A vasúti kocsik külső ajtajának pneumatikus modellezése · A pneumatika kifejezés a görög pneuma (levegő, légzés) szóból eredeztethető. A sűrített levegőt már az

Rónai László TDK munka Neptun kód: TNDKJP Tankör: G2BMR

1

MISKOLCI EGYETEM

GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

A vasúti kocsik külső ajtajának pneumatikus modellezése

Készítette: Rónai László

Miskolci Egyetem GÉIK mechatronikai mérnöki szakos hallgatója

Tankör: G2BMR

Neptun kód: TNDKJP

Konzulensek:

Dr. Szabó Tamás Nagy Lajos

egyetemi docens tanársegéd

Kézirat lezárva: Miskolc, 2011. november 07.


2

Tartalomjegyzék

1. Bevezetés: 3

2. Vasúti külső ajtók vizsgálata: .............................................................................................................. 4

2.1. A vasúti szerelvények külső ajtómozgató mechanizmusai: ............................................................. 4

2.2. Az ajtó működési elve: ..................................................................................................................... 9

3. A modellezés eredményei: ................................................................................................................ 14

4. Összefoglalás: .................................................................................................................................... 15

Irodalomjegyzék: ................................................................................................................................... 16


3

1. Bevezetés

A pneumatika kifejezés a görög pneuma (levegő, légzés) szóból eredeztethető.

A sűrített levegőt már az ókorban ismerték és használták szerkezetek működtetésére,

példa erre Ktesibios víziorgonája. Korunkban a pneumatika alkalmazásának egyik fő

célja a monoton és ismétlődő fizikai munka felváltása. Segítségével a

nagymennyiségben gyártott termékek termelékenyebben állíthatók elő. A műszaki élet

szinte minden területén előfordul a pneumatika alkalmazása [2] [3] pl. hajózás,

egészségügy, haditechnika, bányászat és vasúti közlekedés területén.

Sok helyen sűrített levegővel működtetik az ajtók nyitó-záró mechanizmusait. Ebben a

dolgozatban a vasúti külső ajtók pneumatikus működtetését vizsgáljuk és elemezzük.

A [4] irodalom részletesen foglalkozik az ajtók működtetésének mechanizmusaival,

több kapcsolási rajzot ismertet, amelyek között található egyszerű és összetettebb

megoldás is. A [5] irodalom hasonló kapcsolási vázlatokat mutat be.

A dolgozat célja, hogy laboratóriumi körülmények között modellezze és megvizsgálja

a vasúti külső ajtó pneumatikus működtetését.

A kutató munka egy elektro-pneumatikusan működtetett vasúti külső ajtó leírása után

egy rendszer modellezéssel foglalkozik. A modellezést a Robert Bosch Mechatronikai

Tanszék Bosch Rexroth gyártmányú pneumatikus eszközeivel valósítottuk meg. Egy

forgalomban használt vasúti kocsi ajtajának működését a gyakorlatban is

megvizsgáltuk. A későbbiekben összehasonlítottuk a laboratóriumi megoldással.


4

2. Vasúti külső ajtó vizsgálata

2.1 A vasúti szerelvények külső ajtómozgató mechanizmusai

A 2.1. ábra egy vasúti szerelvény részletét mutatja, amelyen több egyszárnyas,

elektro-pneumatikusan működtetett feljáró ajtó látható. Az ajtók zöld gombnyomásra

nyílnak és piros gomb segítségével záródnak.

2.1. ábra

InterCity szerelvény részlete

A vasúti személykocsik ajtajának nyitási, zárási feladatát sűrített levegő

alkalmazásával és megfelelő mechanizmusok segítségével valósítják meg. Az ajtó

nyitás-zárás vezérlése része lehet akár egy komplex berendezésnek, de önálló egységet

is alkothat. A mozgatás működtetés megvalósításának sokféle megoldása képzelhető

el, az hogy éppen melyik megoldást választják és alkalmazzák, az attól függ, hogy: az

előírt funkciót teljesíti-e, és azt melyik műszaki megoldás elégíti ki a legjobban,

a beépíthetőséget hogyan lehet megvalósítani,

az igénybevétel milyen típusú, gyakoriságú,

a gyártás és szerelés mennyire gazdaságos,

a kivitelezés mennyire egyszerű és milyen karbantartatás igényű.


5

Az ajtók típusai: az ajtók egy- és kétszárnyú, lengő, illetve lengőszárnyas kivitelűek

lehetnek. A 2.2. ábra egy lengőszárnyas ajtó megoldását mutatja. A vezérlés

kivitelezésének egyik fontos lépése a pneumatikus henger lökethosszának

meghatározása. A 2000 mm-nél nagyobb nyitási szélességnél célszerű áttételeket

alkalmazni a henger és az ajtómozgató szerkezet között. A vasúti kocsikban

homlokajtó, feljáróajtó, és szakaszajtó található.

Z1 Munkahenger

Levegő- előkészítő

egység

F1F2

S1 S2

S1 S2

K1

SZ1 SZ2

N1

2.2. ábra

Példa egy lengőszárnyas ajtó vezérlésére

A 2.2. ábra szerinti, a [4] irodalomban közölt, pneumatikus működtető rendszer

elemei: 1db kétoldali működésű Z1 munkahenger, 2db S1 és S2 végálláskapcsoló 3/2-

es szelep, 2 db SZ1 és SZ2 monostabil 3/2-es szelep, 2db F1 és F2 fojtó-visszacsapó

szelep, 1 db K1 kézi működtetésű útváltó és 1db E1 levegő előkészítő egység,

valamint 1db N1 4/2-es szelep. A levegő- előkészítő egység a következő elemeket

tartalmazza: olajködkenő, szűrő, manométer, nyomásőr.


6

A dolgozat központi témája az intercity külső ajtók pneumatikus, illetve elektro-

pneumatikus vezérlésének modellezése.

Az alábbiakban megadjuk a feljáró ajtó fontosabb paramétereit:

munkahenger lökethossza: 49 cm

ajtó tömege: kb. 30 kg

ajtónyitási sebesség: 0,1225 m/sec

ajtózárási sebesség: 0,1634 m/sec

ajtónyitási idő: 4 sec

ajtózárási idő: 3 sec

üzemeltetési nyomás: ~5 bar = 5·105 Pa

névleges feszültség: 24 / 18 / 33 V, DC

hőmérséklet tartomány: 243-343 K fokig.

A műszaki adatokból meghatároztam és méréssel ellenőriztem az ajtó zárási és nyitási

idejét. Az idő adatokból jól látható, hogy a sűrített levegő alkalmazása viszonylag

rövid nyitási, zárási időt biztosított és biztosít.

2.3. ábra

A megfelelő levegőellátást biztosító levegő előkészítő egység

1

2

3 4


7

A 2.3. ábra fényképén jól láthatók az előkészítő egység már említett fontosabb elemei:

(1), szűrő (2), manométer (3), nyomásőr (4), olajködkenő.

A sűrített levegővel működő külső ajtók villamos vezérlésének működtetéséhez

szükséges elektromos ajtóvezérlő mechanizmus elemi a következők:

1-1db nyitó utas nyomógomb kívül és belül,

1-1 db záró utas nyomógomb kívül és belül,

reteszelés visszajelző kapcsoló, ami jelzi az ajtó bezárását

ajtókontroll kapcsoló,

nyomáshullám kapcsoló vészkapcsoló, test becsípődés elleni védelemre

kalauzkulcsos távkapcsoló, a kalauz kézi működtetéséhez a vezérlő panelen.

nyitó-záró nyomógombok az ajtó kézi működtetéséhez, zöld és piros színűek,

vészkapcsoló,

vészjelző kürt,

ajtó nyitó-záró és blokkoló mágnes szelep,

pneumatikus munkahenger, ami az ajtó zárást-nyitást végzi.

A vezérlés egy programozható mikroprocesszorral történik, amely minden fontos

paramétert tartalmaz, így például az időfutást is. Ezen kívül minden külső ajtót

ellátnak egy a működés folyamatát automatikusan kiértékelő diagnosztikai rendszerrel

is, ami 5 db euroformátumú TB-53-40 jelű steck-kártyába került beépítésre. Az ajtót

működtető programot egyszerűen lehet módosítani, az EPROM memóriamodulon

keresztül.


8

Z1 Henger

F1 F2

Y3

Y2Y1

6 bar

1

2

3

4

Mágnes szelep

5Km/h-nál nagyobb

sebességnél blokkol Mágnes szelep

nyit

Mágnes szelep

zár

Záró-henger

(Aktív retesz)

Kuplung-henger

(Rásegítő retesz)

Retesz-henger

(Bezár)

2.4. ábra

A MÁV-nál alkalmazott, külső feljáró ajtót működtető mechanizmus

A 2.4. ábra szerinti kapcsolási rajzon a MÁV-nál járatos személykocsik külső feljáró

ajtaját működtető rendszer látható. A Z1 munkahenger állítható löketvégi csillapítással

rendelkezik mindkét oldalon, ezen kívül láthatunk útváltókat, mágnes szelepeket és két

fojtó-visszacsapó szelepet is, amelyekkel a henger menetsebessége szabályozható.

A tápnyomás maximum 12 bar lehet, de a munkahenger nagyobb élettartamára, és az

utasok biztonságára ügyelve, ezt az értéket 6 bar nyomásra korlátozták.


9

Homlok

tolóajtó

Egyszárnyú

tolóajtó

F1 F2 F3

F4

Z1 Z2

S1

S2

1

2

1

2

4 2

5 3

2

1 3

1

2

1 2

3

1 2

3

42

5 3

1 3

2

Levegő-előkészítő

egység

2.5. ábra

A MÁV személykocsik tolóajtajainak pneumatikai sémája

A 2.5. ábrán a tolóajtók pneumatikus működtetésének kapcsolási vázlata látható.

Megjegyezzük, hogy a dolgozatban csak az egyszárnyú ajtó mechanizmusával

foglalkozunk. A 2.5. ábrán a következő pneumatikus elemek találhatók: levegő

előkészítő egység, két darab kétoldali működtetésű munkahenger, az egyik a homlok

tolóajtó, míg a másik az egyszárnyú tolóajtó mozgatási mechanizmusát teszi lehetővé,

ezek a munkahengerek tartalmaznak löketvégi csillapítást. Az ajtók mozgatásának a

sebességét két-két darab fojtó-visszacsapó szeleppel oldják meg. 2db S1 és S2 kézi

működtetésű nyomógomb segítségével lehet a hengereket alaphelyzetbe állítani.

Az ajtóvezérlés bekapcsolásához, illetve kikapcsolásához olyan feltételeknek kell

teljesülnie, mint: akkumulátor feszültség megfelelő szintje, menetsebesség, a sűrített

levegő megfelelő nyomása.


10

2.2 A feljáró ajtó működési elve

Ebben a fejezetben foglalkozunk a feljáró ajtó nyitásával, zárásával és a

vésznyitásával.

A működtetéshez elengedhetetlen feltétel a megfelelő levegőnyomás biztosítása és a

tápfeszültség megléte. A nyomógomb megnyomásával jelet adunk (záró, vagy nyitó),

ilyenkor a munkahenger kifut, vagy alaphelyzetbe tér vissza. A munkahenger állandó

nyomás alatt van, vészhelyzet esetén a gyors leszellőzés biztosított. A mágnes-

szelepek (2.6. ábra) az ajtó nyitásánál, illetve zárásánál elengednek, ha a folyamat

végbe ment, akkor újra feszültség alá kerülnek.

Nagyon fontos biztonsági intézkedés a becsípődés védelem, amit egy üreges

gumiprofillal oldottak meg, a profilokat az ajtózáró élén helyezik el, egy

nyomáshullám kapcsolóval egyetemben.

A fentebb említett elemek a következő funkciókat aktiválják: Ha a menetsebesség

kisebb, mint 5 km/h, akkor az ajtó visszanyit, és csak 10 másodperc után záródik

vissza, de ha a sebesség nagyobb, mint 5 km/h, akkor az ajtózáró mágnes szelep leold,

viszont az ajtónyitó mágnes szelep nem fog bekapcsolni.

A sűrített levegő nyomását egy nyomáskapcsoló értékeli ki. Ha a nyomás 4,5 bar alá

csökken akkor a következő opciókból választ a vezérlés. Ha a menetsebesség kisebb,

mint 5km/h, akkor a nyugalmi állapotot veszi fel. Ha a sebesség nagyobb, mint 5

km/h, akkor az ajtóhenger záró parancsot kap, ezután a becsípődés védelem továbbra

is aktív marad.

Az ajtó belső és külső oldalán találhatók a zöld színű „ajtónyitó” nyomógombok. A

gombok valamilyen fizikai behatásra működnek és impulzusszerű jeleiket a

következőképpen értékelik ki.

A mágnes szelep feszültség alatt marad, amíg:

záró parancsot nem adnak,


11

ajtóreteszt nem kapcsolják ki,

az ajtóvezérlést nem kapcsolják ki.

A nyitás megvalósításának fontosabb feltételei: A csúszásgátló (védelem céljából) be

van kapcsolva, a vészkapcsoló kikapcsolt állapotú. Ha az ajtó nem kap tápfeszültséget,

vagy a sűrített levegőellátás szünetel, akkor a feljáró ajtókat manuálisan is ki lehet

nyitni a fogókagyló segítségével.

Az ajtó zárását hasonlóan a nyitáshoz, impulzusszerűen működő piros nyomógombbal

oldják meg. A zárás végrehajtásának feltételei: a vészkapcsoló és az ajtóretesz

kapcsoló nincs működtetve.

A mágnes szelep (2.6. ábra) feszültség alatt marad, amíg:

nyitási parancs nem érkezik,

az ajtóreteszt nem működtetik,

a vészkapcsolót nem működtetik,

az ajtóvezérlés megszűnik.

2.6. ábra

A mágnes szelep képe


12

A vésznyitás történhet belülről, vagy kívülről.

Belülről a vésznyitást egy villamosan működtetett vészkapcsoló és egy mechanikusan

működtetett vészkireteszelő oldja meg.

A vészkapcsoló működtetése hatással van a:

hozzátartozó ajtó vezérlésére, hiszen ilyenkor kikapcsol,

a mechanikus szétválasztó léghengere leszellőzik, ezáltal a bowden kapcsolódik

a vészkireteszelőhöz,

a vészkürt minden esetben megszólal.

Kívülről az ajtót a fogókagylóval lehet kézzel kinyitni, de csak abban az esetben, ha

nincs érvényes záró parancs (záró nyomás a léghengeren), egyébként a vésznyitást egy

mechanikus vészkireteszelővel oldják meg. Ekkor az ajtó reteszelése egy úgynevezett

bowdenhuzalon keresztül oldható meg.

A rendszer vezérlő egysége észleli az esetleges rendellenes működési állapotot és azt

egy hibakóddal azonosítva digitálisan kijelzi (2.7. ábra).

2.7. ábra

Vasúti kocsik hibakijelző egysége

Az esetleges hiba

kódszámát kijelzi

az egység


13

Az ajtó lezárása az ajtózáró kapcsoló négyszögzárával kívülről és belülről egyaránt

megvalósítható, ami természetesen az ajtó bereteszelt állapotában történik meg.

Ilyenkor a becsípődés védelem aktív.

Az ajtó mozgatását a 2.8. ábrán bemutatott munkahenger végzi.

2.8. ábra

A feljáróajtó működtető munkahengere


14

3. A modellezés kivitelezése

Először megterveztük az ajtó pneumatikus kapcsolását, amit egy Bosch Rexroth

gyártmányú munkaasztalon össze is állítottunk. A kapcsolási vázlatot a 3.1. ábra

szemlélteti.

SV1 SV2

Záró-henger

(Aktív retesz)

Retesz-henger

(Bezár)

Z1 Ajtóhenger

Y1

Y3

Y2

+-

E1

3.1. ábra

A modellezés során elkészített működési mechanizmus

A modellezés kivitelezéséhez az alábbi elektropneumatikus, illetve pneumatikus

elemeket használtuk:

Három darab 5/2-es monostabil elektropneumatikusan működtetett szelep (Y1,

Y2, Y3), amelyek egyik végükön le lettek zárva, így egy 3/2-es szelepként

lehetett helyettesíteni.

Két darab fojtó-visszacsapó szelep (SV1, SV2),


15

Egy darab kétoldali működésű munkahenger (Z1).

Két darab retesz henger.

A kuplung – hengert megfelelő alkatrész hiányában nem használtuk fel, így

csak a záró, illetve a retesz-hengert alkalmaztuk.

A modellezésről készült fényképen (3.3. ábra) láthatóak az egyes pneumatikai,

illetve elektropneumatikai elemek, amelyek komplex működése valósítja meg az ajtó

nyitó, illetve záró mechanizmusát.

3.3. ábra

Az elkészült elektropneumatikus modell

A 3.2. ábrán az elektropneumatikus rendszer villamos kapcsolási sémáját

láthatjuk. A modellezés során két relét használtunk fel.

Elektronikai panel

Retesz henger

Y3

Y1

Levegő előkésztő

egység

Z1

SV1, illetve SV2

Retesz henger

Y2


16

Y3

K3

Y3Y1

K2K1

K3

S3

K2

S2

K1

S1

3.2. ábra

A villamos kapcsolási sémája a modellezésnek


17

4. Összefoglalás

A TDK dolgozatban a vasúti külső ajtók pneumatikus működtetésének és

modellezésének kérdéseivel foglalkoztunk. Az irodalom alapján többféle megoldást

tekintettünk át. Továbbá szemrevételezéssel megvizsgáltunk egy Intercity szerelvény

kocsiján alkalmazott megoldást. Ezt követően a Robert Bosch Mechatronikai Tanszék

Bosch-Rexroth Pneumatika laboratóriumában rendelkezésre álló eszközökkel modell

kísérleteket végeztünk. A megfigyeléseket összehasonlítottuk a MÁV-nál használt ajtó

mechanizmusaival.


18

Irodalomjegyzék

1. Ing.-Büro J.P. Hasebrink: A pneumatika alapjai, Bosch Rexroth AG, 1991.

2. Dr. Elek, I. - Hudáky, J.: Az ipari pneumatika alapjai, Budapest, 1979.

3. K. Eversen – J. Ruud: A pneumatika alapjai, AB Mecman Stockholm,

4. Deppert - Stoll: Pneumatika a gyakorlatban, Budapest, 1978.

5. Szaladnya, S.- Telek, P.: A pneumatikus automatizálás eszközei, a tervezés

módszerei, Budapest, 2009.

Documents

A vasúti kocsik külső ajtajának pneumatikus modellezése · A pneumatika kifejezés a görög pneuma (levegő, légzés) szóból eredeztethető. A sűrített levegőt már az