Mechatronika Modul 3: fluidní technika Řešení (koncept) Matthias Römer Henschke Consulting Dresden SRN
Evropský koncept pro doplňkovou kvalifikaci mechatronik odborných procovníků v globalizované průmyslové výorbě. EU – Projekt č. DE/08/LLP-LdV/TOI/147110 „MINOS++“, platnost od 2008 do 2010, EU – Projekt č. 2005-146319 „Minos“, platnost od 2005 od 2007 Tento projekt byl realizován za finanční podpory Evropské unie. Za obsah publikací (sdělení) odpovídá výlučně autor. Publikace (sdělení) nereprezentují názory Evropské komise a Evropská komise neodpovídá za použití informací, jež jsou jejich obsahem. www.minos-mechatronic.eu
Partnei pro provádní, hodnocení a šíení výsledk projekt MINOS a MINOS**. -
Chemnitz University of Technology, Institute for Machine Tools and Production Processes, Germany np – neugebauer und partner OhG, Germany Henschke Consulting, Germany Corvinus University of Budapest, Hungary Wroclaw University of Technology, Poland IMH, Machine Tool Institute, Spain Brno University of Technology, Czech Republic CICmargune, Spain University of Naples Federico II, Italy Unis a.s. company, Czech Republic Blumenbecker Prag s.r.o., Czech Republic Tower Automotive Sud S.r.l., Italy Bildungs-Werkstatt Chemnitz gGmbH, Germany Verbundinitiative Maschinenbau Sachsen VEMAS, Germany Euroregionala IHK, Poland Korff Isomatic sp.z.o.o. Wroclaw, Polen Euroregionale Industrie- und Handelskammer Jelenia Gora, Poland Dunaferr Metallwerke Dunajvaros, Hungary Knorr-Bremse Kft. Kecskemet, Hungary Nationales Institut für berufliche Bildung Budapest, Hungary Christian Stöhr Unternehmensberatung, Germany Universität Stockholm, Institut für Soziologie, Sweden
Obsah studijních podklad Minos: moduly 1 – 8 (uebnice, cviebnice a klí ke cviením) zahrnující: základy / interkulturní kompetence, projektový management / fluidní techniku / elektrické pohony a ízení/ mechatronické komponenty / mechatronické systémy a funkce / uvedení do provozu, bezpenost, vzdálený servis / dálková údržbu a diagnostiku. Minos **: moduly 9 – 12 (uebnice, cviebnice a klí ke cviením) zahrnující: rychlé vytváení prototyp / robotiku / migraci / rozhraní. Všechny moduly jsou dostupné v následujících jazycích: nmina, anglitina, španlština, italština, polština, eština a maarština.
Pro více informací prosím kontaktujte: Technical University Chemnitz Dr. Ing. Andreas Hirsch Reichenhainer Straße 70, 09107 Chemnitz Tel.: + 49(0)0371 531-23500 Fax.: + 49(0)0371 531-23509 Email:
[email protected]
Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/WerkzMasch www.minos-mechatronic.eu
Fluidní technika
1
Pneumatika
1.1
Zásobování tlakového vzduchu Úloha 1
Minos
Jak se zmní teplota plynu, když je stlaen? Teplota plynu se zvýší. Jaké typy kompresor se k tomuto úelu používají? Používá pedevším pístový nebo šroubový kompresor. Jaké jsou nejastji využívané možnosti sušení vzduchu? Vedle kondenzaní sušení se používá i adsorpní sušení. Souástí jednotky na úpravu vzduchu je pak membránový suši. V jakém poadí jsou uspoádány jednotlivé prvky jednotky pro úpravu vzduchu? Nejprve protéká vzduch ltrem a potom regulaním ventilem tlaku. Posledním stavebním prvkem je maznice, která vytváí olejovou mlhu. Co znamená šipka pes pružinu na symbolu ventilu pro regulaci tlaku? Šipka symbolizuje, že je stavitelná síla pružiny. To umožuje mnit tlak na regulaním ventilu. K emu slouží otevení odvzdušnní na ventilu pro regulaci tlaku a co se stane, když je zavený? Otevením odvzdušnní mže být odpuštn píliš vysoký tlak tlakovým ventilem do okolí. Je li toto odvzdušnní zaveno, nemže už regulaní tlakový ventil tlak snížit. Jakou úlohu plní zásobník stlaeného vzduchu? Tlakový zásobník vytváí zásoby tlakového vzduchu a mže tím pokrýt špikovou spotebu. V zásobníku pímo nad kompresorem se ochlazuje stlaený vzduch. Tím je zrovna odlouena ást stlaeného vzduchu od obsažené vody.
3
Fluidní technika
Minos
1.2
Ovládání jednoinného válce (lineárního pneumotoru) Úloha 2
Jednoinný lineární pneumotor se má vysunout po stlaení tlaítka, avšak pi jeho uvolnní ihned zase zasunout. Doplte schéma zapojení!
Otázky
Jak musí být zmnno schéma zapojení, aby se vysunutý válec zasunul jen po stisknutí tlaítka? Je použit ventil s klidovou polohou. U nkterých ventil je také možné, realizovat klidovou polohu tím, že je tlak vzduchu piveden na svorku 3. Co je v tomto pípad u rozvade k povšimnutí? Je použit takový rozvad, u kterého mže být tlak piveden na svorku 1 nebo 3. Toto je asto možné u šoupátkových ventil. Existují ale i sedlové ventily s klidovou polohou. Pro mže vykonávat jednoinný válec práci jen v jednom smru? Zptný zdvih nastává jen díky síle zabudované pružiny. Tato síla není dost velká na vykonání potebné pídavné práce. K emu je potebné otevení odvzdušnní v prostoru pístní tye jednoinného válce? Otevené odvzdušování zabrauje tvoení vzduchového polštáe pi výsuvu válce v míst prostoru pístní tye. Tím by byl pístu stavn odpor. Pi zasouvání válce pitéká vzduch z vnjšku a zabrauje podtlaku. Co je k povšimnutí na ovládací síle sedlového ventilu, když pepíná rozdíln vysoký tlak? Ovládací síla sedlového ventilu je závislá na výšce tlaku vzduchu, který je na nj piveden. <ím vyšší je tlak, tím vyšší musí být ovládací síla.
4
Fluidní technika
Didaktický odkaz
Minos
Ped stavbou schématu zapojení je teba nejprve zopakovat, dležitost jednotky na úpravu vzduchu a její funkci. Nastavení tlaku vzduchu je pak teba demonstrovat. Je teba upozornit, že nezapojená a nepipevnná hadice pod tlakem je možným zdrojem nebezpeí úrazu. Na obrázku 1 je znázornno ešení schématu zapojení. Použijte nejprve sedlový ventil, následn šoupátkový. Ukažte rozdílné velikosti ovládací síly ventil pi rzných tlacích. U 3/2-cestného ventilu v šoupátkovém provedení mže být zamnna svorka 1 a 3. V tom pípad zmte schéma zapojení tak, aby válec pi nulové ovládací síle zstal rovnž ve výchozí poloze.
2
1
3
Obrázek 1: ízení jednoinného válce (lineárního pneumotoru)
5
Fluidní technika
Minos
1.3
Ovládání dvojinného válce (lineárního pneumotoru) Úloha 3
Dvojinný lineární pneumotor se má vysunout po stlaení tlaítka, avšak pi jeho uvolnní ihned zase zasunout. Doplte schéma zapojení!
Otázky
Co zpsobí tlumení konce zdvihu válce? S pomocí koncového tlumení se vyvarujeme tvrdému nárazu pístu v koncové poloze. To je nutné pedevším v pípad, když válec používá velké síly. Jako alternativy mohou být použity ke koncovému tlumení externí tlumie náraz. K emu je zapotebí magnetický kroužek v pístu? S pomocí magnetického kroužku je možné vystihnout bezdotykov pozici pístu.
6
Fluidní technika
Didaktický odkaz
Minos
Nejdíve je teba se zamit na 5/2-cestný ventil. Je nutné upozornit na to, že pi zamnní svorky 2 a 4 válec vyjede už v základní poloze ventilu, tzn. bez pivedení ovládací síly. Pedve@te funkci tlumení na konci zdvihu válce. K tomu nechte válec vysunout a zase zasunout a penastavte pi tom škrtící šroub. Ukažte také, že pi píliš silném škrcení není ani dosažena koncová poloha válce. Nakonec i@te válec dvma 3/2 rozvadi. 3/2 rozvad na stran pístní tye musí být pipojen k prchozí klidové poloze. Pi stlaení obou rozvad souastn je dosaženo stejné funkce jako pi použití 5/2 rozvade. Popípad je ješt možné stlaením jen jednoho rozvade zapojit pod tlak oba prostory válce. Ukažte možnost odvzdušnní a tím zvýšení rychlosti pístu.
2
4
5
Obrázek 2:
1
3
ízení dvojinného válce (lineárního pneumotoru)
7
Fluidní technika
Minos
1.4
Nepímé ízení pneumotoru Úloha 4
Dvojinný lineární pneumotor se má vysunout po stlaení tlaítka, avšak pi jeho uvolnní ihned zase zasunout. Rozvad k ízení tohoto pneumotoru má být ovládán pneumaticky pomocí tlaítka. Doplte schéma zapojení! Oznate všechny pípojky ventilu!
Otázky
V kterých pípadech je ventil, který ídí válec, ovládán nepímo? Velkoobjemový válec je ízen velkým ventilem. Pi nepímém ízení mžou být použity malé ventily jako tlaítka. Krom toho mohou být tlaítka daleko od hlavního ventilu. Jak daleko smí být tlaítko od tohoto ventilu maximáln vzdáleno? Tlaítko a všeobecn signalizace nesmí být vzdáleny déle než 10 m od ízeného ventilu. Pi vtších délkách hadic hrozí nebezpeí, že signál bude slabý. Pneumaticky ízený rozvad je ovládán ídícím vzduchem o tlaku asi 1,5 bar. Pro nepepojí? Tlak je píliš malý na to, aby ve spojení s plochou ídícího pístu ventil pepnul. Síla, která pes tento ídící tlak vzniká, je menší než síla pružiny k vrácení ventilu do pvodní polohy. Ventil proto nepepojí. Kde se nachází 3/2 - rozvad u pomocného ízení? U pomocného ízení se nachází 3/2 rozvad pímo na hlavním ventilu. Ovládací vedení je pak velmi krátké Pro je používáno ízení s pomocným ídícím obvodem? Pomocným ídícím obvodem (servoízením) mže být uveden do pohybu hlavní ventil velmi malou silou. K tomuto úelu se používají pedevším elektrické servoventily. Pro nepatrné síly pro ízení mžou být použity malé magnetické cívky s nízkou spotebou energie.
8
Fluidní technika
Didaktický odkaz
Minos
Postavte a prove@te pokus. Jednotlivé komponenty by mly být uspoádány podobn, jako ve schématu zapojení. Je teba zdraznit rozdíl mezi ízenými a ídícími leny. Dále je teba upozornit na to, že je ídící vedení znaeno perušovanou arou. Pro lepší znázornní je na testovacím standu vhodné použít hadice s odlišnou barvou. Následn mže být do pívodu k tlaítku vestavn regulaní ventil tlaku. Snižováním ídícího tlaku pak ukažte, že pneumaticky ovládaný 5/2 - ventil potebuje pro svou správnou funkci uritý minimální tlak. U ventil se vzduchovou pružinou ukažte, že síla pružiny závisí na provozním tlaku ventilu. Krom toho stanovte potebný ídící tlak ventil pi rzných tlacích na hlavním ventilu.
4
2
14 5
1
3
2
1
3
Obrázek 3: Nepímé ízení dvojinného válce (lineárního pneumotoru)
9
Fluidní technika
Minos
1.5
ízení lineárního pneumotoru impulsním ventilem Úloha 5
Dvojinný lineární pneumotor má být vysunut po stisknutí tlaítka a po jeho uvolnní zstat vysunutý. Teprve po stisknutí druhého tlaítka má být opt zasunut. Doplte schéma zapojení! Oznate všechny pípojky ventilu!
Otázky
Co se stane, když bude stisknuto první tlaítko a souasn stiskneme druhé? Signál druhého tlaítka nemže pepojit impulsní ventil, dokud není signál prvního tlaítka odpojen. V jaké výchozí poloze mže stát impulsní ventil, pokud už je v obvodu tlak, ale žádné tlaítko ješt nebylo stisknuto? Jakou polohu potom zaujme válec? Protože impulsní ventil nemá žádnou pevnou základní polohu, mže stát v obou možných polohách. Proto je možné, že se válec ihned po pipojení tlakového vzduchu vysune. U jaké konstrukce impulsního ventilu má pednost pipojení ídícího vzduchu? U impulzního ventilu s diferenciálním pístem jsou ob plochy ídícího pístu rzn velké. Pi stejn velkých ídících tlacích má ten signál pednost, který je pipojen k vtší ploše pístu. Jednoinný válec má být ízen impulsním ventilem. K dispozici je ale jen 5/2 rozvad. Co s tím? Zavení jednoho z obou výstup u 5/2 - rozvade mže z tohoto rozvade vytvoit rozvad 3/2. Je-li zapotebí 3/2 - rozvad s uzamykatelnou klidovou polohou ml by pak být válec pipojen na svorku 4.
10
Fluidní technika
Didaktický odkaz
Minos
Postavte a prove@te pokus. Jednotlivé komponenty by mly být uspoádány podobn, jako ve schématu zapojení. Krátkým stisknutím tlaítka start uve@te válec do pohybu. Demonstrujte ob možné polohy impulsního ventilu. K tomu pive@te válec do vysunuté polohy a odpojte od tlaku vzduchu. Poté zasute válec zpt do výchozí polohy. Po optovném pipojení tlaku se válec znovu vysune. Upozornte pi tom na pozici impulsního ventilu. Stisknutím obou tlaítek souasn ukažte, že impulsní ventil nemže být pepnut, pokud je na další pípojku stále piveden ídící tlak.
4
2
14
12 5
3
2
2
1
1
3
1
3
Obrázek 4: ízení lineárního pneumotoru impulsním ventilem
11
Fluidní technika
Minos
1.6
ízení rychlosti lineárního pneumotoru Úloha 6
Dvojinný lineární pneumotor má být vysunut po stisknutí tlaítka a po jeho uvolnní zstat vysunutý. Teprve po stisknutí druhého tlaítka má být zasunut. Rychlost vysouvání má být snížena zptným škrtícím ventilem. Rychlost zasouvání má zstat neízena. Doplte schéma zapojení!
Otázky
Pro je symbol zptného škrtícího ventilu orámován erchovanou arou? Zptný škrtící ventil se skládá ze škrtícího ventilu a jednocestného zptného ventilu. Na symbolu je objasnno, že ob složky jsou spojeny v jedné sestav a jsou ohranieny erchovanou arou. Pro se asto dává pednost škrcení vzduchu na výstupu lineárního pneumotoru ped škrcením na vstupu? Pi škrcení vzduchu na výfuku psobí na ob strany pístu tlak. Proto zajíždí válec pedevším pi nízkých rychlostech podstatn rovnomrnji. Pi škrcení pivádného vzduchu dochází k trhavému pohybu, tzv. StickSlip-Efekt. Kdy je nutné použít škrcení na vstupu? Škrcení pivádného vzduchu je použito u velmi malých válc a u jednoinných válc. U jednoinných válc tlumí nerovnomrný pohyb pružina. Jakým prvkem je možné zvýšit rychlost lineárního pneumotoru? Zvýšení rychlosti je možné provést rychloodvzdušovacím ventilem. Spojovací vedení k tomuto ventilu má být pitom co možná nejkratší.
12
