Járműajtók pneumatikus mozgatásának modellezése · 2011. 11. 7. · keresztül az 1 munkahenger jobboldali (+) részébe jut, kifut a munkahenger, és az ajtó kinyílik. Ekkor

Cservenák Ákos TDK kutatómunka

1/19.oldal

MISKOLCI EGYETEM GÉPÉSZMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR

TUDOMÁNYOS DIÁKKÖRI DOLGOZAT

Járműajtók pneumatikus mozgatásának modellezése

Cservenák Ákos Neptun: G9UNON

II. éves mechatronikai mérnöki szakos hallgató

Konzulensek:

Dr. Szabó Tamás Nagy Lajos egyetemi docens tanársegéd

Robert Bosch Mechatronikai Tanszék

Miskolc, 2011


2/19.oldal

Tartalomjegyzék:

1. Bevezetés.................................................................................................................... 3

2. Ajtóvezérlés................................................................................................................ 4

2.1 Pneumatikus ajtóvezérlési megoldások ismertetése ........................................4

2.2 MÁV-nál alkalmazott vasúti kocsi ajtók mozgatásának leírása .................... 11

3. Laboratóriumi modellezés........................................................................................ 15

4. Összefoglaló ............................................................................................................. 19

5. Irodalomjegyzék....................................................................................................... 19


3/19.oldal

1. Bevezetés

A pneumatikus rendszereket széles körben alkalmazzák mind a műszaki és mind a

hétköznapi életben. A pneumatika alkalmazása megkönnyíti a nehéz, monoton fizikai

munka elvégzését, csökkenti az emberi erőszükségletet és lehetővé teszi az

automatizálást.

Célunk az üzemi megoldások egyikének laboratóriumi megvalósítása és vizsgálata.

A MÁV-nál a személyközlekedésben használt vasúti kocsik külső- és belső ajtajait

régebben csak mechanikusan lehetett nyitni-zárni. Az utóbbi két évtizedben terjedtek

el a pneumatikával működtetett ajtó mechanizmusok. Az ajtók nyitását elektro-

pneumatikus, illetve fotocellás rendszerek teszik kényelmesebbé.

A nyílászárók mozgatására pl. az [1], [2] szakirodalmak számos megoldást

ismertetnek. Ezek között van tisztán pneu-mechanikus, elektro-pneumatikus és

mindkettőt alkalmazó vegyes üzemeltetésű.

A dolgozat 2.1 fejezete az fenti irodalmakban közzétett rendszerekből két megoldást

vizsgál és mutat be. Az egyik megoldás pneu-mechanikus, a másik pedig elektro-

pneumatikus rendszer.

A 2.2 fejezetben a MÁV-nál jelenleg üzemben lévő személyszállító kocsik belső

ajtóinak elektro-pneumatikus vezérlését vizsgáljuk.

A dolgozat 3. fejezete a 2.1 fejezetbeli elektro-pneumatikus megoldás laboratóriumi

modellezésével és megvalósításával foglalkozik. A rendszer összeállítását és

vizsgálatát a Robert Bosch Mechatronikai Tanszék Bosch-Rexroth laboratóriumi

eszközeivel végeztük el.

A 4. fejezet az eredmények összefoglalását tartalmazza.


4/19.oldal

2. Ajtóvezérlés

Az ajtóvezérlés fejezetben az egy- és kétszárnyú vasúti belső ajtók egy pneu-

mechanikus illetve egy elektro-pneumatikus működtetését mutatunk be az [1] irodalom

alapján.

Ezután a MÁV-nál jelenleg is üzemben lévő személyszállító kocsik belső ajtóinak

elektro-pneumatikus vezérlését vizsgáljuk.

2.1 Pneumatikus ajtóvezérlési megoldások ismertetése

Az ajtók mozgatásánál három megoldás lehetséges:

• Pneu-mechanikus kivitelek, ahol a pneumatikus útváltókat mechanikusan

működtetjük.

• Elektro-pneumatikus vezérlésű megoldások, ahol az útváltó szelepeket

elektromágnesek működtetik.

• Vegyes rendszerek, amelyeknél pneu-mechanikus és elektro-pneumatikus

megoldásokat egyaránt alkalmaznak.

A vasúti kocsi ajtók mozgatásához hasonló megoldások fordulnak elő pl. raktárak be-

és kijárati ajtóinál, ipari, vegyipari berendezések védőablakainak és védőajtóinak, vagy

gyártósorok be- és kieresztő nyílászáróinak mozgatásánál. A különbségek elsősorban a

méretekben, tömegekben, mozgatási irányokban (vízszintes, függőleges) és a

környezeti feltételekben mutatkozhatnak meg.

A 2.1 ábrán vízszintesen mozgatott kétszárnyú tolóajtó pneu-mechanikus vezérlése

látható, amely a következő elemekből áll:

• 2 db kétoldali működési, löketvégi csillapítású, egymással párhuzamosan

kapcsolt munkahenger (1)

• 4 db fojtó-visszacsapó szelep (2),

• 1 db 4/2-es, mindkét oldalon pneumatikus vezérlésű, bistabil útváltó szelep (3),

• 3 db kettős visszacsapó (VAGY) szelep (4),

• 1 db késleltető rendszer, ami áll egy 3/2-es rugós visszatérítésű, pneumatikus

vezérlésű, monostabil útváltó szelepből és egy fojtó-visszacsapó szelepből (5),


5/19.oldal

• 2 db 3/2-es, pneumatikusan elővezérelt, rugós visszatérítésű, monostabil útváltó

szelep (6),

• 2 db 3/2-es, pneumatikusan elővezérelt, mechanikusan reteszelhető, rugós

visszatérítésű, monostabil útváltó szelep (7),

• 1 db 3/2-es, kétoldali mechanikusan működtetett, bistabil útváltó szelep (8),

• 1 db levegő-előkészítő egység illetve a táplevegő (9).

A 2.2 ábra szerinti rendszer működése:

Az ajtók alaphelyzetben zárva vannak. Ekkor a levegő útja 9-8-3-2 pneumatikus

elemeken át jut a sűrített levegő a 1 munkahengerek dugattyúrúd oldali (–) részébe. Ha

a 6, vagy 7 útváltók közül az egyiket átváltjuk (a 4 szelepeknek köszönhetően elegendő

az vagy a 6, vagy a 7 útváltót átváltani), akkor a 3 szelep 14 oldaláról átvált a másik

állásba, így az 1 munkahengerek kifutnak a (+) pozícióba, ekkor nyílik ki az ajtó.

Miközben a munkahengerek kifutnak, az 5 egységben lévő fojtó szelepen a levegő

keresztüláramlik, és megfelelő nyomást elérve az 5 egységben lévő útváltó szelep 12

oldalán (a megfelelő idő elteltével), a rendszerben lévő 3/2-es szelep átvált. Ekkor a 3

útváltó a 12 oldalról átvált az alaphelyzetbe, és így a 2 szelepeken keresztül a levegő a

munkahengerek (–) részébe jut, azok visszafutnak alaphelyzetbe, és az ajtók

bezáródnak.

Az ajtó automatikus nyitás/zárás idejének és sebességének beállítása a 2 fojtó-

visszacsapó szelepekkel történik.

A [3] alapján megrajzoltuk az 1 munkahenger és a 3 útváltó ütemdiagramját (2.1 ábra).

2.1 ábra

Ütemdiagram a 2.2 ábrán lévő kapcsoláshoz

Cse

rven

ák Á

kos

T

DK

kut

atóm

unka

6/19

.old

al

2.2

ábra

Két

szár

nyú

toló

ajtó

t műk

ödte

tő p

neu-

mec

hani

kus

vezé

rlés


7/19.oldal

A 2.4 ábrán vázolt egyajtós elektro-pneumatikus rendszer elemei az alábbiak:

• 1 db kétoldali működésű, löketvégi csillapítású munkahenger (1),

• 1 db kettős visszacsapó (VAGY) szelep (2),

• 1 db fojtó-visszacsapó szelep (3),

• 3 db 3/2-es, elektromos vezérlésű, rugós visszatérésű, monostabil útváltó (4.1,

4.2, 4.3),

• 1 db elektromos vezérlés fotocellás, vagy padlókapcsolós működtetéssel (5),

• 1 db elektromos vezérlésű időtag az ajtó késleltetett zárásához (6),

• 1 db fojtószelep (7),

• 1 db hangtompítós ürítő szelep (8),

• 1 db 3/2-es, mechanikusan reteszelhető, bistabil útváltó szelep (9),

• 1 db levegő-előkészítő egység illetve a táplevegő (10).


Az ajtó alaphelyzetben zárva van. Az 5 padlókapcsolós, vagy fotócellás elektromos

vezérlés aktiválásakor a 4.3 útváltó szelep átvált, és a levegő a 10-9-4-3 elemeken

keresztül az 1 munkahenger jobboldali (+) részébe jut, kifut a munkahenger, és az ajtó

kinyílik. Ekkor az 1 munkahenger dugattyúrúd oldaláról (–) a levegő a 2-7-8 úton

távozik. Amint az 1 munkahenger teljesen kifutott, az ezt érzékelő egység jelet küld az

időtagnak, és ott elindul a visszaszámlálás. Amint letelt az ott beállított idő, akkor a

4.2 útváltó szelep működésbe lép, és így a levegő 10-9-4.2-2 elemeken keresztül az 1

munkahenger dugattyúrúd oldalára (–) jut, a henger visszamegy az alaphelyzetébe, és

az ajtó bezáródik. A zárás sebessége lassabb, mint a nyitás sebessége, ugyanis a 3

fojtást erősebbre állítják. Ezzel is az utas védelmét szolgálják.

Az ajtó automatikus zárás idejének és sebességének beállítása a 3 fojtó-visszacsapó

szeleppel történik.

Az 1 munkahenger, a 4.2 és 4.3 útváltó szelepek ütemdiagramja a 2.3 ábrán látható


8/19.oldal

2.3 ábra


Amennyiben nincs áram, akkor az előbbi eset nem állhat fenn. Az 5 vezérléstől, áram

hiányában, a 4.3 szelep nem tud átváltani, így az ajtó zárva marad. Ekkor kézzel lehet

az ajtót kinyitni. Ha elkezdjük az ajtót kézzel kinyitni, akkor az 1 munkahenger (+)

oldalába a 8-4.3-3 elemeken át juthat be a sűrített levegő. A munkahenger (–) oldaláról

a levegő a 2-7-8 elemeken át távozhat. Mivel ilyenkor a munkahenger két része között

kapcsolat van, ezért a levegő a munkahenger (–) oldaláról a 2-7-4.3-3 elemeken át is

eljuthat a munkahenger (+) oldalára. Ezzel tudjuk biztosítani vész esetén az ajtó

kinyitását.

Cse

rven

ák Á

kos

T

DK

kut

atóm

unka

9/19

.old

al

Felg

yors

ulá

s-

késle

lteté

s

Zárá

sN

yitás

Padló

kapcsoló

s

vagy

Foto

ce

llás N

yitás

Időta

g

Zárá

s

1 2 3 5

4.3 9

4.1

7

6 4.2

810

Ajtó

+

-

2.4

ábra

Egy

szár

nyú

toló

ajtó

műk

ödte

tése

ele

ktro

-pne

umat

ikus

vez

érlé

ssel

.


10/19.oldal

A 2.2 és 2.4 ábra szerinti kapcsolási tervek helyiségek tolóajtóihoz készültek, közülük

vagylagosan választható a tisztán pneu-mechanikus, vagy a elektro-pneumatikus

vezérlésű megoldás. Mindkét változat rendelkezik a nyitás után késleltetési idővel,

amelynek letelte után az automatikus zárás folyamata elindul. Mindkét esetben

választható a nyitás és a zárás kézi távműködtetése, vagy a zárás időtagos működtetése.

Ha a berendezés elhelyezéséhez oldalirányban kevés a hely, a munkahengerek

közvetlenül az ajtó fölött is elhelyezhetők. A dugattyúrúd, amelynek átmérője

rendszerint kisebb, mint az ajtó vastagsági mérete, nyitáskor az ajtóval együtt mozog.

Megoldható a munkahenger függőleges elhelyezése az ajtó mellett, az ajtókereten is,

amikor az ajtó vízszintes mozgatását pl. a 90 fokos iránytörést biztosító görgő-

kötélrendszer közbeiktatásával oldjuk meg.

A biztonsági előírások (vészkijárat biztosítása pl. a kocsi elhagyásához, vagy

tűzveszélynél) az ajtó kézi kinyitásának lehetőségét is megkívánják, ami akkor

szükséges, ha áram, vagy levegő kimaradás történik. A nyitást ellensúly segítheti.

Hálózati kimaradásnál a belső ajtó nyitása nagyon egyszerűen megtörténhet kézi

beavatkozás nélkül is. Megoldás lehet például az, ha az ajtót pneumatika zárja és egy

ellensúly nyitja, amikor gondoskodni kell a levegő eltávozásáról.

A munkahengerek lökethossza az ajtók elmozdulási úthosszához, azaz a nyílás

szélességéhez igazodik. Ez érvényes lehet lengőajtónál, amikor a henger lökethosszát a

forgásponthoz viszonyított henger elhelyezés határozza meg. Az egyszárnyú ajtók

nyílásszélességei pneumatikus munkahengerrel való közvetlen működtetésnél 2000

mm-ig terjedhetnek. Ennek oka egyrészt a konstrukciós kialakítás nehézségeiben,

másik a gazdaságossági (költség) kérdésekben található. A 2000 mm-nél nagyobb

méretű elmozdulásokat a hengerrel működtetett mechanikai szerkezetekkel célszerű

megoldani.

A 2.4 ábra szerinti megoldásban az ajtó kézi zárásakor a henger a 2 visszacsapó

szelepen és a 7 fojtáson keresztül levegőt szívhat be. Nyitáskor az 1 henger

jobboldaláról a levegő a beállítható 3 fojtáson és 4 nyitott útváltó szelepen eltávozhat.

A bemutatott ajtóvezérlések jól használhatók a vasúti járművek nyílászáróinak

mozgatására is. A következőkben ezek laboratóriumi modellezésével foglalkozunk.


11/19.oldal

2.2 MÁV-nál alkalmazott vasúti kocsi ajtók mozgatásának leírása

A MÁV-nál egy Intercity szerelvényeken kétféle belső ajtó működését vizsgáltuk:

• szakaszajtó, amely a kocsi előterétől választja el az utas-részt, illetve

• átjáró ajtó, ami az egyes kocsik közötti átjárást biztosítja.

A két ajtótípus mozgatása között az alábbi eltérések mutatkoznak:

• a szakaszajtónál egy munkahenger mozgat egy darab egyszárnyú ajtót,

• az átjáró ajtónál egy munkahenger kétszárnyú ajtót mozgat egy közvetítő lánc

és lánckerekek segítségével, ezt a megoldást a 2.3 ábra mutatja

2.3 ábra

A kétszárnyú tolóajtó nyitásának szemléltetése


12/19.oldal

2.4 ábra

Az egyszárnyú tolóajtó és a homlokajtó kapcsolószekrényben található pneumatikus

kapcsolási rajza

A 2.4 ábra fényképén lévő kapcsolási rajzon látható, hogy a kétféle ajtó mozgatását

vezérlő pneumatikus körben eltérés mutatkozik az ajtó(k) nyitásánál:

• egyszárnyú tolóajtónál a 12 fojtó-visszacsapó szelep a 11 vésznyitó 3/2-es

útváltó szelep és a 6 5/3 útváltó szelep között helyezkedik el,

• homlok tolóajtónál az 12-vel azonos funkciójú 17 fojtó-visszacsapó szelep a 18

henger és a 16 vésznyitó 3/2-es szelep között van. Ez a megoldás az elterjedt és

a javasolt.

A 2.5 ábrán látható az egyszárnyú belső szakaszajtó mechanizmusa kifutott állapotban,

azaz amikor az ajtó nyitva van. Az ábra jobboldalán a működtető henger és az ajtót

vezető rúd, baloldalán henger és kitolt dugattyúrúd a működtetett szerkezettel, amely

az alsó rúdon gördülően megvezetett.


13/19.oldal

2.5 ábra

A belső szakaszajtó mechanizmusának részletei.

A 2.6 ábrán a szakaszajtó jobb oldali részének kinagyított képe látható visszahúzott

állapotban, azaz amikor az ajtó zárva van.

Itt látható:

• a munkahenger jobb oldala, a hengerház forgó felfogatása és a hengerbe befutó

pneumatikus vezetékek (kék színnel),

• az ajtót mozgató mechanizmus jobb oldali vége, és a végálláskapcsoló

• alul jobbra a piros húzókar egy elektro-pneumatikus elven működő vészkar

2.6 ábra

A szakaszajtó jobb oldali részének kinagyított képe

Munkahenger Ide fut be a kék vezeték

Végálláskapcsoló

Vészkar

Ajtót mozgató mechanizmus


14/19.oldal

A 2.7 ábrán megfigyelhető a homlokajtót működtető mechanizmus, és a munkahenger

végére csatlakoztatott egységhez kapcsolt lánc, amellyel az ajtó két szárnya nyitható-

csukható. Ez a lánc nyitja, illetve csukja az ajtó két szárnyát.

2.7 ábra

A homlokajtó mechanizmusa

Lánc

Munkahenger

Lánc


15/19.oldal

3. Laboratóriumi modellezés

A Robert Bosch Mechatronikai Tanszék Bosch-Rexroth laboratóriumi eszközeivel a

3.1 ábrán látható pneumatikus és villamos kapcsolást állítottuk össze. Az elektro-

pneumatikus vezérlés kapcsolásának laboratóriumi fényképe a 3.3 ábrán látható.

A pneumatikus kapcsolás a következő elemekből áll:

• 1 db kétoldali működésű, reed relével (B1) ellátott munkahenger (Z1),

• 1 db fojtó-visszacsapó szelep (SV1),

• 1 db 5/2-es rugós visszatérítésű, egyik oldalon elektromos működésű (Y1),

monostabil útváltó szelep, ami az egyik kimeneti csatlakozó lezárásával 3/2-es

szelepként funkcionál (F2),

• 1 db 5/2-es mindkét oldalon pneumatikus vezérlésű, bistabil útváltó szelep (F1),

• 1 db torló-fúvókás érzékelő (S1),

• 1 db 3/2-es mechanikusan működtetett, bistabil útváltó szelep (E1),

• 1 db levegő-előkészítő egység (LEE).

A villamos kapcsolás a következő elemeket tartalmazza:

• 1 db reed relé (B1),

• 1 db időtag (K1)

• 1 db relé (Y1).

A 3.1 ábrán látható kapcsolás hasonlít a 2.4 ábrán látható kapcsolásra. Az eltérések a

következőkben rejlenek:

• a fotocellás nyitás helyett itt egy torló-fúvókás érzékelő segítségével valósítjuk

meg a folyamat elindítását;

• a 2 db 3/2-es szelep helyett 2 db 5/2-es szelepet alkalmazunk, mégpedig úgy,

hogy az egyik a munkahenger ki- és befutását vezérli, a másik pedig az előző

szelep egyik oldali pneumatikus vezérlését;

• a laboratóriumi kapcsolásban felgyorsulás-késleltetés nincs, így a kettős

visszacsapó szelepre sincs szükség.

Cse

rven

ák Á

kos

T

DK

kut

atóm

unka

16/1

9.ol

dal

Y1

K1

Y1

K1

B1

SV

1

F1

S1

E1

+24

V

0V

14

12

42

B1 -

+Z1

mu

nkah

eng

er

F2

Vill

am

os k

ap

cso

lás

LE

E

1.á

g2.á

g

1

3.1

ábra

A la

bora

tóri

umba

n ös

szeá

llít

ott k

apcs

olás


17/19.oldal


Az ajtó alapesetben zárva van. Ekkor a levegő az LEE-E1-F1 útváltó szelepen át jut a

Z1 munkahenger dugattyúrúd oldali (–) részébe. Ha az S1 torló-fúvókás érzékelőnél a

fúvókából kiáramló levegőnek útját állja valami, jelen esetben egy munkahenger,

akkor a rendszerben szereplő S1 útváltó szelep átvált, az F1 szelep 12 oldalról átvált a

másik állásba, a levegő a LEE-E1-F1-SV1 elemeken át jut a Z1 munkahenger (+)

oldalára, így a Z1 munkahenger kifut. Amint a munkahenger kifutott, az ezt érzékelő

egység (B1) áramköre záródik, így a villamos kapcsolás 1. ága is záródik. A K1 időtag

így áram alá kerül, és elkezdi a beállított idő szerinti visszaszámlálást. Amint az idő

letelt, a 2. ágon levő K1 záródik, és így az Y1 is záródik. Az Y1 gerjesztésre az F2

útváltó szelep átvált, az F1 útváltó 14 oldala nyomás alá kerül és átvált, így a levegő a

LEE-E1-F1 elemeken át jut a Z1 munkahenger (–) kamrájába, és a Z1 munkahenger

visszafut alaphelyzetébe. A munkahenger (+) oldaláról a SV1 fojtó-visszacsapón

keresztül távozik a levegő, ami lassítja a visszafutási sebességet.

A munkahenger automatikus kifutás/visszafutás idejének és sebességének beállítása az

SV1 fojtó-visszacsapó szeleppel történik.

Az 1 munkahenger és a F1, F2 útváltó szelepek ütemdiagramja a 3.2 ábrán látható

3.2 ábra


Cse

rven

ák Á

kos

T

DK

kut

atóm

unka

18/1

9.ol

dal

3.3

ábra

A la

bora

tóri

umba

n ös

szeá

llít

ott k

apcs

olás

fén

ykép

e

S1

SV

1

Z1

K1

B1

E1

LE

E

Y1

F2

F1


19/19.oldal

4. Összefoglaló:

A TDK dolgozatban a szakirodalom alapján áttekintettük a vasúti személykocsik

pneumatikus/elektro-pneumatikus működtetésű belső ajtóinak működtetési

megoldásait. A Magyar Állami Vasutaknál (MÁV-nál) használt két megoldást

részletesebben is megvizsgáltunk és elemeztünk. Az egyik elektro-pneumatikus

kapcsolást a Miskolci Egyetem Robert Bosch Mechatronikai Tanszékének hidraulika-

pneumatika laboratóriumában kisebb módosítással megépítettük és modelleztük.

5. Irodalomjegyzék:

[1] Deppert-Stoll: Pneumatika a gyakorlatban

[2] Bosch Rexroth Group: A pneumatika alapjai

[3] Szaladnya S.- Telek, P.: A pneumatikus automatizálás eszközei, a tervezés

módszerei, Budapest, 2009

Documents

Járműajtók pneumatikus mozgatásának modellezése · 2011. 11. 7. · keresztül az 1 munkahenger jobboldali (+) részébe jut, kifut a munkahenger, és az ajtó kinyílik. Ekkor