VJEŽBA V40 · MODUL 7 · ELEKTROHIDRAULIČKI SUSTAVI
Vježba V40 · 2 sata
Upravljanje ovisno o putu i tlaku
Preša se vraća kad sila prešanja dosegne zadanu vrijednost, a ne kad alat stigne na određeno mjesto — debljina obratka tada nije važna. U vježbi tlačna sklopka daje signal za povrat, granične sklopke nadziru početni i donji krajnji položaj, a vi provjeravate ponašanje s obratkom i bez njega.
- spojiti elektrohidrauličku prešu s razvodnikom 4/3, tlačnom sklopkom i dvjema graničnim sklopkama
- nacrtati i protumačiti električnu shemu s povratom ovisnim o tlaku ili o donjem krajnjem položaju
- namjestiti tlačnu sklopku na zadani tlak prešanja i izmjeriti tlak pri kojem počinje povrat
- izračunati silu prešanja, potrebno namještenje sklopke za zadanu silu i trajanje ciklusa
- predložiti dopune: vrijeme držanja tlaka, zaštitu od lažnog signala i zadržavanje alata u gornjem položaju
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
Hidraulička preša HP-1 utiskuje ležajeve u kućišta različitih visina. Ležaj je dobro utisnut kad sila utiskivanja dosegne 50 kN; manja sila znači da ležaj nije do kraja u sjedištu, a veća oštećuje kućište. Budući da se visine kućišta razlikuju, povrat se ne može vezati uz položaj alata — vezuje se uz tlak u cilindru. Granična sklopka na donjem krajnjem položaju ipak je potrebna: ako u preši nema obratka, alat bi došao do kraja hoda, a upravljanje mora i tada sigurno vratiti alat i javiti grešku.
Na didaktičkom stolu preša je uspravni dvoradni cilindar Ø25/16 mm s hodom 200 mm i klipnjačom okrenutom prema dolje. Obradak (tvrdi drveni umetak) nalazi se tako da ga alat dotakne nakon oko 150 mm hoda. Elektromagnetski razvodnik 4/3 centriran oprugama (Y1 prešanje, Y2 povrat) ima srednji položaj P→T sa zatvorenim A i B. Tlačna sklopka B2 na vodu klipne strane namještena je na 40 bar. Granična sklopka B1 javlja gornji (početni) položaj, B3 donji krajnji položaj na 190 mm. Agregat daje oko 2,0 l/min, sigurnosni ventil je na 50 bar.
Zadatak: spojite krug, namjestite B2, izmjerite tlak pri kojem počinje povrat i vremena faza, provjerite ciklus bez obratka i pri nestanku signala B2 te izračunajte namještenje za prešu HP-1.
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 4/3 s dva elektromagneta 24 V DC, centriran oprugama, srednji položaj P→T (1V1: Y1, Y2);
- dvoradni cilindar Ø25/16 mm, hod 200 mm (1A), uspravno s klipnjačom prema dolje, s alatom i podlogom za obradak;
- tlačna sklopka s podesivom uklopnom točkom (B2), granične sklopke s valjčićem (B1 gore, B3 dolje);
- električni modul: izvor 24 V DC, tipkala S0 i S1, releji K1 i K2, vodiči s laboratorijskim utikačima;
- manometri 0–100 bar: 0Z1 (P), 1Z1 (klipna strana), 1Z2 (prstenasta strana);
- tvrdi drveni umetak kao obradak, štoperica, ravnalo, mjerni list, zaštitne naočale.
Sigurnost pri radu
Pažnja
Preša je stroj s opasnom točkom pritiska između alata i podloge. Obradak se ulaže i vadi samo kad je alat u gornjem položaju i izvor 24 V isključen. Ruke nikad ne stavljajte ispod alata, ni kad je ciklus završen. Na stvarnoj preši ciklus pokreće dvoručno tipkalo, a pristup zaštićuje svjetlosna zavjesa ili zaštitna vrata; ovdje je to zamijenjeno pravilom rada. Prije odspajanja vratite alat gore, isključite agregat i izvor i provjerite da 0Z1, 1Z1 i 1Z2 pokazuju 0 bar.
Pri namještanju tlačne sklopke privremeno se snižava tlak sigurnosnog ventila; nakon toga ga vratite na 50 bar i provjerite manometrom. Drveni umetak može pri prešanju pući — nosite zaštitne naočale i ne stojte izravno iznad njega. Granične sklopke namještajte uz isključen izvor. Brze spojke spajajte bez tlaka i provjerite povlačenjem; propuštanje tražite kartonom; ulje obrišite odmah. Ozljeda uljem pod tlakom traži hitnu liječničku pomoć.
Shema
Prešanje: alat je gore i aktivira B1. S1 uključuje K1, koji se samodrži; K1 uključuje Y1 i alat se spušta. Dok alat putuje, tlak na klipnoj strani je nizak (težina alata čak pomaže). Kad alat nalegne na obradak, tlak raste. Povrat: pri 40 bar zatvori se B2, privuče K2 i samodrži se. Mirni kontakt K2 u stazi 1 prekida K1, pa Y1 ostaje bez napona, a radni kontakt K2 uključuje Y2 — alat se vraća. Kad alat stigne gore, B1 aktivira se, njegov mirni kontakt u stazi 3 otvara i K2 otpušta. Razvodnik se centrira i crpka je rasterećena. Ako obratka nema, isti povrat pokreće B3 na donjem krajnjem položaju.
Postupak
- Nacrtajte obje sheme, dijagram put–vrijeme i ispod njega krivulju tlaka na klipnoj strani za jedan ciklus.
- Uz isključen agregat spojite hidraulički dio, uz isključen izvor električni dio. Postavite B1 u gornji položaj i B3 na 190 mm hoda. Pregled nastavnika.
- Bez obratka i s B2 odspojenim provjerite ciklus: S1 – spuštanje, B3 – povrat, B1 – zaustavljanje.
- Namještanje B2: spojite B2, postavite obradak, namjestite 0V1 na 40 bar. Pokrenite prešanje i podešavajte vijak B2 dok ne počne povrat. Vratite 0V1 na 50 bar.
- Pokrenite tri ciklusa s obratkom. Za svaki zapišite najviši tlak na 1Z1 prije povrata i izmjerite trajanje spuštanja, prešanja (od dodira do povrata) i povrata.
- Izvadite obradak (izvor isključen) i pokrenite ciklus. Zabilježite tlak na 1Z1 u trenutku povrata i koja je sklopka pokrenula povrat.
- Postavite obradak, a jedan vodič s B2 izvucite (izvor isključen). Pokrenite ciklus i opišite što se dogodilo.
- Vratite alat gore, isključite agregat i izvor, ispustite tlak, provjerite manometre i rastavite krug.
Pitanja i zadaci
1. Zašto je kontakt B1 u stazi 1 radni, a u stazi 3 mirni? Što bi se dogodilo da se u stazi 3 izostavi?
Prikaži rješenje
Radni kontakt B1 u stazi 1 dopušta pokretanje samo kad je alat gore, pa S1 u međupoložaju nema učinka. Mirni kontakt B1 u stazi 3 prekida samodržanje K2 kad alat stigne gore, čime završava povrat i omogućuje novi ciklus. Bez njega K2 bi ostao trajno privučen: Y2 bi stalno bio pod naponom, a mirni kontakt K2 u stazi 1 onemogućio bi svako sljedeće pokretanje.
2. Kolika je sila prešanja didaktičke preše pri 40 bar, teorijski i uz stupanj djelovanja 0,9? Koliko se mijenja sila ako sklopka uklapa s odstupanjem ± 1,5 bar?
Prikaži rješenje
A1 = 490,9 mm². F = 4 N/mm² · 490,9 mm² = 1963 N; uz η = 0,9: 1767 N. Odstupanje ± 1,5 bar = ± 0,15 N/mm² daje ± 0,15 · 490,9 = ± 74 N, odnosno oko ± 3,8 % sile.
3. Na koji tlak treba namjestiti tlačnu sklopku preše HP-1 (cilindar Ø80 mm) za silu utiskivanja od 50 kN? Koliko iznosi odstupanje sile uz ± 1,5 bar i je li dovoljan razmak do sigurnosnog ventila od 160 bar?
Prikaži rješenje
A = π · 80² / 4 = 5027 mm². p = 50 000 / 5027 = 9,95 N/mm² ≈ 99,5 bar (teorijski; uz trenje brtvi namješta se malo više, a točna vrijednost provjerava se mjerenjem sile). Odstupanje: ± 0,15 · 5027 = ± 754 N, oko ± 1,5 % od 50 kN. Razmak do 160 bar iznosi oko 60 bar, što je više nego dovoljno; najveća sila preše pri 160 bar je 80,4 kN.
4. Izračunajte trajanje spuštanja do obratka i povrata za didaktičku prešu (150 mm) i za HP-1 (250 mm, 22,0 l/min).
Prikaži rješenje
Didaktička preša: spuštanje 150 / 67,9 = 2,21 s, povrat 150 / 115,0 = 1,30 s. HP-1: spuštanje 250 / 73 = 3,42 s, povrat 250 / 120 = 2,08 s. Tome se dodaje vrijeme porasta tlaka od dodira do uklopa sklopke, koje ovisi o krutosti obratka (kod drvenog umetka i nekoliko desetinki sekunde, kod čelika gotovo trenutno).
5. Bez obratka povrat je pokrenula granična sklopka B3. Zašto je B3 potrebna, kad bi tlak na kraju hoda ionako narastao do 50 bar i zatvorio B2?
Prikaži rješenje
(a) Razlikovanje stanja: povrat preko B2 znači „prešano“, povrat preko B3 znači „nema obratka ili je obradak preplitak“, što upravljanje može javiti kao grešku. (b) Zaštita od kvara B2: ako sklopka ili njezin vod zakaže, bez B3 bi alat ostao pritisnut na kraju hoda, crpka bi tlačila preko 0V1, a ciklus nikad ne bi završio. (c) Alat ne udara u mehanički graničnik cilindra. Dvije neovisne sklopke za povrat dio su dobre prakse na prešama.
6. Zašto se tlačna sklopka ne smije namjestiti na tlak jednak ili blizak tlaku sigurnosnog ventila? Što se dogodilo u pokusu s izvučenim vodičem B2?
Prikaži rješenje
Sigurnosni ventil počinje otvarati već ispod nazivnog tlaka (karakteristika ventila, vidi V30); ako je sklopka namještena na 50 bar, tlak je možda nikad ne dosegne i preša ostaje pritisnuta. Preporuka je razmak od barem 10 % ili 10 bar. U pokusu s izvučenim vodičem alat je pritisnuo obradak, tlak je narastao do 50 bar i ostao — povrat se nije dogodio jer alat nije stigao do B3 (obradak ga je zaustavio). Operater je morao prekinuti ciklus. To pokazuje da B3 ne štiti od svih kvarova; dodaje se nadzor vremena (vidi pitanje 7).
7. Dopunite električnu shemu: ležaj treba nakon postizanja tlaka držati pod silom 2 s, a ako tlak ne bude postignut u 8 s od početka spuštanja, alat se mora vratiti i upaliti lampica greške. Koje elemente dodajete i gdje?
Prikaži rješenje
Vrijeme držanja: B2 u stazi 3 zamjenjuje se radnim kontaktom vremenskog releja K3 s kašnjenjem ukapčanja (2 s), a u novu stazu dodaje se B2 u seriji sa svitkom K3. Nadzor: vremenski relej K4 (8 s) čiji svitak napaja kontakt K1; radni kontakt K4 dodaje se paralelno s B2/B3 u stazu K2 (prisilni povrat) i u novu stazu s lampicom greške H1 i samodržanjem koje se briše tipkalom za potvrdu. Kod elektrohidraulike s PLC-om iste se funkcije ostvaruju programom.
8. Uspravna preša s klipnjačom prema dolje u srednjem položaju P→T pomalo „tone“. Zašto? Dopunite hidrauličku shemu da alat sigurno stoji gore.
Prikaži rješenje
Težina alata i klipa stvara tlak na prstenastoj strani, a klipni razvodnik kroz zračnost propušta ulje iz voda B, pa alat polako silazi. Dopuna: u vod B između razvodnika i cilindra ugrađuje se ventil za držanje tereta — protuteretni (balansni) ventil s nepovratnim ventilom za dizanje ili deblokirajući nepovratni ventil upravljan tlakom iz voda A (vidi V33). Protuteretni ventil ima prednost jer alat spušta mirno i ne dopušta mu da pod vlastitom težinom ubrza.
Za nastavnika
Otvori upute za nastavnika
Priprema
Pripremite nekoliko tvrdih drvenih umetaka iste visine; meko drvo se utiskuje i tlak raste presporo. Provjerite čvrstoću podloge i nosača cilindra — pri 50 bar sila je oko 2,5 kN. Postavite granične sklopke i provjerite da B1 sigurno aktivira u gornjem položaju. Označite na 0V1 osnovno namještenje od 50 bar. Na mjernom listu pripremite tablicu s tri ciklusa (najviši tlak, vremena faza) i polja za opažanja bez obratka i s izvučenim vodičem B2.
Tijek sata
- Uvod (10 min): upravljanje ovisno o tlaku i putu, primjer utiskivanja ležaja, opasnost preše i pravila rada.
- Crtanje shema i dijagrama put–vrijeme s krivuljom tlaka (15 min).
- Spajanje, postavljanje sklopki, pregled, provjera ciklusa preko B3 (20 min).
- Namještanje B2 i mjerenja s obratkom (20 min).
- Pokusi bez obratka i s prekidom B2, rasprava i pitanja 5–8 (15 min).
- Vraćanje 0V1, ispuštanje tlaka, rastavljanje (10 min).
Očekivani rezultati
Povrat počinje pri 39–42 bar na 1Z1. Spuštanje 2,0–2,4 s (težina alata malo ubrzava), prešanje 0,1–0,5 s, povrat 1,3–1,5 s. Bez obratka povrat pokreće B3. S prekinutim vodom B2 alat ostaje pritisnut na obratku pri 50 bar. Polaznik predlaže vremenski nadzor i ventil za držanje alata.
Česte pogreške
- tlačna sklopka spojena na vod B, pa povrat nastupa već pri spuštanju;
- izostavljen mirni kontakt K2 u stazi 1, pa Y1 i Y2 istodobno dobiju napon;
- B1 u stazi 3 spojen kao radni kontakt, pa K2 odmah otpusti;
- namještanje B2 bez snižavanja 0V1, pa se uklopna točka ne može odrediti;
- ulaganje obratka dok je izvor uključen.
Vrednovanje
| Kriterij | Bodovi |
|---|---|
| Hidraulička i električna shema, dijagram put–vrijeme s tlakom | 20 |
| Spajanje, postavljanje sklopki, provjera ciklusa | 20 |
| Namještanje B2 i mjerenja | 15 |
| Računski zadaci (2–4) | 15 |
| Pokusi kvara, obrazloženja i dopune (5–8) | 20 |
| Sigurnost i urednost | 10 |
| Ukupno | 100 |