VJEŽBA V8 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V8 · 2 sata
Vremenski član — kašnjenje ukapčanja signala
Pri lijepljenju dvaju dijelova klipnjača mora držati spoj pod pritiskom nekoliko sekundi, a zatim se sama vratiti. Vježba uvodi pneumatski vremenski član s kašnjenjem ukapčanja: od čega se sastoji, kako se namješta i o čemu ovisi vrijeme kašnjenja.
- složiti sklop s vremenskim članom s kašnjenjem ukapčanja i bistabilnim razvodnikom
- prepoznati dijelove vremenskog člana i smjer prigušno-nepovratnog ventila u njemu
- namjestiti i izmjeriti zadano vrijeme držanja
- procijeniti vrijeme kašnjenja iz obujma spremnika, protoka kroz prigušnicu i tlaka prebacivanja
- nacrtati dijagram put–vrijeme ciklusa s vremenskim članom
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.8 Kombinacije ventila i posebni pneumatski elementi, 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
Na liniji za sklapanje kućišta rasvjetnih tijela lijepi se prozirni poklopac na okvir. Nakon nanošenja ljepila radnik uloži dijelove u napravu i pritisne tipkalo 1S1. Dvoradni cilindar 1A1 Ø40/16 mm s hodom 40 mm preko ploče pritisne poklopac, a ljepilo treba 4 s pod pritiskom da bi spoj početno očvrsnuo. Nakon toga se klipnjača sama vraća.
Cilindrom upravlja bistabilni razvodnik 5/2 (1V2). U prednjem krajnjem položaju klipnjača pritisne granični ventil s valjkom 1S2, čiji signal ne ide izravno na razvodnik, nego u vremenski član 1V1 s kašnjenjem ukapčanja. Vremenski član sastoji se od prigušno-nepovratnog ventila, malog spremnika i razvodnika 3/2 NC s pneumatskim upravljanjem. Uzmimo da je obujam spremnika 40 cm³, tlak prebacivanja razvodnika 3/2 2,5 bar, a da kroz namještenu prigušnicu struji približno stalnih 1,5 Nl/min. Mreža daje 6 bar; površina lijepljenja je 25 × 60 mm.
Složite sklop, namjestite vrijeme držanja na 4 s, izmjerite ga i odgovorite na pitanja.
Oprema i pribor
- didaktička ploča s pneumatskim elementima, pripremna grupa, uklopni ventil i razdjelni blok;
- dvoradni cilindar Ø40 (ili dostupan) i bistabilni razvodnik 5/2 s pneumatskim upravljanjem s obje strane;
- ventil 3/2 NC s tipkalom, ventil 3/2 NC s valjkom;
- vremenski član s kašnjenjem ukapčanja (kao jedan element) ili njegovi dijelovi: prigušno-nepovratni ventil, spremnik, razvodnik 3/2 NC s pneumatskim upravljanjem;
- manometar s T-spojnicom za mjerenje tlaka u spremniku;
- zaporni sat ili mobitel s mjeračem vremena;
- simulacijski program za pneumatiku po izboru s dijagramom put–vrijeme.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Tijekom vremena držanja klipnjača stoji, ali pritišće punom silom od gotovo 680 N — to nije „mirno" stanje u kojem se smije posegnuti u napravu. Prije puštanja tlaka provjerite položaj bistabilnog razvodnika. Spremnik vremenskog člana ostaje pod tlakom i nakon zatvaranja uklopnog ventila ako je nepovratni ventil u krivom smjeru: prije rastavljanja provjerite manometrom da je tlak pao na nulu.
Shema
Vremenski član na slici V8.1 nacrtan je unutar iscrtkanog okvira jer čini jednu cjelinu. Signal iz 1S2 ulazi s lijeve strane i puni spremnik kroz prigušnicu; nepovratni ventil tada je zatvoren. Kada signal nestane, spremnik se prazni brzo, kroz nepovratni ventil, natrag prema ispuhu ventila 1S2. Tlak iz spremnika djeluje na upravljački priključak 12 razvodnika 3/2, koji iz mreže propušta signal na priključak 12 bistabilnog razvodnika 1V2.
Postupak
- Složite shemu u simulacijskom programu, namjestite vrijeme od 4 s i promotrite dijagram put–vrijeme.
- Na odzračenoj ploči složite sklop. Granični ventil 1S2 postavite na prednji krajnji položaj. Na spremnik vremenskog člana (ili na vod između prigušnice i spremnika) spojite manometar.
- Prigušnicu vremenskog člana otvorite na srednji položaj. Postavite 1V2 u položaj „uvučeno" i pustite 6 bar.
- Pritisnite 1S1 i mjerite vrijeme od dolaska klipnjače na 1S2 do početka povrata. Pratite manometar i zapišite tlak pri kojem razvodnik 3/2 prebaci.
- Podešavajte prigušnicu dok vrijeme držanja ne bude 4,0 ± 0,3 s. Izmjerite ga pet puta.
- Bez promjene prigušnice spustite tlak u mreži na 5 bar i ponovno izmjerite vrijeme. Vratite 6 bar.
- Pokrenite dva ciklusa brzo jedan za drugim i usporedite vremena držanja.
- Odzračite, provjerite manometrom da je spremnik prazan, rastavite i pospremite elemente.
Pitanja i zadaci
1. Od kojih se dijelova sastoji vremenski član s kašnjenjem ukapčanja i koju ulogu ima svaki od njih?
Prikaži rješenje
Prigušnica ograničava protok zraka u spremnik i time određuje brzinu porasta tlaka. Nepovratni ventil usporedo s prigušnicom omogućuje brzo pražnjenje spremnika nakon nestanka signala. Spremnik je obujam koji se puni; što je veći, to je kašnjenje dulje. Razvodnik 3/2 NC s pneumatskim upravljanjem prebaci kada tlak u spremniku dosegne tlak prebacivanja i tada propusti puni signal iz mreže na izlaz 2.
2. Procijenite vrijeme kašnjenja za zadane vrijednosti: V = 40 cm³, tlak prebacivanja 2,5 bar, protok kroz prigušnicu 1,5 Nl/min.
Prikaži rješenje
Da bi se tlak u spremniku podigao s 0 na 2,5 bar pretlaka, u njega treba utjerati zrak obujma V · Δp / pa (preračunato na normalno stanje):
Vn = 0,040 l · 2,5 / 1,013 = 0,0987 Nl.
t = Vn / Qn = 0,0987 Nl / 1,5 Nl/min = 0,0658 min = 3,95 s ≈ 4 s.
Pretpostavka stalnog protoka vrijedi dok je tlak iza prigušnice manji od približno 0,53 apsolutnog tlaka ispred nje (7,013 · 0,528 − 1,013 = 2,69 bar pretlaka) — tlak prebacivanja od 2,5 bar je unutar tog područja. Ovo je pojednostavljeni model; stvarno vrijeme uvijek se namješta mjerenjem.
3. Za drugi proizvod treba 6 s. Koliki bi spremnik trebao uz istu prigušnicu? Što je u praksi jednostavnije?
Prikaži rješenje
Uz isti protok vrijeme raste razmjerno obujmu: V = 40 cm³ · 6 / 3,95 = 61 cm³. U praksi je jednostavnije pritvoriti prigušnicu dok se ne izmjeri 6 s; spremnik se mijenja kada je potrebno kašnjenje izvan raspona prigušnice (npr. više od 30 s).
4. Što se događa s vremenom kašnjenja kad tlak u mreži padne sa 6 na 5 bar? Potkrijepite procjenom.
Prikaži rješenje
Pri kritičnom strujanju protok kroz prigušnicu približno je razmjeran apsolutnom tlaku ispred nje: Qn = 1,5 · 6,013 / 7,013 = 1,29 Nl/min, pa je t = 0,0987 / 1,29 · 60 ≈ 4,6 s. Uz to granica kritičnog strujanja pada na 0,528 · 6,013 − 1,013 = 2,16 bar, što je ispod tlaka prebacivanja, pa se punjenje pri kraju dodatno usporava i stvarno je vrijeme još dulje. Zaključak: vrijeme pneumatskog vremenskog člana ovisi o tlaku, pa za stalno vrijeme treba stalan tlak (regulator).
5. Nacrtajte dijagram put–vrijeme cilindra 1A1 i dijagram signala 1S2 i izlaza vremenskog člana za jedan ciklus. Uzmite izvlačenje 0,5 s, držanje 4 s i uvlačenje 0,4 s.
Prikaži rješenje
Signal 1S2 postaje 1 kada klipnjača dođe u prednji položaj. Izlaz vremenskog člana postaje 1 tek 4 s kasnije i tada počinje povrat. Čim klipnjača napusti 1S2, spremnik se prazni kroz nepovratni ventil i izlaz se vraća na 0 — izlaz je zato kratak impuls.
6. Kolika je sila i srednji tlak na lijepljenoj površini 25 × 60 mm? Kolika je potrošnja zraka po ciklusu?
Prikaži rješenje
A = π · 40² / 4 = 1256,6 mm²; F = 0,6 · 1256,6 · 0,9 = 679 N. Tlak na spoju: 679 N / 1500 mm² = 0,45 N/mm² (0,45 MPa).
Apr = 1256,6 − 201,1 = 1055,6 mm²; V = (1256,6 + 1055,6) · 40 · 6,923 / 10⁶ = 0,64 Nl po ciklusu. Zrak za punjenje spremnika vremenskog člana (≈ 0,1 Nl) nije uključen.
7. Zašto je nepovratni ventil u vremenskom članu važan? Što biste izmjerili u koraku 7 bez njega?
Prikaži rješenje
Bez nepovratnog ventila spremnik bi se i praznio kroz prigušnicu, dakle sporo. Ako bi novi ciklus počeo prije nego se spremnik isprazni, u njemu bi ostao dio tlaka i sljedeće bi kašnjenje bilo kraće. Nepovratni ventil osigurava da svaki ciklus počne s praznim spremnikom, pa je vrijeme ponovljivo.
8. Radnik drži tipkalo 1S1 pritisnutim cijelo vrijeme lijepljenja. Što se događa nakon isteka 4 s?
Prikaži rješenje
Signal 12 iz vremenskog člana dolazi dok je signal 14 još prisutan. Bistabilni razvodnik zadržava položaj „izvlačenje", pa se klipnjača ne vraća dok se 1S1 ne otpusti; tada signal 12 (koji traje dok je 1S2 pritisnut) vraća klipnjaču. To je isti blokirajući signal kao u vježbi s graničnim ventilom; rješava se impulsnim signalom starta ili nekom od metoda upravljanja.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba traje 2 sata (2 × 45 min). Ako je dostupan vremenski član kao jedan element, dobro je da barem jedna skupina složi i inačicu od pojedinačnih dijelova, pa da se rezultati usporede. Manometar na spremniku omogućuje da polaznici vide porast tlaka i očitaju tlak prebacivanja. Pripremite regulator za pokus pri 5 bar.
Tijek sata
- Uvod: dijelovi vremenskog člana, smjer prigušno-nepovratnog ventila, dijagram put–vrijeme — 10 min.
- Simulacija — 10 min.
- Spajanje sklopa i postavljanje graničnog ventila — 20 min.
- Namještanje i mjerenje vremena, očitanje tlaka prebacivanja — 20 min.
- Pokusi pri 5 bar i s dva brza ciklusa — 15 min.
- Računski zadaci, dijagram, pospremanje — 15 min.
Očekivani rezultati
Vrijeme držanja namješteno na 4,0 ± 0,3 s s rasipanjem ponavljanja manjim od 0,2 s. Pri 5 bar vrijeme je primjetno dulje. Uz ispravan nepovratni ventil dva brza ciklusa daju približno jednaka vremena. Računski: 3,95 s; 61 cm³ za 6 s; oko 4,6 s i više pri 5 bar; 679 N, 0,45 N/mm², 0,64 Nl po ciklusu.
Česte pogreške
- Prigušno-nepovratni ventil okrenut obrnuto: spremnik se puni brzo, a prazni sporo — dobiva se kašnjenje iskapčanja umjesto ukapčanja.
- Razvodnik 3/2 u vremenskom članu napaja se iz signala 1S2 umjesto iz mreže, pa izlazni signal ima nizak tlak.
- Vrijeme se mjeri od pritiska na tipkalo, a ne od dolaska klipnjače na 1S2.
- U dijagramu izlaz vremenskog člana crta se kao trajan signal, a ne kao impuls.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravan spoj i smjer prigušno-nepovratnog ventila u vremenskom članu | 4 |
| Namješteno i izmjereno vrijeme držanja, zapisan tlak prebacivanja | 4 |
| Pokusi pri 5 bar i s dva brza ciklusa, tumačenje | 3 |
| Računski zadaci 2, 3, 4 i 6 | 5 |
| Dijagram put–vrijeme i odgovori 7 i 8 | 4 |
| Ukupno | 20 |