VISOKA TEHNIČKA ŠKOLA U BJELOVARU Stručni studij mehatronike
PNEUMATIKA I HIDRAULIKA Pred Predav avan anja ja 3 – 4
Predavač:
Neven Maleš, dipl. ing.
[email protected]
Pneu Pneuma mats tski ki elem elemen entiti su kom kom onen onente te ko e rade rade sa stlačenim zrakom. Dijele se na: - Izvršne ili radne elemente (aktuatori) - Upravljačke elemente (ventile) - Pomoćne elemente Od pneumatskih elemenata mogu se izgraditi pneumatski , … Pneumatski elementi grafi čki se prikazuju simbolima koji o re u u un c u na n ra a, .
u translacijsko ili rotacijsko kretanje.
Translacijske stan standa dard rdni ni ci cililind ndri ri specijalni cilindri
- jednoradni
rotacijski strojevi zaokretni cilindri
- dvoradni
JEDNORADNI CILINDAR ostvaru u u kori korista stan n rad rad samo samo u ednom ednom sm eru. eru. Pod Pod Jednoradni cilindri ostvar djelovanjem stla čenog zraka klip s klipnja čom kreće se u smjeru prema naprijed. Povratno kretanje naj češće se ostvaruje oprugom, a rje đe: • djelovanje djelovanjem m vanjske vanjske sile (težino (težinom m tereta), tereta), • reduciranim reduciranim tlakom tlakom zraka zraka preko ventila ventila za regulaciju regulaciju tlaka, tlaka, • zračnim jastukom (stalni spremnik zraka nižeg tlaka). a s ma ma na na u na o a ov c n ara e o mm .
JEDNORADNI CILINDAR 5
6
2
1
4
3
7
Jednoradni klipni cilindar: 1-ti elo cilindra 2-kli s "U" brtvom 3-kli n ač a 4- ovratna o ru a 5-stražnji 5-stražnji poklopac, poklopac, 6- priklju priključ ak ak za stlač eni eni zrak, zrak, 77- prednji prednji poklopa poklopac c
Klip i klipnja ča su izrađeni od CrNi čelika, tvrdo kromirani.
6
MEMBRANSKI CILINDRI
Ovi se cilindri koriste za upinjanje, stiskanje i dizanje. Membrana od gume ili umjetne mase preuzima ulogu klipa.
Jednoradni cilindar s tanjurastom membranom :
Jednoradni cilindar s putuju ćom membranom:
1- cilindar, 2- membrana, 3- šipka, 4- opruga
1- cilindar, 2- membrana, 3- šipka, 4 - o ru a
- velike sile do 400 kN
- hodovi do 200 mm
˝
˝
PRORAČUN SILE ZA Sila sa stražnje strane klipa F 1 iznosi: 1
⎛ D ⋅ π ⎞ F1 = A1 ⋅ pdob. = ⎜ ⋅ pdob. N ⎟ ⎝ 4 ⎠ 2
-
,
A2-
površina klipa s prednje strane, m2
pdob. -
tlak dobave (napajanja), Pa
-
tlak s stra n e strane
Pa
Sila s prednje strane F 2 iznosi:
⎛
F2 = A2 ⋅ p2 = ⎜ ( D 2 − d 2 ) ⋅
π ⎞
⎟ ⋅ p2
Sila trenja F T iznosi: F =
⋅F =
⋅A⋅
.
N
N
- sila opruge F 0 iznosi 10- 15 % F 1 - oe c en ren a znos µ t = , - , - k koeficijent koji za jednoradni cilindar iznosi k=0,8-0,9
Sila F koju može ostvariti jednoradni klipni cilindar s oprugom kod izvlačenja iznosi: F = F1 − F2 − F0 − F = A1 ⋅ pdob. − A2 ⋅ p2 − F0 − FT N
- Tlak p2 = 0
F = k ⋅ F1 − F0 = k ⋅ A1 ⋅ pdob. − F0 N
10
Direktno u ravl an e ednoradnim cilindrom.
Jedoradni cilindar upravljan razvodnikom 3/2 (NC - normalno zatvoren). 11
12
Pneumatska shema
Primjena u industriji
. Jedoradni cilindar upravljan razvodnikom 3/2 (NO - normalno otvoren). 13
Dvoradni cilindri vrše koristan rad u oba sm era. Za okretan e kli a stlačeni zrak dovodi se u komoru s jedne strane klipa, a istovremeno se komora na suprotnoj strani mora ozra čiti. Uglavnom se izrađuju kao klipni cilindri. - Uvučeni položaj klipnja če
- Izvučeni položaj klipnja če
1-košuljica, 2- stražnji poklopac, 3- prednji poklopac, 4-klipnjač a, 5-brtva, k, 6-očnica, 7-odstružni prsten 8-brtveni klipa, 9-klip, 10- stražnji priklju ča k, 12- podesivi ublaživač udara 11- prednji priklju ča
Prigušenje dvoradnog cilindra u krajnjim položajima poklopcem, cilindrima se ugra đuju podesivi ublaživači udara.
17
Namještanje prigušenja na cilindru
Dijagram tlakova i brzine dvoradnog cilindra
PRORAČUN SILE ZA DVORADNI CILINDAR k= 0,4-0,6 (koeficijent trenja dvoradnog cilindra)
Sila F 1 koju klip ostvari pri kretanju prema naprijed: F1 = A1 ⋅ pdob. − A2 ⋅ p2 − FT =
D 2 ⋅ π
4
π ⎞ ⎛ 2 2 ⋅ pdob. − ⎜ ( D − d ) ⋅ ⎟ ⋅ p2 − FT N 4⎠ ⎝
2
2 π ⎞ D ⋅ π ⎛ 2 2 F2 = A2 ⋅ pdob. − A1 ⋅ p1 − FT = ⎜ ( D − d ) ⋅ ⎟ ⋅ pdob. − ⋅ p1 − FT N
4
Sila trenja F T FT = (0,1 − 0,2) A ⋅ pdob. N
4
F sila na klipnja či
F = k ⋅ A ⋅ pdob.
N
S eci alni cilindri nami en eni su za određene svrhe. Ponegdje su oni integrirani u proizvodni program kao standardni cilindri, što ovisi o proizvo đaču.
TANDEM CILINDAR
Upotrebljava se kada je potrebna velika sila pri malom promjeru cilindra.
Udarni cilindar koristi se kad je potrebno ostvariti udarno djelovanje. Veliku primjenu ima u područ ju hladnog oblikovanja (probijanje, kovanje, zakivanje,
utiskivanje i sl.).
CILINDAR BEZ KLIPNJAČE S MAGNETSKIM DJELOVANJEM Cilindri bez klipnja č e s magnetskim djelovanjem imaju samo klip koji se kre će
o e nog o rugog po opca.
PRIMJENJUJU SE ZA DUGE HODOVE DO 10 m
Prijenos gibanja od klipa na obujmicu vrši se magnetskim spojem klipa i obujmice.
VIŠE POLOŽAJNI CILINDAR
ADVUP
sa svojim stražnjim poklopcima. Cilindri s istim hodovima mogu ostvariti 3 položaja, dok cilindri s različitim hodovima mogu ostvariti 4 položaja vrha klipnja če.
Oznake cilindara DNC-40-150-PPV-A-Q-S2-K3-KP-V3 Razvodnik montiran na cilindar Uklještenje Navoj na klipnjači (unutarnji) Tip klipnjače (obostrana) Zaštita od rotacije Klip magnetni za o čitavanje pozicije (reed)
Dužina Promjer p c n ra ozna a 27
OZNAKA CILINDRA DNC-40-150-PPV-A-Q-S2-K3-KP-V3
DNCB 29
ADN
ADNP
ADVU
DZF
30
DGP
DMM
DGPL
EFK
DGC
DSM
DRQD
Nožice
Prirubnica sprijeda okretna
Prirubnica stra a okretna
Navoj
Prirubnica u sredini okretna
O - brtva
Oblikovana - brtva
BRTVE NA
Kvadratična - brtva Dvostrana žljebasta - brtva
-
-
Lončasta dvostrana - brtva Pojačana žljebasta - brtva
L - brtva
s kliznim prstenom
Materijali za izradu brtvi
SMBOLI CILINDARA
DVORADNI S DVIJE KLIPNJAČE DVORADNI S PRIGUŠENJEM U STRAŽNJEM POLOŽAJU DVORADNI S PROMJENJIVIM PRIGUŠENJEM U STRAŽNJEM POLOŽAJU
DVORADNI S PRIGUŠENJEM U KRAJNJIM POLOŽAJIMA
Dijagram izbora cilindara (sila, tlak i promjer)
•
Princi rada Pneumatski mišića je vlačni pogon koji opona a pr ro ne m ne po re e. Kontrakciju sustava formira tlak zraka. a na m a zauz ma u rom o a n o u trodimenzionalnoj strukturnoj rešetki. Kada dovedemo zrak, unutarnji tlak se povećava i cijev se širi u perifernom smjeru, stvarajući tako vlačne sile gibanja u uz u nom sm eru. 36
Prednosti neumatsko mišića a s prom er c n ra i tlak, pneumatski miši ći teret od konvencionalnih . D
37
ROTACIJSKI IZVRŠNI ELEMENTI
zaokret izlaznog vratila za ve ći broj krugova ili samo dio kruga. Zakretni cilindar s
Zakretni pogon
PNEUMATSKI MOTORI
motori) pretvaraju potencijalnu energiju stlačenog zraka u energiju vrtnje, odnosno kontinuirano kružno gibanje vratila. Dijele se na:
klipne motore lamelaste motore zup as e mo ore turbinske motore
PNE MAT KI M T RI
Lamelasti motori na više se u otrebl ava u u neumatici.
Komprimirani zrak ekspandira i pri tome nastaje kružno gibanje rotora. Prostor u kojem zrak ekspandira se povećava pri rotaciji vratila jer je rotor u ku ćištu postavljen ekscentri čno. Lamelasti motori se izrađuju za snage od 0,07 do 15 kW. Broj okretaja u praznom hodu je između 1.000 i 50.000 min-1
Aksijalni rotacijski stroj (motor) – izvedba s oscilirajućom pločom: p, 2- oscilirajuća ploča, 3- razvodni prsten, 4- upravljački prsten
): Klipni radijalni rotacijski stroj (motor 1- koljenasto vratilo, - ro ra u razvo n , 3- vijak za punjenje i ispuštanje ulja, 4- ležaj, 5- uljna kupka, - cen r uga no po maz van e pn a e, 7- ležaj vratila.
CILINDAR S ZAKRETNOM PLOČOM
.
Ventili su uređaji koji služe za pokretanje, zaustavljanje, usmjeravanje protoka fluida (tlačnog medija), te za regulaciju protoka i tlaka.
ventili protočni razvodnici
zaporni tlačni
Razvodnici su ventili ko i ro ušta u zatvara u i usm erava u tok radnog medija. Ti razvodnika odnosno n e ova funkci a odre đeni su: - brojem priključaka - brojem razvodnih položaja - načinom aktiviranja - veličinom priključaka Konstrukcijska rješenja Razvodnici sa sjedištem - kuglasti - konusni
Razvodnici s klipom - plosnati - pločasti
Broj priključaka je broj mjesta za spajanje dovoda, odvoda medija ili otvora za ispust medija. Broj razvodnih položaja je broj funkcionalnih stanja koja može imati razvodnik, . Razvodnik 3/2 znači da ventil ima tri priklju čna mjesta i dva razvodna položaja.
RAZVODNICI 2/2
4/2
3/2
5/2
3 2 RAZ
D IK
ORMALNO ZATVORENIM NULTIM POLO AJEM
3 2 RAZ
D IK
ORMALNO OTVORENIM NULTIM POLO AJEM
DIREKTNO UPRAVLJANJE
PNEUMATSKI AKTIVIRAN IMPULSNO INDIREKTNO
56
3\2 razvodnik (normalno zatvoren NC)
57
razvo n p o ven (normalno zatvoren NC)
59
4/2 RAZVODNIK MEHANIČKI
DIREKTNO UPRAVLJANJE
5/2 RAZVODNIK (MONOSTABIL)
-
5/2 RAZVODNIK (BISTABIL) PNEUMATSKI AKTIVIRAN UPRAVLJA KI VOD 12
5/2 RAZVODNIK (BISTABIL)
5/2 RAZVODNIK (BISTABIL) UPRAVLJAČKI VOD 14
5/2 RAZVODNIK (BISTABIL)
5 3 RAZ
D IK BI TABIL
PNEUMATSKI AKTIVIRAN UPRAVLJAČKI VOD 12
DIREKTNO UPRAVLJANJE •
43
KRET I PL
A TI RAZ
D IK
INDIREKTNO UPRAVLJANJE
1 .0
1 .1
4
2
14 5
1 .2
2
1
0 .1
3 1
3
Označavanje pneumatskih elemenata Sve u rađene elemente treba u u ravl a čko shemi prikazati u polaznom položaju. novi
stari 0.1
Opskrba energijom 1.0, 2.0 Radni elementi 1.1, 1.01 Upravljački elementi 1.2, 1.4 Ulazni elementi ( fizički i mehanički aktivirani razvodnici)
1.0, 2.0 Radni elementi . , .
,
1.3, 2.3 Granični prekidači za davanje naloga za ulazu klipa 1A, 2A
Cilindri (aktuatori)
Upravljački razvodnici
V
V
V
Ulazni elementi
Pripremna grupa elemenata 75
Z
Z
Označavanje komponenata u pneumatskoj shemi 1A1 1V4
1V2 1S1
1V3 1S2
1S3
1V1
76
1S4
Označavanje komponenata u pneuma s o s em
Otvor ili priključak
DIN ISO 5599 (nove oznake)
Obilježavanje slovima (stare oznake)
1 3, 5, 7 2, 4 , 6
P R, S, T A, B, C X, Y, Z
Napajanje Odzračivanje Izlazi (radni vodovi) Upravljački priključci - spoj 1 na 2 - spoj 1 na 4
12 14
Zatvaranje dovoda zraka Pomoćni upravljači zrak
10 81,91
Pz
14
79
4
2
1
12
Tehnički podatci TIP RAZVODNIKA
5/2 monostabil e r n
80
PRIKLJUČAK
G1/2
NOMINALNI PROTOK
4,500 l/min
DIZAJN
Klipni
NAČIN ISKLJUČENJA
Mehanički oprugom
Tehnički podatci TIP RAZVODNIKA
5/2 monostabil
PRIKLJUČAK
G3/4
ISPUST ZRAKA
Prigušivač zvuka
NAČIN ISKLJUČENJA
Zrak
RUČ NO AKTIVIRANJE
Da
81 RADNI TLAK
2-16 bar
82
Tehnički podatci NAČIN AKTIVIRANJA
Pneumatski
PRIKLJUČ AK
G3/4
NAČIN UPRAVLJANJA
Direktno
RADNI TLAK
2-16 bar , s podmazivanjem, bez podmazivanja, vacuum tehnika
8
84
OZNAČAVANJE RAZVODNIKA KATALO KA OZNAKA
CPE14-M-1BH-5L-S-1/8
Pneumatski priključak
Funkcija razvodnika Napon r na 85
Tip razvodnika
CPE
86
Tiger 2000
CPV
Tiger Classic
CPA
OZNAČAVANJE RAZVODNIKA MDH-5/2-D-1-M12
e r n Veličina Funkcija razvodnika Tip razvodnika 87
one or
M3 M5 G3/4
M7 G1/8 G1/4
G1 G3/8
G1/2
88
MDH-5/2-D-1-M12 - C
Veličina razvodnika D-1 D-2 D-3 ¾-D-4
ISO size 1 ISO size 2 ISO size 3 ISO size 4
ISO 15407
89
ISO 5599
VSVA
ISO 5599
VUVB
CDV15
MHA2 (Brzo preklapanje)
VMPA MPA 91
Kom onente s većim bro em funkci a
Zakretni linearni cilindar
, upravljačkih elemenata i senzora
POVEZIVANJE ELEMENATA
Digitalni ventili
n egr ran e e e ron e u u
e ven a
PROPORCIONALNI RAZVODNICI
Zaporni ventili zatvaraju prolaz zraka u jednom sm eru, a u su rotnom a otvara u. Tlak na izlazno strani d elu e na za orni dio te na taj način potpomaže brtveno djelovanje ventila.
ZAPORNI VENTILI •
• NEPOVRATNI VENTIL S OPRUGOM • NAIZMJENI NO ZAPORNI – (ILI) VENTILE •
–
DEBLOKIRAJUĆI
99
DEBLOKIRAJUĆI NEPOVRATNI VENTIL
varijable (imaju dva stanja 0 i 1)
Logički sklop pretvara ulazne informacije u izlazne informaci e dru ači e značen a.
og
e un c e og
kombinacijski sklopovi
imaju spremnike informacija
s opov
NAIZMJENIČ NO ZAPORNI VENTIL ( ILI – VENTIL)
NAIZMJENIČ NO ZAPORNI VENTIL ( ILI – VENTIL)
U ravl an e ILI ventilom
Pneumatska shema
105
GARAŽNA VRATA
IZVAN Klipnjača dvoradnog cilindra upravljana 5/2 glavnim
IZNUTRA
1V1
i otvara garažna vrata. Vrata se uvijek iznutra mogu otvoriti i zatvoriti, a izvana se mogu o vor za vor samo ako je dodatni 3/2 razvodnik (1V1) iznutra uključen. Na osnovu oloža ne skice i teksta zadatka potrebno je: - nacrtati pneumatsku
PNEUMATSKA SHEMA
UVJETNO ZAPORNI VENTIL – I VENTIL
UVJETNO ZAPORNI VENTIL – I VENTIL
UVIJETNO ZAPORNI VENTIL – I VENTIL
U ravl an e I ventilom
111
– Granični rekidači
LOGIČKE FUNKCIJE I LOGIČKI SKLOPOVI
NE
ILI
I
LOGIČKE FUNKCIJE I LOGIČKI SKLOPOVI
Brzina izlaska klipnjače
PRIMJER UGRADNJE
PRIMJENA U INDUSTRIJI
PROTOČNI VENTILI Nam ena rotočnih ventila e re ulaci a rotoka fluida čime posredno djeluju i na druge veli čine koje zavise od protoka, odnosno brzine stla čenog zraka. . Upotrebljavaju se dva tipa prigušnih ventila: JEDNOSMJERNO PRIGUŠNI VENTIL
PRIGUŠNI VENTIL U OBA SMJERA
JEDNOSMJERNO PRIGUŠNI VENTIL
MJESTA UGRADNJE
– jednosmjerno prigušni ventil
- prigušni ventil
BRZINA GIBANJA KLIPNJAČE
-
a n m ven ma nam e amo a u pneumatskim sustavima. Tlačne ventile odi elili smo u tri lavne sku ine: ventili za regulaciju tlaka
(sigurnosni ventili)
TLAČNI VENTILI
Regulacijski
Proslijedni
Regulator tlaka bez ispusta
Regulator tlaka s ispustom
Proslijedni ventil s unutarnjim dovodom
Proslijedni tlačni ventil kombinaci a
RAZVODNIK KOJI REAGIRA
Prosli edno tlačni ventil Prosli edno tlačni ventil koristi se kad e za dal e uključivanje u pneumatskom upravljačkom sustavu potreban signal ovisan o tlaku.
2 12
1
3
Skraćeni simbol
RAZVODNIK S KAŠNJENJEM UKAP ČANJA
(Vremenski član)
ULAZ 12
PRIMJENA U INDUSTRIJI RAZVODNIKA S KAŠNJENJEM - UKAPČANJA - ISKAPČANJA
ULAZ 10
IZLAZ 2
USPOREDBA RAZVODNIKA
RAZVODNIK S KAŠNJENJEM ISKAPČANJA
Pneumatski elementi su skupina elemenata koje po svojoj funkciji ne možemo svrstati u pneumatske upravlja čke elemente. U praksi postoji veliki broj tih elemenata, a najvažniji su:
vakumski uređaji za prihvat, pneumatski bezkontaktni senzori, , pneumatski pretvarač signala, pneumatski brojači, pneumatski vibratori, ispuhivači,
pomoćni elementi itd.
U ravl an e s različitim tlakovima
3 bar
6 bar
Usisna sapnica
Primjena vakuma 141
Različiti tlakovi
142
Pneumatski bezkontaktni senzori
mijenjanju svoje stanje (funkciju) bez dodira, dijela uređaja (npr. klipnja ča) u blizini senzora. Najvažniji tipovi ovih elemenata su:
pneumatska brana, pneumatska refleksna mlaznica, magnetski aktiviran prekida č.
1(P) tlak napajanja od 0,1 do 0,2 bara 2(A) signalni tlak veći od 0,5 mbara
Pneumatski bezkontaktni senzori
Magnetski aktivirani prekidač
Termin fluidika obuhvaća izučavanje i primjenu strujanja fluida za prenošenje i preradu informacija. Njemački aerodinamičar L. Prandtl 1904. razra đuje difuzor s prianjanjem . Smatra se, da je začetnik fluidike mađarski inženjer Henri Coanda, objašnjava pojavu lijepljenja mlaza za stjenku . oan a e e t, e osnovn pr nc pa ra a u e emenata ez po retn dijelova. Početak primjene fluidičkih elemenata vezan je za razvoj raketne tehnike šezdesetih godina. Fluidički elementi i sklopovi mogu normalno raditi i u uvjetima kao što su zagađena i agresivna okolina, eksplozivna atmosfera, ioniziraju ća , temperature do + 1000 °C, vibracije, udari i sl. Pomoću fluidičkih elemenata riješila se ve ćina navedenih problema.
Fluidički elementi prema svojoj konstrukciji mogu se podijeliti na elemente bez pokretnih dijelova i na elemente s pokretnim dijelovima. e sustave. a n pomo n e emen sa n ava u za e no u Elementi bez pokretnih dijelova ostvaruju svoju izlaznu funkciju
slobodnim djelovanjem me đu mlazovima fluida, djelovanjem između mlaza i stjenke. U pomoćne fluidičke elemente ubrajaju se u prvom redu prigušnice i spremnici . Područ je radnih tlakova im je široko i , , od 1 bar. Vrijeme promjene stanja kre će se između 0,5 -10 ms.
-
Coanda efekt : a - brzina strujanja u mlazu; b – dijagram stati č kog tlaka ps uz stjenku, p o stati č ki tlak uz površinu mlaza
i bistabil Fluidi čk
Logi č ki sklop za funkciju-ILI(OR) i funkciju-NILI(NOR)
Logi č ki sklop za funkciju-I(AND) i funkciju-NI(NAND)
Osnovni bistabil sa simbolom i tablicom istine Osnovni bistabil obavlja funkciju pam ćenja u fluidi čkom sustavu kontrole. Kad je upravlja čki signal C 1 uključen, a upravljački signal C 2 isključen, izlaz je na 01. Ako se tada isklju či C 1 uređaj zadržava prethodno stanje s
. , uređaj zadržava stanje s izlazom na 02.
.
1.7
. 14
12 5
1. 7
3
2
1 1.3
.
1
2
1
1. 2
1. 3
2
1
3
2
1
3
3
