Pneumatika

Stranica o pneumatici izCyclopaedije

Sauvana Porterova lokomotiva na pneumatski pogon iz 1856.

Vijanikompresorzraka.

Skica dobivanja i razvoda komprimiranog zraka.

Shema dobivanja i razvoda komprimiranog zraka.

Jednostupanjskiventil za ograniavanje tlaka.

Dvostupanjskiventil za ograniavanje tlaka.

Filtar zraka sa zaprljanje strane.

Prikaz rada jednoradnog pneumatskog cilindra.

Prikaz rada dvoradnog pneumatskog cilindra.

3Dprikaz rada pneumatskog cilindra.

Pneumatskimoment kljuza stezanjevijaka.

Shema pneumatskog razvodnika i cilindra.

Nepovratni ventils elinom kuglicom i oprugom u zatvorenom poloaju.

Simbol jednosmjernog prigunog ventila.

Pneumatika(premagr. /pneumatikos/, "zrano")znanstvenaje itehnikadisciplina koja prouava koritenje stlaenihplinovaza obavljanjerada.

Sadraj

[sakrij] 1Usporedba s hidraulikom 1.1Prednosti pneumatike 1.2Prednosti hidraulike 2Svojstva pneumatskih sustava 3Dijelovi pneumatskog sustava 3.1Dobivanje i razvod zraka 3.1.1Kompresor zraka 3.1.2Suenje i hlaenje zraka 3.1.3Tlana posuda ili spremnik 3.1.4Razvodna mrea 3.1.5Odvaja kondenzata 3.2Priprema zraka 3.2.1Filtar zraka 3.2.2Regulator tlaka 3.2.3Mazalica 3.3Izvrni pneumatski ureaji 3.3.1Pneumatski cilindar 3.3.2Pneumatski motor 3.3.3Pneumo-hidrauliki ureaj 3.4Upravljaki dijelovi 3.4.1Pneumatski razvodnik 3.4.2Zaporni ventil 3.4.3Nepovratni ventil 3.4.4Tlani ventil 3.4.5Sigurnosni ventil 3.4.6Protoni ventil 3.4.7Kombinirani ventil 3.4.8Cijevni zatvarai 3.4.9Pomoni elementi 4Fizikalne osnove pneumatskog sustava 4.1Termodinamike osnove 4.2Apsolutni i manometarski tlak 5IzvoriUsporedba s hidraulikom[uredi]Za razliku odhidraulikekoja koristi nestlaivekapljevinekao to suvodaiulje, pneumatika koristizrakkoji nema stalanobujam. U veini industrijskih primjena pneumatike radnitlakiznosi od 500 do 700kPa, dok su u hidraulici uobiajeni tlakovi od 7 do 35MPa, a iznimno i preko 70 MPa.

Prednosti pneumatike[uredi] Radni medij je lagan, pa ne optereuje dovodnecijevi;

Nema potrebe za povratnomcijevijer se iskoriteni zrak moe isputati u okolinu;

Zrakje elastian, pa ne postoji opasnost odhidraulinih udarakoji bi mogli otetiti cijevi ili opremu;

Stlaeni zrak imapotencijalnu energijukoja se moe koristiti i kadakompresornije u pogonu;

Stlaeni zrak je gotovo neosjetljiv na promjenetemperaturei ekstremne uvjete;

Neosjetljiv je naradijaciju,magnetskaielektrina polja;

Sigurnostjer nijeeksplozivanniti zapaljiv;

Prilikom isputanja nezagaujeokoli;

Neosjetljivost elemenata navibracije.

Prednosti hidraulike[uredi] Moe se koristiti mnogo vii tlak jer zbog nestlaivosti medija ne postoji opasnost od eksplozije pri oteenju spremnika ili cijevi. Zahvaljujui tome moe se prenijeti i mnogo veasnaga.

Stalnost obujma medija omoguuje preciznu kontrolu pomaka radnog mehanizma.

Svojstva pneumatskih sustava[uredi]Svojstva pneumatskih sustava su:

Tlakzraka za napajanje 1-15bar(uobiajeno 7 bar);

Pogonske temperature zraka od -10 do 60C(maksimalno do 200 C);

Optimalnabrzinastrujanja zraka 40m/s;

Gibanje elemenata: pravocrtno i rotacijsko;

Brzina cilindara 1-2 m/s (maksimalno oko 10 m/s);

Maksimalna ostvarivasilaoko 40kN;

Maksimalnasnagaoko 30kW;

U pneumatskim sustavima se kod temperatura stlaenog zraka manjim od -10 C pojavljuju problemi sa zaleivanjem, dok se kod temperatura veih od 60 C pojavljuje problembrtvljenja.

Dijelovi pneumatskog sustava[uredi]Dijelovi pneumatskog sustava mogu se prema njihovoj funkciji u sustavu podijeliti na:[1] dobivanje i razvod zraka,

priprema zraka,

izvrni pneumatski ureaji,

upravljaki dijelovi,

upravljako-signalni dijelovi,

pomoni dijelovi.

Dobivanje i razvod zraka[uredi]Dijelovi za proizvodnju i razvod zraka imaju zadatak potroaima osigurati potrebne koliine stlaenog zraka odgovarajuih parametara (kompresor, spremnik, cjevovodne mree za razvod). Grupa za pripremu zraka sadri filtar zraka,regulacijski ventili 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 ujednaenitlakbez obzira na potronju zraka.

Kompresor zraka[uredi]Kompresorstlaenog zraka slui za pretvorbumehanike energijeu energiju stlaenog zraka, dok se upneumatskim motorimaobavlja pretvorba energije u suprotnom smjeru. Kompresori zraka i pneumatski motori se bitno ne razlikuju, akonstrukcijskise razlikuju samo u detaljima. Ako se npr. punjenje i pranjenje cilindraklipnogmotoraili kompresora vri preko usisnih i ispunih ventila, motor mora imati mehanizam za prisilno otvaranje/zatvaranje ventila (koljenasto ili bregastovratilo), dok je kod kompresora mogue samoradno pokretanje ventila (pomou samog tlaka zraka u cilindru). esto isti stroj moe raditi kao kompresor ili motor, zavisno od ugradnje, odnosno povezivanja u sustav.

Suenje i hlaenje zraka[uredi]U pneumatskim upravljakim i izvrnim elementima ne smije se dopustiti kondenzacijavlage iz zraka. Zato se suvinavlagamora izdvojiti, a to se vri na izlazu kompresora zraka. Postupci suenja su: kemijski ili apsorpcijski, fizikalni ili adsorpcijski, te toplinski ili postupak pothlaivanja.

U kemijskom postupku, zrak se provodi kroz sloj higroskopne tvari (npr.magnezijevperklorat,litijevklorid,kalcijevklorid). Vlaga se zadrava u tom sloju, cijedi se, sakuplja i odvaja na dnu sloja. Kemikalija se pomalo troi, pa se mora nadoknaivati.

U fizikalnom postupku zrak se provodi kroz usitnjenisilicijev dioksid(silikagel) ilialuminijevoksid. Ova materija se zasiuje vodom, zato se apsorberi ugrauju u paru. Dok je jedan od njih u funkciji, drugi se regenerira toplim zrakom.

Toplinski postupak ujedno smanjuje previsoku temperaturu zraka na izlazu iz kompresora (hlaenje). Ako se eli osigurati da se prilikomekspanzije(smanjenje temperature) u pneumatskim ureajima nee kondenzirativoda, potrebno je izvriti pothlaivanje zraka iz kompresora na temperaturu +1,5 C (nia temperatura dovela bi do zaleivanja vode). Zbog utede energije, nakon izdvajanja kondenzirane vode, pothlaeni zrak koristi se uizmjenjivau topline(predhladnjaku) za predhlaenje zraka iz kompresora. Time se pothlaeni zrak zagrijava na neku prihvatljivu temperaturu.

Tlana posuda ili spremnik[uredi]Svrha tlane posude ili spremnika je: smirivanje tlanih udara klipnog kompresora (ujednaavanjetlaka), kvalitetnija usklaivanje rada kompresora i potronje, preuzimanje vrne potronje, te izdvajanje vode i kompresorskog ulja iz stlaenog zraka. Na primjer uprehrambenoj industrijizahtijeva se isti zrak (suhoradni kompresor zraka, kao to je membranski ili krilni s teflonskim lamelama).

Svaka tlana posuda mora imati: prikljuak za dovod stlaenog zraka, prikljuak za odvod stlaenog zraka, prikljuak za regulator kompresora,ventil za ograniavanje tlaka(sigurnosni ventil) koji se otvara pri tlaku 10% veem od radnog tlaka,manometar, slavinu za isputanje kondenzata ili automatski odvaja kondenzata, otvor za ljude (za ienje),zaporni ventilprema mrei itlani prekida.

Razvodna mrea[uredi]Optimalnabrzinazraka u vodovima je od 10 do 40m/s; brzine vee od ovih uzrokuju prevelike gubitke.Promjercjevovodaodabire se tako da gubici tlaka ne prelaze doputenu vrijednost (obino se uzima 5% od radnog tlaka ili 0,1bar). Kako bi se izbjegao prodor kondenzata prema potroaima, vodovi se postavljaju koso s padom od 1-2%, izlazi prema potroaima izvode se na gornjoj strani cijevi, na krajevima vodova, uvijek se na najniem mjestu stavlja posuda za odvajanje kondenzata, vodove trebatoplinski izoliratipri prolasku kroz jae zagrijane prostore. Vodovi moraju biti postavljeni pristupano, radi odravanja. Glavni vodovi izrauju se odmetalnihcijevi (elik,bakar), a u sve veoj mjeri i odplastinih materijala. Razvodni vodovi nastrojevimase u pravilu izrauju iz plastike.

Odvaja kondenzata[uredi]Odvaja kondenzata postavlja se na najniim mjestima u cjevovodnoj mrei i ispred uzlaznih dionica. Nakupljeni kondenzat potrebno je redovito isputati prije nego se aica za kondenzat napuni preko oznaene granice. esto se koriste automatski odvajai kondenzata. Ufiltrimakoji se ugrauju ispred izvrnih pneumatskih elemenata izdvaja se uz ostalu neistou i kondenzat. Ureaj za automatsko odvajanje kondenzata esto se ugrauje i na dno aice filtra.

Priprema zraka[uredi]Dijelovi za pripremu zraka obavljaju pripremu (kondicioniranje) zraka, to ukljuuje ienje, podmazivanje i regulacijutlaka(filtar, mazalica, regulator tlaka). Prije ulaska u pneumatske ureaje, stlaeni zrak je potrebno pripremiti, tj. izvriti: proiavanje zraka, zauljivanje zraka i regulaciju tlaka zraka. Jedinica za pripremu zraka sastoji se od filtra, regulatora tlaka i mazalice (zauljiva, uljilo). Filtar i regulator tlaka esto se isporuuju kao jedinstveni pneumatski dio.

Filtar zraka[uredi]Prije ulaska u pneumatske ureaje potrebno je eliminirati neistoe (vodukao kapljevinu iparu, kompresorsko ulje, prainu, produktekorozije). Kompresorskouljeizloeno je relativno visokim temperaturama u kompresoru (oksidacija) i nije pogodno za podmazivanje pneumatskih ureaja.

Regulator tlaka[uredi]Regulator tlakaosigurava stabilan eljeni (podeeni) radni tlak. S jedne strane, on neutralizira oscilacije tlaka zbog promjenljive potronje zraka (poremeaj na izlaznoj strani regulatora). S druge strane, u njemu se tlak iz glavnog voda (obino 8 -10 bar) smanji na potrebnu vrijednost radnog tlaka (obino 5 - 6 bar).

Mazalica[uredi]Mazalica (zauljiva) trebauljeraspriti u finu maglu u struji zraka. Za ubrizgavanje ulja koristi se princip ejektora. Za postizanje fine magle (sitne kapi) potrebna je posebna konstrukcija.

Izvrni pneumatski ureaji[uredi]Izvrni pneumatski ureaji (pogonski elementi ili aktuatori) pretvarajuenergijustlaenog zraka umehaniki rad. Prema nainu kretanja mogu se podijeliti na:

pneumatski ureaji s ogranienim (njihajuim) kretanjem:

translacijski (pneumatski cilindri),

rotacijski (zakretni pneumatski cilindri, korani pneumatski motori),

pneumatski motori(rotacijski, s kontinuiranim kretanjem).

Pneumatski cilindar[uredi]U pneumatskim sustavima,pneumatski cilindarje najei izvrni element. U principu gibanje cilindra je linijsko (translacijsko), jedino je kod zakretnih cilindara zakretno (rotacijsko).

Pneumatski motor[uredi]Pneumatski motorjerotacijskiizvrni ureaj kojima se ostvaruje kontinuirano kruno gibanjevratila. U odnosu na kompresore, u motorima se vri suprotna pretvorba energije (pretvorba energije tlaka zraka u mehaniki rad). Konstrukcija motora i kompresora je slina, a ponekad jednaka, tada se isti stroj moe koristiti kao motor i kompresor. Kod nekih konstrukcija motora je smjer vrtnje proizvoljan, a promjena smjera se postie promjenom prikljuka za stlaeni zrak. U pneumatske pogonske strojeve ubrajaju se:

klipni pneumatski motori (aksijalni i radijalni),

lamelni pneumatski motori,

zupasti pneumatski motori,

vijani pneumatski motori,

zrane turbine,

korani pneumatski motori.

Pneumo-hidrauliki ureaj[uredi]U pneumo-hidraulikim ureaji vri se promjena radnog medija,snagase od zraka predaje nahidrauliko ulje, koje se koristi za obavljanje rada. Koritenje hidraulikog ulja omoguuje da se postignu male i jednoline brzine kretanja i/ili velike sile. Osnovne grupe pneumo-hidraulikih elemenata su: pretvara tlanog medija, uljni koioni cilindar i pojaalo tlaka.

Upravljaki dijelovi[uredi]Upravljaki dijelovi (ventili) upravljaju tokovimaenergijeiinformacija(signala). Upravljanje moe biti u potpunosti pneumatsko, a najee se izvodi u kombinaciji s drugim medijem i elementima (elektrino). Upravljako-signalni dijelovi imaju zadatak dobavljati informacije o stanju sustava (senzori, indikatori).

Pneumatski ventili su upravljaki elementi koji slue za regulaciju i usmjeravanje radnog medija (stlaeni zrak). Mogue funkcije ventila ukljuuju: proputanje, zaustavljanje i promjenu smjera medija; regulacijuprotokaitlaka. U pneumatskom upravljanju ventili prenose energiju i/ili informaciju. Pneumatski ventili mogu biti razvodnici, zaporni ventili, tlani ventili, protoni ventili, kombinirani ventili, cijevni zatvarai.

Pneumatski razvodnik[uredi]Pneumatski razvodnik usmjerava tok radnog medija (stlaeni zrak) proputanjem, zatvaranjem, promjenom smjera toka. Razvodnici se razlikuju po sljedeim karakteristikama: tip, veliina, nain aktiviranja, duljina trajanja signal, konstrukcija. Tiprazvodnikaodreen je brojem prikljuaka i razvodnih poloaja (polja u simbolu). Oznaka tipa razvodnika stavlja se ispred naziva, npr. 3/2 razvodnik (ita se tri kroz dva) oznaava razvodnik s 3 prikljuka i dva razvodna poloaja. Veliina razvodnika opisana je prikljunom mjerom, odnosno nazivnim promjerom, koja se odabire prema protoku medija. Aktiviranje moe biti neposredno i posredno (neposredni i posredni razvodnici). Mogui naini (neposrednog) aktiviranja razvodnika su: fiziko (runo), mehaniko, tlano, elektriko ili kombinirano.

Zaporni ventil[uredi]Zaporni ventil ne doputa protok u jednom smjeru (zatvaraju), a proputaju u suprotnom smjeru (kaodioda). Poveanje tlaka na izlaznoj strani potpomae zapornu funkciju (brtvljenje). Zaporni ventil se dijele na: nepovratni, uvjetno zaporni (logiki I), naizmjenino zaporni (logiki ILI) i brzoispusni.

Nepovratni ventil[uredi]Nepovratni ventilipotpuno zatvaraju protok u jednom smjeru, a u suprotnom proputaju medij, uz minimalno mogui pad tlaka (mali otpor). Taj pad tlaka je kriterij kvalitete ventila. Zatvaranje se postie pomou zapornih elemenata: ploa (tanjur),stoac,kugla. Nepovratni ventili esto se kombiniraju sprigunim ventilima.

Tlani ventil[uredi]Tlani ventilkoriste se za regulaciju tlaka radnogfluida, kao i za niz drugih funkcija baziranih na razini tlaka. Tlani ventili dijele se na: regulatore tlaka,sigurnosne ventilei proslijedni tlane ventile.

Sigurnosni ventil[uredi]Sigurnosni ventili(ventili za ograniavanje tlaka) osiguravaju da ne doe do prekoraenja tlaka u dovodnom vodu. Ako tlak u dovodnom vodu poraste iznad namjetene vrijednosti, dovod se spaja s odzranim odvodom sve dok tlak ne padne ispod namjetene vrijednosti.

Protoni ventil[uredi]Protoni ventildjeluje na protok radnog fluida, a posredno i druge veliine koje zavise odprotoka, odnosnobrzinefluida. Koriste se dva tipa protonih ventila: priguni (priguuju u oba smjera) i jednosmjerno-priguni (priguuju u jednom smjeru).

Kombinirani ventil[uredi]Kombinirani ventil realizira se sastavljanjem elemenata (ventila) iz nekoliko navedenih grupa ventila. Primjeri kombiniranih ventila su: vremenski lan (ostvaruje kanjenje signala), razvodnik s minimalnim tlakom za aktiviranje (proslijedni ventil + 3/2 razvodnik), dava takta, pneumatska memorija, elementi taktnog lanca.

Cijevni zatvarai[uredi]Cijevni zatvarai su ventili i slavine ija svrha je potpuno, statiko zatvaranjecjevovoda, npr. prilikom iskljuivanja dijela sustava, pri zahvatima odravanja, remontu itd.

Pomoni elementi[uredi]Pomoni dijelovi ispunjavaju razliite dodatne funkcije. Pomoni elementi su prikljune i montane ploe, priguivaibuke(iz poroznih materijala), vakuumski ureaji za prihvat, indikatori, brojai, pretvarai signala, pneumatska pojaala, pneumatski bezkontaktni senzori.

Fizikalne osnove pneumatskog sustava[uredi]

Objanjenje predtlaka, podtlaka i vakuuma.

Termodinamike osnove[uredi]Normalno stanjeplinaje stanje pristandardnoj temperaturit = 0 C i apsolutnom tlaku p = 1,01325bar(standardniatmosferski tlak). Pri normalnom stanju, suhi zrak ima sljedea svojstva:

R= 287,1J/kg

HYPERLINK "http://hr.wikipedia.org/wiki/Kelvin" \o "Kelvin" Kplinska konstanta,

= 1,4 eksponent izentrope,

cv= 722 J/kgKspecifina toplinski kapacitetzraka (pri konstantnovolumenu),

cp= 1011 J/kgK specifina toplinski kapacitet zraka (pri konstantnom tlaku),

= 1,293 kg/m3gustoa,

= 17,510-6 kg/ms dinamikaviskoznost.

Apsolutni i manometarski tlak[uredi]Apsolutni tlakpje normalno naprezanje kojem su podvrgnuta plinovita i kapljevita tijela (fluidi) uslijed mehanikog djelovanja estica tih tijela (sudaranjemolekula). Ovom naprezanju podvrgnute su i sve vrste povrine uronjene u fluid.[2]Atmosferski tlakilibarometarski tlakpa je apsolutni tlak okolnogatmosferskog zrakakoji zavisi odgeodetske visineimeteorolokihuvjeta.

Manometarski tlakpMdobije se tako da se od vrijednosti apsolutnog tlakapu nekom fluidu raunski oduzme vrijednost atmosferskog tlaka, pa vrijedi:

pM= p - paili oitavanjem odgovarajuegmanometra. Manometar jeinstrument za mjerenjetlaka koji u sutini mjeri razliku tlaka izmeu dva fluida: u ovom sluaju izmeu mjerenog fluida i okolnog atmosferskog zraka).

U sluajup > padobiva se pozitivna vrijednost manometarskog tlaka (pM> 0) koji se tada nazivapretlak. Ako jep < pa, manometarski tlak poprima negativnu vrijednost (pM< 0) i tada se nazivapodtlak. Apsolutna vrijednost podtlaka naziva sevakuumpV(pV= -pM> 0) i esto se izraava u postocima atmosferskog tlaka (pV%= -pM/ pa100%).

Treba naroito naglasiti da je u pneumatici i hidraulici uobiajeno koristiti naziv tlak i oznakupza pretlak. Zato je pri raunanju s tlakom uvijek potreban izvjestan oprez. Utermodinamikimrelacijama pojavljuje se gotovo iskljuivo apsolutni tlak. Kod odreivanjasiletlaka na povrinu mjerodavna je razlika tlaka na obje strane te povrine. Zato se moe koristiti pretlak, a to je i pogodnije ako na jednoj strani povrine djeluje atmosferski tlak. UBernoullijevoj jednadbitlak se pojavljuje na obje strane jednadbe, pa jednadba u istom obliku vrijedi kako za apsolutni tlak, tako i za pretlak.

Izvori