VJEŽBA V32 · MODUL 6 · HIDRAULIČKI IZVRŠNI I UPRAVLJAČKI ELEMENTI
Vježba V32 · 2 sata
Upravljanje dvoradnim cilindrom razvodnikom 4/2
Dvoradni cilindar gibaju tlak ulja u oba smjera, a smjer određuje razvodnik 4/2. U vježbi mjerite tlakove u oba voda cilindra, vremena izvlačenja i uvlačenja te provjeravate kako omjer površina klipa određuje brzine i sile.
- nacrtati i spojiti krug dvoradnog cilindra s ručnim razvodnikom 4/2 i tri manometra
- razlikovati mirni i radni položaj razvodnika 4/2 i protumačiti tokove P→A, B→T i P→B, A→T
- izmjeriti vremena i tlakove izvlačenja i uvlačenja i usporediti ih s izračunatima
- izračunati sile, brzine i povratni protok iz omjera površina klipa
- prepraviti shemu tako da mirni položaj ostavlja klipnjaču izvučenom
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 6.3 Hidraulički razvodnici.
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 tračnoj pili za rezanje čeličnih profila profil se prije rezanja steže hidrauličkom čeljusti. Čeljust gura vodoravni dvoradni cilindar: izvlačenjem steže profil, uvlačenjem ga otpušta. Da se profil ne pomakne pod pilom, potrebna je sila stezanja od najmanje 2,0 kN. Nakon rezanja čeljust se mora brzo povući da radnik može pomaknuti profil za sljedeći rez.
Na didaktičkom stolu čeljust predstavlja cilindar Ø25/16 mm s hodom 200 mm. Agregat daje oko 2,0 l/min, a sigurnosni ventil je namješten na 50 bar. Cilindrom upravlja ručni razvodnik 4/2 s povratnom oprugom: u mirnom položaju tlak je na strani klipnjače (čeljust otvorena), a dok radnik drži ručicu, tlak je na strani klipa (čeljust steže). Na oba voda cilindra ugrađeni su manometri, pa se vidi tlak na obje strane klipa u svakom trenutku.
Zadatak: spojite krug, izmjerite vremena izvlačenja i uvlačenja, tlakove u oba voda za vrijeme gibanja i na kraju hoda, izračunajte sile i brzine i usporedite ih s mjerenjem.
Oprema i pribor
- didaktički hidraulički stol s agregatom (zupčasta crpka, stvarni protok oko 2,0 l/min, spremnik, povratni filtar, ulje HLP 46);
- sigurnosni ventil agregata 0V1, namješten na 50 bar;
- ručni razvodnik 4/2 s povratnom oprugom (1V1): mirni položaj P→B, A→T; radni položaj P→A, B→T;
- dvoradni cilindar Ø25/16 mm, hod 200 mm (1A), vodoravno pričvršćen na ploču stola;
- tri manometra 0–100 bar (0Z1 na P, 1Z1 na A, 1Z2 na B) s T-razdjelnicima;
- crijeva s brzim samozatvarajućim spojkama, razdjelni blok prema spremniku;
- štoperica, ravnalo, mjerni list, zaštitne naočale, krpa za ulje.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Krug je pod tlakom do 50 bar. Crijeva spajajte i odspajajte samo uz isključen agregat i ispušten tlak: nakon isključivanja pomaknite ručicu 1V1 nekoliko puta u oba položaja i provjerite da 0Z1, 1Z1 i 1Z2 pokazuju 0 bar. Dvoradni cilindar može ostati pod tlakom i kad je agregat isključen ako je vod zatvoren — zato uvijek gledajte oba manometra na cilindru. Ne stavljajte ruke u područje hoda klipnjače i ne zaustavljajte je rukom.
Brze spojke utaknite do kraja i provjerite povlačenjem crijeva. Crijeva ne smiju biti presavijena, napeta ni položena preko oštrih rubova. Mjesto propuštanja tražite komadom kartona, nikad prstom. Proliveno ulje odmah obrišite. Kod ulja pod tlakom koje probije kožu potrebna je hitna liječnička pomoć, iako rana izvana izgleda mala. Zaštitne naočale nose se cijelo vrijeme dok agregat radi.
Shema
Razvodnik se na shemi uvijek crta u mirnom položaju, a vodovi se spajaju na kvadrat uz oprugu. Za vrijeme izvlačenja ulje s prstenaste strane klipa izlazi kroz B i T u spremnik; za vrijeme uvlačenja ulje s klipne strane izlazi kroz A i T. Manometri 1Z1 i 1Z2 pokazuju tlak na klipnoj i na prstenastoj strani, pa se iz njih može izračunati stvarna sila na klipnjači: F = pA · A1 − pB · A2.
Postupak
- Nacrtajte shemu u mjerni list s oznakama elemenata i priključaka. Upišite površine A1 i A2 cilindra i omjer φ = A1/A2.
- Uz isključen agregat spojite krug. Provjerite da vod A razvodnika ide na klipnu stranu cilindra, a vod B na stranu klipnjače.
- Uključite agregat. Klipnjača se mora uvući (ako nije već uvučena). Očitajte 0Z1, 1Z1 i 1Z2 dok klipnjača stoji uvučena.
- Nekoliko puta izvucite i uvucite klipnjaču da izađe zrak iz cilindra i crijeva.
- Izmjerite vrijeme izvlačenja cijelog hoda tri puta. Za vrijeme gibanja očitajte 1Z1 i 1Z2. Očitajte i sva tri manometra kad je klipnjača izvučena, a ručica još pritisnuta.
- Izmjerite vrijeme uvlačenja tri puta i očitajte manometre za vrijeme gibanja.
- Ispunite tablicu: izmjerena i izračunata vremena, brzine i tlakovi. Izračunajte omjer vremena izvlačenja i uvlačenja i usporedite ga s φ.
- Isključite agregat, ispustite tlak pomicanjem ručice i provjerite manometre. Odspojite crijeva, obrišite spojke.
Pitanja i zadaci
1. Opišite tokove ulja kroz razvodnik 1V1 u mirnom i u radnom položaju. Zašto je za stezač izabran baš mirni položaj s tlakom na strani klipnjače?
Prikaži rješenje
Mirni položaj: P→B, A→T — tlak na prstenastoj strani, klipnjača uvučena. Radni položaj: P→A, B→T — klipnjača se izvlači. Kad radnik pusti ručicu, čeljust se sama otvara. To je razumno za ručno upravljanje, jer radnik mora svjesno držati stezanje; u pogonu se za duže stezanje koristi razvodnik sa zapornim uređajem ručice ili elektromagnetski razvodnik, a zadržavanje sile osigurava se nepovratnim ventilom.
2. Izračunajte brzine izvlačenja i uvlačenja i vremena cijelog hoda od 200 mm uz protok 2,0 l/min.
Prikaži rješenje
A1 = π · 25² / 4 = 490,9 mm², A2 = 490,9 − π · 16² / 4 = 490,9 − 201,1 = 289,8 mm². Q = 2,0 l/min = 33 333 mm³/s. vizv = 33 333 / 490,9 = 67,9 mm/s; tizv = 200 / 67,9 = 2,95 s. vuvl = 33 333 / 289,8 = 115,0 mm/s; tuvl = 200 / 115,0 = 1,74 s. Omjer vremena 2,95 / 1,74 = 1,69 jednak je omjeru površina φ.
3. Kolike su teorijske sile izvlačenja i uvlačenja pri 50 bar, a kolike uz stupanj djelovanja 0,9? Koliki tlak mora pokazati 1Z1 da čeljust ostvari traženu silu od 2,0 kN?
Prikaži rješenje
Fizv = 5 N/mm² · 490,9 mm² = 2454 N; Fuvl = 5 · 289,8 = 1449 N. Uz η = 0,9: 2209 N i 1304 N. Za 2,0 kN teorijski p = 2000 / 490,9 = 4,07 N/mm² = 40,7 bar; uz η = 0,9 potrebno je 2000 / (0,9 · 490,9) = 4,53 N/mm² ≈ 45 bar. Sigurnosni ventil od 50 bar ostavlja malu rezervu; kad čeljust nalegne na profil, tlak naraste upravo do 50 bar.
4. Koliki protok izlazi iz klipne strane cilindra za vrijeme uvlačenja? Zašto je to važno za izbor razvodnika, povratnog voda i filtra?
Prikaži rješenje
Qpovr = Q · A1 / A2 = 2,0 · 1,694 = 3,39 l/min. Povratni protok je veći od protoka crpke, pa razvodnik, povratno crijevo i filtar moraju biti izabrani za veći protok. Ako su premali, na T nastaje povratni tlak koji koči uvlačenje i opterećuje brtve. Kod cilindara s debelom klipnjačom (φ = 2 i više) ta se pojava izrazito osjeti.
5. Za vrijeme izvlačenja bez tereta 1Z1 pokazuje 6 bar, a 1Z2 pokazuje 2 bar. Kolika je sila trenja u cilindru? Zašto 1Z2 ne pokazuje 0 bar?
Prikaži rješenje
Bez vanjskog tereta sva sila odlazi na trenje: Ftr = pA · A1 − pB · A2 = 0,6 · 490,9 − 0,2 · 289,8 = 294,5 − 58,0 ≈ 237 N. 1Z2 pokazuje povratni tlak: ulje koje izlazi s prstenaste strane mora proći kroz razvodnik, crijeva, filtar i spojke, a svaki od tih otpora traži pad tlaka. Taj tlak djeluje protiv gibanja, pa se u proračunu sile ne smije zanemariti.
6. Dopunite shemu: tehnolog traži da klipnjača u mirnom položaju razvodnika bude izvučena. Navedite dva rješenja i nacrtajte ih.
Prikaži rješenje
(a) Zamijene se vodovi na cilindru: B razvodnika spoji se s klipnom stranom, A s prstenastom. Razvodnik ostaje isti. (b) Upotrijebi se razvodnik 4/2 kojemu je uz oprugu kvadrat s paralelnim strelicama (P→A, B→T), a u radnom položaju prekrižene strelice. Na shemi to znači zamijeniti sadržaj dvaju kvadrata. U oba slučaja treba provjeriti da nestanak ulja ili isključenje agregata ne dovodi do opasnog gibanja.
7. Radnik drži ručicu pritisnutom i nakon što je čeljust stegnula profil. Koliko pokazuju 0Z1, 1Z1 i 1Z2 i kamo odlazi protok crpke? Što to znači za ulje?
Prikaži rješenje
0Z1 i 1Z1 pokazuju 50 bar, 1Z2 pokazuje 0 bar (B je spojen s T). Klipnjača stoji, pa cijeli protok crpke prolazi kroz sigurnosni ventil. Pretvara se u toplinu oko P = 50 · 10⁵ · 2,0 / 60 000 = 167 W. Kratkotrajno je to prihvatljivo, ali kod dugog stezanja ulje se grije, pa se koristi rasterećenje crpke ili akumulator s nepovratnim ventilom.
8. Hidraulička preša HP-1 ima cilindar Ø80/50 mm i protok 22,0 l/min, a brzine su joj 73 mm/s izvlačenje i 120 mm/s uvlačenje. Usporedite omjer tih brzina s omjerom na didaktičkom cilindru i objasnite što ga određuje.
Prikaži rješenje
HP-1: 120 / 73 = 1,64, a φ = 50,27 / 30,63 = 1,64. Didaktički cilindar: 115,0 / 67,9 = 1,69 = φ. Omjer brzina uz isti protok ovisi samo o omjeru površina, odnosno o odnosu promjera klipnjače i klipa, a ne o veličini cilindra ni o protoku crpke.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite razinu ulja, brze spojke i manometre (sva tri moraju pokazivati 0 bar bez tlaka). Sigurnosni ventil namjestite na 50 bar. Cilindar čvrsto pričvrstite na ploču tako da klipnjača ima slobodan hod od 200 mm. Pripremite mjerni list s tablicom: vremena (3 × izvlačenje, 3 × uvlačenje), tlakovi za vrijeme gibanja i na kraju hoda, izračunate vrijednosti i odstupanje u postotcima.
Tijek sata
- Uvod (10 min): razlika jednoradnog i dvoradnog cilindra, simbol razvodnika 4/2, sigurnost i ispuštanje tlaka.
- Crtanje sheme i izračun površina (15 min).
- Spajanje i provjera spoja prije uključivanja (15 min).
- Mjerenja vremena i tlakova (25 min).
- Obrada podataka, usporedba s proračunom, pitanja 2–5 (15 min).
- Ispuštanje tlaka, rastavljanje, čišćenje i predaja mjernog lista (10 min).
Očekivani rezultati
Vrijeme izvlačenja 3,0–3,4 s, uvlačenja 1,8–2,0 s; omjer vremena 1,6–1,8. Tlak u A za vrijeme izvlačenja bez tereta nekoliko bar, u B 1–4 bar (povratni otpor). Na kraju hoda 50 bar na strani na koju je spojen P. Polaznik objašnjava da je omjer brzina jednak omjeru površina i računa povratni protok od oko 3,4 l/min.
Česte pogreške
- A i B zamijenjeni na cilindru, pa se klipnjača izvlači u mirnom položaju;
- računanje brzine uvlačenja s punom površinom klipa umjesto s prstenastom;
- zanemarivanje povratnog tlaka pB pri računanju stvarne sile;
- spajanje manometra na vod T umjesto na vod cilindra;
- zaboravljeno ispuštanje tlaka iz voda B prije odspajanja.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Shema s oznakama, mirni položaj i tokovi ulja | 15 |
| Spajanje i provjera prije uključivanja | 20 |
| Mjerenja vremena i tlakova, tablica s ponavljanjima | 20 |
| Računski zadaci: površine, brzine, sile, povratni protok | 25 |
| Dopuna sheme (pitanje 6) i tumačenje odstupanja | 10 |
| Sigurnost i urednost | 10 |
| Ukupno | 100 |