VJEŽBA V5 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V5 · 2 sata
Granični ventil — automatski povrat klipnjače
Kratkim pritiskom na tipkalo klipnjača izlazi do kraja, a u krajnjem položaju sama se vraća jer granični ventil s valjkom daje signal za povrat. Vježba uvodi bistabilni razvodnik kao memoriju i prvi signal povratne veze iz stroja.
- složiti sklop s bistabilnim razvodnikom 5/2 i graničnim ventilom s valjkom
- pravilno postaviti i namjestiti granični ventil na krajnjem položaju klipnjače
- objasniti ulogu memorije i ponašanje sklopa pri istodobnim signalima 14 i 12
- izračunati vrijeme hoda iz protoka i potrošnju zraka
- proširiti sklop na neprekidan rad s drugim graničnim ventilom
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 kontrolnom stolu ljevaonice kontrolor pregledava male tlačne odljevke mase do 3 kg. Kada nađe neispravan komad, postavi ga pred izbacivač i kratko pritisne tipkalo 1S1. Dvoradni cilindar 1A1 Ø25/10 mm s hodom 125 mm gurne odljevak u kutiju za škart i sam se vrati kada dosegne prednji krajnji položaj. Kontrolor ne mora držati tipkalo, a cilindar mora uvijek izvesti puni hod.
Cilindrom upravlja bistabilni razvodnik 5/2 (1V1) s dva pneumatska upravljačka priključka, 14 i 12. Signal za izvlačenje daje tipkalo 1S1 (3/2 NC), a signal za povrat granični ventil 1S2 (3/2 NC s valjkom i povratnom oprugom) koji pritisne klipnjača na kraju hoda. Mreža daje 6 bar; kontrolor u prosjeku izbaci šest komada u minuti. Uzmimo da je trenje odljevka o stol μ = 0,3.
Složite sklop, namjestite položaj graničnog ventila, ispitajte ponašanje pri kratkom i pri dugom pritisku tipkala i odgovorite na pitanja.
Oprema i pribor
- didaktička ploča s pneumatskim elementima, pripremna grupa, uklopni ventil i razdjelni blok;
- dvoradni cilindar Ø25 (ili dostupan promjer) s hodom 100–150 mm i nastavkom za pritiskanje valjka;
- bistabilni razvodnik 5/2 s pneumatskim upravljanjem s obje strane (impulsni razvodnik);
- ručni ventil 3/2 NC s tipkalom i dva granična ventila 3/2 NC s valjkom (drugi za zadatak 8), ventil 3/2 s ručicom i zasunom;
- nosači za pričvršćivanje graničnih ventila na ploču, pomično mjerilo;
- simulacijski program za pneumatiku po izboru s prikazom dijagrama put–korak.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Bistabilni razvodnik pamti posljednji signal: nakon ponovnog puštanja tlaka cilindar se može pomaknuti u položaj koji je razvodnik imao prije odzračivanja, bez pritiska na tipkalo. Prije puštanja tlaka provjerite položaj razvodnika (ručno pomoćno upravljanje) i maknite ruke s puta klipnjače. Granični ventil namještajte samo uz odzračen sustav; valjak ne smije biti graničnik — klipnjača ga pritišće bočnim nastavkom, a ne čelom.
Shema
Na slici V5.1 granični ventil 1S2 nacrtan je dolje, uz ostale signalne elemente, a njegov stvarni položaj označen je crticom s oznakom 1S2 na kraju hoda klipnjače. Iscrtkani obris pokazuje izvučenu klipnjaču. U početnom položaju 1S2 nije pritisnut, pa je nacrtan u mirovanju.
Postupak
- U simulacijskom programu složite shemu i promotrite dijagram put–korak za jedan ciklus. Zatim u simulaciji držite tipkalo pritisnutim dulje od trajanja izvlačenja i zabilježite što se događa.
- Na odzračenoj ploči pričvrstite cilindar i granični ventil 1S2 tako da nastavak na klipnjači pritisne valjak u posljednjih 2–3 mm hoda. Provjerite rukom (bez tlaka) da valjak prebacuje prije nego što klip dođe na poklopac.
- Spojite radne vodove 1V1 → 1A1 te signalne vodove 1S1 → 14 i 1S2 → 12. Napojite 1S1, 1S2 i 1V1 iz razdjelnog bloka.
- Prije puštanja tlaka ručnim pomoćnim upravljanjem postavite 1V1 u položaj „uvučeno". Pustite 6 bar.
- Kratko pritisnite 1S1 i opišite ciklus. Ponovite deset puta i provjerite izvodi li cilindar uvijek puni hod.
- Pritisnite 1S1 i držite ga pritisnutim 3 s. Opišite ponašanje i objasnite ga.
- Pomaknite 1S2 za 20 mm prema cilindru i ponovite korak 5. Izmjerite pomičnim mjerilom stvarni hod. Vratite 1S2 na kraj hoda.
- Složite inačicu za neprekidan rad prema zadatku 8 (ili je provjerite u simulaciji) i ispitajte je.
- Odzračite, rastavite i pospremite elemente.
Pitanja i zadaci
1. Zašto se ovdje koristi bistabilni razvodnik, a ne razvodnik 5/2 s povratnom oprugom?
Prikaži rješenje
Razvodnik s oprugom vratio bi se u mirovanje čim kontrolor otpusti tipkalo, pa bi kratki pritisak dao samo djelomičan hod. Bistabilni razvodnik zadržava položaj i nakon nestanka signala 14 (memorija), pa klipnjača izlazi do kraja i vraća se tek kada signal 12 dođe iz graničnog ventila.
2. Opišite što se događa kada kontrolor drži tipkalo 1S1 pritisnutim i nakon što klipnjača stigne do 1S2. Kako se takav signal naziva?
Prikaži rješenje
Na razvodniku istodobno djeluju signal 14 (tipkalo) i signal 12 (granični ventil). Kod bistabilnog razvodnika s jednakim upravljačkim površinama zadržava se položaj koji je prvi postavljen, pa klipnjača ostaje izvučena dok se tipkalo ne otpusti; tek tada signal 12 vraća klipnjaču. Signal 14 koji traje i onda kad bi ga trebalo nestati je blokirajući (preklapajući) signal. Rješava se skraćivanjem signala, npr. ventilom s jednosmjernim valjkom ili kasnije metodama upravljanja (VDMA, kaskadna).
3. Kolika je sila izvlačenja cilindra pri 6 bar (η = 0,9) i je li dovoljna za guranje odljevka od 3 kg?
Prikaži rješenje
A = π · 25² / 4 = 490,9 mm²; F = 0,6 · 490,9 · 0,9 = 265 N.
Sila trenja odljevka: Ftr = μ · m · g = 0,3 · 3 · 9,81 = 8,8 N. Sila je 30 puta veća od potrebne; cilindar je izabran prema krutosti klipnjače i vodilice za hod 125 mm, a ne prema sili. Zato je prikladno ograničiti brzinu prigušno-nepovratnim ventilom kako odljevak ne bi odletio.
4. Kroz razvodnik u cilindar ulazi približno 40 Nl/min. Kolika je srednja brzina izvlačenja i koliko traje izvlačenje, a koliko uvlačenje (uz isti protok)?
Prikaži rješenje
40 Nl/min = 666 700 Nmm³/s. Obujam pri radnom tlaku: 666 700 / 6,923 = 96 300 mm³/s.
Izvlačenje: v = 96 300 / 490,9 = 196 mm/s; t = 125 / 196 = 0,64 s.
Uvlačenje: Apr = 490,9 − 78,5 = 412,3 mm²; v = 96 300 / 412,3 = 234 mm/s; t = 0,54 s. Uvlačenje je brže jer se puni manja prstenasta površina.
5. Izračunajte potrošnju zraka po ciklusu i u minuti (6 ciklusa/min).
Prikaži rješenje
V = (490,9 + 412,3) · 125 · 6,923 / 10⁶ = 0,78 Nl po ciklusu; u minuti 6 · 0,78 = 4,7 Nl/min (bez vodova).
6. Što se događa ako se 1S2 postavi 20 mm prije kraja hoda? A ako se postavi tako da ga klipnjača nikada ne dosegne?
Prikaži rješenje
Ako je 1S2 20 mm prije kraja, klipnjača se vraća nakon približno 105 mm hoda — hod je kraći, a zbog vremena prebacivanja razvodnika klip se ipak pomakne još nekoliko milimetara. Tako se granični ventil može koristiti i za namjerno skraćenje hoda. Ako ga klipnjača ne dosegne, signal 12 nikad ne dolazi: klipnjača ostaje izvučena, a sklop „stoji" u koraku izvlačenja. To je tipičan kvar nakon pomicanja nosača ventila.
7. Nakon ponovnog puštanja tlaka ujutro cilindar je sam izašao, iako nitko nije pritisnuo tipkalo. Objasnite uzrok i predložite mjeru.
Prikaži rješenje
Sustav je prethodni dan odzračen dok je razvodnik 1V1 bio u položaju „izvlačenje" (npr. zbog prekida rada usred ciklusa). Bistabilni razvodnik zadržao je taj položaj i bez tlaka, pa je puštanjem tlaka cilindar odmah izašao. Mjere: prije isključenja završiti ciklus; koristiti uklopni ventil s postupnim puštanjem tlaka; u složenijim sklopovima dodati signal početnog položaja koji pri uključenju postavlja razvodnik u „uvučeno".
8. Za ispitivanje trajnosti cilindar treba raditi neprekidno dok je uključen ventil s ručicom i zasunom 1S1. Dopunite shemu drugim graničnim ventilom 1S3 u stražnjem krajnjem položaju i nacrtajte je.
Prikaži rješenje
Ventil 1S1 s ručicom i zasunom ne daje signal izravno na 14, nego napaja granični ventil 1S3, koji je pritisnut kada je klipnjača uvučena. Dok je 1S1 uključen, svaki povratak klipnjače pritisne 1S3 i daje novi signal 14. Budući da je 1S3 u početnom položaju pritisnut, nacrtan je u aktiviranom položaju (priključci na lijevom polju). Isključenjem 1S1 cilindar dovršava započeti ciklus i ostaje uvučen.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba traje 2 sata (2 × 45 min). Na cilindar unaprijed pričvrstite nastavak (kulisu) za pritiskanje valjka i provjerite da nosači graničnih ventila dopuštaju pomak duž hoda. Pripremite i jedan ventil s jednosmjernim valjkom, ako postoji, kako bi se mogao pokazati uz zadatak 2. Za zadatak 7 dovoljno je na kraju sata odzračiti sustav dok je cilindar izvučen i zatim ponovno pustiti tlak.
Tijek sata
- Uvod: memorija bistabilnog razvodnika, granični ventil i crtanje njegova položaja na shemi — 10 min.
- Simulacija i dijagram put–korak, pokus s dugim pritiskom tipkala — 10 min.
- Spajanje i namještanje graničnog ventila — 20 min.
- Ispitivanje (koraci 5–7) i bilježenje opažanja — 20 min.
- Inačica za neprekidan rad — 15 min.
- Računski zadaci, pokus iz zadatka 7, pospremanje — 15 min.
Očekivani rezultati
Kratkim pritiskom cilindar izvodi puni hod i vraća se sam. Dugim pritiskom klipnjača ostaje izvučena dok se tipkalo ne otpusti. Pomakom 1S2 skraćuje se hod. Računski: 265 N prema 8,8 N trenja; 0,64 s izvlačenje, 0,54 s uvlačenje; 0,78 Nl po ciklusu, 4,7 Nl/min.
Česte pogreške
- Granični ventil postavljen je tako da ga čelo klipnjače pritišće kao graničnik, pa se valjak oštećuje.
- Signal 1S2 spojen je na 14 umjesto na 12, pa cilindar ne reagira ili njiše.
- Granični ventil nije napojen iz razdjelnog bloka (priključak 1 slobodan), pa ne daje signal.
- Granični ventil koji je u početnom položaju pritisnut crta se u mirovanju.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravan spoj i namješten granični ventil (puni hod, bez udara u valjak) | 5 |
| Opis i objašnjenje ponašanja pri dugom pritisku tipkala | 3 |
| Pokus s pomaknutim graničnim ventilom, izmjereni hod | 2 |
| Računski zadaci 3, 4 i 5 | 5 |
| Shema i ispitivanje neprekidnog rada, odgovor na zadatak 7 | 5 |
| Ukupno | 20 |