Robotická stavebnice FISCHERTECHNIK Pneumatic 3 - 516185 Základy pneumatiky (nauky o vzduchu) Stlačený vzduch je běžná věc. Nelze si představit, že bychomse bez něj obešli. Setkáváte se s ním každý den, ať už přímo nebo nepřímo. První setkání každý den může probíhat už při snídani. Vajíčko, které se dáte, mohlo být uloženo do plata za pomoci pneumatického svěráku. Nebo u zubaře, který kazy vrtá pomocí pneumatické vrtačky. S pneumatikou se setkáváte na staveništích v podobě sbíječky. Dál například v brzdách v autě. Slovo pneumatika vychází z řeckého "pneuma", neboli vzduch. Nauka o vzduchu se zaměřuje na tvorbu pohybů a práci za pomoci vzduchu. Skoro vše lze pohánět vzduchem. Lze jej použít jako alternativní pohonnou sílu k jiným druhům energie, jako elektřina, voda, hydraulický olej nebo vítr.
Výhody pneumatiky Pneumatika má následující výhody: • • • • • •
stlačený vzduch lze skladovat stlačený vzduch lze přepravovat na velké vzdálenosti pomocí potrubí, hadic nebo v nádobách stlačený vzduchje čistý a nezpůsobuje znečištění pomocí stlačeného vzduchu lze vykonávat pohyby rychle s pneumatickými válci lze učinit mnoho pohybů i bez komplikovaných mechanických systémů stlačený vzduch nevybuchuje
Váš Pneumatic 3 Construction Set vám vysvětlí tyto výhody a ukáže další zajímavé informace. Hlavně vám chceme ukázat, jak pneumatika funguje. Pro tento účel vysvětlíme krok za krokem, jak fungují jednotlivé komponenty. Stavebnice obsahuje množství příkladů na modelech, na nichž si ukážeme, jak funguje pneumatika.
Historie v kostce Před 2000 lety řecký vynálezce Ktesibios postavil první stroje poháněné stlačeným vzduchem, například katapult, který pomocí stlačeného vzduchu vrhal kameny a kopí. Heron Alexandrijský postavil jeden z nejlepších systémů poháněných stlačeným vzduchem, který používal oheň na oltáři k tvorbě stlačeného vzduchu, kterým se otevíraly obrovské chrámové dveře, jakoby kouzlem. Teplo z ohně na oltáři zahřívalo vzduch v zásobníku tlaku zpola naplněném vodou. Když se vzduch ohřál, rozpínal se a zvyšoval tak tlak. Rozpínající se vdzuch vyžadoval více místa, takže byla voda vytlačována do zásobníku vody. Jak se zvyšovala váha zásobníku vody, ten klesal a tím otevřel dveře.
Od začátku 20. století byly pneumatické systémy používány k pohonu a ovládání strojů s průmyslových provozech. Například na stavbách nebo v zemědělství se pneumatické systémy používají k pohonu kladiv a drcení. Dále se používají pneumatické systémy s podtlakem, například pro vsání zrní do mlýnů na semletí. Dokonce i v hudbě se stlačený vzduch používá například ve varhanech. Stlačený vzduch se používá v různých odvětvích průmyslu a dokonce i ve vesmírných technologiích. Setkáváme se s ním každý den.
Pneumatické systémy a komponenty Jakýkoliv pneumatický systém sestává z pěti podsystémů pro: • Tvorbu stlačeného vzduchu • Rozvod stlačeného vzduchu • Úpravu a filtrování stlačeného vzduchu • Pohyb pomocí pneumatických válců • Ovládání pohybů pomocí ventilů
Tvorba stlačeného vzduchu Stlačený vzduch lze tvořit pomocí kompresoru, dmychadla nebo vzduchové pumpy a tlakových lahví nebo jiných podobných nádob.
Membránové čerpadlo sloužící jako kompresor Ve stavebnici se nachází membránové čerpadlo, které zásobuje modely stlačeným vzduchem. V průmyslu se nazývá zdrojem stlačeného vzduchu.
Jak funguje? Membránová pumpa sestává ze dvou komor rozdělených membránou. V jedné komoře se pružná membrána pohne nahoru a dolů pomocí pístu nebo výstředníku. Během pohybu dolů je membrána vtažena zpět do druhé komory skrze sací klapku. Když se píst pohne nahoru, membrána vytlačí vzduch skrze výstupní píst.
Poznámka: Tlak vytvořený kompresorem Fischertechnik je cca 0.7 až 0.8 barů. Membránová pumpa nevyžaduje údržbu. Je důležité použít pro napájení kompresoru 9V alkalickou baterii. Ještě lepší je pochopitelně Fischertechnik Accu Set, který může napájet lépe, než 9V baterie, vydrží déle a lze ji dobíjet. Maximální doba nabíjení je dvě hodiny. Rozvod stlačeného vzduchu Stlačený vzduch lze dopravit na požadované místo pomocí modrých hadiček. Můžete zavést vzduch z kompresoru do ventilů a válců.
Úprava stlačeného vzduchu Abyste zajistili správné fungování v průmyslových provoztech, je třeba správně upravovat stlačený vzduch. Pro tyto účely je třeba jej filtrovat, chladit, zbavovat vlhkosti a přidávat do něj olej. Nicméne u vaší stavebnice Pneumatic 3 Construction Set toto není vyžadováno. Tvorba a ovládání pohybu Pneumatické válce Pro tvorbu pohybu vzduchem používáme pneumatické válce. V zásadě rozlišujeme mezi válci jednočinnými a dojčinnými. Vaše stavebnice obsahuje dva různé typy válců se stejnou dvoučinnou funkcí.
Modré táhlo pístu je pohyblivé a uzavírá válec. Když vpustíte do válce skrze jednu z hadiček vzduch, táhlo pístu se pohne. Když je vpuštěn vzduch z druhé strany, píst se pohne druhým směrem. Píst má tak aktivní funkci v obou směrech pohybu. Spojení, které táhlo pístu vysouvá ven, je uznačeno jako spojení A, spojení pro stažení zpět je spojení B. Jelikož táhlo pístu ve válci může být vysunuto i zasunuto pomocí vzduchu, nazýváme válec dvoučinným. Pro vyzkoušení této vlastnosti můžete učinit následující pokus. Pokus: Připojte modrou hadičku ke spojení A a kompresoru, který je již připojen k baterii. Když zapnete kompresor, táhlo pístu se vysune. Jelikož je válec dvoučinný, táhlo se zasune, když zapojíte hadičku do spojení B a vpustíte dovnitř vzduch z kompresoru.
Jak již bylo zmíněno, existují i jednočinné válce. U takových válců se táhlo pohybuje pouze v jednom směru. Pro vrácení zpět se obvykle používá pružina. Můžete zkusit další pokus, který ukáže, že vzduch může být stlačen. Pokus: Nyní opět vysuňte píst ve válci připojením modré hadičky ke kompresoru a spojení A. Poté, co se píst vysunul, přepojte hadičku na spojení B a ucpěte spojení A tak, že k němu přitisknete prst.
Pozorování: Píst lze stlačit jen trochu. Víte, proč? Vysvětlení: Protože jste ucpali spojení A prstem, nemohl vzduch uniknout. Vzduch lze ovšem stlačit. Z tohoto důvodu bylo možné píst lehce stlačit. Čím více je vzduch stlačen, tím větší tlav ve válci vzniká. Tlak můžete změřit tlakoměrem nebo lze též vypočítat.
Tlakoměr Jednotkou tlaku jsou "bary" nebo "Pascaly". Tlak lze spočítat podle následující rovnice: Tlak=síla/plocha
nebo též
p=F/A
Tato rovnice ukazuje, že tlak závisí na vynaložené síle a povrchu uvnitř válce. Jak jste si všimli během pokusu, je poněkud nešikovné neustále přepojovat hadičky. Mohli jste také použít ventily, jak vám vysvětlíme v další kapitole.
Ventily V pneumatice je účelem ventilů řídit proudění vzduchu do válce, aby se válec mohl roztahovat a opět stahovat. Ventil lze spouštět mechanicky, elektricky, pneumaticky nebo ručně. Pneumatic 3 Contrustion Set obsahuje ruční ventil. Každý takový ventil má čtyři napojení:
Střední spojení P je pro stračený vzduch přicházející z kompresoru. Levý nebo pravý (A nebo B) vedou stlačený vzduch do spojení A nebo B na válci. Spojení označené jako R na spodní straně slouží k uvolnění přebytečného vzduchu, aby se uvolnil tlak. Toto zabraňuje úniku vzduchu vracejícího se z válce. Pro ozkoušení funkce ventilu použijte následující pokus. Pokus: Připojte kompresor, ke kterému je už připojena baterie, k jednomu ventilu. Vezměte modrou hadičku a napojte ji na kompresor a spojení P na ventilu. Ostatní spojení nechte volná. Nastavte modrý přepínač na ventilu na střední pozici a zapněte kompresor. Pozorování: Vůbec nic se nestalo. Vysvětlení: Když je přepínač na ručním ventilu nastaven na střední pozici, spojení jsou uzavřená a vzduch nemůže proudit v žádném směru. Poté přepněte přepínač na ventilu doprava a opět zapněte kompresor. Během té doby opakovaně poklepejte prstem na spojení A a B. Udělejte to samé poté, co přepnete přepínač nalevo. Pozorování: Když je přepínač napravo, vzduch proudí spojením A. Pokud je nalevo, proudí spojením B. Vysvětlení: Obrázek vám pomůže pochopit, jak vzduch proudí ventilem, když otočíte přepínačem různými směry. Světlejší čára je proud vzduchu. Tmavší ukazuje, jak se vzduch vrací zpět z válce.
Vlevo
Střed
Vpravo
Ventil má čtyři spojení a tři pozice přepínače. Z tohoto důvodu se také nazývá 4/3-cestý.
Funkční pneumatické modely Vše, co jste se naučili, nyní můžete ozkoušet na vlastních modelech, abyste zjistili, jak funguje pneumatika v běžném životě. Pro tyto účely sestavte jeden po druhém čtyři modely a s každým zkuste jeden nebo dva pokusy. Pak lépe pochopíte, jak to všechno funguje.
Nůžková plošina Takového plošiny bývají většinou používány k zvedání těžkých nákladů. Plošina sestává ze základny, na kterou je složen náklad. K základně jsou připojena dvě stejně dlouhá ramena. Tato ramena se pohybují kolem střední osy. Abyste pořádně pochopili konstrukci nůžkové plošiny, nejprve sestavte podle návodu model. Nůžková plošina - úkol 1: Po připojení kompresoru a napojení hadiček, jak je popsáno v návodu na sestavení, otočte modrý přepínač doprava. Co se stalo? Plošina se zvedla. Proč ale? Píst ve válci se vysunul, protože jste propojili hadičky na vašem modelu tak, že vzduch proudil ze spojení A na ventilu do spojení A na válci. Tento pohyb posunul střední osu vlevo doprava a vystrčil plošinu vzhůru. Můžete plošinu opět nechat klesnout, když ventil otočíte doleva, takže se píst ve válci opět stáhne. Nůžková plošina - úkol 2: Co se ale stane, když má plošina zvednout těžký náklad, třeba hrneček nebo mobilní telefon? Stále ještě se zvedne? Zkuste zjistit, jakou váhu ještě plošina uzvedne. Zapište ji do tabulky. Věc
Váha v gramech Plošina se zvedla - ano/ne
Nůžková plošina - úkol 3: Tušíte, jak zařídit, aby plošina zvedala i těžší věci? Řešení: Pokud je síla poskytovaná válcem nedostatečná ke zvedání těžkých nákladů, přidejte další válec. Nainstalujte druhý válec do zvedaví platformy, jak je ukázáno v návodu na sestavení, a zapojte do něj hadičky. Zopakujte úkol 2 s tímto novým modelem a zaznamenejte rozdíly.
Věc
Váha v gramech Plošina se zvedla - ano/ne
V kapitole o pneumatických válcích jste se dozvěděli, že efektivní síla závisí na tlaku a ploše, na kterou tlak působí. Jelikož tlak generovaný kompresorem je konstantní, bude nezbytné zvětšit plochu, na kterou tlak působí. Toho lze docílit použitím dvou válců, aby mohla síla působit na dvojnásobnou plochu. Tím také zdvojnásobíte sílu a tím pádem i hmotnost, kterou lze zvednout. To znamená, že přidáním plochy můžete zvětšit sílu.
Pumpa na balónek Už jste jistě mnohokrát nafukovali balónek. Víte, jak vás začala bolet pusa, když vám došel dech? Tak s tím je konec! S dalším modelem, pumpou na balónek, se to už nikdy nestane, protože tato pumpa dovede nafukovat balónky pomocí stlačeného vzduchum. Abyste zjistili, jak, postavte podle návodu na sestavení model. Po dokončení modelu otočte přepínač na ventilu doprava, abyste dovolili vzduchů projít spojením A do balónku. Vzduch unikne z balónku skrze spojení R, pokud přepínač otočíte doleva. Balónek - úkol 1: Jak dlouho trvá nafouknout pomocí kompresoru kompletně balónek? Použijte pro přesné zjištění stopky. Balónek - úkol 2: Nyní zjistěte, jak moc jste balónek nafoukli. Balónek zavažte. Naplňte kbelík vodou (až po okraj) a dejte pod něj další nádobu. Zatlačte balónek pod vodu, abyste jej celý ponořili. Trocha vody přeteče do nádoby pod kbelíkem. Slijte tuto vodu do odměrky. Nyní víte, jaký objem má nafouknutý balónek. Mimochodem, pomocí této metody také můžete zjistit, kolik vzduchu můžete najednou vydechnout z plic. Balónek - úkol 3: Kolik váží vzduch? Pro toto zjistění proveďte následující pokus. Budete potřebovat přesné váhy a balónek přiložený ve stavebnici. Nejprve změřte váhu prázdného balónku a zapište ji. Poté pomocí pumpy úplně nafoukněte balónek. Poté jej zvažte a zapište jeho váhu. Jaký je rozdíl? Pozorování: Nafouknutý balónek je o něco málo těžší, než prázdný.
Vysvětlení: Balónek obsahuje po nafouknutí vzduch. Vzduch má nějakou hmotnost a vyvolává tlak. Galileo Galilei byl prvním, kdo toto zjistil v 16. století. Jeden litr vzduchu vází zhruba 1,3 gramu. Váha vzduchu však není vždy stejná. Horský vzduch je lehčí, než studený, protože molekuly jsou od sebe vzdálenější. 1,3 gramu nezní jako moc, ale Zemi obklopuje vrstva vzduchu silná zhruba 100 kilometrů. To znamená, že na vaše tělo působí váha zhruba 5.500 kilogramů. Tuto váhu necítíme, protože naše těla vyvolávají protitlak. Když ale dejme tomu přistanete s letadlem, cítíte tlak v uších.
Dvojité posuvné dveře Jistě jste už někdy procházeli posuvnými dveřmi, například v obchodě nebo v metru. Takové dveře lze otevřít ručně, elektricky, hydraulicky nebo pneumaticky. Dopravní prostředky mívají často posuvné dveře otevírané a zavírané stlačeným vzduchem. Takové se používají již od roku 1927 a byly poprvé použity v tramvajích v Berlíně. Možná jste u takových dveří někdy zaslechli syčení, jak uniká stlačený vzduch. Dvojité posuvné dveře - úkol 1: Postavte pneumaticky ovládané dvojité posuvné dveře. Pokuste se je postavit tak, aby se obě částí dveří otevíraly a zavíraly pomocí jednoho ventilu. Tušíte, jak ovládat dva válce pomocí jediného ventilu? Řešení je dané v návodu na sestavení. Abyste vyřešili tento problém, propojte dva válce do série, jak je popsáno v návodu. To znamená, že stejná stlačený vzduch bude proudit oběma válci. Když připojíte ventil, připojte jej na spojení A, díky tomuto proudu skrze oba válce se dveře otevřou. Můžete vysunout písry pro opětovné zavření dveří, když na ventilu nastavíte ovladač doleva. Dvojité posuvné dveře - úkol 1: Jak víte, podobné systémy nejsou ve skutečnosti řízené ručně. Víte, jak je možné, že fungují automaticky? Řešení: Ve skutečnosti se k otevírání dveří nepoužívají ruční ventily. Namísto toho jsou otevírány a zavírány pomocí elektrického pulsu. Ventil obdrží z naprogramovaného logického ovladače puls. Rozhodne se sekvence, v níž se ventily aktivují, program se uloží a systém funguje plně automaticky. V kapitole "Více o pneumatice" se dozvíte, jak můžete vaše modely zautomatizovat.
Katapult Na začátku této příručky jste se dozvěděli, že Řek Ktesibios postavil katapult už před dávnou dobou. Když to dovedl on, dovede to taky! Katapult - úkol 1: Postavte pneumaticky ovládaný katapult s válcem bez návodu. Tušíte, jak to udělat? Pokud ne, přečtěte si doporučení v návodu na sestavení. Katapult - úkol 2: Učiňte další pokus, podle kterého rozhodnete o dostřelu jednoduchého katapultu. K tomut budete potřebovat metr a černou kostičku 15. Umistěte kostičku do "košíku", který je na konci ramene katapultu. Poté spusťte ventil a změřte, jak daleko byla kostička odhozena. Nezapomeňte určit startovní bod, např. konec modelu na straně s košíkem. Výsledek zapište.
Kostička 15 Typ modelu
Dostřel v centimetrech
Jednoduchý model
Katapult - úkol 3: Váš katapult by mě fungovat skvěle. Ale teď bychom rádi vystřelili kostičku na ještě větší vzdálenost. Víte, jak na to? Řešení 1: U prvního modelu byl kompresor napojen na ventilu přímo na střední spojení P bez nádržky na uskladnění vzduchu. Na dalším modelu přidáme dvě nádržky. U tohoto modelu to bude tedy znamenat, že stlačený vzduch z kompresoru půjde do ostatních válců namísto přímo do ventilu. Tyto válce jsou tedy naplněny stlačeným vzduchem. Přidejte do jednoduchého modelu dva válce. Pokud nevíte, jak to udělat, podívejte se do návodu k sestavení. Po vylepšení vašeho modelu umístěte do katapultu kostičku a opět spusťte ventil, aby ji vystřelil. Opět zaznamenejte, jak daleko doletěla.
Typ modelu
Dostřel v centimetrech
Model se zásobníkem vzduchu Co jste zjistili? Který model střílí dál? Víte, proč? Pozorování: Kostička doletěla z modelu se zásobníkem vzduchu mnohem dál. Vysvětlení: Kompresor může poskytnout jen určitou úroveň tlaku vzduchu. To znamená při konstantním tlaku mezi 0.7 až 0.8 bary dodá přibližně dva litry vzduchu za minutu.Použitím zásobníku zvýšíte množství použitého vzduchu. Bude k dispozici ihned a není třeba, aby byl vytvořen kompresorem. Díky tomu se rameno katapultu pohybuje rychleji a větší síla působící na kostičku způsobí, že ta doletí dále. Řešení 2: Možná znáte Archimedovo prohlášení "Dejte mi dost dlouhou a pevnou páku a já pohnu Zemí". Tomu se říká zákon rovnováhy a jedná se o technický koncept. Pro váš model to znamená, že delší rameno vyvine větší sílu. Proto prodlužte rameno katapultu a zjistěte, jak daleko bude katapult střílet. Uvidíte, že výše zmíněný model váš katapult potvrzuje.
Typ modelu
Dostřel v centimetrech
Model s delším ramenem Tímto jsme došli na konec kapitoly s představením této problematiky. Jak vidíte, pneumatika je velice účinná a velice zajímavá. V další kapitole můžete použít modela na hraní ze stavebnice Pneumatic 3 Construction Set.
Pneumatické modely na hraní Kromě zkušebních modelů stavebnice Profi Pneumatic 3 Set čtyři další modely s fascinujícími a zábavnými funkcemi. Tyto zahrnují realistické modely sběrače balíků slámy, zvedače klád, nakladač a bagr. Do těchto modelů můžete namontovat kompresor a propojit ho s ventily a válci. Ruční ventily vám dovolují ručně ovládat paži se svěrákem na sběrači balíáků slímy a zvedači klád. Můžete sestavit dohromady zbývající kostičky jako náklad a nakládat je jednu po druhé do nákladního automobilu. Ve skutečnosti se k těmto účelům používá namísto pneumatiky hydraulika. Hydraulika využívá pro pohyb válců namísto vzduchu olej. Oproti vzduchu nelze olej stlačit a dovoluje tak přenášet podstatně větší sílu. Nicméně pro modely v této stavebnici pneumatika plně postačuje. Navíc je čistá, rychlá a hlavně fascinující. Doufáme, že jste si užili stavbu a hru s modely.
Pokud něco nefunguje Pokud váš model nefunguje správně, podívejte se do následující tabulky. Ta poskytuje seznam možných chyb a jejich příčin. Tabulka je hlavně určena, aby poskytla rady, jak takové problémy řešit. Chyba Kompresor nefunguje
Možná příčina
Řešení
• • •
Nezapojená baterie Slot na baterie není zapnutý Kabely jsou zapojené nesprávně
•
Žádný pohyb
•
Příliš mnoho ventilů je v pozici A nebo B (skrze ventily proudí příliš mnoho vzduchu)
•
Přenastavte po každém pohybu všechny ventily zpět na střední pozici
Kompresor očividně funguje normálně, ale pneumatické válce se pohybují velmi pomalu nebo vůbec
•
Ruční ventil netěsní. Kontrola: Přepněte ji do vnitřní pozice. Vyzkoušejte jedno po druhém všechna spojení a podržte ventil pod vodou. Pokud z něj vychází mnoho bublinek, ventil netěsní Pneumatický válec netěsní. Kontrola: Zaveďte postupně tlak do všech tří spojení jednoho po druhém a podržte pod vodou. Pokud z něj vychází mnoho bublinek, válec netěsní
•
Vyměňte ruční ventil
•
Vyměňte pneumatický válec
Hadička je ucpaná Hadička je zauzlovaná. Kontrola: Propojte každou hadičku samostatně přímo s kompresorem a zjistěte, zda skrz ni proudí vzduch.
•
Pokud je to potřeba, hadičku vyměňte Ujistěte se, že hadička není zauzlovaná
•
Kompresor a válce jsou v pořádku, ale jeden válec se nevysouvá
• •
•
•
9V baterie nebo Accu Set Zkontrolujte kabely
Více o pneumatice Fascinující téma pneumatiky není v Profi Pneumatic 3 Set obsaženo úplně. V kapitole "Dvojité posuvné dveře" jsme už zmínili, že ve skutečnosti jsou pneumatické systémy automatizované. To, co potřebujete k tomu, aby vaše modely byly automaticky spouštěny elektro-pneumaticky nebo podtlakem, je stavebnice ROBO TX ElectroPneumatic Construction Set. S touto stavebnicí jsou všechny modely ovládány elektropneumatickými ventily namísto ručních. S pomocí ovladače ROBO TX a jednoduchého softwaru ROBO Pro lze modely naprogramovat z vašeho počítače. To je skutečné umění! Pokud budete v budoucnosti dělat cokoliv společného s pneumatikou, ať již ve škole nebo v práci, určitě si vzpomenete na Pneumatic 3 Construction Set. Zjistíte, že princip "skutečné" pneumatiky je stejný jako ve vaší stavebnici Fischertechnik, a že základům již rozumíte.
Robotická stavebnica FISCHERTECHNIK Pneumatic 3 - 516185 Základy pneumatiky (náuky o vzduchu) Stlačený vzduch je bežná vec. Nemožno si predstaviť, že bychomse bez neho zaobišli. Stretávate sa s ním každý deň, či už priamo alebo nepriamo. Prvé stretnutie každý deň môže prebiehať už pri raňajkách. Vajíčko, ktoré sa dáte, mohlo byť uložené do plata za pomoci pneumatického zveráku. Alebo u zubára, ktorý kazy vŕta pomocou pneumatickej vŕtačky. S pneumatikou sa stretávate na staveniskách v podobe zbíjačky. Ďalej napríklad v brzdách v aute. Slovo pneumatika vychádza z gréckeho "pneuma", čiže vzduch. Náuka o vzduchu sa zameriava na tvorbu pohybov a prácu za pomoci vzduchu. Skoro všetko je možné poháňať vzduchom. Možno ho použiť ako alternatívnu pohonnú silu k iným druhom energie, ako elektrina, voda, hydraulický olej alebo vietor.
Výhody pneumatiky Pneumatika má nasledujúce výhody: stlačený vzduch možno skladovať stlačený vzduch možno prepravovať na veľké vzdialenosti pomocou potrubia, hadíc alebo v nádobách Stlačený vzduch čistý a nespôsobuje znečistenie pomocou stlačeného vzduchu možno vykonávať pohyby rýchlo s pneumatickými valcami možno urobiť veľa pohybov aj bez komplikovaných mechanických systémov stlačený vzduch nevybuchujú Váš Pneumatic 3 Construction Set vám vysvetlí tieto výhody a ukáže ďalšie zaujímavé informácie. Hlavne vám chceme ukázať, ako pneumatika funguje. Pre tento účel vysvetlíme krok za krokom, ako fungujú jednotlivé komponenty. Stavebnica obsahuje množstvo príkladov na modeloch, na ktorých si ukážeme, ako funguje pneumatika.
História v kocke Pred 2000 rokmi grécky vynálezca Ktesibios postavil prvé stroje poháňané stlačeným vzduchom, napríklad katapult, ktorý pomocou stlačeného vzduchu vrhal kamene a kopije. Heron Alexandrijský postavil jeden z najlepších systémov poháňaných stlačeným vzduchom, ktorý používal oheň na oltári k tvorbe stlačeného vzduchu, ktorým sa otvárali obrovské chrámovej dvere, akoby kúzlom. Teplo z ohňa na oltári zahrievalo vzduch v zásobníku tlaku spolovice naplnenom vodou. Keď sa vzduch ohrial, rozpínal sa a zvyšoval tak tlak. Rozpínajúci sa vdzuchu vyžadoval viac miesta, takže bola voda vytláčaná do zásobníka vody. Ako sa zvyšovala váha zásobníka vody, ten klesal a tým otvoril dvere.
Od začiatku 20. storočia boli pneumatické systémy používané na pohon a ovládanie strojov s priemyselných prevádzkach. Napríklad na stavbách alebo v poľnohospodárstve sa pneumatické systémy používajú na pohon kladív a drvenie. Ďalej sa používajú pneumatické systémy s podtlakom, napríklad pre vsatie zrno do mlynov na zomletie. Dokonca aj v hudbe sa stlačený vzduch používa napríklad vo organ. Stlačený vzduch sa používa v rôznych odvetviach priemyslu a dokonca aj vo vesmírnych technológiách. Stretávame sa s ním každý deň.
Pneumatické systémy a komponenty Akýkoľvek pneumatický systém pozostáva z piatich podsystémov pre: Tvorbu stlačeného vzduchu Rozvod stlačeného vzduchu Úpravu a filtrovanie stlačeného vzduchu Pohyb pomocou pneumatických valcov Ovládanie pohybov pomocou ventilov
Tvorba stlačeného vzduchu Stlačený vzduch možno tvoriť pomocou kompresora, dúchadlá alebo vzduchovej pumpy a tlakových fliaš alebo iných podobných nádob.
Membránové čerpadlo slúžiace ako kompresor V stavebnici sa nachádza membránové čerpadlo, ktoré zásobuje modely stlačeným vzduchom. V priemysle sa nazýva zdrojom stlačeného vzduchu.
Ako funguje? Membránová pumpa pozostáva z dvoch komôr rozdelených membránou. V jednej komore sa pružná membrána pohne hore a dole pomocou piesta alebo výstredníku. Počas pohybu nadol je membrána vtiahnutá späť do druhej komory skrze sacie klapku. Keď sa piest pohne nahor, membrána vytlačí vzduch skrz výstupný piest.
Poznámka: Tlak vytvorený kompresorom Fischertechnik je cca 0.7 až 0.8 barov. Membránová pumpa nevyžaduje údržbu. Je dôležité použiť pre napájanie kompresora 9V alkalickú batériu. Ešte lepšie je pochopiteľne Fischertechnik Accu Set, ktorý môže napájať lepšie, než 9V batéria, vydržia dlhšie a možno ju dobíjať. Maximálna doba nabíjania je dve hodiny. Rozvod stlačeného vzduchu Stlačený vzduch možno dopraviť na požadované miesto pomocou modrých hadičiek. Môžete zaviesť vzduch z kompresora do ventilov a valcov.
Úprava stlačeného vzduchu Aby ste zaistili správne fungovanie v priemyselných provoztech, je potrebné správne upravovať stlačený vzduch. Pre tieto účely je potrebné ho filtrovať, chladiť, zbavovať vlhkosti a pridávať do neho olej. Avšak u vašej stavebnice Pneumatic 3 Construction Set toto nie je vyžadované. Tvorba a ovládanie pohybu pneumatické valce Pre tvorbu pohybe vzduchom používame pneumatické valce. V zásade rozlišujeme medzi valcami jednočinnými a dojčinnými. Vaša stavebnica obsahuje dva rôzne typy valcov s rovnakou dvojčinná funkcií.
Modré tiahlo piestu je pohyblivé a uzatvára valec. Keď vpustíte do valca skrze jednu z hadičiek vzduch, tiahlo piestu sa pohne. Keď je vpustený vzduch z druhej strany, piest sa pohne druhým smerom. Piest má tak aktívnu funkciu v oboch smeroch pohybu. Spojenie, ktoré ťahalo piestu vysúva von, je uznačeno ako spojenie A, spojenie pre stiahnutie späť je spojenie B. Keďže piest vo valci môže byť vysunuté aj zasunuté pomocou vzduchu, nazývame valec dvoučinným. Pre vyskúšanie tejto vlastnosti môžete urobiť nasledujúce pokus. pokus: Pripojte modrú hadičku k spojeniu A a kompresora, ktorý je už pripojený k batérii. Keď zapnete kompresor, tiahlo piestu sa vysunie. Keďže je valec dvojčinný, tiahlo sa zasunie, keď zapojíte hadičku do spojenia B a vpustíte dovnútra vzduch z kompresora.
Ako už bolo spomenuté, existujú aj jednočinné valce. U takýchto valcov sa tiahlo pohybuje iba v jednom smere. Pre vrátenie späť sa obvykle používa pružina. Môžete skúsiť ďalší pokus, ktorý ukáže, že vzduch môže byť stlačený. pokus: Teraz opäť vysuňte piest vo valci pripojením modrej hadičky ku kompresoru a spojenie A. Potom, čo sa piest vysunul, prepojte hadičku na spojenie B a upchajte spojenie A tak, že k nemu pritlačíte prst.
pozorovanie: Piest možno stlačiť len trochu. Viete, prečo? vysvetlenie: Pretože ste upchali spojenia A prstom, nemohol vzduch uniknúť. Vzduch možno však stlačiť. Z tohto dôvodu bolo možné piest ľahko stlačiť. Čím viac je vzduch stlačený, tým väčšie tlav vo valci vzniká. Tlak môžete zmerať tlakomerom alebo možno tiež vypočítať.
Tlakomer Jednotkou tlaku sú "bary" alebo "pascal". Tlak možno spočítať podľa nasledujúcej rovnice: Tlak = sila / plocha alebo tiež p = F / A Táto rovnica ukazuje, že tlak závisí na vynaloženej sile a povrchu vnútri valca. Ako ste si všimli počas pokusu, je trochu nešikovné neustále prepájať hadičky. Mohli ste tiež použiť ventily, ako vám vysvetlíme v ďalšej kapitole.
Ventily V pneumatike je účelom ventilov riadiť prúdenie vzduchu do valca, aby sa valec mohol rozťahovať a opäť sťahovať. Ventil možno spúšťať mechanicky, elektricky, pneumaticky alebo ručne. Pneumatic 3 Contrustion Set obsahuje ručný ventil. Každý takýto ventil má štyri napojenie:
Stredná spojenie P je pre Stracený vzduch prichádzajúci z kompresora. Ľavý alebo pravý (A alebo B) vedú stlačený vzduch do spojenia A alebo B na valci. Spojenie označené ako R na spodnej strane slúži k uvoľneniu prebytočného vzduchu, aby sa uvoľnil tlak. Toto zabraňuje úniku vzduchu vracajúceho sa z valca. Pre vyskušania funkcia ventilu použite nasledujúci pokus. pokus: Pripojte kompresor, ku ktorému je už pripojená batéria, k jednému ventilu. Vezmite modrú hadičku a napojte ju na kompresor a spojenie P na ventile. Ostatné spojenia nechajte voľná. Nastavte modrý prepínač na ventile na strednej pozícii a zapnite kompresor. pozorovanie: Vôbec nič sa nestalo. vysvetlenie: Keď je prepínač na ručnom ventile nastavený na strednú pozíciu, spojenia sú uzavreté a vzduch nemôže prúdiť v žiadnom smere. Potom prepnite prepínač na ventile doprava a opäť zapnite kompresor. Počas tej doby opakovane poklepte prstom na spojenie A a B. Urobte to isté potom, čo prepnete prepínač naľavo. pozorovanie: Keď je prepínač napravo, vzduch prúdi spojením A. Ak je naľavo, prúdi spojením B. vysvetlenie: Obrázok vám pomôže pochopiť, ako vzduch prúdi ventilom, keď otočíte prepínačom rôznymi smermi. Svetlejšie čiara je prúd vzduchu. Tmavšie ukazuje, ako sa vzduch vracia späť z valca.
Vl'avo
Stred
Vpravo
Ventil má štyri spojenia a tri pozície prepínača. Z tohto dôvodu sa tiež nazýva 4/3-cesta.
Funkčné pneumatické modely Všetko, čo ste sa naučili, teraz môžete vyskúšať na vlastných modeloch, aby ste zistili, ako funguje pneumatika v bežnom živote. Pre tieto účely zostavte jeden po druhom štyri modely as každým skúste jeden alebo dva pokusy. Potom lepšie pochopíte, ako to všetko funguje.
Nožnicová plošina Takého plošiny bývajú väčšinou používané k zdvíhaniu ťažkých nákladov. Plošina pozostáva zo základne, na ktorú je zložený náklad. K základni sú pripojené dve rovnako dlhá ramená. Táto ramená sa pohybujú okolo strednej osi. Aby ste poriadne pochopili konštrukciu nožnicové plošiny, najprv zostavte podľa návodu model. Nožnicová plošina - úloha 1: Po pripojení kompresora a napojenie hadičiek, ako je popísané v návode na zostavenie, otočte modrý prepínač doprava. Čo sa stalo? Plošina sa zdvihla. Prečo ale? Piest vo valci sa vysunul, pretože ste prepojili hadičky na vašom modeli tak, že vzduch prúdil zo spojenia A na ventile do spojenia A na valci. Tento pohyb posunul strednej osu vľavo doprava a vystrčil plošinu nahor. Môžete plošinu opäť nechať klesnúť, keď ventil otočíte doľava, takže sa piest vo valci opäť stiahne. Nožnicová plošina - úloha 2: Čo sa ale stane, keď má plošina zdvihnúť ťažký náklad, napríklad hrnček alebo mobilný telefón? Stále ešte sa zdvihne? Skúste zistiť, akú váhu ešte plošina zdvihne. Zapíšte ju do tabuľky. Vec
Váha v gramoch
Plošina sa zdvihla - áno / nie
Nožnicová plošina - úloha 3: Tušíte, ako zariadiť, aby plošina zdvíhala aj ťažšie veci? Riešenie: Ak je sila poskytovaná valcom nedostatočná na zdvíhanie ťažkých nákladov, pridajte ďalšie valec. Nainštalujte druhý valec do zvedaví platformy, ako je ukázané v návode na zostavenie, a zapojte do neho hadičky. Zopakujte úloha 2 s týmto novým modelom a zaznamenajte rozdiely.
Vec
Váha v gramoch Plošina sa zdvihla - áno / nie
V kapitole o pneumatických valcoch ste sa dozvedeli, že efektívna sila závisí od tlaku a ploche, na ktorú tlak pôsobí. Keďže tlak generovaný kompresorom je konštantná, bude nevyhnutné zväčšiť plochu, na ktorú tlak pôsobí. To možno docieliť použitím dvoch valcov, aby mohla sila pôsobiť na dvojnásobnú plochu. Tým tiež zdvojnásobíte silu a tým pádom aj hmotnosť, ktorú možno zdvihnúť. To znamená, že pridaním plochy môžete zväčšiť silu.
Pumpa na balónik Už ste určite mnohokrát nafukoval balónik. Viete, ako vás začala bolieť pusa, keď vám došiel dych? Tak s tým je koniec! S ďalším modelom, pumpou na balónik, sa to už nikdy nestane, pretože táto pumpa dovedie nafukovať balóniky pomocou stlačeného vzduchum. Aby ste zistili, ako, postavte podľa návodu na zostavenie model. Po dokončení modelu otočte prepínač na ventile doprava, aby ste dovolili vzduchov prejsť spojením A do balónika. Vzduch unikne z balónika skrze spojenie R, ak prepínač otočíte doľava. Balónik - úloha 1: Ako dlho trvá nafúknuť pomocou kompresora kompletne balónik? Použite pre presné zistenie stopky. Balónik - úloha 2: Teraz zistite, ako moc ste balónik nafúkli. Balónik zaviažte. Naplňte vedierko vodou (až po okraj) a dajte pod neho ďalšie nádobu. Zatlačte balónik pod vodu, aby ste ho celý ponorili. Trocha vody pretečie do nádoby pod vedrom. Zlejte túto vodu do odmerky. Teraz viete, aký objem má nafúknutý balónik. Mimochodom, pomocou tejto metódy tiež môžete zistiť, koľko vzduchu môžete naraz vydýchnuť z pľúc. Balónik - úloha 3: Koľko váži vzduch? Pre toto zistenie vykonajte nasledujúce pokus. Budete potrebovať presné váhy a balónik priložený v stavebnici. Najprv zmerajte váhu prázdneho balónika a zapíšte ju. Potom pomocou pumpy úplne nafúknite balónik. Potom ho zvážte a zapíšte jeho váhu. Aký je rozdiel? pozorovanie: Nafúknutý balónik je o niečo málo ťažšie, než prázdny.
vysvetlenie: Balónik obsahuje po nafúknutí vzduch. Vzduch má nejakú hmotnosť a vyvoláva tlak. Galileo Galilei bol prvým, kto toto zistil v 16. storočí. Jeden liter vzduchu váži zhruba 1,3 gramu. Váha vzduchu však nie je vždy rovnaká. Horský vzduch je ľahší, než studený, pretože molekuly sú od seba vzdialenejšie. 1,3 gramu neznie ako moc, ale Zem obklopuje vrstva vzduchu silná zhruba 100 kilometrov. To znamená, že na vaše telo pôsobí váha približne 5.500 kilogramov. Túto váhu necítime, pretože naše telá vyvolávajú protitlak. Keď ale dajme tomu pristanete s lietadlom, cítite tlak v ušiach.
Dvojité posuvné dvere Iste ste už niekedy prechádzali posuvnými dverami, napríklad v obchode alebo v metre. Také dvere možno otvoriť ručne, elektricky, hydraulicky alebo pneumaticky. Dopravné prostriedky mávajú často posuvné dvere otvárané a zatvárané stlačeným vzduchom. Také sa používajú už od roku 1927 a boli prvýkrát použité v električkách v Berlíne. Možno ste u takých dverí niekedy počuli syčanie, ako uniká stlačený vzduch. Dvojité posuvné dvere - úloha 1: Postavte pneumaticky ovládané dvojité posuvné dvere. Pokúste sa ich postaviť tak, aby sa obe častí dverí otvárali a zatvárali pomocou jedného ventilu. Tušíte, ako ovládať dva valce pomocou jediného ventilu? Riešenie je dané v návode na zostavenie. Aby ste vyriešili tento problém, prepojte dva valce do série, ako je popísané v návode. To znamená, že rovnaká stlačený vzduch bude prúdiť oboma valcami. Keď pripojíte ventil, pripojte ho na spojenie A, vďaka tomuto prúdu skrz oba valce sa dvere otvoria. Môžete vysunúť písry pre opätovné zatvorenie dverí, keď na ventile nastavíte ovládač doľava. Dvojité posuvné dvere - úloha 1: Ako viete, podobné systémy nie sú v skutočnosti riadené ručne. Viete, ako je možné, že fungujú automaticky? riešenie: V skutočnosti sa na otváranie dverí nepoužívajú ručné ventily. Namiesto toho sa otvárajú a zatvárajú pomocou elektrického pulzu. Ventil dostane z naprogramovaného logického ovládača pulz. Rozhodne sa sekvencie, v ktorej sa ventily aktivujú, program sa uloží a systém funguje plne automaticky. V kapitole "Viac o pneumatike" sa dozviete, ako môžete vaše modely zautomatizovať.
Katapult Na začiatku tejto príručky ste sa dozvedeli, že Grék Ktesibios postavil katapult už pred dávnou dobou. Keď to doviedol on, dovedie to taky! Katapult - úloha 1: Postavte pneumaticky ovládaný katapult s valcom bez návodu. Tušíte, ako to urobiť? Ak nie, prečítajte si odporúčania v návode na zostavenie. Katapult - úloha 2: Urobte ďalší pokus, podľa ktorého rozhodnete o dostrelu jednoduchého katapultu. K tomuto budete potrebovať meter a čiernu kocku 15. Umiestnite kocku do "košíka", ktorý je na konci ramena katapultu. Potom spustite ventil a zmerajte, ako ďaleko bola kostička odhodená. Nezabudnite určiť štartové bod, napr. Koniec modelu na strane s košíkom. Výsledok zapíšte.
Kostička 15 Typ modelu
Dostrel v centimetroch
Jednoduchý model
Katapult - úloha 3: Váš katapult by ma fungovať skvele. Ale teraz by sme radi vystrelili kostičku na ešte väčšiu vzdialenosť. Viete, ako na to? Riešenie U prvého modelu bol kompresor napojený na ventile priamo na strednú spojenie P bez nádržky na uskladnenie vzduchu. Na ďalšom modeli pridáme dve nádržky. U tohto modelu to bude teda znamenať, že stlačený vzduch z kompresora pôjde do ostatných valcov namiesto priamo do ventilu. Tieto valce sú teda naplnené stlačeným vzduchom.
1:
Pridajte do jednoduchého modelu dva valce. Ak neviete, ako to urobiť, pozrite sa do návodu na zostavenie. Po vylepšenie vášho modelu umiestnite do katapultu kocku a opäť spustite ventil, aby ju vystrelil. Zaznamenajte opäť, ako ďaleko doletela. Typ modelu Model so zásobníkom vzduchu
Dostrel v centimetroch
Čo ste zistili? Ktorý model strieľa ďalej? Viete, prečo? pozorovanie: Kostička doletela z modelu so zásobníkom vzduchu oveľa ďalej. vysvetlenie: Kompresor môže poskytnúť len určitú úroveň tlaku vzduchu. To znamená pri konštantnom tlaku medzi 0.7 až 0.8 bary dodá približne dva litre vzduchu za minutu.Použitím zásobníka zvýšite množstvo použitého vzduchu. Bude k dispozícii ihneď a nie je potrebné, aby bol vytvorený kompresorom. Vďaka tomu sa rameno katapultu pohybuje rýchlejšie a väčšia sila pôsobiaca na kocku spôsobí, že tá doletí ďalej. Riešenie 2: Možno poznáte Archimedovho vyhlásenie "Dajte mi dosť dlhú a pevnú páku a ja pohnem Zemou". Tomu sa hovorí zákon rovnováhy a jedná sa o technický koncept. Pre váš model to znamená, že dlhšie rameno vyvinie väčšiu silu. Preto predĺžte rameno katapultu a zistite, ako ďaleko bude katapult strieľať. Uvidíte, že vyššie spomínaný model váš katapult potvrdzuje.
Typ modelu
Dostrel v centimetroch
Model s dlhším ramenom Týmto sme došli na koniec kapitoly s predstavením tejto problematiky. Ako vidíte, pneumatika je veľmi účinná a veľmi zaujímavá. V ďalšej kapitole môžete použiť modela na hranie zo stavebnice Pneumatic 3 Construction Set.
Pneumatické modely na hranie Okrem skúšobných modelov stavebnice Profi Pneumatic 3 Set štyri ďalšie modely s fascinujúcimi a zábavnými funkciami. Tieto zahŕňajú realistické modely zberače balíkov slamy, zdvíhače klád, nakladač a bager. Do týchto modelov môžete namontovať kompresor a prepojiť ho s ventilmi a valcami. Ručné ventily vám dovoľujú ručne ovládať pažu so zverákom na zberači Baliak SLIM a zdvíhacie klád. Môžete zostaviť dohromady zostávajúce kocky ako náklad a nakladať ich jednu po druhej do nákladného automobilu. V skutočnosti sa na tieto účely používa namiesto pneumatiky hydraulika. Hydraulika využíva pre pohyb valcov namiesto vzduchu olej. Oproti vzduchu nemožno olej stlačiť a dovoľuje tak prenášať podstatne väčšiu silu. Avšak pre modely v tejto stavebnici pneumatika plne postačuje. Navyše je čistá, rýchla a hlavne fascinujúce. Dúfame, že ste si užili stavbu a hru s modelmi.
Ak niečo nefunguje Ak váš model nefunguje správne, pozrite sa do nasledujúcej tabuľky. Tá poskytuje zoznam možných chýb a ich príčin. Tabuľka je hlavne určená, aby poskytla rady, ako takéto problémy riešiť. Chyba
Možná príčina
Riešenie
Kompresor nefunguje
nezapojené batérie Slot na batérie nie je zapnutý Káble sú zapojené nesprávne
9V batéria alebo Accu Set Skontrolujte káble
Žiadny pohyb
Príliš veľa ventilov je v pozícii A alebo B (skrze ventily prúdi príliš veľa vzduchu)
Prenastavte po každom pohybe všetky ventily späť na strednej pozícii
Kompresor očividne funguje normálne, ale pneumatické valce sa pohybujú veľmi pomaly alebo vôbec
Ručný ventil netesní. Kontrola: Prepnite ju do vnútornej pozície. Vyskúšajte jedno po druhom všetky spojenia a podržte ventil pod vodou. Ak z neho vychádza veľa bubliniek, ventil netesní Pneumatický valec netesní. Kontrola: Zaveďte postupne tlak do všetkých troch spojenie jedného po druhom a podržte pod vodou. Ak z neho vychádza veľa bubliniek, valec netesní
Vymeňte ručný ventil
Hadička je upchatá Hadička je zauzlená. Kontrola: Prepojte každú hadičku samostatne priamo s kompresorom a zistite, či skrz ňu prúdi vzduch.
Ak je to potrebné, hadičku vymeňte Uistite sa, že hadička nie je zauzlená
Kompresor a valce sú v poriadku, ale jeden valec sa nevysúva
Vymeňte pneumatický valec
Viac o pneumatike Fascinujúce téma pneumatiky nie je v Profi Pneumatic 3 Set obsiahnuté úplne. V kapitole "Dvojité posuvné dvere" sme už spomenuli, že v skutočnosti sú pneumatické systémy automatizované. To, čo potrebujete k tomu, aby vaše modely boli automaticky spúšťané elektro-pneumaticky alebo podtlakom, je stavebnica ROBO TX ElectroPneumatic Construction Set. S touto stavebnicou sú všetky modely ovládané elektropneumatickým ventily namiesto ručných. S pomocou ovládača ROBO TX a jednoduchého softvéru ROBO Pro možno modely naprogramovať z vášho počítača. To je skutočné umenie! Ak budete v budúcnosti robiť čokoľvek spoločného s pneumatikou, či už v škole alebo v práci, určite si spomeniete na Pneumatic 3 Construction Set. Zistíte, že princíp "skutočné" pneumatiky je rovnaký ako vo vašej stavebnicu Fischertechnik, a že základom už rozumiete.
