VJEŽBA V13 · MODUL 3 · PNEUMATSKO UPRAVLJANJE
Vježba V13 · 2 sata
Kaskadna metoda
Slijed naprave SL-3 za savijanje lima, A+ B+ B− A− C+ C−, rješavate kaskadnom metodom: dijelite ga u grupe, spajate grupne vodove i kaskadni ventil. Tako blokirajući signali nestaju bez jednosmjernih valjaka, a sklop radi pouzdano i pri većim brzinama.
- podijeliti slijed u grupe prema pravilu kaskadne metode i smanjiti broj grupa spajanjem prve i zadnje
- odrediti za svako gibanje grupni vod i signal koji ga pokreće
- spojiti i pustiti u rad kaskadni sklop s tri cilindra i jednim kaskadnim ventilom
- izračunati silu, potrošnju zraka i vrijeme punjenja grupnog voda
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 3.5 Kaskadna 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
Naprava SL-3 savija lim u tri koraka. Cilindar A (Ø32/12 mm, hod 50 mm) steže lim, cilindar B (Ø50/20 mm, hod 100 mm) savija, a cilindar C (Ø25/10 mm, hod 80 mm) izbacuje gotov komad. Redoslijed je
A+ B+ B− A− C+ C−
Mreža ima 6 bar pretlaka (kompresor isporučuje 0,8 m³/min, spremnik 270 l), takt je 12 s, tj. 5 ciklusa u minuti. Ciklus pokreće tipkalo S, samo kad je izbacivač C uvučen (c0).
Ako isti slijed rješavate VDMA metodom, dobivate tri blokirajuća signala: b0 na 1V1 (u koraku 1), a1 na 2V1 (u koraku 3) i a0 na 3V1 (u koraku 6). Tri jednosmjerna valjka značila bi tri kratka impulsa, a svaki od njih može pri većoj brzini ili duljem vodu „promašiti“. Kaskadna metoda rješava to drukčije: slijed se dijeli u grupe, svaka grupa ima svoj grupni vod pod tlakom, a signalni elementi napajaju se iz grupnog voda. Signal koji bi bio blokirajući ostaje bez tlaka čim se grupa promijeni.
Vaš je zadatak podijeliti slijed u grupe, spojiti sklop prema shemi V13.1, pustiti ga u rad i odgovoriti na pitanja.
Oprema i pribor
- ploča za spajanje s pripremnom grupom (regulator namješten na 6 bar, pročistač 40 µm) i razdjelnikom;
- tri dvoradna cilindra s nosačima graničnih ventila;
- četiri razvodnika 5/2 s obostranim pneumatskim upravljanjem: tri za cilindre, jedan kao kaskadni ventil;
- šest graničnih ventila 3/2 s običnim valjkom (a0, a1, b0, b1, c0, c1) i ventil 3/2 s tipkalom (S);
- T-spojnice ili razdjelne letvice za dva grupna voda, cijevi Ø4 i Ø6 mm (grupne vodove izvedite cijevima Ø6 mm, po mogućnosti druge boje);
- štoperica, naljepnice za označavanje vodova I i II, radni list.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Kaskadni ventil je bistabilan i pamti položaj i nakon isključenja zraka. Ako je ostao u položaju II (npr. nakon prekinutog ciklusa), otvaranjem zraka može odmah krenuti gibanje iz grupe II. Prije otvaranja zraka zato pregledajte položaj kaskadnog ventila i svih razvodnika i ručnom pomoćnom tipkom postavite kaskadni ventil u položaj I. Spajanje i preinake radite samo bez tlaka, uz zaštitne naočale. Izbacivač C giba se brzo i nema stezanja — ruke ne stavljajte ispred klipnjače.
Shema
Pravilo spajanja lako se pamti: prvo gibanje u grupi napaja se izravno iz grupnog voda, ostala gibanja preko graničnog ventila koji se napaja iz istog voda, a zadnji signal u grupi ne upravlja cilindrom nego prebacuje kaskadni ventil na sljedeću grupu.
Postupak
- Riješite pitanja 1 i 2 (podjela u grupe) i ispunite tablicu iz pitanja 4 prije spajanja.
- Montirajte cilindre, razvodnike i granične ventile. Sve granične ventile postavite tako da ih klipnjača pritisne u krajnjem položaju — jednosmjerni valjci ovdje nisu potrebni.
- Izvedite grupne vodove I i II kao dvije razdjelne letvice ili niz T-spojnica i označite ih naljepnicama.
- Spojite kaskadni ventil 0V1: 1 na razdjelnik, 2 na vod I, 4 na vod II. Spojite b1 (napajanje iz I) na 14 i c1 (napajanje iz II) na 12 kaskadnog ventila.
- Spojite razvodnike cilindara prema shemi: vod I izravno na 12 na 3V1 (C−); vod II izravno na 12 na 2V1 (B−); S iz voda I u nizu s c0 na 14 na 1V1; a1 iz voda I na 14 na 2V1; b0 iz voda II na 12 na 1V1; a0 iz voda II na 14 na 3V1.
- Ručnim tipkama postavite 0V1 u položaj I, a sve razvodnike cilindara u položaj uvlačenja. Otvorite zrak na 3 bar.
- Pokrenite ciklus tipkalom S. Na manometru ili ručnim pokazivačem tlaka provjerite koji je grupni vod pod tlakom u svakom koraku i upišite u radni list.
- Povećajte tlak na 6 bar, izmjerite trajanje pet ciklusa i usporedite s taktom od 12 s.
- Pokus s kvarom (pitanje 9): zatvorite zrak, ručno prebacite 0V1 u položaj II, ponovno otvorite zrak i opišite što se dogodilo. Zatim rastavite sklop bez tlaka.
Pitanja i zadaci
1. Podijelite slijed A+ B+ B− A− C+ C− u grupe prema pravilu kaskadne metode. Navedite pravilo i broj grupa koji dobivate.
Prikaži rješenje
Pravilo: u jednoj grupi isto slovo (isti cilindar) smije se pojaviti samo jednom. Slijed se čita slijeva i grupa se zatvara čim bi se slovo ponovilo.
A+ B+ | B− A− C+ | C−
Dobivaju se tri grupe: I = A+ B+, II = B− A− C+, III = C−. B− ne smije u prvu grupu jer je B+ već u njoj; C− ne smije u drugu jer je C+ već u njoj.
2. Može li se broj grupa smanjiti? Obrazložite i napišite konačnu podjelu. Koliko kaskadnih ventila treba za tri, a koliko za dvije grupe?
Prikaži rješenje
Slijed je ciklički: nakon C− slijedi A+ novog ciklusa. Zadnja grupa (C−) i prva grupa (A+ B+) nemaju zajedničko slovo, pa se smiju spojiti u grupu C− A+ B+. Konačno:
grupa I: C− A+ B+ · grupa II: B− A− C+
Za n grupa treba n − 1 kaskadnih ventila: za tri grupe dva, za dvije grupe jedan. Manje grupa znači manje ventila, manje prebacivanja i kraće kašnjenje signala. Posljedica spajanja: C− se sad izvodi na početku grupe I, odmah nakon prebacivanja c1, a A+ novog ciklusa čeka S · c0.
3. Nacrtajte dijagram put–korak naprave SL-3 i ispod njega trake trajanja tlaka u grupnim vodovima I i II. Označite signale koji prebacuju grupe.
Prikaži rješenje
Vod I pod tlakom je od početka ciklusa do kraja koraka 2 (signal b1) i ponovno od kraja koraka 5 (signal c1). Vod II pod tlakom je za korake 3, 4 i 5.
4. Ispunite tablicu: gibanje, grupa, signal koji ga pokreće i iz kojeg se voda signal napaja.
Prikaži rješenje
| Gibanje | Grupa | Signal | Napajanje signala |
|---|---|---|---|
| C− | I | prvo u grupi | izravno vod I → 12 na 3V1 |
| A+ | I | S · c0 | vod I → S → c0 → 14 na 1V1 |
| B+ | I | a1 | vod I → a1 → 14 na 2V1 |
| prebacivanje I → II | — | b1 | vod I → b1 → 14 na 0V1 |
| B− | II | prvo u grupi | izravno vod II → 12 na 2V1 |
| A− | II | b0 | vod II → b0 → 12 na 1V1 |
| C+ | II | a0 | vod II → a0 → 14 na 3V1 |
| prebacivanje II → I | — | c1 | vod II → c1 → 12 na 0V1 |
5. Objasnite na primjeru signala a1 zašto u kaskadnom sklopu nema blokirajućih signala, iako je granični ventil a1 pritisnut i za vrijeme koraka B−.
Prikaži rješenje
Ventil a1 napaja se iz voda I. Čim b1 prebaci kaskadni ventil na grupu II, vod I se odzrači kroz kaskadni ventil. Ventil a1 i dalje je mehanički pritisnut, ali na njegovu ulazu 1 nema tlaka, pa ni na 14 razvodnika 2V1. Vod II istodobno izravno djeluje na 12 i B se vraća. Signal a1 „postoji“ mehanički, ali je isključen po grupi; zato mu ne treba skraćivanje.
6. Izračunajte stvarnu silu savijanja cilindra B pri 6 bar (η = 0,9), potrošnju zraka po ciklusu i u minuti pri 5 ciklusa/min te udio te potrošnje u isporuci kompresora.
Prikaži rješenje
Sila: A = π · 50² / 4 = 1963,5 mm² → F = 0,9 · 0,6 · 1963,5 ≈ 1060 N (uvlačenje s prstenastom površinom 1649,3 mm² ≈ 891 N).
Potrošnja uz omjer kompresije 6,923: A (804,2 + 691,2) · 50 mm³ ≈ 74,8 cm³ → 0,52 Nl; B (1963,5 + 1649,3) · 100 mm³ ≈ 361,3 cm³ → 2,50 Nl; C (490,9 + 412,3) · 80 mm³ ≈ 72,3 cm³ → 0,50 Nl. Ukupno ≈ 3,52 Nl po ciklusu, pri 5 ciklusa/min ≈ 17,6 Nl/min.
Udio: 17,6 / 800 ≈ 0,022, tj. oko 2,2 % isporuke kompresora. Upravljački vodovi i kaskadni ventil troše još malo zraka, ali naprava SL-3 kompresor opterećuje neznatno.
7. Grupni vod izveden je cijevi Ø6/4 mm ukupne duljine 1,5 m. Kaskadni ventil pri punjenju propušta oko 2 Nl/s. Koliko zraka treba da se vod napuni s 0 na 6 bar i koliko to približno traje? Što to znači za kaskadu s četiri ili pet grupa?
Prikaži rješenje
Volumen voda: V = π · 4² / 4 · 1500 mm ≈ 18 850 mm³ = 18,85 cm³. Za porast tlaka s 0 na 6 bar pretlaka treba V · 6 / 1,013 ≈ 112 Ncm³. Pri 2 Nl/s = 2000 Ncm³/s to je oko 56 ms, a razvodnici cilindara prebace i prije nego što se vod potpuno napuni.
U kaskadi s više grupa kaskadni ventili spojeni su u niz: zrak za zadnju grupu prolazi kroz sve kaskadne ventile, a pri svakom prebacivanju jedan vod treba odzračiti, a drugi napuniti. Kašnjenje i pad tlaka rastu s brojem grupa; zato se kaskadna metoda u praksi koristi do oko četiri grupe, a za dulje sljedove bira se taktna metoda ili elektropneumatika.
8. Dopuna sheme: nacrtajte kaskadu za varijantu s tri grupe (I = A+ B+, II = B− A− C+, III = C−) — dva kaskadna ventila i tri grupna voda. Navedite koji signal prebacuje na koju grupu.
Prikaži rješenje
Dva kaskadna ventila spajaju se u niz. 0V1 dobiva zrak iz razdjelnika i u jednom položaju napaja vod III, a u drugom ulaz 1 ventila 0V2. Ventil 0V2 napaja vod I ili vod II. U osnovnom položaju pod tlakom je vod III (zadnja grupa), a C− se izvodi izravno iz njega.
- III → I: S · c0 iz voda III prebacuje 0V1 na napajanje ventila 0V2; A+ je prvo gibanje grupe I i napaja se izravno iz voda I.
- I → II: b1 iz voda I prebacuje 0V2 na vod II; B− izravno iz voda II, A− preko b0, C+ preko a0.
- II → III: c1 iz voda II prebacuje 0V1 na vod III.
- Vod III spaja se i na upravljački priključak ventila 0V2 za položaj I, pa se 0V2 vraća u položaj I dok je aktivna grupa III i spreman je za sljedeći ciklus.
Crtež mora pokazati da je u svakom trenutku pod tlakom samo jedan vod i da zrak za vodove I i II prolazi kroz oba kaskadna ventila. Varijanta s tri grupe ima ventil više, jedno prebacivanje više i dulji put zraka; zato je spajanje u dvije grupe bolje rješenje.
9. Opišite što se dogodilo u pokusu s kvarom (0V1 u položaju II pri otvaranju zraka) i kako se takvo stanje sprječava u radu.
Prikaži rješenje
Kad je vod II pod tlakom, odmah djeluje B− (izravno) i A− preko b0 jer je B uvučen; oba cilindra već su uvučena, pa se ništa ne vidi. Zatim a0 (A uvučen) daje C+: izbacivač izleti bez pritiska na S. Kad C dođe u c1, 0V1 prebaci na I, C se vrati i sklop je u osnovnom položaju. Opasnost je neočekivano gibanje pri uključenju. Sprečava se tipkalom za postavljanje u osnovni položaj (signal iz razdjelnika preko ventila ILI na 12 kaskadnog ventila), provjerom osnovnog položaja prije starta i uputom da se ciklus nakon prekida dovrši prije isključenja zraka.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite da su na svakom mjestu četiri bistabilna razvodnika i razdjelne letvice za grupne vodove. Označavanje grupnih vodova bojom ili naljepnicama znatno skraćuje traženje pogrešaka. Poželjno je na vodove I i II postaviti male manometre ili pokazivače tlaka, kako bi polaznici vidjeli koja je grupa aktivna. Polaznici trebaju poznavati VDMA metodu (V11, V12) da bi razumjeli prednost kaskade.
Tijek sata
- 0–15 min: ponavljanje blokirajućih signala SL-3 i pravilo podjele u grupe (pitanja 1 i 2).
- 15–25 min: tablica gibanja i napajanja (pitanje 4), dijagram grupa (pitanje 3).
- 25–60 min: spajanje, postavljanje osnovnog položaja, puštanje u rad pri 3 bar i 6 bar.
- 60–75 min: mjerenje takta, računski zadaci 6 i 7.
- 75–85 min: pokus s kvarom i pitanje 9, rasprava o varijanti s tri grupe (pitanje 8).
- 85–90 min: rastavljanje, osvrt.
Očekivani rezultati
Polaznik dijeli slijed u tri grupe, obrazlaže spajanje u dvije i spaja sklop koji radi u slijedu A+ B+ B− A− C+ C− bez ijednog jednosmjernog valjka. Računski: 1060 N, 3,52 Nl/ciklus, 17,6 Nl/min, oko 2,2 % isporuke kompresora, punjenje voda oko 56 ms.
Česte pogreške
- granični ventil napajan iz razdjelnika umjesto iz grupnog voda — tada se vraća blokirajući signal;
- zadnji signal u grupi spojen na razvodnik cilindra umjesto na kaskadni ventil;
- zamijenjeni vodovi I i II na izlazima 2 i 4 kaskadnog ventila, pa sklop pri otvaranju zraka kreće iz grupe II;
- pri spajanju u dvije grupe zaboravi se da A+ mora čekati c0, pa A kreće dok se C još vraća.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Podjela u grupe i spajanje u dvije grupe s obrazloženjem | 4 |
| Tablica napajanja signala i dijagram grupa | 3 |
| Sklop radi u slijedu i staje u osnovnom položaju | 6 |
| Računski zadaci 6 i 7 | 4 |
| Pokus s kvarom i dopuna sheme | 2 |
| Sigurnost i urednost | 1 |
| Ukupno | 20 |