Vasúti fék után állító modul vizsgálópad fejlesztése út-erő diagram méréssel LabView-n keresztül

Miskolci Egyetem Elektrotechnikai – Elektronikai Tanszék

Vasúti fék után állító modul vizsgálópad fejlesztése út-erő diagram méréssel LabView-n keresztül

Szakdolgozat

Terv készítője: Kecskés Károly Tankör: G4BVD Tervezés vezetője: Dr. Blága Csaba 2013

Hallgatói nyilatkozat

Alulírott Kecskés Károly kijelentem, hogy ezt a szakdolgozatot meg nem engedett segítség nélkül, saját magam készítettem, csak a megadott forrásokat (szakirodalmakat, internetet stb.) használtam. Minden olyan részt, melyet szó szerint, vagy azonos értelemben, de átfogalmazva más forrásból vettem egyértelműen, a forrás megadásával megjelöltem az irodalomjegyzékben.

Tudomásul veszem, hogy az elkészült szakdolgozatban található anyagokat a Miskolci Egyetem saját céljaira felhasználhatja.

Kelt: 2013. 05.03.

………………………………….. Kecskés Károly

2

Tartalomjegyzék

Bevezetés........................................................................................................... 5 1.

A vállalat bemutatása ............................................................................. 6 1.1. A Knorr-Bremse Magyarországon ......................................................................7

2.

A fék .......................................................................................................... 8 2.1. A fék, mint alkatrész ........................................................................................... 8 2.2. A vasúti járművek fékberendezése és működése ................................................9 2.3. A vasúti fékrendszer bemutatása .......................................................................11 2.4. A vasúti fékrendszer típusai ..............................................................................13 2.4.1. A disszipatív fékek ................................................................................13 2.4.2. A regeneratív fékek ...............................................................................16

3.

A vasúti fék utánállító modul ............................................................... 18 3.1

A vasúti fék utánállító modul szerepe a fékrendszerben ...................................18

3.2. A vasúti fék utánállító modul működése és felépítése ......................................19

4.

Az utánállító modul vizsgálópadjának működése .............................. 21 4.1

.A vizsgálópad felépítése ...................................................................................22

4.2. A vizsgálópad pneumatikus rendszerének felépítése: .......................................25 4.3

5.

A fejlesztés részletezése ......................................................................... 29 5.1

6.

A rendszer hiányosságai ....................................................................................28

.A vizsgálópad működése a fejlesztés után ....................................................... 31

A program felépítése ............................................................................. 32 6.1. A Labview fejlesztői környezet .........................................................................32 6.2. A program kialakítása ....................................................................................... 33 6.2.1. Az állítókar maximális erejének számítása végkitérésnél ..................... 33 6.2.2. Az állítókar erejének kiszámítása .......................................................... 35 6.2.3. A hossz/erő diagram kirajzoltatása ........................................................ 37

3

6.2.4. A program összeállítása .........................................................................46

7.

A program tesztelése, mérés eredmények .......................................... 49

Összefoglalás .................................................................................................. 55 Summary ........................................................................................................ 56 Köszönetnyilvánítás ...................................................................................... 57 Irodalomyjegyzék .......................................................................................... 58 Mellékletek ..................................................................................................... 59

4

Bevezetés A vasúti fékrendszerek üzletágának egyik legdinamikusabban fejlődő vállalata a KnorrBremse. A németországi vállalat sikerét, termékeinek magas szintű, precíz színvonala garantálja. A dinamikus fejlődés hosszú távú biztosítása érdekében elengedhetetlen, a folyamatos fejlesztési tevékenység. A fék berendezések és fékalkatrészek tesztelése, vizsgálata szükséges lépés a gyártási

folyamatban.

Az

alkatrészek

vizsgálatainak

végrehajtására,

programvezérelt

tesztrendszereket alkalmaznak. A minél jobb minőség elérése érdekében, elengedhetetlen ezeknek a tesztrendszereknek a fejlesztése. A fejlesztési tevékenységből adódóan felmerült az igény, ezeknek a rendszereknek a továbbfejlesztésére, ugyanis a jelenleg működő struktúra nem tartalmaz, megfelelő pontosságú eljárást, a vasúti fék után állító modul működésének tesztelésére valamint nem alkalmas, kellő pontosságú erő, út mérésére. Szakdolgozatom során az után állító modul vizsgálatokhoz készített út-erőmérő rendszer fejlesztését fogom bemutatni.

5

1. A vállalat bemutatása A Knorr-Bremse világszerte a vasúti és haszongépjárművek fékrendszereinek vezető gyártója. Műszaki úttörőként a Knorr-Bremse több mint 100 éve hajtja előre jelentősen a modern fékrendszerek fejlesztését, gyártását és forgalmazását – különböző felhasználásokhoz a vasúti és haszongépjárművek területén. Ezzel a Knorr-Bremse jelentősen hozzájárul a vasúti és közúti biztonsághoz. A vállalatot Georg Knorr alapította Berlinben, 1905-ben Knorr-Bremse GmbH néven. Az alapítást követően sűrített levegős fék kifejlesztésével foglalkozott tehervonatokhoz. Az 1910-1924-ig tartó időszakban a vállalat kifejlesztette a levegős fékrendszert a tehervonatokhoz. 1922-re lehetővé vált a légfék, haszongépjárművön való használata. Ezek után a cég a vasúti járművek legnagyobb fékgyártójává vált Európában. A Hildebrand-Knorr fékrendszer 17 országban vált általánosan elterjedtté. 1939-re a 7 és a 16 tonna közötti német teherautók 90%-án volt Knorr-Bremse alkalmazás. 1945-ben

újraindították

a

fékrendszerek

fejlesztését

és

gyártását

Nyugat-

Németországban és a vállalat új székhelye München lett. Ezek után egy elindított, radikális szerkezeti átalakítási programot a vállalat működésében. Ez a program lehetővé tette, hogy 1960-ban a Knorr-Bremse belépjen az USA piacára a vasúti járművekhez gyártott AAR DB60 szeleppel. 1985-ben történt egy újabb szervezeti átalakítás a fékrendszer-technológiában, mind a vasúti, mind a haszonjármű rendszerekre. 1990-ben Megindul a haszonjárművekhez való pneumatikusan működtetett tárcsafékek nagy sorozatban gyártása. 1999-ben a Robert Bosch GmbH és a Knorr-Bremse egyesíti tevékenységét az elektronikus fékvezérlés ágazatában. A Knorr 60%-os részesedéssel megtartotta általános vezetői ellenőrzését. 2000-ben tovább terjeszkedések valósultak meg, Európában, Brazíliában és az Amerikai Egyesült Államokban. 2005-ben a vállalat a 100. évfordulóját ünnepelte és mára a vasúti járművek fék- és fedélzeti rendszereinek egyik vezető gyártója valamint a haszongépjárművek fék- és vezérlőrendszereinek világszerte vezető beszállítója, ellátva a világ összes haszongépjármű gyártóját. Azonban nemcsak teljes fékrendszerek fejlesztésévek és gyártásával foglalkozik a Knorr-Bremse. Jelen van a vasúti ajtórendszerek, légkondicionálók, tengelykapcsolók és ablaktörlők gyártásában is.

6

1.1. A Knorr-Bremse Magyarországon Magyarországon a Knorr-Bremse konszern két telephelyen van jelen, a budapesti telephely a vasúti- (SfS) fékrendszerek, míg a kecskeméti a haszonjármű-rendszerek (SfN) berendezéseinek gyártását végzi. A Knorr-Bremse Fékrendszerek Kft. – a Knorr-Bremse konszern egyik legnagyobb és legfontosabb európai gyártóbázisa – Kecskeméten működik. A társaságot ezen a néven 1989ben alapították, a Szerszámgépipari Művek és a Knorr-Bremse egyesülésével. Kecskeméten a pneumatikus, elektro-pneumatikus berendezések tervezésével és vizsgálatával foglalkoznak. 1996-ban Kecskemét kivívta azt a jogot, hogy önállóan kereskedhessen is, ráadásul nem csak saját, hanem a konszern minden termékével. Ez azt jelentette, hogy elláthatja a haszonjármű gyártókat és megjelenhetett a pótalkatrész piacon is.

A budapesti telephely 1995. decemberi alapításakor a vállalatcsoport vasúti divíziója a gazdasági, környezeti és infrastrukturális lehetőségek figyelembevételével egy teljesen új telephelyet hozott létre. A gyártás 1996 júniusában kezdődött el és a következő 5 évben folyamatos

gyártás-áthelyezések

történtek.

Budapesten

az

elektronikus

rendszerek

vizsgálatával foglalkoznak, gyártott fékrendszer-elemek, - berendezések továbbfejlesztése, tökéletesítése, továbbá a kutatási tevékenység, új megoldások létrehozására.

1. ábra. A Knorr-Bremse vállalat [1]

7

2. A fék 2.1. A fék, mint alkatrész A járművek, gépek mozgásának lassítására, megállítására és álló helyzetben rögzítésére szolgáló szerkezet. A fékrendszer a járművek legfontosabb biztonsági berendezése. A megfelelő fékhatás a biztonságos közlekedés egyik alapfeltétele. Arra szolgál, hogy a vezető optimálisan tudja lassítani a járművet. Fontosabb alkatrészei: féktárcsa + fékbetét, féknyereg, fékcsövek (fém+gumi), főfékhenger, fékerő szabályzó, fékszervó (rásegítő) és persze a fékpedál. Legtöbbször az úgynevezett kopó alkatrészeket kell cserélni, mint a betétek, pofák, tárcsák és dobok. Újabban a blokkolásgátlók és a kipörgésgátlók, az úgynevezett menetstabilizáló rendszerek tömeges megjelenésénél előtérbe kerül a csak tárcsafékek alkalmazása. A járművek többségében a fékezésről nagy százalékban az első kerekek gondoskodnak. Ebből kifolyólag általában elől tárcsafékkel szerelik a gépkocsikat, melyek hatékonyabbak és tartósabbak, mint a dobfék. Mivel minden egyes fékezéskor erőteljes igénybevételnek van kitéve, ezért kiemelkedően magas műszaki követelménynek kell megfelelnie. Karbantartást nem igényel, párban cserélik, általában cserétől cseréig szakszerű szerelés esetén problémamentesen használhatóak. Ajánlott minden fékbetét csere alkalmával ellenőriztetni a féktárcsák állapotát. A fékbetétnek a fékezés során igen nagy teljesítményt kell kifejteniük, mivel lágyabb anyagból készülnek, mint a féktárcsák. Ennek következtében gyorsabban is kopnak, csereperiódusuk rövidebb. Ha a fékbetétek vastagsága a minimális 2-3mm alá csökken, akkor az optimális fékhatás már nem biztosított. Fontos a megfelelő minőség és a precíz, szakszerű szerelés. Egy szakszerűen szerelt fék a rendeltetésszerű használat során a fékbetét teljes élettartama alatt biztosítja az új fék alkatrésszel megegyező hatást. Ha elkopott fékbetéttel használunk, a féktárcsa megsérülhet, és egy hirtelen fékezés esetén a gépkocsi irányíthatatlanná válhat. A fékbetét karbantartást nem igényel, párban cserélik, általában cserétől cseréig szakszerű szerelés esetén problémamentesen használható. A fékolaj a levegőben lévő nedvességet megköti, magába zárja és ezáltal az üzemidővel arányosan csökken a forráspontja. Erős igénybevételnél pl. vészfékezés vagy meredek lejtőn való autózás esetén a fékfolyadékban buborékok képződnek. Ezek akadályozzák a fékező erő átvitelét és működőképességét. Fékfolyadék csere általában 2 évente esedékes. A fékfolyadék forráspontja nem süllyedhet 180 oC alá. 8

2.2. A vasúti járművek fékberendezése és működése A vasúti közlekedéssel szemben támasztott legfontosabb követelmény a biztonság. Ennek eszköze a fékberendezés. A vasútüzem biztonsága szempontjából alapvető fontosságú, hogy a vonat az adott sebességről az előírt helyen és kellő időben álljon meg. Fontos még, hogy a vonat sebességét az üzemi körülményeknek megfelelően lehessen szabályozni. Ennek érdekében a vasúti járműveket megbízható és megfelelő teljesítményű fékrendszerekkel látják el.

A fékberendezéssel szemben támasztott legfontosabb üzemi követelmények: 

Üzembiztonság (megbízható működés szélsőséges üzemi viszonyok között is)



A lehető legrövidebb úton meg kell állítania a vonatot.



A vonatba sorolt kocsiknak a lehető legcsekélyebb mértékű torlódást kell elszenvedniük a fékezésnél és a fék oldásánál.(a vonatok fékezésénél és oldásánál a viszonylag kis fékhatás terjedési sebesség miatt a kezdeményezett művelet a vonat végén időkésedelemmel megy végbe és emiatt torlódások keletkeznek



A jármű lehető legrövidebb fékúton való megállítása

Ezen követelmény teljesítésének eszköze a mindenkori tapadási tényező kihasználása.

A fékezés fajtái: 

Megállító: a vonat megállítása adott fékúton



Sebességcsökkentő: a vonat sebességének előírt értékre való csökkentése



Sebességszabályozó a vonat sebességnövekedésének megakadályozása a lejtős pályaszakaszon



Rögzítő álló jármű tovagördülésének megakadályozása

9

2. ábra. Tuskós fék [2]

3 ábra. Tárcsás fékegység kerékre szerelt féktárcsához [2]

4. ábra. Tárcsás fékegység tengelyre szerelt féktárcsához [2]

10

2.3. A vasúti fékrendszer bemutatása A vasúti járműipar tevékenységének fő területe a komplett fékrendszerek tervezése, fejlesztése, gyártása a különböző vasúti járművekhez. Az elektronikus vezérlésektől, pneumatikus szabályozórendszerektől, légellátástól és kiegészítő berendezésektől (pl. homokoló rendszerektől) egészen a hidraulikus fékrendszerekig terjed. Csak az egymással és a járművel tökéletesen összehangolt alkatrészek és alrendszerek garantálják a maximális üzem- és működési biztonságot a nagy rugalmasságra és modulrendszerre támaszkodva. Az összehangolt elektronikus, pneumatikus, mechanikus és hidraulikus egységekből álló rendszereket kapunk.

5. ábra. Vasúti fékrendszer felépítése [3] A levegőellátás magába foglalja a sűrített levegő kompresszorral történő előállítását, valamint a levegő előkészítését. Így meghatározott mennyiségű és minőségű sűrített levegő áll rendelkezésre. A sűrített levegő szolgáltatja az energiát a vonat alapvető rendszereinek működéséhez. Ezt használják a fékek működtetése mellett, az ajtók nyitásához, a légrugózás vezérléséhez, a homokoló berendezésekhez. Fontos a megfelelő sűrített levegőellátás. A csatlakozási pontok számának csökkentésével a be- és kiszerelési idő jelentősen lerövidíthető. A beépített rendszer, a nagyfokú megbízhatóságnak köszönhetően, a teljes rendszer rendelkezésre állásának foka jelentősen megnő. A rendszert elláthatják a segéd levegő kompresszortól kezdve, a nagyteljesítményű kompresszorokig. A forgóváz-szerelvény a fékrendszer azon része, mely a fékerőt létrehozza. Minden forgóváz-szerelvényt egyedileg, az ügyfél specifikus üzemi feltételei, az alkalmazási terület és a beépítés körülményei figyelembevételével terveznek. A féktárcsáknál fontos tényező a típus (tengely vagy kerékféktárcsa), az anyag, valamint az elrendezés (osztott vagy osztatlan

11

gyűrű). A fékbetéteknél a nagy fékteljesítmény érdekében nagy szilárdságú nyersanyagokat használnak. Ügyelnek a betétek csekély mértékű kopására, az egyszerű cserélhetőségre. A féknyereg egységnél törekednek a kompakt tömegtakarékos kivitelre, az egyszerű szerelhetőségre. A fékvezérlés a biztonság szempontjából a vonatok meghatározó alrendszere, hiszen minden üzemállapotban megbízhatóan biztosítania kell a vonat megállását. Az optimális fékezést akkor érjük el, ha az egész vonat valamennyi tengelyén, illetve forgóvázán egyedi fékerőt alkalmazunk. És mindezt egyetlen fékkar meghúzásával. Ezért a korszerű fékvezérlésekbe számos intelligens kiegészítő funkció integrálható: 

Megterhelt vagy üres vagonok teherfüggő fékezése.



Blokkolásgátló rendszer (csúszás elleni védelem).



A mozdonyvezető éberségének ellenőrzése (SiFa).



Táv irányítható vészfékezés (LZB, PenaltyBrake).



Vészfékberendezések utasok számára.



Indulási segéd a túlforgó kerekeknél (kipörgés elleni védelem).

Mindegy, hogy a vonaton mechanikus féket, mágneses sínféket, örvényáramú féket vagy egy hajtás visszafordítással dolgozó regenerátoros féket alkalmaznak, a fékvezérlés gondoskodik a különböző rendszerek állandó optimális együttműködéséről. Minden megoldásnál a biztonság áll az első helyen, majd a gazdaságosság. A legfontosabb a minőség, mert a személyszállító vonatok esetében emberéletek függhetnek attól, hogy a szerelvény meg tud-e állni. Gazdaságossági szempontból az egyszerű karbantartás, javítás, és az alkatrészek be illetve kiszerelési idejének csökkentése kihívás, mert az idő mindenkinek pénz! Ezt a pneumatikus és elektronikus alkatrészek intelligens kombinációja teszi lehetővé. A mozgásszabadság, a kényelem és a biztonság területén a maximumra törekednek a gyártók, így a fékrendszerek beépítéséhez a hely egyre szűkösebbé válik. Helytakarékos, kompakt, könnyű hidraulikus rendszereket kell a vonatokba beépíteni, amelyek a biztonságot, összekötik a nagy teljesítménykészséggel. A hidraulika főbb részei: 

Hidraulikus tápegység (kompakt kivitelű, kis tömegű, forgóvázba építhető, valamint egyenárammal és váltakozó árammal is működtethető)



Fékerő előállító (10N és 110kN összeszorító erő)



Hidraulikus szintszabályzó és rúgózási rendszerek 12

2.4. A vasúti fékrendszerek típusai: A fékezőerő munkavégzésével a mozgó jármű tömegeinek kinetikus energiája kerül elvonásra. Attól függően, hogy az elvont kinetikus energia a további felhasználás szempontjából teljes egészében elveszett, vagy pedig az elvont energia megfelelő tárolás után a jármű újragyorsításához szükséges munkabevezetéshez felhasználható két féle fékrendszer azonosítható: disszipatív fék és regeneratív fék. [4]

2.4.1. A disszipatív fékek 

Súrlódásos fékek. A tuskós fék működése azon alapul, hogy a jármű valamely forgó alkatrészéhez

féktuskót szorítunk, és a kialakuló súrlódásos érintkezés által generált érintőirányú súrlódóerő nyomatéka az alkatrész forgását gátolni igyekszik. Alapesetben a forgó alkatrész maga a járműkerék lehet. Vasúti járművek esetében ez az eset valósul meg a leggyakrabban. A viszonyokat a 4. ábra szemlélteti. Az ω szögsebességgel forgó vasúti kerék futófelületéhez Ft tuskóerővel szorítjuk neki a féktuskókat, az ábra szerint a kerék jobb és bal oldalán egyszerre. A kialakuló csúszósurlódásos kölcsönhatás eredményeként a kerékre az Fs súrlódó erők hatnak, melyeknek a kerék forgástengelyére vett [4]

Mf = 2 R Fs

(1)

nyomatéka, a forgását gátolni igyekszik, így ez fékezőnyomatékként azonosítható. A kifejezésben R az Fs hatásvonalának a forgástengelytől mért távolságát (az erőkart) jelöli. A kerék haladó mozgását gátolni igyekvő Ff fékezőerőt a fentiekben meghatározott Mf fékezőnyomaték kényszeríti ki a kerék és a sín gördülőkapcsolat érintkezési felületén. Érdemes felfigyelni arra a tényre, hogy a jármű haladó mozgását akadályozni kívánó Ff kerületi erő Ff R nyomatéka a kerék forgó mozgását viszont elősegíteni igyekszik. [4]

13

6. ábra. A tuskós fék [4] A tárcsás fék felépítését és működési elvét az 7. ábrán egy vasúti személykocsi tengelyére szerelt fékegységgel van szemléltetve. A kocsi forgó tengelyére féktárcsát erősítünk, a jelen példa esetében a féktárcsa két súrlódó felületét radiális hűtőbordák kötik össze. Az így kialakított bordázat mint centrifugál ventilátor radiálisan kifelé levegőt szállít a tárcsafelületek között biztosítva a súrlódással generált hőenergia jobb elvezetését. Az ábrán látható csuklósan összekapcsolt két vízszintes kaliperkar fékbetét-tartóval ellentétes végére működik az F és –F ellentetten egyenlő két erőhatás, mely erőket a két kaliperkar közé szerelt fékhenger fejt ki. A két kaliperkar össze lévén kötve az ábra szerinti középső csuklósan bekötött rúddal, a kaliperkarok fékbetét-tartókhoz kapcsolódó csuklóin az ugyancsak ellentetten egyenlő Fn és -Fn tárcsafelületre merőleges két erőhatás lép fel. Ez utóbbi felületre merőleges erőhatások és a féktárcsa valamint a fékbetétek közötti súrlódási tényező ismeretében meghatározottak a súrlódó kapcsolatban a tárcsa két oldalán ébredő Fs tangenciális súrlódó erők, melyek hatásvonalának távolságát a tengelyközéptől r jelöli. A tárcsafékkel kifejtett fékezőnyomatékot ezek után az [4]

Mf = 2r Fs

(2)

képlet határozza meg. Természetesen ismerni kell a féktárcsa és a fékbetétek súrlódási kölcsönhatását jellemző μ csúszó súrlódási tényező értékét, amellyel a súrlódó erő [4] Fs = μ n alakban származtatható. [4]

14

(3)

7. ábra. A tárcsafék [4] A dobfék felépítését a 8. ábrán van szemléltetve. A jármű kerekével együtt forog a metszetben ábrázolt fékdob (az ábrán: sraffozott gyűrű). A fékdob belső hengerfelülete kerül fékműködtetéskor súrlódásos kölcsönhatásba a csuklósan összekapcsolt, a jármű haladó mozgást végző részéhez kapcsolt és forgómozgást nem végző körív alakú fékpofákra erősített súrlódó betétekkel. Amikor a fék nem működik (azaz inaktív), akkor a két körív alakú fékpofát a középen hozzájuk kapcsolt visszahúzó rúgó eltávolítja a súrlódó felülettől. A fékezőnyomaték kifejtése érdekében a visszahúzó rugó ellenében szét kell feszíteni a két körív alakú pofát. Ez a szétfeszítés a két fékpofát alul összekapcsoló csappal diametrálisan szemben fekvő részen található kilincs tengelyének elfordításával lehet megvalósítani. Az ábrán jól érzékelhető, hogy a kilincs tengelyének elfordításakor a két fékpofa felső részére két hasonló nagyságú, de ellentett értelmű és eltérő hatásvonalú Fn1 és Fn2 vízszintes erő hat. Ezek az erőhatások előbb legyőzik a visszahúzó rugó hatását, majd további növekedésük kialakítja a fékdob és a fékbetétek közötti érintkezéshez tartozó normálerő-eloszlásokat, amelyek szükségesek az Fs1 és Fs2 eredő kerületi súrlódó erők kialakításához. A fékezőnyomaték nagysága ezek után [4]

Mf = R (Fs1+ Fs2) alakban adódik, ahol R a fékdob belső hengerfelületének sugara. [4]

15

(4)

8. ábra. A dobfék [4] 

2. Hidrodinamikus fékek. A hidrodinamikus hajtóművel felszerelt járművek esetén a

hajtómű turbináját időlegesen szivattyúként működtetve a szivattyú hajtásához szükséges energia a mozgó jármű kinetikus energiájából kerül elvonásra és ez a jármű sebességcsökkenésével jár. Az elvont mozgási energia részben vagy egészében a kialakuló áramlási veszteségek miatt hőenergiává alakul, és ez a hidraulikaolaj hőmérsékletének megemelkedéséhez vezet. A hőenergia környezetbe történő kivezetése mármost az olajhűtőn keresztül történik. Az ilyen járművek hűtőrendszerének méretezésekor a fékezés által generált jelentős hőmennyiséget gondosan figyelembe kell venni. [4]  3. Elektrodinamikus fékek A villamos motorral hajtott járművek esetén a külső tápfeszültség lekapcsolásakor a forgásban maradó motor sok esetben generátorként működtethető. Ekkor a generátor hajtásához szükséges energia a mozgó jármű kinetikus energiájából kerül elvonásra és ez a jármű sebességcsökkenésével jár. Az így működésbe lépett generátor kapcsairól levett feszültséggel fékellenállásokat lehet táplálni, és a fékellenállásokon disszipálódó hőenergia pedig a jármű menetszelével, vagy villamos gépek kényszerszellőztetésével kerül szétszórásra a járművet környező légtérbe. [4]

2.4.2. A regeneratív fékek A regeneratív fékek esetén a mozgó jármű tömegéből elvont kinetikus energia egy része vagy egésze alkalmas berendezéssel eltárolásra és újbóli hasznosításra kerül. A regeneratív fékek villamos vagy pneumo-hidraulikus elven működnek. [4]

16

A villamos elven működő regeneratív fékrendszereknél, az alapesetben hajtónyomaték generálására beépített villamos motort fékezéskor generátoros üzemre állítjuk át. Az ily módon megvalósított elektrodinamikus fékezés során nyert villamos energiát több féle módon lehet azután felhasználni a jármű újabb gyorsításakor vagy konstans sebességű haladásakor. a.) a generátoros üzemben nyert villamos energiát megfelelő villamos energiaátalakítókon keresztül akkumulátorban vagy kondenzátorban tároljuk. b.) a generátoros üzemben nyert villamos energiával alkalmas villamos motort táplálunk, amely a járműben elhelyezett nagy fordulatszámú jól csapágyazott giroszkópot hajt, azaz a fékezés során a járműből elvont kinetikus energiával termelt villamos energiát a giroszkópban ismét kinetikus energiává alakítjuk. Ez a giroszkópban tárolt energiarész már le van választva a jármű mozgó tömegéről, és szükség szerint újra a járműbe vezethető a gyorsítás vagy konstans sebességű haladás energiaigényének kiegészítésére. (pl. New-York metró) c.) A hálózatról táplált villamos mozdony, metró- vagy HÉV-kocsi ill. városi villamoskocsi elektrodinamikus fékezésekor a generátorüzemben nyert villamos energiát visszatápláljuk a villamos hálózatba. Ez a visszatáplálás a jármű tartózkodási helyén (az áramszedő) a villamos hálózat feszültségének megemelkedésével jár, mely megemelkedett feszültség hozzájárul a hálózaton elhelyezkedő többi villamos jármű táplálásához, csökkentve a villamos hálózatot ellátó alállomás terhelését. d.) Zárt hálózatokon közlekedő járművek (pl. metró) esetén megvalósítható, hogy az éppen fékező járművek által visszatáplált energiát egy központi giroszkóp gyorsítására hasznosítjuk, mely egy központi generátort hajt és ez a generált többletfeszültséggel rásegít a hálózatot ellátó alállomás kimenő kapcsaira (pl.: Tokyo metro). [4]

17

3. A vasúti fék utánállító modul:

3.1. A vasúti fék utánállító modul szerepe a fékrendszerben A fékberendezés egyik, kevésbé ismert alkatrésze a hézagállító berendezés, az úgynevezett utánállító modul. Fékezéskor a fékbetétek surlódnak a féktárcsához, ezzel lassítva a járművet. A súrlódás miatt, a fékbetétek minden egyes fékezéskor kopnak. A kopás miatt a fékbetétek és a féktárcsa közötti hézag megnő. A fék hatékonysága lecsökken, mivel fékezéskor a fékbetéteknek egyre nagyobb utat kell „megtenniük” és a fékezés időtartama megnő. Az utánállító modul felelős, a féktárcsa és a fékbetét közötti állandó hézag biztosításáért. A legjobb fékműködés elérése érdekében ennek a hézagnak 2 – 4 mm között kell lennie Járműtől függően számos fajtája létezik. A működési elv ugyanaz, de a kialakítás más egy haszongépjárművön és más egy vasúti járművön. A haszongépjárművön axiál elrendezésű tárcsaféket alkalmaznak, a vasúti járműn ollós elrendezésű tárcsaféket.

9. ábra. Axiál elrendezésű tárcsafék [5]

10. ábra. Ollós elrendezésű tárcsafék [6]

18

3.2. A vasúti fék utánállító modul működése és felépítése:

11. ábra. Axiál elrendezésű tárcsafék metszeti rajza [5]

Fékezéskor a kombi fékhenger (1) dugattyúrúdja nyomóerõt fejt ki a karra (2).A mûködtetõ erõ a karban excentrikusan ágyazott görgõ (3) közvetítésével átadódik a hídra (4), és a menetes csöveken (5), valamint a nyomótagokon (6) keresztül hat a belsõ fékbetétre (7). A fékbetét (7) és a féktárcsa (8) közötti hézag áthidalása után a reakcióerõ a féknyereg (9) közvetítésével adódik át a külsõ fékbetétre (7). A fékbetéteket (7) a féktárcsához (8) szorító erõ hozza létre a kerékre ható fékezõ nyomatékot. Fékoldáskor, ha a fékezõnyomás megszûnik, a két nyomórugó (10) a hidat (4) a menetes csövekkel (5) és a karral (2) együtt a kiindulási helyzetbe nyomja vissza. Fék után állításkor a fékszerkezet, a fékbetétek és a féktárcsa közötti állandó hézag fenntartása céljából automatikus, kopásmentesen mûködõ utánállító szerkezettel rendelkezik. Minden egyes fékmûködtetés együtt jár az utánállító modul (11) mûködtetésével is, amely alapzáró kapcsolatban van a karral (2). Ha a hézag a fékbetét és a féktárcsa kopása miatt megnövekszik, akkor az utánállító (11) és a menesztõ (12) a menetes csöveket (5) a kopás mértékének megfelelõ értékkel elforgatja. A teljes hézag (a féktárcsa két oldalán lévõ hézag összege) 2 – 4 mm. Kisebb hézag esetén túlmelegedési problémák léphetnek fel. Az ollós elrendezésű tárcsafék működési elve hasonló, felépítése viszont más.

19

12. ábra. Ollós elrendezésű tárcsafék [2]

13. ábra. Után állító modul felépítése [7] Fékezéskor a pneumatikus légfékhenger (11) nyomóerőt fejt ki az állító rúdra, amely egy közvetítő rúd a légfékhenger és az után állító (12) modul között. Az állító rúd az állító billentyűvel (8) lép kapcsolatba, amely racsniként működik. A billentyű mozgatásakor a torziós rúgó (5) menetei összefeszülnek és az erő hatására megforgatja a menetes orsót (3). Az erő megszűnésekor a billentyű szabadon visszatér a kezdeti állapotba, egy rúgónak (10) köszönhetően. Az orsó (3) egy helyben maradását a torziós rúgó (5) biztosítja. Az orsó (3) elfordulásának hatására az orsóház (2) vízszintes mozgást végez. Ekkor az utánállító modul szétnyitódik és az excentrikus forgópont (13) körül elfordul az ollós fékkar (14). Így a fékbetét (15) közelebb kerül, a közrefogott féktárcsához. (16) fékbetét tartó, (17) a felfogó konzol. 20

4. Az utánállító modul vizsgálópadjának működése:

14. ábra. A vizsgálópad felépítése [8] Vészleállító kapcsolók (1) a vezérlő panelen (2), a tápláló egységen és a gép hátsó részén az ürítő egységen találhatók. A főkapcsoló (3) a gép kapcsolószekrényén került elhelyezésre. Minden egység energiaellátását megszakítja ( „0” állásban rögzíthető, véd a balesetveszély és a gép illetéktelen bekapcsolásának veszélye ellen ). A vészleállító gomb (1) a gépet biztonsági, nyugalmi állapotba kapcsolja. A biztonsági kapcsolók eszköz nélkül nyithatók, a beállítási vagy karbantartási munkákhoz kell kinyitni. A bekötött fedelek nyitására a gép leáll. A védőburkolat (4) a gép belső részeit védi a külső behatásoktól, valamint a kezelőt a gép mozgó és belső részeitől. A védőburkolatot a teszt kezdetekor le kell zárni, a vizsgálópad leellenőrzi, hogy zárva vannak e az ajtók, ha nem akkor nem engedi a tesztet lefutni. Az ajtók helyzetét biztonsági kapcsolók figyelik. A védőburkolat ajtajának nyitására a vizsgálópad azonnal leáll. A kezelő behelyezi a vizsgálandó egységet a befogadó fészekbe (5), majd zárja a védőajtót. Az egységen több vizsgálat elvégzése történik a vonalkód beolvasását (6) és a védőajtók (4) becsukását követően. Minden egyes vizsgálandó egység kap egy vonalkódot, amivel azonosítható és hiba esetén könnyen visszakereshető. Ha a vizsgálat eredménye OK, a védőajtó kinyitható, és az egység eltávolítható. Ha a vizsgálatok valamelyike NOK (nem OK), a védőajtó nem nyitható, amíg a kezelő le nem nyugtázza a hibát.

21

4.1. A vizsgálópad felépítése:

15. ábra. A vizsgálópad blokk vázlata A Knorr-Bremse - nél alkalmazott után állító modul tesztrendszer célja, a termék megfelelő vizsgálata. Megbizonyosodni arról, hogy az előírt feltételeknek megfelel és gyártásba kerülhet, valamint, hogy a vonat fékrendszerébe építve, nem fog meghibásodni, amely súlyos balesethez vezethet. A komplett vizsgálópadot egy PC (panel PC) vezérli, amelyen egy LabVIEW alkalmazás fut. Vezérli a pneumatikus és az elektromos rendszert. A LabVIEW program felveszi és rögzíti az összes mért értéket a vizsgálatok végén, egy sorozatszám alatt. A mért értékek a vízszintes és függőleges út-erő mérőkből származnak. Ezek mágneses elven működnek. A vizsgálópadon olyan útmérőt használnak, amely egy rögzített mágnesszalagból és egy mozgó leolvasó fejből áll. A mágnesszalagot egy 10… 20 mm széles, hordozó fémszalag és az arra felvitt mágnesezhető réteg alkotja. Ez utóbbit a szalag hosszanti irányában két sávra van osztva, majd a sávokat adott távolságonként felmágnesezik. Az egyik sáv inkrementális információt hordoz, a másik pedig az abszolút helykódot tartalmazza, általában egyfajta Gray – kódban. A szalag felett sávonként egy – egy olvasófej mozog, amely a mágneses érzékelőkön kívül rendszerint az érzékelők jeleit feldolgozó elektronikát, valamint az illesztő áramköröket is tartalmazza. A finom felbontású, inkrementális sávról leolvasott periodikus mágneses mintázat pedig további interpoláció alapjául szolgál. Ennek következtében a rendszer, bekapcsolás után azonnal, a fej abszolút pozíciójának pillanatnyi értékét adja vissza, amelyet SSI - soros interfészen jelenít meg. A mágnesszalag és az olvasófej közötti távolság állandóságát (bizonyos határok között) a mozgás során fenn kell tartani. Ez a távolság az érzékenység és a felbontás függvénye, ami 0,2…5 mm közötti 22

tartományba esik. A mágnes szalagos útmérővel érintkezésmentes mérést lehet elvégezni, a vizsgálópadon egyenes vonalú mozgást követ.

16. ábra. Mágnesszalagos lineáris útmérő [9] A mérésben, egy az iparban is elterjedt digitális adatgyűjtő használunk. A műszerek a mért értékkel arányos feszültség értéket küldenek az adatgyűjtő modulnak, ami a program segítségével ezeket a monitoron megjelenítik. A műszerek közötti kommunikációt a National Instruments PCI 6229 többfunkciós adatgyűjtő kártyája teszi lehetővé, amely a Panel PC egyik

bővíthető slotjában található. A rendszer programozása és a fejlesztés során alkalmazott mérési adatfeldolgozó rendszer programozása ezen a hardware-en keresztül valósul meg. Az eszköz további előnye, hogy kompatibilis a LabVIEW fejlesztői környezettel, amellyel feladatom megoldása során dolgoztam.

17. ábra. A mérőkártya [10]

23

Ez a modul valósítja meg a kommunikációt a vizsgálópad és a LabVIEW program között. 36 db analóg I/O porttal és 48 db digitális I/O porttal rendelkezik. Amelyből 32 db az analóg bemenet és 4db az analóg kimenet.

18. ábra. A DAQ kártya digitális bemeneteinek megvalósítása a Global.vi-ban

19. ábra. A DAQ kártya digitális kimeneteinek megvalósítása a Global.vi-ban

24

4.2. A vizsgálópad pneumatikus rendszerének felépítése: A sűrített levegő előállítására légsűrítőket (kompresszorokat) alkalmaznak, amelyek a levegőt a kívánt nyomásértékre sűrítik. A pneumatikus vezérlőrendszerekhez (hajtás, vezérlés) szükséges működtető energiát központi sűrített levegőellátás biztosítja. A kompresszorteleptől a sűrített levegő csővezetéken jut el a vizsgálópadig. A sűrített levegő megfelelő tisztasága fontos követelmény, mert a szennyeződés por-, vagy rozsda, illetve olaj és nedvesség formájában van jelen, mely a pneumatikus vizsgálópad meghibásodásához vezethet. A légszűrő feladata, hogy az átáramló sűrített levegőből a szennyeződéseket és a csapadékot eltávolítsa. Az átáramló levegőt a szinterszűrő tovább tisztítja. A megtisztított levegő ezután a nyomásszabályozó szelepen keresztül továbbáramlik az olajozóhoz, ill. a vizsgálópadhoz.

20. ábra. Levegőszűrő [11] A levegőolajozó feladata megfelelő mértékű kenőanyaggal látja el a vizsgálópad rendszerét. A kenőanyagot sűrített levegővel jutatjuk el. A kenés csökkenti a mozgó alkatrészek kopását, alacsony értéken tartja a súrlódó erőket és védi a készüléket a korróziótól. A

tápegység

egy

összeépített

rendszer,

mely

tartalmazza

a

légszűrőt,

a

nyomásszabályozót, az olajozót.

21. ábra. Tápegység [11]

A pneumatikus energiát munkahengerek, illetve légmotorok alakítják át egyenes vonalú, illetve forgó mozgássá, vagyis a pneumatikus végrehajtók. Az után állító vizsgálópadon, kettősműködésű munkahengerek találhatóak, a bevezetett sűrített levegő energiája a munkahenger dugattyúját két irányban mozgatja. A dugattyú előre-, illetve visszafutásnál is 25

erőt fejt ki. Ezek a reteszhengerek mozgatják a beszorításért felelős alkatrészeket, melyek azért felelősek, hogy a befogató fészekbe behelyezett próba darab ne mozduljon el a helyéről. A hengerek működésének ideje és időtartama vezérelve van. A munkahenger nagy tömegek mozgatását végzik, így a dugattyú löketvégi merev ütközése a hengerfedélen károsodást okozhat. Ennek elkerülése érdekében, a löketvéghez csillapítást építettek be. A véghelyzet elérése előtt egy fékdugattyú elzárja a hengertérben lévő levegő szabad kiáramlását, így az csak a hengerfedélben elhelyezett fojtóvisszacsapó szelep változtatható keresztmetszetű fojtásán keresztül tud a továbbiakban áthaladni. A keresztmetszet csökkenés következtében a hengertérben a nyomás megnő, így a dugattyú fékezve, lassan éri el a véghelyzetet. A dugattyú ellenkező irányú mozgásakor a beáramló levegő a visszacsapó szelepen keresztül jut a hengertérbe.

22. ábra. A munkahenger [11] A pneumatikus vezérlések jeladókból, vezérlőelemekből és végrehajtókból épülnek fel. A jeladók és vezérlőelemek határozzák meg a végrehajtó működését. Ezek az irányítóelemek. Az irányítóelemek határozzák meg az áramló levegő útját, mennyiségét és nyomását. Az útszelepek olyan irányítóelem, amely a sűrített levegő áramlási irányát-, nyitását, zárását határozzák meg. A vizsgálópad rendszerében több, 5/2-es elektromágneses pneumatikus útszelep található. Az elektromágneses szelepeket ott alkalmaznak, ahol a vezérlőjelet elektromos relék és elektronikus vezérlőberendezések szolgáltatják. A rövid kapcsolási idők biztosítása érdekében villamos vezérlést alkalmaznak.

23. ábra. 5/2-es útszelep [11]

26

A záró szelepek olyan irányítóelemek, melyek az átáramlást egyik irányban átengedik, másik irányban pedig közel zérus résveszteséggel zárják. A fellépő nyomás, a zárási oldalon a tömítés hatékonyságát fokozza. A visszacsapó szelepek az átáramlást egyik irányban lezárják, másik irányban kismértékű nyomáseséssel átengedik. A záró elem kúp, golyó, síklap vagy membrán. Vissza csapószelep rugóval, zárás akkor van, ha a kimenő nyomás a bemenő nyomásnál nagyobb, vagy azzal egyenlő.

24. ábra. Visszacsapó szelep [11] A fojtás, az áramlási keresztmetszetbe épített szűkítés, mely lehet fix vagy állítható. A fojtó-visszacsapó szelepeket a munkahengerek dugattyúmozgásának sebességvezérlésére használjuk. Fojtóvisszacsapó szelepnél az átáramló levegőmennyiség befolyásolása csak egyik áramlási irányban lehetséges, ugyanis ekkor a vissza csapószelep lezár és az átáramlás csak a beállított fojtókeresztmetszeten történhet. Ellenkező áramlási iránynál a vissza csapószelep nyit, az átáramlás szabaddá válik.

25. ábra. Fojtó-visszacsapó szelep [11]

A nyomáskapcsolókat, mint biztonsági szelepeket (túlnyomás szelepeket) alkalmazzák a vizsgálópadon. Ezek meggátolják, hogy a nyomás, a rendszerben, egy előre beállított értéket meghaladjon. Ha a szelep bemenetén a nyomás elérte a beállított értéket, akkor az kinyit, és a levegő rajta keresztül a szabadba áramlik. A szelep addig marad nyitva, míg a beépített rugó, beállított rugóereje a nyomásból adódó erővel szemben azt le nem zárja. A nyomásmérővel a rendszerben lévő sűrített levegő nyomását lehet ellenőrizni.

27

4.3. A rendszer hiányosságai A vizsgálópad felépítése alkalmas volt az utánállító modul tesztelésére és megfelelt a régebben aktuális vizsgálati előírásoknak. A tesztelési előírások kibővítése miatt szükségessé vált egy plusz mérési folyamat beépítése a rendszerbe. Az mérési rendszer hiánya, hogy nem volt alkalmas, az utánállító modul, állító billentyűjének mozgatásához szükséges erők vizsgálatára és egy olyan részletes út-erőmérő diagram kirajzoltatására, amelyen megállapítható lenne egy esetleges, a gyártási folyamat során keletkezendő hiba. A plusz mérési lépéssel figyelhető a vasúti fék után állító modult működtető állító rúd mozgása, valamint az állító rúd által megtett út és a rá ható erők függvényében a kijelzőn egy diagram rajzolható ki. Az állító rúd a felelős, az után állító modul működtetéséért. A vizsgálópad rendszerében a légfékhenger feladatát az állító rudat működtető pneumatika látja el. Emiatt a vizsgálópad felépítésében módosítást kellett végrehajtani, mind a pneumatikus rendszer felépítésében és mind a LabVIEW program felépítésében.

28

5. A fejlesztés részletezése A pneumatikus rendszer is megváltozott, az állító rúdhoz beépítésre került egy újabb 5/2-es útváltó szelep és egy nyomásmérő. Az plusz szeleppel lehetőség nyílik az állító rúd mozgását, sebességét szabályozni. Így a szakaszos működést lehet elérni és vizsgálni az állító billentyű mozgatásához szükséges erőket. A nyomásmérővel a sűrített levegő nyomását tudjuk ellenőrizni. A villamos kapcsolásba bekerült egy erőmérő modul, amellyel az állítórúd nyomóerejét tudjuk vizsgálni. A mérőcellák és a tapintóerő által mért értékeket, az erőmérő modul arányos feszültség érték formában küldi az adatgyűjtő modulnak. Feldolgozza és rendszerezi az eredményeket, a program segítségével ezeket a monitoron megjeleníti. A programmal szemben az, az elvárás, hogy mérje az állítórúd erejét, ennek az értéknek 150 – 200 N közé kell esnie, a végkitérésnél mért erő pedig nem haladhatja meg a 300 N-t. Ezek után a program képes lesz arra, hogy ezt a mozgást 5-ször megismételje Minden egyes aktiváláskor minimum 8mm-t kell az után állító modulnak meghosszabbodnia. A teszt végén az után állító modul vízszintesen meghosszabbodik. Egy rúgó visszanyomja az állító billentyűt a kezdeti helyzetbe. Eközben az utánállító modul, minden egyes mérésnél szétnyílik, meghosszabbodik. Ha megfelelő mértékben meghosszabbodott és az út-erő diagram görbéjén megfelelő eredmények kirajzolódtak, akkor a munkadarab átment a teszten és gyártásba kerülhet. Az állító rúdnak az egyes mérések között vissza kell térnie a kiinduló helyzetbe.

26. ábra. Az állító rúd működtetése a vizsgálópadon [12] 29

27. ábra. Az erőmérő modul kapcsolási rajza

28. árba. A mérőcella elhelyezkedés

29. ábra. Útmérő, erőmérő cella, munkahenger [13] Az állító rúdon 3 darab pozíciót figyelő szenzor van. Ezek figyelik, hogy melyik pozícióban van az állító rúd.

30

5.1 A vizsgálópad működése a fejlesztés után A védőburkolat zárása és a megfelelő biztonsági ellenőrzések után a vizsgálópad elkezdi a tesztet a vizsgálandó munkadarabon. A pneumatikus rendszer segítségével a munkahengerek mozgatásával működésbe lépnek a leszorító karok és a befogó egységek, amelyek megakadályozzák a vizsgálandó termék mozgását, ide-oda csúszkálását. A teszt során nagy erőhatások érik a próba darabot. A leszorító karok nélkül nem lehetne elvégezni a mérést vagy hibás adatokat mérnénk. Ezután a vezérlő jel hatására a pneumatika elkezdi működtetni az állító rudat, amely már szakaszos mozgást végez. Eközben a mérőcellák segítségével az erőmérő regisztrálja a mért erőket és továbbküldi az adatgyűjtő kártyának. Az állítórúd mozgatása miatt az után állító egység egyre jobban szétnyílik, vízszintes irányba meghosszabbodik és az útmérő berendezések további adatokat küldenek az adatgyűjtő kártyának. Az eredményeket a LabVIEW program grafikonon megjeleníti. Az energialáncok, olyan védő berendezések, amelyek megvédik a kábeleket a mozgás során. A teszt elvégzése után a szétnyílt után állító egységet egy szervo motor visszacsavarozza a kezdeti állapotba és ekkor már eltávolítható a vizsgálópadról. A mérés egy már meglévő mérőállomás fejlesztése, korszerűsítése. Az eredeti mérőállomást is a jelenlegi adatgyűjtő egységet segítette, de maga a program nem volt megfelelő mértékben kihasználva. A program fejlődésével és újabb program részek megjelenésével, az igény is megnőtt egy ilyen jellegű mérés elkészítésére.

30. ábra. A vizsgálórész kialakítása [14]

31

6. A program felépítése 6.1. LabVIEW fejlesztői környezet A rendszer működését vezérlő szoftvert a National Instruments, LabVIEW 8.5 típusú grafikus fejlesztői környezetben készítettem el. A LabVIEW fejlesztői környezet megkönnyíti a programtervezési munkát. A LabVIEW nagy előnye, hogy grafikus környezetben, látszólag könnyen követhető felületen történik a programozás, de az alapvető jellemzői pl. ciklusok, változók deklarálása teljes mértékben a C programnyelvhez hasonlóan történnek. A LabVIEW programokat ’VI’oknak, vagyis virtuális műszereknek nevezzük. A LabVIEW fejlesztői környezet két felületből áll: 

A felhasználó által használt kezelői felületből: Front panel



A tervezési felületből: Block diagram

31. ábra. A Front panel és Block diagram a LabVIEW – ban. A LabVIEW programok kezelői felülete a front panelen található. Itt állíthatja be a felhasználó a mérési, vezérlési paramétereket. Módosíthat a beállításokon és nyomon követheti a folyamat eredményeit. A programozást biztosító felület a Block diagram. Itt alakítható ki a program, vezérlő szerkezete. 32

6.2. A program kialakítása

6.2.1. Az állítókar maximális erejének számítása végkitérésnél A programot több részprogramból készítettem el. Első lépésben létrehoztam az állítókar maximális erejét kiszámító programrészt.

32. ábra. Maximális erő kiszámítása Az állítókar maximális végütköző erejének értékét egy „Numeric indicator” - al adtam meg. Ezt az értéket a programrész összehasonlítja a „while” ciklusból kapott értékkel. Végül egy true or false típusú „Boolean” változóba végződik, amely akkor fog zölden világítani, ha a mért erő érték a maximális erő értéket nem haladja meg. Ugyanakkor kiírja a mért értéket. Az erőmérő cellákból kapott értékek egy „while” ciklusba futnak. Ez egy feltételtől függő számú ciklust végző utasítás, amely addig ismétli az általa bekeretezett block diagramot, ameddig a benne lévő feltétel igaz értékű. Az i egy ciklusszámláló, amely egy 0val kezdődő számot tartalmaz, és arról tájékoztat, hogy hányszor fut le a ciklus. A ciklusfeltételnél megadtam a működésre megadható feltételt. Vagyis, hogy, addig kell futnia a „while” ciklusnak, amíg az útmérő által mért út kisebb lesz, mint a végkitérés és a negatív végkitérés kivonásából származó eredmény. Addig fut a program, amíg ez teljesül, ha nem, akkor leáll.

33

A huzalozás elkészülése után lefuttattam a kész programot, előre beállított értékekkel. Mivel az erő kiszámítására még szükségem volt ezért nem a hagyományos módon mentettem el. Úgynevezett „Sub VI” - ként került elmentésre. Ezek olyan hasznos tulajdonsággal rendelkeznek, hogy a későbbi programunk folyamán az ilyen módon elmentett programot műveletként vissza tudjuk hívni, nem kell újra teljes egészében megírnunk. A mentés menete: Kiválasztottam a File menü „save All” parancsát, azon belül a „New LLB” parancsot, megadtam egy nevet, majd a Create gomb lenyomása után elneveztem a file-t.

33. ábra Sub VI mentése Miután sikeres elmentettem a megfelelő formátumban, fontos volt, hogy megadjam a ki és bemenetek csatlakozási pontjait. A Front Panel ablakban a jobb felső sarokban található ikonon jobb egérgombbal kattintva, a megjelenő menüből kiválasztottam a „Show Connector” parancsot. A kis kockák segítségével megadtam a ki- és bemeneteket.

34. ábra. Sub VI portok beállítása Ezzel elkészült az állítókar maximális erőmérő Sub Vi-ja. Ezt később fel kellett használnom a teljes program összeállításához.

34

6.2.2. Az állítókar erejének kiszámítása:

35. ábra. Az állító kar erejének számítása Következő lépésben az állítókar tényleges erejét kiszámító programrészt készítettem el. Két darab „Numeric indicator” - al, megadtam az állítókar maximális és minimális erő értékét, ezt egy összehasonlító függvényben huzaloztam, amely egy true or false típusú „Boolean” változóba végződik. Az egyik a minimum erő a másik a maximum erő. A függvény összehasonlítja ezeket a határokat a „while” ciklusból kapott értékkel. Zölden világít, ha teljesül, hogy a mért érték a minimum és maximum között van. Valamint egy „Numeric Indicator” - al megjelenítettem a „while” ciklusból kapott értéket. Ugyanazt a while ciklust alkalmaztam ennél a lépésnél is, mint az előzőben. Csak itt a pozitív startpozíció értéke kerül összehasonlításra, az útmérőből kapott értékkel. Ha kisebb, akkor továbbfut a program, ha nagyobb, akkor leáll.

36. ábra. A Case struktúra

35

Ezt a programrészt bemásoltam egy „Case structure” - ba, amit több helyen is alkalmaztam a programban. Ennek két változata is van, az egyik igaz/hamis jelekre reagál, a másik a vezérlésénél megadott számok szerint változtatja az ablakot Az első lehetőségnél csupán két ablakot lehet használni. Ezt általában akkor használják, ha például egy nyomógombbal (start/stop) szeretnénk tetszés szerint elindítani, vagy megállítani az adott folyamatot. A másodikat akkor, ha egy adott számérték a feltétele (például henger véghelyzet).

37. ábra. Sub VI portok beállítása Ezt a program részt is, mint Sub VI-t mentettem el, hogy később elő tudjam hívni a végleges program összeállításakor.

36

6.2.3. A hossz/erő diagram kirajzoltatása: A következő lépés a hossz/erő diagram felvétele, ez a művelet bonyolultságánál fogva több lépésből áll. Elsősorban az állítórúd mozgását kellett szabályozni a programmal.. Az állítórúd az Z tengely mentén mozog függőleges irányban, föl és le. A grafikon kirajzoltatása a végső cél ebben a programrészben, előtte azonban megfelelően kellett vezérelnem az állító rudat a Z tengely mentén. Az állító rúd által megtett utat és a közben mért erőket rajzoltattam ki egy diagramon. Az állító rúd mozgatásához egy „Flat sequence” struktúrát alkalmaztam, amely egy sorrendi struktúra. Tetszőlegesen bővíthető, egymás után több ablakot nyit meg és egymás után hajtja végre az utasításokat. Egy adott ablakból akkor lép tovább a program, ha azon belül minden feltétel teljesült.

38. ábra. Flat Sequence struktúra Ebben a „Flat sequence” strukúrában 12 lépést hoztam létre, annak megfelelően, hogy éppen milyen lépést kell végrehajtania az állító rúdnak az Z tengely mentén. A lépéseket 011-ig számoztam.

A 0-s lépésben az X tengelyen mozgó pneumatikus munkahengerért kellett nyomás mentesíteni. Egy Case struktúrát hoztam létre, amelyben 3 állapotot vizsgáltam meg: 1, amikor az X tengelyen mozgó pneumatika munkahenger alapállapotban van, 2, amikor a munkahenger ki van tolva, 3, amikor a henger nyomás alatt van. A „Case” struktúrába elhelyeztem egy „Flat sequence” struktúrát. Majd megadtam a kimenetek feltételeit.

37

39. ábra Munkahenger nyomásmentesítése A „Case” struktúra 1 állapotában, a „Flat sequence” struktúrán belül, az X tengelyen a henger be van húzva, alap állapotban van. Vezérléskor először kikapcsolja a kimeneteket F (false) állásban, azaz leveszi a feszültséget a mágnes szelepről, majd kiadja az alaphelyzetre visszaállítás mágnes szelepre a feszültséget T (true), majd vár 1000 ms-t és lép tovább. A 2. állapotban ez a lépés éppen fordítva van, ekkor az állító rúd kitolódik, T (true) állásban van, majd vár 1000 ms-t. A 3. lépésben minkét kimenet F (false) állásban van. Az éppen futó műveletet egy true and false típusú „Boolean” változóval jelenítettem meg és behuzaloztam a megfelelő állapotba.. A mérésből sok időt vett el a mérés újbóli ismertetése, illetve használata. Így elvárás volt, hogy a program folyamatosan írja az aktuális teendőket a mérést végző személyeknek. Ezt a „String” típusú változókkal tettem meg,

40. Szöveg beírása a programba A programon belül a legegyszerűbb és legkönnyebben kezelhető szövegmegjelenítőt használtam, mivel nem volt szükséges és indokolt ennél bonyolultabb megjelenítőt használni.

38

A programban a „String” ponton belül találhatóak a különböző szöveg beviteli blokkok. Itt több formátumban lehet szövegeket létrehozni. Én a „String constant” (állandó szöveg) blokkot használtam. Ennek a szövegnek a megjelenítése a kezelőfelületen a text ind ponton belül a „String indicator” megjelenítő felülettel történt

41. ábra. Pneumatikus munkahenger nyomásmentesítése A következő lépés, a fő „Flat sequence” struktúrán belül, az 1-es számú lépés az állító rúd visszaállítása, az alaphelyzetbe. Itt egy igaz/hamis Case struktúrában készítettem el és egy hibát jelző „Global Variable” változót huzaloztam, amelyet a vizsgálópad rendszerében működős Global Vi - ból hívtam elő, a „Select Vi” parancs segítségével. Ezt a zöld kérdőjellel ábrázolt feltétel – bemenetre huzaloztam. False állásban nincs hiba és lefut az, ami a struktúrában szerepel. Egy Flat sequence struktúrát hoztam létre, amelynek ismét több állapota van és ezek egymás után teljesülnek a „Case”- struktúrán belül. Első lépésben leveszi a feszültséget a start és végpozíció mágnes szelepekről és T (true) állásban kiadja a feszültséget, a visszahúzó mágnes szelepnek. A belső Flat sequence 2. állásába egy 250 ms-os várakozás került, ezzel le tudom lassítani a program futását, hogy a mérés könnyebben követhető legyen. A 3. állásban az összes mágnes szelepről a F (false) állásban lekapcsolta a program a feszültséget, majd újra vár a program 250 ms-ot. Ezzel állítórúd alaphelyzetbe került.

42. ábra. Az állítókar visszaállítása

39

A 2-es számú lépés, az erőmérő szenzor nullázása volt, ha nincs hiba. Ez azért fontos, hogy a mérés kezdetekor, ne az előző mérés által mért értékeket mutassa. Egymás után hajtja végre a program az utasításokat, a „Flat sequence” struktúrában. Először vár 1000 ms-ot, T (true) állásban feszültséget ad a szenzorra és lenullázza, majd újra vár 250ms-ot.

43. ábra. Az erőmérő szenzor nullázása

44. ábra. F sensor null.VI A 3-as számú lépésben az állító rudat ki kell tolni a startpozícióba. A „Flat sequence” struktúrán belül 3 állapotot határoztam meg. Az elsőben leveszi a feszültséget F (false) állásban, ezután 250 ms-ot vár a program és végül a startpozícióra T (true) állásban, feszültséget ad ki a mágnes szelepre. Ekkor az állító rúd kiinduló pozícióba került és vár a következő utasításra.

40

45. ábra. Az állító kar startpozícióban állása A 4. állapotban 1000 ms-os várakozási idő telik el. Itt felfüggeszti a ciklusmag végrehajtását.

46. ábra Várakozás Az 5. állapotban, a start pozícióba állás ellenőrzése történik. A mérés előtt vissza kell ellenőrizni, hogy az állító rúd ténylegesen a kiinduló pozícióba került-e. A „Flat sequence” struktúrán belül egy „while” ciklust hoztam létre. Ez egy feltételtől függő számú ciklust végző utasítás. Egy ablakot nyit meg, viszont ezen belül addig futnak a programok, amíg az ablakban található terminál nem kap jelet. Itt az állító rúd start pozíció mágnes szelepe kap feszültséget, a többi mágnes szelep F (false) állásba kerül. Ezt a mozgató munkahengereken lévő szenzorok figyelik. Majd, az „Equal”, egyenlőséget figyelő függvénybe huzaloztam, ha minden rendben van, akkor a True állásban lévő Case struktúrán keresztül a program kiírja, hogy az állító rúd kiinduló helyzetben van. Ha hiba van és az állító rúd nincs a kiinduló helyzetben, akkor ezt a programnak jeleznie kell. A ciklusszámláló i – vel megadtam, hogy hányszor fusson le a ciklus, ha többször fut, akkor hibát ír ki a „Case” struktúrán keresztül. True állásában, az állító rúdnak 10 s-nyi ideje van a start pozícióba érni, ha ez ennyi ideig nem történik meg, akkor hiba van. Ekkor a hiba üzenet tovább megy egy „OR” függvénybe. Ha az „OR” függvény jelet kap, a „Case” struktúrából vagy a „Compound Arithmetic” függvényből (figyeli az állítókart, hogy a startpozíciónál lentebb vagy fentebb van), akkor a program leáll és szövegesen megjeleníti, hogy az állító kar nincs a megfelelő pozícióban.

41

47. ábra. A startpozíció visszaellenőrzése A 6. lépésben ismét le kellett nullázni az útmérő szenzort, a startpozíció elérése után. A nullázás előtt vár 1000 ms-ot, majd nulláz és végül vár 250 ms-ot.

48. ábra. Az útmérő szenzor nullázása

42

49. ábra. l sensor null.VI

A 7-es lépésben az állító rúd kimente bekapcsol, a mágnes szelep T (true) állásban feszültséget kap, és az állító rúd elindul a végpozícióig.

50. Végpozíció A 8. lépés az út – erő diagram felvétele. Ekkor az állító rúd eléri a felső pozíciót, a mágnes szelepe feszültséget kap, T(true) állásban. De a több mágnes szelep nem kap feszültséget (false). Ha ezek teljesülnek (egy „AND” (és) függvény figyeli), akkor a „Case” struktúra igazzá válik. Ezután a program elkezdi gyűjteni az út és erő adatokat a szenzorokból, amiket egy array tömbbe letárol. Ahhoz, hogy a „while” cikluson belül az értékek megmaradjanak a ciklusok között, a „shift register”-t használtam. Amely olyan tároló, hogy minden egyes végrehajtáskor ki tudja olvasni a ciklus értékét és rendelkezni tud a következő értékről. A ciklus bal oldalán egy konstans 0-val beállítottam a kezdeti értéket (balról a cikluson kívül). Ez azért kell, mert a program nem nullázza a „shift register”-eket. A jobb oldalon beállítottam, hogy az erőmérő szenzorból vegye fel az értékeket.

43

51. ábra. Az út - erő diagram felvétele A 9-es állapotban a program kiértékeli a diagramot. A 8. lépésből kapott adatokat beolvassa, majd egy kiértékelő, interpolációs VI - on keresztül, egy „for” ciklusban összeköti a mért út és erő értékeket, majd megjeleníti. A „for” ciklusban egy „Bundle functions” - ba huzaloztam. Ez arra szolgál, hogy egy „Cluster”-be összerendezi a kapott adatokat. Végül egy XY Grap segítségével tudtam felvenni a görbét.

52. ábra. Az út – erő diagram kiértékelése

44

53. ábra Kirtékelő VI

A 10. lépésben az állító kar visszaállítása történik. A mérés elvégzése után az állító kart a kezdeti pozícióba kell visszaállítani. Egy „Case” struktúrában létrehoztam egy „Flat sequence” struktúrát, amiben 7 pozíció van 0 – 6-ig számozva. A „Case” struktúra feltétel bementre egy hiba változó huzaloztam. A „Flat sequence” struktúrán belül értékeket adtam a kimeneteknek és köztük várakozási időket határoztam meg. Az 1-es állásban a program kiadja az alaphelyzetre visszaállítás mágnes szelepre a feszültséget a T (true) állásban, ezután továbblép. 250 ms-ot vár, majd a visszahúzó mágnes szelep kap feszültséget. Újra vár 250 ms-ot, Majd az összes mágnes szelepről lekapcsolja a feszültséget és F (false) állásba kerülnek.

54. ábra. Tolattyúkar visszaállítása

Végül a 11-es állásban nyomásmentesítettem az X-tengelyen mozgó pneumatika munkahenger, ez a lépés megegyezik az elsővel.

45

6.2.4. A program összeállítása A program három fő részből épül fel. Ezt a három részt az előzőekben már elkészítettük most egy programban fogjuk egyesíteni őket. Miután elkészültem a részprogramokkal, el tudom készíteni a teljes programot. Ehhez az eddig elmentett programokat műveletként kell megnyitnom. Ahhoz, hogy létre tudjuk hozni a programot, az elkészített műveletet most fel kell használni. Ezt a „Functions” menü „Select VI” parancsának segítségével tudjuk megtenni. Ezután a 3 részprogramot összehuzaloztam egymással, a kimeneteknek megfelelően.

55. ábra Sub VI-ok elrendezése A programrész, amit elkészítettem egy, már meglévő program közbenső lépése lett. Ezt az egész programrészt, bemásoltam egy, már meglévő „Case” struktúrába. De előtte kiválasztottam, azt a lépést, amely után jönni fog és a „Case” struktúra keretére jobb egérgombbal nyomva, a felajánlott lehetőségek közül kiválasztottam az „Add Case After” parancsot. Ezzel elértem, hogy, a meglévő állapotgépbe (Statemachine) egy újabb lépés kerüljön, de a meglévő programrész nem befolyásoltam. Ezek után megadtam a működéshez szükséges feltételeket. Első lépésben a „Case” struktúrát bemásoltam egy „while” ciklusba. Ez után egy „Shift Register” segítségével megadtam, hogy, hogyan tudja átadni az értékeket, az egyik „while” ciklusból az én általam készített cikluson keresztül egy következőbe. A kezdeti feltétel az „Alapállapot előállítása”,

46

ezt a teszt legelején ellenőrzi a vizsgálópad. A jobb oldalon beállítottam a következő feltételt, ami az „utánállítási hossz tesztelés”.

56. ábra. Shift register Ezután a „While ciklus”, ciklusfeltételéhez huzaloztam, az én általam elkészített programrészt. A feltétel kapcsolódási ponthoz egy És típusú logikai függvényt adtam meg, tehát minden feltételnek teljesülni kell, hogy a program lefusson. Ha bármelyik feltétel nem teljesül, akkor a program leáll.

57. ábra. A kész program Block diagramja

A program megjelenése szempontjából fontos, hogy az egyes változókra jobb egér gomb megnyomás után, a „Show Control” parancsot kellett kiválasztani. Így tudtam láthatóvá tenni őket a Front panelon.

47

58. ábra. A kész program Front panelja

48

7. A program tesztelése, mérés eredmények Az elkészült programot a vizsgálópad teljes programjában lefutattam és 1 darab utánállító modulon méréseket végeztem el. A leírt mérési folyamat 5-ször egymás után fut le 1 darab után állító modulon. A mérési eredményekből láthatóak a teszt során lemért adatok. Vagyis, hogy az erőmérő cella, az adott hosszúság értéknél, milyen erő értéket vett föl. Azzal, hogy a Led-ek zöldre váltottak, megállapítható, hogy az állító rúd végkitérésekor teszt során mért érték nem haladta meg, a teszt során előírt maximum 300N - os értéket. Valamint megállapítható, hogy az állító rúd erejének vizsgálatakor kapott érték is az elvárt 150N – 200N között volt.

1. mérés

49

Darab: Szériaszám: Dátum: Ido:

II32237 30589 06.05.2013 13:54:23

Paraméterek és mért adatok: Eloírt maximális erő a végkitérlésnél [N]: Negatív végkitérés pozíció [mm]: Tényleges maximális erő a végkitérésnél [N]:

300,00 1,00 240,6

Névleges szabályzókar minimumérték [N]: Névleges szabályzókar maximumérték [N]: Pozitív startpozició [mm]: Tényleges szabályzókar ero érték [N]:

150,00 200,00 2,00 179,0

A darab rendben!

2. mérés

50


II32237 30590 06.05.2013 13:57:35


300,00 1,00 248,2


150,00 200,00 2,00 180,2

A darab rendben!

3. mérés

51


II32237 30591 06.05.2013 14:10:22


300,00 1,00 235,4


150,00 200,00 2,00 174,7

A darab rendben!

4. mérés

52


II32237 30592 06.05.2013 14:12:28


300,00 1,00 250,0


150,00 200,00 2,00 179,7

A darab rendben!

5. mérés

53


II32237 30593 06.05.2013 14:14:35


300,00 1,00 245,3


150,00 200,00 2,00 175,7

A darab rendben!

54

Összefoglalás Szakdolgozatom megírása alatt számos tapasztalatot szereztem a vasúti fékrendszerek tesztelési és fejlesztési folyamatairól, mind villamosmérnöki mind gépészmérnöki oldalról egyaránt. Munkám során, a vasúti fék utánállító modul teszteléséhez használt LabVIEW program fejlesztését valósítottam meg. Ez a rendszer felelős, a vasúti fék után állító modul, össze szerelés utáni teszteléséért. Az elkészített fejlesztést a Knorr-Bremse vállalat budapesti telephelyén fogják alkalmazni. Az első fejezetben a Knorr Bremse vállalatról tartottam áttekintést, bemutattam a vállalat magyarországi működését és a budapesti telephelyen lévő gyárat A második fejezetben a fék működését ismertettem. Részleteztem a fék felépítésést, ismertettem a vasúti fékrendszereket. Elemeztem az vasúton alkalmazott különböző féktípusok működésének elvét. A harmadik fejezetben ismertettem a fék utánállító modul működését. Meghatároztam a fajtáit és azok felépítését. A negyedik fejezetben bemutattam a vasúti fék utánállító vizsgálópadot Kítértem a működésére, felépítésére. Ismertettem a rész rendszerek felépítésést, ezen belül a pneumatikus rendszer felépítését. Valamint meghatároztam a rendszer hiányosságait és a fejlesztési igényeket, amit meg kellett valósítanom. Az ötödik fejezetben bemutattam a fejlesztett LabView programot Részletesen bemutattam az elkészített rész programokat, ismertettem a működésüket. A hatodik fejezetben mérési adatokkal és képernyő fotókkal szemléltettem a program működését a tesztelési folyamat során. Nehézséget okozott, hogy a már meglévő LabView program német nyelven volt megírva és egy német mérnökkel angolul kellett kommunikálnom a program megvalósítása érdekében. A szakdolgozat elkészítéséről, végső következtetésben levonhatom, hogy munkám végeztével elértem a feladat által remélt eredményeket. A fejlesztés befejeztével egy olyan, tesztelési rendszert sikerült megvalósítanom, amit később a vállalat alkalmazni tud a vasúti fék utánállító modul tesztelésénél. Pontosabb eredményeket kapva az adott, vizsgált munkadarabról illetve az esetleges, a gyártási folyamat során keletkezendő hibák kiszűrésével.

55

Summary I have gained a lot of valuable experience concerning the railway brake system innovation and production while I was writting my thesis. This knowledge has widened my horizon both from an electrical engineer’s and from a mechanical engineer’s point of view. In my work, I have implemented the developement of the railway slack adjuster. This system is responsible for the testing of the railway slack adjuster after the assembly. The development will be used by Knorr Bremse company in Budapest. In the first chapter, I gave an overview of the Knorr Bremse. I introduced the company’s operations in Hungary and the tasks of the factory in Budapest. In the second chapter, I described the operation of the brake. I detailed the structure of brakes and the operation of the brake systems. I analyzed the different types of the brake systems which the company used on the railway. In the third chapter, I described the opertation of the slack adjuster. I detailed the types of the railway slack adjuster and their structure. In the fourth chapter I described the test bench of the railway slack adjuster and the pneumatic system. I presented the operation and structure of the test bench. I defined the deficiencies of the system. In, the fifth chapter I introduced the program and I also presented the different parts of the programme and described their operation. In the sixth chapter I presented the operation of the program in the coure of testing with measurement data and screenshots. However, the main program was already written by a German engineer in German so the communication was difficult., because I had to speak to the German engineer in English. In conclusion, I can tell, that I have succesfully implemented my task and I reached my aim. I developed the system, that the company can effectively use during the railway slack adjuster test in the future by gaining more accurate test results about the actual slack adjuster or by detecting the possible errors caused during the production procedure.

56

Köszönetnyilvánítás

Ezúton szeretném megragadni az alkalmat, hogy köszönetemet és tiszteletemet fejezzem ki mindenkinek, aki a diplomamunkám elkészítéséhez nagyban hozzájárult.

Nagy segítséget jelentett számomra, a Knorr-Bremse Vasúti Jármû Rendszerek Hungária Kft. által rendelkezésemre bocsájtott műszerek, szoftverek, valamint a villamos fejlesztőmérnökök irodája és mérőlaborja, ahol a méréseimet végezhettem. Továbbá szeretném megköszönni a Knorr-Bremse-nél eltöltött időszakot, ami alatt a megismert fejlesztőmérnökök és technikusok, tudásukkal és segítőkészségükkel támogattak! Végül, de nem utolsó sorban, külön köszönet, a tervezésvezetőmnek Dr. Blága Csaba tanár úrnak a felém mutatott türelméért valamint az ipari konzulensemnek Sorbán Zoltán fejlesztőmérnöknek a szakmai segítségért. Köszönöm!

57

Irodalomjegyzék [1] http://zenithirado.blogspot.hu/2012_03_01_archive.html

[2] Vasútifékrendszerk.ppt

[3] http://www.knorr-bremse.hu/hu/railvehicles/products/productintroduction_railvehicles.jsp [4] Prof.Dr. Zobory István - JÁRMŰVEK ÉS MOBIL GÉPEK I.

[5] http://photo.sdpv.com/10048/C16352-HU-005.pdf

[6] http://www.knorrbremse.com/media/documents/railvehicles/product_broschures/brake_systems/Brake_Caliper _Units_P_1265_EN.pdf

[7] et-ii35868_1lla1.jpg

[8] 210485 Bedienungsanleitung engl.pdf

[9] http://www.q-tech.hu/pdf/PR/Linearis%20utmerok.pdf

[10] http://sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/hu/nid/14136

[11] Festo_pneumatika.pdf

[12] Prüfeinheit 07.pdf



[15] 29458-P01.pdf

58

Mellékletek

1. sz. melléklet. A vizsgálópad pneumatikus rendszere [15] 59

Vasúti fék után állító modul vizsgálópad fejlesztése út-erő diagram méréssel LabView-n keresztül

Recommend Documents