Preskoči na sadržaj
FORTRONIQ
IzbornikDigitalni sadržajiPneumatika i hidraulikaVježbeV34 Diferencijalno upravljanje

VJEŽBA V34 · MODUL 6 · HIDRAULIČKI IZVRŠNI I UPRAVLJAČKI ELEMENTI

Vježba V34 · 2 sata

Diferencijalno upravljanje

Kad se ulje iz prstenaste strane cilindra vraća na klipnu stranu umjesto u spremnik, klipnjača se izvlači znatno brže, ali manjom silom. U vježbi spajate diferencijalni spoj s preklopnim razvodnikom, mjerite brzine i tlakove u oba načina rada i računate koliko se takta uštedi brzim primicanjem.

Moći ću:
  • objasniti diferencijalni spoj i zašto u njemu djeluje samo površina klipnjače
  • spojiti krug s glavnim razvodnikom 4/3 i preklopnim razvodnikom 3/2 za normalno i diferencijalno izvlačenje
  • izmjeriti brzinu i tlak izvlačenja u normalnom i u diferencijalnom spoju
  • izračunati brzinu, silu i protok u diferencijalnom spoju te uštedu vremena ciklusa
  • procijeniti kada je diferencijalni spoj prikladan, a kada nije

O vježbi

Vježba V34Trajanje: 2 sataModul 6

Prije vježbe proći gradivo: 6.8 Diferencijalni spoj, uklješten klip i sinkronizacija.

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

Preša za utiskivanje čahura u kućišta pumpi ima hod alata 200 mm. Prvih 150 mm alat se samo primiče obratku i za to je dovoljna mala sila (svladava se trenje vodilica i težina alata). Tek zadnjih 50 mm alat utiskuje čahuru i tada treba puna sila cilindra. Kad bi cijeli hod išao brzinom utiskivanja, takt bi bio nepotrebno dug. Diferencijalni spoj omogućuje brzo primicanje s istom crpkom, bez akumulatora ili dodatne crpke.

Na didaktičkom stolu prešu predstavlja vodoravni cilindar Ø25/16 mm s hodom 200 mm. Agregat daje oko 2,0 l/min, sigurnosni ventil namješten je na 50 bar. Smjer gibanja određuje ručni razvodnik 4/3 (1V1) centriran oprugama, sa srednjim položajem koji spaja P s T i zatvara A i B. U vodu B nalazi se preklopni ručni razvodnik 3/2 (1V2): u mirnom položaju vod B cilindra ide na glavni razvodnik (normalni spoj), a kad se pritisne, vod B cilindra spaja se preko nepovratnog ventila 1V3 s vodom A (diferencijalni spoj).

Zadatak: izmjerite vrijeme i tlak izvlačenja u normalnom i diferencijalnom spoju, izmjerite vrijeme uvlačenja i odredite koliko se skraćuje ciklus ako se 150 mm prijeđe diferencijalno, a 50 mm normalno.

Oprema i pribor

  • didaktički hidraulički stol s agregatom (stvarni protok oko 2,0 l/min, spremnik, filtar, ulje HLP 46) i sigurnosnim ventilom 0V1 na 50 bar;
  • ručni razvodnik 4/3 centriran oprugama (1V1), srednji položaj P→T, A i B zatvoreni;
  • ručni razvodnik 3/2 s povratnom oprugom (1V2) kao preklopnik normalno/diferencijalno;
  • nepovratni ventil (1V3) i T-razdjelnici za spoj voda B s vodom A;
  • dvoradni cilindar Ø25/16 mm, hod 200 mm (1A), s oznakama na 150 mm i 200 mm hoda;
  • manometri 0–100 bar: 0Z1 (P), 1Z1 (A), 1Z2 (B cilindra);
  • crijeva s brzim spojkama, štoperica, ravnalo, mjerni list, zaštitne naočale.

Sigurnost pri radu

Pažnja

U diferencijalnom spoju klipnjača se giba oko 2,4 puta brže nego u normalnom — na didaktičkom stolu oko 17 cm/s. Ne stavljajte ruke u područje hoda i ne pokušavajte zaustaviti klipnjaču rukom. U diferencijalnom spoju obje strane klipa su pod istim tlakom, pa oba manometra na cilindru pokazuju tlak i kad se klipnjača ne giba. Prije odspajanja isključite agregat, pomaknite 1V1 i 1V2 u sve položaje i provjerite da 0Z1, 1Z1 i 1Z2 pokazuju 0 bar.

Crijeva spajajte samo bez tlaka i provjerite spojke povlačenjem. Crijevo između 1V2 i voda A u diferencijalnom spoju vodi zbroj protoka crpke i protoka iz prstenaste strane (oko 4,9 l/min) — mora biti istog presjeka kao vod A. Propuštanje tražite kartonom, ulje obrišite odmah, a ozljeda uljem pod tlakom traži hitnu liječničku pomoć. Zaštitne naočale cijelo vrijeme.

Shema

1AABPT1V11Z11V21Z21V3M0M10P10V150 bar0Z1
Slika V34.1 — Diferencijalni spoj: kad je 1V2 prebačen, ulje iz prstenaste strane cilindra ne ide u spremnik, nego preko nepovratnog ventila 1V3 u vod A i zajedno s protokom crpke ulazi na klipnu stranu. Glavni razvodnik 1V1 određuje smjer, 1V2 način izvlačenja.

U diferencijalnom spoju tlak je jednak s obje strane klipa. Sila je razlika sila na dvije površine: F = p · A1 − p · A2 = p · A3, gdje je A3 površina presjeka klipnjače. Brzina je određena istom površinom: crpka mora napuniti samo volumen koji zauzima klipnjača, v = Q / A3. Veća brzina plaća se manjom silom — snaga p · Q ostaje ista.

Uvlačenje se radi uvijek u normalnom spoju: 1V2 u mirnom položaju, 1V1 u desnom položaju (P→B, A→T). Nepovratni ventil 1V3 sprječava da ulje iz voda A pri uvlačenju ode kroz 1V2 na krivu stranu ako je preklopnik greškom ostao pritisnut.

Postupak

  1. Nacrtajte shemu i izračunajte A1, A2, A3 te očekivane brzine i sile za oba spoja (pitanja 2 i 3).
  2. Spojite krug uz isključen agregat. Provjerite smjer nepovratnog ventila 1V3: mora propuštati od 1V2 prema vodu A.
  3. Uključite agregat i nekoliko puta izvucite i uvucite klipnjaču u normalnom spoju da izađe zrak.
  4. Normalni spoj: 1V2 u mirnom položaju. Izmjerite vrijeme izvlačenja cijelog hoda tri puta i očitajte 1Z1 i 1Z2 za vrijeme gibanja.
  5. Diferencijalni spoj: držite 1V2 pritisnutim i izvucite klipnjaču pomoću 1V1. Izmjerite vrijeme tri puta i očitajte 1Z1 i 1Z2 za vrijeme gibanja i na kraju hoda.
  6. Izmjerite vrijeme uvlačenja (normalni spoj) tri puta.
  7. Kombinirani hod: izvlačite diferencijalno do oznake 150 mm, zatim pustite 1V2 i nastavite normalno do kraja. Izmjerite ukupno vrijeme izvlačenja.
  8. Pokušajte u diferencijalnom spoju pritisnuti klipnjaču na kraju hoda o graničnik i usporedite tlak s normalnim spojem. Zapišite zaključak o sili.
  9. Isključite agregat, ispustite tlak iz svih vodova pomicanjem obaju razvodnika i provjerite manometre prije odspajanja.

Pitanja i zadaci

1. Opišite tok ulja kroz krug u diferencijalnom izvlačenju. Zašto se klipnjača giba iako su obje strane klipa pod istim tlakom?

Prikaži rješenje

Crpka tlači ulje kroz 1V1 (P→A) na klipnu stranu. Ulje iz prstenaste strane izlazi kroz B cilindra, 1V2 i 1V3 u vod A i pridružuje se protoku crpke. Tlak je isti s obje strane, ali površine nisu: s klipne strane djeluje A1, s prstenaste A2 = A1 − A3. Razlika sila p · A3 gura klip prema van.

2. Izračunajte brzinu izvlačenja u normalnom i diferencijalnom spoju te brzinu uvlačenja za cilindar Ø25/16 mm uz 2,0 l/min.

Prikaži rješenje

A1 = 490,9 mm², A3 = π · 16² / 4 = 201,1 mm², A2 = 289,8 mm². Q = 33 333 mm³/s. Normalno: v = 33 333 / 490,9 = 67,9 mm/s. Diferencijalno: v = 33 333 / 201,1 = 165,8 mm/s. Uvlačenje: v = 33 333 / 289,8 = 115,0 mm/s. Diferencijalno izvlačenje je 2,44 puta brže od normalnog.

3. Kolike su najveće sile izvlačenja pri 50 bar u oba spoja? Može li se diferencijalnim spojem primicati alat ako otpor primicanja iznosi 1,1 kN?

Prikaži rješenje

Normalno: F = 5 N/mm² · 490,9 mm² = 2454 N. Diferencijalno: F = 5 · 201,1 = 1005 N. Za otpor od 1,1 kN u diferencijalnom spoju trebao bi tlak p = 1100 / 201,1 = 5,47 N/mm² = 54,7 bar, više od 50 bar sigurnosnog ventila — klipnjača bi stala. Diferencijalni spoj prikladan je samo za gibanja s malim otporom, a radna sila ostvaruje se u normalnom spoju.

4. Koliki protok ulazi na klipnu stranu u diferencijalnom spoju i koliko od toga dolazi iz prstenaste strane? Što iz toga slijedi za crijevo između 1V2 i voda A?

Prikaži rješenje

Na klipnu stranu ulazi Q1 = v · A1 = 165,8 mm/s · 490,9 mm² = 81 400 mm³/s ≈ 4,88 l/min. Iz prstenaste strane dolazi Q2 = v · A2 = 165,8 · 289,8 = 48 050 mm³/s ≈ 2,88 l/min; ostatak od 2,0 l/min daje crpka. Vod A od spoja do cilindra, 1V2 i 1V3 moraju propustiti gotovo 2,5 puta veći protok od protoka crpke bez velikog pada tlaka.

5. Koliko traje izvlačenje ako se 150 mm prijeđe diferencijalno, a 50 mm normalno? Koliki je postotak uštede prema izvlačenju cijelog hoda u normalnom spoju?

Prikaži rješenje

t1 = 150 / 165,8 = 0,90 s, t2 = 50 / 67,9 = 0,74 s, ukupno 1,64 s. Cijeli hod normalno: 200 / 67,9 = 2,95 s. Ušteda: 1 − 1,64 / 2,95 = 0,44, dakle 44 % vremena izvlačenja. S uvlačenjem od 1,74 s ciklus pada s 4,69 s na 3,38 s.

6. Koliki bi trebao biti promjer klipnjače da brzina diferencijalnog izvlačenja bude jednaka brzini uvlačenja? Provjerite za zadani cilindar.

Prikaži rješenje

Brzine su jednake kad je A3 = A2, odnosno A1 = 2 · A3: d = D / √2 = 25 / 1,414 = 17,7 mm. Zadani cilindar ima klipnjaču od 16 mm, pa je diferencijalno izvlačenje (165,8 mm/s) nešto brže od uvlačenja (115,0 mm/s). Cilindri s omjerom površina 2 : 1 izrađuju se upravo za takve krugove.

7. Dopunite shemu: preklapanje iz diferencijalnog u normalni spoj mora se obaviti samo od sebe kad alat nalegne na čahuru. Koji element zamjenjuje ručni preklopnik 1V2?

Prikaži rješenje

Kad alat nalegne na obradak, tlak u vodu A naraste. Preklopnik 1V2 zamjenjuje se razvodnikom 3/2 s tlačnim upravljanjem iz voda A (ili redoslijednim ventilom koji pri npr. 35 bar prebacuje vod B cilindra na spremnik). Drugo rješenje je granični ventil s valjčićem na položaju 150 mm, ili u elektrohidraulici granična sklopka i elektromagnetski razvodnik (vidi V39). U shemu se crta razvodnik s iscrtkanim upravljačkim vodom iz voda A i podesivom oprugom.

8. Preša HP-1 ima cilindar Ø80/50 mm i protok 22,0 l/min. Kolike bi bile brzina i najveća sila diferencijalnog izvlačenja pri 160 bar?

Prikaži rješenje

A3 = π · 50² / 4 = 1963 mm². Q = 22,0 l/min = 366 667 mm³/s. v = 366 667 / 1963 = 187 mm/s (normalno 73 mm/s). F = 16 N/mm² · 1963 mm² = 31 400 N = 31,4 kN (normalno 80,4 kN). I ovdje se primicanje radi diferencijalno, a prešanje u normalnom spoju.

Za nastavnika

Otvori upute za nastavnika

Priprema

Označite na ploči stola položaje 150 mm i 200 mm hoda (ljepljiva traka). Provjerite presjek crijeva: crijevo od 1V2 do voda A mora biti barem istog presjeka kao vod A. Provjerite nepovratni ventil 1V3 na klupi. Za pokus sile na kraju hoda graničnik mora biti čvrst — klipnjača ne smije udarati u neosiguran predmet. Pripremite mjerni list s tablicom za oba spoja i kombinirani hod.

Tijek sata

  1. Uvod (10 min): površina klipnjače kao „radna“ površina, brzina i sila, primjer preše.
  2. Crtanje sheme i predračun brzina i sila (15 min).
  3. Spajanje i provjera (15 min).
  4. Mjerenja: normalni spoj, diferencijalni spoj, uvlačenje (20 min).
  5. Kombinirani hod i pokus sile na graničniku (15 min).
  6. Obrada, pitanja 4–7, ispuštanje tlaka i rastavljanje (15 min).

Očekivani rezultati

Vrijeme normalnog izvlačenja 3,0–3,3 s, diferencijalnog 1,3–1,6 s (nešto sporije od teorijskih 1,21 s zbog pada tlaka u dodatnom vodu), uvlačenja 1,8–2,0 s. U diferencijalnom spoju 1Z1 i 1Z2 pokazuju gotovo isti tlak. Kombinirani hod 1,7–2,0 s. Polaznik zaključuje da je sila u diferencijalnom spoju ograničena na oko 1 kN i predlaže automatsko preklapanje.

Česte pogreške

  • nepovratni ventil 1V3 okrenut naopako, pa diferencijalni spoj ne radi;
  • brzina diferencijalnog izvlačenja računa se s A2 umjesto s A3;
  • zaključak da diferencijalni spoj „povećava snagu“ — snaga je ista, mijenja se odnos sile i brzine;
  • pokušaj uvlačenja dok je 1V2 pritisnut — klipnjača stoji jer je B glavnog razvodnika odvojen;
  • preskakanje ispuštanja tlaka iz voda između 1V2 i 1V3.

Vrednovanje

KriterijBodovi
Shema i objašnjenje tokova u oba spoja15
Spajanje, smjer 1V3, provjera15
Mjerenja u normalnom, diferencijalnom i kombiniranom hodu20
Računski zadaci (2–6, 8)25
Dopuna sheme za automatsko preklapanje (7)15
Sigurnost i urednost10
Ukupno100