VJEŽBA V39 · MODUL 7 · ELEKTROHIDRAULIČKI SUSTAVI
Vježba V39 · 2 sata
Upravljanje ovisno o putu i brzini
Posmačna jedinica prelazi prazni dio puta brzo, obradu radi zadanom radnom brzinom, a vraća se opet brzo. U vježbi granične sklopke određuju gdje se brzina mijenja, a regulator protoka na izlazu iz cilindra određuje radnu brzinu neovisno o sili obrade.
- spojiti elektrohidraulički krug s razvodnikom 4/3, regulatorom protoka na izlazu i elektromagnetskim obilaznim razvodnikom 2/2
- nacrtati i protumačiti električnu shemu ciklusa brzo primicanje – radni posmak – brzi povrat s graničnim sklopkama
- namjestiti radnu brzinu regulatorom protoka i izmjeriti brzine i vremena svih faza ciklusa
- izračunati vremena faza, tlak na izlaznoj strani cilindra i toplinski gubitak pri radnom posmaku
- procijeniti posljedice kvara granične sklopke i obrazložiti izbor mirnog položaja obilaznog razvodnika
O vježbi
Prije vježbe proći gradivo: 7.1 Elektrohidraulički sustavi i razvodnici, 6.5 Hidraulički protočni 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
Bušaća jedinica na stroju za obradu kućišta ventila nosi vreteno sa svrdlom na hidrauličkom klizaču. Od početnog položaja do obratka ima 120 mm praznog puta, bušenje traje 60 mm, a zatim se klizač vraća u početni položaj. Da takt bude kratak, prazni put i povrat idu punom brzinom, a bušenje zadanom posmačnom brzinom koja se ne smije mijenjati kad svrdlo zatupi ili kad probije kroz stijenku. Promjena brzine vezana je uz položaj klizača — to je upravljanje ovisno o putu.
Na didaktičkom stolu klizač je dvoradni cilindar Ø25/16 mm s hodom 200 mm. Smjer određuje elektromagnetski razvodnik 4/3 (Y1 izvlačenje, Y2 povrat) centriran oprugama, sa srednjim položajem P→T i zatvorenim A i B. U vodu B nalaze se tlačno kompenzirani regulator protoka 1V2 (radni posmak), paralelno s njim nepovratni ventil 1V3 (brzi povrat) i elektromagnetski razvodnik 2/2 (Y3), zatvoren u mirnom položaju, koji otvoren premošćuje regulator (brzi hod). Granične sklopke: B1 — početni položaj, B2 — kulisa aktivna od 120 mm do kraja hoda, B3 — kraj radnog hoda na 180 mm. Agregat daje oko 2,0 l/min. Sigurnosni ventil namješta se na 40 bar zbog povišenja tlaka na strani klipnjače.
Zadatak: spojite krug, namjestite radnu brzinu na oko 23 mm/s, izmjerite trajanje svake faze bez tereta i s protusilom, izmjerite tlakove i provjerite što se događa pri kvaru granične sklopke B2.
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;
- elektromagnetski razvodnik 4/3 s dva elektromagneta 24 V DC, centriran oprugama (1V1: Y1, Y2);
- tlačno kompenzirani regulator protoka (1V2), nepovratni ventil (1V3), elektromagnetski razvodnik 2/2 zatvoren u mirnom položaju (1V4: Y3);
- dvoradni cilindar Ø25/16 mm, hod 200 mm (1A), s nosačem za granične sklopke i uređajem za protusilu 0,8 kN;
- tri granične sklopke s valjčićem i preklopnim kontaktom (B1, B2, B3) te kulisa za B2 od 120 mm do 200 mm hoda;
- električni modul: izvor 24 V DC, tipkala S0 i S1, relej K1, vodiči s laboratorijskim utikačima;
- manometri: 0Z1 (P, 0–100 bar), 1Z1 (A, 0–100 bar), 1Z2 (B, 0–160 bar); štoperica, ravnalo, mjerni list, zaštitne naočale.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Ciklus se nakon pritiska na S1 odvija sam — klipnjača se giba bez daljnjeg djelovanja rukom, a mijenja i smjer. Granične sklopke namještajte samo uz isključen izvor 24 V. Pri radnom posmaku tlak na strani klipnjače viši je od tlaka crpke (do oko 68 bar uz 40 bar na klipnoj strani); elementi na strani B moraju podnositi najmanje 100 bar. Ne zatvarajte regulator 1V2 potpuno dok se klipnjača izvlači. Prije odspajanja isključite agregat, pritisnite S0, isključite izvor i provjerite da 0Z1, 1Z1 i 1Z2 pokazuju 0 bar.
Zaustavljanje u opasnosti izvodi se isključenjem izvora 24 V: oba elektromagneta ostaju bez napona, opruge centriraju razvodnik i klipnjača stane. Tipkalo S0 nije tipkalo za zaustavljanje u opasnosti — ono prekida ciklus i vraća klipnjaču. Vodiči ne smiju ležati u ulju ni preko crijeva. Brze spojke provjerite povlačenjem, propuštanje tražite kartonom, ulje obrišite odmah; ozljeda uljem pod tlakom traži hitnu liječničku pomoć. Zaštitne naočale cijelo vrijeme.
Shema
Početak: klipnjača je uvučena i aktivira B1. Pritiskom na S1 privuče K1 i zadrži se preko svog kontakta. K1 uključuje Y1 (staza 3) i Y3 (staza 4, B2 još nije aktiviran): ulje iz prstenaste strane odlazi kroz 1V4 u spremnik i klipnjača se izvlači punom brzinom. Na 120 mm kulisa aktivira B2, njegov mirni kontakt otvara, Y3 ostaje bez napona i ulje mora kroz regulator 1V2 — počinje radni posmak. Na 180 mm B3 otvara stazu 1, K1 otpusti, Y1 i Y3 ostaju bez napona, a mirni kontakti K1 i B1 u stazi 5 uključuju Y2: klipnjača se vraća punom brzinom (ulje ulazi kroz 1V3) dok ne aktivira B1.
Postupak
- Nacrtajte obje sheme i dijagram put–vrijeme ciklusa s ucrtanim položajima B1, B2 i B3.
- Namjestite 0V1 na 40 bar. Uz isključen agregat spojite hidraulički dio, uz isključen izvor 24 V električni dio. Pregled nastavnika.
- Uz isključen izvor postavite granične sklopke na 0, 120 i 180 mm hoda (ravnalo) i kulisu za B2 od 120 mm do kraja hoda.
- Uključite agregat i izvor. Pokrenite ciklus s regulatorom 1V2 malo otvorenim i provjerite redoslijed faza. Namjestite 1V2 tako da radni posmak od 60 mm traje oko 2,6 s (oko 23 mm/s).
- Bez tereta izmjerite trajanje brzog primicanja, radnog posmaka i povrata, po tri puta. Za vrijeme radnog posmaka očitajte 1Z1 i 1Z2.
- Uključite protusilu 0,8 kN i ponovite mjerenje radnog posmaka i tlakova. Usporedite brzinu s mjerenjem bez tereta.
- Kvar B2: uz isključen izvor premostite mirni kontakt B2 vodičem (sklopka „ne otvara“). Uključite izvor, pokrenite ciklus i opišite što se dogodilo. Zatim umjesto premoštenja izvucite jedan vodič s B2 („prekid voda“) i ponovite.
- Uklonite premoštenje, isključite agregat, pritisnite S0, isključite izvor, ispustite tlak, provjerite manometre i rastavite krug. Vratite 0V1 prema uputi nastavnika.
Pitanja i zadaci
1. Za svaku fazu ciklusa navedite koji su elektromagneti pod naponom i kojim putem ulje izlazi iz cilindra.
Prikaži rješenje
Brzo primicanje: Y1 i Y3; ulje iz prstenaste strane izlazi kroz otvoreni 1V4 (i djelomično kroz 1V2) i B→T razvodnika. Radni posmak: samo Y1; ulje izlazi samo kroz regulator 1V2. Povrat: samo Y2; ulje ulazi u prstenastu stranu kroz nepovratni ventil 1V3, a s klipne strane izlazi kroz A→T. Mirovanje u početnom položaju: nijedan elektromagnet; srednji položaj P→T rasterećuje crpku.
2. Izračunajte brzinu radnog posmaka ako je regulator 1V2 namješten na 0,40 l/min, i trajanje svih triju faza ciklusa. Koliko bi trajalo izvlačenje da cijeli hod od 180 mm ide radnom brzinom?
Prikaži rješenje
Regulator je na izlazu, pa određuje protok iz prstenaste strane: v = Q / A2 = 6 667 mm³/s / 289,8 mm² = 23,0 mm/s. Brzo primicanje 120 mm: 120 / 67,9 = 1,77 s. Radni posmak 60 mm: 60 / 23,0 = 2,61 s. Povrat 180 mm: 180 / 115,0 = 1,56 s. Ukupno 5,94 s (bez vremena prebacivanja). Cijeli hod od 180 mm radnom brzinom: 180 / 23,0 = 7,83 s, pa bi ciklus trajao 9,4 s — brzo primicanje štedi oko 3,5 s ili oko 37 %.
3. Koliki tlak pokazuje 1Z2 pri radnom posmaku (a) bez tereta, (b) s protusilom 0,8 kN? Klipna strana je pri tlaku sigurnosnog ventila od 40 bar.
Prikaži rješenje
Ravnoteža: p2 · A2 = p1 · A1 − F. (a) p2 = 4 · 490,9 / 289,8 = 6,78 N/mm² = 67,8 bar. (b) p2 = (1963 − 800) / 289,8 = 4,01 N/mm² = 40,1 bar. Tlačno kompenzirani regulator održava stalan protok bez obzira na tlak ispred sebe, pa je brzina u oba slučaja jednaka — mijenja se samo tlak p2.
4. Koliki protok za vrijeme radnog posmaka odlazi preko sigurnosnog ventila i koliko se snage pretvara u toplinu?
Prikaži rješenje
Na klipnu stranu ulazi Q1 = v · A1 = 23,0 · 490,9 = 11 290 mm³/s = 0,68 l/min. Višak 2,0 − 0,68 = 1,32 l/min odlazi kroz 0V1 pri 40 bar: P = 40 · 10⁵ · 1,32 / 60 000 ≈ 88 W. Tome se pribraja gubitak na samom regulatoru. U industriji se zato za ovakve jedinice koriste crpke s regulacijom tlaka ili protoka.
5. Zašto je regulator protoka ugrađen na izlazu iz cilindra (u vodu B), a ne na ulazu? Što se događa u trenutku kad svrdlo probije stijenku?
Prikaži rješenje
Pri proboju sila bušenja naglo pada gotovo na nulu. Da je regulator na ulazu, izlazna strana ne bi imala otpora: klizač bi zbog energije stlačenog ulja na klipnoj strani poskočio naprijed, svrdlo bi se zaglavilo ili slomilo. Regulator na izlazu drži klip uklještenim (vidi V36): tlak p2 samo naraste, a brzina ostaje ista.
6. Zašto je B2 izveden kao granična sklopka s kulisom, a ne s kratkom izbočinom koja ga aktivira samo u jednoj točki? Kako bi trebalo promijeniti električnu shemu da se koristi kratka izbočina?
Prikaži rješenje
Y3 mora ostati bez napona od 120 mm do 180 mm. Kulisa drži B2 aktiviranim cijelim tim putem, pa mirni kontakt B2 sam isključuje Y3. S kratkom izbočinom B2 bi se zatvorio odmah nakon prolaska i Y3 bi se ponovno uključio. Tada treba dodati relej K2 koji B2 postavlja i koji se samodrži do kraja radnog hoda (reset kontaktom K1 ili B3), a u stazu 4 umjesto B2 staviti mirni kontakt K2.
7. Što ste opazili pri dvama kvarovima B2 (kontakt ne otvara; prekid voda)? Koji je kvar opasan i zašto je 1V4 izabran tako da je u mirnom položaju zatvoren?
Prikaži rješenje
Kad kontakt ne otvara, Y3 ostaje pod naponom i cijeli hod ide brzo: u stvarnom stroju svrdlo bi punom brzinom udarilo u obradak — opasan kvar. Pri prekidu voda Y3 nikad ne dobije napon i cijeli hod ide radnom brzinom: ciklus je sporiji, ali siguran. Razvodnik 1V4 zatvoren u mirnom položaju znači da nestanak signala, prekid voda ili pregorjeli namot vode u sporo, sigurno stanje. Opasni kvar „kontakt ne otvara“ otkriva se nadzorom, npr. provjerom da se B2 promijenio prije nego što B3 javi kraj radnog hoda.
8. Dopunite hidrauličku shemu: koji bi srednji položaj razvodnika 1V1 bio neprikladan za ovu jedinicu i zašto je izabran položaj P→T sa zatvorenim A i B?
Prikaži rješenje
Neprikladan je srednji položaj u kojem su A i B spojeni sa spremnikom (plivajući): pri zaustavljanju u opasnosti klizač ne bi bio zadržan i mogao bi se pod silom obrade ili težinom pomaknuti. Neprikladan je i položaj sa zatvorenim P, jer bi crpka u mirovanju tlačila preko 0V1 i grijala ulje. Položaj P→T s zatvorenim A i B zaustavlja klizač i rasterećuje crpku. Na shemu se crta srednji kvadrat s T-oznakama na A i B te spojem P s T.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Provjerite dopušteni tlak elemenata na strani B (najmanje 100 bar). Pripremite nosač graničnih sklopki s oznakama 0, 120 i 180 mm i kulisu za B2. Provjerite da izvor 24 V ima vidljivu sklopku za isključenje koja služi kao zaustavljanje u opasnosti. Unaprijed isprobajte ciklus i zapišite namještenje regulatora za 23 mm/s. Za pokus kvara pripremite kratak premosni vodič.
Tijek sata
- Uvod (10 min): upravljanje ovisno o putu, brzi i radni hod, uloga regulatora na izlazu, sigurno stanje pri kvaru.
- Sheme i dijagram put–vrijeme (15 min).
- Spajanje, postavljanje sklopki, pregled (20 min).
- Namještanje radne brzine, mjerenja bez tereta i s protusilom (20 min).
- Pokusi kvara B2 i rasprava (15 min).
- Ispuštanje tlaka, rastavljanje (10 min).
Očekivani rezultati
Brzo primicanje 1,8–2,0 s, radni posmak oko 2,6 s (namješteno), povrat 1,6–1,8 s. Radna brzina s protusilom 0,8 kN razlikuje se manje od 5 %. 1Z2 pri radnom posmaku bez tereta 60–70 bar, s protusilom 35–45 bar. Pri premoštenju B2 cijeli hod ide brzo, pri prekidu voda sporo. Polaznik prepoznaje opasni kvar i obrazlaže mirni položaj 1V4.
Česte pogreške
- regulator 1V2 ili nepovratni ventil 1V3 okrenuti naopako, pa povrat ide kroz regulator;
- korištenje radnog umjesto mirnog kontakta B2 u stazi 4;
- B3 spojen prije točke samodržanja, pa ne prekida ciklus;
- računanje radne brzine s površinom A1 umjesto A2;
- namještanje graničnih sklopki pod naponom.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Hidraulička i električna shema, dijagram put–vrijeme | 20 |
| Spajanje, postavljanje sklopki, provjera ciklusa | 20 |
| Namještanje radne brzine i mjerenja | 15 |
| Računski zadaci (2–4) | 20 |
| Pokus kvara i obrazloženja (5–8) | 15 |
| Sigurnost i urednost | 10 |
| Ukupno | 100 |