VJEŽBA V6 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V6 · 2 sata
Logička funkcija ILI — naizmjenični ventil
Zaklopka lijevka za doziranje granulata otvara se tipkalom na upravljačkoj ploči ili nožnim ventilom uz vreću — dovoljno je jedno od dvaju mjesta. Vježba pokazuje naizmjenični ventil kao pneumatsku logičku funkciju ILI i zašto se dva signala ne smiju spojiti običnom T-spojnicom.
- složiti sklop s naizmjeničnim ventilom i provjeriti tablicu stanja funkcije ILI
- objasniti zašto se signali ne spajaju T-spojnicom
- izračunati potrebnu silu i najmanji tlak za pogon zaklopke te potrošnju zraka
- proširiti sklop na tri mjesta uključivanja
- prepoznati kvar sjedišta naizmjeničnog ventila po simptomima
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.5 Zaporni ventili, 3.3 Logičke, vremenske i tlačne funkcije.
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 pogonu za preradu plastike granulat se iz lijevka dozira u vreće. Na dnu lijevka je zaklopka koju preko poluge zakreće dvoradni cilindar 1A1 Ø32/12 mm s hodom 50 mm. Zaklopka je otvorena dok traje signal, a zatvara se kad signal nestane. Radnik zaklopku otvara ili tipkalom 1S1 na upravljačkoj ploči, ili nožnim ventilom 1S2 uz mjesto punjenja, kada objema rukama drži vreću.
Oba signalna elementa su ventili 3/2 NC. Njihovi signali spajaju se u naizmjeničnom ventilu 1V1 (ventil ILI), čiji izlaz upravlja razvodnikom 5/2 s pneumatskim upravljanjem i povratnom oprugom (1V2). Za zakretanje zaklopke uz trenje granulata treba moment od 12 N·m, a krak poluge je 40 mm (uzmimo da je krak tijekom hoda približno stalan). Mreža daje 6 bar; zaklopka se otvara oko 40 puta u satu.
Složite sklop, provjerite tablicu stanja, pokušajte isti zadatak riješiti T-spojnicom i objasnite razliku.
Oprema i pribor
- didaktička ploča s pneumatskim elementima, pripremna grupa, uklopni ventil i razdjelni blok;
- dvoradni cilindar Ø32 (ili dostupan) s hodom 50 mm;
- razvodnik 5/2 s pneumatskim upravljanjem i povratnom oprugom;
- dva ventila 3/2 NC s tipkalom (jedan kao zamjena za nožni ventil), za zadatak 6 i treći;
- dva naizmjenična ventila, jedna T-spojnica;
- manometar s T-spojnicom za mjerenje tlaka u upravljačkom vodu;
- simulacijski program za pneumatiku po izboru.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Spajajte samo odzračen sustav i nosite zaštitne naočale. Kod pokusa s T-spojnicom zrak će čujno izlaziti kroz ispuh nepritisnutog ventila — to je očekivano, ali ne usmjeravajte ispuh prema licu. Na stvarnoj napravi zaklopka lijevka može prignječiti ruku u otvoru: ruke se nikad ne stavljaju u otvor lijevka dok je sustav pod tlakom, bez obzira na to s koliko se mjesta zaklopka može otvoriti.
Shema
Naizmjenični ventil ima dva ulaza označena brojem 1 i jedan izlaz 2. Kuglica (ili pločica) zatvara onaj ulaz na kojem nema tlaka, pa zrak iz aktivnog ulaza ide samo prema izlazu. Na slici V6.1 izlaz 2 ventila 1V1 vodi na upravljački priključak 14 razvodnika 1V2.
Postupak
- Složite shemu u simulacijskom programu i provjerite sva četiri stanja ulaza: ništa pritisnuto, samo 1S1, samo 1S2, oba.
- Na odzračenoj ploči složite sklop prema slici V6.1. U vod između 1V1 i priključka 14 umetnite T-spojnicu s manometrom.
- Pustite 6 bar i ispitajte četiri stanja ulaza. Za svako stanje zapišite položaj klipnjače i tlak na manometru.
- Odzračite sustav. Naizmjenični ventil zamijenite T-spojnicom (oba signalna voda i vod prema 14 spojeni u jednoj točki).
- Pustite tlak i pritisnite samo 1S1. Zapišite tlak na manometru, poslušajte ispuh ventila 1S2 i opišite ponašanje razvodnika 1V2.
- Vratite naizmjenični ventil. Na izlaz jednog signalnog ventila spojite zaseban regulator s tlakom 3 bar, na drugi puni tlak od 6 bar; pritisnite oba i očitajte tlak na izlazu 1V1.
- Proširite sklop trećim tipkalom prema zadatku 6 i ispitajte ga.
- Odzračite, rastavite i pospremite elemente.
| 1S1 | 1S2 | Tlak na 14 (bar) | Klipnjača 1A1 |
|---|---|---|---|
| 0 | 0 | … | … |
| 1 | 0 | … | … |
| 0 | 1 | … | … |
| 1 | 1 | … | … |
Pitanja i zadaci
1. Popunite tablicu stanja funkcije ILI za ulaze 1S1 i 1S2 i izlaz (signal na 14). Kako glasi logički izraz?
Prikaži rješenje
0 0 → 0; 1 0 → 1; 0 1 → 1; 1 1 → 1. Izlaz je 1 ako je barem jedan ulaz 1: Y = 1S1 ∨ 1S2 (čita se „1S1 ili 1S2"). Klipnjača je izvučena, a zaklopka otvorena, u tri od četiri stanja.
2. Objasnite što ste vidjeli u koraku 5, kada su signali spojeni T-spojnicom.
Prikaži rješenje
Nepritisnut ventil 3/2 NC u mirovanju spaja svoj izlaz 2 s ispuhom 3. Kroz T-spojnicu zrak iz pritisnutog 1S1 zato odlazi kroz 1S2 u okolinu. Tlak na 14 ostaje nizak (ovisno o otporima, često ispod tlaka prebacivanja), razvodnik ne prebacuje ili prebacuje nesigurno, a iz ispuha 1S2 čujno izlazi zrak. Naizmjenični ventil zatvara upravo taj put prema ispuhu drugog ventila.
3. Kolika sila treba na klipnjači za moment od 12 N·m na kraku 40 mm? Je li Ø32 pri 6 bar dovoljan i koji je najmanji tlak pri kojem još radi (η = 0,9)?
Prikaži rješenje
F = M / r = 12 N·m / 0,040 m = 300 N.
A = 804,2 mm²; Fizv = 0,6 · 804,2 · 0,9 = 434 N — dovoljno, uz rezervu od 45 %.
pmin = 300 / (804,2 · 0,9) = 0,414 N/mm² = 4,1 bar. Kad bi se zaklopka otvarala uvlačenjem, računalo bi se s prstenastom površinom: 0,6 · 691,2 · 0,9 = 373 N, što je također dovoljno.
4. Pri koraku 6 na jednom je ulazu 3 bar, a na drugom 6 bar. Koliki je tlak na izlazu i zašto?
Prikaži rješenje
Na izlazu je 6 bar. Viši tlak potisne kuglicu prema ulazu s nižim tlakom i zatvori ga, pa na izlaz prolazi samo zrak višeg tlaka. Naizmjenični ventil tako „bira" veći od dvaju tlakova, što se koristi i u hidraulici, npr. za dojavu najvećeg tlaka opterećenja.
5. Izračunajte potrošnju zraka cilindra po jednom otvaranju i zatvaranju te u satu (40 ciklusa).
Prikaži rješenje
V = (804,2 + 691,2) · 50 · 6,923 / 10⁶ = 0,52 Nl po ciklusu; u satu 40 · 0,52 = 20,7 Nl. Potrošnja signalnog dijela zanemariva je prema ovoj vrijednosti.
6. Zaklopku treba moći otvoriti s još jednog mjesta, tipkalom 1S3 na drugoj strani lijevka. Nacrtajte signalni dio sheme.
Prikaži rješenje
Jedan naizmjenični ventil ima samo dva ulaza, pa se za tri signala spajaju dva naizmjenična ventila u nizu: 1V1 povezuje 1S1 i 1S2, a 1V2 povezuje izlaz ventila 1V1 i signal 1S3. Izlaz 1V2 vodi na 14 razvodnika, koji sada nosi oznaku 1V3. Za n ulaza potrebno je n − 1 naizmjeničnih ventila.
7. Kada radnik pritisne nožni ventil, iz ispuha tipkala 1S1 na ploči čuje se slabo puhanje, a zaklopka se otvara sporije nego prije. Što je vjerojatni kvar?
Prikaži rješenje
Sjedište naizmjeničnog ventila na strani 1S1 ne brtvi (istrošena ili onečišćena kuglica ili brtva). Dio signala iz 1S2 tada odlazi natrag kroz 1S1 i njegov ispuh 3, kao kod T-spojnice, samo u manjoj mjeri. Tlak na 14 je niži i razvodnik prebacuje sporije. Provjera: manometar na izlazu 1V1 pokazuje manji tlak pri pritisku na 1S2 nego pri pritisku na 1S1. Ventil se čisti ili zamjenjuje.
8. Kolega predlaže da se umjesto naizmjeničnog ventila ugrade dva nepovratna ventila, svaki okrenut prema razvodniku. Hoće li sklop raditi?
Prikaži rješenje
Uključivanje bi radilo: nepovratni ventili propuštaju signal prema 14 i sprječavaju odlazak kroz drugi signalni ventil. Ali nakon otpuštanja tipkala zrak iz upravljačkog voda i komore priključka 14 ne može izaći, jer ga nepovratni ventili zadržavaju. Razvodnik bi ostao prebačen i zaklopka otvorena. Naizmjenični ventil pri nestanku signala pušta upravljački vod da se isprazni natrag kroz signalni ventil koji je bio aktivan.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba traje 2 sata (2 × 45 min). Pripremite po skupini dva naizmjenična ventila, T-spojnicu i manometar s T-spojnicom. Pokus s T-spojnicom je najvažniji dio sata: polaznici trebaju sami čuti i izmjeriti gubitak tlaka. Za korak 6 potreban je zaseban regulator; ako ga nema, pokus pokažite jednom za cijelu skupinu.
Tijek sata
- Uvod: logičke funkcije u pneumatici, simbol i rad naizmjeničnog ventila — 10 min.
- Simulacija i tablica stanja — 10 min.
- Spajanje i ispitivanje četiriju stanja s manometrom — 20 min.
- Pokus s T-spojnicom i pokus s različitim tlakovima — 20 min.
- Proširenje na tri mjesta uključivanja — 15 min.
- Računski zadaci, rasprava o zadacima 7 i 8, pospremanje — 15 min.
Očekivani rezultati
Tablica stanja ILI potvrđena mjerenjem: u tri stanja tlak na 14 je oko 6 bar. S T-spojnicom tlak na 14 znatno pada, a iz ispuha nepritisnutog ventila izlazi zrak. Pri različitim ulaznim tlakovima na izlazu je viši tlak. Računski: 300 N potrebno, 434 N raspoloživo, najmanje 4,1 bar; 0,52 Nl po ciklusu, 20,7 Nl u satu.
Česte pogreške
- Izlaz naizmjeničnog ventila (2) zamijeni se s jednim od ulaza (1).
- Signalni ventili nisu napojeni iz razdjelnog bloka, nego jedan iz drugoga.
- Za tri ulaza traži se „trostruki" naizmjenični ventil umjesto dvaju u nizu.
- Pokus s T-spojnicom tumači se kao kvar ventila 1S2, a ne kao posljedica spoja.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravan spoj i izmjerena tablica stanja | 5 |
| Pokus s T-spojnicom: zapis tlaka i objašnjenje | 4 |
| Računski zadaci 3 i 5 | 4 |
| Shema i ispitivanje s tri mjesta uključivanja | 4 |
| Odgovori na pitanja 4, 7 i 8 | 3 |
| Ukupno | 20 |