RADOSLAV KORBAR

PNEUMATIKA I HIDRAULIKA

VELEU

ILIŠTE U KARLOVCU

KARLOVAC, 2007.

Autor:

mr. sc. Radoslav Korbar

Recenzenti:

prof. dr. sc. Joško Petri

prof. dr. sc. Ante Pavi

prof. dr. sc. Branko Staniša

Nakladnik:

Veleu

ilište u Karlovcu

Za nakladnika: prof. dr. sc. Antun Alegro

ISBN 978-953-7343-07-1

Copyright © Veleu

ilište u Karlovcu

9.3

RILNA PUMPA

..................................................................................................................... 91

9.4

LIPNA PUMPA

..................................................................................................................... 91

9.5

EGULACIJA PUMPI

.............................................................................................................. 94

HIDRAULI

KI MOTORI......................................................................................................... 95

10.1

OTACIJSKI MOTORI

............................................................................................................. 95

10.1.1

Zup

asti motor ........................................................................................................... 96

10.1.2

Krilni motor ............................................................................................................... 97

10.1.3

Klipni motor ............................................................................................................... 97

10.2

IDRAULI

KI CILINDRI

......................................................................................................... 98

10.3

AKRETNI MOTORI

............................................................................................................. 101

VENTILI.................................................................................................................................... 102

11.1

AZVODNICI

....................................................................................................................... 102

11.2

EPOVRATNI VENTILI

......................................................................................................... 105

11.3

NI VENTILI

................................................................................................................. 106

11.4

ROTO

NI VENTILI

............................................................................................................. 111

AKUMULATORI ..................................................................................................................... 114

FILTRI....................................................................................................................................... 117

PRIMJERI FUNKCIJSKIH SHEMA..................................................................................... 120

14.1

IDRAULI

KI POGONI

......................................................................................................... 120

14.2

PRAVLJANJE BRZINE IZVRŠNOG MOTORA

......................................................................... 121

14.2.1

Paralelni spoj pumpi................................................................................................ 121

14.2.2

Upravljanje brzinom diferencijalnog cilindra ......................................................... 122

14.2.3

Upravljanje pomo

u prigušnih ventila..................................................................... 123

14.2.4

Upravljanje pomo

u regulatora protoka ................................................................. 124

14.3

LOKIRANJE CILINDRA

....................................................................................................... 127

14.4

INKRONIZACIJA GIBANJA IZVRŠNIH ELEMENATA

.............................................................. 128

14.5

KLOPOVI S HIDRAULI

KIM AKUMULATOROM

................................................................... 129

PRIMJERI PRIMJENE ........................................................................................................... 131

15.1

KLOP ZA POKRETANJE DIESEL

MOTORA

............................................................................ 131

15.2

IDRAULI

KA PREŠA

.......................................................................................................... 131

15.3

LATFORMA ZA PODIZANJE

................................................................................................ 132

LITERATURA ................................................................................................................................... 134

PREDGOVOR

Ova skripta sadrže gradivo kolegija ''Pneumatika i hidraulika'' IV semestra studija
Mehatronike Veleu

ilišta u Karlovcu. Skripta mogu biti od pomo

i studentima

tehni

kih u

ilišta za pripremu ispita iz podru

ja pneumatike i hidraulike.

Izbor i sistematizacija obra

enih tema uglavnom se podudaraju s temeljnim

ajevima hidraulike i pneumatike. Me

utim, program je morao biti prilago

raspoloživom vremenu i adekvatno ograni

en. Zato u skripta nisu uklju

ena podru

elektropneumatike, elektrohidraulike i proporcionalne tehnike, unato

njihovoj

aktualnosti i potrebama prakse. Tako

er se sva šarolikost mogu

ih tehni

kih rješenja

ne tretira sveobuhvatno. Obra

ena su samo tehni

ka rješenja potrebna za

razumijevanje suštinskih problema i principa. Izloženo gradivo predstavlja solidnu
bazu za daljnji samostalni rad, usavršavanje i produbljivanje znanja iz pojedinih
podru

ja sukladno individualnim potrebama.

Ugodna mi je dužnost zahvaliti kolegama na svim sugestijama i podršci u pripremi i
objavi ovih skripata. Osobitu zahvalnost dugujem prof. dr. sc. Jošku Petri

u za

njegovu nesebi

nu i svesrdnu pomo

. Tako

u i

itateljima biti zahvalan na

eventualnim sugestijama i upozorenjima na pogreške prisutne u tekstu.

Karlovac, lipanj 2007.

Autor

Cilj upravljanja je prekap

anje i prilago

avanje sukladno radnom procesu i uvjetima,

kao i ograni

enje optere

enja sustava. Upravljanje djeluje na tok fluida (prekap

anje

putova fluida, promjena smjera strujanja, grananje – odvajanje dijela fluida) ili
mijenja geometriju generatora ili motora. Djeluje uvjetovano (npr. upravljanje prema
tlaku, položaju) ili bezuvjetno. Na isti na

in aktiviraju se i sami upravlja

ki elementi.

Aktiviranje upravlja

kih elemenata vrši se neposredno ili posredno. To pruža veliku

mogu

nost daljinskog i/ili automatskog upravljanja, naro

ito u kombinaciji s

elektroni

kim upravlja

kim elementima. Pneumatski sustavi

esto se kombiniraju s

hidrauli

kim (za velike sile) i/ili elektri

nim (za prijenos i obradu signala).

Prijenos energije putem radnog fluida pruža gotovo neograni

enu mogu

nost

pretvorbe faktora koji odre

uju snagu (sila i moment odn. brzina i kutna brzina).

Zavisno od snage i vanjskih uvjeta postoji niz klasifikacija fluidi

kih sustava.

Prema razini snage fluidi

ki sustavi dijele se u dvije grupe

– Sustavi za prijenos snage

Ulazna energija dovodi se na mjesto primjene i vrši se njena pretvorba kako bi se
ostvarile željene sile/momenti uz potrebnu brzinu/kutnu brzinu. Zbog velike snage
potreban je visok stupanj korisnog djelovanja.

– Izvršni (servo) prigoni

Moraju na mjestu primjene precizno izvršiti upravlja

ke i regulacijske naredbe.

Ovdje je bitna to

nost prijenosa informacije (signala), a stupanj korisnog

djelovanja može se zanemariti.

Zadatak fluidi

kog sustava može biti

– Prijenos snage

Zadatak je prijenos snage od mjesta proizvodnje do mjesta primjene, a važan je
visok stupanj korisnog djelovanja u širokom podru

je pretvorbe energije. Primjer:

pogon vožnje.

– Ostvarivanje sile

Na mjesto primjene potrebno je dovesti velike sile/momente, a stupanj korisnog
djelovanja je manje važan. Primjer: preša, škare.

– Ostvarivanje pomaka

Zadatak je ostvariti pomak uz visoku to

nost pozicije i brzine,

esto uz relativno

malo optere

enje. Stupanj korisnog djelovanja uglavnom nema zna

aja. Primjer:

alatni strojevi, kopirni strojevi.

in gibanja motora fluidi

kih sustava uklju

uje

– Kružno gibanje

s beskona

nim kutom zakreta vratila motora

– Zakretno gibanje

s ograni

enim kutom zakreta vratila motora.

– Pravocrtno gibanje

Prema na

inu rada postoje

– Sustavi s vlastitom energijom

Njihov zadatak je prijenos sile do mjesta primjene, uz odgovaraju

e poja

anje ili

raspodjelu sile. Primjer: ko

nica automobila.

– Sustavi s vanjskom energijom

To su pravi fluidi

ki sustavi. Mehani

ka energija dovodi se izvana i u

odgovaraju

oj formi prenosi na mjesto primjene. Zadatak posluživanja leži samo u

prekap

anju.

– Sustavi s pomo

nom energijom

Njihov zadatak je analogno poja

anje upravlja

ke sile korištenjem pomo

energije. Primjer: regulator turbine, pneumatske ko

nice kamiona.

Za prikazivanje fluidi

kih sustava koriste se fluidi

ke sheme koje su normirane.

Normiran je na

in prikazivanja fluidi

kih elemenata (normirani simboli) i njihovog

povezivanja.

stanju sustava (senzori, indikatori). Pomo

ni elementi ispunjavaju razli

ite dodatne

funkcije (npr. priklju

ne plo

e, prigušiva

i buke, broja

i itd.)

Kao radni medij stla

eni zrak donosi sljede

e prednosti:

–

sirovina (okolni zrak) je uvijek i slobodno na raspolaganju,

–

relativno jednostavno se transportira kroz cijevi,

–

može se skladištiti i transportirati u spremnicima,

–

gotovo je neosjetljiv na promjene temperature i ekstremne uvjete,

–

neosjetljiv je na radijaciju, magnetska i elektri

ka polja,

–

sigurnost jer nije eksplozivan niti zapaljiv,

–

prilikom ispuštanja ne zaga

uje okoliš,

–

nema povratnih vodova (ispuštanje u atmosferu),

–

neosjetljivost elemenata na preoptere

enje (sve do zaustavljanja),

–

neosjetljivost elemenata na vibracije,

–

trajnost i pouzdanost robusnih elemenata,

–

jednostavna izvedba elemenata,

–

jednostavno održavanje ure

aja,

–

lako posti

i željenu i/ili visoku brzinu kretanja elemenata,

–

brzine i hod mijenjaju se i podešavaju kontinuirano,

–

promjenom tlaka lako se ostvaruje željena sila,

–

visok omjer snage i mase elemenata,

i nedostatke uzrokovane svojstvima plinovitog medija (stla

ivost itd.):

–

ostvarive su relativno male sile,

–

energija stla

enog zraka ima višu cijenu nego kod el. struje ili ulja,

–

buka prilikom ekspanzije,

–

teško ostvariti jednoli

ne male brzine elemenata zbog stla

ivosti,

–

pneumatski signali prenose se samo na male udaljenosti zbog otpora.

Zbog ovih nedostataka pneumatski se sustavi

esto kombiniraju s hidrauli

kim (za

velike sile) i/ili elektri

nim (za prijenos i obradu signala).

Karakteristike pneumatskih sustava [1]:

–

tlak zraka za napajanje 1-15 bar (uobi

ajeno 7 bar),

–

pogonske temperature zraka -10 do 60

C (maks. oko 200

–

optimalna brzina strujanja zraka 40 m/s,

–

gibanje elemenata: pravocrtno i rotacijsko,

–

brzina cilindara 1-2 m/s (maks. oko 10 m/s),

–

maks. ostvariva sila oko 40 kN,

–

maks. snaga oko 30 kW,

U pneumatskim sustavima se kod temperatura stla

enog zraka manjim od -10

pojavljuju problemi sa zale

ivanjem, dok se kod temperatura ve

ih od 60

pojavljuje problem brtvljenja.

2.2

Fizikalne osnove

2.2.1 Termodinami

ke osnove

Termodinami

ke relacije za plinove:

u = c

(2.1)

c T

= + =

(2.2)

p = Z

RT, jednadžba stanja

(2.3)

const

, izentropska promjena stanja

(2.4)

const

, politropska promjena stanja

(2.5)

pri

emu su

plinska konstanta

eksponent izentrope,

eksponent politrope (izoterma: n=1, izentropa: n=

specifi

na toplina (pri konst. volumenu, pri konst. tlaku),

faktor stla

ivosti (Z=1 za idealni plin),

apsolutna temperatura (st. Kelvina),

apsolutni tlak,

gusto

specifi

na unutrašnja energija,

specifi

na entalpija

Normalno stanje plina je stanje pri standardnoj temperaturi t = 0

C i apsolutnom

tlaku p = 1,01325 bar (standardni atmosferski tlak). Pri normalnom stanju suhi zrak
ima sljede

a svojstva:

R = 287,1 J/kgK

plinska konstanta,

= 1,4

eksponent izentrope,

= 722 J/kgK

specifi

na toplina zraka (pri konst. volumenu),

= 1011 J/kgK

specifi

na toplina zraka (pri konst. volumenu),

= 1,293 kg/m

gusto

= 17,5

-6

kg/ms dinami

ka viskoznost.

Sl. 2.2 prikazuje promjene stanja plina u p-v dijagramu (v = 1/

specifi

ni volumen).

Eksponent politrope n=

∞

odgovara promjeni stanja plina pri konstantnom tlaku

(izobara), a n=0 pri konstantnom volumenu (izohora). Ako se promjena stanja odvija
u smjeru nazna

enom strelicom, u podru

ju q>0 toplina se plinu dovodi iz okoline, a

u podru

ju q<0 odvodi. Pri promjeni stanja u suprotnom smjeru mijenja se i smjer

odvo

enja/dovo

enja topline. Grani

na promjena je adijabatska (bez izmjene topline s

okolinom) koja se u principu poklapa s izentropskom promjenom.

Apsolutni i manometarski tlak. Apsolutni tlak p je normalno naprezanje kojem su
podvrgnuta plinovita i kapljevita tijela (fluidi) uslijed mehani

kog djelovanja

estica

tih tijela (sudaranje molekula). Ovom naprezanju podvrgnute su i sve

vrste površine

uronjene u fluid:

Treba naro

ito naglasiti da je u pneumatici i hidraulici uobi

ajeno koristiti naziv tlak

i oznaku p za pretlak, pa

e se i ovdje u daljnjem tekstu tako postupati. Zato je pri

unanju s tlakom uvijek potreban izvjestan oprez. U termodinami

kim relacijama

pojavljuje se gotovo isklju

ivo apsolutni tlak. Kod odre

ivanja sile tlaka na površinu

mjerodavna je razlika tlaka na obje strane te površine. Zato se može koristiti pretlak, a
to je i pogodnije ako na jednoj strani površine djeluje atmosferski tlak. U
Bernoullijevoj jednadžbi (v. kasnije) tlak se pojavljuje na obje strane jednadžbe, pa
jednadžba u istom obliku vrijedi kako za apsolutni tlak, tako i za pretlak.

Rad pneumatskog cilindra. Za vrijeme kretanja klipa pneumatskog cilindra tlak je u
cilindru približno konstantan (cilindar je cijelo vrijeme priklju

en na tlak). Potisna sila

takvog klipa zato je tako

er približno konstantna F = pS = const., pri

emu je p tlak

(tj. pretlak) napajanja, a S površina klipa. Rad koji klip obavi u jednom hodu dobiva
se množenjem ove sile s duljinom hoda L

W = pSL = pV,

(2.6)

pri

emu je V = SL radni volumen cilindra.

2.2.2 Strujanje zraka

U slu

aju kad se strujanje može smatrati stacionarnim, zakoni održanja mase i

energije za strujanje zraka u cjevovodnim mrežama pneumatskih sustava poprimaju
sljede

e oblike:

Jednadžba kontinuiteta (zakon održanja mase): Maseni protok zraka u cijevi je
konstantan

const

(2.7)

pri

emu

ozna

ava gusto

u zraka, v brzinu zraka, a S je popre

ni presjek cijevi. U

cjevovodnim mrežama mora suma svih masenih protoka koji ulaze u

vor cjevovoda

(ra

vu - Sl. 2.4) biti jednaka sumi svih masenih protoka koji iz

vora izlaze:

∑

(2.8)

Sl. 2.4 Primjer

vora cjevovoda

Zakon održanja energije (I glavni stavak termodinamike): Zakon održanja energije
za strujanje zraka kroz cjevovod odn. dionicu cjevovoda od odabranog ulaznog
presjeka 1 do izlaznog presjeka 2 glasi

−

+ = +

(2.9)

ul,1

ul,2

iz,1

iz,2

pri

emu h ozna

ava specifi

nu entalpiju zraka, v brzinu strujanja zraka, h

je prirast

entalpije u kompresoru, h

toplinski pad u pneumatskom motoru, a q je dovedena

toplina po kg zraka. Gubici trenja (viskoznosti) ne mijenjaju specifi

nu entalpiju h, pa

zato nisu eksplicitno vidljivi u ovoj jednadžbi (transformacija mehani

ke u unutrašnju

energiju).

Sl. 2.5 Primjer uz zakon održanja energije – dionica cjevovoda s kompresorom

Strujanje u pneumatskim cjevovodima

esto se može smatrati

izotermnim

(T = const.). Za idealni (p =

RT) plin tada vrijedi u

= u

, h

= h

, p/

= const.). Iz

relacije (2.9) tada je npr. o

ito da pove

anje kineti

ke energije pri strujanju u cijevi

(bez stroja) mora biti jednako toplini dovedenoj izvana.

Obzirom na relativno niske brzine strujanja (niske vrijednosti Machovog broja), u
prora

unima gubitaka u cjevovodu redovito se zanemaruje promjena gusto

e fluida

(

= const.) , tj. koristi se bilanca mehani

ke energije za nestla

ivi fluid (modificirana

Bernoullijeva jednadžba). Uz izvjesna pojednostavljenja, za dionicu cjevovoda u kojoj
nije prisutan kompresor niti pneumatski motor ova jednadžba može se od odabranog
ulaznog presjeka 1 do izlaznog presjeka 2 zapisati u jednostavnom obliku

∆

∑

(2.10)

pri

emu p ozna

ava tlak (pretlak) zraka,

gusto

u zraka, a

Σ∆

je zbroj svih

linijskih i lokalnih gubitaka tlaka od presjeka 1 do presjeka 2.

Za dionicu cjevovoda duljine L i konstantnog promjera D linijski gubitak tlaka iznosi

λ ρ

∆ =

(2.11)

gdje je

koeficijent viskoznog trenja zraka, a v je brzina strujanja zraka kroz tu

dionicu cjevovoda.

Lokalni gubici u nekom elementu armature cjevovoda (npr. ventil, koljeno, ili ra

va)

mogu se procijeniti prema izrazu

∆ =

(2.12)

pri

emu je K koeficijent lokalnog gubitka u tom elementu armature. U priru

nicima

se koeficijent lokalnog gubitka

esto izražava pomo

u ekvivalentne duljine cijevi

= KD/

●

q<0

m=const.

Idealni izotermni rad koji se pri tome troši u jednom ciklusu odgovara površini lika 1-
2-3'-M-1 (Sl. 2.6). Daljnji uzroci gubitaka leže u razlici tlaka potrebnoj za otvaranje
ventila, izmjeni topline izme

u plina i stjenki, propuštanju zraka kroz brtvene

površine, te trenju mehani

kih dijelova (mehani

ki gubici).

Stupanj korisnog djelovanja

povezuje idealnu i efektivnu (na spojci) snagu

kompresora i iznosi

η η η

(2.16)

pri

emu je s

ozna

en mehani

ki (vanjski) stupanj korisnog djelovanja, a s

indicirani (unutrašnji) stupanj korisnog djelovanja. Stupanj korisnog djelovanja
kompresora iznosi

= 20÷30% [2], motora

= 60÷70%, a mehani

ki stupanj

djelovanja

= 88÷98%. Ako se pretpostavi da energija mehani

kih (vanjskih)

gubitaka ne ulazi u radni fluid, snaga kompresora (efektivna) može se zapisati kao

η ρ

(2.17)

a snaga motora:

= −

(2.18)

2.2.3 Vlažnost zraka

Mješavina suhog zraka i vode (pare i kapljevine) naziva se vlažni zrak (vlažni uzduh).
Termodinami

ka svojstva suhog zraka uglavnom odre

uju plinovi dušik i kisik

sadržani u zraku, dok se sadržaj i utjecaj preostalih suhih plinova u zraku naj

eš

može zanemariti. Vlažni zrak promatra se kao mješavina samo dviju komponenti –
suhog zraka (z) i vodene pare (p).

Ako se zamisli da se odstrani suhi zrak iz nekog zatvorenog volumena ispunjenog
vlažnim zrakom pod apsolutnim tlakom p, preostala para raširila bi se po cijelom
volumenu i poprimila (manji) tlak koji se naziva parcijalni tlak pare p

. Za apsolutni

tlak vlažnog zraka (ukupni) p vrijedi

p = p

(2.19)

pri

emu je s p

ozna

en parcijalni tlak suhog zraka.

Ako tlak vlažnog zraka iznosi oko 1 bar, za njegove komponente dovoljno to

vrijedi jednadžba stanja idealnog plina. Tako za suhi zrak vrijedi jednadžba

V = m

T ,

(2.20)

a za paru u zraku

V = m

T ,

(2.21)

pri

emu su

– volumen vlažnog zraka (ukupni), m

– temperatura vlažnog zraka, K

, m

– masa suhog zraka odn. pare, kg

, R

– plinska konstanta za suhi zrak odn. paru, J/kgK

Najve

a mogu

a vrijednost parcijalnog tlaka vodene pare jednaka je tlaku zasi

enja

(isparavanja) vodene pare p' (p

p,maks

= p') koji zavisi samo od temperature

(temperatura zasi

enja tj. vrelište), v. tablicu.

Vlažnost zraka x (apsolutna vlažnost) definira sadržaj vode (pare i kapljevine) u
vlažnom zraku, a predstavlja omjer mase vode i mase suhog zraka

x = m

(2.22)

, m

– masa suhog zraka odn. vode (m

= m

), kg

Ukupna masa vlažnog zraka prema tome iznosi

m = m

= m

(1+x)

(2.23)

Grani

ne slu

ajeve predstavljaju suhi zrak (m

= 0, x = 0) i

ista voda (m

= 0, x =

∞

Zrak koji ne sadrži kapljevitu vodu (m

= 0, sadrži vodu samo u formi pare m

)

naziva se nezasi

eni vlažni zrak ako je parcijalni tlak vodene pare manji od tlaka

zasi

enja pri danoj temperaturi (p

< p'), odn. zasi

eni vlažni zrak kad vrijedi

= p

p,maks

= p'. Za nezasi

eni i za zasi

eni zrak može se vlažnost x = x

odrediti

prema izrazu

0, 622

⋅

(2.24)

Tablica 2.1 Tlak zasi

enja p' vodene pare u zavisnosti od temperature t

p, bar

0 0,006108

30 0,04241

60 0,1992

155

5,433

2 0,007055

32 0,04753

70 0,3116

160

6,181

4 0,008129

34 0,05318

80 0,4736

165

7,008

6 0,009345

36 0,05940

90 0,7011

170

7,920

8 0,010720

38 0,06624

100 1,0133

180

10,027

10 0,012270

40 0,07375

105 1,2080

190

12,551

12 0,014014

42 0,08198

110 1,4327

200

15,549

14 0,015973

44 0,09100

115 1,6906

210

19,077

16 0,018168

46 0,10086

120 1,9854

220

23,198

18 0,02062

48 0,11162

125 2,3210

250

39,776

20 0,02337

50 0,12335

130 2,7013

300

85,927

22 0,02642

52 0,13613

135 3,131

325

120,560

24 0,02982

54 0,15002

140 3,614

350

165,350

26 0,03360

56 0,16511

145 4,155

374,15

221,200

28 0,03778

58 0,18147

150 4,760

Zasi

eni zrak sadrži najve

u mogu

u masu vodene pare (m

= m

p,maks

). Vlažnost

zasi

enog zraka ozna

e se oznakom x' (x = x

p,maks

= x'). Zrak koji sadrži kapljice

i/ili kristale vode naziva se prezasi

eni zrak (magla, susnježna magla i ledena magla).

U tehni

kim problemima plinoviti dio prezasi

enog zraka (samo zrak i para) uvijek je

zasi

en (x = x

> x

= x', x

= m

), tj. sadrži maksimalnu mogu

u koli

inu pare.

Relativna vlažnost zraka

definirana je izrazom

= m

p,maks

= p

/p'

(2.25)

tako da

može poprimiti vrijednosti od 0 do 1 (odn. 0-100%). Relativna vlažnost

pove

ava se pove

anjem tlaka ili smanjenjem temperature zraka. Smanjenjem

temperature ili pove

anjem tlaka pri

=1 (zasi

eni vlažni zrak) dolazi do kondenzacije

onog dijela vlage u zraku koji premašuje najve

u mogu

u koli

inu, tako da se

relativna vlažnost ne mijenja (ostaje

=1). Kondenzirana voda u obliku magle može

se odgovaraju

im postupcima izdvojiti. O

ito, ovo izdvajanje vode (sušenje odn.

smanjivanje vlažnosti x zraka) najuspješnije se može obaviti hla

enjem zraka

(smanjenje temperature) neposredno iza kompresora (najviši tlak). Ovdje treba posti

najnižu temperaturu zraka u cijelom pneumatskom sustavu,

ime se osigurava da

nigdje u sustavu ne

e do

i do kondenzacije vode.

Tablica 2.2 [3]

Usporedna tablica ozna

avanja priklju

aka

Priklju

Ozna

avanje brojevima

DIN/ISO 559

Ozna

avanje slovima

(staro)

napajanje

odzra

ivanje

3, 5, 7

R, S, T

izlazi (radni vodovi)

2, 4, 6

A, B, C

upravlja

ki priklju

X, Y, Z

- spoj 1 sa 2

- spoj 1 sa 4

zatvaranje dovoda zraka

pomo

ni upravlja

ki zrak

81, 91

–

razvodnike se može aktivirati

fizi

ki – npr. simbol ˝tipkalo˝:

mehani

ki – npr. simbol ˝opruga˝:

tla

no – npr. simbol ˝izravno tla

no˝:

elektri

ki – npr. simbol ˝elektromagnet˝:

DOBIVANJE I PRIPREMA ZRAKA

3.1

Dobivanje i razvod zraka

Sl. 3.1 prikazuje shemu napajanja i razvod pneumatskog sustava. Grupa za pripremu
zraka sadrži filtar, regulacijski ventil i eventualno mazalicu. Glavni vod postavlja se s
padom od 1-2% u smjeru strujanja zraka, kako bi se osiguralo otjecanje kondenzirane
vode. Glavni vod treba osigurati ujedna

eni tlak bez obzira na potrošnju zraka.

Sl. 3.1 Skica i shema napajanja i razvodne mreže [1]

Potrošnja zraka, Q – mjerodavna za dimenzioniranje sustava

Q=k

+ Q

naj

eš

e u m

/min,

(3.1)

Qi – potrošnja zraka i-tog pneumatskog elementa u njegovom trajnom radu (iz
kataloga)

– koeficijent istodobnosti – zavisi od vrste pneumatskog ure

aja, komponenata itd.

(iz dijagrama – teško ga je pouzdano odrediti)

– gubici uslijed propusnosti (15-30%)

Kompresor

Spremnik

Sušilo /
hladnjak

Pad 1-2%

Odvaja

kondenzata

Potroša

Priprema
zraka

M
~

Potroša

izotermnom). Povoljno je i smanjenje temperature na izlazu kompresora (izlazu
drugog stupnja).

Sl. 3.2 Princip rada klipnog kompresora: 1 – cilindar, 2 – klip, 3 – usisni ventil, 4 – tla

ni ventil,

5 – ojnica , 6 – koljeni

asto vratilo

Sl. 3.3 Prikaz idealnog procesa dvostupanjskog kompresora s me

u-hladnjakom u p-V dijagramu

Kod krilnih kompresora (Sl. 3.4) zrak zarobljenu u volumenu izme

u krila, statora i

rotora tla

i se smanjenjem tog volumena prilikom rotacije rotora postavljenog

ekscentri

no u odnosu na os statora. Promjenom ekscentriciteta mogu

e je regulirati

protok.

adijabata

izoterma

prvi
stupanj

drugi
stupanj

ušteda zbog
me

u-hladnjaka

Simbol
kompresora

Faza usisa

Faza tla

enja

Sl. 3.4 Slika i skica krilnog kompresora - Pneumofore [4], [3]: 1 – stator, 2 – ekscentri

no postavljen

rotor, 3 – krilo (lamela), 4 - opruga

Vij

ani kompresori (Sl. 3.5) nešto su skuplji i imaju lošiji stupanj korisnog djelovanja,

a prednost im je dugi vijek trajanja i mali troškovi održavanja. Tla

ni mehanizam je

spregnuti vij

ani par koji se okre

e u me

usobno suprotnim smjerovima. Radne

komore stvaraju se izme

u vijaka i statora. Zrak se kontinuirano usisava na jednoj

strani vijka (komore se otvaraju) i tla

i na suprotnoj strani (komore nestaju).

Sl. 3.5 Skica vij

anog kompresora [3]: 1 – stator, 2 – rotor (vijak)

Zup

asti kompresori (Sl. 3.6) imaju sli

an princip rada kao i vij

ani. Radni

mehanizam je jedan par zup

anika koji su u zahvatu, pa se okre

u u me

usobno

suprotnim smjerovima. I ovdje se radne komore stvaraju izme

u rotora i statora, na

strani na kojoj zubi izlaze iz zahvata otvara se i puni uvijek nova radna komora (usis),
a na suprotnoj strani, ulaskom zuba u zahvat, komora nestaje.

– ventil za ograni

enje tlaka (sigurnosni) koji se otvara pri tlaku 10% ve

em od

radnog

– manometar
– slavinu za ispuštanje kondenzata ili automatski odvaja

kondenzata

– otvor za ljude (za

iš

enje)

– zaporni ventil prema mreži
– tla

ni prekida

Tla

ne posude volumena ve

eg od 10 l podliježu propisima za posude pod tlakom i

moraju imati atest.

Prema iskustvu, za ublažavanje tla

nih udara kompresora dovoljan je volumen posude

koji je 20 do 50 puta ve

i od ukupnog radnog volumena posljednjeg stupnja

kompresora. Redovito se odabire kompresor

iji kapacitet Q

je ve

i od nominalnog

protoka sustava Q. Kad takav kompresor spojen na spremnik uklju

uje intermitentno

(on/off regulacija), naj

eš

e se dozvoljava najviše 15 uklju

ivanja i isklju

ivanja

kompresora na sat. Ako vrijeme jednog ciklusa uklju

ivanja

obuhva

a jedan

uzastopni period rada

i mirovanja

kompresora, tj.

τ τ τ

= +

(3.2)

za vrijeme

1 od uklju

ivanja kompresora pri minimalnom tlaku p' do isklju

ivanja pri

maksimalnom tlaku p'' u posudu u

e masa

∆

m zraka, sukladno jednadžbi kontinuiteta

u obliku

∆ = −

(3.3)

dok za vrijeme mirovanja kompresora

vrijedi

∆ =

(3.4)

Kombinacijom ovih izraza dobiva se





∆ =

−









(3.5)

pa kad se još uzme u obzir relacija

p V

∆ =

−

= ∆

(3.6)

slijedi kona

ni izraz

mRT

p T









−









∆









(3.7)

iskustvo pokazuje da

e uvjet o maksimalnih 15 uklju

ivanja kompresora na sat biti

zadovoljen kad je volumen spremnika jednak minutnom protoku kompresora, što
otprilike odgovara kolebanju radnog tlaka

∆

p od 1 bar. Ako se regulacijom

kompresora omogu

i njegov neprekidan rad, može se uzeti Vs =0,5Q

(po minuti).

3.1.4 Razvodna mreža

Optimalna brzina zraka u vodovima v=10-40 m/s, brzine ve

e od ovih uzrokuju

prevelike gubitke. Promjer cjevovoda odabire se tako da gubici tlaka ne prelaze

dopuštenu vrijednost (obi

no se uzima 5% od radnog tlaka ili 0,1 bar). Prilikom

projektiranja potrebno je predvidjeti budu

e pove

anje potreba za stla

enim zrakom i

sukladno tome predimenzionirati promjere cjevovoda. Time se izbjegavaju znatni
troškovi za eventualnu ponovnu izradu cjevovoda.

Kako bi se izbjegao prodor kondenzata prema potroša

ima:

– vodovi se postavljaju koso – s padom od 1-2%
– izlazi prema potroša

ima izvode se na gornjoj strani cijevi

– na krajevima vodova, uvijek se na najnižem mjestu stavlja posuda za odvajanje

kondenzata

– vodove treba toplinski izolirati pri prolasku kroz ja

e zagrijane prostore

Vodovi moraju biti postavljeni pristupa

no, radi održavanja.

Razvod u obliku petlje je razvodni cjevovod izveden u obliku petlje (kruga) na koji se
priklju

uju potroša

i. Takav razvod je povoljniji – smanjuju se oscilacije tlaka

uzrokovane promjenama u potrošnji, omogu

ava se isklju

ivanje dijela mreže radi

popravaka bez isklju

ivanja cijelog pneumatskog sustava.

Glavni vodovi izra

uju se od metalnih cijevi (

elik, bakar), a u sve ve

oj mjeri i od

plasti

nih materijala. Razvodni vodovi na strojevima se u pravilu izra

uju iz plastike.

3.1.5 Odvaja

kondenzata

Odvaja

kondenzata postavlja se na najnižim mjestima u cjevovodnoj mreži i ispred

uzlaznih dionica. Nakupljeni kondenzat potrebno je redovito ispuštati prije nego se

ašica za kondenzat napuni preko ozna

ene granice.

esto se koriste automatski

odvaja

i kondenzata. Sl. 3.7 prikazuje jedan od mogu

ih principa rada automatskih

odvaja

a – odvaja

s plovkom. Nakupljeni kondenzat (1) podiže plovak (2),

ime se

otvara prolaz stla

enom zraku (3) koji djelovanjem na membranu (4) otvara ventil za

ispuštanje kondenzata (5). Ispuštanjem kondenzata plovak se spušta i zatvara dovod
zraka, a prostor iznad membrane rastere

uje se prema atmosferi preko prigušnice (6).

Tada opruga (7) zatvara ventil za ispuštanje kondenzata.

Sl. 3.7 Princip rada automatskog odvaja

a s plovkom [3]: 1 – kondenzat, 2 – plovak, 3 – pilot-ventil, 4

– membrana, 5 – ventil za ispuštanje, 6 – prigušnica, 7 - opruga

ni odvaja

kondenzata

Automatski
odvaja

kondenzata

Sl. 3.8 Filtar [5]: 1 – sabirna posuda, 2 – tanjurasti štitnik, 3 – uložak filtra, 4 – slavina, 5 – krilca,

6 – kondenzat

Sl. 3.9 Regulator tlaka [5]: 1 – membrana, 2 – opruga, 3 – vijak, 4 – ulazni tlak, 5 – opruga,

6 – pladanj ventila, 7 – otvor za atm. zrak, 8 – vreteno ventila

3.2.3 Mazalica

Mazalica (zauljiva

) treba ulje raspršiti u finu maglu u struji zraka. Za ubrizgavanje

ulja koristi se princip ejektora. Za postizanje fine magle (sitne kapi) potrebna je
posebna konstrukcija (Sl. 3.10). Glavna struja zraka (a) prolazi kroz ejektor stvaraju

podtlak kojim se ulje podiže kroz cjev

icu. Prigušnim vijkom podesi se da to ulje

polagano kapa u gornju komoru (D). Slabija struja (b) prolazi kroz manji ejektor u
prostor C, raspršuju

i i nose

i ulje. Ova struja ulazi u prostor

ašice (B) uz naglo

skretanje, pa zato ve

e kapi padaju natrag u

ašicu. Glavni ejektor (E) osigurava blagi

podtlak u

ašici (B),. povla

i iz nje zauljeni zrak. Najslabija struja (c), kre

i se

prema prostoru nižeg tlaka (B), uzgonom podiže ulje u rezervnu (gornju)

ašicu.

Podesivi
regulator tlaka s
odzra

ivanjem i

manometrom

Filtar

Filtar s automatskim
odvaja

kondenzata

Rezervna

ašica osigurava konstantnu razinu ulja koje se usisava prema komori D,

bez obzira na ukupnu koli

inu ulja u mazalici. Tako

er onemogu

en je ulazak taloga

u rezervnu

ašicu.

esto se koriste i filtri za ulje.

Talog iz ulja ne smije do

i u pripremljeni zrak (pro

ista

, rezervna kada).

Pneumatski elementi su tvorni

ki podmazani (90% trajnosti u radu bez zauljivanja

zraka). Ako se jednom zapo

ne sa zauljivanjem zraka, tvorni

ko podmazivanje se

naruši (odnese), pa se zauljivanje više ne smije obustaviti. Zauljivanje zraka nužno je
za motore velikog promjera ili velike brzine rada.

Sl. 3.10 Mazalica [5]

Simbol
mazalice

Brzina klipa obi

no je 1-2 m/s (maksimalno do 10 m/s), hod: do 2,5 m (maksimalno

do 12 m – za cilindre bez klipnja

e [2]), promjer cilindra: do 500 mm, sila: do 30 kn

[1]. Koeficijent korisnog djelovanja obi

no se kre

e u granicama

=70-90%. Brtve

obi

no podnose temperaturu od –20 do 200

C. Klip klipnja

a i košuljica su obi

eli

ni, a za košuljicu se poneki puta koriste aluminij ili bronca.

Sl. 4.1 Dvoradni klipni cilindar [6]: 1 – cilindar, 2 – klip, 3 – klipnja

a, 4 – prednji poklopac,

5 – stražnji poklopac, 6 – o

nica, 7-8 – brtve, 9 – šipka, 10 - matica

ini pri

vrš

enja cilindra su (Sl. 4.2):

–

s nogama

–

s navojem

–

s prirubnicom (sprijeda/straga, nepomi

na/okretna)

Postoji više standardnih povezivanja na klipnja

u, i odgovaraju

ih normiranih

završetaka klipnja

Sl. 4.2 Na

ini pri

vrš

enja cilindra

4.1.1.1 Jednoradni cilindri

Vrše koristan rad samo u jednom smjeru, priklju

ak zraka nalazi se samo na prednjoj

strani, povratno kretanje naj

eš

e se ostvaruje oprugom (ona ograni

ava maksimalni

hod klipa otprilike na 100 mm) ili težinom tereta. Neki puta povratno kretanje

nožice

navoj

stražnja prirubnica

prednja prirubnica

prednja prirubnica - okretna

srednja prirubnica - okretna

stražnja prirubnica - okretna

ostvaruje se stražnjim priklju

kom na reducirani tlak (regulacijski ventil) ili na

spremnik zraka (˝zra

ni jastuk˝), a stražnja komora tada nema otvor prema

atmosferskom tlaku.

Koriste se za pritezanje i izbacivanje izratka, utiskivanje (žig), dodavanje, pomicanje
itd., kad nije bitna brzina povratnog kretanja klipa.

Za upravljanje jednoradnim cilindrom koriste se razvodnici 3/2 (3 priklju

ka / 2

položaja, v. Razvodnici i Sl. 4.3).

Sl. 4.3 Shema upravljanja i simbol za jednoradni cilindar s oprugom

Stati

ka sila F koju može ostvariti klip jednoradnog cilindra s oprugom u krajnjem

položaju iznosi

F = pS

– F

Omax

(4.1)

p – tlak napajanja
S

– površina

ela klipa (stražnja)

Omax

– sila u opruzi stla

enoj do kraja

Sila na klipnja

i iznosi

F = pS

– p

– F

≈

kpS

– F

(4.2)

pri

emu je p

sila tlaka u prostoru s oprugom, a F

sila trenja. Koeficijent k za

jednoradni cilindar obi

no iznosi k=08÷0,9.

Teoretski protok zraka kroz cilindar dobiva se prema izrazu

nLS

(4.3)

pri

emu n ozna

ava broj ciklusa u jedinici vremena, L je hod, a S aktivna površina

klipa, p je apsolutni radni tlak, a p

je tlak usisavanja (atmosferski).

Membranski cilindri

U odnosu na klipne, membranski cilindri omogu

avaju ve

e sile uz kra

e hodove i

niže frekvencije rada. Postoje dvije izvedbe membrane, tanjurasta (Sl. 4.4) i
˝putuju

a˝ (Sl. 4.5).

Pretežno se koriste jednoradni membranski cilindri i to s tanjurastom membranom.
Takav cilindar izvodi se za sile do 400 kN (tandem-izvedba) uz hod od maks. 80 mm.
Maks. hod cilindra s ˝putuju

om˝ membranom iznosi oko 200 mm.

1 3

1.1

1.0

Zato je sila F = pS koju klip ostvaruje pri kretanju prema naprijed (udesno) ve

a od

sile pri kretanju unazad (ulijevo) (F

). Uz pretpostavku jednakog volumenskog

protoka zraka za napajanje kroz stražnji (kretanje unaprijed) i prednji (kretanje
unazad) priklju

ak (Q

= Q

= Q), bit

e brzina kretanja klipa unazad ve

a nego

unaprijed (v

= Q/S

< v

= Q/S

Zanemarivši razliku u površinama klipa, sila na klipnja

i dvoradnog cilindra može se

procijeniti prema izrazu

F = pS

– p

– F

≈

kpS

(4.4)

pri

emu p

predstavlja silu tlaka uslijed ostatka zraka u komori s druge strane klipa,

a F

je sila trenja. Koeficijent k za dvoradni cilindar obi

no iznosi k=04÷0,6.

Teoretski protok zraka kroz cilindar (sveden na stanje na ulazu kompresora) dobiva se
prema izrazu

(

)

(4.5)

pri

emu n ozna

ava broj ciklusa (pomaka u oba smjera) u jedinici vremena, L je hod,

i S

aktivne površine klipa, p je apsolutni radni tlak, a p

je tlak usisavanja

(atmosferski).

Brzina kretanja klipa može se odrediti iz zakona koli

ine gibanja zapisanog za

klipnja

(

)

m a

= +

(4.6)

gdje m

ozna

ava masu klipa i klipnja

e, m

masu svih optere

enja, F

su sva vanjska

optere

enja na klipnja

u, a F je korisna sila kojom cilindar djeluje na klipnja

u i koja

zavisi od položaja i brzine kretanja klipa. Masa m

esto se smije zanemariti. Obi

se kretanje klipa može podijeliti u tri faze – ubrzavanje, jednoliko gibanje i
usporavanje.

Za relativno duge cilindre potrebno je izvršiti prora

un klipnja

e na izvijanje.

Cilindar s dvostranom (prolaznom) klipnja

Klipnja

a se nalazi s obje strane cilindra, jednake su površine (S

) na prednjoj i

stražnjoj strani, a isto tako i sile (F

) i brzine kretanja klipa (v

) u oba smjera.

Cilindar s ublaživa

ima udara

Cilindar s ublaživa

em udara (s odbojnikom, s prigušenjem u krajnjem položaju)

prigušuje strujanje zraka pri kraju kretanja klipa, kako bi se u krajnjem položaju
izbjegli udari klipnja

e. Klip nosi manji klip, koji pri kraju hoda zatvara odvod zraka,

pa se do kraja hoda zrak odvodi užim kanalom, preko prigušnice (zra

ni amortizer).

Dvoradni cilindar s
dvostranom klipnja

Sl.

4.7

prikazuje cilindar s prigušenjem samo u lijevom krajnjem položaju, prigušenje

se može podešavati, a na po

etku hoda udesno nepovratni ventil omogu

ava punjenje

po cijeloj površini klipa.

Sl. 4.7 Cilindar s podesivim prigušenjem u krajnjem lijevom položaju [2]: 1 – cilindar, 2 – klip,

3 – brtva, 4 – prigušnica, 5 – nepovratni ventil

Odabir cilindra

Kriteriji za odabir cilindra

–

potrebna sila

–

potreban hod

–

potrebna brzina

–

konstrukcija cilindra (u

vrš

enje cilindra, spoj klipnja

e, priklju

ci)

Mogu

je niz standardnih i specijalnih izvedbi, a za izbor se koriste dijagrami.

Primjer odabira cilindra

Odaberite promjer dvoradnog cilindra ako je potrebna sila na klipnja

i F = 350 N, a

nazivni tlak iznosi p

= 6,5 bar.

Ako se za dvoradni cilindar odabere koeficijent k = 0,5, dobije se promjer cilindra

Odabire se standardni cilindar promjera D = 40 mm. Kako bi se tim cilindrom
ostvarila željena sila, tlak napajanja treba podesiti na vrijednost

5, 57

bar

4.1.1.3 Posebne izvedbe cilindara

Tandem cilindar

Dva cilindra (i dva klipa) koriste istu klipnja

u. Uz isti hod i promjer, pove

ava se

sila. Pri tome i klipnja

a mora biti šira (

vrš

a).

Tandem-cilindar

Dvoradni cilindar s prigušenjem
u jednom smjeru – podesivim

Dvoradni cilindar s prigušenjem
u oba smjera

ograni

eno maksimalnom silom magneta. Prekora

enjem te sile kliza

sklizne, pa

preoptere

enje nije dopušteno.

Sl. 4.10 Princip magnetskog cilindra: 1 – cilindar, 2 – klip, 3 – kliza

, 4 - magneti

Cilindar s uzdužnim prorezom (Sl. 4.11) ima klip znatne duljine koji u izvjesnoj mjeri
može preuzeti popre

na optere

enja i momente. Za prijenos sile cilindar ima uzdužni

prorez kroz koji se kre

e odgovaraju

i zub kliza

a. Zub je s vanjske strane pomo

plo

vrsto vezan za šipku klipa. S vanjske i unutrašnje strane zuba prolazi po jedna

eli

na traka za brtvljenje proreza cilindra. Elasti

nim brtvenim elementom ove se

dvije trake pritiš

u jedna uz drugu na prednjem i stražnjem kraju klipa. Zbog

brtvljenja javljaju se pri pomicanju klipa znatne sile trenja.

Sl. 4.11 Princip cilindra s uzdužnim prorezom: 1 – cilindar, 2 – klip, 3 – kliza

, 4 – prorez, 5 – zub,

6 – plo

a, 7 – traka, 8 – brtveni element

Cilindar s trakom ili užetom (Sl. 4.12) ima klip vezan na

eli

nu traku ili uže umjesto

klipnja

e. Sila se na kliza

prenosi pomo

u trake (užeta) preko odgovaraju

kolotura. Gubici propuštanja kroz brtve za traku (uže) relativno su veliki.

Sl. 4.12 Princip cilindra s trakom ili užetom: 1 – cilindar, 2 – klip, 3 – kliza

, 4 – traka ili uže,

5 - kolotura

Udarni cilindar

Udarni cilindar koristi se kad je potrebno ostvariti udarno djelovanje (kovanje,
zakivanje, utiskivanje i sl.).

Karakteristika ovih cilindara je masivni klip bez klipnja

e koji na jednom kraju hoda

udara u alat. Svojim kretanjem naprijed-nazad klip naizmjeni

no otvara i zatvara dva

aksijalna provrta u cilindru. Time se kroz provrte naizmjeni

no odzra

uje prednja i

stražnja komora cilindra. To dovodi do naizmjeni

nih promjena tlaka koje prebacuju

položaj ventila za napajanje (bistabil). Tako se kroz taj ventil tlak napajanja
naizmjeni

no dovodi u prednju i stražnju komoru, što dovodi do oscilatornog kretanja

klipa naprijed-nazad.

4.1.1.4 Zakretni cilindri

Zakretni cilindri ili cilindri za kružno gibanje ostvaruju ograni

eno (njihaju

e) kružno

gibanje (okretanje, uvrtanje i sl.). Simbol zakretnog cilindra je polukrug,

ime se

simbolizira ograni

eno kružno gibanje.

Cilindar sa zubnom letvom

Dio klipnja

e dvoradnog cilindra izveden je kao zubna letva (Sl. 4.13), pomo

u koje

se pomak klipa pretvara u kružno gibanje zup

anika i izlaznog vratila. Cilindri sa

zubnom letvom izvode se za maksimalno dva zakreta vratila.

Sl. 4.13 Cilindar sa zubnom letvom [6]: 1 – cilindar, 2-3 – klip, 4-5 – poklopci, 6-7 – priklju

ci,

8 – zubna letva, 9 – zup

anik, 10 - vratilo

Simbol zakretnog cilindra

Simbol udarnog cilindra

6, 79

(

)

bar

−

Protok

Ako se pretpostavi da gubici zraka u cjevovodu iznose uobi

ajenih k

= 20%, ukupni

srednji potrebni protok zraka sveden na ulaz kompresora (tj. pri atmosferskom tlaku
p

= 1,01325 bar,

= 1,29 kg/m

) za dvoradne cilindre (dvostruki broj ciklusa) iznosi

(

)

4, 355

−

= +

ekuje se da maksimalni protok kroz cjevovod ne

e premašivati vrijednost

(

)

1, 018

k n

−

= +

Cjevovod

Kako bi se u najve

oj mjeri pojednostavio prora

un cjevovoda, ne prora

unava se

razvodna mreža, nego se pretpostavlja da su svi cilindri smješteni vrlo blizu završetka
cjevovoda za dobavu zraka. Duljina cjevovoda iznosi L = 60 m, a odabire se promjer
cijevi d = 15 mm. Prema jednadžbi stanja idealnog plina gusto

a zraka u cijevi iznosi

9, 935

ρ ρ

Koriste

i odgovaraju

e metode i priru

nike odre

uju se koeficijent trenja za odabranu

cijev, npr.

=0,04, i ukupni lokalni gubici za projektiranu armaturu, npr. ukupna

ekvivalentna duljina L

= 15 m (zbroj ekvivalentnih duljina cjevovoda svih lokalnih

gubitaka). Uz te vrijednosti pad tlaka uslijed gubitaka u cjevovodu iznosi

0, 3296

bar

∆ =

Ova vrijednost ne premašuje 5% (0,35 bar) radnog tlaka, pa se prihva

a promjer

d = 15 mm. U suprotnom slu

aju, treba odabrati novi promjer i ponoviti prora

cjevovoda.

Kompresor

Odabire se kapacitet kompresora dvostruko ve

i od potrebnog, tj. Q

= 2Q

= 8,7 l/s,

tako da

e kompresor biti uklju

en 50% ukupnog radnog vremena. Pretpostavlja se

stupanj korisnog djelovanja kompresora

= 60%, a potrebni tlak je

= p +

∆

= 7,12 bar

tako da potrebna snaga kompresora iznosi

3, 06

p Q

Spremnik

Dozvoljeno je 15 uklju

ivanja kompresora na sat, što zna

i da minimalno dozvoljeno

vrijeme ciklusa uklju

ivanja i isklju

ivanja iznosi

= 4 min. Ako se odabere razlika

tlaka uklju

ivanja i isklju

ivanja (on/off regulacija)

∆

p = 0,5 bar, volumen spremnika

treba iznositi

1, 058

Q p





−





∆





Volumen spremnika V

bio bi otprilike dvostruko manji, a razlika tlaka

∆

p dvostruko

a, kad bi se na uobi

ajeni na

in uzeo volumen spremnika jednak minutnom

protoku kompresora Q

Hladnjak

Zbog sušenja zraka, hladnjak se postavlja neposredno iza kompresora. Radi
jednostavnosti pretpostavlja se da je sav utrošeni rad kompresora predan stla

enom

zraku (termi

ki izolirani kompresor bez me

u-hladnjaka). Ako se pretpostavi da

entalpija zavisi samo od temperature zraka (idealni plin, c

=1001 J/kgK), te ukoliko

su temperature na ulazu u kompresor i na izlazu iz hladnjaka jednake, jednadžba
održanja energije zahtijeva da odvedena osjetna toplina (snaga) bude jednaka snazi
kompresora. Ovdje se pretpostavlja da temperatura zraka na ulazu u kompresor iznosi
t

= 20

C, uz relativnu vlažnost zraka

=95% (tlak isparavanja vode pri 20

C iznosi

' = 2337 Pa, a entalpija zasi

ene pare ), dok se kao izlazna temperatura iz hladnjaka

odabire t

= 25

C (tlak isparavanja vode pri 25

C iznosi p

' = 3169 Pa).

Tada snaga odvedene osjetne topline iznosi

(

)

3, 003

Q t

−

Hladnjak mora odvesti i latentnu toplinu koja se osloba

a ukapljivanjem viška vlage.

Ta kondenzirana voda odvaja se i uklanja u samom hladnjaku ili neposredno iza
njega. U ulaznom zraku parcijalni tlak pare iznosi

' = 2220 Pa

a vlažnost je

0, 6222

1, 394%

−

Iz hladnjaka, pri apsolutnom radnom tlaku p

, izlazi zasi

eni zrak (tj. zrak koji

zadržava najve

u mogu

u koli

inu vlage

= 100%, p

= p

') s vlažnoš

0, 6222

0, 243%

−

tako da maseni protok kapljevite vode koja se izdvaja iznosi

0, 457





−









Ako se parcijalni tlakovi u kompresoru približno pove

avaju u jednakim omjerima,

parcijalni tlak pare na izlazu iz kompresora može se procijeniti prema

17820 Pa

Entalpija zasi

ene pare pri tlaku p

iznosi h

'' = 2605 kJ/kg, a entalpija zasi

ene

kapljevite vode pri temperaturi 25

C iznosi h

' = 104,9 kJ/kg, pa se snaga odvedene

latentne topline može procijeniti kao

( ''

' )

318 W

m h

−

tako da potrebna ukupna toplinska snaga hladnjaka iznosi

Sl. 4.16 Radijalni motor [2]

Radijalni klipni motori imaju vanjski miruju

i ekscentar po kojem se kližu klipovi

koji rotiraju zajedno s blokom motora. Sl. 4.16 prikazuje višestupanjski motor s više
'ekscentara', tako da klip obavlja 4 ciklusa u jednom okretu. Rotor se tada postavlja u
centralni položaj.

Lamelni motor

Kod lamelnog motora rotor se postavlja ekscentri

no u odnosu na stator (Sl. 4.17).

Zrak je zarobljen u prostoru izme

u lamela, površine rotora i površina statora (cilindar

i 2 bo

ne površine). Ponekad se i kod lamelnih motora koriste dvije radne komore i

centralni položaj rotora. Neke izvedbe imaju na sredini hoda dodatni otvor za
odzra

ivanje. Uobi

ajene brzine vrtnje su 6000÷30000 okr/min. Omjer snage i mase

ovih motora je relativno velik.

Sl. 4.17 Princip rada lamelnog motora [6]: 1 – rotor, 2 – lamela, 3 – stator, 4-5 – priklju

ci, 6 - opruga

stator

klip

rotor

upravlja

ki prsten

razvodni prsten

4.1.4 Pneumo-hidrauli

ki elementi

U pneumo-hidrauli

kim elementima vrši se promjena radnog medija, snaga se od

zraka predaje na hidrauli

ko ulje koje se koristi za obavljanje rada. Korištenje

hidrauli

kog ulja omogu

uje da se postignu male i jednoli

ne brzine kretanja i/ili

velike sile. Osnovne grupe pneumo-hidrauli

kih elemenata su:

– pretvara

tla

nog medija

– uljni ko

ioni cilindar

– poja

alo tlaka

Pretvara

tla

nog medija

Zamjena radnog medija obavlja se u dvoradnom cilindru s klipom bez klipnja

e. S

jedne strane klipa dovodi se stla

eni zrak, a s druge se odvodi ulje pod tlakom.

Uljni ko

ioni cilindar

Uljni ko

ioni cilindar izvodi se mehani

kom vezom (poluga) dva cilindra od kojih je

jedan priklju

en na zrak, a drugi na ulje. Polugom se cilindri mogu vezati paralelno

(Sl. 4.18)i serijski (tandem-cilindar). Priklju

ci uljnog cilindra povezuju se preko

podesive prigušnice (v. Proto

ni ventili) – na taj na

in podešava se brzina kretanja

klipa. Podesiva prigušnica na slici usporava klip samo pri gibanju udesno. Pri gibanju
ulijevo otvara se prikazani nepovratni ventil.

Sl. 4.18 Ko

ioni cilindar u paralelnoj vezi

Poja

alo tlaka

Poja

alo tlaka pretvara niži tlak zraka u viši tlak ulja (ili zraka). Sukladno omjeru

površina klipova, poja

anje obi

no iznosi od 1:4 do 1:80.

Simbol pretvara

a tla

nog medija

Simbol poja

ala tlaka ulja

Simbol poja

ala tlaka zraka

Sl. 4.20 Zna

enje simbola ventila

Priklju

ci ventila ozna

avaju se brojevima, i to:

– radni priklju

ci: 2, 4, 6...(A, B, C...)

– napajanje 1 (P)
– odzra

ivanje 3, 5 (R, S, T)

– priklju

ak na upravlja

ke vodove 12, 14 (X, Y, Z)

4.2.1 Razvodnik

Razvodnici usmjeravaju tok radnog medija – propuštanjem, zatvaranjem, promjenom
smjera toka. Razvodnici se razlikuju po sljede

im karakteristikama:

– tip
– veli

ina

– na

in aktiviranja

– duljina trajanja signala
– konstrukcija

Tip razvodnika odre

en je brojem priklju

aka i razvodnih položaja (polja u simbolu).

Oznaka tipa razvodnika stavlja se ispred naziva, npr. “3/2 razvodnik” (

ita se tri kroz

dva) ozna

ava razvodnik s 3 priklju

ka i dva razvodna položaja.

Veli

ina razvodnika opisana je priklju

nom mjerom odnosno nazivnim promjerom

(npr. ¼”) koja se odabire prema protoku medija.

Aktiviranje može biti neposredno i posredno (neposredni i posredni razvodnici).
Mogu

i na

ini (neposrednog) aktiviranja razvodnika su:

– fizi

– mehani

– tla

– elektri

– kombinirano

FIZI

KO AKTIVIRANJE

enito

tipkalo

ica

ica s usko

nikom

papu

ica

MEHANI

KO AKTIVIRANJE

opruga

opružno centriranje

ticalo

ticalo s kota

zglobno ticalo s kota

1 3

TLA

NO AKTIVIRANJE

ELEKTRI

KO AKTIVIRANJE

optere

enje

rastere

enje

posredno

elektromagnet

elektromotor

PRIMJER KOMBINIRANOG AKTIVIRANJA

elektromagnet i pomo

no fizi

ko aktiviranje

preko posrednog (pilot) ventila

Prema duljini trajanja signala potrebnoj za aktiviranje razvodnika, razvodnici se
dijele na:

– razvodnike s trajnim aktiviranjem (monostabilne) koji su aktivirani u vremenu

dok traje signal

– razvodnike s trenutnim aktiviranjem (bistabilne) koji su trajno aktivirani kratkim

signalom (funkcija pneumatske memorije).

Konstrukcija je bitna u pogledu

trajnosti, sile potrebne za aktiviranje, veli

ine,

ina aktiviranja, održavanja, pouzdanosti rada razvodnika itd. Prema

konstrukciji razvodnici se dijele na:

•

Razvodnike sa sjedištem:

–  ravni (tanjurasti)
–  konusni
–  kuglasti

•

Razvodnike s kliznim prekrivanjem:

– klipni
– plo

asti

– kulisni

Otvaranje / zatvaranje ventila sa sjedištem vrši se pomo

u pladnja (oblik tanjura,

plo

e, stošca ili kugle) koji može otkriti / prekriti i pritiskanjem zatvoriti otvor koji se

naziva sjedište. Sjedište je naj

eš

e obloženo gumenom brtvom. Potreban je relativno

mali pomak pladnja za otvaranje znatne proto

ne površine. Sila ovakvog aktiviranja je

relativno velika, a vrijeme kratko. Ventili nisu naro

ito osjetljivi na ne

isto

e, jer

struja zraka odnosi ne

isto

u i

isti sjedište. Tip razvodnika sa sjedištem obi

no je 2/2

ili 3/2 (Sl. 4.21, Sl. 4.22), a složeniji tipovi izvode se kombinacijom ve

eg broja

razvodnika.

Sl. 4.23 Tanjurasti 3/2 razvodnik s kota

em – posredni [3]

Otvaranje / zatvaranje razvodnika s kliznim prekrivanjem ostvaruje se pomo

površine (klip, plo

a ili kliza

– kulisa) koja klizanjem prelazi preko strujnog otvora i

tako ga postupno otkriva / prekriva.

Prednosti razvodnika s klipom (Sl. 4.24) su manja sila aktiviranja, jednostavnije
funkcioniranje i mogu

nost promjene na

ina aktiviranja. Mane su mu ve

a duljina

hoda, manja frekvencija prebacivanja i poteško

e s brtvljenjem. Brtvene površine

osjetljive su na ne

isto

e (habanje). Izra

uju se kao 3/2 i 5/2 razvodnici.

Sl. 4.24 Klipni 5/2 razvodnik [6]

Plo

asti razvodnik (Sl. 4.25) ima kružnu razvodnu plo

u, koja zakretanjem spaja

odgovaraju

e priklju

ke. Aktiviranje je naj

eš

e ru

no. Može se iskoristiti i srednji

1 3

3 5

2 4

položaj, u kojem su svi priklju

ci zatvoreni. Zato se izra

uje kao 4/2 i 4/3 razvodnik.

no pozicioniranje plo

e obi

no se osigurava usko

nikom (v. simbol aktiviranja).

Razvodnik s kulisom sli

i klipnom razvodniku, ali umjesto središnjeg klipa klipnja

tangencijalno pomi

e plosnatu razvodnu plo

u (kulisu) koja klizanjem prekriva /

otkriva otvore priklju

aka.

Sl. 4.25 Plo

asti 4/2 razvodnik. Simbol: aktiviranje ru

icom s usko

nikom [2]

Odabir razvodnika

Za odabir su bitne sljede

e tri, me

usobno povezane, karakteristike cilindra

(aktuatora):

– promjer klipa cilindra (radni volumen motora)
– optere

enje klipa

– potrebna brzina klipa (brzina vrtnje motora)

Odabir se vrši prema iskustvenim podacima – pomo

u dijagrama.

Razvodnici trebaju imati jednozna

ne oznake radi održavanja i dokumentacije.

4.2.2 Zaporni ventil

Zaporni ventili ne dopuštaju protok u jednom smjeru (zatvaraju), a propuštaju u
suprotnom smjeru (kao dioda). Pove

anje tlaka na izlaznoj strani potpomaže zapornu

funkciju (brtvljenje).

Podjela:

– nepovratni
– uvjetno zaporni (logi

ki I)

– naizmjeni

no zaporni (logi

ki ILI)

– brzoispusni

Nepovratni ventil

Potpuno zatvaraju protok u jednom smjeru, a u suprotnom propuštaju medij (Sl. 4.26)
uz minimalno mogu

i pad tlaka (mali otpor). Taj pad tlaka je kriterij kvalitete ventila.

Zatvaranje se postiže pomo

u zapornih elemenata: plo

a (tanjur), stožac, kugla.

Nepovratni ventili

esto se kombiniraju s prigušnim ventilima.

1 3

2 4

Sl. 4.28 Realizacija I-funkcije pomo

u a) pasivnog spoja b) dva 3/2 razvodnika spojena u seriju

Sl. 4.29 Primjena I-funkcije za upravljanje cilindrom pomo

u a) I-ventila, b) serijskog spoja 3/2

razvodnika

Funkcija NE

Tablica 4.2 Funkcija NE, ulaz: 10, izlaz: 2

1 3

a) ulazni signali na 1 i 12

1 3

b) ulazni signali na 12

1.0

3 1 5

2 4

1.1

1.4

1 3

1.2

1 3

1.3

0.1

1.0

3 5

2 4

1.1

1 3

1.3

1 3

1.2

Realizacija NE-funkcije
pomo

u 3/2 razvodnika

1 3

Naizmjeni

no zaporni ventil (ILI-ventil)

Naizmjeni

no zaporni ventili (Sl. 4.30) ostvaruju logi

ku ILI funkciju (v. tablicu).

Tlak se prenosi na izlazni priklju

ak, kad tlak djeluje na jedan (bilo koji) ulazni

priklju

ak, a istovremeno se drugi (odzra

eni) ulazni priklju

ak zatvara. Ako tlak

djeluje na oba ulazna priklju

ka, otvoren je kroz jedan od njih (ili kroz oba) prolaz

prema izlaznom priklju

ku.

Sl. 4.30 Naizmjeni

no zaporni ventil [2]

Tablica 4.3 Funkcija ILI, ulazi: 12, 14, izlaz: 2

Brzoispusni ventil

Brzoispusni ventili koriste se za ubrzanje pražnjenja cilindra,

ime se pove

ava brzina

kretanja klipa. Cilindar se ne prazni preko upravlja

kog razvodnika, nego preko

brzoispusnog ventila. Brzoispusni ventil ima relativno veliki proto

ni presjek i

predstavlja manji otpor strujanju medija koji izlazi iz cilindra nego razvodnik.
Tako

er, u slu

aju pražnjenja cilindra kroz razvodnik, na razvodniku se javlja buka

zbog prigušivanja zraka. Prilikom punjenja cilindra zaporni element brzoispusnog
ventila (Sl. 4.31) zatvara priklju

ak 3 i svojim deformiranjem omogu

ava prolaz od 1

(razvodnik) prema 2 (cilindar). Prilikom pražnjenja zaporni element zatvara
priklju

ak 1 (onemogu

ava odzra

ivanje cilindra preko razvodnika), uz istovremeno

otvaranje prolaza od 2 (cilindar) prema 3 (odzra

ni otvor).

Sl. 4.33 Pneumatska shema upravljanja

4.2.3 Tla

ni ventil

Tla

ni ventili koriste se za regulaciju tlaka radnog fluida, kao i za niz drugih funkcija

baziranih na razini tlaka. Tla

ni ventili dijele se na:

–  regulatori tlaka
–  sigurnosni ventili
–  proslijedni tla

ni ventili

Regulator tlaka (ventil za regulaciju tlaka)

Sl. 4.34 Regulator tlaka [5]: 1 – membrana, 2 – opruga, 3 – vijak, 4 – ulazni tlak, 5 – opruga,

6 – pladanj ventila, 7 – otvor za atm. zrak, 8 – vreteno ventila

1.0

1.3

1.1

2 4

3 1 5

1 3

1.2

1.3

1.01

Podesivi regulator
tlaka s odzra

ivanjem

Dva su osnovna tipa regulatora tlaka:

– regulator bez korekcije prekora

enja tlaka u odvodnom kanalu (podesivi regulator

tlaka bez ispusta)

– regulator s korekcijom prekora

enja tlaka u odvodnom kanalu (podesivi regulator

tlaka s ispustom - Sl. 4.34)

Sigurnosni ventil

Sigurnosni ventili (ventili za ograni

enje tlaka) osiguravaju da ne do

e do

prekora

enja tlaka u dovodnom vodu. Ako tlak u dovodnom vodu poraste iznad

namještene vrijednosti, dovod se spaja s odzra

nim odvodom sve dok tlak ne padne

ispod namještene vrijednosti.

Sl. 4.35 Sigurnosni ventil [2]

Proslijedni tla

ni ventili

Konstrukcija ventila ista je kao kod sigurnosnih ventila, ali je namjena razli

ita. Na

njima je izlaz (prema drugim ure

ajima) otvoren samo dok je tlak na ulazu ve

i od

namještene vrijednosti (proslje

uju dalje povišeni tlak, ako je ve

i od namještenog).

4.2.4 Proto

ni ventili

Proto

ni ventili djeluju na protok radnog fluida, a posredno i druge veli

ine koje

zavise od protoka odn. brzine fluida. Koriste se dva tipa proto

nih ventila:

– prigušni (prigušuju u oba smjera) i
– jednosmjerno-prigušni (prigušuju u jednom smjeru)

Prigušno djelovanje ostvaruje se suženjem (prigušnica, blenda) koje predstavlja otpor
strujanju fluida (izaziva pad tlaka). Jednosmjerno prigušni ventili nazivaju se još
nepovratno-prigušni i prigušno-nepovratni. Oni predstavljaju paralelni spoj
prigušnice i nepovratnog ventila. U jednom smjeru protok ide kroz prigušnicu, dok se
u suprotnom smjeru otvara nepovratni ventil, pa protok najve

im dijelom prolazi kroz

njega uz minimalni otpor.

Prigušno-nepovratni ventili

esto se koriste za smanjenje brzine cilindra. Osim za

male cilindre, obi

no se prigušuje odvod dvoradnih cilindara. Sl. 4.37 prikazuje

izvedbu usporenja hoda cilindra u oba smjera, prigušivanjem na odvodu. 5/2
razvodnik pruža mogu

nost da se isti u

inak postigne ugradnjom obi

nih prigušnih

ventila na odzra

ne priklju

ke 3 i 5. Ako se prigušno-nepovratnim ventilima na slici

zamijene priklju

ci (promjena smjera propuštanja nepovratnog ventila), postiže se

Vremenski

lan. Element kojim se ostvaruje vremensko kašnjenje provodi tla

signal kroz prigušnicu, iza koje je paralelno priklju

en zra

ni spremnik (Sl. 4.39), što

je analogno elektri

kom spoju otpornika i kondenzatora. Dovo

enjem stla

enog zraka

na priklju

ak 12, zrak preko prigušnice puni spremnik u kojem postupno raste tlak.

Potrebno je izvjesno vrijeme kašnjenja (t

) da tlak naraste na razinu dovoljnu za

svladavanje sile opruge i prebacivanje razvodnika u aktivan položaj. Napajanje na
ve

oj energetskoj razini vrši se posredno, preko razvodnika (spajanje od 1 na 2), a ne

od priklju

ka 12 preko prigušnice (otpora). Mogu

a izvedba vremenskog

lana

prikazana je na Sl. 4.40. Uobi

ajene izvedbe omogu

uju kašnjenje od 0,5÷30 s.

Sl. 4.39 Vremenski

lan (kao kondenzator i otpor) - shema i odziv (vremensko kašnjenje: t

)

Sl. 4.40 Vremenski

lan [3]

4.2.6 Cijevni zatvara

Cijevni zatvara

i su ventili i slavine

ija svrha je potpuno, stati

ko zatvaranje

cjevovoda, npr. prilikom isklju

ivanja dijela sustava, pri zahvatima održavanja,

remontu itd.

1 3

4.3

Pomo

ni elementi

– priklju

ne i montažne plo

– prigušiva

i buke (iz poroznih materijala),

– vakuumski ure

aji za prihvat,

– indikatori,
– broja

– pretvara

i signala,

– pneumatska poja

ala,

– pneumatski bezkontaktni senzori

Prema na

inu odvijanja programa (programsko upravljanje):

–

slijedno (kora

no) upravljanje (sljede

a radnja odvija se nakon završetka

prethodne)

– upravljanje

zavisno od vremena (prema vremenskom programu –

programator)

Upravlja

ke sheme

Pneumatske upravlja

ke sheme su funkcionalne sheme – prikazuju na

funkcioniranja sustava i veze me

u elementima, a ne njihov fizi

ki smještaj. Tako se

npr. cilindri i razvodnici uvijek prikazuju u horizontalnom položaju. U shemama su
jasno odre

eni i prepoznatljivi vrste i tipovi korištenih pneumatskih elemenata.

U upravlja

kim shemama smještaju se (crtaju)

odozgo prema dolje grupe

pneumatskih elemenata poštuju

i sljede

i redoslijed:

–

izvršni elementi (cilindri, motori)

–

dodatni elementi (npr. prigušnice za usporavanje)

–

energetski upravlja

ki elementi (glavni razvodnici)

–

informacijski upravlja

ki elementi (za obradu signala – razvodnici, ventili)

–

signalni elementi (tasteri, prekida

–

elementi za pripremu i razvod zraka

Oznaka pneumatskog elementa upisuje se pokraj ili iznad elementa. Ukoliko se
razvodnik aktivira pomakom klipnja

e cilindra, oznaka tog razvodnika dodatno se

upisuje pokraj klipnja

e – iznad kratke vertikalne crtice koja ozna

ava položaj

klipnja

e u kojem se aktiviranje vrši.

Pneumatski elementi povezuju se vodovima. Upravlja

ki vodovi danas se naj

eš

crtaju punom linijom, iako su važe

om normom predvi

ene crtkane linije.

Metode rješavanja (sinteze) pneumatskih shema upravljanja:

Projektiranje  pneumatskog  upravljanja  potrebno  je  izvesti  sustavnim  redoslijedom.
Cilindri  i  važniji  elementi  odabiru  se  sukladno  radnom  procesu.  Zatim  se  nacrta
položajna  skica  u  koju  se  ucrtaju  svi  cilindri,  pomi

ni i relevantni dijelovi. Nakon

toga potrebno je prikazati odvijanje radnog procesa putem funkcijske sheme,
dijagrama (dijagram put-vrijeme ili put-korak) i/ili slovno-broj

anim na

inom

prikazivanja. Na kraju se korištenjem odgovaraju

ih metoda projektira shema

upravljanja.

Sl. 5.2 prikazuje primjer položajne skice: izvla

enjem klipnja

e cilindar 1.0 izbacuje

predmet iz spremnika. Nakon toga cilindar 2.0 izvla

enjem klipnja

e gurne taj

predmet u kutiju. Na kraju se uvla

e obje klipnja

e, a novi predmet pada u pripremni

položaj za izbacivanje.

Za projektiranje shema upravljanja koriste se matemati

ke i inženjerske metode.

Matemati

ke metode koriste se za kompleksne probleme upravljanja. One se baziraju

na kombinatorici i matemati

koj logici (Booleova algebra). Ovdje se obra

uju

inženjerske metode, koje su prikladne za rješavanje jednostavnijih problema
upravljanja.

Sl. 5.2 Primjer položajne skice

Izme

u ve

eg broja inženjerskih metoda, ovdje se obra

uju sljede

e tri:

a) VDMA

metoda (Festo metoda)

b) kaskadna metoda

c) taktna metoda (korak-po-korak)

Osnovni problem kod upravljanja predstavlja blokiraju

i (prekrivaju

i) signal. To je

signal koji drži razvodnik u jednom razvodnom položaju, pa time onemogu

ava

promjenu položaja u

asu kada je ona potrebna u radnom procesu. Ovaj problem

rješava se potiskivanjem (pošalje se ja

i signal – Sl. 5.3a) ili poništavanjem

blokiraju

eg signala. Za isklju

ivanje nepoželjnog signala (poništavanje signala)

koriste se:

1. Pneumatski elementi koji prilikom aktiviranja daju samo kratkotrajni signal na

izlazu (funkcijsko na

elo – VDMA metoda). Takav element je npr. razvodnik sa

zglobnim ticalom i kota

em preko kojeg prelazi šiljak postavljen na klipnja

(Sl. 5.3b). Prelaskom šiljka u jednom smjeru preko kota

a generira se

kratkotrajni signal, dok u suprotnom smjeru signala nema – savije se zglob koji
nosi kota

Sl. 5.3 a) potiskivanje – razvodnik aktiviran putem cilindara razli

ite površine b) zglobno ticalo

2. Kaskadni razvodnici koji se uklju

uju segmentno (kaskadno) – uklju

uju grupu po

grupu grani

nih razvodnika-prekida

a (koristi se I-funkcija), u skladu sa slijedom

odvijanja programa (kaskadna metoda)

VDMA – Verein Deutscher Maschinenbau Anstalten (Savez njema

kih zavoda za strojogradnju)

1.0

2.0

nacrt

tlocrt

1.0

cilindar 1.0 vra

a u po

etni položaj (korak 4),

ime je radni ciklus završen. Nakon

skidanja zakovanog izratka i ulaganja novog, ponovni ciklus treba uslijediti
ponavljanjem signala START.

Sl. 5.5 Primjer 2, pneumatska shema upravljanja

Ako se koriste razvodnici s grani

nikom i ticalom (crtkana linija na Sl. 5.6), korak 3

ne može uslijediti, jer cijelo vrijeme djeluje blokiraju

i signal razvodnika 2.2, tako da

razvodnik 2.3 ne može prebaciti razvodnik 2.1 u novi razvodni položaj. Osim toga,
ciklus nije mogu

e ponovo zapo

eti, jer signal razvodnika 1.3 blokira prebacivanje

razvodnika 1.1 kod ponovljenog aktiviranja signala START.

Sl. 5.6 Tijek signala na razvodnicima

1
0

korak

2.3

2.2

1.3

1.2

1 3

1.2

0.1

1.1

2 4

1 3

2.3

2.1

2 4

1 3

1.0

2.2

2.0

2.3

1.3

1 3

2.2

1 3

1.3

1 3

0.2

2.01

1.01

Da bi se izbjegli ovi problemi s blokiranjem signala, u rješenju pomo

u VDMA

metode (Sl. 5.5 i puna linija na Sl. 5.6) koriste se razvodnici sa zglobnim kota

em i

ticalom (razvodnici 1.3 i 2.2) koji se mogu samo kratkotrajno aktivirati, i to
prolaskom klipnja

e samo u jednom smjeru. Na upravlja

koj shemi taj se smjer mora

ozna

iti strelicom uz oznaku grani

nog položaja cilindra (v. Sl. 5.5).

U VDMA metodi, potrebno je u dijagramu put-vrijeme detektirati postojanje
blokiraju

eg signala. Promatraju se horizontalne linije u tom dijagramu. One zna

e da

doti

ni cilindar miruje, a aktivirani razvodnik (ovdje 2.2) kroz to vrijeme mirovanja

ostaje uklju

en. Ako se u tom razdoblju uklju

uje i drugi razvodnik, koji ima isti prvi

broj (pripada istom cilindru), a njegov drugi broj ima suprotnu parnost (u ovom
slu

aju takav razvodnik je 2.3), prvi razvodnik (2.2) daje blokiraju

i signal.

5.2

Kaskadna metoda

Kod kaskadne metode obustavlja se napajanje (grupa) razvodnika kod kojih se
pojavljuje blokiraju

i signal. Pravila projektiranja pneumatskog upravljanja pomo

kaskadne metode:

1. Ispisuje se redoslijed odvijanja programa, pri

emu se izvla

enje cilindra

ozna

ava s ‘+’, a uvla

enje s ‘-‘.

Dakle, za

primjer 2 zapisuje se:

A+ B+...B-...A-

Ako se cilindri gibaju istovremeno, moraju se zapisati jedan ispod drugog. Za
razliku od broj

ane oznake cilindra (npr. 1.0) iz VDMA metode, u kaskadnoj i

ostalim metodama cilindri se ozna

avaju velikim slovima (npr. A).

2. Redoslijed odvijanja programa upisuje se oko kruga (funkcijski krug), u smjeru

gibanja kazaljke na satu. Start se ozna

ava s dvije vertikalne linije (

׀׀

), a strelicom

se pokaže na odgovaraju

e prvo – po

etno – kretanje cilindra.

3. Svaki cilindar (osim onih koji rade istovremeno) u hodu prema naprijed aktivira

po jedan 3/2 razvodnik s ticalom ili kota

em, a jedan u hodu prema natrag.

Razvodnik se ozna

ava istim slovom kao i cilindar koji ga kretanjem aktivira, ali

koriste se mala slova abecede. Ako se razvodnik aktivira uvla

enjem klipnja

dobiva indeks 0, a pri izvla

enju indeks 1 (npr. razvodnici koje aktivira cilindar A

nose oznake a

i a

Iznad oznaka cilindara u krugu upisuje se odgovaraju

a oznaka razvodnika (npr.

iznad A+).

4. Krug se zatim razdijeli na isje

ke (zrakama iz centra) u kojima se jedan cilindar

smije pojaviti samo jedan puta. Svaki isje

ak kruga predstavlja jednu kaskadu. Uz

funkcijski krug ozna

i se po

etak svake kaskade (npr Ik, IIk, itd.).

Sl. 5.8 Primjer 2, pneumatska shema upravljanja

Dvije kaskade upravljaju se pomo

u jednog kaskadnog razvodnika, a za svaku

dodatnu kaskadu potreban je dodatni kaskadni razvodnik. Prilikom uklju

ivanja tre

i daljnjih kaskada potrebno je razvodnik prethodne kaskade prebaciti u po

etni

položaj. Direktno se napaja samo posljednji kaskadni razvodnik, a za napajanje svih
ostalih koristi se pasivni I-spoj.

Sl. 5.9 Primjer spajanja kaskadnih razvodnika za 4 kaskade

Primjer 3 [3]

U ure

aj za savijanje lima ru

no se ume

e komad limene trake. Aktiviranjem tipke

START zapo

inje se ciklus u kojem se cilindrom A pridržava traka cijelo vrijeme

izrade, savijanje za prvih 90

obavlja se alatom koji pokre

e cilindar B i koji se mora

vratiti u po

etni položaj da ne ometa alat cilindra C kojim se vrši savijanje za narednih

. Kona

ni oblik izratka:

kIV

kIII

kII

2 4

1 3

2 4

1 3

2 4

1 3

Poslj.
razvodnik kI

Poslj.
razvodnik kII

Poslj.
razvodnik kIII

Poslj.
razvodnik kIV

1 3

2 4

1 3

2 4

1 3

2 4

1 3

kII

1 3

START

kII

1 3

Sl. 5.10 Primjer 3, dijagram put-vrijeme

Redoslijed odvijanja programa je:

A+ B+...B- C+ C- A-.

Sl. 5.11 Primjer 3, funkcijski krug

5.3

Taktna metoda

Taktna metoda spada u kora

ne metode i razvila se iz preostale dvije kora

ne metode:

metode korak-po-korak i metode sa 'sequenz-modulom'. Te metode kao osnovni

lan

koriste impulsno upravljane razvodnike (bistabile) kao memorijske elemente, a
baziraju se na slijednom uklju

ivanju svakog sljede

eg koraka prema zadanom

programu uklju

ivanja kojeg diktira radni proces. Pri tome se signal naredbe za

pojedinu radnu akciju (npr. A

, A

na Sl. 5.13) dozvoljava samo u

asu kad je taj

signal potreban,

ime se izbjegava blokiraju

i signal. Kora

ne metode zahtijevaju

nešto ve

i broj pneumatskih elemenata, ali predstavljaju jednostavan i pouzdana na

rješavanja složenijih situacija, a naro

ito su pogodne kad u jednom radnom ciklusu

treba više puta ponavljati neke radnje (npr. kad se isti cilindar mora izvla

iti više puta

u jednom ciklusu).

Sl. 5.13 uz pomo

logi

kih simbola prikazuje princip rada kora

nih metoda za primjer

da je potrebno izvršiti tri akcije. Memorijski elementi imaju dva mogu

a stabilna

položaja: aktivan S (set) i neaktivan R (reset). Npr. za signal A

(naredbu da se izvrši

odgovaraju

a radnja) mora se srednji memorijski element postaviti u aktivan položaj

S, a za to je potreban signal srednjeg I-

lana. Za taj signal potreban je signal Y

(da je

START

A+

B+

C+

A-

I k

II k

B-

C-

III k

Sl. 5.13 Princip kora

nih metoda prikazan logi

kim simbolima

Sl. 5.14 Temeljni sklop metode korak-po-korak

Taktna metoda koristi gotove upravlja

ke module,

ime izvedba postaje jednostavnija

i jeftinija, pa se metoda

esto koristi. U taktnim modulima I-

lan je riješen pomo

3/2 razvodnika u tzv. pasivnom spoju. Moduli imaju i dodatni priklju

ak za signal L

kojim se može isklju

iti ili uklju

iti izlazni signal modula (A-signal). Korištenjem

signala L mogu

e je memorijske elemente upravlja

kog sustava prije starta dovesti u

ispravan položaj (reset). Kombiniraju se tri tipa modula TAA, TAB i TAC. Taktni
moduli TAA i TAB (Sl. 5.15) sadrže:

–

impulsno aktivirani 5/2 razvodnik (memorijski

lan) sa zatvorenim jednim vodom

koji se iz prakti

nih razloga koristi umjesto 3/2 razvodnika,

–

3/2 razvodnik u pasivnom spoju (I-

lan koji – zbog tehnološkog rješenja i na

ina

spajanja modula u upravlja

ki lanac – pripada narednom koraku),

–

naizmjeni

no zaporni ventil (ILI-

lan) koji omogu

ava uklju

ivanje/isklju

ivanje

izlaznog (A) signala pomo

u signala L.

Taktni moduli TAA i TAB razlikuju se po spajanju ILI-

lana odn. signala L. Kod tipa

TAA izlazni se signal (A) isklju

uje pomo

u signala L, a kod tipa TAB, on se

uklju

uje.

Signal X pripada narednom elementu. Putem pasivno spojenog (I) razvodnika signal
X generira signal Y

n+1

, što dovodi do aktiviranja (Set) memorijskog 3/2 razvodnika

narednog elementa na kojem se generira signala A i Z

n+1

, a time se napaja pasivni (I)

R S

START

R S

START

1 3

spoj za naredni korak i ujedno u prvotnom elementu deaktivira (Reset) memorijski
razvodnik uz prestanak napajanja pasivnog (I) spoja.

Sl. 5.15 Taktni moduli tip TAA i TAB

Taktni modul TAC (Sl. 5.16) sadrži samo 3/2 razvodnik u pasivnom spoju (I-

lan).

Sl. 5.16 Taktni modul tip TAC

U taktni lanac mogu se uklju

iti minimalno tri modula s memorijskim elementima.

Mogu

a izvedba temeljnog sklopa sa Sl. 5.13 pomo

u taktnih modula prikazana je na

Sl. 5.17. Ako se koristi signal L, prvi modul treba biti tip B (TAB), a preostala dva tip
A (TAA). Napominje se da se ovdje za metodu korak-po-korak koriste taktni moduli,
što nije uobi

ajeno i ne odgovara pravilima taktne metode. Ovo rješenje služi samo za

pojašnjenje funkcioniranja taktnih modula, a taktna metoda i njena normalna primjena
izložene su u nastavku.

U cilju pojednostavljenja rješenja odn. smanjenja broja memorijskih elemenata, taktna
metoda preuzima princip iz 'skra

ene' metode korak-po-korak koji se bazira na istoj

ideji kao i kaskadna metoda. Najprije se redoslijed odvijanja programa zapisuje na ve

poznati na

in (ispisuje se redoslijed odvijanja programa). Taj zapis se zatim dijeli u

P
Z

n+1

P
Z

n+1

Tip TAA

P
Z

n+1

P
Z

n+1

Tip TAB

P
Z

n+1

P
Z

n+1

Tip TAC

Primjer 4 [2]

Ure

aj za bušenje treba u izratku izbušiti dvije rupe. Najprije se cilindrom A izradak

priteže uz odgovaraju

e pozicioniranje, pa se pomo

u cilindra B pomi

e glava

bušilice i na taj na

in izvrši bušenje, a zatim se glava vra

a u po

etni položaj. Tada se

cilindrom C cijeli pomi

ni dio radnog stola na kojem su pri

vrš

eni izradak i cilindar

A pomi

e u novi položaj i bušenje se ponavlja pomo

u cilindra B. Na kraju se taj dio

radnog stola vra

a u po

etni položaj i izradak otpušta. Potrebno je usporiti izvla

enje

cilindara A i B, kao i kretanje radnog stola u oba smjera. U ovom primjeru se unutar
ciklusa ponavlja rad cilindra B, što se najlakše rješava taktnom metodom.

Redoslijed odvijanja programa:

A+ B+ B- C+ B+ B- C- A-

Tablica 5.2 Redoslijed ugra

enih taktnih modula – prim. 4

Grupe

A+ B+

B- C+

B+

B- C- A-

Ugra

eni moduli – varijanta 1

A C

A C B

Ugra

eni moduli – varijanta 2

A C

B C C

Sl. 5.19 Primjer 4 – taktna metoda, shema pneumatskog upravljanja

n+1

1 3

START

2 4

1 3

2 4

1 3

2 4

1 3

n+1

1 3

5.4

Kombinirana metoda

esto se koristi i kombinacija kaskadne i taktne metode. Tada se u kaskadnoj metodi

kao kaskadni razvodnici koriste taktni moduli.

Primjer 2

Funkcijski krug prikazan je na Sl. 5.7, a pneumatska shema upravljanja na Sl. 5.20.

Potrebna su minimalno tri memorijska elementa. Kad su potrebne samo dvije akcije
(A

i A

) treba zatvoriti radni priklju

ak A

(slijepi priklju

ak), a signal X

treba

paralelno priklju

iti na priklju

ke X

i X

(na prva dva modula).

Ugra

eni su tipovi modula

A, A, B.

Sl. 5.20 Primjer 2 – Pneumatska shema upravljanja

1 3

2 4

1 3

2 4

1 3

kII

1 3

START

kII

1 3

n+1

Sl. 6.2

Principijelna shema hidrauli

kog sustava

Hidraulika se koristi u vrlo širokom podru

ju koje obuhva

–

alatne strojeve,

–

poljoprivredne strojeve,

–

šumarske strojeve,

–

cestovna i šinska vozila,

–

brodogradnju,

–

avio-industriju,

–

energetiku,

–

rudarstvo,

–

vojnu industriju,

–

svemirsku tehniku itd.

Prednosti hidrauli

kog medija su:

–

mogu

e postizanje

velikih sila,

–

velika

gusto

a snage (P/m ili P/V),

–

jednostavnost pretvorbe energije medija u mehani

ki rad

–

mala inercija,

–

automatsko

prilago

avanje potrebne sile,

–

mogu

pokretanje pod punim optere

enjem,

–

jednostavno i kontinuirano

podešavanje brzine, sile, momenta itd.

–

mogu

e nagle

promjene smjera i brzina,

–

mogu

velike brzine,

–

mogu

e ekstremno

niske brzine,

–

lako se realizira

linearno gibanje,

–

precizno

pozicioniranje,

–

jednostavnost

zaštite od preoptere

enja,

–

jednostavnost

akumulacije energije pomo

u plinovitog medija,

–

jednostavnost

podmazivanja i odvo

enja topline,

–

visoka

pouzdanost u radu,

–

visoka

ekonomi

nost u radu,

–

jednostavno i jeftino

održavanje,

Nedostaci hidraulike obuhva

aju:

–

potrebno

generirati hidrauli

ku energiju,

–

potrebni su

povratni vodovi,

–

relativno

visoka cijena ure

aja i elemenata,

–

specifi

nost (male serije) i preciznost izvedbi,

–

ograni

ene brzine strujanja ulja,

–

promjena karakteristika ulja (s temperaturom i tlakom, starenje),

–

relativno

prljav pogon.

Snaga pumpe P

jednaka je:

Q p

∆

(7.4)

pri

emu je

ukupni stupanj korisnog djelovanja pumpe, a snaga motora:

∆

(7.5)

pri

emu je

ukupni stupanj korisnog djelovanja motora.

U hidraulici se uglavnom koriste volumenske pumpe i motori, kod kojih protok Q
zavisi od radnog volumena (V) i broja okretaja (n) stroja. Tako npr. za klipnu pumpu
teoretski protok iznosi

Q = znV,

(7.6)

pri

emu je z broj cilindara pumpe.

Gubici

Za dionicu cjevovoda duljine L i konstantnog promjera D linijski gubitak (pad tlaka)
može se odrediti izrazom

λ ρ

∆ =

(7.7)

pri

emu je

koeficijent viskoznog trenja ulja koji op

enito zavisi o relativnoj

srednjoj visini hrapavosti cijevi k/D i Reynoldsovom broju:

µπ

(7.8)

gdje

ozna

ava koeficijent kinemati

ke viskoznosti ulja, a

koeficijent dinami

viskoznosti ulja. Za vrijednosti Reynoldosovog broja manje od kriti

ne (

Re<Re

)

strujanje je laminarno, a za ve

e (

Re>Re

) je turbulentno.

Za strujanje u cijevi kružnog presjeka obi

no se kao kriti

ni Reynoldsov broj prihva

vrijednost

=2320, a u laminarnom režimu strujanja vrijedi

(7.9)

Za turbulentno strujanje koriste se eksperimentalne formule i/ili dijagrami (Moodyev
dijagram).

Lokalni gubici u nekom elementu armature cjevovoda (npr. ventil, koljeno, ili ra

va)

mogu se odrediti prema izrazu

∆ =

(7.10)

pri

emu je K koeficijent lokalnog gubitka u tom elementu armature. U priru

nicima

se koeficijent lokalnog gubitka

esto izražava pomo

u ekvivalentne duljine cijevi

= KD/

Svi gubici strujanja (linijski i lokalni) predstavljaju onaj dio mehani

ke energije ulja

koji se putem trenja transformira u unutrašnju energiju ulja. Isto vrijedi i za velik dio
gubitaka u strojevima (pumpe i motori). Pove

anje unutrašnje energije ulja dovodi do

odgovaraju

eg pove

anja temperature ulja. Promjena ove temperature mora se

prora

unavati, a zbog nje je

esto potrebno ugraditi hladnjak za ulje. Za rad na

otvorenom ponekad je potrebno ugraditi i grija

za ulje.

Primjer – Potrebna snaga pumpe

Odredite potreban protok Q, prirast totalnog tlaka

∆

i snagu pumpe P

jednostavni hidrauli

ki sustav prikazana na sl. 6.2. Poznati su sljede

i podaci:

= 880 kg/m

.............. gusto

a ulja

F = 120 kN .................. potrebna sila na klipnja

i cilindra

D = 150 mm ................ promjer cilindra
v

= 0,1 m/s................. brzina izvla

enja klipnja

= 96%=0,96 .......... volumetri

ki stupanj korisnog djelovanja cilindra

= 95%=0,95.......... hidrauli

ko-mehani

ki stupanj korisnog djelovanja cilindra

d = 20 mm ................... promjer cjevovoda
L = 15 m ...................... ukupna duljina cjevovoda
q

= 1%=0,01 .............. volumetri

ki gubitak u cjevovodu

= 0,04........................ koeficijent viskoznog trenja u cijevi

= 4 m ..................... ekvivalentna duljina (gubitak) za povratni ventil

= 3 m ..................... ekvivalentna duljina (gubitak) za razvodnik

= 1 m ..................... ekvivalentna duljina (gubitak) za filtar

= 75% = 0,75 .......... stupanj korisnog djelovanja pumpe (ukupni)

Rješenje

Potreban protok i pad tlaka na cilindru iznose

1,841

7,148

MPa

∆ =

tako da je traženi protok kroz pumpu

)

1,859

q Q

= +

Ukupna ekvivalentna duljina cjevovoda (za sve lokalne gubitke) je

= L

+ L

= 8 m,

pa je ukupni gubitak tlaka u cjevovodu jednak

7, 089

bar

∆ =

Traženi prirast tlaka u pumpi iznosi

7,857

MPa

∆ = ∆ + ∆ =

a potrebna snaga pumpe (na vratilu) je

19, 48

Q p

∆ =

Sl. 7.3 Primjer paralelnog povezivanja

Uvo

enjem otpora strujanja R, i uzevši u obzir da je gubitaka tlaka

∆

na svim

paralelno spojenim elementima (otporima) me

usobno jednak, jednadžba kontinuiteta

može se zapisati u obliku

∆

∑

(7.14)

Prema tome, za ukupni otpor paralelno vezanih otpora vrijedi relacija

∑

(7.15)

u kojoj se za razliku od elektri

ne struje, u nazivnicima pojavljuju kvadratni korijeni.

Kavitacija i hidrauli

ki udar

Kavitacija je pojava parne faze unutar kapljevine (isparavanje ulja). Javlja se na
mjestu na kojem unutar hidrauli

kog sustava tlak padne na razinu tlaka isparavanja

(zasi

enja) ulja. Kada nakon pojave isparavanja ulje do

e u podru

je viših tlakova,

dolazi do implozije parnih mjehuri

a i time do vrlo intenzivne erozije materijala i

brzog trošenja (uništenja) hidrauli

kih elemenata. Zato unutar sustava tlak nigdje ne

smije pasti na nivo tlaka isparavanja. Tlak isparavanja zavisi od vrste i temperature
ulja, a problemi s kavitacijom se u praksi javljaju kad apsolutni tlak ulja padne ispod
vrijednosti 0,3 bar.

Hidrauli

ki udar je pojava opasno visokog tlaka (tla

ni udar) izazvana naglom

promjenom koli

ine gibanja ulja. Javlja se prilikom nagle obustave ili uspostavljanja

protoka (npr. naglo zatvaranje ili otvaranje ventila), naro

ito unutar razmjerno dugog

cjevovoda. Prilikom prora

una vezanih uz hidrauli

ki udar nužno je uzeti u obzir

stla

ivost ulja. Pove

anje tlaka

∆

p prilikom trenutnog zatvaranja protoka (naglo

zatvaranje ventila) u apsolutno krutoj cijevi iznosi

∆

p =

cv,

(7.16)

pri

emu je c brzina zvuka u ulju, a v brzina strujanja ulja prije zatvaranja. Postupci

kojima se sprje

ava tla

ni udar obuhva

aju ugradnju hidrauli

kog akumulatora ili

ugradnju razvodnika koji se sporije zatvaraju.

∆

RADNI FLUIDI

Izbor odgovaraju

eg radnog fluida ima bitan utjecaj na ispravno funkcioniranje,

trajnost, pouzdanost i ekonomi

nost hidrauli

kog sustava. Izbor fluida utje

e i na

izbor hidrauli

kih elemenata (filtri, ventili, brtve...) koji se projektiraju za odre

enu

vrstu fluida. Od posebnog zna

aja je korištenje fluida koji nema štetnog utjecaja na

materijal brtvi.

Zadaci radnog fluida

su:

–

prijenos energije (glavni zadatak)

–

hla

enje

–

podmazivanje

–

zaštita od korozije

–

odnošenje ne

isto

Zahtjevi

koji se postavljaju na radne fluide obuhva

aju:

–

neznatna stla

ivost

–

sposobnost podmazivanja

–

mala promjena viskoznosti s temperaturom

–

otpornost na visoka termi

ka optere

enja

–

mala sklonost oksidaciji

–

mala sposobnost upijanja plinova

–

mala sklonost stvaranju pjene

–

ne-higroskopnost

–

postojanost karakteristika tijekom starenja

–

netoksi

nost i ekološka prihvatljivost

–

ne-agresivnost odn. kompatibilnost sa materijalima elemenata

–

nezapaljivost (visoka temperatura paljenja)

–

visok elektri

ni otpor

–

niska cijena

–

niski troškovi održavanja

Vrste

radnih fluida koji se koriste u hidraulici su:

–

voda i vodene emulzije,

–

mineralna ulja,

–

sinteti

ki fluidi,

–

teku

i metali i legure.

Klasifikacija (oznake) pojedinih radnih fluida provedena je prema aditivima (dodaju
se u svrhu poboljšanja nekih svojstava fluida). Tehnološki napredak hidrauli

kih

fluida je intenzivan. Danas se, zbog dobrog podmazivanja i dobre zaštite od korozije,
u najve

oj mjeri koriste mineralna ulja (za temperature –50 do 80

C). Zato se i termin

hidrauli

ko ulje koristi kao sinonim za hidrauli

ki fluid. Nedostaci mineralnih ulja su

velika promjena viskoznosti s temperaturom i izdvajanje smole na višim
temperaturama. Za temperature iznad 80

C (do 400

C) koriste se sinteti

ka ulja, a za

još više temperature (-10 do 770

C) teku

i metali i njihove legure [5]. Tablica

prikazuje klasifikaciju hidrauli

kih ulja prema normi ISO 6743/4.

Viskoznost

je najvažniji parametar pri odabiru radnog fluida. To fizikalno svojstvo

predstavlja mjeru sile (tangencijalna naprezanja) unutrašnjeg trenja koje se javlja pri
me

usobnom klizanju slojeva fluida. Izražava se koeficijentom dinami

ke (

) ili

kinemati

ke (

) viskoznosti (

). Viskoznost tvari pove

ava se porastom tlaka, a

smanjuje porastom temperature. Naro

ito se u zrakoplovstvu od fluida zahtijeva

PUMPE

Pumpe (crpke) su strojevi u kojima se izvana dovedena mehani

ka energija (rad

pogonskog stroja) transformira u energiju radnog fluida. Rotacijski hidrauli

ki motori

su sli

ni strojevi kod kojih se transformacija energije obavlja u suprotnom smjeru

(energija fluida pretvara se u mehani

ki rad). Zavisno od priklju

ivanja,

esto isti stroj

može raditi kao pumpa ili motor (za takav stroj se kaže da je reverzibilan, ali
reverzibilnost tako

er može zna

iti i samo mogu

nost vrtnje u oba smjera). Za pogon

pumpe obi

no se koriste elektromotori, a u mobilnoj hidraulici motori s unutrašnjim

izgaranjem.

Pumpe se dijele u dvije osnovne kategorije: volumenske pumpe (volumetri

ke) i

dinami

pumpe (naj

eš

e strujne tj. turbopumpe). Volumenske pumpe

transportiraju fluid (ostvaruju pove

anje tlaka i protok) putem smanjenja volumena

komora  u  pumpi,  a  koriste  se  za  relativno  male  protoke  uz  relativno  velike  visine
dobave.  Princip  rada  volumenske  pumpe  prikazan  je  na  Sl.  4.15,  na  primjeru
cilindarske pumpe. Pomicanjem klipa ulijevo obavlja se faza usisa (punjenje cilindra),
a  pomicanjem  klipa  udesno  faza  tla

enja (pražnjenje) cilindra. Na slici su tako

prikazani usisni i tla

ni ventil, koji su nužno prisutni kod npr. klipne pumpe s

koljeni

astim mehanizmom. Kod pumpi se zbog povoljnog redoslijeda promjene tlaka

naj

eš

e koriste samoradni ventili (bez vanjske intervencije odn. energije). Tijekom

usisa, otvara se usisni (donji) ventil i zatvara tla

ni (gornji) pomo

u podtlaka u

cilindru, dok se tijekom tla

enja otvara tla

ni ventil, uz istovremeno zatvaranje

usisnog ventila. Ovakvo samoradno otvaranje i zatvaranje ventila kod motora nije
mogu

e zbog nepovoljnog redoslijeda promjene tlaka. Motori koji imaju ventile

moraju imati i mehanizam za otvaranje i zatvaranje ventila (bregasta osovina).

Sl. 9.1 Princip rada i simbol volumenske pumpe

Turbopumpe u rotoru predaju snagu fluidu tako da pokretne lopatice ostvaruju silu
pritiska na fluid. Primjenjuju se za relativno velike protoke i male visine dobave, pa se
zato u hidraulici u principu ne koriste.

Protok i tlak

Teoretski protok kroz volumensku pumpu jednak je umnošku broja okretaja pumpe n
i radnog volumena pumpe V, pa prema tome ne zavisi od radnog tlaka pumpe. Stvarni
protok kroz pumpu jednak je

Q =

nV,

(9.1)

pri

emu je

volumetri

ki stupanj djelovanja pumpe. Volumenski gubici (1-

)nV

rastu linearno s pove

anjem prirasta tlaka

∆

u pumpi (volumenski protok Q se

linearno smanjuje). Prema tome, prirast tlaka

∆

u pumpi linearno opada s

pove

anjem protoka (radna karakteristika pumpe - Sl. 9.2). Radna karakteristika

volumenskih pumpi vrlo je strma, pa su posebno opasne situacije u kojima je
hidrauli

ki otpor iza pumpe prevelik (npr. zatvoreni tla

ni ventil prakti

ki predstavlja

beskona

ni otpor). U tim situacijama volumenska pumpa tipi

no pove

ava razinu

tlaka do enormnih vrijednosti, sve dok neki od elemenata ne popusti (ošte

enje,

pucanje, pregaranje motora ili sl.). Zato se takva pumpa obavezno štiti ventilom za
ograni

enje tlaka.

Sl. 9.2 Radna karakteristika volumenske pumpe

Protok volumenskih pumpi je neravnomjeran, a kao mjera te neravnomjernosti koristi
se stupanj nejednolikosti protoka

definiran kao omjer maksimalnog Q

maks

i srednjeg

protoka Q

= Q

maks

(9.2)

Najnepovoljniji mogu

i slu

aj javlja se npr. kod jednocilindarske jednoradne klipne

pumpe kod koje je protok u fazi usisa (prva polovica zakreta vratila tj. 0<

) jednak

nuli, a u fazi tla

enja (

) približno jednak produktu Q

maks

·sin

, tj.

maks

sin

α α

∫

(9.3)

Prema tome vrijedi 1<

, pri

emu

=1 odgovara najpovoljnijem mogu

em slu

aju

kontinuiranog protoka (Q = Q

maks

= const.). Stupanj nejednolikosti protoka smanjuje

se korištenjem pumpi s ve

im brojem radnih volumena (više cilindara, lamela ili

zubaca) ili ugradnjom tla

nih kompenzatora (amortizera). Nejednolikost protoka prati

i nejednolikost tlaka u cjevovodu (ista je frekvencija, dok oblik, amplituda i fazni
pomak krivulje promjene radnog tlaka zavise od cjevovoda). Uz korištenje
uobi

ajenih pumpi, nejednolikost protoka u hidrauli

kim sustavima je mala –

varijacije protoka obi

no ne prelaze 1%.

Prirast tlaka

∆

u pumpi je parametar koji odgovara visini dobave pumpe

(pomnoženoj sa specifi

nom težinom radnog fluida). U hidraulici je zbog relativno

visokih tlakova od ve

eg interesa parametar maksimalni radni tlak pumpe. Uobi

ajene

vrijednosti maksimalnog radnog tlaka pumpe u hidraulici se kre

u oko 10-60 MPa.

Snaga i stupanj korisnog djelovanja

Snaga pumpe jednaka je umnošku momenta na spojci (vratilu) i kutne brzine vrtnje
(P

= M

). Naj

eš

a brzina vrtnje hidrauli

kih pumpi iznosi n = 1500 o/min

(dvopolni elektromotor). Snaga pumpe P

jednaka je

∆

Podjela volumenskih pumpi:

1. Zup

asta

a)  s vanjskim ozubljenjem
b)  s unutrašnjim ozubljenjem
c)  sa zup

astim prstenom

2. Vij

ana

3. Krilna (lamelna)

a) s 1 komorom

–

s konstantnim protokom

–

s promjenljivim protokom

b) s više komora – višeradne (konstantni protok)

4. Klipna

a) klipno-aksijalna (s aksijalno postavljenim ekscentrom)

–

s nagibnom plo

om (s miruju

im ekscentrom)

–

s nagibnom osi (s rotiraju

im ekscentrom)

b) klipno-radijalna (s radijalno postavljenim ekscentrom)

–

s unutrašnjim djelovanjem (vanjskim ekscentrom)

–

s vanjskim djelovanjem (unutrašnjim ekscentrom)

c) s koljeni

astim mehanizmom

d) s kulisnim mehanizmom

5. Membranska

Membranske pumpe, te klipne pumpe s koljeni

astim mehanizmom i kulisnim

mehanizmom rijetko se koriste u hidraulici.

Jednokomorne krilne i klipne pumpe s aksijalnim ekscentrom i s vanjskim radijalnim
ekscentrom imaju mogu

nost variranja protoka (promjenljivi protok). Sve zup

aste i

vij

ane pumpe imaju konstantan protok.

Tablica donosi usporedbu karakteristika pojedinih hidrauli

kih pumpi i motora.

Tablica 9.1 Karakteristike hidrauli

kih pumpi i motora [5]

Vrsta

Radni

volumen,

Radni

tlak,

MPa

Maks.

tlak,

MPa

Br.

okretaja,

o/min

Koeficijent

korisnog

djelovanja

Buka,

Zup

asta

12-250

6-16

500-3500

0,8-0,91

<87

Sa zup

astim prstenom

63-500

25-1000

0,75-0,85

81-85

Vij

ana

4-630

3-16

500-4000

0,7-0,84

<65

Krilna

5-160

10-16

20-25

960-3000

0,8-0,93

76-82

Radijalna – vanjski eksc.

5-160

16-32

960-3000

0,8-0,9

76-82

Radijalna – unutr. eksc.

50-450

32-40

750-1500

0,87-0,95

<90

Aksijalna – nag. plo

25-800

16-32

40-48

750-8000

0,8-0,92

<85

Aksijalna – nag. os

25-800

16-25

750-3000

0,82-0,93

<85

9.1

Zup

asta pumpa

a) Zup

asta pumpa s vanjskim ozubljenjem

Fluid se transportira kroz prostor izme

u zup

anika i ku

išta (Sl. 4.16 a), na mjestu

izlaska zup

anika iz zahvata (otvara se radni volumen) fluid se usisava, a na mjestu

njihovog ulaska u zahvat (zatvara se radni volumen) fluid se tla

Sl. 9.4 Zup

asta pumpa s vanjskim (a) i unutrašnjim (b) ozubljenjem [11]: 1 – stator, 2 – zup

anik,

3 – zup

anik s unutrašnjim ozubljenjem, 4 - pregrada

Karakteristike:

–

Jednostavna konstrukcija

–

Niska cijena

–

Mala težina

–

Širok raspon brzina

–

Širok raspon viskoznosti radnog fluida

Ove pumpe imaju prili

no velike volumetri

ke gubitke (stupanj korisnog djelovanja

= 75÷85% [12]) i stvaraju relativno veliku buku. Nisu osobito osjetljive na

isto

u i zahtijevaju samo minimum održavanja. Relativno su lagane – imaju

naro

ito povoljan odnos snage i mase pumpe, pa su pogodne za primjenu kod mobilne

hidraulike (vozila, gra

evinski i šumarski strojevi).

b) Zup

asta pumpa s unutrašnjim ozubljenjem

Prostor oko vanjskog zup

anika podijeljen je na dva dijela – usisni i tla

ni (Sl. 4.16

b). Pri izlasku zup

anika iz zahvata fluid kroz otvore u vanjskom zup

aniku ulazi u

prostor izme

u zup

anika, s kojim se kre

e uz unutrašnji dio ku

išta – pregradu – koja

služi kao brtva izme

u usisne i tla

ne strane. Nakon prelaska u tla

nu zonu, zup

anici

ponovno ulaze u zahvat, istiskuju

i fluid kroz otvore vanjskog zup

anika.

Odlikuje se tihim radom, ali je složenija od pumpe s unutrašnjim ozubljenjem, pa se
znatno manje koristi.

c) Zup

asta pumpa sa zup

astim prstenom

Zup

asta pumpa sa zup

astim prstenom (Sl. 4.17) naziva se još rotorna prstasta

pumpa ili pumpa s unutrašnjim ozubljenjem bez pregrade. Zup

anik s unutrašnjim

ozubljenjem (zup

asti prsten) ima jedan zub više od zup

anika s vanjskim

ozubljenjem. Svi zubi zup

anika s vanjskim ozubljenjem simultano su u dodiru sa

zup

astim prstenom i tako ostvaruju brtvljenje izme

u usisne i tla

ne strane. Ova

pumpa ima nisku razinu buke i nejednolikosti protoka uz nešto slabije brtvljenje i
ve

u sklonost habanju.

9.3

Krilna pumpa

Krilna ili lamelna pumpa naj

eš

e se izvodi s lamelama u rotoru (Sl. 4.19). Rotor

pumpe smješten je ekscentri

no u stator, tako da se radna komora (volumen izme

dviju lamela, rotora i statora) pove

ava u prvoj polovici zakreta (0<

, faza usisa), a

smanjuje u drugoj polovici zakreta (

, faza tla

enja).

Razvodna plo

a (dio statora) ima usisni i tla

ni kanal u obliku polumjeseca (razvodna

plo

a s podijeljenim prstenom),

ime se omogu

ava punjenje radnih komora za

vrijeme pove

avanja njihovog volumena (u tom dijelu postavljen je usisni dio prstena)

i pražnjenje (u tla

ni dio prstena) za vrijeme smanjivanja volumena. Protok je mogu

mijenjati promjenom ekscentriciteta.

Nešto je složenija izvedba krilne pumpe s lamelama u ku

ištu i konstantnim

protokom, koja se može izvesti kao jednoradna ili višeradna (više komora).

Krilne pumpe odlikuju se relativno tihim i mirnim radom (relativno jednolik protok,
tlak, moment). Stupanj korisnog djelovanja iznosi

= 60÷90% [12])

Sl. 9.7 Krilna pumpa s kosim lamelama (nije reverzibilna) [11]: 1 – stator, 2 – rotor, 3 – lamela,

4 – opruga, 5 – ulazni otvor, 6 – izlazni otvor

9.4

Klipna pumpa

Klipne pumpe se redovito izra

uju s neparnim brojem cilindara (7, 9, 11), jer se tako

dobiva ravnomjerniji protok i tlak.

a) Klipno-aksijalna pumpa

Uz relativno miran rad, ove pumpe omogu

uju relativno visoke protoke i tlakove uz

vrlo visoke brojeve okretaja.

Pumpa s nagibnom plo

Naziva se još i pumpa s miruju

im ekscentrom ili plo

om. Plo

a miruje, a postavljena

je koso obzirom na os rotacije (Sl. 9.8). Plo

a je podijeljena na rotiraju

i i miruju

dio pomo

u odgovaraju

ih ležajeva. Na rotiraju

i dio plo

e vezan je niz (vijenac)

klipova. Blok cilindara zakre

e se pomo

u pogonskog vratila.

Sl. 9.8 Pumpa s nagibnom plo

om [11]: 1- blok (rotor), 2 – klip, 3 – opruga, 4 – upravlja

ka plo

5 – zakretna plo

Klip se kre

e prema naprijed za vrijeme prve polovice zakreta vratila (0<

, faza

usisa), a prema natrag u drugoj polovici zakreta (

, faza tla

enja). Za dovod i

odvod fluida i ovdje se koristi nepokretna razvodna plo

a s dva kanala u obliku

polumjeseca (prsten podijeljen u dva dijela spojena na usisni odn. tla

ni cjevovod).

Prsten je smješten uz otvore cilindara, tako da je usisni dio smješten u prvoj polovici
kruga (faza usisa), a tla

ni u drugoj (faza tla

enja).

Teoretski protok ra

una se prema formuli

Q = znS

= const.,

(9.8)

pri

emu je z broj cilindara, n broj okretaja u jed. vremena, S

površina presjeka

cilindra, D

promjer bloka cilindara (promjer na kojem su osi cilindara), a

je kut

nagiba plo

Za regulaciju protoka potreban je mehanizam za promjenu kuta nagiba plo

e kojim se

mijenja hod cilindara, a time i protok. Pove

anjem kuta plo

e u odnosu na os rotacije

do vrijednosti 90

smanjuje se protok do nule, a daljnjim pove

anjem kuta postiže se

protok u suprotnom smjeru.

Pumpa s nagibnom osi

Naziva se još pumpa s kardanskim zglobom (vratilom) ili s rotiraju

im ekscentrom

(Sl. 9.9). I ovdje se zakretanje bloka cilindara ostvaruje pomo

u pogonskog vratila.

Pogonsko vratilo vezano je i na klipnja

e preko veze koja nalikuje na kardansko

vratilo. Pomo

u te veze ostvaruje se hod klipova naprijed-natrag.

b) Klipno-radijalna pumpa

Klipne pumpe omogu

avaju dobivanje najviših tlakova (preko 50 MPa).

Pumpa s unutrašnjim djelovanjem

Ova pumpa još se naziva radijalna pumpa s vanjskim ekscentrom (Sl. 9.10).
Ekscentricitet izme

u statora i rotora (blok cilindara) odre

uje hod klipova. Tijekom

jednog punog okreta rotora svaki klip obavi hod naprijed-nazad (usis i tla

enje).

Usisna i tla

na cijev smještene su u sredini rotora i završavaju s nepokretnom

cilindri

nom razdjelnom plo

om koja po obodu ima prstenasti kanal podijeljen na

usisni i tla

ni dio. Protok se može regulirati promjenom ekscentriciteta.

Sl. 9.11 Pumpa s vanjskim djelovanjem – principijelna shema [11]: 1 – stator, 2 – ekscentri

(koljeni

asti) rotor, 3 - klip

9.5

Regulacija pumpi

Za regulaciju se koriste mehani

ki, hidrauli

ki ili elektroni

ki regulatori. Prema

reguliranoj veli

ini razlikuju se:

a)  Regulatori protoka
b)  Regulatori tlaka
c)  Regulatori snage

Regulatori se redovito koriste za pumpe relativno velike snage. Na

ini regulacije se u

današnje vrijeme intenzivno razvijaju, a pri tome se nastoji posti

i održanje visokog

stupnja korisnog djelovanja u razli

itim režimima regulacije. Kad nema regulatora,

pumpa uvijek radi punom snagom, a višak fluida se prigušuje i vra

a u spremnik, što

je energetski nepovoljno.

Regulaciju protoka pomo

u promjene ekscentriciteta konstrukcijski je mogu

e izvesti

kod lamelnih pumpi, klipno-aksijalnih pumpi i klipno-radijalnih pumpi s unutrašnjim
djelovanjem. Kod svih tipova pumpi protok se može regulirati regulacijom broja
okretaja.

Regulacija tlaka djeluje na protok tako da se protok smanjuje s pove

anjem tlaka.

Regulacija snage treba osigurati da produkt protoka i tlaka (snaga) bude konstantan.
Pri pove

anju tlaka potrebno je posti

i odgovaraju

e smanjenje protoka.

10 HIDRAULI

KI MOTORI

Hidrauli

ki motori (hidromotori, aktuatori) su hidrauli

ki izvršni elementi. Oni se

dijele na rotacijske motore, cilindre i zakretne motore. Cilindri i zakretni motori imaju
pomak ograni

en dvjema krajnjim to

kama.

10.1 Rotacijski motori

Suprotno pumpama, motori pretvaraju energiju fluida u mehani

ki rad. Konstrukcija

rotacijskih motora i pumpi je u osnovi identi

na pa se

esto isti stroj može prema

potrebi koristiti kao pumpa ili motor (reverzibilni stroj).

Prema brzini vrtnje razlikuju se sporohodni (do 1000 o/min) i brzohodni motori.
Budu

i da je snaga motora jednaka umnošku momenta i brzine vrtnje (P

= M

), za

istu snagu motora mora se uz smanjenje brzine pove

avati moment. Zato sporohodni

motori

esto zahtijevaju veliki moment (tzv. LSHT-motori, Low Speed – High

Torque).

Primjeri simbola za rotacijski motor dani su na (Sl. 4.1). Prvi (a) simbol ozna

ava

motor koji se okre

e uvijek u istom smjeru, a drug (b) je motor koji ima mogu

nost

rotacije u oba smjera (dvosmjerni ili reverzibilni), što se postiže zamjenom dovoda i
odvoda fluida. Slika c) prikazuje motor-pumpu (reverzibilni stroj) promjenljive snage
koji se može okretati u oba smjera (dvosmjerni ili reverzibilni). Prelazak iz režima
motora u režim pumpe postiže se zakretanjem bubnja, a cijela konstrukcija je prili

komplicirana odn. skupa. Takav ure

aj može se zgodno koristiti za dizalice, tako da

pri spuštanju pumpa ko

i teret i pri tome iskorištava rad tog spuštanja.

Sl. 10.1 Primjeri simbola za rotacijski motor a) jednosmjerni, b) reverzibilni, c) podesiva reverzibilna

pumpa-motor

Protok radnog fluida kroz motor jednak je

Q =

nV,

(10.1)

pri

emu n broj okretaja u jedinici vremena, V teoretski radni volumen, a

volumetri

ki stupanj djelovanja motora.

Snaga motora jednaka je umnošku momenta na spojci (vratilu) i kutne brzine vrtnje
(P

= M

). Za snagu motora vrijedi i izraz

∆

p =

∆

(10.2)

pri

emu je

∆

p pad tlaka u motoru, a

ukupni stupanj korisnog djelovanja motora

(10.3)

produkt volumetri

kog

i mehani

kog

stupnja korisnog djelovanja (

uzima u

obzir mehani

ke i hidrauli

ke gubitke snage).

Orbit motor (Sl. 4.2) ima stacionarni vanjski zup

anik i unutrašnji zup

anik – trka

koji se planetarno giba uzimaju

i u jednom okretu veliki volumen punjenja, što mu

daje velik radni moment. Tla

na i usisna strana neprestano se mijenjaju.

Gerotor motor (Sl. 4.3) ima ekscentri

no postavljen unutrašnji zup

anik i puno manji

volumen punjenja. Oba zup

anika rotiraju oko fiksnih, ekscentri

nih osi. Predvi

en je

za veliku brzinu vrtnje uz nešto manji radni moment.

Sl. 10.3 Gerotor motor [8]

10.1.2 Krilni motor

Krilni motor ima male gubitke propuštanja, pa se može koristiti za niske brzine, ve

od 10 o/min. Maksimalni radni tlak iznosi oko 150 bar [5]. Može se izvesti s
promjenljivim volumenom.

10.1.3 Klipni motor

Koriste se klipno-aksijalni i klipno radijalni motori. Radni volumen ovih motora
obi

no je u granicama V = 10-80 cm

, a mogu se izvesti s promjenljivim radnim

volumenom. Broj okretaja iznosi n = 0,5÷3000 o/min, maksimalni radni tlak prelazi
300 bar [5], a mogu razviti izrazito velik moment (do M = 32 kNm).

a) Klipno-aksijalni motor

Klipno-aksijalni motori (s aksijalnim ekscentrom) izvode se s konstantnim ili
promjenljivim volumenom punjenja (ekscentricitetom). Postoje dvije osnovne
konstrukcije, motor s nagibnom plo

om i s nagibnom osi.

Motor s nagibnom plo

Za razliku od pumpe, izvedba s konstantnim nagibom plo

e obzirom na os rotacije (s

konstantnim volumenom punjenja) ima nagibnu plo

u i razvodnu plo

u koje se

okre

u, dok blok cilindara miruje (Sl. 4.4). Radni fluid kroz razvodnu plo

u ulazi u

cilindre potiskuju

i klipove koji pritiskom na nagibnu plo

u izazivaju njenu rotaciju.

Ovaj tip motora ima nešto manji broj okretaja i relativno visok stupanj korisnog
djelovanja.

Klipno aksijalni motor sa zakretnom plo

om (promjenljiv volumen punjenja) po

izvedbi nalikuje pumpi sa zakretnom plo

om (vidi ranije). Kao i kod pumpe, blok

cilindara rotira dok nagibna plo

a i razvodna plo

a miruju. Gubici trenja su zna

ajni,

posebno pri malim brzinama vrtnje.

Sl. 10.4 Klipno-aksijalni motor s nagibnom plo

om – konstantni nagib [8]

Motor s nagibnom osi

Ova konstrukcija motora s kardanskim zglobom (vratilom) omogu

ava relativno velik

volumen punjenja (i velik zakretni moment). Promjena volumena punjenja može se
jednostavno realizirati promjenom kuta nagibne osi.

b) Klipno-radijalni motor

Klipno-radijalni motori izvode se kao motori s unutrašnjim djelovanjem i s vanjskim
djelovanjem.  Kao  i  klipno-radijalne  pumpe  s  unutrašnjim  djelovanjem,  motore  s
unutrašnjim  djelovanjem  može  se  izvesti  s  promjenljivim  volumenom  punjenja
(promjenljivim  ekscentricitetom).  Op

enito klipno-radijalni motori mogu imati vrlo

veliki volumen punjenja (zakretni moment).

10.2 Hidrauli

ki cilindri

Hidrauli

ki cilindri ne razlikuju se bitno od pneumatskih cilindara. Zbog ve

ih tlakova

i sila moraju biti robusnije konstrukcije, a pove

an je i problem brtvljenja. Obzirom

da je radni medij ulje, pojavljuje se i problem curenja ulja prodrlog kroz brtve, pa je
potrebno predvidjeti odvod tog ulja. Tako

er, prilikom pražnjenja cilindra mora se

ulje odgovaraju

im vodovima vratiti u spremnik. Kona

no, prije puštanja u pogon

potrebno je cijelu hidrauli

ku instalaciju odzra

iti. Zato hidrauli

ki cilindri imaju dva

otvora (po jedan na prednjoj i stražnjoj strani) za odzra

ivanje. Kroz te otvore

odzra

ivanje se vrši pomo

u vijka ili automatskog ventila za odzra

ivanje.

Dijelovi cilindra (Sl. 10.5):
–  plašt cilindra
–  klip
–  klipnja

– poklopci (prednji – kroz koji prolazi klipnja

a i stražnji)

– priklju

ci za ulje

Hidrauli

ki cilindri koriste se kod alatnih strojeva (stezanje izratka, gibanje izratka i

alata), u ure

ajima za transport (podizanje, utovarivanje), pokretnim strojevima

100

Primjer 1

Za dvoradni hidrauli

ki cilindar s jednostrukom klipnja

om poznati su sljede

podaci: promjer cilindra D = 100 mm; promjer klipnja

e d = 56 mm; brzina izvla

enja

klipnja

e v

= 0,1 m/s; raspoloživi pad tlaka

∆

p = 15 MPa; volumetri

ki stupanj

djelovanja

= 0,96; mehani

ki stupanj djelovanja

= 0,95. Odredite potrebni

protok pumpe Q, povratnu brzinu klipa v

pri tom protoku, te maksimalne sile na

klipnja

i F

u oba smjera.

Rješenje

78, 54

(

)

53, 91

−

1 1

0,8181 l/s

v S

0,146

m s

∆

p = 112 kN

∆

p = 76,8 kN

Mogu

je niz standardnih i specijalnih izvedbi cilindara, a za izbor se koriste

dijagrami. Kriteriji za odabir cilindra su

–  potrebna sila
–  potreban hod
–  potrebna brzina
–  konstrukcija cilindra (u

vrš

enje cilindra, spoj klipnja

e, priklju

ci)

Kod cilindra s prigušenjem u krajnjem položaju smanjuje se pri kraju hoda presjek
kanala za odvod ulja (preko prigušnog ventila),

ime se usporava gibanje klipa.

Ovakvo ko

enje je neophodno pri brzinama klipa ve

im od 0,1 m/s.

Teleskopski cilindar (Sl. 4.5) koristi se kad je potreban dugi hod cilindra. Izvedba
teleskopskog cilindra sa stupnjevitim (slijednim) izvla

enjem osigurava da se najprije

do kraja izvu

e najširi cilindar, pa sljede

i po širini itd. Kod izvedbe s

jednakokora

nim izvla

enjem izvla

e se svi cilindri istovremeno.

Sl. 10.6

Teleskopski cilindri

[8]

Simbol:

101

Tandem cilindar (dva cilindra i dva klipa na istoj klipnja

i) omogu

avaju postizanje

velike sile uz ograni

eni promjer cilindra.

Tipovi u

vrš

enja cilindara

– s nogama
– s prirubnicom (sprijeda/straga, nepomi

na/okretna)

– s rukavcem

Postoji više standardnih spojeva i odgovaraju

ih završetaka klipnja

Za relativno duge cilindre (hod/promjer klipnja

e >10)potrebno je izvršiti prora

klipnja

e na izvijanje.

10.3 Zakretni motori

Zakretni motori imaju ograni

en kut zakreta, a zakretno kretanje ostvaruju direktno ili

indirektno. Direktno zakretanje ostvaruje se pomo

u krila (poput krilnog motora s

jednim krilom) unutar cilindra s fiksnom radijalnom pregradom izme

u tla

nog i

usisnog dijela. Maksimalni zakret takvog motora iznosi oko 300

. Indirektno

zakretanje ostvaruje se pomo

u cilindra preko zubne letve (ozubnice) i zup

anika uz

maksimalni zakret oko 720

Simbol zakretnog motora:

103

se pri aktivaciji kotva potpuno ne uvu

e. Istosmjerni podnose proizvoljni položaj

kotve i omogu

avaju gotovo dvostruki broj uklju

ivanja u satu. Osnovni simboli

ina aktiviranja prikazani su na Sl. 11.2.

Sl. 11.1 Plo

asti 4/3 razvodnik [8]

Sl. 11.2 a) ru

b) opružno,

c) hidrauli

ki,

d) pneumatski,

e) elektromagnetski

Zadani položaj razvodnog klipa može se pozicionirati i održavati:
– oprugama za centriranje koje vra

aju klip u po

etni položaj kad razvodnik nije

aktiviran,

– mehani

kim usko

nikom ili kuglicom s oprugom koji održavaju postoje

i položaj

do novog aktiviranja,

– blokiranjem teku

ine ispred

ela razvodnog klipa (hidrauli

ko držanje).

Hidrauli

ko aktiviranje može biti neposredno (direktno) i posredno (indirektno).

Posredno aktiviranje (predupravljani ili dvostupanjski klipni razvodnik – Sl. 11.3)
koristi se kad su za prebacivanje potrebne relativno velike sile (za nazivne promjere
ve

e od NP 10). Tada glavnim razvodnikom upravlja manji razvodnik (pilot-

razvodnik). Hidrauli

ka shema i simbol predupravljanog klipnog razvodnika prikazani

su na Sl. 11.4.

Direktno upravljani razvodnik (upravlja

ki razvodnik, pilot-razvodnik) upravlja

pomakom glavnog razvodnog klipa (koji upravlja npr. dvoradnim hidrauli

kim

cilindrom tako da se priklju

ci A i B spoje na cilindar). Na slici se upravlja

razvodnik aktivira pomo

u elektromagneta i pomi

e u lijevi ili desni položaj. U tom

položaju on dovodi tlak, a time i protok medija na jednu stranu glavnog razvodnika,
dok se istovremeno medij odvodi sa suprotne strane glavnog razvodnika, prebacuju

na taj na

in glavni razvodnik u aktivni položaj. Npr. pomak pilot razvodnika u desni

položaj prebacuje glavni razvodnik u lijevi položaj, dovode

i tlak i protok na radni

priklju

ak A, te istodobno rastere

uju

i priklju

ak B koji preuzima odvod medija.

Napajanje pilot-razvodnika može se izvesti eksterno putem zasebnog kanala X (kao
na slici) ili interno – putem zajedni

kog kanala za napajanje P. Odvod medija odvija

P R

104

se eksterno putem zasebnog kanala Y (kao na slici) ili interno – putem zajedni

kog

odvodnog kanala R.

Sl. 11.3 Predupravljani razvodnik s tla

nim centriranjem [5]: A-B elektromagneti, 1 – upravlja

razvodnik, 2 – prigušnica, 3 – glavni razvodnik, 4 – razvodni klip, 5 – ve

i klip, 6 – priklju

na plo

Sl. 11.4 Predupravljani razvodnik a) shema b) simbol

Razvodnik prikazan na slici centrira se tla

no. Lijevi klip ima najmanju površinu,

desni srednju, a najve

u površinu ima klizna

ahura za centriranje smještena oko

lijevog klipa. Tlak doveden na lijevi klip prebacuje

ahuru i klip u krajnji desni

X A

P R

B Y

P R

106

Sl. 11.6 Nepovratni ventil s hidrauli

kim deblokiranjem a) princip rada, b) simbol

11.3 Tla

ni ventili

Tla

ni ventili utje

u na tlak u sustavu ili dijelu sustava – oni su izvršni elementi za

upravljanje i za regulaciju tlaka. Prema funkciji dijele se na:

a) ventile za ograni

avanje tlaka,

b) redoslijedne ventile i
c) redukcijske ventile

Poželjna bi bila horizontalna karakteristika tla

nih ventila (konstantni tlak bez obzira

na protok). Me

utim, pad tlaka na ventilu umjereno se pove

ava s pove

anjem

protoka kroz ventil (Sl. 11.7).

Sl. 11.7 Karakteristika ventila za ograni

enje tlaka

Ventili za ograni

avanje tlaka

Osiguravaju da tlak u sustavu ne prije

e maksimalno dopuštenu vrijednost. Koriste se

kao sigurnosni ventili (za zaštitu od prekomjernog tlaka), kao ko

ni ventili (za zaštitu

od tla

nih udara koji nastaju npr. prilikom zatvaranja razvodnika) ili kao ventili za

protudržanje. Potrebni su i prisutni u svim hidrauli

kim sustavima, tipi

no se

postavljaju na izlazu pumpe, za zaštitu pumpe i sustava od prekomjernog tlaka.

Ventil za ograni

avanje tlaka (Sl. 11.8) u normalnom je položaju zatvoren. Na ventilu

se skra

ivanjem/produžavanjem opruge namjesti željeni maksimalni tlak pri kojem

pritisak na pladanj ventila svladati silu u opruzi, gurnuti pladanj i na taj na

in otvoriti

ventil. Tlak otvaranja ve

i je od tlaka zatvaranja ventila za 10-15% (histereza).

U ventile za ograni

enje tlaka

esto se ugra

uju prigušni klipovi ili prigušnice za

smanjenje brzine zatvaranja (brzo otvaranje i usporeno zatvaranje). Time se
spre

avaju štete od tla

nog udara kakvi se javljaju npr. ako se zatvaranjem ventila

trenuta

no obustavi protok prema nekom potroša

linija
zasi

enja

107

Sl. 11.8 Ventil za ograni

enje tlaka (direktni)

Ventil za ograni

enje tlaka izvodi se kao direktni do nazivnog tlaka NP 10, dok se za

e tlakove (zbog pove

anih sila) koriste indirektno upravljani ventili. Razvodnik

2/2 na Sl. 11.9 ima funkciju indirektno upravljanog ventila za ograni

enje tlaka. U

normalnom položaju razvodnik je zatvoren. Kad se zbog prekora

enja tlaka otvori

vode

i (pilot) ventil za ograni

enje tlaka, opada tlak na desnoj strani razvodnika zbog

prigušnice, pa se razvodnik prebacuje u aktivni položaj (otvara se). Nakon zatvaranja
vode

eg ventila, uspostavlja se isti tlak s obje strane razvodnika (ukupna sila tlaka

jednaka nuli), pa opruga prebacuje razvodnik u normalni (zatvoreni) položaj, a
prigušnica pri tom usporava prebacivanje.

Sl. 11.9 Shema funkcioniranja i simbol ventila za ograni

enje tlaka s indirektnim upravljanjem

Sl. 11.10 prikazuje jednu izvedbu ventila za ograni

enje tlaka s indirektnim

upravljanjem.  Pilot  ventil  smješten  je  na  gornjoj  strani  i  napaja  se  kroz  prigušnicu  i
kanal  7.  Kad  u  komori  na  lijevoj  strani  pilot  ventila  tlak  poraste  dovoljno  da  svlada
silu u opruzi, pilot ventil se otvara (udesno). Zbog spomenute prigušnice pada tlak u
komori,  a  komora  je  preko  druge  prigušnice  (radi  usporavanja  odziva)  povezana  s
gornjom  stranom  glavnog  ventila.  Smanjenje  tlaka  na  gornjoj  strani  glavnog  ventila
izaziva otvaranje tog ventila (pomak prema gore).

Redoslijedni ventili

Još se nazivaju slijedni, priklju

ni, tla

ni priklju

ni ili uklju

ni/isklju

ni ventili. Po

konstrukciji i djelovanju nalikuju ventilima za ograni

enje tlaka. Njihova funkcija je

da pri odre

enom nivou tlaka uklju

uju/isklju

uju iz rada dio hidrauli

kog sustava,

tako da uklju

e/isklju

e njegovo napajanje. Mogu

je niz rješenja u kojima se

kombinira direktno ili indirektno upravljanje, s upravljanjem putem tlaka (vanjskog ili
unutrašnjeg) ili daljinskim. Isklju

ni ventil upravljan vanjskim tlakom prakti

ki se ne

razlikuje od ventila za ograni

enje tlaka. Primjeri nekoliko varijanti ovih ventila

prikazani su na Sl. 11.11.

109

Uklju

ni ventil (direktni) na slici a) nalik je ventilu za ograni

enje tlaka. Otvara se

kad radni tlak (P) postane dovoljan da sila tlaka na savlada podešenu silu opruge.
Isklju

ni ventil na sl. b) upravljan je direktno daljinski – tla

nim signalom (X).

Na slici c) prikazan je daljinski (X) indirektno upravljani ventil. Tla

ni signal X

otvara upravlja

ki (pilot) ventil i uspostavlja protok kroz prigušnicu. Tako se na

prigušnici smanjuje razina upravlja

kog tlaka, što izaziva (trenuta

no) prebacivanje

glavnog razvodnika u aktivni položaj. Pri tome je pilot ventil i dalje otvoren. Kada se
isklju

i daljinski upravlja

ki signal (tlak X), zatvara se pilot ventil i izjedna

ava tlak

na oba

ela glavnog razvodnog klipa. Glavni razvodnik se tada pod utjecajem opruge

prebacuje u neaktivni položaj, a prigušnica pri tome usporava gibanje razvodnog
klipa.

Redukcijski ventili

Nazivaju  se  još  i  ventili  za  regulaciju  tlaka.  Njihov  zadatak  je  održavanje  približno
konstantne  zadane  razine  sniženog  izlaznog  tlaka  uz  povišen  ulazni  tlak.  Izlaznim
tlakom napaja se aktuator, tako da se taj tlak namješta sukladno potrebama akturatora.
Zato se izlaznim tlakom upravlja s radne strane (od akturatora). Redukcijski ventil je
u  normalnom  položaju  otvoren.  Ventil  se  smješta  uz  aktuator,  tako  da  ograni

ava

njegovu maksimalnu silu. U cilju pove

anja stabilnosti regulacije tlaka,

esto se

pomicanje ventila usporava ugradnjom prigušnica. Postoje dva tipa ovih ventila:

– dvograni i

– trograni

Sl. 11.12 prikazuje nekoliko varijanti tla

nih regulacijskih ventila. Razvodni i pilot

ventili za vrijeme normalnog rada ne nalaze se u svojim krajnjim položajima, ve

upoložaju izme

u tih krajnjih položaja, u kojem imaju prigušno djelovanje.

Sl. a) prikazuje dvograni direktno upravljani regulacijski ventil kod kojeg je izlazni
tlak (A) u negativnoj povratnoj vezi s propuštanjem ventila (pove

anje tlaka poja

ava

prigušno djelovanje). Ventil održava zadani tlak tako da je sila tog tlaka na

elo klipa

u ravnoteži sa silom podešenom na opruzi.

Trograni redukcijski ventil predstavlja kombinaciju redukcijskog i sigurnosnog
ventila – u slu

aju prekomjernog tlaka rastere

uje granu tako da se izlazni priklju

spoji sa spremnikom (T). Na sl. b) prikazan je direktno upravljani trograni redukcijski
ventil. Prekrivanja klipova izvedena su tako da u su u normalnom položaju povezani
priklju

ci P i A, uz prigušno djelovanje, dok je priklju

ak T zatvoren. Prekomjerni

tlak na priklju

ku A prebacuje ventil u krajnji položaj u kojem je priklju

ak P

zatvoren, a direktno se povezuju priklju

ci A i T.

Sl. c) prikazuje indirektno upravljani trograni redukcijski ventil. Regulacijsku
funkciju preuzima pilot ventil koji upravlja protokom kroz prigušnicu. Pove

anje tog

protoka smanjuje protusilu na

elu glavnog razvodnika. Smanjenje protusile dovodi

glavni klip u položaj ve

eg prigušivanja. Potpuno otvaranje pilot ventila dovodi

glavni ventil u krajnji položaj u kojem se rastere

uje priklju

ak A.

Ventil za regulaciju diferencijalnog tlaka odn. razlike tlaka Sl. 11.13 održava
konstantnu razliku tlaka. Na elementu koji, poput podesive prigušnice na slici, ima
promjenljiv hidrauli

ki otpor (npr. razvodnik), može se pomo

u ventila za regulaciju

diferencijalnog tlaka osigurati konstantan pad tlaka (tla

na vaga). Ventil za regulaciju

110

diferencijalnog tlaka može biti i trograni, tada ima još priklju

ak prema spremniku –

za rastere

enje.

a) direktno upravljani dvograni tla

ni regulacijski ventil

b) direktno upravljani trograni tla

ni regulacijski ventil

c) indirektno upravljani trograni tla

ni regulacijski ventil

Sl. 11.12 Primjeri redukcijskih ventila (shema i simbol)

Sl. 11.13 Dvograni ventil za regulaciju razlike tlaka (tla

na vaga)

112

Tipovi podesivih prigušnica, koji u razli

itoj mjeri zadovoljavaju kriterije kvalitete:

–  prigušnica s iglom
–  okretno-kružna prigušnica
–  prigušnica s uzdužnim kanalom
–  okretna prigušnica s kosim kanalom
–  prigušnica s trokutastim utorom po obodu

Jednosmjerni prigušni ventil predstavlja kombinaciju podesive prigušnice i
nepovratnog ventila. Ovaj ventil u jednom smjeru prigušuje tlak – upravlja veli

inom

protoka, zavisno od optere

enja. Podesivi ventili imaju mogu

nost podešavanja ovog

prigušenja. U suprotnom smjeru ventil se u potpunosti otvara – ima maksimalni
mogu

i proto

ni presjek.

Dvograni regulator protoka (Sl. 11.15) ima zadatak održavati konstantan protok
namješten na podesivoj prigušnici. Razvodnik se normalno nalazi u me

upoložaju

izme

u dva krajnja položaja, a izveden je tako da pritvaranjem postepeno prigušuje

protok. Bez protoka tlak je na oba

ela klipa razvodnika isti, tako da opruga dovodi

razvodnik u potpuno otvoreni položaj. Pri željenom (namještenom) protoku, na
prigušnici je uvijek isti pad tlaka. Pove

anje tog pada tlaka izaziva pritvaranje

razvodnika (tla

na vaga)

ime se smanjuje protok, i obrnuto.

Sl. 11.15 Dvograni regulator protoka (tla

na vaga)

Trograni regulator protoka (Sl. 11.16) ima ventil za regulaciju razlike tlaka koji je
priklju

en paralelno na mjernu prigušnicu, tako da se višak radnog fluida odvaja (npr.

prelijeva u spremnik).

Ventil za raspodjelu protoka (Sl. 11.17) ima zadatak protok podijeliti tako da oba
izlazna protoka (A i B) budu jednaka. Dvije identi

ne mjerne prigušnice (blende)

konstantnog otpora izazivaju jednake padove tlaka kad su protoci kroz obje prigušnice
isti. Izlazni tlak svake prigušnice djeluje na

elo odgovaraju

eg klipa prema slici.

Dvostruki klip (tla

na vaga) osigurava da tlak na izlazu obje prigušnice bude jednak.

Daljnje prigušenje ostvaruje se protokom kroz zazor izme

u cilindra i klipa.

Zauzimanjem ravnotežnog položaja ovaj dvostruki klip kompenzira eventualnu

simbol:

113

razliku tlaka na priklju

cima A i B. Ako se pretpostavi da se klip nalazi u srednjem

položaju, a da je npr. tlak na priklju

ku A ve

i od tlaka na priklju

ku B (p

), bit

i i protok kroz B-granu. To

e izazvati pove

ani pad tlaka na mjernoj prigušnici B-

grane pa

e i tlak na desnom klipu biti manji. Klip se zato pomi

e udesno u ravnotežni

položaj, gdje u manjoj mjeri prigušuje protok A, a u ve

oj mjeri protok B (

∆

Tlak u obje komore sada je isti p

∆

= p

∆

. Time je kompenzirana razlika tlaka

na izlaznim priklju

cima i postignut traženi cilj – ostvarena je jednakomjerna podjela

protoka.

Sl. 11.16 Trograni regulator protoka

Sl. 11.17 Ventil za raspodjelu protoka, princip rada i simbol

115

tanjurasti  ventil  ulazi  u  akumulator,  smanjuje  se  volumen  mijeha,  a  plin  se
komprimira.  Ovaj  tip  akumulatora  odlikuje  se  apsolutnim  brtvljenjem  plin-ulje,  i
brzim  reagiranjem  (zanemariva  inercija).  Maksimalni  odnos  tlakova  iznosi  1:4.
Apsolutni  tlak  pretpunjenja  plina  p

mora iznositi 70-90% minimalnog radnog tlaka

fluida p

ime se sprje

ava stalni dodir mijeha i tanjurastog ventila i mogu

ošte

enja.

Sl. 12.1 a)shema akumulatora s mijehom: 1 – posuda, 2 – mijeh, 3 – tanjurasti ventil,

b) simbol akumulatora

Promjena stanja plina je politropska

= const.

(12.1)

pri

emu su

eksponent politrope (izoterma: n=1, izentropa: n=

eksponent izentrope,

apsolutni tlak plina,

gusto

a plina

U slu

aju vrlo polaganog procesa promjene stanja plina, temperatura plina ostaje

konstantna (izotermna promjena stanja, n=1), dok kod vrlo brzog procesa nema
izmjene topline plina s okolinom (adijabatska promjena stanja, n=

, eksponent

izentrope za zrak i dušik iznosi

=1,4). U praksi, procesi promjene stanja plina kra

od cca 1 min odvijaju se otprilike adijabatski, a procesi dulji od cca 3 min odvijaju se
otprilike izentropski, dok ostali procesi leže izme

u ovih grani

nih procesa

(politropski proces uz 1<n<1,4, n

≈

1,2 [14]).

Ako minimalnom p

i maksimalnom p

radnom tlaku odgovaraju volumeni V

i V

stla

enog plina u akumulatoru, raspoloživi korisni volumen akumulatora

∆

V iznosi













∆ = − =

−





















(12.2)

Primjer

Odredite potrebni volumen V

akumulatora punjenog dušikom

=1,4, ako uz radne

tlakove p

= 100 bar i p

= 150 bar, korisni volumen akumulatora treba iznositi

∆

V = 4 l.

116

Rješenje: Odabire se adijabatska (brza) promjena stanja plina (n=

), dok se kao tlak

pretpunjenja odabire 70 % minimalnog radnog tlaka (p

= 0,7,·p

= 70 bar).

20, 5

















= ∆













−









(12.3)

Uz opisanu analizu mogu

ih stacionarnih stanja akumulatora, naj

eš

e je potrebno

provesti i analizu dinami

kog ponašanja akumulatora, radi ispravnog funkcioniranja

sustava i odabira akumulatora.

Akumulatori podliježu propisima za posude pod tlakom, koji izme

u ostalog

propisuju:

1. akumulator mora imati odgovaraju

i manometar

2. akumulator mora imati sigurnosni ventil koji se ne može isklju

iti niti neovlašteno

podešavati

3. u dovodni vod mora se ugraditi ru

ni zaporni ventil

4. akumulator se mora ispitati (na

in ispitivanja zavisi od maksimalnog radnog

tlaka).

Sl. 12.2 Mogu

i priklju

ak akumulatora, sukladno propisima za posude pod tlakom

ispitni
priklju

118

mogu se regenerirati ispiranjem. Dubinski se koriste za izdvajanje

estica manjih od

m i ne mogu se ispirati (za jednokratnu upotrebu).

Uobi

ajeni materijali od kojih se izra

uju filtarski elementi su:

a) ži

ana tkanina

b) papir
c) metal-fiber (metalna vuna)

Ži

ana tkanina je tkanina od nehr

aju

elika. Papirni filtar izra

en je od papirnog

runa koje omogu

uje fino

u filtriranja od 10

m. Ne može se prati – koristi se

jednokratno i baca. Metal-fiber je runo od metalnih vlakana. Odlikuje ga dubinsko
filtriranje (izrazito veliki kapacitet zadržavanja ne

isto

e u odnosu na volumen filtra i

odgovaraju

a dugotrajnost), otpornost na temperaturu, visok dozvoljeni pad tlaka i

visoka

vrsto

a. Danas se

esto koriste i filtri s višestrukom konstrukcijom pletiva –

'Betamicron'.

Zaprljanost filtra odre

uje se posredno pomo

u mjerenja (osjetnik) pada tlaka na

filtru. Pokaziva

zaprljanosti može biti elektri

ni i/ili opti

ki (lampica). Pad tlaka na

istom filtru iznosi oko 0,1 bar, dok je na zaprljanom višestruko ve

Prema mjestu ugradnje filtri se dijele na:

a) usisni filtar
b) tla

ni filtar

c) povratni filtar

Usisni filtar ugra

uje se u usisni vod pumpe. Radni fluid usisava se iz spremnika kroz

filtarski element, pa u sustav ulazi samo filtrirano ulje. Fino

a filtriranja uobi

ajeno

iznosi oko 100

m. Nedostaci ovog tipa filtra su loša pristupa

nost (otežano

održavanje) i otpor na ulazu u pumpu (mogu

nost kavitacije). Oko filtra se za slu

zaprljanog filtra ili za hladno vrijeme

esto postavlja obilazni vod (bypass) s

uklju

nim (bypass) ventilom koji se otvara pri 0,2 bar.

Tla

ni filtar ugra

uje se u tla

ni vod, npr. iza pumpe ili ispred servo-ventila. Naj

eš

se ugra

uje neposredno ispred upravlja

kih ili regulacijskih ure

aja, za njihovu

zaštitu. Konstrukcija filtra mora biti robusna jer je izložen maksimalnom tlaku (radni
pritisak filtra do 420 bar). Uobi

ajene su fino

e filtriranja 1-10

Povratni filtar (Sl. 1.1) ugra

uje se u povratni vod (ispred spremnika) i naj

eš

e se

koristi u hidrauli

kim sustavima. Uobi

ajena fino

a filtriranja iznosi 10-20

m, a

radni tlak do 30 bar. Ovi filtri su lako pristupa

ni i laki su za održavanje. Filtarski

element smješta se u lonac koji se vadi zajedno s elementom,

ime se sprje

ava

prodor sakupljene ne

isto

e u spremnik. Da se izbjegne isklju

ivanje sustava prilikom

izmjene filtarskog elementa, koriste se dvojni filtri (dva paralelno priklju

ena filtra,

svaki opremljen zapornim ventilima na ulazu i izlazu).

Nalivni filtar / filtar za odzra

ivanje ugra

uje se u spremnik ulja i ima dvojaku

funkciju. Preko njega se nalijeva ulje u spremnik (služi kao nalivni filtar),

ime se

sprje

ava prodor prljavštine u spremnik i dalje u sustav. Odzra

ni otvor spojen je

preko ovog filtra (služi kao filtar za odzra

ivanje). Odzra

ni otvor osigurava

atmosferski tlak u spremniku, bez obzira na promjene nivoa odn. volumena ulja u
spremniku. Pri tome filtar pro

iš

ava zrak koji ulazi u spremnik.

119

Sl. 13.1 Povratni filtar – shema, simboli za filtar i nalivni filtar [15]: 1 – nosa

, 2 – lonac,

3 – poklopac, 4 –

ašica, 5 – filtarski element

121

volumenskih gubitaka. Nadopunjavanje se uvijek vrši u povratni vod (niži tlak).
Pomo

ni sustav se sastoji od pumpe za nadopunjavanje (mali kapacitet), ventila za

ograni

enje tlaka, dva nepovratna ventila i filtra (nije prikazan na slici). U zatvorenom

sustavu motor mora imati jednaku potrošnju ulja pri radu u oba smjera (npr. cilindar s
prolaznom klipnja

om). Oba voda štite se od prekomjernog tlaka pomo

u ventila za

ograni

enje tlaka s izlazom spojenim na povratni vod. Ako se na mjestu pumpe i

potroša

a koriste reverzibilni (pumpa-motor) strojevi, mogu

a je zamjena funkcije

hidrauli

kog motora i pumpe. To omogu

uje ostvarivanje funkcije ko

enja. Budu

i da

je u zatvorenom optoku motor uvijek hidrauli

ki 'upet', mogu

je pogon i ko

enje u

oba smjera (

etverokvadrantni pogon).

Ako se kao hidrauli

ki motor koristi diferencijalni cilindar koji nema jednaki protok u

tla

nom i povratnom vodu, umjesto zatvorenog koristi se hidrauli

ki pogon s

poluotvorenim (tj. poluzatvorenim) optokom

(Sl. 14.3). Pri izvla

enju klipnja

(ulijevo), zbog nedovoljnog protoka opada tlak u povratnom vodu (opasnost od
kavitacije u pumpi). Manjak fluida nadokna

uje se tada kroz nepovratni ventil. Pri

uvla

enju klipnja

e (udesno) otvara se pod utjecajem tlaka nepovratni ventil s

hidrauli

kim deblokiranjem, pa se njime višak fluida odvodi u spremnik.

Sl. 14.3 Hidrauli

ki pogon s poluotvorenim optokom

14.2 Upravljanje brzine izvršnog motora

14.2.1 Paralelni spoj pumpi

Pogonska jedinica koja se sastoji od više pumpi razli

itog kapaciteta u paralelnom

spoju omogu

ava variranje brzine izvršnog motora, tako da se pojedine pumpe

isklju

uju odn. uklju

uju (varira se ukupni protok). Pumpe mogu biti gonjene istim

elektromotorom, pri

emu se sukladno potrebnom protoku neke od njih razvodnim

prekida

ima spajaju na ulaze izvršnih hidromotora (optere

uju se), a neke su

rastere

ene spajanjem na spremnik (prazni hod pumpe). Npr. kombinacijama 2

razli

ite pumpe mogu

e je ostvariti 3 razli

ita ukupna protoka, pomo

u 3 pumpe 7

protoka itd.

122

Daljnju mogu

nost predstavlja korištenje visokotla

ne i niskotla

ne pumpe u

paralelnom spoju (Sl. 14.4). Dok je izvršni hidromotor optere

en manjim silama,

opskrbljuju ga obje pumpe (pove

ani protok i brzina hidromotora). Za svladavanje

pove

anog optere

enja hidromotora potreban je i pove

ani tlak. Niskotla

nu pumpu

tada se može automatski rasteretiti i spojiti sa spremnikom pomo

u ventila za

ograni

enje tlaka, tako da samo visokotla

na pumpa opskrbljuje hidromotor, što uz

smanjeni ukupni protok daje i manju brzinu izvršnog motora pri pove

anom

optere

enju. Tako

er vrijedi uo

iti da su u neutralnom položaju razvodnika pumpe

rastere

ene (tla

ni vod je kratko spojen na spremnik).

Sl. 14.4 Spoj za ubrzanje kretanja s pumpom niskog tlaka

14.2.2 Upravljanje brzinom diferencijalnog cilindra

Spoj  cilindra  prikazan  Sl.  14.5  na  osigurava  jednaku  brzinu  kretanja  klipa
diferencijalnog  cilindra  u  oba  smjera  pod  uvjetom  da  odnos  korisnih  površina  klipa
iznosi  S

= 2:1. Površina S

neprestano je pod tlakom napajanja. Za vrijeme

kretanja unazad (ulijevo) brzina klipnja

e iznosi

v = Q/S

(14.1)

Za vrijeme kretanja unaprijed (udesno) protok iznosi

= vS

= Q + Q

= Q + vS

pa slijedi

v = Q/(S

-S

) = Q/S

(14.2)

Spoj prikazan na Sl. 14.6 naziva se spoj s ubrzanim kretanjem diferencijalnog cilindra.
Kretanje prema nazad i brzo kretanje prema naprijed imaju jednake brzine (kao u
prethodnom slu

aju). Normalno kretanje prema naprijed (razvodni položaji V1:0 i

V2:1) je dvostruko sporije

124

Sl. 14.7 Usporavanje klipnja

e pomo

u prigušnih ventila a) u serijskom spoju b) u paralelnom spoju

Na prigušnim ventilima pretvara se energija pumpe u toplinu. Dakle, gubi se energija
uz istovremeno štetno zagrijavanje radnog fluida. Namještena površina prigušnog
otvora je konstantna, pa se promjenom tlaka u sustavu mijenja brzina klipnja

e, što

ograni

ava primjenu upravljanja pomo

u prigušnih ventila. Kontinuirano upravljanje

prigušenjem i/ili regulacija brzine kretanja klipa može se ostvariti proporcionalnim ili
servo-ventilima.

14.2.4 Upravljanje pomo

u regulatora protoka

Nužan  uvjet  za  konstantnu  brzinu  kretanja  klipa  je  konstantan  protok.  On  se  može
osigurati  ugradnjom  regulatora  protoka.  U  principu  time  se  poništava  djelovanje
promjene  optere

enja na brzinu klipnja

e. Regulator protoka može se priklju

iti u

seriju ili paralelno (u obilazni vod – 'bypass') s cilindrom. Regulator protoka može u
oba slu

aja biti dvograni ili trograni. Da se smanji regulacijsko odstupanje, sustav

regulator – cilindar treba imati što ve

u mehani

ku krutost (krute cijevi, što manji

volumen radnog fluida odn. regulator postavljen u blizini cilindra). Prilikom
pokretanja (uklju

ivanja) regulator je u principu otvoren (nema razlike tlaka na tla

noj

vagi), što dovodi do skokovitog pokretanja.

Sl. 14.8 a) prikazuje regulator protoka serijski ugra

en u tla

ni vod. Klip nije

hidrauli

ki ukliješten, što dovodi do skokovitog kretanja u slu

aju bez optere

enja.

Ovaj spoj se primjenjuje kad optere

enje djeluje samo u jednom smjeru. Ugradnjom

regulatora u povratni vod postiže se hidrauli

ko ukliještenje, pa tada gotovo izostaju

promjene brzine zbog promjene optere

enja. Graetzov spoj regulatora (Sl. 14.9)

osigurava djelovanje regulatora u oba smjera kretanja. U slu

aju motora koji ima isti

radni volumen u oba smjera (npr. cilindar s prolaznom klipnja

om) ovaj spoj

osigurava istu brzinu kretanja u oba smjera.

Sl. 14.8 b) prikazuje paralelni spoj regulatora i cilindra. Takva regulacija protoka nije
pretjerano to

na, ali djeluje jednako pri kretanju klipnja

e u oba smjera.

125

Sl. 14.8 Regulator protoka u a) serijskom b) paralelnom spoju s cilindrom

Sl. 14.9 Regulator u Graetzovom spoju

Zadaci upravljanja tlaka mogu biti:

–

zaštita hidrauli

kog sustava od preoptere

enja (sigurnosni ventil)

–

ograni

enje tlaka na više razina

–

snižavanje tlaka

–

hidrauli

ko protu-držanje.

Za zaštitu od preoptere

enja ventil za ograni

enje tlaka (sigurnosni) ugra

uje se

paralelno – tla

ni priklju

ak ventila spaja se na tla

ni vod a izlazni se kratko spaja na

spremnik. Za zaštitu pumpe (obavezno) ugra

uje se neposredno iza pumpe, a za

zaštitu nekog (izvršnog) elementa, spaja se neposredno ispred tog elementa (takvim
spojem može se rješavati i slu

aj kada je potrebno smanjenje tlaka za izvršni element

– npr. spoj na jedan od vodova cilindra u cilju smanjenja tlaka pri hodu u jednom
smjeru). Za zaštitu izvršnih elemenata od udara tlaka koristi se hidrauli

ki akumulator

127

14.3 Blokiranje cilindra

Blokiranje klipnja

e u željenom položaju ostvaruje se tako da se onemogu

i istjecanje

hidrauli

kog fluida. Može se ostvariti razvodnikom sa sjedištima i zatvorenim

priklju

cima cilindra u neutralnom položaju (npr. Sl. 1.1).

Sl. 14.12 a) prikazuje držanje u zadanom položaju tereta koji djeluje silom uvijek u
istom smjeru i svojim pritiskom uzrokuje pove

anje tlaka zarobljenog fluida.

Istjecanje fluida pod tlakom tu se onemogu

ava ugradnjom 'blokiraju

eg' nepovratnog

ventila s tla

nim deblokiranjem (C) u povratni vod.

Sl. 14.12 Blokiranje cilindra a) u jednom smjeru b) u oba smjera

U seriju s tim ventilom potrebno je uklju

iti i 'potporni' tla

ni uklju

ni ventil (B) koji

se otvara pri tlaku koji je bar 10% ve

i nego što je potrebno za držanje tereta. To se

naziva hidrauli

ko podupiranje ili protu-držanje. Tek kad na suprotnu stranu klipa

djeluje radni tlak, svladava se ovo 'pred-naprezanje' i omogu

ava uvla

enje klipnja

U seriju se može ugraditi još i prigušni ventil (A) kojim se usporava kretanje (

esto

spuštanje) tereta. U neutralnom položaju razvodnik mora imati kratko spojene izlazne
kanale, kako bi se u tom položaju onemogu

ila deblokada 'blokiraju

eg' ventila.

Sl. 14.12 b) prikazuje izvedbu blokade kretanja klipnja

e u oba smjera ugradnjom

blokiraju

eg ventila u oba voda. Time hidrauli

ki sustav postaje krut i osjetljiv na

teret

128

vanjsko preoptere

enje. Sustav se od preoptere

enja mora zaštititi ugradnjom ventila

za ograni

enje tlaka izme

u blokiraju

ih ventila i cilindra. Na slici je prikazano

rješenje sa samo jednim ventilom za ograni

enje tlaka koji djeluje u oba smjera

pomo

u Graetzovog spoja. Sustav se može zaštititi i uobi

ajenim na

inom ugradnje

pri kojem se u svaki vod cilindra paralelno spaja po jedan ventil za ograni

enje tlaka

(izlaz ventila spaja se na spremnik).

14.4 Sinkronizacija gibanja izvršnih elemenata

Sinkronizacija gibanja izvršnih elemenata predstavlja relativno složen problem.
Najve

a to

nost postiže se korištenjem proporcionalnih ventila i elektro-hidrauli

kih

sustava. Sinkronizacija se može izvesti mehani

ki i hidrauli

ki. Najjednostavniji na

mehani

ke sinkronizacije (Sl. 14.13) ostvaruje se mehani

kim – krutim povezivanjem

više klipnja

a hidrauli

kih cilindara. Time se osigurava to

na sinkronizacija, ali

nesimetri

no optere

enje može izazvati probleme.

Sl. 14.13 Mehani

ka sinkronizacija

Hidrauli

ka sinkronizacija može se izvesti na više na

ina. Najjednostavniji na

in je

serijsko povezivanje više cilindara (Sl. 14.14 a). Protok u svim vodovima mora biti
me

usobno jednak. Zato se serijsko povezivanja primjenjuje isklju

ivo za simetri

motore (koji u oba smjera imaju isti radni volumen, npr. cilindri s prolaznom
klipnja

om). Gubici istjecanja i promjena stla

ivosti fluida dovode do gubitka

sinkronizacije, zato je potrebno ugraditi sklop kojim se nadzire i automatski korigira
kretanje cilindara, tako da se prema potrebi fluid dodaje u spojnu cijev (izme

cilindara) ili oduzima iz nje.

Paralelno povezivanje cilindara može se izvesti korištenjem regulatora protoka. Ispred
svakog priklju

ka svakog cilindra potrebno je ugraditi regulator protoka pražnjenja

cilindra i paralelno s njime nepovratni ventil koji dozvoljava strujanje u suprotnom
smjeru (za punjenje cilindra). Jednostavnije se isti rezultat postiže ugradnjom ventila
za raspodjelu protoka (Sl. 14.14 b). Zbog gubitaka istjecanja i promjenljive stla

ivosti

fluida i u paralelnom spoju dolazi do pogreške sinkronizacije koja se s vremenom
pove

ava. Zato je i ovdje potrebna regulacija sinkroniziranog hoda. Mjere se

usobna odstupanja hoda sinkroniziranih motora, pa se ta odstupanja poništavaju

pomo

u odgovaraju

ih ventila i/ili pumpi.

130

Sl. 14.15 Sklop za punjenje hidrauli

kog akumulatora

Hidrauli

ki akumulator može obaviti nužne radne operacije u slu

aju nestanka

napajanja elektri

nom energijom [8] (Sl. 14.16).Pri nestanku elektri

nog napajanja

prikazani 2/2 razvodnik se uklju

uje, pa se klipnja

a uvla

i na ra

un fluida i energije

pohranjenih u akumulatoru. Pri tome je uz prikazanu vezu desnih priklju

aka glavnog

4/3 razvodnika u neutralnom položaju potrebno da u tom neutralnom položaju
razvodnika klipnja

a ne bude optere

ena znatnijom silom udesno.

Sl. 14.16 Vra

anje klipa u slu

aju nestanka napajanja elektri

nom energijom

131

15 PRIMJERI PRIMJENE

15.1 Sklop za pokretanje diesel-motora

Veliki diesel-motori pokre

u se hidrauli

kim pokreta

ima zbog potrebnih velikih sila

(Sl. 1.1) [5]. Kad se dosegne potrebni tlak (završeno punjenje hidrauli

kog

akumulatora) tla

ni prekida

isklju

uje motor koji pokre

e pumpu. Tla

ni prekida

ima dva dijela, hidrauli

ki (klip s oprugom koja popusti kad na

elo klipa djeluje tlak

i od namještenog) i elektri

ki (sklopka koju pokre

e taj klip). Za slu

neispravnosti agregata pumpe ili elektri

kog napajanja, predvi

ena je pomo

na ru

pumpa za punjenje akumulatora.

Sl. 15.1 Hidrauli

ki sklop za pokretanje diesel-motora

15.2 Hidrauli

ka preša

Kod preša su op

enito potrebne velike sile pritiska, a shodno tome i pogonski cilindri

velikog  promjera  [15].  Pri  brzom  kretanju  takvih  cilindara  javljaju  se  veliki  protoci.
Ako  se  takvo  kretanje  ostvaruje  snagom  pumpe,  potrebne  su  i  pumpe  velikog
kapaciteta.

Zato se brzi hod preše obavlja pomo

u dodatnih manjih cilindara brzog hoda, a za

punjenje glavnog cilindra se za to vrijeme koriste nepovratni ventili s hidrauli

kim

deblokiranjem, tzv. ventili za punjenje (Sl. 15.2).Glavni cilindar puni se samo s jedne
strane, dok je druga povezana s atmosferskim zrakom (jednoradni cilindar).

etno brzo kretanje preše prema dolje vrši se pomo

u dva manja cilindra za brzi

hod. Fluid se pri tome dovodi u oba mala cilindra, dok fluid u glavni cilindar doti

putem ventila za punjenje iz zasebnog spremnika za punjenje smještenog iznad
glavnog ventila. Kad alat preše nalegne na izradak, pove

ava se optere

enje preše

(sila F), pa tlak fluida u sustavu raste. Tada se otvara tla

ni uklju

ni ventil, pa sva tri

cilindra dolaze pod puni tlak. Daljnje kretanje prema dolje vrši se pomo

u sva tri

cilindra. Povratno kretanje preše obavlja se u potpunosti pomo