VJEŽBA V35 · MODUL 6 · HIDRAULIČKI IZVRŠNI I UPRAVLJAČKI ELEMENTI
Vježba V35 · 2 sata
Hidraulička sinkronizacija
Dva cilindra spojena paralelno na istu crpku ne gibaju se zajedno ako su nejednako opterećeni — ulje uvijek ide putem manjeg otpora. U vježbi to najprije izmjerite, a zatim cilindre sinkronizirate zupčastim djeliteljem protoka i uspoređujete s drugim načinima sinkronizacije.
- pokazati i objasniti nesinkrono gibanje dvaju paralelno spojenih cilindara pod nejednakim teretom
- spojiti krug sa zupčastim djeliteljem protoka i izmjeriti odstupanje položaja cilindara
- izračunati tlakove, brzine i ulazni tlak djelitelja za zadane terete
- izračunati uvjet točne sinkronizacije u serijskom spoju cilindara
- usporediti djelitelj protoka, serijski spoj, regulatore protoka i mehaničku vezu
O vježbi
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
Vrata sušionice za lakirane dijelove teška su i široka, pa ih dižu dva uspravna cilindra, po jedan na svakom kraju. Na vratima je s jedne strane ugrađen pogon ventilatora, pa je jedan cilindar opterećen triput više od drugoga. Pri prvom puštanju u pogon vrata su se nakosila i zaglavila u vodilicama: lakše opterećeni cilindar izvukao se gotovo do kraja prije nego što je teži uopće krenuo. Treba ostvariti gibanje u kojem se oba cilindra izvlače istom brzinom bez obzira na raspodjelu tereta.
Na didaktičkom stolu rabe se dva jednaka uspravna cilindra Ø25/16 mm s hodom 200 mm, bez krute veze među klipnjačama, tako da se razlika položaja može izmjeriti ravnalom. Cilindar 1A1 opterećen je silom 1,5 kN, a 1A2 silom 0,5 kN. Smjer određuje ručni razvodnik 4/3 centriran oprugama, sa srednjim položajem P→T i zatvorenim A i B. Agregat daje oko 2,0 l/min, sigurnosni ventil je namješten na 50 bar. Za sinkronizaciju se koristi zupčasti djelitelj protoka s dva jednaka odsječka (1V2).
Zadatak: izmjerite gibanje u paralelnom spoju bez djelitelja, zatim s djeliteljem; izmjerite tlakove u obje grane i razliku položaja na kraju izvlačenja; izračunajte što bi dao serijski spoj.
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;
- zupčasti djelitelj protoka s dva jednaka odsječka (1V2), točnost dijeljenja npr. ± 2 %;
- dva dvoradna cilindra Ø25/16 mm, hod 200 mm (1A1, 1A2), uspravno ugrađena, s uređajima za opterećenje 1,5 kN i 0,5 kN;
- manometri 0–100 bar: 0Z1 (P), 1Z1 i 1Z2 (grane prema cilindrima);
- T-razdjelnici i crijeva s brzim spojkama; dva ravnala uz klipnjače, štoperica, mjerni list, zaštitne naočale.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Djelitelj protoka može povisiti tlak u jednoj grani iznad tlaka na svom ulazu: odsječak s manjim teretom radi kao motor i pogoni odsječak s većim teretom kao crpku. Ne mijenjajte terete dok agregat radi i ne zatvarajte izlaz jedne grane dok je druga pod tlakom. Oba tereta moraju biti osigurana od pada. Prije odspajanja spustite oba cilindra do kraja, isključite agregat, pomaknite ručicu u oba smjera i provjerite da 0Z1, 1Z1 i 1Z2 pokazuju 0 bar.
Crijeva spajajte samo bez tlaka i provjerite spojke povlačenjem. Ravnala postavite tako da se očitavaju sa strane, bez posezanja iznad tereta. U paralelnom spoju bez djelitelja lakši cilindar kreće naglo i punom brzinom — područje iznad tereta mora biti prazno. Propuštanje tražite kartonom, ulje obrišite odmah; ozljeda uljem pod tlakom traži hitnu liječničku pomoć. Zaštitne naočale cijelo vrijeme.
Shema
Budući da su odsječci na istom vratilu, svaki okretaj propušta isti volumen u obje grane. Djelitelj ne mjeri položaj cilindara, nego samo dijeli volumen, pa zbog unutarnjeg propuštanja odsječaka ostaje malo odstupanje koje ovisi o razlici tlakova u granama. Pri uvlačenju ulje iz klipnih prostora vraća se kroz isti djelitelj, koji tada radi kao spajač protoka i usklađuje i povratno gibanje.
Postupak
- Nacrtajte obje sheme i izračunajte tlakove potrebne za terete od 1,5 kN i 0,5 kN (pitanje 2).
- Paralelni spoj bez djelitelja: spojite vod A razvodnika T-razdjelnikom izravno na oba cilindra. Uključite agregat i nekoliko puta izvucite i uvucite cilindre bez tereta da izađe zrak.
- Postavite terete. Izvucite cilindre i promatrajte redoslijed gibanja. Izmjerite vrijeme od početka do trenutka kad oba cilindra stignu do kraja. Očitajte 1Z1 i 1Z2 za vrijeme gibanja svakog cilindra.
- Uvucite cilindre, isključite agregat i ispustite tlak.
- Spoj s djeliteljem: ugradite 1V2 prema slici V35.1. Nakon provjere spoja izvucite cilindre i očitajte oba ravnala u trenutku kad prvi cilindar stigne do kraja hoda. Zapišite razliku položaja.
- Za vrijeme gibanja očitajte 0Z1, 1Z1 i 1Z2 i izmjerite vrijeme izvlačenja. Ponovite tri puta.
- Zamijenite terete (1A1 0,5 kN, 1A2 1,5 kN) i ponovite mjerenje razlike položaja. Usporedite predznak i veličinu odstupanja.
- Spustite oba cilindra, isključite agregat, ispustite tlak i provjerite manometre prije odspajanja.
Pitanja i zadaci
1. Koji se cilindar u paralelnom spoju bez djelitelja pomaknuo prvi i zašto? Što bi se dogodilo s vratima sušionice?
Prikaži rješenje
Prvi se izvukao 1A2 s manjim teretom. Tlak u zajedničkom vodu raste samo dok ne svlada najmanji otpor; kad dosegne 10,2 bar, 1A2 krene i sav protok ide u njega, a 1A1 miruje jer za njega treba 30,6 bar. Tek kad 1A2 stigne do kraja, tlak raste dalje i kreće 1A1. Vrata bi se nakosila, zaglavila u vodilicama, a vodilice i klipnjače bile bi opterećene bočnom silom.
2. Izračunajte tlakove potrebne za terete od 1,5 kN i 0,5 kN na cilindrima Ø25 mm i ukupno vrijeme izvlačenja obaju cilindara u paralelnom spoju bez djelitelja.
Prikaži rješenje
A1 = 490,9 mm². p1 = 1500 / 490,9 = 3,06 N/mm² = 30,6 bar; p2 = 500 / 490,9 = 1,02 N/mm² = 10,2 bar. Cilindri se gibaju jedan za drugim, svaki punim protokom: V = 490,9 mm² · 200 mm = 98,2 cm³, t = 98,2 / 33,3 = 2,95 s po cilindru, ukupno oko 5,9 s.
3. Koliko traje izvlačenje s djeliteljem i kolika je brzina svakog cilindra? Koliki tlak očekujete na ulazu u djelitelj (0Z1, bez gubitaka)?
Prikaži rješenje
Svaka grana dobiva 1,0 l/min = 16 667 mm³/s. v = 16 667 / 490,9 = 34,0 mm/s, t = 200 / 34,0 = 5,9 s — isto ukupno vrijeme kao bez djelitelja, ali cilindri idu zajedno. Iz ravnoteže snaga idealnog djelitelja s jednakim odsječcima: pul · Q = p1 · Q/2 + p2 · Q/2, dakle pul = (30,6 + 10,2) / 2 = 20,4 bar. Stvarno je nešto više zbog gubitaka u djelitelju. Odsječak prema 1A2 radi kao motor i pomaže odsječku prema 1A1.
4. Serijski spoj (slika V35.2) izveden je s dva jednaka cilindra Ø25/16 mm. Koliko se izvuče 1A2 kad 1A1 prijeđe 200 mm? Koliki bi promjer klipa trebao imati 1A2 za točnu sinkronizaciju i koliki je tada ulazni tlak za terete 1,5 kN i 0,5 kN?
Prikaži rješenje
Iz 1A1 izlazi V = A2 · s = 289,8 mm² · 200 mm = 57 960 mm³. Hod 1A2 = 57 960 / 490,9 = 118 mm — jednaki cilindri u serijskom spoju ne idu zajedno. Za točnu sinkronizaciju površina klipa 1A2 mora biti 289,8 mm²: d = √(4 · 289,8 / π) = 19,2 mm. Tlak između cilindara nosi teret 1A2: pm = 500 / 289,8 = 1,73 N/mm². Na ulazu: pul · A1 = F1 + pm · A2 = 1500 + 500 = 2000 N, pul = 2000 / 490,9 = 40,7 bar. Prvi cilindar nosi zbroj tereta, pa serijski spoj traži viši tlak.
5. Djelitelj dijeli protok s točnošću ± 2 %. Kolika je u najgorem slučaju razlika položaja cilindara na kraju hoda od 200 mm? Zašto se to odstupanje ne zbraja iz ciklusa u ciklus?
Prikaži rješenje
U najgorem slučaju jedna grana dobiva 2 % više, a druga 2 % manje: razlika 4 % · 200 mm = 8 mm (procjena, stvarno je obično manje). Odstupanje se ne zbraja jer oba cilindra na kraju uvlačenja dolaze do svojih krajnjih položaja, pa svaki ciklus počinje iz istog stanja. Da bi i na kraju izvlačenja oba cilindra sigurno stigla do graničnika, u grane se dodaju ventili za izjednačavanje (vidi pitanje 6).
6. Dopunite shemu: kad prvi cilindar dođe do kraja hoda, djelitelj stane i drugi cilindar ostane 5 mm prije kraja. Što treba dodati i gdje?
Prikaži rješenje
Odsječci su na istom vratilu: ako jedan izlaz stane, stane cijeli djelitelj. Na svaki izlaz djelitelja dodaje se tlačni ventil (sigurnosni ventil grane) prema spremniku, namješten nekoliko desetaka bar iznad radnog tlaka grane, a ispod dopuštenog tlaka elemenata. Kad prvi cilindar stane, tlak u toj grani naraste, njezin ventil propusti višak u spremnik, djelitelj se nastavi okretati i drugi cilindar dođe do kraja. Na shemi: ventil na svakoj grani između izlaza djelitelja i cilindra, s odvodom u spremnik.
7. Usporedite četiri načina sinkronizacije: zupčasti djelitelj, serijski spoj, dva tlačno kompenzirana regulatora protoka i krutu mehaničku vezu. Navedite prednost i nedostatak svakog.
Prikaži rješenje
Djelitelj: dobra točnost (nekoliko postotaka) i mali gubici, ali treba ventile za izjednačavanje i posebnu pozornost na povišenje tlaka. Serijski spoj: vrlo jednostavan, ali traži cilindre posebnih površina, prvi cilindar nosi zbroj tereta, a propuštanje između prostora pomiče položaj pa treba izjednačavanje na kraju hoda. Regulatori protoka: jednostavni i jeftini, ali manje točni i višak ulja odlazi preko sigurnosnog ventila u toplinu. Mehanička veza (npr. torzijsko vratilo sa zupčanicima i letvama): najtočnija i neovisna o ulju, ali skupa, teška i opterećuje konstrukciju. Za veliku točnost koristi se proporcionalna ili servohidraulika s mjerenjem položaja.
8. Kad ste zamijenili terete, promijenio se predznak odstupanja. Objasnite zašto djelitelj ipak ne dijeli protok potpuno jednako.
Prikaži rješenje
Svaki odsječak djelitelja je mala zupčasta jedinica sa zračnostima. Kroz zračnosti propušta dio ulja od strane višeg tlaka prema nižem. Odsječak prema teže opterećenom cilindru radi pri višem tlaku, pa više propušta i taj cilindar malo zaostaje. Kad se tereti zamijene, zaostaje drugi cilindar. Odstupanje raste s razlikom tlakova i temperaturom ulja (manja viskoznost).
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite da klipnjače nisu kruto povezane — bez djelitelja kruta veza bi se zaglavila i mogla oštetiti opremu. Uz obje klipnjače postavite ravnala s nultom točkom na uvučenom položaju. Provjerite djelitelj na klupi: bez tereta mora dijeliti protok podjednako. Ako na stolu nema djelitelja, drugi dio vježbe može se izvesti s dva tlačno kompenzirana regulatora protoka (po jedan u svakoj grani, namještena na 1,0 l/min), uz odgovarajuću izmjenu pitanja 3.
Tijek sata
- Uvod (10 min): tlak određuje otpor; zašto paralelni cilindri nisu sinkroni.
- Crtanje shema i predračun (15 min).
- Paralelni spoj bez djelitelja: spajanje, pokus, mjerenja (20 min).
- Ugradnja djelitelja, mjerenja razlike položaja i tlakova, zamjena tereta (25 min).
- Pitanja 4–7, rasprava o načinima sinkronizacije (10 min).
- Ispuštanje tlaka, rastavljanje, čišćenje (10 min).
Očekivani rezultati
Bez djelitelja 1A2 se izvlači prvi pri oko 11–13 bar, zatim 1A1 pri oko 31–34 bar; ukupno 6–7 s. S djeliteljem se cilindri gibaju zajedno, razlika položaja na kraju hoda nekoliko milimetara, ulazni tlak 21–25 bar. Polaznik objašnjava povišenje tlaka u djelitelju i zašto serijski spoj s jednakim cilindrima ne radi.
Česte pogreške
- povratni vodovi B spojeni kroz djelitelj umjesto izravno na B razvodnika;
- očekivanje da je ulazni tlak djelitelja jednak višem od dvaju tlakova grana;
- računanje serijskog spoja kao da prvi cilindar nosi samo svoj teret;
- zanemarivanje propuštanja djelitelja pri objašnjenju odstupanja;
- očitavanje ravnala nakon što su oba cilindra već na kraju hoda, pa razlika „nestane“.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Sheme paralelnog spoja s djeliteljem i serijskog spoja | 15 |
| Spajanje i provjera, pokus bez djelitelja | 15 |
| Mjerenja: tlakovi grana, razlika položaja, zamjena tereta | 20 |
| Računski zadaci (2–5) | 25 |
| Dopuna sheme i usporedba načina sinkronizacije (6, 7) | 15 |
| Sigurnost i urednost | 10 |
| Ukupno | 100 |