VJEŽBA V18 · MODUL 4 · ELEKTROPNEUMATIKA
Vježba V18 · 2 sata
Granična sklopka u elektropneumatskom sklopu
Cilindar za skretanje paketa s valjkaste staze izvlači se kratkim pritiskom na S1, a na kraju hoda mehanička granična sklopka B1 preko releja K2 sama ga vraća. Istražujete što se događa pri predugom signalu, uvodite prednost povrata i računate silu, kašnjenje i mjesto ugradnje granične sklopke.
- spojiti elektropneumatski sklop s automatskim povratom klipnjače graničnom sklopkom
- objasniti problem istodobnih signala na bistabilnom ventilu i riješiti ga prednošću povrata
- odrediti mjesto ugradnje granične sklopke iz vremena kašnjenja sklopa i brzine klipnjače
- izračunati potrebnu silu guranja i uštedu zraka smanjenjem radnog tlaka
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 4.2 Tipkala, prekidači i granične sklopke, 4.6 Osnovni elektropneumatski sklopovi i krug samodržanja.
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 valjkastoj stazi skladišta paketi putuju prema otpremi. Pakete za drugu rampu rukovatelj skreće na bočnu stazu: kad paket stigne pred skretnicu, kratko pritisne S1. Dvoradni cilindar 1A1 (Ø32/12 mm, hod 250 mm) gurne paket na bočnu stazu i sam se vrati, bez drugog tipkala. Povratni signal daje mehanička granična sklopka B1 s valjkom, koju na kraju hoda pritisne kvačica na klipnjači.
Razvodnik 1V1 je bistabilni elektromagnetski 5/2 (Y1 izvlačenje, Y2 uvlačenje). S1 uključuje relej K1 (Y1), a B1 relej K2 (Y2). Oznaka B1 slijedi uobičajeno označavanje, u kojem su granične sklopke i senzori u skupini B; u starijim shemama granična sklopka često nosi oznaku S.
Podaci: paket do 8 kg; faktor trenja paketa po bočnoj vodilici i graničniku procjenjuje se na 0,4; klipnjača treba postići brzinu 0,5 m/s na prvih 20 mm hoda. Relej privuče za oko 10 ms, ventil prebaci za oko 20 ms. Mreža ima 6 bar, a na ovom cilindru može se ugraditi i zaseban regulator tlaka.
Oprema i pribor
- ploča za spajanje s pripremnom grupom i razdjelnikom, po mogućnosti dodatni regulator tlaka s manometrom;
- dvoradni cilindar s kvačicom na klipnjači, elektromagnetski razvodnik 5/2 bistabilni, 24 V DC;
- mehanička granična sklopka s valjkom (radni i mirni kontakt), s nosačem koji se može pomicati duž cilindra;
- električna jedinica: napajanje 24 V DC, tipkalo S1, prekidač s zadržavanjem (za dopunski zadatak), dva relejna modula;
- laboratorijski vodiči, multimetar, pomično mjerilo, cijevi Ø6 mm, radni list.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Klipnjača s hodom od 250 mm i brzinom 0,5 m/s udara snažno. Nosač granične sklopke pomičite i namještajte samo bez tlaka, jer ručni pritisak na valjak B1 pokreće povrat, a pritisak na S1 izvlačenje. Granična sklopka ne smije služiti kao mehanički graničnik: kvačica je smije pritisnuti samo do propisanog nadhoda, inače se sklopka lomi. Vodiče spajajte bez napona.
Shema
Simbol granične sklopke u električnoj shemi razlikuje se od tipkala samo aktuatorom: umjesto tipke nacrtan je valjak. Kontakt se crta u neaktiviranom stanju; ako je sklopka u osnovnom položaju stroja pritisnuta, to se na shemi posebno označava.
Postupak
- Montirajte cilindar i graničnu sklopku B1 tako da je kvačica pritisne na kraju hoda. Spojite pneumatski dio: 1 na razdjelnik, 4 na stranu klipa, 2 na stranu klipnjače.
- Bez napona spojite staze 1–4 prema shemi. Za B1 koristite radni kontakt (na sklopki obično 13–14 ili 3–4).
- Postavite razvodnik u položaj uvlačenja, otvorite zrak na 6 bar, uključite napajanje.
- Kratko pritisnite S1. Zapišite slijed: izvlačenje, dodir B1, povrat.
- Pokus: pritisnite i držite S1 dulje od trajanja hoda. Zapišite gdje je klipnjača dok držite S1 i što se dogodi kad ga otpustite.
- Pomaknite B1 za 15–20 mm prema cilindru (prije kraja hoda) i usporedite zvuk i udar na kraju hoda s prethodnim položajem.
- Izvedite prednost povrata (pitanje 6) i ponovite pokus iz koraka 5.
- Smanjite tlak na 2 bar i provjerite gura li cilindar opterećenje (utez ili kutija od oko 8 kg).
- Isključite napon i zrak, rastavite sklop.
Pitanja i zadaci
1. Opišite redom signale i gibanja od kratkog pritiska na S1 do povratka klipnjače u osnovni položaj.
Prikaži rješenje
S1 → K1 privuče → kontakt K1 u stazi 3 uključi Y1 → razvodnik 1→4 → klipnjača se izvlači (S1 je već otpušten, razvodnik pamti položaj) → kvačica pritisne B1 → K2 privuče → kontakt K2 u stazi 4 uključi Y2 → razvodnik 1→2 → klipnjača se vraća → B1 se otpusti → K2 otpusti, razvodnik pamti položaj uvlačenja. Sklop čeka novi pritisak na S1.
2. Opišite rezultat pokusa iz koraka 5 (S1 držan dulje od hoda) i objasnite ga.
Prikaži rješenje
Klipnjača se izvuče i ostane izvučena dok se drži S1, iako je B1 pritisnut. Pod naponom su i Y1 i Y2, a bistabilni razvodnik tada ostaje u zatečenom položaju (izvlačenje). Tek kad se S1 otpusti, djeluje samo Y2 i klipnjača se vraća. To je isti problem kao blokirajući signal u pneumatici: dva suprotna signala na istom razvodniku. Na skretnici bi to značilo da cilindar zaprečuje stazu i sljedeći paket udari u klipnjaču.
3. Izračunajte silu potrebnu za guranje paketa (trenje i ubrzanje) i usporedite je sa silom cilindra Ø32 mm pri 6 bar i pri 2 bar (η = 0,9).
Prikaži rješenje
Trenje: Ftr = μ · m · g = 0,4 · 8 · 9,81 ≈ 31,4 N.
Ubrzanje na 0,5 m/s na putu 20 mm: a = v² / (2s) = 0,25 / 0,04 = 6,25 m/s² → Fa = 8 · 6,25 = 50 N.
Potrebno ukupno ≈ 81 N. Cilindar daje pri 6 bar 0,9 · 0,6 · 804,2 ≈ 434 N, a pri 2 bar 0,9 · 0,2 · 804,2 ≈ 145 N. I pri 2 bar sila je dovoljna s rezervom od oko 1,8. Cilindar je pri punom tlaku predimenzioniran.
4. Od trenutka kad kvačica pritisne B1 do početka povratnog gibanja prođe vrijeme privlačenja releja K2 i prebacivanja ventila. Koliki put klipnjača pritom prijeđe pri 0,5 m/s? Gdje zato treba postaviti B1 i što se događa ako je postavljena točno na kraju hoda?
Prikaži rješenje
t = 10 ms + 20 ms = 30 ms; s = v · t = 500 mm/s · 0,03 s = 15 mm
Ako je B1 postavljena točno na kraju hoda, klip udari u poklopac cilindra punom brzinom, a povrat počinje s kašnjenjem nakon udara. Ako se B1 postavi oko 15 mm prije kraja hoda, razvodnik prebaci približno u trenutku kad klip stigne na kraj, pa je udar manji, a ciklus kraći. Točan položaj namješta se pokusom, jer vremena ovise o tlaku, duljini vodova i prigušenju. Za mehanički zahtjevnije primjene koristi se cilindar s namjestivim prigušenjem krajnjeg položaja.
5. Izračunajte potrošnju zraka po ciklusu pri 6 bar i pri 2 bar. Koliko se posto zraka uštedi smanjenjem tlaka?
Prikaži rješenje
Volumen: (804,2 + 691,2) mm² · 250 mm ≈ 373 850 mm³ = 373,8 cm³.
6 bar: 373,8 · (6 + 1,013) / 1,013 ≈ 2,59 Nl. 2 bar: 373,8 · (2 + 1,013) / 1,013 ≈ 1,11 Nl.
Ušteda: (2,59 − 1,11) / 2,59 ≈ 0,57, tj. oko 57 %. Namještanje tlaka prema stvarno potrebnoj sili jedan je od najjednostavnijih načina štednje stlačenog zraka. Pri nižem tlaku treba provjeriti i brzinu, jer se smanjuje i sila ubrzanja.
6. Dopuna sheme: povrat mora imati prednost — klipnjača se mora vratiti čim dođe do B1, bez obzira na to drži li se S1. Nacrtajte izmjenu u električnoj shemi i navedite dva moguća rješenja.
Prikaži rješenje
Rješenje 1: u stazu 1, u niz sa S1 ispred svitka K1, ugradi se mirni kontakt K2. Kad B1 uključi K2, mirni kontakt otvori stazu 1, K1 otpusti, Y1 ostaje bez napona i Y2 prebaci razvodnik. Kontaktna tablica K2: radni u stazi 4, mirni u stazi 1.
Rješenje 2: u stazu 1 ugradi se mirni kontakt granične sklopke B1 (sklopka s radnim i mirnim kontaktom). Djeluje jednako, ali bez dodatnog kontakta releja.
U oba slučaja klipnjača se vraća čim dođe do B1, i kad se S1 drži. Ako se S1 drži i dalje, pri povratu se B1 otpusti, mirni kontakt se ponovno zatvori i K1 opet privuče — cilindar se giba naprijed-natrag dok se S1 ne otpusti. Zato se u pogonu start ograničava na kratak impuls ili se dodaje uvjet da jedan ciklus smije krenuti samo jednom po pritisku.
7. Skretnicu treba moći prebaciti na trajni rad (klipnjača stalno gura naprijed-natrag dok je uključen prekidač S2 s zadržavanjem). Koji dodatni element treba i kako se spaja?
Prikaži rješenje
Potrebna je druga granična sklopka ili senzor B0 u položaju uvučene klipnjače. U stazu 1 dodaje se paralelno sa S1 grana: prekidač S2 u nizu s radnim kontaktom B0. Kad je S2 uključen i klipnjača stigne u osnovni položaj, B0 uključi K1 i ciklus se ponavlja. Isključenjem S2 cilindar završi započeti ciklus i stane u osnovnom položaju. Uvjet s B0 osigurava da trajni rad uvijek počinje iz osnovnog položaja.
8. Klipnjača se izvuče i ostane izvučena i kad se S1 otpusti. Navedite mogući uzrok u svakom od dijelova: mehanika, granična sklopka, relej, ventil.
Prikaži rješenje
- mehanika: kvačica ne dohvaća valjak B1 (nosač pomaknut, paket zaustavio klipnjaču prije kraja);
- granična sklopka: spojen mirni kontakt umjesto radnog ili je kontakt istrošen;
- relej: K2 ne privlači (prekid u stazi 2, zamijenjene stezaljke svitka i kontakta) ili kontakt u stazi 4 ne zatvara;
- ventil: prekinut svitak Y2, loš utikač ili zakočena ručna pomoćna tipka.
Brza provjera: ručno pritisnuti valjak B1 i promatrati diodu na releju K2 i na utikaču Y2 — tako se kvar odmah smješta u električni ili pneumatski dio.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite da granične sklopke imaju ispravan nosač i da ih kvačica ne preopterećuje (najveći dopušteni nadhod prema podacima sklopke). Za pokus s tlakom od 2 bar pripremite teret od oko 8 kg koji se može gurati po stolu. Polaznici trebaju znati spojiti relej (V16) i poznavati bistabilni ventil (V17).
Tijek sata
- 0–10 min: granična sklopka — građa, simbol, oznaka, nadhod.
- 10–35 min: montaža, spajanje staza 1–4, prvo puštanje.
- 35–50 min: pokus s držanjem S1, pomicanje B1 (koraci 5 i 6).
- 50–65 min: prednost povrata (pitanje 6), izvedba i provjera.
- 65–80 min: računski zadaci 3–5, pokus s tlakom od 2 bar.
- 80–90 min: trajni rad (pitanje 7) kao rasprava ili izvedba, rastavljanje.
Očekivani rezultati
Klipnjača se nakon kratkog pritiska na S1 sama vraća. Polaznik pokazuje problem držanja S1 i rješava ga mirnim kontaktom. Računski: oko 81 N potrebno, 434 N i 145 N raspoloživo, put od 15 mm u vremenu kašnjenja, ušteda zraka oko 57 %.
Česte pogreške
- granična sklopka postavljena kao graničnik pa se lomi ili pomiče nosač;
- za prednost povrata u stazu 1 ugrađen radni umjesto mirnog kontakta K2, pa K1 uopće ne može privući;
- spojen mirni kontakt B1 umjesto radnog u stazi 2, pa se cilindar odmah pri uključenju vraća i ne može se izvući;
- u proračunu sile zaboravljena sila ubrzanja.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Spojen sklop s automatskim povratom, ispravno namještena B1 | 5 |
| Objašnjenje pokusa s držanjem S1 | 3 |
| Prednost povrata izvedena i provjerena | 4 |
| Računski zadaci 3–5 | 5 |
| Trajni rad i dijagnostika (pitanja 7 i 8) | 2 |
| Sigurnost i urednost | 1 |
| Ukupno | 20 |