VJEŽBA V36 · MODUL 6 · HIDRAULIČKI IZVRŠNI I UPRAVLJAČKI ELEMENTI
Vježba V36 · 2 sata
Hidraulički uklješten klip
Klip je hidraulički uklješten kad je s obje strane oslonjen na stupac ulja koji ne može otjecati slobodno — u mirovanju zbog zatvorenih nepovratnih ventila, u gibanju zbog prigušenja izlaznog toka. U vježbi uspoređujete gibanje s vučnim i tlačnim teretom, mjerite povišenje tlaka na izlaznoj strani i krutost cilindra u zaustavljenom položaju.
- objasniti pojam hidraulički uklještenog klipa u mirovanju i u gibanju
- spojiti krug s dvostrukim deblokirajućim nepovratnim ventilom i prigušno-nepovratnim ventilima na izlazu
- pokazati bježanje klipa pod vučnim teretom i njegovo sprečavanje prigušenjem izlaznog toka
- izmjeriti i izračunati povišenje tlaka na prstenastoj strani pri prigušenju izlaznog toka
- izračunati hidrauličku krutost cilindra i pomak pod vanjskom silom
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
Na stroju za glodanje utora radni stol s obratkom pomiče hidraulički cilindar. Pri protusmjernom glodanju sila rezanja djeluje protiv posmaka, a pri istosmjernom glodanju glodalo „vuče“ obradak u smjeru posmaka. Ako cilindar nije uklješten, stol pri promjeni smjera sile poskoči za zračnost i iznos stlačivanja ulja, a pri vučnoj sili pobjegne naprijed brže nego što crpka dovodi ulje. Posljedice su lom alata i neravna površina. Kad stol stoji, na njega djeluju sile stezanja i obrade drugog alata, a on se ne smije pomaknuti.
Na didaktičkom stolu posmak predstavlja vodoravni cilindar Ø25/16 mm s hodom 200 mm i uređajem za opterećenje koji daje silu 0,5 kN protiv izvlačenja (tlačni teret) ili u smjeru izvlačenja (vučni teret). Razvodnik 4/3 centriran oprugama u srednjem položaju zatvara P i spaja A i B sa spremnikom. U oba voda ugrađeni su deblokirajući nepovratni ventili s ukriženim upravljanjem (1V2) i prigušno-nepovratni ventili (1V3, 1V4) koji prigušuju ulje što izlazi iz cilindra. Za ovu vježbu sigurnosni ventil namješta se na 40 bar, jer prigušenje izlaznog toka povisuje tlak na strani klipnjače.
Zadatak: pokažite bježanje klipa bez prigušenja, zatim ga spriječite prigušenjem izlaznog toka; izmjerite tlakove na obje strane klipa, brzine s tlačnim i vučnim teretom i pomak zaustavljenog klipa pod vanjskom silom.
Oprema i pribor
- didaktički hidraulički stol s agregatom (stvarni protok oko 2,0 l/min, spremnik, filtar, ulje HLP 46), sigurnosni ventil 0V1 namješten na 40 bar;
- ručni razvodnik 4/3 centriran oprugama (1V1), srednji položaj: P zatvoren, A i B spojeni s T;
- dvostruki deblokirajući nepovratni ventil (1V2) ili dva pojedinačna s ukriženim upravljačkim vodovima;
- dva prigušno-nepovratna ventila (1V3 u vodu A, 1V4 u vodu B), nepovratni ventili propuštaju prema cilindru;
- dvoradni cilindar Ø25/16 mm, hod 200 mm (1A), vodoravno, s uređajem za opterećenje ± 0,5 kN (npr. uteg preko užnice koji se prevješava);
- manometri 0–160 bar: 0Z1 (P), 1Z1 (klipna strana), 1Z2 (prstenasta strana);
- mjerna ura (komparator) 0,01 mm sa stalkom, štoperica, ravnalo, crijeva s brzim spojkama, mjerni list, zaštitne naočale.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Pri prigušenju izlaznog toka tlak na prstenastoj strani viši je od tlaka crpke — uz 40 bar na klipnoj strani i vučni teret može doseći oko 85 bar. Prije vježbe provjerite na pločicama da svi elementi, crijeva i manometri na strani B podnose barem 100 bar. Nikad ne zatvarajte prigušnicu 1V4 potpuno dok se klipnjača izvlači. Deblokirajući ventili zadržavaju tlak u cilindru i nakon isključenja agregata: prije odspajanja uvucite klipnjaču do kraja dok agregat radi, isključite ga, pomaknite ručicu u oba smjera i provjerite da 1Z1 i 1Z2 pokazuju 0 bar.
Uteg uređaja za opterećenje mora biti osiguran od pada, a užnica zaštićena. U prvom dijelu vježbe klipnjača pod vučnim teretom bježi — područje hoda mora biti slobodno. Mjernu uru postavljajte samo uz isključen agregat i ispušten tlak. Crijeva spajajte bez tlaka i provjeravajte spojke povlačenjem. Propuštanje tražite kartonom; ulje obrišite odmah; ozljeda uljem pod tlakom traži hitnu liječničku pomoć. Zaštitne naočale cijelo vrijeme.
Shema
Izvlačenje: ulje ulazi kroz 1V2 i nepovratni ventil 1V3 na klipnu stranu; ulje s prstenaste strane mora proći kroz prigušnicu 1V4, a zatim kroz ventil 1V2 koji je otvoren tlakom iz voda A. Brzinu određuje prigušnica na izlazu, pa klip stoji „između“ tlaka dovoda i tlaka ispred prigušnice. Mirovanje: razvodnik rasterećuje oba upravljačka voda, oba ventila 1V2 zatvaraju i ulje je zatvoreno s obje strane klipa.
Iz ravnoteže sila na klipu pri izvlačenju slijedi p2 = (p1 · A1 ± F) / A2. Budući da je A1 veća od A2, tlak na prstenastoj strani viši je od tlaka na klipnoj strani već i bez tereta.
Postupak
- Nacrtajte shemu i izračunajte očekivane tlakove p2 za slučajeve iz pitanja 3. Provjerite dopušteni tlak elemenata.
- Namjestite 0V1 na 40 bar uz zatvoren P. Spojite krug; prigušnice 1V3 i 1V4 otvorite potpuno.
- Bez tereta nekoliko puta izvucite i uvucite klipnjaču da izađe zrak.
- Bez prigušenja, vučni teret: objesite teret u smjeru izvlačenja. Izvucite klipnjaču i promatrajte gibanje i 1Z1. Zapišite opažanje.
- S prigušenjem izlaznog toka: pritvorite 1V4 tako da izvlačenje bez tereta traje oko 10 s (oko 20 mm/s). Izmjerite vrijeme i tlakove 1Z1 i 1Z2 s vučnim i s tlačnim teretom.
- Na isti način namjestite 1V3 za uvlačenje i provjerite da je gibanje mirno u oba smjera.
- Krutost: zaustavite klipnjaču na polovici hoda (srednji položaj razvodnika). Isključite agregat. Postavite mjernu uru na kraj klipnjače, zatim naizmjence prevjesite teret (tlačni, vučni) i očitajte pomak.
- Uvucite klipnjaču do kraja uz uključen agregat, isključite agregat, ispustite tlak, provjerite manometre i rastavite krug. Sigurnosni ventil vratite na uobičajenu vrijednost prema uputi nastavnika.
Pitanja i zadaci
1. Što znači da je klip hidraulički uklješten? Navedite dva stanja u kojima je klip u ovom krugu uklješten i element koji to osigurava u svakom od njih.
Prikaži rješenje
Klip je uklješten kad ulje s obje njegove strane ne može slobodno otjecati, pa na svaku vanjsku silu odgovara porast tlaka s jedne strane, a ne gibanje. U mirovanju to osiguravaju zatvoreni deblokirajući ventili 1V2 (sjedišni, bez propuštanja). U gibanju to osigurava prigušivanje izlaznog toka (1V4 pri izvlačenju, 1V3 pri uvlačenju): ulje ispred klipa može izlaziti samo zadanom brzinom, bez obzira na smjer vanjske sile.
2. Što se dogodilo pri izvlačenju s vučnim teretom bez prigušenja? Zašto 1Z1 tada pokazuje gotovo 0 bar?
Prikaži rješenje
Teret je povukao klipnjaču brže nego što crpka dovodi ulje, gibanje je bilo trzajno. Klipna strana se tada „prazni“ brže nego što se puni: tlak pada na nulu ili ispod (nastaju mjehurići, kavitacija). Da se klip giba zadanom brzinom uz vučni teret, s tlakom p2 = 2 bar na izlazu trebao bi tlak p1 = (0,2 · 289,8 − 500) / 490,9 = −0,9 N/mm², dakle −9 bar, što nije moguće. Otpor mora stvoriti izlazna strana.
3. Izračunajte tlak na prstenastoj strani pri izvlačenju s prigušenjem izlaznog toka ako klipna strana ima 40 bar: (a) bez tereta, (b) s vučnim teretom 0,5 kN, (c) s tlačnim teretom 0,5 kN.
Prikaži rješenje
A1 = 490,9 mm², A2 = 289,8 mm², p1 · A1 = 4 · 490,9 = 1963 N. (a) p2 = 1963 / 289,8 = 6,78 N/mm² = 67,8 bar. (b) vučni teret pomaže izvlačenje: p2 = (1963 + 500) / 289,8 = 8,50 N/mm² = 85,0 bar. (c) tlačni teret koči: p2 = (1963 − 500) / 289,8 = 5,05 N/mm² = 50,5 bar. U svim slučajevima p2 je viši od tlaka crpke — to je povišenje tlaka zbog omjera površina.
4. Kolika je hidraulička krutost cilindra zaustavljenog na polovici hoda, ako se računa E = 1,4 · 10⁹ Pa i po 10 cm³ ulja u vodovima između ventila 1V2 i cilindra? Koliki je pomak pod silom od 0,5 kN?
Prikaži rješenje
V1 = 490,9 mm² · 100 mm + 10 000 mm³ = 59,1 cm³; V2 = 289,8 · 100 + 10 000 = 39,0 cm³. c1 = E · A1² / V1 = 1,4 · 10⁹ · (4,909 · 10⁻⁴)² / 59,1 · 10⁻⁶ = 5,71 · 10⁶ N/m; c2 = 1,4 · 10⁹ · (2,898 · 10⁻⁴)² / 39,0 · 10⁻⁶ = 3,02 · 10⁶ N/m. Ukupno c = 8,73 · 10⁶ N/m = 8,7 N/µm. Pomak x = 500 / 8,73 · 10⁶ = 0,057 mm. Izmjereni pomak obično je nekoliko puta veći, jer se šire crijeva, a u ulju ima otopljenog i nevezanog zraka.
5. Koliki protok prolazi kroz 1V4 i koliko ulja odlazi preko sigurnosnog ventila pri izvlačenju brzinom 20 mm/s? Koliko se snage pretvara u toplinu na 0V1?
Prikaži rješenje
Kroz 1V4: Q = 20 mm/s · 289,8 mm² = 5 796 mm³/s = 0,35 l/min. Na klipnu stranu ulazi Q1 = 20 · 490,9 = 9 818 mm³/s = 0,59 l/min. Višak 2,0 − 0,59 = 1,41 l/min odlazi kroz 0V1 pri 40 bar: P = 40 · 10⁵ · 1,41 / 60 000 ≈ 94 W. Prigušivanje uz crpku stalnog protoka uvijek stvara toplinu; kod većih strojeva koristi se crpka promjenjivog protoka ili proporcionalni ventil.
6. Zašto srednji položaj razvodnika mora spajati A i B sa spremnikom? Nacrtajte srednji položaj koji ne bi bio prikladan i objasnite što bi se dogodilo.
Prikaži rješenje
Deblokirajući ventili 1V2 zatvaraju samo ako su oba upravljačka voda bez tlaka. Srednji položaj sa zatvorenim A i B (kvadrat s četiri zatvorena priključka) zarobio bi tlak u vodovima između razvodnika i 1V2; taj tlak mogao bi držati jedan ventil djelomično otvorenim i klip bi pod vanjskom silom klizio. Neprikladan je i srednji položaj P→T s zatvorenim A i B, iz istog razloga.
7. Dopunite shemu: gdje biste postavili 1V2 u stvarnom stroju i zašto? Što se postiže ako se ventil ugradi izravno na cilindar?
Prikaži rješenje
Deblokirajući ventil ugrađuje se što bliže cilindru, najbolje izravno na priključke cilindra (prirubnički ili navojni blok). Tada je između ventila i klipa najmanji volumen ulja i nema crijeva, pa je krutost najveća. Ako pukne crijevo između razvodnika i cilindra, ventil i dalje drži klip — to je i sigurnosna zaštita od pada tereta.
8. Zašto se u ovom krugu ne koristi prigušivanje ulaznog toka (prigušnica u dovodu)? U kojem je slučaju ono ipak dopušteno?
Prikaži rješenje
Prigušivanje ulaznog toka ograničava samo koliko ulja ulazi u cilindar; ne može spriječiti da vučni teret izvuče klip brže, jer izlazna strana tada nema otpora. Uz promjenjivi smjer sile klip zato nije uklješten. Prigušivanje ulaznog toka dopušteno je kad sila uvijek djeluje protiv gibanja (npr. dizanje tereta, prešanje), a prednost mu je što ne stvara povišeni tlak na izlaznoj strani.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Najvažnija provjera je dopušteni tlak elemenata na strani B. Ako neki element ne podnosi 100 bar, spustite 0V1 na 30 bar (tada je p2 s vučnim teretom oko 68 bar) i prilagodite računske zadatke. Pripremite uređaj za opterećenje koji se može prevjesiti iz tlačnog u vučni bez rastavljanja kruga. Pripremite mjernu uru sa stalkom. Za manometar 1Z2 koristite manometar do 160 bar.
Tijek sata
- Uvod (10 min): primjer glodanja, pojam uklještenog klipa, povišenje tlaka pri prigušivanju izlaznog toka.
- Crtanje sheme i predračun tlakova (15 min).
- Spajanje, namještanje 0V1 na 40 bar, provjera (15 min).
- Pokus bez prigušenja i s prigušenjem izlaznog toka, mjerenja tlakova i vremena (25 min).
- Mjerenje krutosti mjernom urom (15 min).
- Ispuštanje tlaka, vraćanje 0V1, rastavljanje (10 min).
Očekivani rezultati
Bez prigušenja s vučnim teretom 1Z1 pada gotovo na nulu, gibanje je nemirno. S prigušenjem gibanje je jednoliko, a vrijeme izvlačenja razlikuje se s vučnim i tlačnim teretom za manje od 10 %. 1Z2 pokazuje 55–85 bar ovisno o teretu. Izmjereni pomak zaustavljenog klipa od 0,1 do 0,5 mm, veći od računskih 0,06 mm, što polaznik objašnjava elastičnošću crijeva i zrakom u ulju.
Česte pogreške
- prigušno-nepovratni ventili okrenuti tako da prigušuju ulaz;
- upravljački vodovi 1V2 spojeni na vlastiti vod umjesto ukriženo;
- zaboravljeno namještanje 0V1 na 40 bar, pa p2 prelazi dopušteni tlak;
- računanje p2 kao jednakog p1, bez omjera površina;
- postavljanje mjerne ure dok je agregat uključen.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Shema s ukriženim upravljanjem i pravilno okrenutim prigušno-nepovratnim ventilima | 15 |
| Spajanje, namještanje 0V1, provjera dopuštenog tlaka | 15 |
| Pokusi i mjerenja tlakova, vremena i pomaka | 20 |
| Računski zadaci (2–5) | 25 |
| Obrazloženja i dopuna sheme (6–8) | 15 |
| Sigurnost i urednost | 10 |
| Ukupno | 100 |