VJEŽBA V33 · MODUL 6 · HIDRAULIČKI IZVRŠNI I UPRAVLJAČKI ELEMENTI
Vježba V33 · 2 sata
Deblokirajući nepovratni ventil i razvodnik 4/3
Klipni razvodnik uvijek pomalo propušta, pa teret obješen o cilindar polako pada. U vježbi spajate razvodnik 4/3 s optočnim srednjim položajem i deblokirajući nepovratni ventil, mjerite tlak držanja i tlak deblokiranja te provjeravate zašto izbor srednjeg položaja odlučuje o pouzdanosti držanja.
- objasniti rad deblokirajućeg nepovratnog ventila i značenje omjera upravljanja
- spojiti uspravni cilindar s razvodnikom 4/3 i deblokirajućim nepovratnim ventilom u vodu A
- izmjeriti tlak držanja tereta i tlak upravljanja pri kojem teret počinje silaziti
- obrazložiti izbor srednjeg položaja razvodnika 4/3 za krug s deblokirajućim ventilom
- izračunati pad tereta zbog propuštanja razvodnika i potreban tlak deblokiranja
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 6.3 Hidraulički razvodnici, 6.6 Hidraulički zaporni ventili.
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
Kupka za odmašćivanje dijelova ima poklopac koji diže uspravni hidraulički cilindar. Radnik podigne poklopac, spusti košaru s dijelovima u kupku i zatim poklopac spusti. Za vrijeme punjenja košare poklopac mora nekoliko minuta stajati gore bez ikakvog spuštanja, jer se radnik nalazi ispod njega. Prvo rješenje s običnim razvodnikom pokazalo je da poklopac za dvadesetak minuta sjedne za dva centimetra — ulje propušta kroz zračnost klipa razvodnika.
Na didaktičkom stolu poklopac predstavlja uspravni dvoradni cilindar Ø25/16 mm s hodom 200 mm, opterećen silom od 1,5 kN. Cilindrom upravlja ručni razvodnik 4/3 centriran oprugama, sa srednjim položajem u kojem su P, A, B i T međusobno spojeni. U vod A, između razvodnika i cilindra, ugrađen je deblokirajući nepovratni ventil s omjerom upravljanja 1 : 4, a njegov upravljački priključak X spojen je s vodom B. Agregat daje oko 2,0 l/min, sigurnosni ventil je namješten na 50 bar.
Zadatak: najprije pokažite što se događa bez deblokirajućeg ventila, zatim ga ugradite, izmjerite tlak držanja, tlak u vodu B pri kojem teret počinje silaziti i ponašanje tereta u srednjem položaju razvodnika.
Oprema i pribor
- didaktički hidraulički stol s agregatom (stvarni protok oko 2,0 l/min, spremnik, filtar, ulje HLP 46) i sigurnosnim ventilom 0V1 namještenim na 50 bar;
- ručni razvodnik 4/3 centriran oprugama (1V1), srednji položaj: P, A, B i T spojeni;
- deblokirajući nepovratni ventil sjedišne izvedbe s priključkom X, omjer upravljanja 1 : 4 (1V2);
- dvoradni cilindar Ø25/16 mm, hod 200 mm, uspravno ugrađen, s uređajem za opterećenje 1,5 kN (1A);
- manometri 0–100 bar: 0Z1 (P), 1Z1 (između 1V2 i cilindra), 1Z2 (vod B i X);
- prigušni ventil za dopunu kruga (drugi dio vježbe), crijeva s brzim spojkama, T-razdjelnici;
- ravnalo s oznakom položaja klipnjače ili pomično mjerilo, štoperica, mjerni list, zaštitne naočale.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Deblokirajući nepovratni ventil zadržava tlak u cilindru i nakon isključenja agregata. Manometar 1Z1 može pokazivati 30 bar i više dok svi drugi pokazuju 0. Pomicanje ručice bez rada crpke taj tlak ne ispušta, jer nema tlaka koji bi otvorio ventil. Prije odspajanja zato teret spustite do kraja hoda dok agregat radi, zatim isključite agregat, pomaknite ručicu u sve položaje i provjerite da sva tri manometra pokazuju 0 bar. Nikad ne odspajajte crijevo između 1V2 i cilindra dok je teret gore.
Uređaj za opterećenje mora biti osiguran od pada i bočnog pomaka. Ruke i alat ne stavljajte ispod tereta ni kad „sigurno drži“. U prvom dijelu vježbe, bez 1V2, teret u srednjem položaju razvodnika pada punom brzinom — prije pokusa provjerite da je područje ispod tereta prazno. Brze spojke spajajte samo bez tlaka i provjerite ih povlačenjem. Propuštanje tražite kartonom, ne prstima; proliveno ulje odmah obrišite; ozljeda uljem pod tlakom traži hitnu liječničku pomoć. Zaštitne naočale cijelo vrijeme.
Shema
Dizanje (lijevi položaj, P→A, B→T): ulje slobodno prolazi kroz 1V2 prema cilindru. Držanje (srednji položaj): vod A iza ventila spojen je sa spremnikom, X je bez tlaka, pa kuglica ili stožac sjeda u sjedište i teret drži tlak u zatvorenom prostoru ispod klipa. Spuštanje (desni položaj, P→B, A→T): tlak u vodu B istodobno gura klip prema dolje i preko X otvara 1V2, pa ulje ispod klipa može otjecati u spremnik.
Ventil se otvori kad sila upravljačkog klipa nadvlada silu tlaka na sjedištu: pX · AX ≥ pA · AS. Uz omjer upravljanja AS : AX = 1 : 4 potreban je upravljački tlak od oko četvrtine tlaka tereta.
Postupak
- Nacrtajte shemu i upišite očekivani tlak držanja i tlak deblokiranja (pitanja 2 i 3) prije mjerenja.
- Prvi dio, bez 1V2: spojite vod A izravno na cilindar. Dignite teret na polovicu hoda i pustite ručicu. Zapišite što se dogodilo. Isključite agregat i ispustite tlak.
- Drugi dio, s 1V2: ugradite deblokirajući ventil u vod A prema shemi, X spojite s vodom B. Nakon provjere spoja uključite agregat i nekoliko puta dignite i spustite teret da izađe zrak.
- Dignite teret na polovicu hoda i pustite ručicu. Očitajte 1Z1, 1Z2 i 0Z1. Označite položaj klipnjače na ravnalu i nakon 10 minuta ponovno očitajte položaj.
- Polako pomičite ručicu prema spuštanju i promatrajte 1Z2. Zapišite tlak u vodu B pri kojem se teret počeo gibati. Ponovite tri puta.
- Spustite teret punim pomakom ručice i opišite gibanje (jednoliko, trzajno). Ako se teret giba trzajno, ugradite prigušni ventil u vod A između 1V2 i 1V1 (dopuna iz pitanja 6) i ponovite spuštanje.
- Spustite teret do kraja hoda uz uključen agregat, zatim isključite agregat, ispustite tlak i provjerite sva tri manometra prije odspajanja.
Pitanja i zadaci
1. Što ste opazili u prvom dijelu vježbe, bez deblokirajućeg ventila, kad je ručica puštena? Zašto?
Prikaži rješenje
Teret je pao do dna. U srednjem položaju razvodnik spaja A sa spremnikom, pa ništa ne zatvara ulje ispod klipa. Srednji položaj s optočnim spojem rasterećuje crpku, ali sam po sebi ne može držati teret — to u ovom krugu radi isključivo 1V2.
2. Koliki tlak mora pokazivati 1Z1 dok cilindar drži teret od 1,5 kN? Pokazuje li 1Z1 isti tlak i kad se agregat isključi?
Prikaži rješenje
A1 = π · 25² / 4 = 490,9 mm². pA = 1500 / 490,9 = 3,06 N/mm² = 30,6 bar. Da, isti tlak ostaje i nakon isključenja agregata, jer je ulje zatvoreno između sjedišta 1V2 i klipa. Upravo zato taj dio kruga treba posebnu pozornost pri odspajanju.
3. Koliki je teorijski tlak u vodu X potreban da se 1V2 otvori uz omjer upravljanja 1 : 4? Kolika dodatna sila zbog tog tlaka gura klip prema dolje?
Prikaži rješenje
pX ≥ pA · AS / AX = 30,6 / 4 = 7,6 bar (bez opruge ventila i bez povratnog tlaka na izlazu). Isti tlak djeluje na prstenastu površinu: F = 0,76 N/mm² · 289,8 mm² ≈ 221 N. Kad se ventil otvori, tlak ispod klipa pada, pa se sila na prstenastoj strani i težina tereta zajedno troše na potiskivanje ulja kroz povratni vod. Izmjereni tlak deblokiranja obično je nešto viši od 7,6 bar zbog opruge i trenja.
4. Razvodnik s klipom propušta 0,5 cm³/min pri tlaku od 30 bar. Za koliko bi se teret spustio za 20 minuta bez deblokirajućeg ventila (uz srednji položaj sa zatvorenim A i B)?
Prikaži rješenje
Brzina pada v = Q / A1 = 0,5 cm³/min / 4,909 cm² = 0,102 cm/min ≈ 1,0 mm/min. Za 20 minuta: 20 mm. Sjedišni ventil (kuglica ili stožac) zatvara bez zračnosti i praktički ne propušta, pa teret ostaje na mjestu. Za dugotrajno držanje zato se ne oslanja na klipni razvodnik.
5. Zašto je za ovaj krug izabran srednji položaj u kojem su P, A, B i T spojeni? Što bi se dogodilo sa srednjim položajem u kojem su svi priključci zatvoreni?
Prikaži rješenje
Deblokirajući ventil sigurno zatvara samo ako su i vod X i izlaz ventila (vod A prema razvodniku) bez tlaka. Optočni srednji položaj to osigurava i usput rasterećuje crpku: ulje se vraća u spremnik uz tlak od nekoliko bar, pa se ne grije. Sa zatvorenim srednjim položajem ostao bi tlak zarobljen u vodu B i X; ventil bi mogao ostati djelomično otvoren i teret bi polako klizio. Crpka bi uz to tlačila preko sigurnosnog ventila i grijala ulje.
6. Dopunite shemu: pri spuštanju se teret giba trzajno (ventil se naizmjence otvara i zatvara). Gdje ćete ugraditi prigušni ventil i zašto to pomaže? Nacrtajte dopunu.
Prikaži rješenje
Prigušni ventil (ili prigušno-nepovratni, s nepovratnim ventilom koji propušta prema cilindru) ugrađuje se u vod A između 1V2 i razvodnika. Trzanje nastaje jer teret pri otvaranju ubrzava, ulje brže izlazi nego što ga crpka dovodi u B, tlak u X padne i ventil zatvori. Prigušivanje izlaznog toka koči teret, tlak u B ostaje iznad tlaka deblokiranja i ventil ostaje stalno otvoren. Dizanje nije usporeno jer ulje prema cilindru prolazi kroz nepovratni ventil prigušnog sklopa.
7. Koliku snagu crpka gubi u srednjem položaju razvodnika ako je pad tlaka kroz optočni spoj 3 bar? Usporedite sa srednjim položajem koji zatvara P (tlak 50 bar).
Prikaži rješenje
Optočni spoj: P = 3 · 10⁵ Pa · 2,0 / 60 000 m³/s = 10 W. Zatvoren P: P = 50 · 10⁵ · 2,0 / 60 000 = 167 W. Kod preše HP-1 s 22,0 l/min i 160 bar razlika bi bila još izrazitija: oko 5,9 kW topline bez rasterećenja.
8. Može li se deblokirajući nepovratni ventil ugraditi u vod B umjesto u vod A? Obrazložite za uspravni cilindar s teretom na klipnjači.
Prikaži rješenje
Ne za ovaj slučaj. Teret gura klip prema dolje i stvara tlak ispod klipa, dakle u vodu A. Ventil mora zatvoriti upravo taj prostor. Ventil u vodu B ne bi spriječio istjecanje ulja ispod klipa. Ako se teret mora držati u oba smjera (npr. vodoravni klizač pod promjenjivom silom), ugrađuje se dvostruki deblokirajući nepovratni ventil u oba voda, s ukrštenim upravljanjem (vidi V36).
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite da je uređaj za opterećenje čvrsto i sigurno vezan na klipnjaču i da ispod njega nema prostora u koji se može staviti ruka. Provjerite rad 1V2 na klupi (bez tereta): ventil mora držati tlak od 50 bar bez pada na manometru nekoliko minuta. Pripremite oznaku položaja klipnjače (ljepljiva traka s mjerilom ili ravnalo). Prvi dio vježbe (pad tereta bez 1V2) izvedite sami kao pokaz ako teret može udariti na kraju hoda — po potrebi s manjim teretom.
Tijek sata
- Uvod (10 min): propuštanje klipnog razvodnika, načelo sjedišnog ventila, omjer upravljanja, poseban postupak ispuštanja tlaka.
- Crtanje sheme i predračun tlakova (15 min).
- Prvi dio, bez 1V2, pokaz i rasprava (10 min).
- Ugradnja 1V2, provjera, mjerenje tlaka držanja i početak mjerenja pada (15 min).
- Mjerenje tlaka deblokiranja, spuštanje, dopuna prigušnim ventilom (25 min).
- Očitanje pada nakon 10 minuta, ispuštanje tlaka po propisanom redu, rastavljanje (15 min).
Očekivani rezultati
Tlak držanja 30–33 bar. Pad tereta s 1V2 za 10 minuta manji od 0,5 mm (neočitljiv ravnalom). Tlak deblokiranja 8–12 bar, ovisno o opruzi ventila. Bez prigušnog ventila spuštanje može biti trzajno, s prigušnim ventilom jednoliko. Polaznici objašnjavaju zašto je potreban optočni srednji položaj.
Česte pogreške
- 1V2 okrenut naopako — teret se ne može dignuti;
- vod X spojen na vod A umjesto na B, pa ventil ne otvara pri spuštanju;
- izostavljen povratni vod upravljačkog klipa kod izvedbi s vanjskim odvodom ulja;
- pokušaj ispuštanja tlaka iz cilindra pomicanjem ručice uz isključen agregat;
- prigušni ventil u dopuni ugrađen u vod B, pa ne koči teret.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Shema s pravilno okrenutim 1V2 i vodom X | 15 |
| Spajanje i provjera, pravilno ispuštanje tlaka | 20 |
| Mjerenja: tlak držanja, tlak deblokiranja, pad tereta | 20 |
| Računski zadaci (2, 3, 4, 7) | 20 |
| Obrazloženje srednjeg položaja i dopuna prigušnim ventilom | 15 |
| Sigurnost i urednost | 10 |
| Ukupno | 100 |