MEMBRÁNOK ALKAKMAZÁSA SZINKRON VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ HIDRAULIKUS HAJTÁSOKBAN Fekete Tamás PhD hallgató Miskolci Egyetem, Szerszámgépek Tanszéke 1. ASZINKRON VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ HIDRAULIKUS HAJTÁS A váltakozó áramú hidraulikus hajtásoknak három fő változata van, a szinkron (S-VAH), a nem szinkron (VAH-M) az aszinkron (A-VAH). A váltakozó áramú hidraulikus hajtásoknak két fő építi egysége, a hidrogenerátor (VHG) a hidromotor (VHM) A forgóelemes váltakozó áramú hidromotor (A-VHM) kialakítása újdonságszerű, mely nem tartalmaz alternáló elemet mechanikus mozgás átalakítót, mint a nem szinkron (VAH- M) hajtás. Az A-VHM fázistereiben egyirányú forgómozgást végző felületelem párok találhatók. A hajtás előnye, hogy az extra indítónyomaték mellett magasabb fokozatmentes (100-200 1/min) fordulatszámon is tud üzemelni. A kutatások eredményei azt mutatják, hogy olyan gépek berendezek területén előnyös a váltakozó áramú hidraulikus hajtások alkalmazása, ahol a paraméterek értékét növelni mechanizmusokkal már nem lehetséges, az egyenáramú hidraulikus rendszerek alkalmazása pedig nagyon bonyolult vagy egyáltalán nem kivitelezhető. 1. ábra Aszinkron váltakozó áramú hidraulikus hajtás (A-VAH) dugattyúkkal A váltakozó áramú hidraulikus generátorok (VHG), a fázisvezetékekben, a hidromotor (VHM) számára szinuszosan változó, pulzáló fázis-folyadékáramot állítanak elő. A VHG fázisdugattyúit működtető gerjesztő elem kialakítása többféle képen történhet (pl.: periodikus tárcsával, ami lehet excenter ill. ferdetárcsa, vagy forgattyús tengellyel). 35
A szakirodalom az egyenáramú hidraulikus hajtások elemzére rövid csőhosszak esetén alkalmazza a villamos analógiát. Ez kiterjeszthető a hidraulikus váltakozó folyadékáramra is. Az így kapott analóg összefüggek alkalmasak a váltakozó áramú hidraulikus rendszerek átviteli tulajdonságának vizsgálatára. A VHG által előállított folyadékáramok jelleggörbéje, jó közelítsel szinuszos, ~ i ( i 1,2,3) fázis folyadékáramok az alábbi összefüggsel számíthatók: ahol, a folyadék áram abszolút értéke 2 i 0 sin( t k ) (1) 3 A e 0 g (2) A a dugattyúvég felülete (m 2 ), e az excentricitás (m), a generátor szögsebessége (1/s). g A három hidraulikus henger teret x g r cos t, (3) 1 2 x g r cost, (4) 2 3 4 x g r cost (5) 3 3 mozgástörvényű, egyforma homlokfelületű dugattyúkkal gerjesztünk. A h L h 1 (6) 1 1 h L h a hidraulikus fluxus, a hidraulikus indukciós tényező a térfogatáram ill. folyadékáram m dx gl h1 2 A dt (7) összefüggekből m L h (8) 2 A 36
helyettesítsel a 1 folyadékáram meghatározható: Ar sint. (9) 1 Hasonlóan: 2 2 Ar sint 3 (10) 4 3 Ar sint 3. (11) A három folyadékáram összegét képezve: 0 (12) 1 2 3 adódik. Ez teszi lehetővé az összekötő csővezetékek számának csökkentét. 2. SZINKRON VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ HIDRAULIKUS HAJTÁS A generátor az energiaátvitel láncban az energiaforrás szerepét tölti be. A generátor fő rzei a fázishengerek, a bennük lévő fázisdugattyúk a fázisdugattyúkat mozgató mechanizmus. Ezek együttese biztosítja a hidraulikus szakaszok gerjesztét, melynek eredménye a folyadékáram. Szinkron hajtás esetén a VHG a VHM kialakítása azonos felépítű. Kezdetben az S-VAH hajtás átviteli tulajdonságait dugattyús konstrukcióban vizsgálnánk. 2. ábra Szinkron váltakozó áramú hidraulikus hajtás (S-VAH) merev fázisvezetékekkel dugattyúkkal 37
A növekvő nyomásokhoz egyre jelentősebb rveszteség tartozik, mivel a növekvő ellennyomás a reken (pl. dugattyú-ház) egyre jelentősebb visszaáramlást okoz. Így egy szivattyú esetén, adott Δp terhel esetén az elméleti értékhez képest kisebb térfogatáram hagyja el a szivattyút, míg egy motor esetén több folyadékot kell bejuttatni a motorba. A fázisdugattyúk rveszteségének kiküszöböle érdekében membránokat lehet beépíteni a hidraulikus rendszerbe. A membránok gumi-elasztikus anyagból kzülnek az a feladatuk, hogy miközben a két egymástól elválasztandó térrz között egy át nem eresztő, de egyben rugalmas elválasztó falat képeznek, ugyanakkor tegyék lehetővé a két elválasztott térrz térfogatváltozásait. 3. ábra Szinkron váltakozó áramú hidraulikus hajtás (S-VAH) merev fázisvezetékekkel membránokkal A hidraulikus generátor egység működtete megindítja a folyadékáramok váltakozó áramlását a fázisterekben ezek a folyadékáramok a motoregység excenter tárcsáját igyekszenek forgó mozgásra kztetni. A motoregység folyamatos forgásának feltételei: a hidrogenerátor a hidromotor egységek azonos szerkezeti felépítűek, a hidrogenerátor folyadékáramát a hidromotor egység folyamatosan el tudja nyelni (forrás-nyelő egyensúlynak fenn kell állnia), szinkron helyzet, a fázisterek nagysága, egyforma mérete, azonos excentricitási érték, a generátornál a motornál, megfelelő töltőnyomás nagyság. Az indítási feltételek közül vizsgáljuk meg a szinkronhelyzet fogalmát a töltőnyomás szerepét. 38
4. ábra A váltakozó áramú hidraulikus hajtás generátor- motoregységének az indítási helyzete A vázolt indítási helyzetben a VHG rögzített excenterén forgatva az elméletileg járomban fogott fázisdugattyúkat - valóságban az excentert forgatjuk- a VHG 1 fázishengeréből + 1g fázisáram folyik a VHM 1 fázishengerébe. Az 1 fázisdugattyú az ugyancsak rögzített VHM excenterre nyomódva a fázisdugattyúkat tartalmazó járomot a jelölt irányba akarja elforgatni. A 3 fázishenger, ha a VHM jároma (valóságban excenteré) el tud fordulni, akkor a hidromotorhoz visszaáramló 3m folyadékáramot nyeli el. A 2 2 fázishengerek központi helyzetben vannak. Az indítási helyzetből forgassuk tovább a VHG járomot (valóságban az excentert forgatjuk) Δφ g -vel. A hidromotor 2m áramának forgatóhatásával a generátoregység 2 fázistérbe áramló + 2g +(- 2m )= 2fázis fázisáram + 1m folyadékárammal ellentétes forgatóhatást vált ki a hidromotor jároma Δφ m elfordulás után meggátolja annak további elfordulását. Ez a forgásgátló hatás Δφ g további növelével tovább növekedik. A jelenség oka a folyadékáramok egyensúlyának hiánya. A 4. ábrából látható, hogy a hidrogenerátor mint forrás- folyadékáramait a hidromotor mint nyelő- nyeli el. A + 2g folyadékáramot a 2 fázishenger nem tudja elnyelni, mivel az 1 fázisdugattyú forgató hatása a 2 fázishengerből 2m áramot kényszerít a 2 fázistérbe. A fentiekből következik, hogy a 4. ábrán látható indítási helyzetben a rendszer folyadékáramai nincsenek egyensúlyban. Ezért a VHG a VHM fázistereit ellenfázisba kell hozni. 1 g 0 sin 60 0, 870, 1 m 0 sin120 0, 870, 2g 0, (13) 3 g 0 sin 300 0, 87, 0 2m 0, (14) 3 m 0 sin 240 0, 87 0 39
Az összefüggek egybevetéből megállapítható, hogy gi = mi, (15) Σ gi =0, (16) Σ mi =0, (17) vagyis a rendszer folyadékáramai egyensúlyban vannak. Szinkron rendszer esetén a bemenő ill. a kimenő fordulatszám megegyezik: nbe n ki (18) A bemenő teljesítmény: P (19) A hajtásra fenn kell állnia, hogy P be M be ki M ki be. (20) ki Pbe P ki. (21) A rendszer működének elengedhetetlen feltétele, hogy a három folyadékáram összege zérus legyen ( 0). Ha e feltétel nem teljesül, akkor a fázisvezetékekben nyomásnöveked lép fel. Első közelítben a hajtás átviteli tulajdonságait dugattyúkkal merev fázisvezetékekkel, majd flexibilis fázisvezetékekkel vizsgálnánk. Kőbb a dugattyúkat membránokkal helyettesítenénk először merev fázisvezetékeket, azután pedig flexibilis fázisvezetékeket alkalmaznánk az átviteli tulajdonságok vizsgálatához. A rugalmas fázisvezetékek alkalmazása lehetővé tenné, hogy hajtásunknál a VHG a VHM közötti út tetszőleges kialakítású legyen, viszont rugalmas csövek használatával megnőne a rendszer kapacitív ellenállása. A továbbiakban meg kell vizsgálni azt is, hogy meddig növelhető a rendszer kapacitív ellenállása úgy, hogy a VHG még képes legyen energiát átvinni a VHM-nek. A kutató munka a TÁMOP-4.2.2/B-10/1-2010-0008 jelű projekt rzeként az Új Magyarország Fejleszti Terv keretében az Európai Unió támogatásával, az Európai Szociális Alap társfinanszírozásával valósul meg. 3. FELHASZNÁLT IRODALOM: [1] Dr. Lukács, J. Erdélyi, J.: A váltakozó áramú hidrogenerátor fázisdugattyúinak működteti konstrukciós kérdei. Pneumatika, hidraulika, hajtástechnika, automatizálás IX. Évfolyam - 2005. 60-63 old. [2] Erdélyi János, Váltakozó áramú hidraulikus aszinkron (A-VAH) hajtás (p. 113-116), OGÉT 2006. XIV. Nemzetközi Gépz Találkozó. Marosvásárhely. Románia. [3] Dr. Lukács János - Erdélyi János, Váltakozó áramú hidrogenerátorok (VHG) elméleti konstrukciós kérdei, Tavaszi Szél 2006. Kaposvár 40
TARTALOMJEGYZÉK Antal Dániel EJTÉSI TESZT EGYSZERSÍTETT MODELLEZÉSE A TERVEZÉS FÁZISÁBAN 1 Bodolai Tamás MINTATESZTEL SZOFTVER FEJLESZTÉSE LINE SCAN KAMERÁS ALKALMAZÁSOKHOZ 7 Bodzás Sándor DESIGNING AND MODELLING OF WORM GEAR HOB 12 Burmeister Dániel BUCKLING OF SHELL-STIFFENED AND AXISYMMETRICALLY LOADED ANNULAR PLATES 18 Daróczy Gabriella EMOTION AND THE COMPUTATIONAL MODEL OF METAPHORS 24 Drágár Zsuzsa NEM SZABVÁNYOS SZERSZÁM-ALAPPROFIL KIALAKÍTÁSÁNAK LEHETSÉGEI FOGASKEREKEKHEZ 30 Fekete Tamás MEMBRÁNOK ALKAKMAZÁSA SZINKRON VÁLTAKOZÓ ÁRAMÚ HIDRAULIKUS HAJTÁSOKBAN 35 Ferenczi István MODELING THE BEHAVIOR OF PROFINET IRT IN GIGABIT ETHERNET NETWORK 41 Ficsor Emese AUTOMATIZÁLT AZONOSÍTÁSTECHNIKAI ÉS NYOMONKÖVETÉSI LEHETSÉGEK VIZSGÁLATA INTERMODÁLIS SZÁLLÍTÁS SORÁN 47 Gáspár Marcell Gyula NAGYSZILÁRDSÁGÚ ACÉL HEGESZTÉSTECHNOLÓGIÁJÁNAK FEJLESZTÉSE A HLÉS ID ELEMZÉSÉVEL 54 Hriczó Krisztián NEMNEWTONI FOLYADÉKOK HATÁRRÉTEG ÁRAMLÁSÁNAK HASONLÓSÁGI MEGOLDÁSAI KONVEKTÍV FELÜLETI PEREMFELTÉTELEK MELLETT 60 Kelemen László Attila DOMBORÍTOTT FOGAZAT MATEMATIKAI MODELLEZÉSE FOGASGYRS TENGELYKAPCSOLÓKHOZ 66
Krizsán Zoltán STRUCTURAL IMPROVEMENTS OF THE OPENRTM ROBOT MIDDLEWARE 72 Mándy Zoltán A POSSIBLE NEURAL NETWORK FOR A HOLONIC MANUFACTURING SYSTEM 78 Simon Pál GRAFIKUS PROCESSZOROK ALKALMAZÁSA KÉPFELDOLGOZÁSI FELADATOKRA 84 Skapinyecz Róbert OPTIMALIZÁLÁSI LEHETSÉGEK VIZSGÁLATA EGY E-PIACTÉRREL INTEGRÁLT VIRTUÁLIS SZÁLLÍTÁSI VÁLLALATNÁL 90 Somoski Gábor COLD METAL TRANSFER THE CMT PROCESS 96 Szabó Adél Anett A TELJES KÖLTSÉG KONCEPCIÓ JELENTSÉGE A VÁLLALATI BESZERZÉSI GYAKORLATBAN 102 Szamosi Zoltán MEZGAZDASÁGI HULLADÉKOK VIZSGÁLATA 108 Szilágyiné Biró Andrea BETÉTEDZÉS ACÉLOK KÜLÖNBÖZ HMÉRSÉKLET KARBONITRIDÁLÁSA 114 Tomkovics Tamás DARABÁRU OSZTÁLYOZÓ RENDSZEREK KISZOLGÁLÁSI STRATÉGIÁIT BEFOLYÁSOLÓ JELLEMZK; A RENDSZEREK MODULJAI KÖZÖTTI ÖSSZEFÜGGÉSEK FELTÁRÁSA 120 Tóth Zsolt EL REDUKCIÓ ALKALMAZÁSA A TBL ALGORITMUS IDKÖLTSÉGÉNEK CSÖKKENTÉSÉRE 126 Varga Zoltán KONKRÉT LOGISZTIKAI MINTARENDSZER MODELLEZÉSE 131 Vincze Dávid MATLAB INTERFACE FOR THE 3D VIRTUAL COLLABORATION ARENA 137 Wagner György INTENZÍTÁS BÁZISÚ OPTIMALIZÁLÁS FORGÁCSOLÁSI PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSÁHOZ 143