VJEŽBA V10 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V10 · 2 sata
Tlačno upravljanje proslijednim tlačnim ventilom
Kuglični ležaj utiskuje se u kućište dok ne sjedne na naslon, a povrat klipnjače pokreće porast tlaka u cilindru, a ne položaj. Vježba pokazuje proslijedni tlačni ventil, namještanje tlaka prebacivanja i zamke tlačnog upravljanja.
- složiti sklop s proslijednim tlačnim ventilom i bistabilnim razvodnikom
- izračunati i namjestiti tlak prebacivanja za zadanu silu utiskivanja
- objasniti zašto se tlak mjeri na priključku cilindra i kako prigušivanje odvoda utječe na tlačni signal
- povezati tlačni signal s graničnim ventilom u funkciju I
- procijeniti ponašanje sklopa pri padu tlaka u mreži
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 2.7 Tlačni 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 montaži malih reduktora u kućište od aluminija utiskuje se kuglični ležaj. Ležaj mora sjesti na naslon u provrtu, ali se ne smije utisnuti silom većom od 800 N, jer bi se oštetile staze kotrljanja. Duljina puta do naslona malo se mijenja od komada do komada, pa se povrat ne može pouzdano pokretati graničnim ventilom. Umjesto toga povrat pokreće tlak: kada ležaj sjedne, klipnjača stane, tlak u komori klipa raste i pri namještenoj vrijednosti proslijedni tlačni ventil daje signal za povrat.
Utiskuje dvoradni cilindar 1A1 Ø50/20 mm s hodom 60 mm (η = 0,9). Radnik pokreće ciklus tipkalom 1S1, koje daje signal 14 bistabilnom razvodniku 5/2 (1V1). Komora klipa povezana je mjernim vodom s proslijednim tlačnim ventilom 1V2, koji se sastoji od tlačnog pilot-ventila s podesivom oprugom i razvodnika 3/2 NC; njegov izlaz daje signal 12. Sila otpora pri utiskivanju prije sjedanja iznosi oko 500 N. Mreža daje 6 bar.
Izračunajte tlak prebacivanja, složite sklop, namjestite ga i ispitajte, uključujući pokus s prigušivanjem odvoda.
Oprema i pribor
- didaktička ploča s pneumatskim elementima, pripremna grupa, uklopni ventil i razdjelni blok;
- dvoradni cilindar Ø50 (ili dostupan) i bistabilni razvodnik 5/2 s pneumatskim upravljanjem s obje strane;
- proslijedni tlačni ventil s podesivim tlakom prebacivanja;
- ventil 3/2 NC s tipkalom, ventil 3/2 NC s valjkom (zadatak 5), prigušno-nepovratni ventil;
- dva manometra s T-spojnicama (komora klipa i ulaz u 1V2);
- čvrst graničnik ili drveni blok na koji klipnjača nalegne i tako predstavlja naslon ležaja;
- simulacijski program za pneumatiku po izboru s prikazom tlaka u komorama cilindra.
Sigurnost pri radu
Pažnja
U ovom sklopu klipnjača namjerno pritišće čvrst graničnik — graničnik mora biti čvrsto učvršćen i ne smije biti ruka ni alat. Cilindar Ø50 pri punom tlaku daje više od 1 kN. Ako je proslijedni ventil namješten na tlak koji mreža ne može dati, klipnjača ostaje pritisnuta na graničnik neograničeno dugo: sklop se tada zaustavlja zatvaranjem uklopnog ventila, a ne rukom. Tlak prebacivanja namještajte polako i samo alatom predviđenim za to.
Shema
Proslijedni tlačni ventil 1V2 nacrtan je na slici V10.1 u iscrtkanom okviru. Tlak iz komore klipa dolazi mjernim vodom na ulaz tlačnog pilot-ventila i djeluje protiv podesive opruge. Kada tlak nadvlada oprugu, pilot-ventil propušta zrak na upravljački priključak razvodnika 3/2, koji iz mreže daje puni signal na 12 razvodnika 1V1. Mjerni vod spojen je izravno na cilindar, ne na razvodnik.
Postupak
- Izračunajte tlak prebacivanja za 800 N (zadatak 2). U simulacijskom programu složite shemu i promotrite tlak u komori klipa tijekom hoda i nakon nalijeganja.
- Na odzračenoj ploči pričvrstite cilindar i ispred klipnjače čvrst graničnik približno na 50 mm hoda. Složite sklop prema slici V10.1 s manometrom na komori klipa.
- Proslijedni ventil namjestite na najveći tlak. Postavite 1V1 u „uvučeno" i pustite 6 bar. Pritisnite 1S1: klipnjača nalegne na graničnik i ostaje pritisnuta.
- Dok klipnjača pritišće graničnik, polako smanjujte tlak prebacivanja dok 1V2 ne prebaci i klipnjača se ne vrati. Ponovite i namjestite prebacivanje na 4,5 bar prema manometru.
- Izvedite deset ciklusa i zapišite najveći tlak na manometru u svakom ciklusu.
- U vod prstenaste komore ugradite prigušno-nepovratni ventil za prigušivanje odvoda i pritvorite ga. Pokrenite ciklus i opišite što se događa prije nalijeganja.
- Ugradite granični ventil 1S2 u niz s proslijednim ventilom prema zadatku 5 (1S2 postavite nekoliko milimetara prije graničnika) i ponovite korak 6.
- Uklonite prigušni ventil. Spustite tlak mreže na 4 bar i pokrenite ciklus. Opišite ponašanje, zatvorite uklopni ventil i vratite 6 bar.
- Odzračite, rastavite i pospremite elemente.
Pitanja i zadaci
1. Od čega se sastoji proslijedni tlačni ventil i kako radi? Po čemu se razlikuje od regulatora tlaka?
Prikaži rješenje
Sastoji se od tlačnog pilot-ventila s podesivom oprugom i razvodnika 3/2 NC s pneumatskim upravljanjem. Mjereni tlak djeluje na pilot-ventil protiv opruge; kada ga nadvlada, pilot-ventil prebaci razvodnik 3/2, koji propušta puni tlak iz mreže na izlaz. Rezultat je signal (da/ne) kada tlak prijeđe namještenu vrijednost. Regulator tlaka, naprotiv, ne daje signal, nego održava stalan izlazni tlak i time ograničava silu.
2. Na koliki tlak treba namjestiti proslijedni ventil da se povrat pokrene pri sili utiskivanja 800 N? Kolika je sila pri namještenih 4,5 bar?
Prikaži rješenje
A = π · 50² / 4 = 1963,5 mm². Nakon nalijeganja prstenasta komora je odzračena, pa je sila određena samo tlakom u komori klipa: p = F / (A · η) = 800 / (1963,5 · 0,9) = 0,453 N/mm² = 4,53 bar.
Namješta se 4,5 bar, uz koji je sila 0,45 · 1963,5 · 0,9 = 795 N — malo ispod granice, što je ispravna strana.
3. Koliki je tlak u komori klipa tijekom utiskivanja prije nalijeganja, kad je otpor 500 N? Postoji li opasnost od preranog prebacivanja?
Prikaži rješenje
p = 500 / (1963,5 · 0,9) = 0,283 N/mm² = 2,8 bar (uz zanemariv protutlak u prstenastoj komori). To je 1,7 bar ispod tlaka prebacivanja, pa uz neprigušen odvod nema opasnosti. Tlak skoči na 4,5 bar tek kada ležaj sjedne i klipnjača stane.
4. Zašto je mjerni vod spojen izravno na priključak cilindra, a ne na izlaz 4 razvodnika 1V1?
Prikaži rješenje
Dok zrak struji, u vodu između razvodnika i cilindra nastaje pad tlaka: na izlazu razvodnika tlak je viši nego u komori klipa. Mjerni vod na razvodniku mogao bi zato prebaciti proslijedni ventil tijekom gibanja, prije nego ležaj sjedne. Nakon zaustavljanja tlakovi se izjednače, ali prerano prebacivanje tada je već nastalo. Mjerenjem na cilindru mjeri se upravo tlak koji stvara silu.
5. U koraku 6 klipnjača se vratila prije nego je dotaknula graničnik. Objasnite zašto i dopunite signalni dio tako da se to ne može dogoditi.
Prikaži rješenje
Kod prigušivanja odvoda u prstenastoj komori nastaje protutlak, a da bi se klip gibao, tlak u komori klipa mora ga svladati — pa se i tijekom gibanja približava punom tlaku mreže. Proslijedni ventil vidi 4,5 bar već u hodu i prebacuje prerano. Rješenje je funkcija I: tlačni signal vrijedi samo ako je klipnjača u završnom dijelu hoda. Na slici V10.2 granični ventil 1S2 napaja proslijedni ventil, pa signal 12 nastaje samo kada su ispunjena oba uvjeta. Isto se može izvesti ventilom dvostrukog tlaka.
6. Izračunajte potrošnju zraka po ciklusu. Uzmite u obzir da komora klipa na kraju hoda ima samo 4,5 bar, jer razvodnik tada prebaci.
Prikaži rješenje
Komora klipa: 1963,5 · 60 · (4,5 + 1,013) / 1,013 / 10⁶ = 0,1178 l · 5,442 = 0,64 Nl.
Prstenasta komora (puni se na 6 bar pri povratu): Apr = 1649,3 mm²; 1649,3 · 60 · 6,923 / 10⁶ = 0,69 Nl.
Ukupno 1,33 Nl po ciklusu, oko 12 % manje nego kad bi se komora klipa punila na 6 bar (1,50 Nl). (Hod je ovdje uzet kao puni hod od 60 mm; ako ležaj sjedne ranije, potrošnja je razmjerno manja.)
7. Što se dogodilo u koraku 8, kada je tlak mreže bio 4 bar? Kako se takav kvar prepoznaje u pogonu i kako se sprječava?
Prikaži rješenje
Tlak u komori klipa ne može prijeći 4 bar, pa proslijedni ventil namješten na 4,5 bar nikad ne prebacuje. Klipnjača ostaje pritisnuta na ležaj silom 0,4 · 1963,5 · 0,9 = 707 N i ne vraća se — stroj „stoji" usred ciklusa. Prepoznaje se po manometru i po tome što klipnjača ostaje izvučena. Sprječava se nadzorom tlaka mreže (npr. tlačnom sklopkom koja zabranjuje start), namještanjem tlaka prebacivanja s rezervom prema najnižem tlaku mreže i vremenskim nadzorom ciklusa.
8. Zašto se ovdje ne koristi samo granični ventil na kraju hoda, kao u vježbi s automatskim povratom?
Prikaži rješenje
Položaj u kojem ležaj sjedne mijenja se zbog tolerancija kućišta i ležaja. Granični ventil namješten prerano vratio bi klipnjaču prije sjedanja, a namješten prekasno nikad ne bi bio dosegnut ili bi zahtijevao utiskivanje punom silom od 1060 N. Tlačni signal ovisi o sili, pa radi neovisno o točnom položaju naslona. Granični ventil ima smisla kao dodatni uvjet (zadatak 5), ne kao zamjena.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Vježba traje 2 sata (2 × 45 min). Najvažnija priprema je čvrst i siguran graničnik ispred klipnjače (blok učvršćen na ploču, ne u ruci). Provjerite da se proslijedni ventil može namjestiti u području 2–6 bar i da manometar na komori klipa ima dovoljno točnu skalu. Za pokus iz koraka 8 pripremite regulator na glavnoj pripremnoj grupi ili zaseban regulator ispred razdjelnog bloka.
Tijek sata
- Uvod: tlačno upravljanje, dijelovi proslijednog ventila, izračun tlaka prebacivanja — 10 min.
- Simulacija s prikazom tlaka u komorama — 10 min.
- Spajanje, postavljanje graničnika i namještanje tlaka prebacivanja — 25 min.
- Deset ciklusa, pokus s prigušivanjem odvoda i dopuna s 1S2 — 25 min.
- Pokus pri 4 bar — 5 min.
- Računski zadaci, rasprava, pospremanje — 15 min.
Očekivani rezultati
Nakon namještanja klipnjača se vraća kada manometar pokaže 4,5 ± 0,2 bar. S pritvorenim prigušivanjem odvoda povrat nastaje prerano, u hodu; s 1S2 u nizu sklop ponovno radi ispravno. Pri 4 bar u mreži klipnjača se ne vraća. Računski: 4,53 bar za 800 N, 795 N pri 4,5 bar; 2,8 bar tijekom utiskivanja; 1,33 Nl po ciklusu; 707 N pri 4 bar.
Česte pogreške
- Mjerni vod spojen je na izlaz razvodnika ili na prstenastu komoru.
- Razvodnik 3/2 u proslijednom ventilu nije napojen iz mreže, pa izlazni signal nema punog tlaka.
- Tlak prebacivanja namješta se dok klipnjača nije naslonjena, pa se namjesti gotovo na nulu.
- Sila se računa s tlakom mreže (6 bar) umjesto s tlakom prebacivanja.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Ispravan spoj, mjerni vod na cilindru, siguran graničnik | 4 |
| Namješten tlak prebacivanja i zapis deset ciklusa | 4 |
| Pokus s prigušivanjem odvoda, dopuna s 1S2 i objašnjenje | 4 |
| Računski zadaci 2, 3 i 6 | 5 |
| Pokus pri 4 bar i odgovori 7 i 8 | 3 |
| Ukupno | 20 |