
Prikaži rješenje
Između prigušnice i klipa nalazi se stlačeni zrak koji se ponaša kao opruga. Što je taj obujam manji, to je zračni jastuk krući, a brzina jednoličnija i neovisnija o opterećenju. Dugi vod između cilindra i prigušnice povećava taj obujam i pogoršava jednolikost gibanja, a na početku hoda klip „poskoči" dok se protutlak ne uspostavi.
7. Prigušno-nepovratne ventile treba zamijeniti prigušivačima s podesivom prigušnicom na ispusima razvodnika 1V1. Nacrtajte shemu i označite koji ispuh određuje koju brzinu.
Prikaži rješenje
Pri izvlačenju razvodnik spaja 2 s 3, pa odlazni zrak iz prstenaste komore izlazi kroz ispuh 3: prigušivač na 3 određuje brzinu zatvaranja. Pri uvlačenju razvodnik spaja 4 s 5, pa prigušivač na 5 određuje brzinu otvaranja. Rješenje je jeftinije, ali je prigušnica daleko od cilindra, pa je gibanje manje jednoliko nego s ventilima uz cilindar.
8. Za jednoradni cilindar s oprugom treba odvojeno namjestiti brzinu izvlačenja i brzinu povrata. Kako biste to izveli?
Prikaži rješenje
Jednoradni cilindar ima samo jedan priključak, pa se u isti vod ugrađuju dva prigušno-nepovratna ventila u nizu, okrenuta suprotno: prvi prigušuje dolazni zrak (brzina izvlačenja), drugi odlazni zrak (brzina povrata). Kod jednoradnog cilindra prigušivanje dovoda je jedini način za izvlačenje, jer s druge strane klipa nema zraka koji bi se mogao prigušiti.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba traje 2 sata (2 × 45 min). Cilindar s dužim hodom daje točnija mjerenja vremena; ako je dostupan samo kratki hod, mjerite pomoću snimke mobitela i brojenja sličica. Unaprijed zatvorite sve prigušnice na jedan okretaj. Za pokus iz koraka 6 dobro je da cilindar vuče mali teret (npr. uteg preko koloture ili klizač s trenjem), jer se trzanje tada jasnije vidi.
Tijek sata
- Ponavljanje: prigušni i prigušno-nepovratni ventil, simbol i smjer protoka — 10 min.
- Simulacija i dijagram put–vrijeme — 10 min.
- Spajanje i sigurno puštanje u rad s pritvorenim prigušnicama — 15 min.
- Namještanje zadanih vremena i mjerenja za tablicu — 25 min.
- Pokus s prigušivanjem dovoda i kočenjem klipnjače — 15 min.
- Računski zadaci, shema s prigušivačima, pospremanje — 15 min.
Očekivani rezultati
Vrijeme hoda raste kako se prigušnica pritvara, ali ne linearno s brojem okretaja. Pri prigušivanju dovoda gibanje je pri malim brzinama trzajuće i s izraženim kašnjenjem polaska. Računski: 0,20 J prema 2,25 J; 125 i 333 mm/s; 50,1 Nl/min; 3,11 Nl po ciklusu; 434 N sile na zapreci.
Česte pogreške
- Prigušno-nepovratni ventil ugrađen je obrnuto, pa prigušuje dovod umjesto odvoda.
- Brzina izvlačenja pokušava se namjestiti na ventilu uz komoru klipa (1V2) umjesto na strani klipnjače (1V3).
- Mjeri se samo jedno vrijeme, bez ponavljanja i srednje vrijednosti.
- Pretpostavka da pritvorena prigušnica čini vrata „sigurnima" jer su spora.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravan spoj i smjer prigušno-nepovratnih ventila, sigurno puštanje u rad | 4 |
| Namještena zadana vremena (±10 %) i popunjena tablica mjerenja | 5 |
| Opis i tumačenje pokusa s prigušivanjem dovoda | 3 |
| Računski zadaci 1, 2, 3 i 5 | 5 |
| Shema s prigušivačima na ispusima i odgovori 6 i 8 | 3 |
| Ukupno | 20 |