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
Partne i pro provád ní, hodnocení a ší ení 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 (u ebnice, cvi ebnice a klí ke cvi ením) zahrnující: základy / interkulturní kompetence, projektový management / fluidní techniku / elektrické pohony a ízení/ mechatronické komponenty / mechatronické systémy a funkce / uvedení do provozu, bezpe nost, vzdálený servis / dálková údržbu a diagnostiku. Minos **: moduly 9 12 (u ebnice, cvi ebnice a klí ke cvi ením) zahrnující: rychlé vytvá ení prototyp / robotiku / migraci / rozhraní. Všechny moduly jsou dostupné v následujících jazycích: n m ina, angli tina, špan lština, italština, polština, eština a ma arština. 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: wzm@mb.tu-chemnitz.de Internet: www.tu-chemnitz.de/mb/werkzmasch www.minos-mechatronic.eu
Fluidní technika Minos 1 Pneumatika 1.1 Zásobování tlakového vzduchu Úloha 1 Jak se zm ní teplota plynu, když je stla en? Teplota plynu se zvýší. Jaké typy kompresor se k tomuto ú elu používají? Používá p edevším pístový nebo šroubový kompresor. Jaké jsou nej ast ji využívané možnosti sušení vzduchu? Vedle kondenza ní sušení se používá i adsorp ní sušení. Sou ástí jednotky na úpravu vzduchu je pak membránový suši. V jakém po adí jsou uspo ádány jednotlivé prvky jednotky pro úpravu vzduchu? Nejprve protéká vzduch ltrem a potom regula ním ventilem tlaku. Posledním stavebním prvkem je maznice, která vytvá í olejovou mlhu. Co znamená šipka p es pružinu na symbolu ventilu pro regulaci tlaku? Šipka symbolizuje, že je stavitelná síla pružiny. To umož uje m nit tlak na regula ním ventilu. K emu slouží otev ení odvzdušn ní na ventilu pro regulaci tlaku a co se stane, když je zav ený? Otev ením odvzdušn ní m že být odpušt n p íliš vysoký tlak tlakovým ventilem do okolí. Je li toto odvzdušn ní zav eno, nem že už regula ní tlakový ventil tlak snížit. Jakou úlohu plní zásobník stla eného vzduchu? Tlakový zásobník vytvá í zásoby tlakového vzduchu a m že tím pokrýt špi kovou spot ebu. V zásobníku p ímo nad kompresorem se ochlazuje stla ený vzduch. Tím je zrovna odlou ena ást stla eného vzduchu od obsažené vody. 3
Minos Fluidní technika 1.2 Ovládání jedno inného válce (lineárního pneumotoru) Úloha 2 Jedno inný lineární pneumotor se má vysunout po stla ení tla ítka, avšak p i jeho uvoln ní ihned zase zasunout. Dopl te schéma zapojení! Otázky Jak musí být zm n no schéma zapojení, aby se vysunutý válec zasunul jen po stisknutí tla ítka? Je použit ventil s klidovou polohou. U n kterých ventil je také možné, realizovat klidovou polohu tím, že je tlak vzduchu p iveden na svorku 3. Co je v tomto p ípad u rozvad e k povšimnutí? Je použit takový rozvad, u kterého m že být tlak p iveden na svorku 1 nebo 3. Toto je asto možné u šoupátkových ventil. Existují ale i sedlové ventily s klidovou polohou. Pro m že vykonávat jedno inný válec práci jen v jednom sm ru? Zp tný zdvih nastává jen díky síle zabudované pružiny. Tato síla není dost velká na vykonání pot ebné p ídavné práce. K emu je pot ebné otev ení odvzdušn ní v prostoru pístní ty e jedno inného válce? Otev ené odvzduš ování zabra uje tvo ení vzduchového polštá e p i výsuvu válce v míst prostoru pístní ty e. Tím by byl pístu stav n odpor. P i zasouvání válce p itéká vzduch z vn jšku a zabra uje podtlaku. Co je k povšimnutí na ovládací síle sedlového ventilu, když p epíná rozdíln vysoký tlak? Ovládací síla sedlového ventilu je závislá na výšce tlaku vzduchu, který je na n j p iveden. ím vyšší je tlak, tím vyšší musí být ovládací síla. 4
Fluidní technika Minos Didaktický odkaz P ed stavbou schématu zapojení je t eba nejprve zopakovat, d ležitost jednotky na úpravu vzduchu a její funkci. Nastavení tlaku vzduchu je pak t eba demonstrovat. Je t eba upozornit, že nezapojená a nep ipevn ná hadice pod tlakem je možným zdrojem nebezpe í úrazu. Na obrázku 1 je znázorn no ešení schématu zapojení. Použijte nejprve sedlový ventil, následn šoupátkový. Ukažte rozdílné velikosti ovládací síly ventil p i r zných tlacích. U 3/2-cestného ventilu v šoupátkovém provedení m že být zam n na svorka 1 a 3. V tom p ípad zm te schéma zapojení tak, aby válec p i nulové ovládací síle z stal rovn ž ve výchozí poloze. 2 Obrázek 1: ízení jedno inného válce (lineárního pneumotoru) 5
Minos Fluidní technika 1.3 Ovládání dvoj inného válce (lineárního pneumotoru) Úloha 3 Dvoj inný lineární pneumotor se má vysunout po stla ení tla ítka, avšak p i jeho uvoln ní ihned zase zasunout. Dopl te schéma zapojení! Otázky Co zp sobí tlumení konce zdvihu válce? S pomocí koncového tlumení se vyvarujeme tvrdému nárazu pístu v koncové poloze. To je nutné p edevším v p ípad, když válec používá velké síly. Jako alternativy mohou být použity ke koncovému tlumení externí tlumi e náraz. K emu je zapot ebí magnetický kroužek v pístu? S pomocí magnetického kroužku je možné vystihnout bezdotykov pozici pístu. asto je uspo ádán spína válce na krajní poloze válce. Dosáhne-li píst této kone né polohy, je p es spína válce vyslán signál. Jakou polohu zujme normální dvoj inný válec, když jsou jeho oba vstupy sepnuty sou asn na stejný tlak? V p ípad normálního válce je plocha pístu v tší než plocha mezikruží na stran pístní ty e. P sobí-li na obou spojích stejný tlak, tak je vlivem v tší plochy pístu v tší i síla ve sm ru výsuvu. Válec se tedy vysouvá. Jak vysoká je asi spot eba vzduchu dvoj inného válce na rozdíl od jedno inného? Spot eba vzduchu dvoj inného válce je asi dvakrát tak v tší. Pro pohyb válce je pln n st ídav prostor pístu a prostor s pístní ty í vzduchem. Jaký je rozdíl mezi jednoduchou a dvojitou šipkou na rozvad i? Dvojité šipky zna í, že ventilem m že protékat medium v obou sm rech. P i jednoduché šipce je pr tok možný jen v jednom sm ru. 6
Fluidní technika Minos Didaktický odkaz Nejd íve je t eba se zam it na 5/2-cestný ventil. Je nutné upozornit na to, že p i zam n ní svorky 2 a 4 válec vyjede už v základní poloze ventilu, tzn. bez p ivedení ovládací síly. P edve te funkci tlumení na konci zdvihu válce. K tomu nechte válec vysunout a zase zasunout a p enastavte p i tom škrtící šroub. Ukažte také, že p i p íliš silném škrcení není ani dosažena koncová poloha válce. Nakonec i te válec dv ma 3/2 rozvad i. 3/2 rozvad na stran pístní ty e musí být p ipojen k pr chozí klidové poloze. P i stla ení obou rozvad sou astn je dosaženo stejné funkce jako p i použití 5/2 rozvad e. Pop ípad je ješt možné stla ením jen jednoho rozvad e zapojit pod tlak oba prostory válce. Ukažte možnost odvzdušn ní a tím zvýšení rychlosti pístu. 4 2 5 Obrázek 2: ízení dvoj inného válce (lineárního pneumotoru) 7
Minos Fluidní technika 1.4 Nep ímé ízení pneumotoru Úloha 4 Dvoj inný lineární pneumotor se má vysunout po stla ení tla ítka, avšak p i jeho uvoln ní ihned zase zasunout. Rozvad k ízení tohoto pneumotoru má být ovládán pneumaticky pomocí tla ítka. Dopl te schéma zapojení! Ozna te všechny p ípojky ventilu! Otázky V kterých p ípadech je ventil, který ídí válec, ovládán nep ímo? Velkoobjemový válec je ízen velkým ventilem. P i nep ímém ízení m žou být použity malé ventily jako tla ítka. Krom toho mohou být tla ítka daleko od hlavního ventilu. Jak daleko smí být tla ítko od tohoto ventilu maximáln vzdáleno? Tla ítko a všeobecn signalizace nesmí být vzdáleny déle než 10 m od ízeného ventilu. P i v tších délkách hadic hrozí nebezpe í, že signál bude slabý. Pneumaticky ízený rozvad je ovládán ídícím vzduchem o tlaku asi 1,5 bar. Pro nep epojí? Tlak je p íliš malý na to, aby ve spojení s plochou ídícího pístu ventil p epnul. Síla, která p es tento ídící tlak vzniká, je menší než síla pružiny k vrácení ventilu do p vodní polohy. Ventil proto nep epojí. Kde se nachází 3/2 - rozvad u pomocného ízení? U pomocného ízení se nachází 3/2 rozvad p ímo na hlavním ventilu. Ovládací vedení je pak velmi krátké Pro je používáno ízení s pomocným ídícím obvodem? Pomocným ídícím obvodem (servo ízením) m že být uveden do pohybu hlavní ventil velmi malou silou. K tomuto ú elu se používají p edevším elektrické servoventily. Pro nepatrné síly pro ízení m žou být použity malé magnetické cívky s nízkou spot ebou energie. 8
Fluidní technika Minos Didaktický odkaz Postavte a prove te pokus. Jednotlivé komponenty by m ly být uspo ádány podobn, jako ve schématu zapojení. Je t eba zd raznit rozdíl mezi ízenými a ídícími leny. Dále je t eba upozornit na to, že je ídící vedení zna eno p erušovanou arou. Pro lepší znázorn ní je na testovacím standu vhodné použít hadice s odlišnou barvou. Následn m že být do p ívodu k tla ítku vestav n regula ní ventil tlaku. Snižováním ídícího tlaku pak ukažte, že pneumaticky ovládaný 5/2 - ventil pot ebuje pro svou správnou funkci ur itý minimální tlak. U ventil se vzduchovou pružinou ukažte, že síla pružiny závisí na provozním tlaku ventilu. Krom toho stanovte pot ebný ídící tlak ventil p i r zných tlacích na hlavním ventilu. 14 4 2 5 2 Obrázek 3: Nep ímé ízení dvoj inného válce (lineárního pneumotoru) 9
Minos Fluidní technika 1.5 ízení lineárního pneumotoru impulsním ventilem Úloha 5 Dvoj inný lineární pneumotor má být vysunut po stisknutí tla ítka a po jeho uvoln ní z stat vysunutý. Teprve po stisknutí druhého tla ítka má být op t zasunut. Dopl te schéma zapojení! Ozna te všechny p ípojky ventilu! Otázky Co se stane, když bude stisknuto první tla ítko a sou asn stiskneme druhé? Signál druhého tla ítka nem že p epojit impulsní ventil, dokud není signál prvního tla ítka odpojen. V jaké výchozí poloze m že stát impulsní ventil, pokud už je v obvodu tlak, ale žádné tla ítko ješt nebylo stisknuto? Jakou polohu potom zaujme válec? Protože impulsní ventil nemá žádnou pevnou základní polohu, m že stát v obou možných polohách. Proto je možné, že se válec ihned po p ipojení tlakového vzduchu vysune. U jaké konstrukce impulsního ventilu má p ednost p ipojení ídícího vzduchu? U impulzního ventilu s diferenciálním pístem jsou ob plochy ídícího pístu r zn velké. P i stejn velkých ídících tlacích má ten signál p ednost, který je p ipojen k v tší ploše pístu. Jedno inný válec má být ízen impulsním ventilem. K dispozici je ale jen 5/2 rozvad. Co s tím? Zav ení jednoho z obou výstup u 5/2 - rozvad e m že z tohoto rozvad e vytvo it rozvad 3/2. Je-li zapot ebí 3/2 - rozvad s uzamykatelnou klidovou polohou m l by pak být válec p ipojen na svorku 4. 10
Fluidní technika Minos Didaktický odkaz Postavte a prove te pokus. Jednotlivé komponenty by m ly být uspo ádány podobn, jako ve schématu zapojení. Krátkým stisknutím tla ítka start uve te válec do pohybu. Demonstrujte ob možné polohy impulsního ventilu. K tomu p ive te válec do vysunuté polohy a odpojte od tlaku vzduchu. Poté zasu te válec zp t do výchozí polohy. Po op tovném p ipojení tlaku se válec znovu vysune. Upozorn te p i tom na pozici impulsního ventilu. Stisknutím obou tla ítek sou asn ukažte, že impulsní ventil nem že být p epnut, pokud je na další p ípojku stále p iveden ídící tlak. 4 2 14 12 5 2 2 Obrázek 4: ízení lineárního pneumotoru impulsním ventilem 11
Minos Fluidní technika 1.6 ízení rychlosti lineárního pneumotoru Úloha 6 Dvoj inný lineární pneumotor má být vysunut po stisknutí tla ítka a po jeho uvoln ní z stat vysunutý. Teprve po stisknutí druhého tla ítka má být zasunut. Rychlost vysouvání má být snížena zp tným škrtícím ventilem. Rychlost zasouvání má z stat ne ízena. Dopl te schéma zapojení! Otázky Pro je symbol zp tného škrtícího ventilu orámován erchovanou arou? Zp tný škrtící ventil se skládá ze škrtícího ventilu a jednocestného zp tného ventilu. Na symbolu je objasn no, že ob složky jsou spojeny v jedné sestav a jsou ohrani eny erchovanou arou. Pro se asto dává p ednost škrcení vzduchu na výstupu lineárního pneumotoru p ed škrcením na vstupu? P i škrcení vzduchu na výfuku p sobí na ob strany pístu tlak. Proto zajíždí válec p edevším p i nízkých rychlostech podstatn rovnom rn ji. P i škrcení p ivád ného vzduchu dochází k trhavému pohybu, tzv. Stick- Slip-Efekt. Kdy je nutné použít škrcení na vstupu? Škrcení p ivád ného vzduchu je použito u velmi malých válc a u jedno inných válc. U jedno inných válc tlumí nerovnom rný pohyb pružina. Jakým prvkem je možné zvýšit rychlost lineárního pneumotoru? Zvýšení rychlosti je možné provést rychloodvzduš ovacím ventilem. Spojovací vedení k tomuto ventilu má být p itom co možná nejkratší. 12