Hidraulika-2

1. Uvod

u hidrauliku

1.1. Uvod Energija u hidrauliEkorn sustavu prenosi se protokorn radne tekuCine. Da bi se taj proces mogao dimenzionirati, potrebno je poinavati osnovne zakonitosti strujanja tekutina: jednadZbu kontinuiteta, Bernoullijevu jednadtbu, unutraSnje trenje i gubitke energije te hidrauliEki udar.

1.2. Opis stanja radne tekubine Proces pretvorbe i prijenosa energije u hidraulitkom sustavu prate znatajne promjene stanja tekuCine, Sto se mote predotiti slijedeCim prirnjerorn. HidrauliEki sustav prikazan na sl.l.1. sastoji se od hidraulitke crpke 3, priguSnika 4, izvrBnog motora 5, cjevovoda 2, rezervoara 1 i radne tekukine.

$1. 1.1. Promjena stanja radne tekukine u hidraulitkom sustavu: 1 - rezervoar, 2 - usisni vod crpke, b 3 - hidraulitka crpka. 4 prigusnik, 5 - hidromotor

-

Na ulazno vratilo hidrauliEke crpke dovodi se rnehaniEka dnergija Eh. U hidraulitkoj se crpki mehaniEka energija pretvara u hidrauliEku Eh.Protok radne tekuCine kroz cjevovod tu energiju prenosi do hidraulitkog motora gdje se ona pretvara u rnehanitki rad Ern2. Dovedena mehaniEka energija na ulazu crpke je veCa od pretvorene energije na izlazu sustava Em2za veliEinu gubitaka AE. U tablici 1.1. prikazane su prornjene Eetiriju veliEina koje opisuju stanje tekukine u pet razliEitih faza rada hidrauliEkdg sustava: tlak p, protok mase m, gusto& g i ternperatura T. Mote se uoEiti da su najvede promjene tlaka p, protoka mnsP ril. Prornjcnn tempcroturc T i gustoCc q jc vrlo m n l n .

Hidraulika i pneumatika

2

Uvod u hidrauliku

- promjena unutraSnje energije,,

Tablica I. I. Pregled promjena stanja radne tekucine

Zbivanjc u sustavu 1

2 3

4

5

tekufina u rezervoaru

1

usisavanje tekufine pretvorba energije u hidraulifkoj crpki upravljanje priguJivanjem

pretvorba energije u hidromotoru

tlak P [bar1 PI a

ml

VeliEinc stanja tckt~fine ~rotok gustofa [kg/m31 pravilu raste

temperatura T [Kl pada Tl

42 1

T2 const.

e

m [m%] jaEina i smjer nedefinirani ubnan m3 7

p41 p4 = fi Ap Ap- pad tlaka zbog priguSenja

-

BJ

PO

PO

ubmn

m,

=a

- toplinska energija, - rad.

pravilu raste

Gf

1

T4 f T, = T3 + AT AT- porast temperature zbog priguSenja TS const.

~4

fi

const.

A" ~ 4 - A h Ap,- pad tlaka zbog tereta

1.3. Tlak

I '

:

Za pretvorbu i prijenos energije u hidraulitkom sustavu. vrlo je vaian tlak koji se stvara djelovanjem sila na tekuCinu u hidrauliEkom sustavu. Prema Pascalovu zakonu, tlak je u tekuCini u zatvorenoj posudi (s1.1.2), zbog djelovanja vanjske sile, proporcionalan sa silom F i povrSinom A.

gdje je: p [Pa] - tlak, F [NI - sila, A [m ] - p o d i n a . Tlak djeluje upravno na povrSinu i prostire se jednako u svim pravcima (Pascalov zakon). On je, dakle, jednak u svim dijelovima zatvorene posude, Sto je za tehnitku primjenu veoma vaino.

1jaka promjcna \ slaba promjena const. = bez promjena PraktiEno se promjena stanja radne tekuCine u hidrauliEkom sustavu moie dovoljno dobro predstaviti uvodenjem samo dviju velitina - tlaka p i protoka mase

m,.

Promjena temperature T i gustoCe q najEeSCe se zanemaruje ili se njihov utjecaj unosi empirijskim koeficijentima. Tako se hidraulitki sustavi opisuju relativno jednostavnim matematizkim modelima. Za opis sr;l~i.iarckuCinc kori\(c sc:

SI. 1.2. Shematski prikaz Uaka (Pascalov zakon)

jednadiba kontinuitcti~~>roroL;~ A2 zakon kolitine gibanja (uz potetne brzine v = 0) el V l

A1 =

e2 v2

p,=101.013 b a r

zakon o oEuvanju energije pa=1.013 b a r

AU= Q+ W, gdje su:

e [kg/m3]

- gustoCa tekuCine,

A I , A2 [m2] - povrSina protoEnog otvora, ml, m2 [kg] - masa tekutine, v, v,,v2 [m/s] - brzina strujanja tekuEine,

P,=O b a r

.

SI. 1.3. Apsolutni tlak

P=lOO b a r

nadllak

4

Hidraulika i pneumatika

Medutim, treba reCi da u tekuCini djeluje i hidrostaticki tlak koji je ovisan o visini stupca tekuCine pa je stvarna vrijednost tlaka poveCana za njegovu velifinu. BuduCi da u hidraulitkim sustavima stupac tekuCine redovito ima malu visinu (niiu od 1 metra), vrijednost tako nastalog hidrostatiEkog tlaka je mala pa se njegov utjecaj zanemaruje. Jedinica za mjerenje tlaka je paskal:

uvod u hidrauliku

5

@I j QZ [kg/m3]- gustota, pl 1 m [Pa] - tlak, - modul stlaEivosti tekufine, B [Pal - modul volumenskog ~irenjatekufine zbog promjene temperaa [l/I(] ture, TI i T2[K] - temperatura Za tehniEku primjenu modul stlacivosti tekuCina B izuzetno je vaian i definiran je kao promjena volumena tekutine'zbog promjene tlaka:

gdje je:

U tehniEkoj praksi se koristi i jedinica za tlak bar:

.

1 bar = lo5 Pa

gdje je: B [Pat1 V [m ] A V [m3] Ap [Pa] -

Kad se govori o tlaku prema SI-jedinicama, misli se na apsolutni tlak (s1.1.3).

1.4. Utjecaj temperature i tlaka na gustoCu radne tekuCine Gubici hidrauliae energije u hidrauliEkom sustavu nastaju zbog sloZenih procesa trenja. Stvara se toplinska energija 3to se manifestira porastom temperature radne tekuCine. Promjena temperature tekutine znaEajno utjeEe na njezine fiziEko-kemijske karakteristike.

,

0

500

\

I000 bar

SI. 1.4. Promjena gustoke tekuCina 4

Ekspe~imentipokazuju da izmedu gustote tekuCine, tlaka i temperature postoje funkcionalne ovisnosti, Eiji je kvalitativni oblik prikazan na s1.1.4. AnalitiEki te ovisnosti nije pozriat. U tehnickoj se praksi sluiimo lineariziranim modelorn te ovisnosti. QZ

=

1

el (1 + y (pi- pl) - a (Tz - TI)] ,

modul stlaEivosti tekuCine, volumen tekutine, promjena volumena, promjena tlaka.

Modul stlaEivosti tekufine ima dimenziju tlaka i njegove se vrijednosti odreduju eksperimentalno. Radne tekuCine hidrauliEkih sustava su stlative (s1.1.5).

Volumen tekuCine Vl u Evrstom cilindru, izlofene tlaku pl = FIAk smanjit Ce se za vrijednost A V = Ak Ax Eim se vanjska sila poveCa na F + AF. Tlak p2 u tekuBni, kao posljedica te promjene, bit Ce:

m=

F + AF Ak

Proces stlaEivanja tekubne, s1.1.5b, slifan! je kao i kod plinova. Uz pretpostavku da je proces tlaEenja izotermitki (6 = const.), prijelaz iz stanja 1 u stanje 2 moie se smatrati linearnim.

Hidraulika i pneumatika

6

Tablica 1.2. Karakteristike tekucina

TekuCina

P [kg/m31

Modul stlativosti B [Pal x 109

I

voda riva glicerin benzin kerozin Spirit mamt nafta - laka tegka ulje - 1-20 - AMG-10 turbinsko

loo0

13.600 1260 680-780 790-820 790 890-940

2.041 25.641 4.0 1.087 1.299 1.282

v [mm2/s]

a [ll°C]

lS°C

20°C

50°C

200 180 490 1225 960 l IOU

1.14 -

1.01 0.114 1 180

0.55

-

0.93 2.7

-

-

-

-

-

884 924

1.282 1.282

600 600

-

885 850 920

1.389 1.351 1.786

730 830 0.65

-

-

-

0.54 1.50 0.50

2.5 1.52 2000 25 140

-

100 18

17-23 10 55-59

-

-

(1-5)

Jednadiba (fr5) daje ovisnost brzine strujanja u presjeku i veliEine presjeka (s1.1.6). Na osnovi te'veze moie se izvesti zakljuEak: smanjenjem povrSine protofnog otvora brzina strujanja raste, i obratno.

1.6. Bernoullijeva jednadf ba Da bi se prikazala ukupna energija u struji radne tekutine, zakon o otuvanju energije, prcma kojem se cnergija nc rnoie uniStiti ni proizvesti, veC samo rnijenjati iz jednog oblika u drugi, dobiva specifitnu interpretaciju.

-

U tablici 1.2. navedene su neke karakteristiEne tekuCine s odgovarajutim veliEinama: gustoka, nlodul stlativosti, koeficijent volumenskog Sirenja i kinematiEka viskoznost. SI. 1.7. Energija struje tekucine

1.5. Jednadiba kontinuiteta protoka Volun~cnskiprotok tckukine ili jednostavno protok promjena je volumena radne tekukine u jedinici vremena: (1-4)

Q=Av

7

A1 VI = A2 v2 = Q = const., - volumenski protok, gdje su : Q [m3/s] Al i A2 [m2] - povrSine protoEnog otvora (pop,reEni presjeci), vl i v2 [mls] - brzine strujanja u presjecima.

KinematiEka viskoznost

Koef.

v~~eTan'

uvod u hidrauliku

gdje je: Q [m:/s] - volurnenski protok, A [m ] - povrSina protoEnog otvora, v [mls] - brzina strujanja radne tekukine. Zakon o oEuvanju mase (s1.1.6) primijenjen za strujanje idealne i nestlative tekutine nazvan je jednadibom kontinuiteta protoka i glasi:

u

Na s1.1.7. obiljeiena su dva karakteristizna presjeka koji su na razliEitim razinama. Tlakovi koji vladaju u struji tekuCine u tim presjecima nisu jednaki. Brzine strujanja takoder. Energetska jednadfba proizvoljnog elementa tekuCine glasi: Bh + Bk + Bp + Bu = const.

BI,= m g h . . . . . energija poloiaja, B, = p V . . . . . . energija tlaka, Bk = m ?I2 . . . . kinetiEka energija, Bu = m u . . . . . . unutraSnja energija, gdje je: m - masa tekuCine,

(1-6)

g - ubnanje sile Zemljine teie, h - poloZaj (visina) elementa, v - brzina strujanja, u - specifiEna unutraSnja energija. Energetska jednadZba (1-6), postavljena za odabrane presjeke 1 i 2 u strujnoj cijevi, ima oblik: SI. 1.6. Jednadfba kontinuiteta

Hidraulika i pneurnatika

8

uvod u hidrauliku

9

Zakon o otuvanju energije jasno pokazuje da je B1 = BZ Racionaliziranje dobivene jednakosti i&odi se uvodenjem ovih pretpostavki: - strujanje je stacionarno (vremenski neovisno), - tekuCina je nestlahva i nema viskoznog trenja (ml = m2 = - nema razmjene topline s okolinom (ml ul = m2 y ) .

m),

Energetska jednadZba tada' poprima oblik:

Tu je h, oznafena visina stupca tekutine nastala zbog gubitaka energije. Buduti da je dl = d2 = d i hl = q = h, slijedi 2 V ' :v= .

2g 2g Tako se dobiva:

, dobivamo Volumen se moie prikazati preko rnase i gustote V = m / ~pa konaEni oblik jednaabe koji se naziva Bernoullijeva jednadiba: Visina stupca tekutine zbog gubitaka energije: Dobivena jednadZba se Eesto piSe:

p / + ~ v2/2 + g h = const.

(1-8) Prema jednadibi (1-8), pri stacionarnom strujanju (vremenski neovisno strujanje) idealne tekufine, ukupni sadrZaj energije tlaka, kinetiEke i potencijalne energije ima istu vrijednost na svakome mjestu. U prethodnom izvodenju Bernoullijeve jednadZbe zanemareni su otpori i trenje koje struja tekuCie mora svladati prelazeti razmak izmedu dvaju presjeka (gubici energije). U cjevovodima hidraulitkih sustava javljaju se dvije vrste otpora: - otpori trenja na ravnom dijelu i - lokalni, odnosno mjesni otpori koji se javljaju zbog promjene oblika strujanja. Bernoullijeva jednadiba zbog toga poprima ovakav oblik:

gdje su: hw2i hw3- gubici energije. Za dva odabrana presjeka 1 i 2 (s1.1.8) ravne cijevi konstantnog prornjera, Bernoullijeva jednad2ba (1-9) ima oblik:

Dakle, visina stupca tekutine je ovisna o padu tlaka, odnosno, zbog gubitaka energije u struji tekuCine nastaje pad tlaka. Jednakost (1-10) osnovna je relacija kojom t e se izraeunavati vrijednost pada tlaka zbog gubitaka energije u hidrauliCkom sustavu.

1.7. UnutraSnje trenje i viskoznost tekucine Sile smika nastale medusobnim trenjem slojeva tekutine nazivamo unutraSnjim trenjern. Za praktiEna raEunanja nuina je odgovarajub maternatiEka interpretacija intenziteta unutraSnjeg trenja. Eksperimente s pornicanjem klipa u cilindru ispunjenom tekutinom izvodio je Newton. On je postavio ovisnost za silu unutraSnjeg trenja tekuCine (s1.1.9):

A -..--.

0

1

-

F

Y / / ' / 1 , / / / / / 1

SI. 1.9. Viskoznost tekuCina

1

j////////,//,,,//,/,/, ////,//) I2

Sf. 1.8. Shematski prikaz gubitaka energije u ravnoj cijevi

Sila T je proporcionalna s dodirnim povrginama nDL dvaju slojeva te gradijentom.brzine vly izravno na smjer strujanja. Eaktor proporcionalnosti je koeficijent dinamiEke viskoznosti v.

Hidraulika i pneumatika

10

Koeficijent kinematiEke viskoznosti je definiran kao odnos koeficijenta dinamiEke viskoznosti q i gustode tekuCine q. v = t7/e

(1-12)

7

1

gdje je: v m21s] - koeficijent kinematieke viskoznosti, 7 Pa s] - koeficijent dinamiEke viskoznosti, Q [kg/m3] - gustota tekutine. Viskoznost tekutina se odreduje eksperimentalnim mjerenjima.

11

uvod u hidrauliku

U m e li se promjer cijevi d kao karakteristizna duZina, dobiva se odnos brzina v1/v2,ubrzanja a1/a2i masa ml/m2, pa se odgovarajutim pretvorbama i razdvajanjem veliEina istog strujanja dobiva:

-- 4 dl

Vl @I

dl

Vl

CC

d2

,

Za matematitko modeliranje (opis) strujanja realne tekuCine u tehnitkoj praksi koriste se metode teorije sliEnosti kojom se, na osnovi eksperimentalnih ispitivanja na modelu (pri Eemu,se mora zadovoljiti uvjet mehaniEke sliEnosti), dobivaju traitene ovisnosti. Da bi dva strujanja bila sliEna, moraju im i jednadibe strujanja biti iste. Za opisivanje strujanja moZe se koristiti D'Alambertov princip:

gdje su: I

- inercijske sile,

G - gravitacijske sile, P - sile tlaka, T - viskozne sile.

Za dva sliEna strujanja (prema teoriji sliEnosti) prethodne se jednadZbe mogu napisati kao odnos:

"2

uz

v1

1.8. Reynoldsov broj

v2 C)2

n2 PoSto je, prema (1-12), v = q l ~ dobiva , se konaEni izraz: I ,

rll.

Time je dobiven osnovni kriterij hidromehanizke sliEnosti, bezdimenzionalan broj koji je, prema pronalazaEu, nazvan Reynoldsov broj (Re). . vdg Re=-, (1-13) 11 odnosno :

gdje je: v [m/s] - brzina strujanja tekutine, - hidrauliEki promjer protoEnog otvora, d [m] Q [kg/m3] - gustoCa tekutine, q [Pa s] - koeficijent dinamiEke viskoznosti, v [m2/s] - koeficijent kinematieke viskoznosti.

-

Reynoldsov broj R e u praktiEnim proraEunima omogutava precizno razgranifavanje vrste (naEina) strujanja radne tekutine kroz cjevovode i protoEne otvore kako bi se mogli raEunski odrediti gubici energije.

1.9. Laminarno i turbulentno strujanje Za strujanje tekuCeg fluida u cijevima promatra se jednakost odnosa sila inercije i sila viskoznog trenja:

Sila inercije je proporcionalna s niasom In i ubrzanjem a: Sila viskoznog trenja prema (1-11) je:

T = q A (AvlAy) . Tada se odnos sila inercije i sila viskoznog trenja moZe pisati: MI a1 M2 a2

-

A1 Av1 Ayz rll A2 Av2 AYI 4%

U ovisnosti o brzini strujanja radne tekutine, viskoznosti te geometriji strujiica, nastaju dvije razliEite slike strujanja: luminarno kod kojega stnljnice imaju ~aralelantok i ne mijeSaju se jedna s drugom, sile unutraSnjeg trenja nadmaSuju sile inercije, htrbulentno kod kojega strujnice imaju vrtloZan tok (mijeSanje tekuCine), sile inercije su veCe od sila trenja. Ek:,perimentalno je utvrdeno da se prijelaz iz jednog naEina strujanja u drugi dogada pri odredenom odnosu sila inercije i sila unutraSnjeg trenja, tj. pri kritiEnom Reynoldsovom broju Rek, (s1.1.10). KritiEni Reynoldsov broj iznosi: Rek, = 2 320. Kod okruglih glatkih cijevi: Rekr = 2 000 - 3 000. Za glatke prstenaste zazore: Rekr = 1 100. Rod priguSnih elemenata razliEitih vrsta: Rer, = 150 - 300. Hidrauli2ki promjer dh je definiran kao odnos:

Hidraulika i pneumatika

10

Koeficijent kinematiEke viskoznosti je definiran kao odnos koeficijenta dinamiEke viskoznosti q i gustode tekuCine q. v = t7/e

(1-12)

7

1

gdje je: v m21s] - koeficijent kinematieke viskoznosti, 7 Pa s] - koeficijent dinamiEke viskoznosti, Q [kg/m3] - gustota tekutine. Viskoznost tekutina se odreduje eksperimentalnim mjerenjima.

11

uvod u hidrauliku

U m e li se promjer cijevi d kao karakteristizna duZina, dobiva se odnos brzina v1/v2,ubrzanja a1/a2i masa ml/m2, pa se odgovarajutim pretvorbama i razdvajanjem veliEina istog strujanja dobiva:

-- 4 dl

Vl @I

dl

Vl

CC

d2

,

Za matematitko modeliranje (opis) strujanja realne tekuCine u tehnitkoj praksi koriste se metode teorije sliEnosti kojom se, na osnovi eksperimentalnih ispitivanja na modelu (pri Eemu,se mora zadovoljiti uvjet mehaniEke sliEnosti), dobivaju traitene ovisnosti. Da bi dva strujanja bila sliEna, moraju im i jednadibe strujanja biti iste. Za opisivanje strujanja moZe se koristiti D'Alambertov princip:

gdje su: I

- inercijske sile,

G - gravitacijske sile, P - sile tlaka, T - viskozne sile.

Za dva sliEna strujanja (prema teoriji sliEnosti) prethodne se jednadZbe mogu napisati kao odnos:

"2

uz

v1

1.8. Reynoldsov broj

v2 C)2

n2 PoSto je, prema (1-12), v = q l ~ dobiva , se konaEni izraz: I ,

rll.

Time je dobiven osnovni kriterij hidromehanizke sliEnosti, bezdimenzionalan broj koji je, prema pronalazaEu, nazvan Reynoldsov broj (Re). . vdg Re=-, (1-13) 11 odnosno :

gdje je: v [m/s] - brzina strujanja tekutine, - hidrauliEki promjer protoEnog otvora, d [m] Q [kg/m3] - gustoCa tekutine, q [Pa s] - koeficijent dinamiEke viskoznosti, v [m2/s] - koeficijent kinematieke viskoznosti.

-

Reynoldsov broj R e u praktiEnim proraEunima omogutava precizno razgranifavanje vrste (naEina) strujanja radne tekutine kroz cjevovode i protoEne otvore kako bi se mogli raEunski odrediti gubici energije.

1.9. Laminarno i turbulentno strujanje Za strujanje tekuCeg fluida u cijevima promatra se jednakost odnosa sila inercije i sila viskoznog trenja:

Sila inercije je proporcionalna s niasom In i ubrzanjem a: Sila viskoznog trenja prema (1-11) je:

T = q A (AvlAy) . Tada se odnos sila inercije i sila viskoznog trenja moZe pisati: MI a1 M2 a2

-

A1 Av1 Ayz rll A2 Av2 AYI 4%

U ovisnosti o brzini strujanja radne tekutine, viskoznosti te geometriji strujiica, nastaju dvije razliEite slike strujanja: luminarno kod kojega stnljnice imaju ~aralelantok i ne mijeSaju se jedna s drugom, sile unutraSnjeg trenja nadmaSuju sile inercije, htrbulentno kod kojega strujnice imaju vrtloZan tok (mijeSanje tekuCine), sile inercije su veCe od sila trenja. Ek:,perimentalno je utvrdeno da se prijelaz iz jednog naEina strujanja u drugi dogada pri odredenom odnosu sila inercije i sila unutraSnjeg trenja, tj. pri kritiEnom Reynoldsovom broju Rek, (s1.1.10). KritiEni Reynoldsov broj iznosi: Rek, = 2 320. Kod okruglih glatkih cijevi: Rekr = 2 000 - 3 000. Za glatke prstenaste zazore: Rekr = 1 100. Rod priguSnih elemenata razliEitih vrsta: Rer, = 150 - 300. Hidrauli2ki promjer dh je definiran kao odnos:

Hidraulika i pneurnatika

14

uvod

u hidrauliku

15

1.12. HidrauliEki udar

Tablica 1.3. Vrijednosti koeficijenata lokalnih otpora

Pri naglom zatvaranju cjevovoda hidrauliEkog sustava brzina strujanja naglo 1~1liciJtn1 5

Sh~na

Lokllni otvor

I ,I ,L f,

i111z iz ~ B Z I ~ V I I ~ I n c i j ~ r l i l r i h bridorr

-.- ...

I

zlobijtni ullz r cijlv

E = 0.5

..-

...

E Z 0 . 2 -0.75

..I - .. .

o i l r l u l ~ ru c l i ~ r

pads na nulu, Sto izaziva nagli porast tlaka. Udarni vaI tlaka nastao prekidom

5=0.75

-1

I

koljlno 90'

r~

5 = 1.0 - 2

!&

5=

i.

z ~ t r i v t j t n jgo0 ~

.

'--4

-I

,-+1

UIIZ u r e z t r r o ~ r

F vrollz kroz mrltu

SI. 1.12. HidrauliCki udar

- vo~rilnan r l i ~

- -2\t--JyL-

-J_L €= 1

_

----.c

j

i I r

z

1

nI '

EzO.2-1.2

€= 0.5

€=1.3 C

-

-

- C - - o C d

lf r 1? r

E=

??+ I&- 1 f

5.1311-

-

(rananjl 1 o k a

0.5-0.6

0.5

5 = 1.0

b r a olrora

-

strujanja Siri se kroz tekuCinu u suprotnom smjeru i izaziva udare tlaka (hidraulitke udare) koji mogu oStetiti hidrauliEki sustav. HidrauliEki su udari u'hidrauliEkim sustavima veoma Eesti i prakii'Eki se ne rnogu izbjeki. Djeluju vrlo kratko pa se obiEnirn instrumentima ne mogu registrirati. posljedice njihova djelovanja su oSteCenja na cjevovodima i elementima armature, uredajima za brtvljenje i samim brtvama. OSteCenja su neizbjeina zbog zamora materijala. Na s1.1.12. prikazan je karakteristican hidraulitki vod u obliku cijevi kruinog poprehog presjeka za sluEaj naglog koEenja struje. Kada ventil naglo zatvori protoEni otvor, tekuCina ispred ventila se zaustavlja po slojevima i nastupa njezino tlaEenje posljedica Eega je poviSenje tlaka. Masa tekutine u cijevi postupno se koEi i stvara val poviSenog tlaka koji se giba u suprotnom smjeru.

5~1.0-1.5

+@ E,=

0.3

-

J L g = 0.05

U rnomentu t fronta vala poviSenog tlaka je na udaljenosti x od ventila. Do trenutka koEenja tlak u struji je bio po, a brzina v,. U masi tekuCine zakoEenoj izmedu presjeka 1-1i ventila, tlak je porastao na veliEinu po + A,. U toku vremena t zakoEena je masa tekuCine p A A x . Pri tome se fronta vala poviSenog tlaka pomakla za velicinu Ax. Brzina Sirenja fronte poviSenog tlaka jednaka je brzini Sirenja zvuka u tekuCini.

c, = A x l t Na masu tekuCine g A A x u toku vremena t djelovala je sila zbog razlike tlaka u presjecima 1-1 i 2-2:

3e

U toku vremena t promijenila se i koliEina gibanja:

5~2.0-2.5

PoSto se promatrana rnasa u trenutku t gibala brzinom vo, a u momentu + ' A t potpuno je zaustavljena, impuls sila je jednak promjtni koliEine gibanja. Zbog toga pri naglom koknju promatrane mase tekuCine vrijedi: t

Hidraulika i pneumatika

Iz tog uvjeta dobiva se relacija za porast tlaka A p zbog naglog koEenja struje tekuCine u cijevi.

Pri hidraulitkom udaru porast tlaka izazvan naglim zaustavljanjem struje proporcionalan je gusto8 tekutine, brzini Sirenja zvuka u tekudini te brzini strujanja neposredno prije zaustavljanja. PoviSenje tlaka pri hidrauliEkorn udaru izaziva elastihe deforrnacije stijenki cijevi. Deformacije stijenki cijevi pak mijenjaju brzinu Sirenja vala tlaka u tekyCini (brzina zvuka) i velicinu hidraulickog udara. Time se energija hidraulickog udara gubi. TehniEki problemi nastaju prije svega zbog jaEine tlaka i frekvencija njegovih oscilacija pa se hidrauLiEkom udam i njegovu spreEavanju u hidrauliEkim sustavirna posvetuje velika p d n j a .

2. Hidraulieki sustav

Ovo poglavlje obuhvata:

- osnovne funkcije hidrauliEkog sustava, - osnovne varijable, - sastavne elemente, - hidrostatiEki rad, - energetski proraEun sustava, - prikazivanje hidrauliEkih sustava.

2.2. Opis hidrauliEkog sustava RijeE nhidraulikacc ima izvoriSte u dvjema grEkim rijetima. One u prijevodu z n a k voda i cijev. Naime, tim se pojmom razumijevaju tehnike koje se bave strujanjima vodenih tokova, vodoopskrborn, prijenosom i pretvorbom energije itd. ArheoloSka istrafivanja pokazuju da je Eovjek nastojao upravljati vodenim tokovima i iskoristavati njihovu snagu davno prije Grka. Poznato je da su se 5 000 godina pr. n. e. u Kini, Mezopotamiji, Indiji i Egiptu gradila umjetna jezera, kanali itd. Prve vodoopskrbne sustave irnali su Grfka i Rim. Razvoj hidrostatike, na Eijirn je principima razvijen niz hidraulitkih sustava, vezan je svakako za Arhimeda (250. godine pr. n. e.). Velike zasluge za njezin razvoj imaju Leonardo da Vinci, Newton, Pascal, Euler i dmgi. Za razvoj hidrodinamike, koja je takoder vaZna za hidrauliku, zaslufni su Bernoulli, D7Alambert, Navier, Stocks, Darcy, Reynolds i drugi. U prvoj polovini sedamnaestog stoljeda Pascal je objasnio nacelo rada hidrauIiEke preie. Bilo je potrebno 150 godina od teorijskog razmatranja do praktihog jeSenja (Josef Brahm je 1796. godine izradio prvu hidrauliEku presu). ProSlo je joS 140 godina dok se nisu postigli uvjeti za proizvodnju i primjenu hidraulitkih sustava. HidrauliEki sustav je u prijenosu i pretvorbi energije postao konkurentan mehaniEkom prijenosniku, a razvijena je potrebna tehnologija obrade (cilindritne povr3ine relativno visoke kvalitete) te odgovarajuti materijali. U hidraulitkom sustavu obavlja se pretvorba i prijenos energije te upravljanje njome. Sustav mehaniEku energiju pretvara u hidrauliEku i obratno, radi jednostavnijeg prijenosa i kvalitetnijeg upravljanja. HidrauliEkom energijom naziva se ukupna energija sadrifana u struji radne tekufine koja se sastoji od potencijalne, kinet'ifke, energije poloZaja i unutraSnje energije.

Hidraulika i pneumatika

HidrauliEki sustav

19

U HidrauliEkom se sustavu' prenosi energija pomoCu radne tekuCine pod tlakom (volumenski sustav). HidrauliEka crpka u ulaznom dijelu sustava radi u generatorskom ,>pogonucc, zahvaCa odredeni volumc~iradne tekuCine, izdvaja ga i tlaEi prema hidrauliEkom motoru na izlaznom dijelu sustava koji radi u motornom ,,pogonuu. Strujanjem radne tekukine pod tlakom iz crpke u motor omoguCen je prijenos energije. Princip rada Tednostavnog hidrauliEkog sustava prikazan je shematski na ~1.2.1.Sustav se sastoji od hidrauliEke crpke 1, rezervoara 2, ventila za ograniEenje tlaka 3, razvodnika 4, prigugnika 5 te hidrauliEkog cilindra 6. Komponente sustava su spojene cijevima ispunjenim radnom tekukinom. HidrauliEka crpka 1pogoni se motorom (elektromotor ili motor SUI), usisava tekutinu iz rezervoara 2 i tlaEi je prema razvodniku 4. Ovisno o poloZaju klipa razvodnika 4, tekuCina se moZe usmjeriti u desnu ili u rezervoar 2 komoru hidraulitkog cilindra 6 (s1.2.lb), lijevu komoru (~1.2.1~) (s1.2. la). VeliEina tlaka u sustavu ovisi o optereienju na klipu hidrauliEkog cilindra 6. Maksimalna vrijednost tlaka je ograniEena ventilom za ograniEenje tlaka 3. Brzina klipnjaEe se moie mijenjati prigugnikom 5. 2.3. Elementarni hidraulieki sustav

b

Osnovne su funkcije hidrauliEkog sustava' pretvorba i prijenos energije te upravljanje energije. Elementarni hidraulitki sustav (hidrauliEki prijenosnik) prikazan je na s1.2.2. Osnovni elementi tog sustava su hidraulitka crpka, radna tekuCina, cjevovod i hidrauliEki motor. Ako pretpostavimo da radna tekuCina nije stlaEiva ni viskozna, te da u hidrauIiEkom sustavu nema nikakvih gubitaka energije, takve radne uvjete nazivamo idealnim.

S1. 2.2. Elementarni hidraulieki prijenosnik

I

SI. 2.7. NaEelna Shema rada hidraulitkog sustava:

-

a- klip hidrocilindra miruje, b izvlatenje klipnjafe, c sustava

uvlafenje klipnjafe, d

- hidraulifka s h e m a

Hidrodinamitki i hidrostatitki sustavi se razlikuju. U hidrodinamifkim sustavima prijenos energije ostvamje s e posredstvom kinetieke energije protoka radne tekuCine (promjena brrine stmjanja). Udio potencijalne energije je zanemarivo mali. Hidrostatifki sustav energiju prenosi posredstvom potencijalne energije protoka radne tekutine (promjena tlaka u struji radne tekutine). Udio kinetifke cnergije pristome je vrlo mali (manji od 0.5%). Analizirat &mo samo hidrosrorifke susrave za koje Cemo upotrebljavati naziv "hidroulitki susrovir.

Hidraulika i pneumatika

20

Klip hidraulitke crpke povrSine A1 pod djelovanjem sile Fl, potiskuje ispred sebe radnu tekutinu i u njoj stvara tlak. Istisnuta teku6na pomiEe klip hidromotora brzinom vz. U ravnoteitnom poloiaju tlak na crpki odgovara tlaku na motoru pa se moZe pisati jednakost.

izmedu hidrauliEke crpke i hidromotora (s1.2.3). Sustav je neekonomitan jer se priguSeni dio hidraulicke energije pretvara u toplinu i ne sudjeluje u korisnoj pretv~rbii prijenosu energije. Volumensko upravljanje je moguCe kod sustava s crpkom Eiji se radni volumen moze mijenjati u toku rada (s1.2.4).

gdje je: Fl i Fz[N] 1 sila na klipu crpke i motora, A l i Az [m2] - povrSina na klipu crpke i motora. Slijedi da sila F2na klipu cilindra motora ima vrijednost:

Omjer povdina klipa motora i crpke A21A1 zapravo je koeficijent pojaEanja I

sile.

U idealnim uvjetima u prostor hidromotora se dovodi sva istisnuta tekutina iz hidraulitke crpke, odnosno postoji jednakost volumena: gdje su: vl i vz [rnlsl - brzine klipa crpke i motora, Al i A2 [m ] - povrSina klipa crpke i motora.

51. 2.4. Volumensko upravljanje

BuduCi da je izborom odgovarajuteg volumena crpke kod ovih sustava u svakom trenutku mogute dovesti onoliko energije koliko je potrebno za obavljanje rada, ti sustavi imaju mnogo bolji koeficijent korisnog djelovanja od prigusnih, ali su sloZeniji i skuplji.

Brzina Wipa motora v2 je:

gdje je omjer A1/A2 koeficijent pojatanja brzine vz. U idealnim uvjetima mehanitka energija dovedena na crpku pretvara se u hidraulitku i prenosi posredstvom radne tekutine do hidromotora gdje se pretvara u mehanitku bez gubitaka. Tako za slutaj da je povrSina klipa pumpe Al jednaka povrSini klipa motora Az iz (2-1) slijedi jednakost sila Fl = F2, a iz (2-2) jednakost brzina vl = y. Za realiziranje funkcije upravljanja hidrauliEke energije dvije su mogutnosti: - priguSivanje hidrauliEke energije prije ulaza u hidraulitki motor, - promjena velitine radnog volumena hidraulitke crpke ili motora u toku procesa prijenosa energije (volumensko upravljanje). PriguSivanje se izvodi specijalnim elementirna hidraulitkog sustava (priguSnici) koji djeluju kao aktivni otpori (konstantni i promjenljivi) I: struji radne tekuCine , I

S1.2.5. Strukturna shema hidraulickog sustava: MM motor mehaniCke energije, HC - hidrauliekacrpka, HM - hidraulitki motor. T - teret

Strukturna shema hidraulitkog su,;tava prikazana je na s1.2.5. Osnovni su elementi hidraulitkog sustava: - uredaji za pretvorbu energije, - uredaji za upravljanje, - uredaji za brtvljenje, - hidraulitki akumulatori, - radna tekuCina, - uredaji za kondicioniranje radne tekutine, - hidraulitki vodovi. Svaki od navedenih elemenata bit t e detaljnije obraden u ovoj knjizi.

2.4. Osnovne hidrauli5ke varijable

SI. 2.3. PriguSno ~;:r*.qanje

Osnovne hidraulitke varijable su tlak p i protok Q. Nema protoka radne tekuCine y hidraulitkom sustavu bez razlike tlaKa. Svako protjecanje tekuCine u hidraulitkom sustavu ima kao posljedicu razliku tlaka.

Hidraulika i pneumatika

22

HidrauliEka energija se dobiva posredstvom pokretnih mehaniEkih dijelova (klip u cilindru) pretvorbom iz mehaniEke energije. T o je zasad jedina tehnitki prihvatljiva m ~ ~ u t n o s t . ~ ~ e i e r a t o hidraulitke r energije naziva se hidraulitkom crpkom. Elernentarna hidrauliEka crpka ima cilindar i pokretni klip s aktivnom povrSinom A (s1.2.6a3. Prostor ispred klipa je popunjen radnom tekukinom. Tlak koji nastaje djelovanjem sile F na klip,povriine A ima vrijednost:

gdje je: p [Pa] - tlak, F [NI2 - sila, A [m ] - povrlina.

gdje je: F [N] - sila na klipu, D. [Pal - tlak, A [m2]- povrSina klipa. Brzina izvlatenja v klipnjaEe hidromotora je proporcionalna s dovedenim nr protokom Q i pobrSidom klipa A:

.

v=- Q A (2-7) Vidi se da je motorni pogon inverzni pogon generatorskoga, te da hidraulitki motor teorijski mote raditi kao hidraulitka crpka i obratno.

2.5. HidrostatiEki rad Da bi se ostvarilo protjecanje radne tekuCine pod tlakom, potrebno je utroiiti odredeni rad. Taj rad s e sastoji od: - rada Wl potrebnog za stvaranje tlaka u tekuCini, - rada Wzkojim se postiie premjestanje radne tekutine pod konstantnim tlakom. FiziEki proces se moZe objasniti na idealiom hidraulickom prijenosniku uz pretpostavku da je ukupni koeficijent korisnog djelovanja q = 1. Principijelna shema uredaja je prikazana na s1.2.7.

51. 2.6. Shema elementarne hidraulicke crpke (a) i motora (b)

rn

al

Wz 7

fWr --

Volumenski protok radne tekutine iz crpke je: Q= vA ,

gdje je: Q [m3/s] - protok, v [mts] - brzina, A [m2] - povriina. HidrauliEka snaga je: SI. 2.7. HidrostatiEki rad (a). p-V dijagram (b)

Navedene jedinice odgovaraju ISO-standardima. U tehniEkoj se praksi mogu :;resti i druge jedinice za tlak (tablica A-1 u prilogu A) i protok. HidrauliEki motor (s1.2.6b) dovedenu hidraulitku energiju pretvara u mehaniEki rad. Principijelna shema hidraulitkog motora je identiha sh'emi crpke. Sila F n a klipu hidromotora je proporcionalna s tlakom p (koji vlada u tekuCini ispred klipa) i velitinom aktivne povrSine A klipa motora. Hidraulifka energija se mote dobiti djelovanjem magnetskog polja na radnu tekuCinu koja irna feromagnetska svojstva, to znati pretvorbom iz elektritne energije. Takva tekuCina ne postoji u prirodi ali je mogufe njezino dobivanje umjetnim putem. TekuCine s feromagnetskim svojstvirna irnaju visoku cijenu koja ogranifava moguCnosti tire primjcne.

HidrauliEka crpka stvara tlak pl zbog djelovanja sile F na njezinom klipu. Za stvaranje tlaka pi potreban je rad Wl. Pri tome su ventili R i R1 zatvoreni i nema protoka tekutine iz radne komore crpke. Volumen radne tekuCine se zbog djelovanja sile na klipu smanjuje, klip se pomite pa je xl < a.Rad Wl se moie odrediti kao suma dijelova povriina, gdje je prirast (razlika) tlaka Ap = pl - po, a razlika volumena A V = Vo- V,: Sve dok djeluje sila F na klip crpke, postoji tlak p. Rad W, je. prikazan povrSinoni ABEA na s1.2.7b. Qblik krivulje koja spaja toEke A i B ov~slo toplinskom procesu koji se odvija istovremeno s procesom tlaEenja tekukine.

Hidraulika i pneumatika

24

Za prernjegtanje radne tekufine iz cilindra crpke u cilindar hidromotora'treba otvoriti ventil R1 i potroSiti rad Wz da se potisne radna tekufina (klip crpke se pomakne do dna cilindra x = 0).

Da bi se dobio pogodniji izraz za ukupni rad W, uvodi se relacija:

. . Rad W2 je predstavljen povrSinorn BCDEB u p - V dijagramu na s1.2.7b. Ukupni rad W, potreban za stvaranje tlaka i premjestanje tekufine, jednak je zbroju radova Wl i W2:

Ukupni rad W je tada jednak:

w = w1 + w,.

(2-10) U p - V dijagramu (s1.2.7b) rad W je prikazan povrSinom ABCDEA. Rad Wl potroSen za stvaranje tlaka akurnuliran je u radnoj tekuCini (>madtlaEenja5pm

>15pm

13

9

12

11

4 ili 5 6 ili 7

3 ili 4 5 ili 6

ili

ili

9

8

7

, 18

19

21

14

15

17

9

8

ili 10 10 ili 11 12

ili 9 9

p* r 100 3

3-5

5-10

10 - 20 15 - 25

ili 10 11

Vrsta hidraulifkog sustava

20-40

hidraulifki sustavi u laboratorijima i zrakoplovima visokwpterekni regulacijski sustavi u podrufju visokih tlakova primijenjeni na zrakoplovima, robotima i alatnim strojevima hidraulifki sustavi u industriji gdjege zahtijeva visoka powdanost te dugi vijek trajanja hidraulitki sustavi opCe namjene te sustavi u rnobilnoj tehnici sustavi u teSkoj industriji ili sustavi ograniknog vijeka trajanja , hidraulifki sustavi niskog tlaka s velikim zrafnostima

Uredaji za kondicioniranje

125

Klasa EistoCe hidrauliEkog ulja definira dopuSteni broj Ecstica odrcdene veliEine u uzorku ulja zadanog volumena. U praksi se koristc razliEiti standardi. Standardom I S 0 4406 definiran je dopuSteni broj Eestica velifine 5 i 15 ym u uzorku ulja 10 ml. Klase filtriranja veliEine Eestica 5 pm oznatene su brojevima 11, 13, 15, 16, 18, 19 i 20, a klase filtriranja velifine Eestice 15 ym brojevirna 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16 i 17. U tablici 8.2 pregled je granica broja Eestica za I S 0 klase EistoCe 20117 do 1118 u uzorku ulja 10 ml. Standard NAS 1638 definira 14 klasa EistoCe u odnosu prema broju Eestica 5-15, 15-25, 25-50, 50-100 i vise od 100 ym u uzorku ulja veliEine 100 cd (tablica 8.3). Pri izboru filtra treba paziti da veCa vrijednost B-faktora pokazuje viSi stupanj izdvajanja Evrstih hstica iz hidrauliEkog ulja. FinoCa filtriranja x obitno se bira na osnovi veliEina zraEnosti u hidrauliEkom sustavu. Ci~CenjehidrauliEkog ulja ima cijenu Eija visina odreduje troSkove eksploatacije i odrfavanja hidraulitkog sustava. U tablici 8.4. pregled je ovisnosti tipa hidrauliEkog sustava i klase EistoCe hidrauliEkog ulja prema CETOP RP 70 i NAS 1638 za B, 2 100.

Hidraulitki vodovi

127

Tablica 9.2. Nazivni

NP 4 NP 6 NP 8 NP 10 NP 16 NP 20 NP 25 NP 32 NP 50

9. HidrauliCki vodovi 9.1. Uvod Za prijenos hidrauliEke energije koriste se hidrauliEki vodovi (cjevovodi, savitljivi cjevovodi, protoEni otvori ili specijalno oblikovani protoEni kanali). Otkaz elementa za prijcnos IlitlrauliEkc cncrgijc izaziva otkirz hidraulifkog sustava. U ovom Cemo poglavlju analizirati konstrukcijska rjeSenja hidraulickih vodova i elemenata za prijenos hidrauliEke energije te naEine prikljutivanja hidrauliEkih komponenata u sustav.

9.2. Osnovne karakteristike hidrauliEkih vodova Dimenzije protoEnog otvora hidrauliekih vodova, kao i njihov oblik, znaEajno utjeEu na veliEinu gubitaka hidrauliEke energije u hidrauliEkom sustavu. Promjer protoEnog otvora hidrauliEkog voda ovisi o protoku i tlaku te dopuStene brzine strujanja u sustavu. Brzina strujanja je ogranieena s obzirom na gubitke u cjevovodu. U tablici 9.1. prikazane su vrijednosti za dopuStene brzine strujanja. Tablica 9.1. Brzine strujanja

HidrauliEki vod

usisni vodovi tlaEni vodovi

u hidraulitkim vodovima

Vrijednost tlaka u vodu

DopuStena brzina manja od 1.5 d s

za tlakove od 50 bara

4.0 d s

50 do 100 bara 100 do 200 bara 200 do 300 bara 300 do 400 bara

4,5 Ids

povratni vodovi

5,5 d s 6,O d s 6,5 Ids 2,O d s

Promjer protoEnog otvora hidraulitkih vodova odreduje se rarunski na osnovi zadane veliEine protoka, brzine strujanja i pada tlaka.

prototni otvori

Q = 4.5 Q = 10 Q = 18 Q = 30 'Q=:70

b = 120

Q = 180

Q = 250 Q = 630

IJmin

Umin Umin Umin Umin Umin Umin Umin Umin

(vrlo rijctko u upotrcbi)

(vrlo rijetko u upotrebi)

(specijalne namjene)

Z a odrcdivanjc p r o ~ ~ ~ j pro1uEuog cra otvora Ilidraulifkih vodove izradcni su nomogrami (prilog A, sl. A-5). Nazivni protoEni otvori hidraulitkih komponenata su standardizirani (JUS L.Nl.028). U tablici 9.2. navedene su vrijednosti veliEina protoEnih otvora hidrauliEkih komponenata koje se. proizvode, kao i vrijednost maksimalnog protoka koji se moZe dobiti pri brzini strujanja od 6.mls i tlaku 200 bara. Navedene vrijednosti protoka dobivene su raEunski i imaju informativni karakter. Podaci o veliEini maksimalnog protoka za svaku su hidrauliEku komponentu navedeni u katalogu tehniEkih karakteristika. Promjer hidrauliEkog voda mora odgovarati nazivnom protoEnom otvoru ugradenih hidraulizkih komponenata u sustav. UobiEajeni naEini povezivanja elemenata hidrauliekog sustava jesu: - prikljuEivanje na cijevni vod. - prikljuEivanje na prikljutnu ploEu, - prikljutivanje u blok (sendviE prikljufivanje).

9.3. Kruti metalni cjevovodi Za prijenos hidraulitke energije najEeSCe se koriste beSavne Eelitne cijevi izradene prema standardima: JUS V.B.5.230 od Eelika E.1330, ili prema DIN 2391 od Eelika St.35.4 BWK. One moraju biti valjane i vuEene da bi se dobila odgovarajuCa kvaliteta obrade povrSina i s atestom o ispitivanju na tlak. Svojstva bakrenih i aluminijskih cijevi za hidrauliEke sustave definirana su standardom DIN 1754. Nazivni otvor cijevi za hidraulitke sustave odgovora nazivnim protoEnim otvorirna (JUS L.Nl.028). Dcbljina stijenke cijevi odreduje se prcma iskustvenoni obrascu:

I -

gdje je: d [m] - promjer protoEnog otvora, Q [m3/s] - protok, v [rnls] - brzina strujanja.

gdje je: So [mm] p [bar] ds [mm] bk [~/m']s

-

debljina stijenke cijevi, tlak u cijevi, vanjski promjer cijevi, dopuSteno naprezanje materijala cijevi, koeficijent sigurnosti (prosjetna vrijednost mu je 2).

128

Hidraulika i pneumatika

Za odredivanje debljine zida cijevi izradeni su nornogrami (prilog A , s1.A-6). Cjevovod se oblikuje specijalnim alatima. Iskustvene norme za radijuse savijanja EeliEnih cijevi jesu: - za promjere do 4 = 18 mm radijus savijanja r, je (2 do 2.5) 4, - za promjere veCe od d, = 18 mm radijus savijanja r, je (2.5 do 3 ) d,. HidrauliEki metalni vodovi su veoma osjetljivi na oscilacije koje se javljaju zbog oscilacija tlaka, hidrauliEkih udara i neravnomjernog protjecanja hidrauliEkog ulja. Posljedica tih vibracija je zamor materijala i otkaz hidrauliEkog voda. Amplituda i frekvencija vibracija cjevovoda se moie znaEajno srnanjiti pravilnim izborom raspona oslonaca Sto je vrlo vaino kod dugih hidraulitkih vodova (duljih od jednoga rnetra). Krajevi cijevi se zavrSavaju prikljutcima koji sluie za povezivanje s elernentima hidraulitkog sustava. Izlazni dio prikljucka se zavrSava narezom (JUS L.Nl.027). Cijev s prikljuEkom se moie spojiti na kornponentu hidrau1iEkog sustava (razvodnik, ventil, itd.), prikljutnu ploEu elernenta te prikljuEni element. PrikljuEak na kraju cijevi je konstrukcijski tako izveden da se u toku eksploatacije hidrauliEkog sustava moie nesmetano obaviti demontaia i montaia pojedinih kornponenata sustava te dijelova cjevovoda. Za spajanje hidrauliEkih vodova velikih promjera (NP 50 i vise) koriste se prirubnice. NajkSCe se koriste prikljuki s narezom. KarakteristiEni oblici su prikazani na s1.9.1. Zavareni prikljuEak (s1.9.ld i b) primjenjuje se za sustave koji se proimode u velikim serijima. Pertlovani prikljuEak (s1.9.le i f ) pogodan je za prikljuEivanje cijevi od obojenih metala.

129

HidrauliEki vodovi

PrikljuEivanja pomoCu reznog prstena (s1.9. l a i c) odlikuje se jednostavnoSCu. Cijevi tako spojene lako se demontiraju i montiraju, pa se postupci remonta hidrauliEkog sustava znaEajno pojednostavnjuju.

9.4. Elementi armature hidrauliEke instalacije Ugradnjom prikljutka koji se zavrSava narezom na kraju cijevi, cijev je spremna za ugradnju u hidraulitku instalaciju. Da bi se omoguCi10 spajanje komponenata hidrauliEkog sustava, razvijen je niz elemenata: spojnice, rafve, koljena, proSirenja ili suienja (s1.9.2).

P 9.2

i\rmaturni elernenti

&

Nazivni protoEni otvori, prikljuEni narezi, kao i radni tlakovi tih elemenata odgovaraju standardima JUS L.Nl.028 i JUS L.Nl.27.

9.5. Savitljivi cjevovodi

SI. 9.1. Karakteristifne konstrukcije prikljueaka: a i c - usjeEni prslen, b i d - zavareni prikljueak, e i f - pertlovani prikljutak

Savitljivi cjevovodi su mnuino zlomin (nonnalni metar kubni po minuti) i postignuti tlak (omjer kompresije). Zadatak kompresora je da usisni zrak pod nonnalnim atmosferskim tlakom stlaEi na potrebni radni tlak (5 do 8 bara za industrijske sustave) i tako dovedenu mehaniEku energiju pretvori u energiju stlaEenog zraka. Kapacitet kompresora odreduje se dobavaim volumenom zraka m>h na usisu pri stalnom atmosferskom tlaku i normalnoj temperaturi. Kompresor ima odgovarajuCe mehanizme za tlaEenje i razvodenje zraka. TlaEni mehanizam tlaEi zahvaCenu kolifinu zraka. Mehanizam za razdvajanje razdvaja podruEje niskog tlaka od podruqa sa stlaEenim zrakorn. Niz je razliEitih kompresora sasvim odredenih karakteristika i namjene.

- Klipni kompresori

jednostupnjeviti jednoradni

vertikalni

vigestupnjeviti

horizontalni

I

- Rotacijski kompresori -

radijalni aksijalni

dvoradni turbo

krilni vijEani

14.2.1. Klipni kompresori

U tehniEkoj praksi najvige se upotrebljavaju klipni kompresori (~1.141)kod kojih je tlaEni mehanizam klip s cilindrom, a mehanizam za razvodenje dva ventila sa sjedigtem.

Hidraulika i pneumatika

Pneumatski uredaji za pretvorbu energije

187

usisavanje se nastavlja, ali zbog otpora u usisnim cijevima i samom usisnom ventilu, stvarni usisni tlak je niti od teorijskoga. Zbog navedenih razloga u cilindar ude manja koliEina zraka od teorijski moguCe. - Stvarni proces tlaEenja od A do B i proces istiskivanja od C do D, zbog termodinamiEkih pojava u cilindru i otpora strujanja u tlatnom ventilu i tlatnom vodu, takoder se razlikuje od teorijskoga. Rad koji se utroE za tlaEenje od B do C dan je izrazom: n-l . w=- n pl3vEi[(:)"-l] [fig]. n-1

SI. 14.1. shema principa rada klipnog kompresora a - jedno-

Politropski koeficijent n prema iskustvu iznosi 1.2 do 1.3. Kapacitet kompresora ovisi o dimenziji cilindra i broju okretaja, te za jednoradni kompresor iznosi:

radni, b - dvoradni

Klipni kompresori upotrebljavaju se za dobave do 4 000 m h . Jednoradni klipni kompresori (s1.14.la) postiZu maksimalni tlak zraka do 4 bara pri 160 do 300 o/min. Usisavanje i tlaEenje zraka obavlja se sarno s jedne strane klipa. Rad kompresora se odvija ciklifno. Hod klipa prema dolje s otvorenim usisnim ventilom je usisavanje, a hod klipa prema gore sa zatvorenim ventilima je tlaknje. Na kraju tlaEenja otvara se tlaEni ventil. Dvoradni klipni kompresori usisavaju i tlaEe zrak s obje strane klipa (s1.14.lb). Klip se podmazuje uljem. PotroSnja ulja kod klipnih kompresora je prosjeEno 50 do 100 g ulja na 1 000 m&. Rad kompresora moZe se prikazati u pvdijagramu, sl.l.1.2. Na slici je prikazan teorijski rad plina punorn crtorn, i to usisavanje od toEke A do B, tlaEenje od B do C i istiskivanje stlaknog zraka iz cilindra C do D. Stvarni rad razlikuje se od teorijskoga, Sto je prikazano isprekidanorn crtom na s1.14.2. Kao Sto se sa slike vidi, stvarni rad kompresora (isprekidana crta) i teorijski rad (puna crta) ne poklapaju se, i to iz vise razloga. - U rnomentu istiskivanja stlaeenog zraka iz cilindra, dok je otvoren tlaEni ventil, nije moguCe sav stlateni zrak istisnuti iz cilindra. Dio zraka ostane u cilindru koji u prvome momentu usisavanja ekspandira. Pomicanjem klipa od A prema B

stvarni dijagrm teaeWd dlbarn

s

I

SI. 14.2.

Prikaz rada kompresora u pvdijagramu

gdje su: Q [m3/min] - kapacitet kompresora, x - stupanj punjenja, D [rn] - promjer klipa, L [m] - hod klipa, n [olmin] - broj okretaja u minuti. Stupanj punjenja x koeficijent je koji je uvijek manji od jedinice a posljedica je nepotpunog iskoriStenja volumena cilindra kompresora, pada tlaka kroz usisni vod, kao i razlike teorijskih i stvarnih termodinamitkih procesa. Njegova se vrijednost moZe raEunski odrediti izrazom:

gdje je: x - koeficijent punjenja, /? - koeficijent koji obuhvaCa gubitke u ventilima, vlaZnost zraka, promjene temperature itd. (/?= 0,9 do 0,96), y - odnos neiskoriStenog volumena prema ukupnom volumenu cilindra (y = 0,02 do 0,06), a - koeficijent kojim se uzimaju u obzir gubici zbog prigdivanja pri usisavanju i kompresiji (a = 1,05 do 1,08), p, - poktni tlak, fi - konaEni tlak, n - eksponent promjene stanja Klipni komprqqqyi korjste se redovito za tlakove niie od l0'bara. Za dobivanje stlatenog zraka pod viSim tlakovima koriste se visestupnjeviti klipni kompresori (dva i tri stupnja). Tlak pojedinog stupnja odreden je ternperaturom stlaEenog zraka. BuduCi da se kompresori podmazuju uljem, konaEna temperatura zraka zbog temperature zapaljenja ulja ne moie biti visa od 140 O C . StlaEeni zrak iz prvog stupnja kornpresora uvodi se u hladnjak. Odvodenjem topline stlatenom se zraku sniiava temperatura a time i volumen. Tako je volumen cilindra drugog stupnja manji od Jolumena cilindra prvog stupnja.

Hidraulika i pneumatika

188

Industrijski tlak zralia koji se uglavnom i koristi (tlaka do 6 bara), dobiva se jednostupnim kompresorom pa se viSestupni kompresori neCe detaljnije obradivati.

pneumatski uredaji za pretvorbu energije '

189

Kapacitet kornpresora mora biti:

14.2.2. Rotacijski kompresori Krilni kompresori (s1.14.3) koriste se za relativno velike dobave pri tlaku niiem od 8 bara. Pogodni su za stalan rad s malim brojem ukljutivanja (maks. do 30 ukljuEivanja i iskljucivanja na sat).

a

tl - t2 gdje je: O = -. t2

Izraz pokazuje odnos vremena punjenja rezervoara prema radnom periodu sustava. Primjer P-14.1.

SI. 14.3. Shema principa rada klipnog kornpresora

Zrak se tlaEi na raEun smanjenja volumena izmedu dvaju krilaca te rotora i statora kompresora u toku rotacije rotora. Zbog trenja krilaca o stijenke statora (kuCiSta) kompresora, kompresori irnaju relativno veliku potrognju ulja. Postoje konstrukcije krilnih kompresora s krilcima od teflona koji se koriste za dobivanje Eistog stlatenog zraka (bez ulja). VijCani kompresori imaju veliku dobavu. Koriste neSto viSe snage za istu koliEinu stlaEenog zraka (20%) nego klipni kompresori. Velika im je prednost dugi vijek trajanja, mali troSkovi odrZavanja te relativno male koliEine ulja u stlaEenom zraku. Zrak se kod vijEanih kompresora tlaEi pomoCu dvaju spregnutih vijaka (kao kod vijEaste hidrauliEke crpke) koji se okreCu u suprotnim smjerovima.

Treba odrediti kapacitet jednostupnjevitog dvoradnog klipnog kompresora ako su zadani ovi podaci: promjer cilindra Dc a 120 mm, L = 160 mm, - hod klipa - broj okretaja n = 350 olmin, - odnos krajnjeg i poEetnog tlaka d p , = 3

-

Kapacitet jednoradnog kornpresora dan je izrazom (14-2). Kapacitet Q dvoradnog kompresora iznosi:

pri k m u se iz iskustva uzima da je 2 0 ' - d2 = 1.96 D 2(gdje je d - promjer klipnjak). Koeticijent punjenja I je dan izrazom (14-3). gdje je uzeto da je y = 0,04,a = 1,06 i eksponent politrope n = 1 3 , pa sliiedi:

= 0,93 te

Turbo-kompresori se grade kao radijalni ili aksijalni. Zbog svojih karakteristika, kao i zbog jednostavnog odritavanja, najviSe se upotrebljavaju od svih kornpresora. NajviSe se primjenjuju u procesnoj'industriji. Zrak, nakon tlafenja, ne sadrZi ulje jer se, osim osovine i lefaja, drugi dijelovi kompresora ne podmazuju. 14.2.3. Rad I kapacitet kompresora

Kompresori rade s intermitencijom: kad se dostigne zadana razina tlaka u tlaEnoj posudi, proces tlaknja se prekida a zrak iz tlaEne posude se troSi, zbog Eega opada tlak u tlaEnoj posudi pa se kompresor ponovo ukljutuje. UkljuEenje tlaEenja zraka odvija se tlahim sklopkama. Tlak ukljutivanja i iskljuEivanja moie se podeSavati. Vrijeme rada kdthpresora u intermitencijskom pogonu mdze ,de odrediti iz ovog odnosa, uz uvjet da je GI > Gz:

gdje je: ~ , [ r n ~ / h ]kapacitet kompresora, ~ ~ [ m ~-/ potroSnja h] stlaknog zraka, t,[h] - vrijeme rada kompresora, tz[h] - ukupno vrijeme.

Kapacitet kompresora iznosi:

odnosno Q = 64.8 m3h.

BuduCi da je gustob zraka pri normalnim uvjetima p = 1.29 kg/m3, slijddi:

G = Q p = 64.8

X

1.29

= 83.59 k@h.

Po izlasku iz kompresora stlaEeni zrak se uvodi u hladnjak. Odvodenjem topline stlaEenom zraku pada temperatura i smanjuje se volumen, Eime se stvaraju povoljni uvjeti za izdvajanje vlage iz zraka. Kondenzat se izdvaja u posebnim odvajaeima prije odvodenja zraka u tlaEnu posudu. Prema vaZeCim propisima, temperatura zraka na izlazu jednostupnjevitog kompresora ne smije biti visa od 140 O C , a za dvostupnjeviti 120 OC.

Hidraulika i pneumatika

14.3. Kompresorska stanica

191

sor se ponovo ukljuEuje kada tlak u tlaEnoj posudi padne na donju vrijednost zadane vrijednosti tlaka. Broj ukljuEenja u toku jednog sata je ograniEen na najviSe 15, kako se ne bi oStetili uputni uredaji i pogonski motor. U tom sluEaju volumen V tlaEne posude moie se odrediti po iskustvenom izrazu: (14-6) V = 0,9 Q [m3]

Tri su moguCnosti za dobivanje stlaEenog zraka:

- iz srediSnje kompresorske stanice,

- iz vise kompresorskih stanica, - opskrba svakog potroSaEa posebno. Dobivanje stlatenog zraka iz centralne kompresorske stanice oEituje se lakltim odrZavanjem i boljim koeficijentom korisnog djelovanja te uStedama energije. Kompresorske stanibe grade se unutar tvorniEkog kruga kao zasebna postrojenja koja bi trebala biti smjeStena (locirana) tako da su podjednako udaljena od svih bitnih tvorniEkih potroSaEa. Uz kompresorsku stanicu ugraduje se tlaEna posuda. U kompresorskoj su stanici (s1.14.4) kompresori, hladnjaci i odvajaEi vlage (separatori). Usisni vod je postavljen izvan stanice s obaveznim filtrom. Trebalo bi ga postaviti tako da se usisavanje obavlja s najhladnijeg mjesta (sjeverna strana) i gdje nema Eestica neEistoCa u zraku.

SI. 14.4. Stacionarno kompresorsko postrojenje

Pneumatski uredaji za pretvorbu energije

..

gdje je: Q [m3/min]l- kapacitet kompresora. Drugi naEin regulacije je sa stalno ukljuhnim pogonskim motorom, a povremenim iskljuEivanjem kompresora. Kod postizanja odredenog tlaka u rezervoaru, prekida se dobava stlaEenog zraka iz kompresora i on radi nna praznocc (usisni ventil je stalno otvoren). Zbog toga je dopuSteno viSe ukapEavanja (do 100 na sat). Tada volumen V tlaEne posude iznosi pema iskustvenom izrazu:

V = 0,4 Q [m3],

(14-7)

gdje je: Q [m3/min] - kapacitet kompresora. Ako kompresorska stanica ima vise kompresora, tada se veliEina tlaEne posude odreduje prema kapacitetu najveCeg kompresora. Na ulaznom dijelu tlaEne posude postavljaju se prepreke, tako da se naglim skretanjem struje stlaEenog zraka izdvajaju Eestice ulja i kondenzata. TlaEne posude se mogu postaviti uspravno ili vodoravno, uz uvjet da su pristupaEne sa svih strana (s1.14.5).

.

14.4. TlaCne posude Funkcija tlaEne posude smjeStene iza kompresora je viSestruka:

- ublaiavanje neravnomjernosti rada kompresora, - regulacija rada kompresora prema potroSnji,

- izdvajanje vode i ulja iz stlaEenog zraka.

Ako se tlatna posuda koristi samo za ublaiavanje neravnomjernosti rada klipnog kompresora, dovoljno je da njezin volumen bude 20 do 50 volurnena posljednjeg. stupnja - - kompresora. Kad se tlaEna posuda koristi za regulaciju rada kompresora, odredivanje volurnena je sloienije. Zasebni uredaj kompresora iskljuEuje rad pogonskog motora kad se postigne prethodno zadana vrijednost tlaka u tlacnoj posudi. Kompre-

SI. 14.5. TlaCna posuda: 1 - ulazni prikljuEak, 2 - izlazni prikljutak, 3 - ventil sigurnosti, 4 - tlakomjer, 5 - slavina za ispustanje kondenzata, 6 - otvor za EisCenje. 7 - slavina i 8 - tlaCna sklopka

Svaka tlaEna posuda (s1.14.5) mora imati: -- prikljuEni otvor za dovod stlaEenog zraka 1, prikljuEni otvor za odvod stlaEenog zraka 2,

- prikljuEne otvore za vezu s regulatorom,

- ventil za ograniEenje tlaka (ventil sigurnosti) 3 koji se aktivira kad tlak u rezervoaru preraste radni tlak za lo%,

- tlakomjer 4, - slavinu za ispuStanje kondenzata ili automatski odvajaE kondenzata 5, - otvorza EiSCenje unutraSnjosti rezervoara 6,

192

Hidraulika i pneurnatika

- ventil (slavinu) za isklhtenje rezervoara iz mreie 7, - tlaEni ~rekidaE8.

193

pneumatski uredaji za pretvorbu energije

TlaEne posude ve& od 10 dm3 podlijeZu propisima za posude pod tlakom i moraju imati odgovarajuti atest.

14.5. Razvodna mreZa stlaCenog zraka Mreiu stlatenog zraka Eine vodovi koji, polazeCi od tlaEne posude, fiksno poloieni i h r s t o spojeni, dovode stlaEeni zrak do rnjesta potroSnje (s1.14.6).

SI. 14.7. Sherna principa rada prstenaste razvodne mreie stlatenog zraka

14.6. Priprema stlaEenog zraka

SI.14.6. Razvodna mreia stlabnog zraka

Cvrsto poloieni vod stlaEenog zraka mora biti pristupaEan sa svih strana, tako da se ornoguCi provjeravanje nepropusnosti cijevne mrefe. Vodoravno (horizontalno) vodeni vodovi stlaEenog zraka rnoraju se polagati s padom 1-2% u smjeru strujanja. Glavni vodovi, koji idu prema dolje, ne srniju se zavrSavati na prikljuEku za potroSaE, nego se vode neSto dalje. U protivnome bi kondenzat, koji se izdvojio u rnreii, dospio do potroiata. Kondenzat se skuplja i ispuSta u najnibj t d k i razvodne mreie. Cijevna mreia pqenstveno se izvodi s EeliEnirn cijevima i zavartpim spojevima. Zavareni Sav je nepropusniji od bilo koje spojke. PotroSaEi se prikljuhju pomoCu brzorazdvojivih spojki i preko priprernne grupe zraka. Za opskrbljivanje stlahnim zrakom radioniEkog pogona ili hale, preporutuje se postavljanje prstenastog voda (s1.14.7) s ugradenirn meduspremnikom. Opskrbljivanje zrakom kod prstenastog razvoda je ujednafenije, a kolebanja tlaka se znatno smanjuju. MreZa stlaEenog zraka podijeljena je na odjele. Tako se pri odrhvanju i popravljanju ne mora odzraEiti cijela mesa. Velifine odjela odreduju se prerna prikljuEenim potroSaEima.

Stlafcni zrak poslije izlaska iz kornpresora nije potpuno Eist. On sad* razne nepoZeljne sastojke pa se bez prethodnog EiSCenja ne mote koristiti u pneumatskim sustavima. NajEeSCi su nepoZeljni sastojci u stlatenom zraku: - voda u tekutem ili plinovitom stanju, - ulje u obliku emulzije, kapljica ili uljne magle (ulje dospijeva u stlateni zrak iz kompresora gdje podmazuje pokretne dijelove), krute neeistoke, sitne atrnosferske netistoke, produkti korozije i troSenja pokretnih dijelova. Voda koja se kondenzira iz pneumatske mreZe ispugta se na unaprijed predvidenim mjestima za odvod kondenzata. Na istorn se rnjestu mogu odstraniti i Eestice ulja ili emulzija ulja. Krute Eestice odstranjuju se iz sustava filtrima koji se obavezno moraju ugraditi u razvodnu mreZu stlafeno~zraka.

-

14.6.1. Vlainost stlaEenog zraka i stvaranje kondenzata

U stlaEenom zraku nalazi se odredena koliEina vodene pare. KoliEina vodene pare ovisi o relativnoj vlasnosti usisanog zraka u kompresor. VlaZni zrak je onaj zrak koji u sebi sadrZi vodenu paru. KoliEina vodene pare u zraku izralava se apsolutnom ili relativnom vlaZnoSCu. Apsolutna vlaZnost je odnos mase vodene pare m, prema masi suhog zraka mzu totalnoj masi zraka: x=%, mz

195 Hidraulika i pneumatika

Pneumatski uredaji za prehrorbu energije

- apsolutna vlaZnost,

gdje je: x

m,, [kg] - masa vodene pare, m, [kg] - masa suhog zraka.

Relativna vlainost zraka je priblizno jednaka odnosu mase vodene pare m, prema masi vodene pare m,", koja zrak dovodi u zasitenje:

gdjc jc: cp

rn [k m : '

fkgl

- relativna vla2nost. - masa vodene pare koja zrak dovodi u zasitenje.

- masa vodene pare,

Relativna vlainost moZe se izraziti parcijalnim tlakovima: vla111d z r ~ l a

SI. 14.8. I1rlkazvlafnosti zraka & u wisnosti o tempelaturi i relativnoj vlainosti cp

Maksimalna koliEina vodene pare do zasitenja zraka dobiva se iz izraza

- relativna vlainost, gdje su: cp p [Pa] - stvarni parcijalni tlak za vodenu paru za danu temperaturu, pl[Pa] - moguCi parcijalni tlak vodene pare za zadanu temperaturu xd - apsolutna vlainost zraka, x' - vlaZnost zasitenog zraka. PribliZna jednakost izraza (14-8) dobro se podudara za niZe temperature stlaEenog zraka kakve su uglavnom kod pneumatskih sustava. KoliEina vlage u vlaZnorri zraku za razlicite temperature i stupanj relativne vlafnosti dana je u dijagramu na s1.14.8. U tablici 14.1. dane su numeriEke vrijednosti za koliEinu vlage u vlaZnom zraku kod 1 bara uz cp = 100%.

gdje je: x' [kg vode/m3 zraka] - vlahost zasiknja, tj. maksimalna koliEina vodene pare koju zrak moZe pri odredenoj temperaturi apsorbirati (saddavati) bez kondenzacije, ukupni pad tlaka vlaZnog zraka, PO [Pal stvarni parcijalni tlak za vodenu paru za danu P [Pal temperaturu, moguEi parcijalni tlak vodene pare za zadanu P' [Pal temperaturu, - gusto& zraka pri tlaku i radnoj 1bar temperaturi. 4n [kglm31

Tablica 14.1. Vlafnost zasikenog zraka

vrijc(l~~ost Y ' [gr/m3] pri tlaku I bar

0 "C -20 10 0 +10 +20 +30 +40 +50

+60 +70

0

+1

+2

+3

+4

+5

+6

+7

+8

+9

0,90 2,16 4,90 9,50 17,3 30.4 50,9 82,7 130.1 197,9

0,99 2.34 5.20 10,O 18.3 32.0 53,6 86,7 136,7 205.8

1.08 2,512 5.60 10.7 19.4 33,7 56.5 90.8 141.7 214,O

1.18 2,72 6,OO 11.4 20.6 35.5 58.3 95,l 148,O 225.0

1,29 2.94 6,40 12.1 21.8 37,4 62.2 99.6 154,3 234,l

1,41 3,17 6,80 12,8 23,l 39,4 65.2 104.3 161.1 241.6

1.53 3.41 7.30 13.7 24.5 41,s 68,4 108.9 168.0 250.7

1,67 3.68 7.80 14,5 25,8 43.7 71,7 113.8 175,l 260,O

1.83 3.96 8.20 15,4 27.3 46,O 75,2 119,l 182,5 270.7

1,99 4,26 8,80 16,3 283 48,4 78,9 124,4 190.1 281.3

.

0

10

50

, 100

11 VI~III

150

par~/m'zr~k~

SI. 14.9. Prikaz izdvajanja kondenzata ovisno o temperaturi i tlaku stlatenog zraka

Hidraulika i pneumatika

196

Pri razliEitim vrijednostima tlaka i temperature, razliEite su vrijednosti maksimalnih kolitina vodene pare u zraku. Te vrijednosti su to veCe Sto je temperatura visa i tlak niii. Na s1.14.9 vrijednosti su za vlainost zasiCenja u ovisnosti o tlaku i temperaturi. Iz dijagrama proistjeEe da je izdvajanje kondenzata to veCe Sto je viSi tlak i niia temperatura. Otuda i proistjeEe potreba da se stlaEeni zrak po izlasku iz kompresora, kada ima najveCi tlak, ohladi u hladnjaku na najniiu moguCu temperaturu. Time se ostvaruju najpogodniji uvjeti za kondenzaciju, odnosno izdvajanje vlage iz zraka. Kada bi se u hladnjacima uspjela sniziti temperatura ispod one koja se moie pojaviti u pogonima, tada ne bi bilo opasnosti od pojave kondenzata u pneumatskim uredajima. U potpunosti to nije moguCe postiCi jer se zrak i u mreii hladi. Sto vise kondenzata nastoji se izdvojiti iz stlatenog zraka u tlaEnoj posudi, koja se obiEno postavlja na najhladnijem dijelu kompresorskop postrojenja. Citava se pneumatska mreZa stlaEenog zraka mora graditi tako da je omoguCeno slijevanje kondenzata i izluEenog ulja, na vise mjesta. Prije radnih komponenata ugraduju se filtri (odnosno pripremna grupa), gdje se, osim mehaniEkih Eestica, izdvajaju voda i ulje.

14.7. Filtar Osnovna funkcija filtra je odvajanje mehaniEkih neEistoCa iz struje stlaEenog zraka. Poznato je da zrak sad& znaEajne koliEine krutih Eestica koje bi u struji stlaEenog zraka mogle dospjeti u pneumatski sustav. Grubi filtar se ugraduje na ulazu u kompresor, a fini na njegovom izlaznom dijelu. Ulazni filtar je napravljen tako da ima minimalne otpore strujanja, kako bi se osiguralo dobro usisavanje u kompresor. Fini filtar je uredaj (s1.14.10) kod kojega se za EiSCenje stlaEenog zraka koristi viSe efekata. Zrak se usmjerava tangencijalno na stijenke sabirne posude 1. Zbog centrifugalne sile, veCe se Eestice neEistoCe, kao i kondenzat, slivaju niz stijenku posude. KoristeCi se promjenom smjera strujdnja zbog inercionih sila, veCe Eestice i kondenzat padaju na zvonasti Stitnik 2, a odatle na donji dio sabirne posude. PomoCu uloSka filtra 3, odvajaju se najsitnije Eestice koje su i dalje u struji zraka. UloEak- filtra je izraden od sinterirane bronce ili mesinga i ima oblik zvona ili

Filtar: 1 - sabirna (slivna)posuda, 2 - zv0nasti Gtitnik. 3 - uloiak filtra i 4 slavina SI. 14.10.

-

Pneumatski uredaji za prehrorbu energije

197

krnje piramide. Tijelo filtra je od aluminijske legure ili bronce, a slivna posuda (tafica) od polikarbonata (providna je), tako da se moie kontrolirati sadriaj neEistoCa.

Pokretni elementi pneumatskog sustava podmazuju se ugradnjom zauljivata (mazalica) ispred pneumatskih uredaja ili u instalaciju pneumatskog sustava koji osiguravaju zauljivanje struje stlaknog zraka. VeCina zauljivaEa radi na principu Venturijeve mlaznice s1.14.11a. Padom tlaka u suienom presjeku usisava se ulje u struju zraka. Regulacijskim vijkom regulira se potrebna koliEina ulja mjerena obiEno brojem kapi u minuti, koje kapaju u kontrolnoj posudi. Opisani zauljivaE je tzv. obiEni zauljivat kod kojega varijacije u potroSnji zraka uzrokuju promjene brzine, zbog Eega je na izlazu smjesa zraka i ulja nejednoliEna. Struja zraka odnosi i veCe kapljice ulja koje se taloZe u rakama i koljenima cjevovoda te elementima. Pri maloj potroSnji zraka brzina strujanja nije dovoljna da osigura potrebnu koliEinu uUa. Prema tome, obiEni zauljivah nisu prikladni za podmazivanje pneumatskih sustava, vet se mogu koristiti za podmazivanje zupEanika, lefaja, lanEanika itd. Za podmazivanje pneumatskih sustava potrebna je smjesa najfinijih Eestica uljne magle rasprSenih u stlaknom zraku. Takvu finu uljnu maglu daju mikrozauljivati. Oni osiguravaju finu uljnu maglu, rasprgenu u stlatenom zraku pri svim uvjetima rada (pri maloj i velikoj potroSnji stlatenog zraka). Na s1.14.11. shematski je prikaz mikrozauljivaEa P 93 Tvornice ~ V l a d obag at^. StlaEeni zrak ulazi u Venturijevu cijev mikrozauljivaEa i dijeli se na tri dijela a, b i c.

SI. 14.11.

i 3 - ulje

ZauljivaE: 1 - Venturijeva cijev, 2 - cjevEica

Pneumatski uredaji za pretvorbu energije 198

199

Hiiraulika i pneumatika

SI. 14.12.

- osigurava konstantno dotjecanje ulja u prostor D, bez obzira na razinu ulja u

EaSici ,

- osigurava rezervu ulja kratko vrijeme kad nestane ulja u EaSici. Regulacija kapi ulja obavlja se preko regulacijskog vijka, a vizuelno promatra kroz kontrolnu,kapp kapalice. fl , Mjerenjem je ustanovljeno da samo 3 do 4% koliEine ulja koje dospije u formiraE smjese odlazi u obliku najfinije uljne magle do potrofab. Na s1.14.13. prikazana je koliEina ulja (broj kapi u ovisnosti o protoku stlaEenog zraka za obiEni zauljivaE i mikrozauljivaE). ZauljivaE se obavezno ugraduje u paru s odgovarajuCim filtrom. Nikada se ne zauljuje neeisti zrak jer bi to bilo pogubno za klizne parove pneumatskih uredaja. Za zauljivanje se koriste rijetka mineralna ulja viskoznosti 10-50 mm21s pri ' 20 O C otporna na koroziju i oksidaciju.

14.9. Regulator tlaka

a) Glavnina stlaEenog zraka prolazi kroz Venturijevu cijev iz prostora A u prostor B i taj dio zraka joS nije zauljen. b) Dio stlaEenog u a k a prolazi kroz ulaz H u C, svojim strujanjem uvlaEi Eestice ulja iz prostora D. Tako se formira bogata smjesa ulja i zraka u prostoru B. Zbog naglog skretanja prema gore, veCe i teZe Eestice ostaju na stijenci EaSice, a samo fina uljna magla dolazi u prostor E i mijeSa se sa strujom zraka oznaEenom a. T c) Neznatan dio stlaEenog zraka koji struji cjevEicom do dna uljne EaSice ima zadatak da stalno, stvarajuCi lagani uzgon, puni rezervnu posudu za ulje. Rezervna posuda za ulje ima viSestruku namjenu: - onemoguCava dolazak eventualnog taloga iz EaSice u struju zraka,

Regulator tlaka (s1.14.14) nuZna je komponenta pneumatskih sustava a osnovna mu je funkcija odrZavanje konstantnog tlaka na izlazu. Tlak na ulazu u regulator mora biti viSi od izlaznog tlaka. Izlazni tlak (s1.14.14) podeSava se vijkom 3, Eiji se pomak preko opruge 2 prenosi na membranu 1. Izlazni tlak djeluje na membranu s gornje strane a opruga s donje. Ako je sila u opruzi veCa, membrana preko zatika pomiEe ventil sa sjediStem 4, i time propuSta veCu koliEinu zraka u prostor iznad membrane i prema izlazu ventila. Porastom

-

S1. 14.14. Regulator tlaka: 1 membrana. 2 i 5 - opruga, 3 - vijak. 4 - ventil sa sjediStem i 6 - otvor za spoj s almosferom

SI. 14.13. Prikaz kolitine ulja u ovisnosti o kolitini stla6 e n 0 ~zraka

tlaka na izlazu regulatora, raste sila na membrani s gornje strane koja tlaEi oprugu regulacijskog vijka i smanjuje se otvor na ventilu sa sjediStem, odnosno smanjuje se koliEina zraka na ulazu. U sluEaju naglog porasta tlaka na izlazu (udar tlaka), membrana se i dalje pomiEe i tlaEi oprugu, otvara se prolaz 6 , te stlaEeni zrak iz izlaznog dijela regulacijskog ventila odlazi u atmosfqru. To uzrokuje pad tlaka u izlaznom dijelu. Tako se kontinuirano regulira i odrZava tlak na izlazu.

Hidraulika i pneurnatika

200

Pneumatski uredaji za pretvorbu energije

201

14.10. Pripremna grupa zraka U tlaEni se vod pneumatskog sustava, prije potroSaEa, obiEno ugraduje sklop koji sadrii filtar, regulator tlaka i zauljivaE (s1.14.15). Sklop se naziva pripremna grupa.

SI. 14.17. Krilni pneumatski m o b

SI. 14.16. ZupEasti pneurnatski motor

SI. 14.15. Priprernna grupa zraka

karakteristike pripremne grupe odgovaraju karakteristikama regulatora tlaka ugradenih u njih. Pripremna se grupa izabire prema prikljutnoj dimenziji. Tako definirani protok zraka mora biti u skladu sa stvarno potrebnim protokom., Ako je izabrana pripremna grupa s prevelikom prikljuEnom dimenzijom, brzina strujanja zraka neCe biti dovoljna da osigura pravilan rad zauljivata te postoji mogufnost stvaranja siromaSne smjese. Izbor male prikljuEne dimenzije osigurava bogatu smjesu ali Ce smanjiti maksimalno mo@i protok zraka, Sto moZe imati negativne posljedice na rad pneumatskog uredaja. Pripremna grupa se mora postaviti Sto bliZe potrolaEu (do 5 cm) kako bi uljna magla mogla dospjeti do klimih povrSina. Prevelika udaljenost omoguCava da se uljna magla izdvoji i natalo? na stijenke.

14.11. Pneumatski motori Pneumatski se rnotori konstruiraju kao: - rotacijski pneumatski motori, - pneumatski cilindri,

stlaCeni zrak. Tlak zraka djeluje na botne povrline rneduzublja, koje su u n e p r e d nom dodiru. Zbog razliEite veliEine povrSina (odredene toEkom dodira) dolazi d o rezultantne sile koja zupEanike rotira nasuprot struji ulaznog zraka. Nailaskom meduzublja na boEni otvor na kuCiStu, zrak odlazi izvan prostora motora. Kod pneumatskih motora primjenjuju se zupEanici s ravnim, kosim i strelastim ozubljenjem. ZupEasti pneumatski motor radi bez ekspanzije stlaEenog zraka. Ovi s e motori reverziraju jednostavnom promjenom smjera napajanja. Pneumatski zuphsti motori imaju visok moment inercije rotirajutih dijelova i koriste se za pogon mehanizama s neravnomjernim optereCenjem, rijetkim promjenama smjera okretanja i za rad bez Eestih zaustavljanja. Motori s kosim zubima primjenjuju se za reverzibilne pogone, a motori sa strelastim zubima za nereverzibilne. . Krilni pneumatski motor (s1.14.17) ima rotor smjeSten ekscentritno u odnosu prema kuCiStu. Na rotoru su smjeStena krilca koja se mogu pomicati radijalno u kanalima rotora. S donje strahe krilca imaju opruge koje ih potiskuju prema kuCiStu motora. Tako se formira radni prostor izmedu dvaju krilaca te rotora i statora. Zbog rotacije rotora taj se prostor povekava, odnosno smanjuje. Na krilca na ulaznom dijelu djeluje tlak struje zraka i kao rezultat toga javlja se sila i obrtni moment koji zakrete rotor. Krilni motor radi s djelomiEnom ekspanzijom zraka. Krilni pneumatski motori imaju mali moment inercije rotirajukih dijelova i relativno jednostavnu konstrukciju. Da bi se smanjila mogutnost zaklinjavanja krilaca, ona se naginju u smjeru rotacije. Posljedica toga je da su motori uglavuom jednosmjerni.

14.12. Pneumatski cilindri Pneumatski cilindar prikazan principnom shemom na s1.14.18, sastoji se od: prikljuEaka 1 i 2, prednjeg 6 i straZnjeg poklopca, klipa. 4, klipnjaEe 5 i tijela cilindra 7. Pneumatski se cilindri grade s jednom klipnjaEom ili dvije, te za jednosmjerno ili dvosmjerno gibanje (s1.14.19). Pneumatski cilindri za luEno gibanje (obrtni pneumatski cilindri) takoder mogu biti jednoradni ili dvoradni.

- udarni pneumatski cilindri.

Rotacijski pneumatski motori obitno su zupfasti ili krilni.

Zuptarti pneunlntski netor (s1.14.16) irna dva zupfanika u zahvatu, smjeltena u zajednitko kutilte. U prostor izlaska zuba iz zahvata (meduzublje) dovodi se

SI. 14.18. Sherna principa rada pneumatskog cilindra: 1 i 2 prikljuCni otvori, 3 i 6 poklopac, 4 klip, 5 klipnjata i 7 tijelo

-

-

-

-

-

Hidraulika i pneurnatika

202

Pneurnatski uredaji za pretvorbu energije

203

14.12.1. Jednoradni pneumatski cilindri

a

b

Jednoradni (jednosmjerni) pneumatski cilindri obavljaju koristan rad samo u jednom smjeru. StlaEenim zrakom se napaja s jedne strane. VraCanje klipnjafe u polazni poloiaj izvodi se oprugama, djelovanjem neke vanjske sile ili pod djelovanjem vlastite teiine ,(s1.14.22).

C

,

SI. 14.19. Konstrukcijski oblici pneurnatskih cilindara

I

Osim klipnih cilindara, u pneumatici ima i membranskih (s1.14.20). Kod njih se pneumatska energija pretvara u mehaniEku gibanjem membrane pod djelovanjgm tlaka stlaEenog zraka. Membranski jednoradni cilindri obiEno se konstrukcijski izvode u dva oblika: s tanjurastom membranom (s1.14.20a) i rputujufom~membranom (s1.14.20b).

SI. 14.22. Jednoradni pneurnatski cilindar

Sila na klipnjaEi jednoradnog cilihdra je:

F = A, pn - A2.n - F, - Fo,

SI. 14.20. Mernbranski pneurnatski cilindar (a) i cilindar s putujubrn rnembranorn (b)

b

Karakteristike membranskih cilindara su vrlo velike sile, mali hodovi i mala frekvencija rada. Kod membranskih cilindara s tanjurastom membranom hodovi se izvode obiEno do 80 mm, a kod cilindara s putujuCom membranom ti su hodovi mnogo veCi, i d o 200 mm, pa Eak i vise. Klipni pneumatski cilindar gibanjem klipa ostvaruje koristan rad. NaEin na koji ostvaruje to gibanje i rad koji obavlja na tom putu osnovna su odlika pneumatskog cilindra. U usporedbi s odgovarajufim uredajima u elektrotehnici, gdje translatorno gibanje obavljaju elektromagneti za istu snagu, pneumatski cilindar je mnogo manji. Dodavanjem jednostavnih mehaniEkih elemenata, translatorno se gibanje lako pretvara u ~njihajukccili ogranikno kruZno (s1.14.21).

(14-10) gdje je: A1 i A2 [m2]- povrSina klipa, - tlak napajanja (djeluje na povrSinu A l ) , p, [Pa] - tlak u prostoru s oprugom (djeluje na povrSinu A2), pz [Pa] - sila trenja, F, [Nl - sila u opruzi. F o [NI Sila trenja ima pribliinu vrijednost:

Sila u opruzi Fomijenja se (ovisno o hodu) linearno, te se moie raEunski odrediti formulom:

gdje je: Foax [N] - maksimalna sila u opruzi kad je ona stlaEena d o kraja, Fo [N] - sila prednapona opruge, L [m] - ukupna duljina opruge, xk [m] - trenutna duljina stlaEene opruge (odgovara hodu klipa). Kod jednoradnog cilindra moie se zanemariti vrijednost produkta A2 p2 jer je vrijednost tlaka relativno mala. KonaEni izraz za raEunsko odredivanje slle na klipnjaEi jednoradnog pneumatskog cilindra ima oblik:

1

b

SI. 14.21. Protvaranje translatornog gibanja

Pneumatski cilindri izraduju se s maksimalnim hodom do 2 500 mm (postoje konstrukcije bez klipnjaEe s hodovima veCim od 2 500 mm) i brzinama od 1 do 2 d s , a maksimalno do 10 d s . Koeficijent korisnog djelovanja pneumatskog cilindra 71, iznosi 0,7 do 0,9.

F= kAlpn-Fo[N1, gdje je k = 0,8 - 0,9 (empiriEki koeficijent).

(14-12)

Kada cilindar promatramo statifki (klipnjaEa zaustavljena u krajnjem polotaju), a to je ujedno i osnovna namjena ovih cilindara (stezanje npr.), formula za silu glasi:.

Hidraulika i pneumatika

204

14.12.2. Dvoradni pneumatski cilindri

Dvoradni pneumatski cilindri obavljaju koristan rad u oba smjera gibanja klipnjate, hodu naprijed i nazad, s1.14.23.

Pneumatski uredaji za pretwrbu energije

205

Pri odabiranju odgovarajuteg pneumatskog cilindra treba uzeti u obzir ove karakteristike: - potrebnu silu, - potrebni hod. - potrebnu brzinu, - konstrukcijsko rjeSenje cilindra (naEin pritvrYenja, zavrSetak klipnjate, prikljuEke itd.). Zbog sloienosti proratuna karakteriititnih velitina potrebnih za izbor pneumatskog cilindra u tehnitkoj se praksi koriste nomogrami (sl. A-9, prilog A).

SI 14.21 Dvoradni pneumatski cilindar

14.12.3. Udarni pneurnatski cilindri

Za gibanje u zadanom smjeru mora se ispred klipa dovesti stlakni zrak, istovremeno se prostor iza klipa spaja s atmosferom. Za drugi smjer gibanja obavlja se napajanje suprotne strane klipa i odgovarajute odzraEivanje. Sila na klipnjah u smjeru prema naprijed je: Fi = A l p - A z n - F , a u smjeru prema nazad:

Pneumatski motor udarnog djelovanja (sl. 14.24) sastoji se od slobodnog klipa 1, izlaznog kanala 2, ulaznog ventila 3 i cilindra. Klip na kraju hoda udara na odgovarajuti dIZaE alata i predaje mu znatajnu energiju.

[W,

FZ= Azpn-AI PI - f i [N], gdje je: Al i Az [mZ]- aktivna povrSina klipa, p,, [Pa] - tlak napajanja, pl i rn [Pa] - tlak u komori koja se spaja s atmosferom, F, [nl - sila trenja. Moie se uzeti da je otpor nastao zbog ostatka zraka u komori s druge strane kiipa: A I PI = Azrn = (0,3 - 0 4 ) A pn , a sila trenja iznosi:

F, = (0,l - 012) A . pn, te je sila na klipnjaci dvoradnog cilindra

F = k p, A [N] ,

(14- 14)

gdje je: k = 0,4 - 0,6 (iskustveni koeficijent) A [mZ] - korisna povrSina klipa. Statitka vrijednost sileena klipnjati je:

F = A p, [N]

.

St. 14.24. Shematski prikaz udarnog pneumatskog cilindra: 1 - klip, 2 ispuSni kanal, 3 ventil i 4 kanal

-

-

Start udarnog motora nastupa otvaranjem ventila 3. StlaEeni zrak dolazi u lijevu komoru iza klipa i Siri se. Klip se ubrzava i postiZe brzinu 5 do 8 mls. Prelaskom klipa preko izlaznog kanala 2, tlak iza klipa naglo opada. Istovremeno tlak u desnoj komori (ispred klipa) poEinje rasti. Neposredno poslije udara klipa o nosaE alata, pod djelovanjem tog tlaka, premjeSta se pokretni dio ventila 3 i usmjerava stlateni zrak u desnu komoru, koji potpomaEe vratanje klipa u potetni polofaj. U toku povratnog hoda klip otvara izlazni kanal gdje astupa odzraEivanje desne komore. Istovremeno, stlakni zrak ispred klipa u lije oj komori premjegta razvodni ventil i usmjerava stlalieni zrak u lijevu komoru. Tako se ciklus stalno ponavlja. Vrijeme otvaranja ventila, kao i hod klipa te njegova masa, tako je dimenzionirano da se udarom klipa o drZaE alata dobije maksimalno moguCa mehanifka energija. Kod nekih konstrukcija udarnih motora postoji mogutnost podeSavanja sile udara. Udarni pneumatski motori imaju energiju udara do 150 N d s , frekvenciju udara do 50 11s i udarnu snagu do 7 kW, potroSnja stlaEenog zraka je 1.2 - 1.5 m$ (kW min).

f

(14-15)

Pri izbom cilindra prema potrebnoj sili treba uzeti u obzir Einjenicu da i konstrukcijsko jeSenje utjeEe na totnu vrijednost sile. Varijacije tlaka napajanja izravno utjetu na vrijednost ile. To zahtijeva da se pri izboru odaberu veCe vrijednosti promjera cilindra, kako bi se zadovoljila traZena veliEina sile. Postizanje sasvim toEne sile zahtijeva posebno paZljiv izbor i proraliun, kao i odgovarajuta mjerenja u stvarnim uvjetima rada. Vrlo dugatke klipnjate potrebno je provjeriti na izvijanje prema poznatom obrascu (3.32). ProraEun sile izvijanja izvodi se na uobitajeni naEin.

-

Hidraulika i pneumatika

206

Tablica 14.2. PotroSnja zraka

14.1 3. PotroSnja stlaeenog zraka PotroSnja stlaknog zraka ovisi o volurnenu cilindra (motora), njihovom broju i broju radnih ciklusa. Osim toga, izvjestan gubitak stlaEenog zraka nastaje na prikljukima mrtvog prostora u prednjem i zadnjem poklopcu itd. Za odredivanje ukupne potroSnje stlaEenog zraka u jednom cilindru polazi se od specifiEne potrolinje, tj, potroSnje svedene na 1 crn hoda klipa i svedene na stanje po = 1,032 5 bara i\ternperature t = 20 OC, odnosno T = 293 K. U tehniEkoj praksi potroSnja zraka moZe se odrediti tako da se s po, Vo i To oznaEi stanje atmosferskog zraka (p, = 1.013 25 bara i To 293 K), a s p, V i T odgovarajuk stanje stlaEenog zraka u cilindru pa se iz odnosa

v

P

Po

-c

T

vo

To

207

Pneumatski uredaji z a pretvorbu energije

bar1 Radni tlak ra(== , 8

Prornjcr cilindra D (mm)

2 I '

3 I

4

5

6

7

potrognja zraka (litlcm hoda)

8

9

10

",

Vo = -To V . Po T

dobiva

Temperatura stlaEenog zraka u cilindru je neSto viSa od temperature atrnosferskog zraka, ali se kod proraEuna potrolinje moZe uzeti da je T = To, Sto je za praksu dovoljno toEno. Tim pojednostavnjenjima jednadiba (14-16) dobiva oblik:

Vo= a V ,

(14-17)

gdje je:

14.14. Pneumatsko-hidraulieki pogoni pri Eemu je p [bar] tlak stlaEenog zraka.

Primjer P-14.2. Kolika Ce biti potroSnja stlatenog zraka za jedan hod u cilindru promjera d = 50 rnm i hoda h = 4 crn ako radi na tlaku od 5 bara. RjeJenje

PovrSina klipa:

StlaEivost zraka je nedostatak pneumatike koji djeluje rnanje ili viSe samo za upravljanja ovisna o putu i za polagane pomake. Kod polaganih pomaka klipa, koji se ostvaruju priguSivanjem struje stlaknog zraka, zbog stlaEivosti zraka i djelovanja trenja (stick - slip), nastaju trzaji klipa. Zbog stlaEivosti zraka ne moie se odrZavati konstantna brzina pomaka od p o k t k a do kraja hoda klipa. Kombiniranjem pneumatike i hidraulike navedeni se problemi mogu ukloniti. Pri tome se razlikuju tri osnovna sustava: - pretvaraE tlaEnog medija, - uljni koEioni cilindar, - multiplikator tlaka. 14.14.1. PretvaraC tlaCnog medija

Potrebni volumen stlatenog zraka za jedan cm hoda klipa je: V=A

.I

= 19.635 cm3 = 0,019 6 2 U 1 crn hoda.

Za tlak od 5 bara spccifiEna potroJnja Cc biti:

V, = a . V =

p

+ 1.013 25

=

1.013 25

PretvaraE tlaEnog medija, prikazan principijelnom shemom na s1.14.25, tlak zraka pretvara u jednako visoki tlak hidrauliEkog ulja. U cilindru se giba klip bez klipnjaEe koji odvaja prostor sa zrakom (pneumatika) od prostora s uljem (hidraulika). Ako se u prostoru sa zrakom podigne tlak, klip se giba udesno, tlaEi i potiskuje ulje, stvarajuki u njemu isti tlak. PoSto je hidraulitko ulje praktiEki nestlahvo, koristi se za lagane pomake i male brzine.

25 0.019 63 = 0.116 Ulcm. 1.013 25

+

Za ukupni hod od 4 cm potroSnja Ce biti:

V, = V h =0,46 Uhod.

Da bi se olakSalo izratunavanje potroSnje stlatenog zraka za standardne pogone pneumatskih cilindara, moic posluZiti tablica 14.2.

a SI. 14.25. Shema principa rada PretvaraCa tlatnog medija

Hidraulika i pneumatika

Pneurnatski uredaji za pcetvorbu energije

209

Primjeri upotrebe uljnih cilindara za kotenje su prikazani na s1.16.28. KoEenje s prigugivanjem kod izvlaEenja klipnjate prikazano je na s1.14.28a. Reguliranje brzine hoda naprijed i nazad prikazano je na s1.14.28b.

-

b-

a

SI. 14.26. Primjeri upotrebe pretvarata tlatnog medija

Na s1.14.26. prikazane su sheme pogona s pretvaraEem tlaEnog medija za upravljanje gibanjem klipa cilindra. Hod klipa naprijed izveden je hidrauliEki (s1.14.26a) i regulira se prigugnikom, a povratni hod je pneumatski. Gibanje klipa u hodu prema naprijed veoma je ovisno o optereknju. Regulacija hoda naprijed i nazad (s1.16.26b) izvedena je hidraulitlci, pomoCu prigulnika. Gibanje klipa je lagano i ravnomjerno te relativno malo ovisno o vanjskom opteretenju jer je klip upet u ulju. HidrauliEki dio mora biti popunjen uljem i bez zraka. Novije konstmkcije pretvaraEa tlaEnog medija imaju automatsko odzracivanje. U toku eksploatacije uredaja obavlja se redovita kontrola i dolijevanje ulja. 14.14.2. Uljni koEioni cilindar

Uljni koEioni cilindar prikazan je hidrauliekom shemom na s1.14.27. Izmedu komora cilindra postavlja se pngugnik koji omoguCava podelavanje brzine premjeStanja klipa. Uljni koEioni cilindar se mehaniEkom polugom veZe za pneumatski cilindar prema vrsti primjene.

SI. 14.28. Prirnjeri upotrebe uljnog cilindra za koCenje

I

14.14.3. Multiplikator (pojaEalo) tlaka

Multiplikator ili pojaEalo tlaka prevodi postojeti tlak stlatenog zraka u viSi tlak hidraulitkog ulja. Shema principa rada prikazana je na s1.14.29. Multiplikator tlaka sastoji se od dvaju tlaEnih prostora razlititih povrsina, presjeka i volumena. VeCi tlaEni prostor je pneumatski a manji hidraulitki. UmnoZak tlaka i povrSine klipa jednak je na pneumatskom i hidraulitkom dijelu. Za multiplikaciju tlaka v a n je omjer povrgina, pri Eemu se,mora uzeti u obzir i gubitak energije zbog trenja.

SI. 14.29. Shema principa djelovanja multiplikatoratlaka

1

b

SI. 14.27. Shema principa rada uljnog cilindra za kotenje

C

Multiplikatori tlaka se grade s prijenosnim omjerima 1:4 do 1:80. MoguCnosti pnmjene multiplikatora tlaka su slitne onima kod pretvarata tlaEnog medija (~1.1430). Multiplikator tlaka omoguCava, osim veCe sile po jedinici povrSine, i

15. Uredaji za upravljanje energijom i njezin prijenos 15.1. Uvod

1

b

$1. 14.30. Primjeri upotrebe multiplikatora tlaka

relativno toEnu regulaciju hoda, pri Eemu je veliEina hoda ogranitena volumenom hidrauliEkog dijela multiplikatora.

UpravljaEki uredaji omoguCuju pokretanje, zaustavljanje i promjenu smjera pneumatskih motora, zatim regulaciju protoka te ograniEenje tlaka i osiguranje od pieoptereCenja. U pneumatskom sustavu ti uredaji imaju ulogu prijenosnika energije i prijenosnika informacija. Prema funkciji obiEno se dijele na pet osnovnih grupa: - razvodnici, - zaporni ventili, - tlaEni ventili, - protoEni ventili, - cijevni zatvarafi.

15.2. Razvodnici Osnovna funkcija razvodnika je usmjeravanje struje stlaknog naka. Oni omoguCuju prolaz, zatvaranje i promjenu smjera struje stlaEenogzraka. Razvodnici omoguCuju start, promjenu smjera i zaustavljanje pneumatskog motora. Osnovne karakteristike pneumatskih razvodnika su: - broj radnih poloiaja, - broj prikljufaka, - funkcija radnog poloiaja, - naEin aktiviranja, - nazivni protoEni otvor. Te su karakteristike identiEne s onima kod hidrauliEkih razvodnika. NaEine aktiviranja razvodnika moiemo podijeliti prema vrsti signala kojim se obavlja aktiviranje te prema naEinu na koji se izvodi, s1.15.1. Izravno aktiviranje obavlja se na sarnom ventilu i moZe biti mehanifko, daljinsko eIektriEno ili pneumatsko s padom ili porastom tlaka. U pneumatskim shemama tlaEni vod se oznaEava slovom P, oduSni vod slovom R, a radni vodovi (vodovi za spoj cilindara ili motora) slovima A, B, C..., a upravljaEki vodovi X, Y, 2. UobiEajene konstrukcijske izvedbe pneumatskih razvodnika su: - razvodnici sa sjediltem, - klipni razvodnici, - ploEasti razvodnici, - kombinirani razvodnici.

Hidraulika i pneurnatika

Uredaji za upravljanje energijom i njezin prijenos

213

Razvodnici s kuglicom su vrlo jednostavni, ali nemaju kvalitetno brtvljenje, pa se manje upotrebljavaju, s1.15.2. Na s1.15.3. prikazan je razvodnik 312 s tanjurom i prekrivanjem faze. To zna6 da su u jednome momentu svi otvori razvodnika otvoreni. Tada je tlatni vod P spojen istodobno s izlazom A i odzraeivanjem R. Pri polaganom pomicanju sjediSta ventila gubici stlatenog zraka su veliki. Da bi se izbjegli, izraduju se ventili bez faze prekrivanja, s1.15.4.

n

fl A

SI. 15.2. Razvodnik s kuglicorn: a

b - kvodnik 312

- razvodnik 212,

Sl. 15.3. Razvodnlk 3/2 s tanjuribm i prekrivanjem faze

-

1 C

-

SI. 15.1. AMiviranje razvodnika: a moguknosti aktiviranja razvodnika, b - primjeri RziEkog naEina aktiviranja, c - prirnjeri mehanitkog natina aktiviranja

15.2.1. Razvodnici sa sjedigtem

Razvodnici sa sjediStem imaju vrlo kratko vrijeme aktiviranja (otvaranje ili zatvaranje). Odlikuju se dobrim brtvljenjem jer je relativno velika povrSina nalijeganja sjediSta i pokretnog dijela. Neosjetljivi su na netistote iz zraka. Konstrukcijski se izvode s kuglicom, konusom ili tanjurom. Rijetko se grade s vise od dva prikljutka i dva radna poloiaja. Brtvljenje i podmazivanje se moie rijeSiti na zadovoljavajuCi natin.

-

SI. 15.4. Razvodnik 3/2 s tanjurikern bez prekrivanja faze: a spojeni kanali A i R, b svi prolazi su zatvoreni, spojeni kanali P i A, d spojeni kanali P i A,'.-svi prolazi su zatvoretLf -spojeni kanali A i R

-

Pri prebacivanju razvodnika iz nultog polo2aja, s1.15.4;a, najprije se prekida strujanje zraka iz cilindra A u oduSnik R, zatim se spaja tlatni vod P sa A. Kod takve izvedbe nema gubitaka zraka. Na s1.15.4. prikazan je razvodnik 3/2 s otvorenim nultim poloihjem, i to u polobju a nulti polofaj, b medupolofaj, c polotaj ukljuEivanja. Razvodnik sa zatvorenim nultim poloZajem prikazan je na s1.15.4d, e, i f, i to poloZaj d gdje su spojeni tlatni vod P i vod A, e zatvoreni su svi kanali i f spojen je kana1 A i R. Razvodnik s kaSnjenjem preklapanja ili nazvan joS i pneumatski vremenski rele, prikazan je na ~1115.5.

Hidraulika i pneumatika

21 4

$1. 15.5. Razvodnik 312 s vremenskim kasnjenjem: 1 - jednosmjerni priguSni ventil. 2 - spremnik, 3 - klip ventila

215

Uredaji za upravljanje energijom i njezin prijenos

zrak posebnim kanalom vodi ispod sjediSta ventila indirektno upravljanog razvodnika. Elektromagnet obavlja aktiviranje kotvc direktno aktiviranog razvodnika, Eime omogukava prolaz stlaEenog zraka kroz kanal A u prostor iznad klipa razvodnika. StlaEeni zrak djeluje na klip glavnog razvodnika, Eime obavlja aktiviranje. PNO se zatvara prolaz zraka iz povratnog kanala A u oduSni vod R, a zatim se otvara prolaz iz tlaEnog voda P u kanal A. Takvim se postupkom sile na elektromagnetu', zndtno smanjuju. Na primjer, kod standardfi'og razvodnika 312 veliEine 118"i tlaka 6 bara sila aktiviranja iznosi 13.5 N, a kod istog takvog razvodnika s indirektnim aktiviranjem iznosi 1.8 N 15.2.2. Klipni razvodnici

Zapravo, to je 312 tlaEni razvodnik s pneumatskim aktiviranjem. Zrak Z za aktiviranje upravljanja dovodi se posebnim kanalom preko jednosmjernog priguSnog ventila 1 u spremnik razvodnika 2. Ovisno o podeSenosti priguSnog ventila 1, u spremnik dolazi vise ili manje zraka u jedinici vremena. Tek kad je postignut nuZni upra\ljaEki tlak, koji djeluje na klip ventila 3, slijedi alctiviranje. PodeSeno vrijeme potrebno za punjenje spremnika vrijeme je kaSnjenja od ulaska signala do aktiviranja. PodruEje vrernena kaSnjenja iznosi od 1d o 30 sekundi. . regulacije Za povratni poloZaj ventila mora se odzraEiti povratni vod. Zrak iz spremnika slobodno izlazi kroz jednosmjerni priguSni ventil u odzraEni vod. Elektromagnetskog aktiviranja moZe biti direktno ili indirektno. Pomicanjem kotve elektromagneta izravno se otvara, odnosno zatvara prolaz struje zraka, Eime se ostvaruje direktno aktiviranje. Takav naEin upravljanja moguCe je primijeniti samo kod malih protoka, jer bi u protivnom elektromagneti morali biti veliki. Na s1.15.6. prikazan je razvodnik s elektromagnetom i indirektnim aktiviranjem. Kako se na slici vidi, stlaEeni se

Klipni razvodnici imaju, kao element za razvodenje stlaEenog zraka, razvodni klip koji se pomitk u profiliranoj Eahuri (kao kod hidrauliEkih razvodnika) lijevo ili desno i omogutava odgovarajuke spajanje prikljuEnih otvora P i R sa otvorima A, B (s1.15.7).

SI. 15.7. Klipni razvodnik

I

b

Osnovna je prednost klipnih razvodnika jednostavnost izrade, velik izbor naEina aktiviranja te siguran rad u gotovo svim polotajima. Sila aktiviranja je relativno mala jer treba svladati samo unutrdnje otpore i eventualno silu povratne ' opruge. Veliki nedostatak klipnih razvodnika je problem brtvljenja, podmazivanje pokretnih dijelova, habanje pokretnih dijelova te gubici istjecanja. S obzirom na te probleme, brojne su konstrukcije klipnih razvodnika koje vise ili manje uspjeSno rjeSavaju neki od problema. Klipni su razvodnici najSiru primjenu naSli u pneumatskim sustavima. 15.2.3. PloEasti razvodnici

QdCik

SI. 15.6. Elekiromagnetski razvodnik 312 indirektno aktiviran

PloEasti razvodnici se izvode sa tri i Eetiri radna poloZaja i tri prikljuEka (s1.15.8). Razvodenje je omogukno zakretanjem razvodne ploEe po ravnoj ploEi i odgovarajufim spajanjem prikljuEnih otvora. Takvom je konstrukcijom omogu.keno dobro brtvljenje i zadrZavanje zadanih polohja. PloEasti se razvodnici aktiviraju najEeSte ruEno. Na s1.15.9. prikazan je razvodnik 412 s klipom i ploEastim razvodnikom pneumatski aktiviran.

Hidraulika i pneumatika

Uredaji z a upravljanje energijorn i njezin prijenos

217

jako dugi, problem otpora u vodovima, u smislu njegova utjecaja na nazivni prototni otvor razvodnika, moie zanemariti. Dijagramom sl. A-10 (prilog A), moZe se birati velitina nazivnog protoEnog otvora pneumatskog razvodnika za dani promjer cilindra, optereCenje i potrebnu brzinu klipa. Dijagram je raden za tlak zraka od 6 bara. Primjer P-15.1 Pneumatski cilindar ima promjer 70 mm, opteretenje na klipnjati je l.kN, bnina klipa 150 mmls. Potrebno je odrediti nazivni prototni otvor razvodnika.

m m m

SI. 15.8. PloEasti razvodnik

Kada se zadane vrijednosti uvrste u dijagram na s1.A-10, ofita se d a je brzina klipa za ramodnik 118" jednaka 45 m d s , a za 114" je 180 mmls. Odabire se razvodnik s nazivnim protdnim otvororn 114", a naknadnom ugradnjom jednosmjemog prigusnog ventila u sklop regulatora bnine podelava se brzina klipa na trafenu velitinu.

15.3. Zaporni veniili

SI.15.9. Razvodnik 412 s klipom i p l b s t i m razvodnikom pneumatski akliviran

Osnovna funkcija zapornih ventila je zatvaranje protoka struje stlatenog zraka u jednom i slobodno propuStanje u suprotnom smjeru. Konstrukcijski je ta funkcija potpomognuta odgovarajuCom razlikom tlaka. Zaporni se ventili obiEno dijele na: - nepovratne ventile, - izmjenitno zaporne ventile, - brzoodzraEne ventile, - uvjetno zaporne ventile. 15.3.1. Nepovratni ventili

15.2.4. lzbor razvodnika

Izbor pneumatskog razvodnika jest zapravo odredivanje njegova nazivnog protoEnog otvora, tako da se dobije zahtijevano gibanje izvrSnog pneumatskog motora (cilindar ili motor). S obzirom na poznate Bnjenice da se procesi u toku prijenosa i pretvorbe pneumatske energije ne mogu na zadovoljavajuCi naEin opisati, izbor nazivnog protdnog otvora je otefan. i obavlja se na osnovi iskustvenih normi i podataka koje daju proizvodaEi.

Nepovratni ventili zatvaraju protok struje stlatenog zraka u jednom smjeru a slobodno propuStaju u suprotnoin smjeru (djeluju kao dioda u elektritnom krugu). Osnovna konstrukcija nepovratnih ventila je na s1.15.10.

v.

Za pravilan izbor nazivnog protoEnog otvora razvodnika veoma su vafne ove velitine:

SI. 15.10. Zaporni ventil (a) s kugllcom i (b) sa sjediStern i oprugom

.+

4m-

- promjer cilindra (specifitni volumen pneumatskog motora),

- optere6enje, - potrebna brzina klipa cilindra (kutna brzina vratila motora). Duiina vodova takoder utjete na izbor nazivnog prototnog otvora razvodnika zbog otpora strujanja, ali se u podrutjima uobitajenih primjena, kada vodovi nisu

Dva su tipa nepovratnih ventila: nepovratni ventil sa zatvorenim protokom ako je tlak na izlaznoj strani vet5 nego na ulaznoj (sl.lS.lOa), i nepovratni ventil s protokom zatvorenim kada je tlak na izlaznoj strani nepovratnog ventila veCi ili jednak 'tlaku na ulaznoj strani (s1.15.10b).

Hiraulika i pneurnatika

218

Uredaji za upravljanje energijom i njezin prijenos

219

15.3.2. IzmjeniEno zaporni ventil

15.3.4. Uvjetno zaporni ventil

IzmjeniEno zaporni ventil, prikazan shemom na s1.15.11, propuSta signal na izlaz, zatvarajuti istovremeno vezu s drugim ulaznim kanalom. Funkcija izmjeniEno zapornog ventila je identiEna s logitkom funkcijom ILL

Uvjetno, zaporni ventil - prikazan shemom na s1.15.13. - daje signal na izlazu, uz uvjet da postoje dva signala na ulazu i da on odgovara IogiEkoj funkciji B I ~ .

SI. 15.13.Uvjetno zaporni ventil

S/.15.ll. IzmjeniCno zapomi ventil

15.3.3. BnoodzraEni ventil

&

Djeluje li tlak samo s jedne strane klip se pomiEe i zatvara prolaz. Tek kada djeluje tlak i s druge strane, zrak'prolazi pakraj klipa na izlaz. Ako postoje oba tlaka, tada je signal na izlazu jednak nifem tlaku.

15.4. TlaEni ventili

BrzoodzraCni ventil omoguCava ispuStanje stlaknog zraka u atmosferu, poSto je obavio rad, direktno iz voda Eim je tlak u tlaEnom vodu pao, tako da ne prolazi kroz razvodnik (s1.15.12a). Cilj toga ispuStanja je smanjenje otpora pri istjecanju zraka, Eime se razlika tlaka na klipu pneumatskog cilindra povetava, Sto izravno utjeEe na poveCanje brzine klipa (s1.15.12b).

U grupu tlaEnih ventila ubrajamo:

- ventile za regulauju tlaka (regulatori tlaka),

- ventil za ograniknje tlaka (ventili sigurnosti i prosljedni ventili)

15.4.1. Ventili za regulaciju tlaka

Ventili za regulaciju tlaka konstrukcijski se izvode kao: - ventil za regulaciju tlaka bez korekcije prekoracenja tlaka u odvodu, Sto znaEi

da on ostvaruje regulaciju tlaka u odvodu neovisno o varijacijama (viSim od izlaznog tlaka) na ulazu (s1.15.14a). - ventil za regulaciju tlaka s korekcijom prekoracenja tlaka u odvodnom kanalu, kod kojega se, osim regulacije tlaka na izlazu, podeSava tlak na zadanu vrijednost kod eventualnog porasta tlaka u odvodnom kanalu. Taj se ventil koristi za regulaciju tlaka u sklopu pripremne grupe i njegov rad je veC opisan (odjeljak 14.9 i sl. 14.14).

SI.15.12.BrzoodzraCni ventil: a - shematski prikaz ventila, b brrine klipa, c - shema spajanja

- prikaz.

.

Dovodenjem zraka iz voda P, zatvara se prolaz za odzraknje R. Zrak slobodno struji kroz izlazni kanal A. U momentu kada prestane dovod zraka kroz kanal P, zbog djelovanja tlaka iz kanala A, otvara se kanal za odzraEenje R, a zatvara kanal P i odzraEuje se kanal A izravno u atmosferu. Pneumatska shema spajanja brzoodzraEnog ventila je na s1.15.12.c.

SI. 15.14. Ventil za regulaciju tlaka:

a - redukcijski ventil.

b - ventil sigurnosti

Pneumatsko upravljanje

16. Pneumatsko ypravljanje 16.1. Uvod Pod pojmom ~pneumatskoupravljanjeu razumijeva se sustav vodovima medusobno povezanih uredaja namijenjenih pretvorbi i upravljanju pneumatskom energijom, koja obavlja zadanu funkciju. Ovo poglavljc obuhvata: - osnovnc pncumatskc pogonc, - osnovne oblike pneumatskog upravljanja, - pneumatske logitke sklopove, - fluidiku.

223

Kod pneumatskog upravljanja obitno je upravljatki lanac otvorenog tipa. Tok informacija je od osjetila prema pneumatskim motorima (radnim elementima) i uvijek je isti, bez obzira na to kojim je elementima rijeSen upravljacki sklop. Kod pneumatskog upravljanja energetski dio, u vetini slutajeva, ima istu razinu tlaka, od 6 do 8 bara, a upravljaEki moie biti istog ili niieg tlaka. Upravljatki dio sklopa istog tlaka, konstrukcijski se izvodi odgovarajutim ventilima i razvodnicima. Kod nekih kompleksnih upravljaEkih sustava koriste'*se u upravljaEkom dijelu digitalni fluidiEki elementi. q a k stlaEenog zraka je mnogo niii i rijetko prelazi 2 bara.

16.3. Osnovni pneumatski pogoni Z a razliku od hidraulitkog pogona koji je izrazito krut (zahvaljujuti maloj stlaEivosti radne tekdine), pneumatski sustav je elastican (plinovi imaju veliku stlafivost). Pneumatski sustavi se stoga ne koriste za pozicijska upravljanja gdje je krutost pogona uvjet. U usporedbi s hidrauliEkim sustavima, snaga je viSestruko manja. Tendencija primjene ovih sustava je u podruEju malih snaga (manjih od 1 kW) te za relativno visoke brzine odziva.

16.3.1. Upravljanje gibanjem izvrsnih motora

16.2. Osnovne karakteristike pneumatskog upravljanja Jedna od vatnih karakteristika suvremene automatizacije je tendencija da se Eovjek, koji je ranijim razvojem tehnike veC rastereten od teSkog fiziEkog rada, sada oslobada neposrednih intervencija u upravljaEkim i regulacijskim procesima. Ta je teZnja diktirala razvoj i neprestano usavrSavanje takvih tehnitkih sredstava koja Ce moCi preuzeti bar neke od vainih funkcija u procesu upravljanja Sto ih je dosad obavljao Eovjek. Takva tehnitka sredstva, dakle, moraju imati osobine karakteristitne za Eovjeka ukljutenog u proces upravljanja, a to su: - detekcija. - memoriranje (pamtenje), diskriminacija, - logitnu obradu primljenih informacija. Upravo pneumatski sustavi u punoj mjeri zadovoljavaju navedene zahtjeve. To su pneumatski sustavi za mehanizaciju i prijenos energije, pneumatski senzori koji prikupljaju informacije, pneumatski IogiEki elementi kojima je mogute realizirati sve IogiEke funkcije i, napokon, pamknje nekih stanja. Pneumatskim upravljanjem rjeSavaju se problemi upravljanja koriStenjem pneumatskih (digitalnih) elemenata. Kod svakog upravljaEkog sklopa razlikuju se dva dijela: - inforrnacijski (upravljatki) dio i - energetski (izvrSni) dio.

Upravljanje gibanjem pneumatskog motora ostvaruje se usmjeravanjem struje stlaEenog zraka. Ispred pneumatskog motora postavlja se razvodnik s potrebnim brojem radnih poloiaja i definiranim funkcijama radnih poloiaja. Kod jednoradnog pneumatskog cilindra (motora) koristan se rad obavlja samo u jednom smjeru, pa je za njegov rad potrebno dovesti stlaEeni zrak samo u jednu radnu komoru. Na s1.16.1. prikazana je pneumatska shema upravljanja gibanjem jednoradnog pneumatskog cilindra pomotu razvodnika 313. Povratni hod jednoradnog pneumatskog cilindra omoguten je zahvaljujuti opruzi.

-

Energetski dio sastoji se od pneumatskih motora i pripadajuCih elemenata koji ga opskrbljuju energijom. Osnovna funkcija energetskog dijela je pretvorba pneumatske energije u koristan rad. Informacijski (upravljaEki) dio skup je elemenata koji primaju, obraduju i daju (u pogodnom obliku) infonnaciju (signal) pneumatskim motorima.

SI. 16.1. Upravljanje smjerom gibanja jednoradnog pneumatskog cilindra

SrediSnji poloiaj razvodnika 313, omogutava zaustavljanje gibanja klipnjaEe pneumatskog cilindra. Za upravljanje gibanjem dvoradnog pneumatskog cilindra potrebni su razvodnici sa Eetiri prikljuEka te sa dva ili tri radna poloiaja, ovisno o tome ieli li se upravljati samo jednim smjerom gibanja ili s oba (s1.16.2).

Hidraulika i pneumatika

224

Pneumatsko upravljanje

225

16.4. Osnovni oblici pneumatskog upravljanja

SI. 16.2. Upravljanje smjerom gibanja dvoradnog pneumatskog cilindra

16.3.2. Upravljanje brzinom gibanja pneumatskog motora

Brzina klipa jednoradnog pneumatskog cilindra moZe se smanjiti prigugnikom (s1.16.3a, b, c).

U pneumatskom upravljanju niz je jednostavnih osnovnih oblika upravljanja pa se prema tome razlikuju: a) Prema naEinu upravljanja cilindrom pneurnatsko se upravljanje dijeli na: - upravljanje ovisno o volji, - upravljanje ovisno o putu, - upravljanje ovisno o vremenu. b) Po natinu djelovanja impulsa, tj. naEinu aktiviranja razvodnika, pneumatsko se upravljanje dijeli na: - pozitivno ili porastom tlaka, - negativno ili padom tlaka. c) Prema naEinu odvijanja radnje (tok informacija) pneurnatsko se upravljanje diieli na: - slijedno upravljanje, - programsko upravljanje.

SI. 16.5. Direktno aktiviranja pneumatskog razvodnika

a

b

.

c

SI. 16.3. Upravljanje brzinom gibanja jednoradnog pneumatskog cilindra

Upravfjanje ovisno o volji je upravljanje pneumatskim cilindrom koje izravno ovisi o volji rukovaoca. Kod tog se upravljanja razvodnik za gibanje cilindra aktivira jednim od naEina fiziEkog aktiviranja. Rukovalac aktivira razvodnik rukom, nogom ili dijelom tijela. Pneumatska instalacija rnoZe biti takva da se aktiviranje obavlja izravno (sl. 16.5a) ili posredno (sl. 16.6). Pozitivno upravljanje ili upravljanje porastorn tlaka prikazano je na s1.16.16a. Aktiviraniem liievog razvodnika 3/2 stvara se tlak u u~ravliatkomvodu Z i stlaEeni zrak predacuj~klifglavnog razvodnika. Na pneum&skii shemama se pozitivno upravljanje prikazuje strelicama koje su usmjerene prema yravljanorn razvodniku.

b

SI. 16.4. Upravljanje brzinom gibanja dvoradnog pneumatskog cilindra

Ugradnjom brzoodzratnog ventila (s1.16.3d) moZe se poveCati brzina povratnog hoda jednoradnog pneumatskog cilindra. Smanjenje brzine (s1.16.4) klipa dvoradnog cilindra postiie se prigugivanjem struje zraka u dovodnom ili odvodnom kanalu.

Negativno upravljanje ili upravljanje padom tlaka obi)jeZava se strelicom usmjerenom od glavnog razvodnika (s1.16.6b). Kao razvodnici za daljinsko upravljanje koriste se razvodnici 2/2, Cija je uloga iskljuEivo odzraEenje upravljaEkog voda. Takav naEin upravljanja, u usporedbi s onim s porastom tlaka, jeftiniji je (u2razvodnici su jeftiniji od 312 razvodnika), ali zato imaju druge nedostatke (ogranikna duljina voda za odzraEenje i mogutnost nepoZeljnog aktiviranja kod ogtetenja cijevi). Upravljanje ovisno o putu je karakteristitno po aktiviranju upravljafkog razvodnilka. KlipnjaEa izvrSnog cilindra na svom putu izvlaEenja ili uvlaEenja aktivira

Hidraulika i pneumatika

Pneurnatsko upravljanje

SI. 16.8. Upravljanje ovisno o vremenu

b

I

SI. 16.6. lndirektno aktiviranje pneumatskog razvodnika

i sigurnost da se slijedeCa radnja, uvjetovana prethodnom, neCe obaviti ako prethodna nije obavljena. VeCina problema pneumatskog upravljanja ima znaEajke slijednog odvijanja radnji. Programsko upravljanje se odvija prema unaprijed utvrdenom programu. Dvije su vrste pneumatskog programskog upravljanja: - s vanjskim (ekstertlim) programom, - s unutraSnjim (internim) programom. Programsko upravljanje s vanjskim programom pretpostavlja postojanje programa na bregastom vratilu, buSenoj kartici ili vrpci tako da se program moie Euvati izvan pneumatskog upravljaEkog sustava. Osnovu unutraSnjeg programa kod pneumatskog upravljanja h n e razvodnici s kaSnjenjem signala, odnosno namjeStene vrijednosti priguSenja i veliEie ugradenih volumena. U toEno odredenim vremenima izvode se odredene radnje, i tako odvija namjeSteni program.

8

6

16.7. upravljanje ovisno 0 putu

razvodnike koji direktno ili posredno upravljaju gibanjem klipnjaEe (s1.16.7). Razvodnici se aktiviraju nekim od naEina mehaniEkog aktiviranja. Aktiviranje upravIjaEkog razvodnika moZe se izvesti odgovarajutim gibanjem izvrSnog dijela radnog stroja (nosaE alata, klizni st01 itd.). Upravljanje ovisno o vremenu (s1.16.8) koristi se razvodnikom s kdnjenjem signala. Tako se moZe postiCi gibanje klipnjaEe cilindra s podesivim zadrZavanjem u krajnjim polofajima. Klip cilindra poEne se gibati kad se dovede stlakni zrak, ovisno o polofaju glavnog razvodnika. Od tog vremena preko upravljaEkog voda dolazi stlakni zrak na odgovarajuti blok s kaSnjenjem signala, gdje prebacivanje razvodnika 3/2 u novi polo2aj kasni zbog ugradenog jednosmjernog ventila s priguSnikom i volumena waka u vodovima. Nakon odredenog vremena (koje se mo2e'podesiti na priguSniku) daje se impuls na stranu Y, odnosno 2,upravljaEkog razvodnika. Klip cilindra se pohnje gibati u suprotnu stranu, i od tog trenutka teEe vrijeme aktiviranja drugog razvodnika s kaSnjenjem koji Ce na kraju prebaciti razvodnik u prethodni polotaj. Prebacivanje se ciklitki ponavlja i moZe se podeSavanjem priguSenja upravljati. Slijedno upravljunje je vrsta upravljanja kod kojega se slijedeCa radnja moie zapoEeti tek kada je prethodna obavljena. Slijedno odvijanje programa ukljuEuje

16.5. Pneumatski IogiEki sklopovi Osnovne logiEke funkcije I (AND), ILI (OR) i NE (NOT), kao i kombinirane funkcije NI (NAND) i NIL1 (NOR), te vremenska funkcija (TIME) i memorijska funkcija (FLIP-FLOP) mogu se realizirati pomoCu osnovnih elemenata za upravljanje pneumatskom energijom. I-funkcija (AND) ostvarena je onda kada postoje svi ulazni signali X (XI, Xz do X,), tada se ostvari izlazni signal Y. Ako izostane jedan od ulaznih signala X, onda nema izlaznog signala Y. I-funkcija (konjunkcija) se realizira serijski

SI. 16.9. I-funkcija

Hidraulika i pneumatika

228

spojenim pneumatskim razvodnicima 312 (s1.16.9). Ako izostane kod n-Elanova samo jedan ulazni signal, izostat Ce izlazni signal Y. I-funkcija sa dva ulaza i jednim izlazom moie se ostvariti i s uvjetno zapornim ventilom. I-funkcije se koriste preteino kao sigurnosni sklopovi.

Pneumatsko upravljanje

229

SI. 16.12. Nl-funkcija

NE-funkcija (NOT). Kod NE-funkcije postoji izlazni signal Y samo onda ako ne postoji ulazni signal X (s1.16.10). Ta se funkcija jednostavno ostvaruje razvodnikom 312, koji je upotrijebljen kao ventil za zatvaranje. Kada ne postoji ulazni signala X (razvodnik nije aktiviran), onda postoji izlazni signal Y (zrak prolazi kroz razvodnik). Ta se funkcija naziva i negacija. Govori se i o inverziji kod NE-funkcije, jer X, odnosno Y, postoji samo onda ako jedan od njih ne postoji, Sto znaEi, ako je jedan istinit, drugi mora biti neistinit. Kada ne postoji X, tada postoji Y, i obratno, kada postoji X, tada ne postoji Y.

6

SI. 16.10. NE-funkcija

SI.16.13. ~11-l-funkcija

6

ILI-funkcija (OR) ostvarena je samo onda ako od vise moguCih postoji barem jedan ulazni signal X(s1.16.11). ILI-funkcija (disjunkcija) moZe se takoder profiriti na n Elanova. Ta se funkcija moZe objasniti i ovako: mora postojati ulazni signal XI ili Xz (ili vise u isto vrijeme) da postoji izlazni signal Y. ILI-funkcija se ostvamje jednostavno izmjenicno zapornim ventilom.

SI. 16.14. Vremenska funkcija

6

SI. 16.11. ILI-funkcija

NI-funkcija (NAND) ima znaEajku da postoji izlazni signal Y samo onda ako ne postoji nijedan od ulaznih signala X (s1.16.12). U pneumatskom upravljanju ta se funkcija moie ostvariti pomoCu dvaju razvodqika 312 (koji su u nultom poloZaju otvoreni) i jednog izmjenitno zapornog ventila. Ako se aktivira samo razvodnik 1 ili 2, tada jof uvijek postoji izlazni signal Ypreko onog neaktiviranog razvodnika. Kada su aktivirana oba razvodnika, odmah nastaje izlazni signal. NI-funkcija takoder moZe imati n Elanova. U tom se sluhju razvodnici spajaju paralelno, a njihovi izlazi se spajaju preko n-1 izmjenitno zapornih ventila, tako se na kraju dobije samo jedan izlaz. NILI-funkcija (NOR) postiZe se serijskim spojem razvodnika 3/2 s otvorenim nultim poloZajem (s1.16.13). Ova funkcija moie imati n Clanova. Svojstvo NILI-funkcije je da postoji izlazqi signal Y samo onda kada nije dan ulazni signal XI ni ti X2 (X,,) .

Vremenrka funkcija (TIME) postiZe se unutar odredenih granica pomotu ventila s kafnjenjem. Dva su naltina: 1. kod danog signala X s kafnjenjem se pojavi signal Y (sl. 16.14a), 2. kod danog signala X s kaSnjenjem se gasi signal Y (s1.16.14b). Menlorijsku filllkciju (FLIP-FLOP) prebacivanje je,nezavisno od vremena. U pneumatskom upravljanju razvodnik odgovara memoriji kdja ne ovisi o vremenu (s1.16.15), jer se svaki put razvodni poloZaj zadrZi tako dug0 dok se ne pojavi I

SI. 16.15. Memorijska funkcija

xlT!@ x2

Hidraulika i pneumatika

230

Pneurnatsko upravljanje

231

suprotni signal. Razvodnik se mora impulsno prebacivati pa se uz pneumatsko koristi i elektritno aktiviranje. Ovisno o upotrijebljenom razvodniku (312 ili 412), nastaju razliEite funkcije.

16.6. Fluidika FluidiEki elementi i sklopovi omogutuju realiziciju logitkih funkcija i sklopova koji su funkcionalno identeni s odgovarajutim elektronitkim sklopovima (pojatavaEi, oscilatori, pretvarati, osjetila itd.) u opsegu radnih frekvencija do 2 000 Hz. Treba naglasiti da se ti elementi koriste pneumatskom energijom pa su se razvijali za potrebe upravljanja pneumatskim i hidraulitkim sustavima, Sto je svakako znaEajna prednost. UspjeSni razvoj elektronike, kao i odgovarajute tehnologije izrade elektronskih sklopova, niska cijena sklopova i njihova relativno visoka pouzdanost, gotovo je zakotio razvoj i primjenu fluiditkih elemenata i sklopova za potrebe upravljanja pneumatskim sustavima. Danas se fluidiEki elementi koriste za specijalne namjene gdje je primjena elektronike nemoguta zbog, na primjer zratenja, opasnosti od poiara i eksplozije, u humanoj medicini te proizvodnji lijekova itd. Dvije su osnovne grupe fluidiEkih elemenata: - elementi bez pokretnih mehaniEkih dijelova, - elementi s pokretnim mehaniEkim dijelovima. S obzirom na njihove karakteristitne razlike, navest &mo njihov kratki opCeniti prikaz.

SI. 16.17. Uzajarnno djelovanje mlaza i stijenke

mlaza na tok njegova strujanja. Na tom principu rade fluidiEki pdjatava~isa skretanjem mlaza, pojaEavaEi Eiji se napojni mlaz niodulira sudarom ili turbulentni pojatavati. Uzrrju~lrr~o djelovanje ~~ilrrza i sfijenke je pojava koja se manifestira lijepljenjem mlaza na stijenke (tzv. Coanda efekt). Odvajanje napojnog mlaza od zakrivljene stijenke podeSava s e (s1.16.17) radijusom zakrivljenosti. Fluid prati krivinu sve dok je utjecaj gradijenta tlaka veCi od utjecaja koliEine gibanja napojnog mlaza. Kada radijus zakrivljenosti stijenke dostigne odredenu vrijednost (smanji se znatno u usporedbi s poEetnom vrijednosti), u nekoj toEki nizvodne struje prevladava utjecaj koliEine gibanja i struja napojnog mlaza se odvaja od stijenke.

16.6.1. FluldiEkl elementi bez pokretnih mehaniEkih dijelova

FluidiEki elementi bez pokretnih mehaniEkih dijelova obiEno se koriste jednim od ovih pojava dinamike fluida: - medusobno djelovanje mlazova, - uzajamno djelovanje mlaza i stijenke, - vrtloZno strujanje. Medusobno djelovanje mlazova je poznata pojava koja se manifestira u skretanju mlaza ili premjegtanju mjesta sudara dvaju mlazova (s1.16.16). Kod fluiditkih elemenata, koji rade na principu medusobnog djelovanja mlazova, moduliranje napojnog mlaza (izvornog mlaza) ostvaruje se izravnim djelovanjem upravljaEkog

It

napajni MIIZ

SI. 16.16. Medusobno djelovanje mlazova

SI. 16.18. Vrtloino strujanje

a

b

Vrtloino strujanje fluida odvija se u cilindriEnoj komori, obiEno male visine. Napojni mlaz se uvodi radijalno, s minimalnim otporom struje kroz komoru i istjeEe na odvodnu cijev napolje (s1.16.18a). UpravljaEki mlaz ulazi u komoru tangencijalno (s1.16.18b) i zajedno s napojnim mlazom formira rezultirajufi zavojni mlaz, oblik spirale ovisi o koliEini kretanja napojnog i upravljaEkog mlaza. Na tom principu rade vrtloini pojafavafi. Ako upravljaEkog mlaza nema vet se inercija napojnog mlaza kombinira s rotacijom komore oko vlastite uzduine osi (0s odvodne cijevi), ostvareno vrtloino polje koristi se kao senzor za registriranje kutne brzine okretanja (princip fluiditkog vrtloinog iiroskopa).

232

Hidraulika i pneumatika

16.6.2. FluidiEki elementi

FluidiEki element je blok izraden od Evrstog materijala s unutraSnjom mreZom kanala za prolaz zraka ili nekog dmgog fluida (s1.16.19). Konstrukcijski su kanali tako definirani da fluidiEki element obavlja odredene IogiEke funkcije ili funkcije pojaEanja.

Pneumatsko upravljanje

233

FluidiEki IogiEki elementi koriste se trirna osnovnirn funkcijarna: I, ILI i NE. Osim njih, koriste se: NE-ILI, NE-I ili ILI-iskljuEivo. Sedma funkcija je npamknjecc (mernorija). Analogni elementi (s1.16.20b) mijenjaju kontinualno svoj izlazni signal u ovisnosti o ulaznom signalu upravljanja (proporcionalno upravljanje). Ti elementi su konstmirani i svoj rad zasnivaju na principu medusobnog djelovanja mlazova i vrtloZnom strujanju. Aktivni fluidiEki elementi mogu se koristiti kao pojaEala, senzori i pretvaraei. Poja~alasu elementi u kojima se malirn energijama signala upravljanja ostvamju velike prornjene signala na izlazu. Signal na izlazu je obiEno na veCoj energetskoj razini, pa se moZe govoriti o pojaEanju. Senzori su elementi osjetljivi na prornjene radnih uvjeta (tlak, temperaturu, polofaj, brzinu, ubrzanje) pa irn izlaz varira ovisno o tirn promjenarna. Razvijeni su senzori tlaka, fluiditki Ziroskop, akustiEki senzor itd. Pretvornici su elementi koji signal iz jednog oblika energije pretvaraju u dmgi. Tako, na primjer, fluidiEko-elektriEni pretvornik prima signal tlaka i pretvara ga u strujni signal.

VeCina fluidiEkih elemenata irna Eetiri osnovna funkcionalna dijela: napajanje, izlaz, jedan ili viSe upravljaEkih ulaza i prostor uzajamnog djelovanja (s1.16.19). Prerna naEinu napajanja zrakom fluidiEki elernenti mogu biti aktivni i pasivni. Akrivtri fluiditki clol~etrtje onaj kod kojega je napojna rnlaznica (rnlaznica za opskrbu fluidifkog elementa), stalno pod djelovanjem tlaka izvora zraka.

Pasivni'fluidiEki elementi grupa su' elernenata (kapaciteti, konstantni otpori, podesivi prigusnici, cijevi, prikljuki itd.) koji ornoguCuju prijenos pneumatske energije i stvaranje fluidiEkih krugova. Zrak sarno povremeno prolazi kroz njih. Aktivni fluiditki elementi se grade kao digitalni i analogni. Digitalni elernenti (ON-OFF) imaju dva izlaza i protok zraka postoji sarno na jednom ili samo na drugom izlazu u zavisnosti od prisutnosti ili odsutnosti signala upravljanja (s1.16.20a). Protok se nikad ne razdjeljuje na dva izlaza, on je uvijek samo na jednom ili na drugom izlazu. VeCina digitalnih fluidiEkih elemenata koristi se uglavnom principom medusobnog djelovanja mlazova te principom uzajamnog djelovanja mlaza i stijenke.

n

16.6.3. Fluidieki elementi

s pokretnim mehanickim dijelovirna

FluidiEki elernenti s pokretnim mehaniEkim dijelovima, prerna vrsti pokretnih dijelova, dijele se u Eetiri osnovna tipa: - elemente s kuglicom, - elemente s folijom, - elemente s polugom, - elemente s membranom ili klipom. Elementi s kuglicom. Izvedba IogiEke funkcije NE s kuglicom prikazana je shematski na s1.16.21. Kanali 1i 4 napajaju se iz mreZe. Ako je kana1 3 zatvoren i nema signala, oko kuglice struji zrak iz voda 1 i 4 i na izlazu 2 postoji neki tlak. . Ako postoji tlak u vodu 3, on prebacuje kuglicu i ona zatvara otvor 2 i u izlaznorn kanalu 2 nema tlaka. 1 1

3

SI. 16.21. Shematski prikaz fluldlEkog elementa s kugliwm

V

J. J\

SI. 16.22. Shematski prikaz fluidiEkog elementa s folijom

.u I

2

I'

Hidraulika i pneumatika

234

Pneumatsko upravljanje

235

Elementi s kuglicom su minijaturni. Promjer vodova iznosi 0,2 mm, a promjer kuglice 0,s mm, pa je moguC relativno visok stupanj integracije (prema USA navodima, u bloku volumena jednog kubnog incha stane od 2 000 do 4 000 elemenata). Potrebni tlak napajanja je oko 7 bara.

moguknost uklapanja u pneumatski sustav bez pretvorbe energije daju elementima s membranom ili klipom znaEajnu prednost u procesirna proizvodnje lijekova, agresivnih kemikalija, eksploziva itd.

Elementi s folijom. Shematski prikaz logiEke funkcije negacije u izvedbi elementa s folijom dan je n s1.16.22. Ako nema tlaka u vodu 1, struja zraka iz mre2e u kanalu 2 podiie oliju te zatvara ulaz 1, a na izlazu 3 postoji tlak. U sluEaju da postoji signal x, tj. tlak u vodu 1, folija zatvara ulaz 2 i 3, te nema izlaznog signala u kanalu 3.

16.7. Primjena pneumatskih sustava

4

d I/

SI. 16.23. Shematski prikaz fluiditkog elementa s polugom

I:

I

IzvrSii elementi pneumatskog upravljanja prije svega su 'Glindri, pa iz toga proizilaze i funkcije linearnog pogona: To je glavna prednost pneumatike - jednostavnost izvodenja pravocrtnih gibanja bez posrednika. Primjena pneumatskih linearnih pogona ograniEena je medutim i odredenim zahtjevima u vezi s cilindrom: silom na klipu, brzinom klipa i duiinom hoda. Sila na klipu pneumatskog cilindra ovisi o tlaku i aktivnoj povriini odnosno promjeru klipa. EkonomiEna primjena pneumatskih linearnih pogona za sada je ograniEena tlakom zraka (15 bar) i promjerom klipa (250 mm), kako je to prikazano na s1.16.25. Svrsishodna primjena pneumatskih sustava je ako su sile na klipu manje od 30 kN.

bar

15

I4

Elementi s polugom. Shematski prikaz karakteristicne izvedbe elemenata s polugom je prikazan na s1.16.23. za realizaciju logiEke funkcije I. Djelovanjem tlaka u kanalu 1 pomiEe se dvokraka poluga i otvara kana1 2, tj. ako postoje signali u kanalu 1 i 2, postoji i izlaz u kanalu 3. To je element koji omoguCava realiziranje viSe logitkih funkcija.

I

b

SI. 16.24. Shematski prikaz (a) i sirnbol (b) fluiditkog elementa s membranom

Elementi s membranom ili klipom. NajznaEajniji predstavnik ove grupe je dvomembranski element DRELOBA, shematski prikazan na s1.16.24. Sastoji se od dvije membrane medusobno povezane spojnom Sipkom tako da jedna membrana prenosi svoj pokret na dmgu. Jedan element ovoga tipa omoguCava realiziranje, odgovarajuCim spajanjem funkcionalnih kanala, vise 10giEkih funkcija Sto smanjuje broj elemenata u sustavu. Relativno niska cijena elemenata, zadovoljavajuCa dinamika rada (vrijeme prebacivanja 1 ms), neosjetljivost na okolinu, promjenu tlaka i temperature te

SI. 1 6 . S OgraniEenje primjene pneumalike u ovisnosti o radnom llaku, prornjeru cilindra i traienoj sili na klipu

Brzine klipa pneumatskih cilindara su izmedu 2 i 60 d m i n . Pneumatski sustavi ispunjavaju zahtjeve za veCim brzinama bolje nego neki drugi mediji. Zahtjevi za jog manjim brzinama mogu se ispuniti pridodavanjem hidrauliEkih elemenata, tako da se postigne pribliino i do 0.2 d m i n . Na s1.A-9 u Prilogu A prikazana je brzina klipa koja se moie postiCi u ovisnosti o promjeru klipa, opteretenju, i nazivnoj vrijednosti ventila. Dodavanjem priguSnih ili brzoispusnih ventila moie se smanjiti . odnosno poveCati bnina klipa do izvjesnih granica. Duiine hoda klipnjafe pneumatskih cilindara su standardizirane u zavisnosti od promjera klipa i klipnjate. Maksimalna je duiina hoda otprilike 1 200 mm.

Hidraulika i pneumatika

236

Pneumatsko upravljanje

Posebnorn izvedborn klipa s feromagnetskirn svojstvirna ornoguCava se duiina hoda do 10 m. PolazeCi od funkcije gibanja irnarno sljedeCe serijske pneumatske elernente: Pravocrtno gibunje: cilindri stupnjevani prema promjeru od 10 N tlaEne sile do pribliino 30 kN, pri tlaku zraka od 6 bara, jedinke za posmak i pneumohidrauliEke jedinke. Pruvocrttlo gibanje u tuktu: uredaji za posmak s ugradenirn upravljanjem za razlitite i podesive ogranitene hodove koji se ponavljaju. Zakretno gibanje: zakretni cilindri sa zakretom do 180°, 290' ili b k 3o0°, ovisno o izvedbi. Okretno gibanje u taktu: okretni stolovi s izborom podjele od 3 do 24 takta u punom krugu. . RotirajuCe gibanje: zraEni motori do pribliino 18 kW. Uredaji i elementi mogu imati nadogradene ili ugradene potrebne upravljaEke elemente, ali je uvijek moguC i slobodan izbor druge vrste upravljanja, odnosno postoji uvijek mogutnost kombinacije sustava upravljanja.

Sf.16:27. Pneumatska stezna naprava (a)i pneumatska shema (b)

16.7.1. Stezanje

Pneumatski stezaEi obiEno se opremaju jednoradnim cilindrima. Svrsishodnije je primijeniti jednoradne cilindre koji imaju ugradenu povratnu oprugu. Za stezanje su obiEno potrebni kratki hodovi. Zato su pogodni mernbranski i kratkohodni normalni cilindri. Dvoradni se cilindri uvijek upotrebljavaju za stezanje onda kada je i za otpuJtanje potrebna sila. To je uvijek slutaj kod samokoEnih steznih naprava. Na s1.16.26. prikazana je stezna naprava s koljenastim steznim mehanizrnom, kojim se postiZe relativno velika stezna sila. Posebne stezne naprave mogu se opremiti i dodatnim funkcijama. Takav je sluEaj s primjerom na s1.16.27. Pneumatsko je upravljanje izvedeno tako da najprije

cilindri 1 i 2 krenu jedan za drugim i na taj natin fiksiraju, u ovom slutaju tankostijeni odljevak u zadani polofaj. Tek se zatim aktiviraju stezni cilindri 3, 4 i 5 koji Evrsto steZu radni predmet preko polufnog rnehanizrna u fiksiranom poloiaju. 16.7.2. Okretni radni stol

Okretni radni st01 koristi se pri buSenju otvora, rezanju unutragnjeg navoja, izradi Zlijebova. NaroEito tam0 gdje otvori moraju biti na toEnoj razdaljini jedan od drugoga najpogodnija je primjena okretnog stola. Slika 16.28. prikazuje vertikalno postavljeni okretni st01 koji pomoCu pneumatskog cilindra radi u taktu. S gornje strane stola probijh se otvor na dnu limene kutije. Kutije se postavljaju rutno. Obradene kutije ispadaju s okretnog stola s donje strane. 16.7.3. Transport

Sf.16.26.Pneumatski stezaE s koljenastim polufnim mehanizmom

Pneumatski sustavi omoguCavaju da se problemi transporta radnih predmeta rijeSe na jednostavan i djelotvoran naEin. Na s1.16.29. prikazana je primjena pneurnatskog cilindra pri skidanju radnih predmeta s transportne trake. Sustav je automatiziran, ugradeni senzori aktiviraju pneumatski cilindar kad su ispred njega dospjtla dva izratka.

Hidraulika i pneumatika SI. 16.28. Vertikalno postavljeni okretni st01

17. Odrlav~njepneumatskih sustava 17.1. Uvod Ovo poglavlje obraduje karakteristizne probleme odriavanja pneumatskih sustava. Govorit Ce se o osnovnim uvjetima rada i o karakteristicnim Eimbenicima (faktorima) rizika otkaza, a prikazat Ce se i karakteristiEni model odriavanja (preventivno).

17.2. Uvjeti rada pneumatskih sustava

SI. 16.29. Primjena pneurnatskog cilindra pri transportu

r

r

Pneumatski sustavi rade pouzdano pri pravilnoj eksploataciji. U procesu eksploatacije pneumatskih sustava mora se imati na umu veliEina tlaka stlaEenog zraka, radna temperatura, EistoCa filtra i ispravan rad zauljivaEa i uredaja za odvajanje kondenzirane vode. Ako je tlak stlaEenog zraka viSi od dopuStenoga, poveCava se njeguva potroSnja, poveCava se optereCenje izvrSnih motora i znatno se smanjuje vijek trajanja pneumatskog sustava. To posebno vrijedi za pneumatske udarne motore. Tlak se lako moie podeSavati odgovarajukim ventilima i ugradnjom priguSnika protoka. Posljedica sniienja tlaka stlaknog zraka jest smanjenje snage pneumatskog motora. NaroGto su osjetljivi na smanjenje tlaka pneumatski udarni motori. Tlak u tih sustava pada ponajprije zbog lose instalacije za dovod stlaEenog zraka, kad su gubici istjecanja kroz spojeve veliki. Gubici zraka uvelike utjeEu na troSkove eksploatacije pneumatskog sustava. Stoga je nuino voditi brigu da oni budu u predvidenim granicama. PoveCanje radne temperature negativno utjeEe na ulje koje se upotrebljava za podmazivanje pokretnih dijelova u pneumatskom sustavu. Zbog povekanja temperature sniZava se njegova viskoznost i opada njegova sposobnost podmaziva.nja, Sto izravno utjeEe na trenje pokretnih dijelova i moie izazvati otkaz sustava. Stoga se ulje za zauljivanje zraka mora birati prema radnoj temperaturi. Pri radnim temperaturama otprilike 0 OC,postoji opasnost od kristalizacije kondenzirane vode naroEito kod izvrSnih motora koji rade s ekspanzijom zraka. Druga je opasnost od ulja za podmazivanje kome se viskoznost poveCava. Stoga se za rad pri ternperaturama niiim od 0 O C pneumatski sustavi moraju toplinski izolirati na odgovarajuCi nafin. S obzirom na tu Einjenicu pneumatski sustav se malokad projektira za rad pri niskim temperaturama. Pravilna eksploatacija pneumatskih sustava zahtijeva redovito ispuStanje kondenzirane vode (postoje automatski ventili), redovito EiSCenje elementa filtra, kao i upotreba odgovarajuCeg ulja za zauljivanje. Svako neuobiEajeno povetanje sile na izvrSnom motoru, njegovo zagrijavanje, kao i promjena zvuka, upukuju na poEetak kvara, pa je potreban odgovarajuCi pregled. Instalacije za prijenos stlacenog zraka moraju biti ispravne i svako propuitanje zraka mora se ukloniti.

240

Hidraulika i pneumatika

17.3. Odrravanje pneumatskih sustava Strutno odrZavanje pneumatskih sustava i uredaja ne obuhvah samo uklanjanje kvarova, vet je to ponajprije planska aktivnost kojom se treba maksimalno smanjiti broj kvarova na najmanju mjeru i produZiti vijek trajanja tih sustava i uredaja, odnosno osigurati njihovu trajnost u predvidenim granicama. Odriavanje ima svoju cijenu koja se mora platiti. Nema uSteda na odrZavanju. Uklanjanje kvarova viSestruko je skuplje. RazliEiti uredaji i sklopovi podlijeiu odredenim propisima odriavanja Sto su ih izdali njihovi proizvodaEi i odnose se na preventivno i teku& odrZavanje. TehniEko odriavanje pneumatskih sustava izvodi se planski: - tekutim odriavanjem i - preventivnim odriavanjem. Tekute odrtavanje podrazumijeva niz svakodnevnih radnji koje mora obaviti neposredni rukovalac pneumatskog sustava ili sustava u koje je ugraden pneumatski sustav. To su: - pravilno mkovanje i upravljanje - kontrola osnovnih parametara u toku procesa - kontrola kondenzata u filtru - kontrola razine ulja u zauljivaEu (kad je minimalna razina ulja, treba doliti svjeZe ulje) - podmazivanje svih predvidenih sklopova pneumatskog sustava prema shemi podmazivanja - pregled vodova i instalacija pneumatskog sustava (provjera propuStanja zraka) - kontrola brzine gibanja izvrSnih organa, kontrola zagrijavanja i Sumova - pregled i provjera kliznih sklopova i brtvenih spojeva. Preventivno odriavanje je skup aktivnosti koje se planski provode da bi se osigurala pravilna eksploataaja pneumatskog sustava. Te aktivnosti propisuje proizvodaE i svode s e uglavnom na sljedeee: - osigurati od proizvodah sve potrebne upute za mkovanje i odriavanje te osnovnu konstmkcijsku i remontnu dokumentaciju - obutiti sve sudionike u lancu eksploatacije pneumatskog sustava da mogu uotiti kvar joS u fazi njegova nastanka i da mogu poduzeti odgovarajute mjere da se on na vrijeme ukloni - organizirati da se svaka pojava kvara svestrano ispita i stmEno obradi, a rezultati analize dostave korisnicima uredaja, i to zabiljeZiti kako bi se moglo ubuduCe koristiti kao preventivna mjera - planirati aktivnosti preventivnog odriavanja prema vrsti pneumatskih sustava - definirati i osigurati dovoljne koliEine rezervnih dijelova alata i pribora te odgovarajutu tehniEku i remontnu dokumentaciju - za svaki pneumatski$ustav voditi evidenciju o efektivnom vremenq rada (ugraditi brojaE vremena) - jednom u toku tjedan dana obaviti kontrolu: zauljivab (na primjer 5 kapi u minuti), redukcijskog ventila te ispitati spojeve pneumatske instalacije na propuStanje - jednom u toku mjesec dana ispitati: sve ventile na propugtanje, oEistiti filtar, kontrolirati i zamijeniti sve brtve na spojevima instalacije, ispravnost svih ventila za ograniEenje tlaka te odvajaEa kondenzata i njihovo brtvljenje - jednom godiSnje kontrolirati: istroSenost vodilica klipnjaEa i po potrebi zamijeniti istroSene elemente, kontrolirati snagu, propuStanje i mehaniEku funkciju uredaja i sklopova, obnoviti uloSke za priguSenje buke te baZdariti sve kontrolnt tlakomjere.

18. Mjerenje osnovnih veliCina u hidraulici i pneumatici 18.1. Uvod Ovo poglavlje obuhvaCa mjerenje osnovnih veliEina u hidrauliEkim i pneumatskim sustavima: tlak, protok, temperaturu, razinu ulja u rezervoaru te stupanj oneEiSCenja hidraulirkog ulja.

18.2. Mjerenje tlaka Osnovna uvedba instrumenta za mjerenje tlaka u hidraulitkim i pneumatskim sustavima su tlakomjeri s Bordonovom cijevi, koji se grade za tlakove viSe od 1 bara. Gornja granica je vise od 4 000 bara. Za mjerenja relativno niskih tlakova, Sto je sluEaj u pneumatskim sustavima, primjenjuju se konstrukcijski jednostavniji tlakomjeri s membranom. Za veoma precizna mjerenja tlakova koriste se U-tlakomjeri. Konstmkcija i glavni sastavni dijelovi tlakomjera s Bordonovom cijevi prika2 zani su na sl. 18.1. -

SI. 18.1. Tlakomjer s Bordonovom cijevi: 1 - prikljuEak, 2 - Bordonova cijev, 3 - poluga, 4 nazubljeni segment, 5 kazaljka

-

-

.-.

I

Tlakomjer se prikljuEuje na mjerno mjesto cijevnim prikljuEkom 1 a tekukina (ili plin) potpuno popurijava Bordonovu cijev. Radijus Fakrivljdnja Bordonove cijevi 2 ovisi o tlaku koji vlada u tekukini ili plinu. Porastom tlaka, Bordonova se cijev nastoji izravnati, Sto se manifestira pomicanjem njezinog slobodnog kraja.. Preko poluge 3 i nazubljenog segmenta 4 gibanje slobodnog dijela Bordonove cijevi se prenosi na kazaljku 5. Tako se promjena tlaka u Bordonovoj cijevi pretvara u odgovarajuti otklon kazaljke. Mjerna ljestvica (skala) postavljena je ispod kazaljke i bddarena u odgovarajutim mjernim jedinicama. U ovisnosti o toEnosti koja se zahtijcva, razlikuju se tri klase tlakomjera prema veliEini dopuStene greSke % najvete vrijednosti ljestvice. - Klasa 0,6, s dopuStenom greSkom od 0,6%, koristi se za precizna laboratorijska mjerenja.

+

242

Hidraulika i pneumatika

Mjerenje osnovnih veliEina u hidraulici i pneumatici

A

- Klasa 1,0, s dopuStenom greSkom + 1% ,koristi se za toEna pogonska mjerenja.

- Klasa 2,0, s dopuStenom greSkom -+ 2%, s obzirom na visoku netoEnost mjerenja tlaka, moZe se koristiti samo kao okvirni pokazivaE tlaka. Tlakomjer s Bordonovom cijevi je dinamiEki sklop i podloian je oscilatornom radu, Sto se manifestira oscilacijama kazaljke. Za normalnu upotrebu oscilacije kazaljke moraju biti eliminirane. T o se postiZe ugradnjom konstantnog ili promjenljivog priguSnika u dovodfoj cijevi i potapanjem kazaljke zajedno s mjernom ljestvicom u tekukinu. PriguSnik mora biti tako dimenzioniran i podeSen da kazaljka tlakomjera ne oscilira pri normalnom radu hidraulitkog sustava. Iskustva pokazuju da su oscilacije to manje St0 je veCi volumen dijela cijevi od priguSnika do tlakomjera. Za mjerenja dinamitkih promjena tlaka u hidrauliEkim sustavima, kao i za prijenos informacije o tlaku na vete udaljenosti, koriste se osjetila tlaka koja visinu tlaka pretvaraju u odgovarajuki elektriEni signal. Osjetila tlaka koriste se piezoelektriEnim efektom kristala ili deformacijama mjerne membrane koje pretvaraju u elektriEni signal pomoCu induktivnog osjetila, potenciometra ili mjerne vrpce. Dobiveni elektriEni signal ima malu energetsku razinu i nuZno je njegovo pojaknje, pa se uz osjetila tlaka gotovo redovito upotrebljavaju i odgovarajuda mjerna pojaEala. Kod jednostavnijih izvedbi osjetila tlaka tlakom se aktivira mikroprekidaf, relej ili sliEna naprava koja daje strujni signal. Koriste se, na primjer, u sustavima za podmazivanje SUI-motora kao indikatori odredene visine tlaka. Za jednostavna mjerenja tlaka upotrebljavaju se klipni tlakomjeri s oprugom. TipiEna je njihova primjena kod tlaEnog prekidaEa (sl. 4.35). Pomak klipa 2 odgovara vrijednosti tlaka. Kod tlatnog se prekidaEa opruga 3 dimenzionira tako da se klip moZe pomaknuti samo kad tlak dostigne odredenu vrijednost. U tom slutaju klip tlaEi oprugu i aktivira mikroprekidac 4, ukljuEen u strujno kolo dojave. Za grubu procjenu visine tlaka na izvrSnim motorima hidrauliEkog sustava koristi se Einjenica da je sila, odnosno moment proporcionalan s visinom tlaka i aktivnom povrlinom, odnosno specifiEnim volumenom. Mjerenjem sile ili momenta moguCe je ratunski odrediti vrijednost tlaka.

18.3. Mjerenje protoka Protok se najtoEnije moie izmjeriti mjerenjem volumena tekutine menzurnom EaSom te odgovarajutim rnjerenjem vremena. To se redovito radi na probnim i ispitnim stolovima i laboratorijskim mjerenjima. Mjerenje protoka u hidraulitkom sustavu je neSto kompliciranije jer se instrument za mjerenje mora ugraditi u protoEni otvor. Od tehnickih jesenja spomenut kemo mjerenje protoka padom tlaka, rotametar i turbinsko osjetilo protoka. Posljedica promjene brzine strujanja (protoka) u strujnoj cijevi poznatih dimenzija je promjena visine tlaka u struji. Principijelna shema uredaja za mjerenje protoka tekutine prikazana je na sl. 18.2. Mjerni priguSnik 2 smjeSten je u ravnu cijev. Ispred i iza priguSnika postavljeni su tlakomjeri koji daju informaciju o vrijednosti tlaka. Razlika vrijednosti tlaka je proporcionalna s vrijednoSCu protoka prema relaciji (4.4) za laminarni retim strujanja. Fizikalno-kemijske karakteristike tekutine ovise o temperaturi i tlaku, Sto ima velik utjecaj na toEnost mjerenja protoka, i osnovni je nedostatak ovih uredaja.

, .

I -

.

2

. I

b

-3

SI. 18.2. Shema mjerenja protoka: 1 - djev, 2 prigusnik, 3 - cijev

SI. 18.3. Shema rotametra: 1 - cijev, 2

- rnjerni plovak

A

Shema principa rada rotametra prikazana je na sl. 18.3. Unutar cijevi 1 postavljen je mjerni plovak 2. Protjecanje tekuCine kroz rotametar je jednosmjerno. Teiina mjernog plovka i sila, zbog dinamiEkog tlaka struje tekuCine (djeluje prema gore), pri odredenom su protoku i poloZaju plovka u ravnoteti. Polotaj plovka za odredeni fluid kod odredene viskoznosti i gustote odgovara velirini protoka. Mjerna ljestvica mote biti gravirana na prototnoj cijevi, naravno mora biti providna. MoguCe je koriStenje istog rotametra za razlicite fluide uz odgovarajute baidarene mjerne Ijestvice. Osnovni nedostatak protokomjera tipa rotametar jest relativno mala toEnost mjerenja protoka i ovisnost tornosti mjerenja o promjeni temperature, zatim o fizikalno-kemijskim karakteristikama fluida te glomaznost konstrukcije. Rotametri se uglavnom koriste u procesnoj industriji. 1 -

$1. 18.4. shema turbinskog protokomjera: 1 2 - mjerna turbina, 3 induktivno osjetilo

-

- cijev.

).

3 --

7

--

Hidraulika i pneumatika

244

Turbinski protokomJer (osjetilo protoka), prikazan shemom na sl. 18.4, sastoji se od cijevi 1, u kojoj je veoma precizno, s praktiEno zanemarljivim trenjem, uletiSten rotor s krilcima 2. Rotor ima veoma malu inerciju, pa se mote smatrati da je njegov broj okretaja u svakom trenutku direktno proporcionalan s protokom kroz njega. Svaki prolaz pojedinog krilca ispod induktivnog ili nekog dmgog elektriEnog osjetila 3 daje po jedan impuls pa se odgovarajutim elektrorlskim brojanjem impulsa u jedinici vremena mote mjeriti protok. Zbroj ukupnog broja impulsa je ukupan (integralni) protok za odredeno vrijeme. VeliEina protoka se moie izravno prikazati na displeju digitalnog brojaEa impulsa. U hidraulitkirn se sustavima protok u izvrSnom hidrauliEkom motoru Eesto izratunava na osnovi mjerenja brzine klipnjaEe ili broja okretaja vratila motora. Pri tome se koristi Einjenica da je protok u hidromotor ili hidrauliEki cilindar proporcionalan s brojem okretaja, odnosno brzinom klipnjaEe, i specifiEnim volumenom, odnosno aktivnom poMSinom klipa.

18.4. Mjerenje temperature Raznovrsne su izrade termometara koji se mogu koristiti u hidrauliEkim uredajima. Najjednostavniji, najjeftiniji i dovoljno toEan je obiEan Zivin toplomjer ili termometar. No on nije otporan na mehaniEke udarce i zahtijeva oEitovanje iz neposredne blizine, Sto ogranibva njegovu primjenu. TlaEni toplomjer prikazan na sl. 18.5. radi na pnncipu mjerenja tlaka izolirane tekuCine u metalnoj kapilari s msjetilomcc. Mjerno osjetilo 1ispunjeno je tekutinom i savitljivom cijevi (kapilarom) 2, vezano je uz tlakomjer s Bordonovom cijevi 3.

Mjerenje osnovnih veliCina u hidraulici i pneumatici

245

Plinski toplomjer je vanjskim izgledom potpuno identiEan iivinom. Osjetilo temperature je napunjeno tekutinom koja lako hlapi (npr. eter), poSto tlak pare ovisi o temperaturi, mjerenjem tlaka izravno se mjeri temperatura. Izvedba je jeftinija od one sa iivom ali ima nedostatak Sto je ljestvica nelinearna i kad se pregrije, mote se oStetiti: Za mjerenje temperature ulja, gdje se ne zahtijeva velika totnost i gdje nema opasnosti od pregrijavanja, plinski toplomjeri se mogu koristiti bez veCih problems. Za specijalne izvedbe hidraulitkih sustava, pogotovo u mobilnoj hidraulici, zrakoplovima itd., Eesto se koriste elektriEni otporni termometri i termometri s termoelementima (bimetalni) jer je s mjernog mjesta na mjesto oEitanja jednostavnije voditi strujni elektritni signal. Instrument za pokazivanje temperature tada je miliampermetar, a kod nekih milivoltmetar. Osim toplomjera, za aktiviranje hladnjaka ili grijata te odgovarajubeg alarma itd., koriste se razliEite izvedbe termostata koji rade na sliEnim principima kao elektriEni termometri. Razlika tlaka, odnosno elektriEnog napona, u termostatima ne djeluje na kazaljku nego na odgovarajuti mikroprekidaf, relcj ili sliEnu napravu koji stvara odgovarajuti strujni signal.

18.5. PokazivaEi razine Svaki hidrauliEki rezervoar mora biti opremljen odgovarajuCim pokazivatem razine ulja. O b i h o je to izvedeno pomoCu staklene cijevi. Kod mobilnih uredaja i u kompleksnim sustavima, gdje pogonski uvjeti zahtijevaju trajnu kontrolu razine ulja, a pristup je rezervoarima ulja oteZan ili nemoguC, osim pokazivaEa sa staklom, ugraduju se joS elektriEni pokazivaEi razine. Izvedbe takvih pokazivaEa sliEne su izvedbama pokazivaEa koliEine goriva u rezervoarima motornih vozila. ObiEno se sastoje od plovka koji je mehaniEki vezan uz potenciometar. VeliEina napona na potenciometru odgovara razini tekutine u rezervoaru pa se kao pokazivaE koristi voltmetar.

18.6. Metode kontrole EistoCe hidraulickog uljz

-

SI. 18.5. Shema tlaCnog toploGera: 1 osjetilo, 2 -savitliiia cijev, 3 tlakomjer s Bordonovomcijevi

-

Najpoznatije su izvedbe sa Zivom, opmZnom cijevi te plinski toplomjer. Prornjena temperature uzrokuje promjenu volumena i tlaka u tekuCini, Sto se manifestira otklonom kazaljke. Na ljestvici tlakomjera su upisane odgovarajuke vrijednosti temperature. U termometrima sa Zivom, u osjetilu temperature, tj. capilarnoj cijevi i tlakomjeru pod tlakom zatvorena je Ziva koja se s promjenom temperature Sin ili skuplja, pri Eemu se mijenja tlak proporcionalno s temperaturom Sto se na ljestvici izravno oEitava.

Kako su pouzdanost i vijek trajanja hidraulitkih uredaja usko vezani sa stupnjem zaprljanosti hidrauliEkog ulja, v e h a proizvodaEa hidrauliEkih uredaja propisuje klasu EistoCe hidrauliEkog ulja. Za odredivanje klase EistoCe najEeSfe se koriste ove metode: - Gravimetrijska metoda, daje podatak o kolitini ne&f&a u mg na litru hidrauIiEkog plja. Postupak je sljedea: testice netistota izdvajaju se iz hidrauliEkog ulja preko dvije membrane, od kojih je gornja osnovna i na njoj se zadrZavaju Eestice neEisto&, dok je donja kontrolna. Masa membrana je unaprijed izmjerena. Razlika u masi osnovne membrane prije i poslije uzimanja uzorka ulja predstavlja masu izdvojenih neEistoCa, a razlika u masi kontrolne membrane sluZi za korekciju mase osnovne membrane. Nedostatak je ove metode Sto ne daje podatak o distribuciji, tj. koliEini i velitini Eestica neEistoCa. Dobra je strana u tome Sto se njome moZe odrediti stupanj zaprljanosti ulja i Eesticama ispod 5-10 pm Sto je metodom brojanja teSko odrediti.

248

Hidraulika i pneumatika

27. Belenkov, J. A. i drugi, Nadeinost ob'jemnih gidroprivodov i ih elementov, MaSinostroenie, Moskva, 1977. 28. Harazov, A. M., Tehniteskaja diagnostika gidroprivodov mafin, MaSinostroenie, Moskva, 1979. 29. Petrov, 1. V., Obsluiivanie gidravliteskih ipnevmatiteskih privodov doroino-stroitel'nih maSin, Transport, Moskva, 1985. 30. Pippenger, J. I., Hicks, T. G., Industrial hydraulics, McGraw-Hill Book Co., 1980. 31. Pinches, J. M., Ashby, J. G., Power hydraulics, Prentice Hall, International (UK), Ltd., 1989. 32. REXROTH, Hidraulik trener, RYU 0030118.80, G.L. Rexroth GmbH, Lohr am Main, 1980. 33. BOSCH-HYDRAULIK INFORMATIONEN, 1973174, BOSCH GmbH, Stuttgart, 1974. 34. StuSek, A., Hidraulitki i pneumatski uredaji, 11, DSNO, MornariEka uprava, 1969.

Prilog A: Nomogrami

SI. A-1. Nomogram txBdvanja Reynoldsova broja u praktitnim proratunima

Hidraulika i pneumatika 2

0

0

Llq.

..1 ::-7 ...5

-..4 -- .3

...2

-.I. 1: .07

-..05

..,113 -..02

...01 1:. 007

.. .OD5 ..,003 SI. A-3. Nomogram odredivanja pada tlaka u protdnim kanalima i cjevovodima SI. A-2. Nomogram odredivanja pada tlaka u protdnim kanalima i cjevovodima

Hidraulika i pneumatika I

bar

550 300 250 ZOO

I_

II

so

1507

-

-

=I50 100 10 60 50

100 7 P

bar

r

I/:

a0

-60 50,

2

40 30

I

y 15

-- 12

. -10

15

-I -

=-

-6

SI. A-4. Nomogram odredivanja veliCina protdnih olvora

SI. A&.

Nomogram odredhranja debljlna stijenke cijevi

SI. A-5. Nomogram odredivanja promjera protdnog olvora

Hidraulika I pneumatika

,,l,,,I,aln

I

1.1lll1kl t11,1l

l

.i..ll

SI. A-7. Nomogram dimenzioniranja savitljivih cjevovoda

Tablica A-1. Brojbni odnosi razliEitih jedinica tlaka

SI.A-8. EkonomiCnaprimjena linearnih pogona u ovisnosti o brzini klipa, opterekenju i nazivnoj veliCini ventila

Hidraulika i pneumatika

Nariv

Simbol

prikljufak na hidrauliEki vod

+*

Prilog B B1 Pregled upotrijebljenih i hidraulitkih simbola prema standardima JUS.L.Nl.001 d o JUS.L.Nl.OOB

Naziv

Simbol *

Osnovni elementi

-

vratila, poluge

radni vod

upravljafki vod

-

priguSnik s blendom drenafni vod

-------

elektrifni vod

smjer okretanja - - - -

savitljivi vod simbol za promjenu (upravljanje, regulacija)

radni vodovi medusobno spojeni

kriknje vodova (nisu medusob;~ spojeni)

hidraulitki vod razdvojen

+ + *

elementi u bloku

r .-,-.-7

!

I

I !_._._._,

zatvoreni radni volumen :

manometar

0 0

258

Hidraulika i pneumatika

I

Naziv

izvor tekuCine pod tiakom

Simboi

0-

Naziv

jednosmjerna jedinica crpka-motor konstantnog (promjenljivog) radnog volumena

elektromotor jednosmjerni hidrostatifki prijenosnik s crpkom promjenljivog radnog volumena motors unutarnjim izgaranjem

mehanitka spojka

dvosmjerni hidrostatitki prijenosnik s crpkorn i motorom promjenljivog radnog volumena

qnk

Hidnauliilre opke jednoradni hidraulifki cilindar hidraulitka crpka s jednim smjerom tlaknja konstantnog (promjenljivog) radnog volumena dvoradni hidraulitki cilindar hidraulirka crpka sa dva smjera tlaknja konstantnog (promjenljivog) radnog volumena

dvoradni hidraulitki cilindar s

teleskopski hidraulifki cilindar jednosmjerni hidraulifki motor konstantnog (promjenljivog) radnog volumena

dvosmjerni hidraulitki motor konstantnog (promjenljivog) radnog volumena

prikazivanje radnih pololaja

prikazivanje hidraulitkih prikljufaka hidraulitki uredaj s konstantnim (a) i promjenljivim (b) radnim volumenom u jednom smjem radi kao crpka, a u drugom kao motor

prikazivanje funkcije radnog pololaja

Simboi

260

Naziv

Hidraulika i pneumatika

Simbol

Simbol

Naziv

prikazivanje aktiviranja razvodnika Primjeri razvodnik 412 (fetiri prikljuEka i dva radna polohja) elektrornagnetski aktiviran

blokirajuti polotaj

razvodnik 413 s elektrornagnetskirn aktiviranjem i oprutnirn drfanjern srediSnjeg poloZaja

poloZaj - otvoreno

elektrohidraulitki servorazvodnik 413

poloZaj - otvoreno - invermo

Q

nulti polohj otvoreno

I

poloZaj kratko spojeno i prekinuto

nulti polohj zatvoreno

El ventil za ogranitenje tlaka

'i*'"""

Aktiviranje razvodnika ~ f n aktiviranje 0

,

VfJ

vcntil za smanjcnjc tlaka

hidraulifko aktiviranje promjenljivi ventil za ograniknje tlaka s vanjskim hidraulifkim upravljanjem pneumatsko aktiviranje promjenljivi ventil za smanjenje tlaka s vanjskim hidraulifkim upravljanjem elektrornagnetsko aktiviranje

aktiviranje oprugom

L

indirektno upravljani ventil za ogranifenje tlaka

Hidraulika i pneumatika

Naziv

Simbol

Naziv

Simbol

tlaltni prekidar

hladnjak

Protohi ventili promjenljivi p r i g u S ~ k

gnjat priguJnik s blendom

--@-

I

hidraulitki akumulator promjenljivi priguSnik s jednosmjernim ventilom

regulator protoka

82 Pregled upotrijebljenih i uobiEajenih pneumatskih simbola prema DIN24300 Naziv

Simhnl

razdjeljivar protoka

Osnovni elementi izvor tlaka jednosmjemi ventil

-----6radni vod jednosmjerni ventil s oprugom

+'+-

upravljatki vod

------

vod za 3duarivanje

---------

blokirajuti ventil

Ostali elementi bidmuli&og sustava

uokvireno polje linijom crta-tofka prikazuje vise elemenata zdmZenih u blok ili montatnu jedinku smjer strujanja

v

Hidraulika i pneumatika

264

Naziv

Simbol

bez cijevnog nastavka

Naziv

spremnik

I$ s cijevnim nastavkom

Y

Simbol

€3

filtar

priguSivaP zvuka odvajaE vode s rufnim ispultanjem

PrikljuEa odvajaE vode s automatskim ispuStanjem zatvoreni brtvenim vijkom

--jC

spojeni prikljuEnim vodom

+X-

-9-Q-

filtar s odvajakm vode

--

spojeno, bez nepovratnih ventila oduzimar vlage spojeno, s mehaniEki otvorenim nepovratnim venti~om -

.

+++

-

razdvojeno,\vod otvoren

razdvojeno, vod zatvoren nepovratoim ventilom cijevni zatvaraf

* -W-

Rotacijski spoj s jednim prolaznim vodom

sa tri prolazna voda

garnitura za pripremu zraka (filtar, regulator tlaka i zauljivaf)

e

+

garnitura za pripremu zraka (pojednostavljenoprikazivanje)

A

26b

Naziv

Hidraulika i pneumatika

Sirnbol

hladnjak s ucrtanim vodovima za rashladnu tekuCinu

Simbol

Naziv

-

-

Pneumatski moton s okrctanjem u jednofr) smjeru

McluniUd elernenti

s okretanjem u dva smjera

vratilo okretno u jcdnome smjeru (okretno u dva smjera)

s ograniknim podrutjem okretanja element za pozicioniranje uredaja

It

+

P~~emunatski dlindri element za blokiranje uredaja jcdnoradni (hod natrag pomofu

mchanizam za prebacivanje dvoradni (s klipnjabm na jednoj strani)

+=? dvoradni (s prolaznom klipnjabm)

zglobni spojevi

dvoradni (s podesivim priguknjem) Prehrnnje energije

dvoradni (za automatski rad) kompresor

I

multiplikator tlaka vakuum-sisaljka

I

izmjenjivat tlahog medija

*

270

Hidrauli i pneumatika --

--

Naziv ventil s blendom

Jednosmjerni ventili nepovratni ventil

podesivi priguSni ventil izmjenibo zaporni ventil

& priguSni ventil mehaniEki aktiviran s ticalom i kotatikm te oprugom za vrafanjc

jednosmjerno prigdni ventil s podcsivim primivanjem

L-

bmispusni ventil

uvjetnezaporni ventil

'

sigurnosni ventil

I

proslijedni tlaEni ventil

regulator tlaka b u otvora za odzrarivanje

regulator tlaka s otvorom za odzraEivanje

I

Prototni ventili

priguJni ventil

I

--.

Stnbol

268

Hidraulika 1 pneumatika

Naziv

Simbol

-

-

-

Naziv

Simbol

autornatska posrnifna jedinka s uljnim cilindrom za kdenje

Razvodnid

2L? razvodnik (u nultom polohju P -r A zatvoreno)

ticalom

dZ

2R razvodnik (u nultom polo2aju P -r A otvoreno) 3f2 - rarrodnik (u nultom polofaju

P -r A otvoreno) 3t2 - razvodnik (u nultom ~ o l o h i u

P + A otvoreno)

.

.

oprugom

JwC

3t2- razvodnik (u nultom polohju

svi su vodovi zatvoreni)

elektromagnetom

Q E

4/2 - razvodnik

pomdu magneta i posrednog ventila 413 - razvodnik (u nultom polofaju

d

svi su vodovi zatvoreni) pomdu porasta d a b 4 0 - razvodnik (u nultom polotaju su radni vodovi B i A odzrateni, a dovod

P zatvoren)

,*

pomdu pada tlaka

pomdu razlike sila

--+c

270

Naziv

Hidraulika i pneumatika

Stnbol

ventil s blendom

Jednoqjeloi venlili nepovratni ventil

umjeniEno zaporni ventil

* dB & --..

uvjetno zaporni ventil

I

#

l l a a ventili sigumosni ventil

proslijedni tlaEni ventil

regulator tlaka bez otvora za odvaEivanje

I_, I

regulator tlaka s otvorom za odzrativanje

.LA

1

Protolni ventili

priguJni ventil

podesivi priguSni ventil

priguSni ventil mehanitki aktiviran s ticalom i kotaEi&m te oprugom za vrahnje

jednorrnjerno prigugni ventil s podcsivirn priguitivanjem b~zoispusniventil

Naziv

-5

Simbol

a-

Hidraulika i pneumatika

Oznake i jedinice

Prilog C Pregled JUS-standarda Pregled JUS-standarda koji reguliraju osnovne velitine, nazive i simbole u hidraulici i pneumatici Oznaka

JUS

godina

4

6 4

3 1 2 1 1 1

1 1

1

Jedinica -

Hidraulifki i pneumatifki sistemi. Grafifki simboli. Osnovni funkcionalni elementi. Hidraulifki i pneumatifki sistemi. Grafifki simboli. PretvaraEi energije. Hidraulitki i pneumatifki sistemi. Grafifki simboli. Upravljafki ventili. Hidraulifki i pneumatifki sistemi. Grafifki simboli. PrenoSenje i o d h v a n j e energije (kondicioniranje). Hidraulifki i pneumatifki sistemi. Grafifki simboli. Hidraulifki i pneumatifki sistemi. Dopunski uredaji. Uljna hidraulika. Osnovne velitine. Nazivni pritisci. Uljna hidraulika. Osnovne velifine. Nazivni protofni otvori. Uljna hidraulika. Osnovne velifine. Nazivni prellnici. Uljna hidraulika. Osnovne velifine. Nazivne zapremine. Uljna hidraulika. Osnovne velifine. Nazivni brojevi obrtaja. Uljna hidraulika. Osnovne velifine. Navoji za spajanje. Ulina hidraulika. Osnovne velifine. Nazivni protohi otvori.

-

Naziv

- -

m / d m2

Broj strana

5

Simbol

ubrzanje povdina izlazni hidraulitki prikljufak na razvodniku povdina klipa modul stlativosti tekufina izlami hidraulifki prikljufali na ratvodniku brdna rmka mlsec koeficijent istjecanja promjcr cijevi hidraulifki promjer promjer promjena promjera modul elastitnosti J energija J promjena energijc N sila promjena sile ubnanje sile zemljiie t d e gravitacijska sila visina visina stupca tekuCine inercijska sila apsolutna hrapavost duljina slobodna duljina e j a n j a duljina hoda klipa kg masa kglsec protok mase u ~ k u n d i Nm moment dmin broj okretaja vratila kW snaga nazivna velitina protofnog otvora m opseg Pailibar tlak Pa ili bar promjena tlaka N sila Uaka hidrauliElri prikljuEak apLe na razvodniku J toplinska energija m31sec ili l/min volumenski protok m3/min kapaatet kompresora m3/sec promjena volumenskog protoka

Hidraulika i pneumatika

Simbol

Jedinica

mm scc

sa N "Cili K 1 J m/sa mlscc

m3 cm310 m3 J

Pas mlIsu:

Naziv

hidraulitlci prikljutak rezervoua na razvodniku Reynoldsov broj debljina stijenke cijevi vrijeme promjena vremena sila trenja temperatura unutrdnja energija prornjena unutrasnjc energije b d n a stmjanja prornjena bmne volumen specifihri radni volumen (geometrijski v o l p e n ) promjena volumena rad prikljueak za intemo upravljanjc na razvodniku prikljuhk za ekstemo upravljanje na razvodniku m d u l volumenskog Lirenja tekucina beta faktor koeficijent korisnog djelovanja koeficijent dinamitke viskomosti koeficijent kinematske viskomosti koeficijent trenja koeficijent lokalnih otpora koeficijent punjenja koeficijent neravnomjernosti piotoka dopuJteno naprezanje materijalacijevi parametar upravljanja

lzdavatko poduzefe KNJIGA* Zagreb, Masarykova 28

PSKOLSKA Za izdavafa

rnr. MIUENKO

ZAGAR

Grafifki urednik ZEWKO TOMUANOVIC Korektor STANK0 SOKOL