VJEŽBA V38 · MODUL 7 · ELEKTROHIDRAULIČKI SUSTAVI
Vježba V38 · 2 sata
Tlačna sklopka
Tlačna sklopka pretvara hidraulički tlak u električni signal: kontakt se zatvori kad tlak dosegne namještenu vrijednost i otvori kad padne za iznos histereze. U vježbi elektrohidraulički stezač javlja postignutu silu stezanja, a vi namještate i provjeravate uklopnu i isklopnu točku sklopke.
- spojiti elektrohidraulički stezač s elektromagnetskim razvodnikom 4/2, relejima i tlačnom sklopkom
- nacrtati i protumačiti električnu shemu strujnih staza sa samodržanjem i signalom tlačne sklopke
- namjestiti uklopnu točku tlačne sklopke i izmjeriti njezinu histerezu
- izračunati silu stezanja pri uklopnoj i isklopnoj točki i provjeriti zahtjev
- procijeniti gdje se tlačna sklopka ugrađuje i kada sam tlačni signal nije dovoljan
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 7.2 Tlačna sklopka i elektrohidraulički pretvarači signala.
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 bušenje prirubnica obradak se steže hidrauličkim stezačem. Upravljački sustav stroja smije pokrenuti vreteno i posmak tek kad je obradak stvarno stegnut silom od najmanje 1,5 kN. Ako tlak stezanja za vrijeme obrade padne (propuštanje, kvar crpke), obrada se mora zaustaviti. Položaj klipnjače to ne može potvrditi, jer obradci imaju različite debljine — mjeri se tlak.
Na didaktičkom stolu stezač je dvoradni cilindar Ø25/16 mm s hodom 200 mm, a upravlja ga elektromagnetski razvodnik 4/2 s povratnom oprugom (Y1 steže). Na vodu A između razvodnika i cilindra ugrađeni su tlačna sklopka B1 i manometar 1Z1. Upravljački napon je 24 V istosmjerno. Tipkalo S1 pokreće stezanje, tipkalo S0 otpušta. Relej K1 drži stezanje (samodržanje), a relej K2, koji uključuje tlačna sklopka, pali signalnu lampicu H1 „stegnuto“ i svojim drugim kontaktima daje dozvolu obrade. Tlačna sklopka namješta se na uklop pri 35 bar; isklop pri padu tlaka treba biti oko 32 bar. Agregat daje oko 2,0 l/min, sigurnosni ventil je na 50 bar.
Zadatak: spojite hidraulički i električni dio, namjestite tlačnu sklopku, izmjerite uklopnu i isklopnu točku, provjerite ponašanje pri stezanju s obratkom i bez njega te pri nestanku napona.
Oprema i pribor
- didaktički hidraulički stol s agregatom (stvarni protok oko 2,0 l/min, spremnik, filtar, ulje HLP 46), sigurnosni ventil 0V1 podesiv, osnovno na 50 bar;
- elektromagnetski razvodnik 4/2 s povratnom oprugom, 24 V DC (1V1, elektromagnet Y1);
- dvoradni cilindar Ø25/16 mm, hod 200 mm (1A), s pločom za „obradak“ (drveni ili plastični umetak);
- tlačna sklopka s podesivom uklopnom točkom i preklopnim kontaktom (B1), manometar 0–100 bar (1Z1);
- električni modul: izvor 24 V DC, tipkala S0 (mirni kontakt) i S1 (radni kontakt), dva releja K1 i K2 s po četiri kontakta, signalna lampica H1, vodiči s laboratorijskim utikačima;
- crijeva s brzim spojkama, T-razdjelnici, mjerni list, zaštitne naočale.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Električni dio spajajte samo uz isključen izvor 24 V, a hidraulički samo uz isključen agregat i ispušten tlak. Kad se uključi napon, cilindar se može pomaknuti bez ikakvog pokreta ručice — prije uključivanja izvora provjerite da nitko nema ruke u području klipnjače. Za ispuštanje tlaka isključite agregat, pritisnite S1 i S0 da razvodnik promijeni položaj, isključite izvor i provjerite da 0Z1 i 1Z1 pokazuju 0 bar.
Pri namještanju tlačne sklopke privremeno se mijenja namještenje sigurnosnog ventila; nakon mjerenja obvezno ga vratite na 50 bar i provjerite manometrom. Električni vodiči ne smiju ležati u lokvi ulja ni biti napeti preko crijeva. Brze spojke provjerite povlačenjem, propuštanje tražite kartonom, proliveno ulje odmah obrišite. Ozljeda uljem pod tlakom traži hitnu liječničku pomoć. Zaštitne naočale cijelo vrijeme.
Shema
Pritiskom na S1 relej K1 privuče i preko svog kontakta u stazi 2 ostaje privučen i kad se S1 pusti. Kontakt K1 u stazi 3 uključuje Y1: razvodnik spaja P→A i stezač se izvlači. Dok klipnjača putuje, tlak je nizak. Kad čeljust nalegne na obradak, tlak u vodu A brzo raste; pri 35 bar kontakt B1 se zatvori, privuče K2 i upali se H1. Pritisak na S0 prekida stazu 1, K1 otpusti, Y1 ostaje bez napona i opruga vraća razvodnik — tlak u vodu A pada, B1 otvara i H1 se gasi.
Postupak
- Nacrtajte obje sheme i uz svaki relej zapišite u kojim se stazama nalaze njegovi kontakti.
- Uz isključen agregat spojite hidraulički dio, uz isključen izvor 24 V električni dio. Zamolite nastavnika za pregled.
- Uključite agregat, zatim izvor. Bez obratka provjerite rad: S1 – stezanje, S0 – otpuštanje. Nekoliko puta ponovite da izađe zrak.
- Uklopna točka: namjestite 0V1 na 35 bar (manometar 0Z1). Stegnite umetak i podešavajte vijak tlačne sklopke dok H1 ne upali. Vratite 0V1 na 50 bar.
- Provjera uklopa: otpustite i ponovno stegnite. Pratite 1Z1 i zapišite tlak u trenutku kad H1 upali. Ponovite tri puta.
- Isklopna točka: dok je umetak stegnut, polako otpuštajte vijak 0V1 od 50 bar naniže i zapišite tlak na 1Z1 pri kojem H1 ugasi. Izračunajte histerezu. Vratite 0V1 na 50 bar.
- Bez obratka: uklonite umetak i pritisnite S1. Opazite kada upali H1 i zapišite zaključak.
- Nestanak napona: stegnite umetak, zatim isključite izvor 24 V. Opišite što se dogodilo sa stezačem i s lampicom.
- Isključite agregat, ispustite tlak, isključite izvor, provjerite manometre i rastavite krug.
Pitanja i zadaci
1. Opišite ulogu svake strujne staze. Zašto je S0 izveden kao mirni kontakt i zašto je u seriji ispred samodržanja?
Prikaži rješenje
Staza 1: S0, S1 i svitak K1; staza 2: kontakt K1 paralelno s S1 (samodržanje); staza 3: kontakt K1 uključuje Y1; staza 4: B1 uključuje K2; staza 5: kontakt K2 pali H1. S0 je mirni kontakt jer mora prekinuti samodržanje; ispred je samodržanja da ga prekida bez obzira na stanje K1. Mirni kontakt je i sigurniji: prekid vodiča do S0 djeluje kao pritisak na „otpusti“, a ne ostavlja stroj bez mogućnosti otpuštanja.
2. Izračunajte silu stezanja pri uklopnoj (35 bar) i pri isklopnoj točki (32 bar). Je li zahtjev od 1,5 kN zadovoljen u cijelom području u kojem je dozvola obrade uključena?
Prikaži rješenje
A1 = 490,9 mm². Pri 35 bar: F = 3,5 · 490,9 = 1718 N. Pri 32 bar: F = 3,2 · 490,9 = 1571 N. Dozvola nestaje tek kad tlak padne ispod 32 bar, pa je sila za cijelo vrijeme dozvole najmanje 1571 N > 1500 N. Najniži dopušteni isklop bio bi 1500 / 490,9 = 3,06 N/mm² = 30,6 bar.
3. Zašto tlačna sklopka ima histerezu? Što bi se dogodilo sa sklopkom bez histereze kad tlak crpke pulsira ± 1 bar oko uklopne točke?
Prikaži rješenje
Histereza je razlika između uklopne i isklopne točke. Bez nje bi kontakt pri tlaku koji titra oko uklopne točke brzo uključivao i isključivao (treperenje): relej K2 bi zujao, kontakti bi se trošili, a upravljački sustav stroja dobivao bi niz lažnih signala „stegnuto – nije stegnuto“. Histereza od 3 bar veća je od pulsacija, pa je signal miran.
4. Zašto je tlačna sklopka spojena na vod A, a ne na tlačni vod P iza crpke? Dopunite shemu i pokažite gdje bi bila pogrešno postavljena.
Prikaži rješenje
U vodu P tlak naraste do 50 bar uvijek kad se cilindar ne giba — i kad je stezač otvoren i uvučen do kraja. Sklopka na P javljala bi „stegnuto“ i kad je stezač otpušten. Vod A je pod tlakom samo kad Y1 drži razvodnik u položaju stezanja i čeljust nalegne. Pogrešan položaj: T-razdjelnik između crpke i priključka P razvodnika; ispravan: između priključka A razvodnika i cilindra, što bliže cilindru.
5. Što ste opazili pri stezanju bez obratka? Kako bi se upravljanje moralo dopuniti da to ne bude opasno?
Prikaži rješenje
H1 je upalio i bez obratka: klipnjača je došla na kraj hoda i tlak je narastao do 50 bar, kao da je obradak stegnut. Tlačna sklopka ne razlikuje obradak od graničnika. Dopuna: granična sklopka (npr. beskontaktni senzor B2) koja javlja da je klipnjača stigla do kraja hoda; u stazu 4 u seriju s B1 dodaje se mirni kontakt B2. Dozvola se tada daje samo ako je tlak postignut i klipnjača nije na kraju hoda.
6. Što se dogodilo pri nestanku napona? Je li takvo ponašanje prihvatljivo za stezač na stroju za bušenje? Predložite dva rješenja.
Prikaži rješenje
Y1 je ostao bez napona, opruga je prebacila razvodnik i stezač je otpustio obradak dok se vreteno možda još okreće — neprihvatljivo. Rješenja: (a) stezanje u mirnom položaju razvodnika — zamjenom vodova A i B stezač steže kad nema napona, a otpušta elektromagnet; (b) razvodnik s dva elektromagneta bez opruga (bistabilni), koji pri nestanku napona ostaje u zadnjem položaju, uz deblokirajući nepovratni ventil u vodu stezanja koji drži tlak i pri kvaru crpke. Izbor ovisi o procjeni rizika stroja.
7. Koliko dugo nakon nalijeganja čeljusti na obradak tlak naraste od 0 do 35 bar? Uzmite da je u cilindru i crijevima 118 cm³ ulja, efektivni modul stlačivosti s crijevima 1,0 · 10⁹ Pa i protok 2,0 l/min.
Prikaži rješenje
Volumen koji crpka mora „utisnuti“ da tlak naraste: ΔV = V · Δp / E = 118 cm³ · 35 · 10⁵ Pa / 1,0 · 10⁹ Pa = 0,41 cm³. Uz Q = 33,3 cm³/s: t = 0,41 / 33,3 ≈ 0,012 s. Tlak raste gotovo trenutno, pa se uklopna točka ne može pouzdano namjestiti „promatranjem“ — zato se u postupku privremeno snižava tlak sigurnosnog ventila.
8. Izmjerili ste uklop pri 35,5 bar i isklop pri 31,5 bar. Kolika je histereza i zadovoljava li sklopka zadatak?
Prikaži rješenje
Histereza je 35,5 − 31,5 = 4,0 bar. Pri isklopu sila je 3,15 · 490,9 = 1546 N > 1500 N, pa zahtjev još vrijedi, ali uz malu rezervu (3 %). Preporuka: uklopnu točku podignuti na oko 36 bar da isklop bude oko 32 bar, i pri tome provjeriti da uklop ostane dovoljno ispod 50 bar sigurnosnog ventila.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite električni modul (izvor 24 V s osiguračem ili strujnim ograničenjem, releji, tipkala) i tlačnu sklopku na klupi. Pripremite umetak koji stezač može sigurno pritisnuti (tvrdo drvo ili plastika debljine oko 50 mm). Unaprijed označite na 0V1 osnovno namještenje od 50 bar. Pripremite mjerni list s tablicom za tri uklopa i tri isklopa te praznim poljima za opažanja pri stezanju bez obratka i nestanku napona.
Tijek sata
- Uvod (10 min): tlačna sklopka, uklopna i isklopna točka, histereza, sigurnost pri radu s naponom i tlakom.
- Crtanje hidrauličke i električne sheme (15 min).
- Spajanje oba dijela i pregled (20 min).
- Namještanje uklopne točke, mjerenje uklopa i isklopa (20 min).
- Pokusi bez obratka i s nestankom napona, rasprava (15 min).
- Ispuštanje tlaka, vraćanje 0V1 na 50 bar, rastavljanje (10 min).
Očekivani rezultati
Uklop 34–36 bar, isklop 30–33 bar, histereza 2–5 bar ovisno o izvedbi sklopke. Pri stezanju bez obratka H1 upali na kraju hoda. Pri nestanku napona stezač otpušta. Polaznik predlaže dopunu graničnom sklopkom i rješenje za nestanak napona.
Česte pogreške
- tlačna sklopka spojena na vod P ili na vod B;
- kontakt samodržanja spojen paralelno sa S0 umjesto sa S1, pa se stezač ne može otpustiti;
- korištenje mirnog umjesto radnog kontakta tlačne sklopke;
- zaboravljeno vraćanje 0V1 na 50 bar nakon namještanja sklopke;
- spajanje vodiča pod naponom.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Hidraulička i električna shema s oznakama staza i kontakata | 20 |
| Spajanje oba dijela i provjera rada | 20 |
| Namještanje sklopke, mjerenje uklopa, isklopa i histereze | 20 |
| Računski zadaci (2, 7, 8) | 15 |
| Obrazloženja i dopune (4–6) | 15 |
| Sigurnost i urednost | 10 |
| Ukupno | 100 |