VJEŽBA V11 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V11 · 2 sata
VDMA metoda s dva cilindra — blokirajući signal
Na napravi za utiskivanje ležajne čahure s dva cilindra pronalazite blokirajuće signale VDMA metodom i uklanjate ih jednosmjernim valjcima. Sklop spajate, puštate u rad i provjeravate proračunom sile, potrošnje zraka i trajanja impulsa.
- napisati uvjete koraka i nacrtati dijagram put–korak sa signalima za slijed A+ B+ B− A−
- prepoznati blokirajuće signale i objasniti zašto zaustavljaju sklop
- ukloniti blokirajuće signale jednosmjernim valjcima i spojiti sklop prema shemi
- izračunati silu utiskivanja, potrošnju zraka i trajanje impulsa jednosmjernog valjka
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 3.4 VDMA metoda.
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 kućište malog reduktora treba utisnuti brončanu ležajnu čahuru. Kućište se ulaže ručno u prizmu, a zatim radi naprava s dva dvoradna cilindra. Cilindar A (Ø40/16 mm, hod 40 mm) steže kućište bočno uz graničnik. Cilindar B (Ø63/20 mm, hod 80 mm) okomito utiskuje čahuru trnom. Kad je čahura utisnuta, trn se vraća, a tek zatim se otpušta stezanje. Redoslijed je dakle
A+ B+ B− A−
Za utiskivanje je, prema probnim mjerenjima na uzorcima, potrebna sila od najviše 1400 N. Mreža daje 6 bar pretlaka, a planirani ritam je 4 ciklusa u minuti. Ciklus pokreće radnik tipkalom S, i to samo kad je cilindar A uvučen (signal a0). Položaje klipnjača javljaju granični ventili 3/2 s valjkom: a0 i a1 za cilindar A, b0 i b1 za cilindar B.
Ako se ti signali spoje „izravno“, sklop se neće ni pokrenuti. U dva koraka na istom razvodniku istodobno djeluju oba upravljačka signala, pa razvodnik ostaje u zatečenom položaju. Takav signal zove se blokirajući signal (preklapajući signal). Vaš je zadatak VDMA metodom, pomoću dijagrama put–korak i dijagrama signala, pronaći blokirajuće signale, ukloniti ih jednosmjernim valjcima (valjak s ručicom koja se zakreće u jednom smjeru i daje samo kratak impuls), spojiti sklop i provjeriti rad.
Oprema i pribor
- ploča za spajanje s pripremnom grupom (pročistač, regulator tlaka s manometrom, zaporni ventil s odzračivanjem) i razdjelnikom zraka;
- dva dvoradna cilindra s nosačima za granične ventile (za vježbu dopušteni su i cilindri manjeg promjera od onih u zadatku, npr. Ø20 ili Ø25 mm);
- dva razvodnika 5/2 s obostranim pneumatskim upravljanjem (bistabilni, „impulsni“ razvodnici);
- dva granična ventila 3/2 s valjkom (a0, b1) i dva granična ventila 3/2 s jednosmjernim valjkom (a1, b0);
- ventil 3/2 s tipkalom (S), po potrebi ventil ILI i ventil 3/2 s mehaničkim zadržavanjem za dodatni zadatak;
- plastične cijevi Ø4 i Ø6 mm, T-spojnice, rezač cijevi, čepovi za neiskorištene priključke;
- zaporna štoperica ili mobilni uređaj za mjerenje vremena, pomično mjerilo, radni list.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Sklop spajajte samo bez tlaka: zaporni ventil pripremne grupe zatvoren, manometar pokazuje 0 bar. Za prvo puštanje namjestite regulator na 3 bar i tek nakon provjere slijeda povećajte na 6 bar. Klipnjača bistabilnog razvodnika može krenuti odmah pri otvaranju zraka, ako je razvodnik ostao prebačen iz prethodnog rada — prije otvaranja pogledajte položaj svih razvodnika i maknite ruke iz zone hoda. Cijev koja se otkači pod tlakom „šiba“; prije otvaranja zraka provjerite je li svaka cijev do kraja utaknuta. Zaštitne naočale su obvezne.
Jednosmjerne valjke ugrađujte prema strelici na kućištu: valjak mora dati impuls u smjeru koji je propisan shemom, a u suprotnom smjeru ručica se samo prelomi i ventil ostaje neaktiviran.
Shema
Oznake na shemi: 1V1 i 2V1 su razvodnici 5/2 cilindara A i B; priključak 14 upravlja izvlačenjem, 12 uvlačenjem. Granični ventili crtaju se u shemi dolje, u redu signalnih elemenata, a njihov stvarni položaj na cilindru označen je crticom iznad cilindra s istom oznakom (a0, a1, b0, b1).
Postupak
- Proučite shemu i napišite za svaki od četiri koraka uvjet koji ga pokreće (pitanje 1). Tek onda počnite spajati.
- Postavite cilindre i razvodnike na ploču. Granične ventile a0, b1 postavite tako da ih klipnjača pritisne u krajnjem položaju. Jednosmjerne valjke a1 i b0 postavite 2–3 mm prije krajnjeg položaja, tako da ih kvačica na klipnjači prijeđe i otpusti.
- Spojite energetski dio: razdjelnik → priključci 1 razvodnika, 4 → strana klipa, 2 → strana klipnjače.
- Spojite upravljački dio: S (izlaz 2) → ulaz 1 ventila a0; a0 → 14 na 1V1; b0 → 12 na 1V1; a1 → 14 na 2V1; b1 → 12 na 2V1. Svi ostali granični ventili napajaju se iz razdjelnika.
- Prije otvaranja zraka ručnim pomoćnim tipkama na razvodnicima (ako ih imaju) postavite oba razvodnika u položaj uvlačenja.
- Otvorite zrak na 3 bar. Pritisnite S i promatrajte slijed. Zapišite je li se ijedan korak zaustavio.
- Pokus s blokirajućim signalom: zatvorite zrak, jednosmjerni valjak b0 zamijenite običnim valjkom koji je pritisnut u krajnjem položaju. Ponovno pokrenite i zapišite što se događa. Vratite jednosmjerni valjak.
- Povećajte tlak na 6 bar, izmjerite trajanje pet uzastopnih ciklusa i izračunajte prosječno vrijeme ciklusa.
- Rastavite sklop bez tlaka, vratite pribor i predajte radni list s odgovorima.
Pitanja i zadaci
1. Za slijed A+ B+ B− A− napišite tablicu: korak, gibanje, signal koji ga pokreće i razvodnik na koji djeluje.
Prikaži rješenje
| Korak | Gibanje | Signal | Priključak |
|---|---|---|---|
| 1 | A+ | S · a0 | 14 na 1V1 |
| 2 | B+ | a1 | 14 na 2V1 |
| 3 | B− | b1 | 12 na 2V1 |
| 4 | A− | b0 | 12 na 1V1 |
Pravilo: svaki korak pokreće signal koji javlja kraj prethodnog koraka. Prvi korak pokreće start u I-spoju s položajem na kraju zadnjeg koraka.
2. Nacrtajte dijagram put–korak za oba cilindra i ispod njega trake trajanja signala a0, a1, b0 i b1. Označite gdje se na istom razvodniku preklapaju signali za suprotna gibanja.
Prikaži rješenje
Signal a1 traje od kraja koraka 1 do početka koraka 4, a b0 traje od početka ciklusa do kraja koraka 1 i ponovno od kraja koraka 3. U koraku 1 na 1V1 istodobno djeluju S·a0 (na 14) i b0 (na 12). U koraku 3 na 2V1 istodobno djeluju b1 (na 12) i a1 (na 14). Blokirajući su signali b0 i a1.
3. Opišite što ste opazili u koraku 7 postupka (obični valjak na mjestu b0) i objasnite zašto.
Prikaži rješenje
Cilindar A ne krene nakon pritiska na S. Obični valjak b0 pritisnut je dok je B uvučen, pa na priključku 12 razvodnika 1V1 stalno ima tlaka. Kad S·a0 dovede tlak na 14, na obje strane razvodnika djeluje jednak tlak na jednake površine upravljačkih klipova i razvodnik ostaje u zatečenom položaju (uvlačenje). Sklop „stoji“ bez ikakve greške u spojevima — to je tipično ponašanje pri blokirajućem signalu.
4. Izračunajte teorijsku i stvarnu silu izvlačenja cilindra B (Ø63 mm) pri 6 bar uz stupanj djelovanja 0,9. Je li sila dovoljna za utiskivanje od 1400 N i kolika je rezerva?
Prikaži rješenje
A = π · D² / 4 = π · 63² / 4 = 3117,2 mm²
Ft = p · A = 0,6 N/mm² · 3117,2 mm² = 1870 N
F = 0,9 · 1870 N ≈ 1683 N
Omjer 1683 / 1400 ≈ 1,20, dakle rezerva je oko 20 %. Sila je dovoljna, ali rezerva nije velika: ako tlak u mreži padne na 5 bar, sila padne na oko 1403 N, što je upravo na granici. Preporuka je ugraditi tlačnu sklopku ili barem manometar na napravi i odrediti najmanji dopušteni tlak rada.
5. Izračunajte potrošnju zraka po ciklusu i u minuti pri 4 ciklusa/min. Za A je Ø40/16 mm, hod 40 mm; za B Ø63/20 mm, hod 80 mm; tlak 6 bar, atmosferski tlak 1,013 bar. Gubitke u cijevima zanemarite.
Prikaži rješenje
Omjer kompresije: (6 + 1,013) / 1,013 = 6,923.
Cilindar A: površina klipa 1256,6 mm², prstenasta površina 1256,6 − 201,1 = 1055,6 mm². Radni volumen izvlačenja i uvlačenja: (1256,6 + 1055,6) · 40 = 92 490 mm³ = 92,5 cm³. Potrošnja: 92,5 · 6,923 ≈ 640 Ncm³ = 0,64 Nl.
Cilindar B: 3117,2 mm² i 3117,2 − 314,2 = 2803,0 mm². Volumen: (3117,2 + 2803,0) · 80 = 473 600 mm³ = 473,6 cm³. Potrošnja: 473,6 · 6,923 ≈ 3,28 Nl.
Ukupno ≈ 3,92 Nl po ciklusu, a pri 4 ciklusa/min ≈ 15,7 Nl/min. Cilindar B troši pet puta više od A jer ima 2,5 puta veću površinu i dvostruko dulji hod.
6. Jednosmjerni valjak a1 ostaje pritisnut dok kvačica na klipnjači prelazi put od 4 mm. Klipnjača A pred krajem hoda ide brzinom 0,15 m/s. Upravljački vod od a1 do 2V1 dug je 2 m, cijev Ø4 mm s unutarnjim promjerom 2,7 mm, a razvodnik se prebaci kad tlak u vodu dosegne 3 bar. Izračunajte trajanje impulsa i količinu zraka potrebnu za punjenje voda do 3 bar. Hoće li razvodnik pouzdano prebaciti ako ventil a1 propušta oko 1 Nl/s?
Prikaži rješenje
Trajanje impulsa: t = s / v = 4 mm / 150 mm/s ≈ 0,027 s = 27 ms.
Volumen voda: V = π · 2,7² / 4 · 2000 mm ≈ 11 450 mm³ = 11,45 cm³. Da bi se tlak u vodu povećao s 0 na 3 bar pretlaka, treba dovesti V · 3 / 1,013 ≈ 33,9 Ncm³ zraka. Pri protoku 1 Nl/s = 1000 Ncm³/s za to treba oko 34 ms.
Impuls (27 ms) kraći je od vremena punjenja (34 ms), pa razvodnik možda neće prebaciti. Rješenja: skratiti upravljački vod (ventil a1 bliže razvodniku), produljiti kvačicu, usporiti kraj hoda A prigušnim ventilom ili umjesto skraćivanja signala primijeniti kaskadnu metodu. Procjena je gruba (protok ventila nije stalan), ali pokazuje zašto jednosmjerni valjci ne rade pouzdano pri velikim brzinama i dugim vodovima.
7. Zašto se jednosmjerni valjak a1 postavlja nekoliko milimetara prije krajnjeg položaja A+? Koja je posljedica takvog postavljanja za tehnologiju utiskivanja?
Prikaži rješenje
Jednosmjerni valjak smije biti samo pregažen, a ne trajno pritisnut: da je u samom krajnjem položaju, ostao bi pritisnut i signal a1 opet bi bio trajan, dakle blokirajući. Zato se postavlja malo prije kraja hoda. Posljedica: signal a1 ne potvrđuje da je A stvarno stegnuo kućište, nego samo da je prošao gotovo cijeli hod. B može krenuti prije nego što je sila stezanja potpuno narasla. Na ovoj napravi to je prihvatljivo jer B putuje 80 mm prije dodira s čahurom, a A u tom vremenu završi hod. Ondje gdje se mora potvrditi sila, dodaje se proslijedni tlačni ventil ili se primjenjuje druga metoda.
8. Dopuna sheme: dodajte na shemu V11.1 ventil 3/2 s mehaničkim zadržavanjem S2 za neprekidan (automatski) rad, tako da S i dalje radi kao pokretanje jednog ciklusa. Nacrtajte gdje se spaja i koji logički element trebate.
Prikaži rješenje
Između tipkala S i ulaza 1 ventila a0 ugrađuje se ventil ILI (naizmjenični ventil). Na jedan ulaz ventila ILI spaja se izlaz tipkala S, na drugi izlaz ventila S2, a izlaz ventila ILI vodi se na priključak 1 ventila a0. Tako je uvjet za A+ jednak (S ∨ S2) · a0. Dok je S2 uključen, svaki povratak A u a0 odmah pokreće novi ciklus; isključenjem S2 sklop završi započeti ciklus i stane u osnovnom položaju. Bez ventila ILI (samo T-spojnicom) zrak iz S2 izlazio bi kroz odzračni priključak nepritisnutog tipkala S.
9. Izmjereno prosječno vrijeme ciklusa bilo je 3,4 s, a radnik ulaže i vadi kućište 11 s. Može li se postići planirani ritam od 4 ciklusa u minuti?
Prikaži rješenje
Ukupno vrijeme jednog komada je 3,4 + 11 = 14,4 s, pa je ostvarivo 60 / 14,4 ≈ 4,2 ciklusa/min. Planirani ritam od 4 ciklusa/min (15 s po komadu) postiže se uz malu rezervu od 0,6 s. Ograničenje je ručno rukovanje, a ne pneumatika.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Po radnom mjestu pripremite dva jednosmjerna valjka i jedan obični valjak viška za pokus s blokirajućim signalom. Provjerite smjer djelovanja svakog jednosmjernog valjka prije sata — obrnuto ugrađen valjak najčešći je uzrok „nerješivog“ kvara. Polaznici trebaju poznavati dijagram put–korak i bistabilni razvodnik 5/2 (jedinice 3.1 i 3.4). Unaprijed podijelite radni list s praznim dijagramom put–korak.
Tijek sata
- 0–15 min: uvod, zadatak, samostalno ispunjavanje tablice uvjeta i dijagrama signala (pitanja 1 i 2).
- 15–25 min: zajednička provjera dijagrama, pronalaženje blokirajućih signala, rasprava o mogućim rješenjima.
- 25–55 min: spajanje sklopa u parovima, prvo puštanje na 3 bar, pokus s običnim valjkom.
- 55–70 min: mjerenje vremena ciklusa na 6 bar, pitanja 4–6.
- 70–85 min: dopuna sheme (pitanje 8), po mogućnosti i izvedba na ploči.
- 85–90 min: rastavljanje, pospremanje, kratki osvrt.
Očekivani rezultati
Polaznik samostalno pronalazi oba blokirajuća signala iz dijagrama, sklop radi u slijedu A+ B+ B− A− i zaustavlja se u osnovnom položaju. Pokus s običnim valjkom mora pokazati zastoj na prvom koraku. Računski rezultati: oko 1683 N, oko 3,9 Nl/ciklus, impuls oko 27 ms.
Česte pogreške
- jednosmjerni valjak ugrađen u pogrešnom smjeru ili tako blizu kraja hoda da ostaje pritisnut;
- tipkalo S spojeno izravno na 14, bez a0 — ciklus se može pokrenuti i iz međupoložaja;
- zamjena priključaka 12 i 14, pa se cilindar giba suprotno od zamišljenog;
- u dijagramu signala signal a1 nacrtan samo kao točka, a ne kao traka do početka A−.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Tablica uvjeta i dijagram put–korak sa signalima | 4 |
| Ispravno određeni blokirajući signali i objašnjenje | 3 |
| Spojen sklop radi u zadanom slijedu i staje u osnovnom položaju | 5 |
| Računski zadaci 4, 5 i 6 | 5 |
| Dopuna sheme za automatski rad | 2 |
| Sigurnost i urednost radnog mjesta | 1 |
| Ukupno | 20 |