Opublikowano: 20.Y.1967 Wspóltwórcy wynalazku: mgr inz. Tadeusz Stasicki, mgr inz. Stanislaw Waclawik Wlasciciel patentu: Polskie Koleje Panstwowe (Biuro Projektów Kole¬ jowych), Kraków (Polska) Uklad otwarty zdalnego sterowania nadaznego ze wzmocnieniem i krótkim czasem odwzorowania, zwlaszcza do sterowania szczekowymi hamulcami torowymi na górkach rozrzadowych Przedmiotem wynalazku jest uklad otwarty zdalnego sterowania nadaznego ze wzmocnieniem i krótkim czasem odwzorowania w zastosowaniu przede wszystkim do sterowania szczekowymi ha¬ mulcami torowymi na górkach rozrzadowych.Istota wynalazku jest uklad umozliwiajacy przeksztalcenie sygnalu odchylenia w postaci ka¬ ta ax na sygnal a2 i nastepnie na sygnal a3 w po¬ staci kata obrotu walu selsyna odbiornika. Do¬ tychczas funkcje te spelniala dzwignia z cieglem mechanicznym, co ograniczalo mozliwosci lokali¬ zowania maszynowni w miejscach technicznie uza¬ sadnionych. Nowszymi urzadzeniami sa regulato¬ ry elektrohydrauliczne budowane w zasadzie do regulacji napiecia w elektrowniach wodnych. Re¬ gulatory te, z uwagi na bardzo wysoka cene, dlugi czas odwzorowywania sygnalu wejsciowego, oraz skomplikowana instalacje, nie moga miec jednak szerszego zastosowania.Uklad wedlug wynalazku ma ponad pieciokrot¬ nie wieksza szybkosc dzialania i jest znacznie tan¬ szy, oraz prostszy w wykonaniu.Uklad jest uwidoczniony na zalaczonych rysun¬ kach, na których fig. 1 przedstawia schemat blo¬ kowy quasi — statycznego ukladu otwartego zdal¬ nego sterowania nadaznego, fig. 2 — schemat ki¬ nematyczny ukladu, fig. 3 — przekladnie zebata z dzwignia do recznego nadawania sygnalów od¬ chylajacych, fig. 4 — widok z góry tej przekladni wraz z selsynem, fig. 5 — przekladnie zebata po¬ laczona mimosrodem ze wzmacniaczem hydrau¬ licznym, fig. 6 — widok z góry na te przekladnie wraz z selsynem.Na fig. 1 a1 oznacza sygnal wejsciowy w postaci 5 odchylenia katowego od aktualnego stanu ustalo¬ nego, ix — przelozenie przekladni mechanicznej, 10 15 20 (*-$ ij = —— I, a2—sygnal w postaci kata obrotu sel¬ syna nadajnika sprzezonego z przekladnia mecha¬ niczna o przelozeniu iv Kx — transmitacje zespo- / * V2\ ~ lona selsyna nadajnika, I K1 =— I, U2 — sygnal transmitowany przez lacze selsynowe w postaci wartosci zespolonej napiecia, K2 - transmitacje sy- / - a3 \ zespolona selsyna odbiornika, I K2 = I a3 — gnal w postaci kata obrotu selsyna odbiornika, Mst — moment statyczny wynikly z tarcia w lo¬ zyskach i tarcia tloczyska rozdzielczego wzmac¬ niacza stanowiacy zaklócenie skupione, Kz — —Aa), transmitacje zaklócenia skupionego, / -Aa), | 3, Kz= J \ Mst / Mst —Aa — zaklócenie wyrazone w postaci uchybu katowego, (znak minus oznacza, ze uchyb zawsze bedzie odejmowal sie od sygnalu), S — sumator, a3 — Aa — sygnal sumaryczny doprowadzony do 30 przekladni mechanicznej o przelozeniu i2, a4 — 53 46953 469 10 15 sygnal w postaci katowej doprowadzony do wzmacniacza hydraulicznego, f(a4) — transmitacje wzmacniacza hydraulicznego, 1 — odpowiedz ukla¬ du w postaci przesuniecia liniowego, i3 — przelo¬ zenie przekladni mechanicznej, a5 —: odpowiedz ukladu w postaci katowej doprowadzona do me¬ chanizmu wykonawczego (na przyklad reduktora cisnienia), Ko — transmitacje mechanizmu wyko¬ nawczego, p — czynnik regulowany (na przyklad cisnienie).*Nl fig. 2 ax oznacza kat obrotu dzwigni do na- ""dawania sygnalów, sprzezonej z kolem zebatym Zv ZjZ2 — przekladnie zebata o przelozeniu ix 1, Pdx — selsyn nadajnik sprzezony z kolem zeba- tyJri^Z^Pd — laeze~*elsynowe jedno, lub wieloto- rojwe, t*ii2 — selsyn odbiornik sprzezony z kolem zebatym Z3, Z3Z4 —1 przekladnie zebata o przelo- z|ni£, i&%AA %*T~ ^at obrotu kola zebatego Z4 (([^^^a^^.m.^r^miiiiosród na kole zebatym Z4, Dx — lacznik"miedzy mimosrodem kola zebatego ......Z4 a tloczyskiem rozdzielczym tr, lx — dlugosc cie¬ ciwy laczacej skrajne polozenie mimosrodu m ko¬ la zebatego Z4, Wd — wzmacniacz hydrauliczny dajacy wzmocnienie sygnalu (np. 1350) sterowany, tloczyskiem tr, tr — tloczysko rozdzielcze wzmac^' niacza hydraulicznego sluzace do dwustronnegd nadaznego sterowania wzmacniaczem. Po urucho¬ mieniu sterowania tloczysko tr porusza sie lacznie z tloczyskiem wykonawczym tw z predkoscia jed¬ nostajna zalezna od parametrów wzmacniacza hy¬ draulicznego Wd. Przez tw oznaczono tloczysko wykonawcze poruszajace sie w wyniku wystero¬ wania przez tloczysko rozdzielcze tr. Sile napedo¬ wa tloczyska tw wytwarza olej doprowadzony do wzmacniacza z zewnatrz pod wysokim cisnieniem.Przez 13 oznaczono wykorzystana droge tloczyska wykonawczego tw (^^l^, Nx — dzwignie dwu- ramienna, a5 — kat obrotu dzwigni Nlf 14 — prze¬ suniecie konca dzwigni Nj przy jej obrocie o kat <«5, D2 lacznik miedzy dzwignia N2 a dzwignia N2 mechanizmu wykonawczego P, aQ — kat obrotu dzwigni N2 proporcjonalny do av N2 — dzwignie mechanizmu wykonawczego P, P — mechanizm wykonawczy, np. w urzadzeniach hamulców szcze¬ kowych mechanizmem wykonawczym jest reduk¬ tor cisnienia sterujacego hydraulicznym napedem hamulców torowych, dla którego kat przesuniecia a6 jest proporcjonalny do cisnienia.Schemat blokowy dla stanu quasi — statyczne¬ go projektowanego ukladu otwartego sterowania nadaznego (fig. 1) przedstawia w postaci blokowej: przelozenia mechaniczne ip i2, i3, transmitacje ze¬ spolone Kj i K2 lacza selsynowego, zaklócenie Kz, transmitacje wzmacniacza f(«4), oraz transmitacje mechanizmu wykonawczego Ko. Sygnal wejscio¬ wy w postaci odchylenia od aktualnie ustalonego stanu ax zostaje przez kolejne elementy ukladu przeksztalcony na a2 U2» a3 a3 — ^a» a4 * a5 a odpowiedzia ukladu jest na przyklad wartosc cisnienia p. Zaklócenie w postaci momentu sta¬ tycznego Mst zostaje przeksztalcone na Aa i do¬ prowadzone do sumatora S.Schemat kinematyczny (fig. 2, 5 i 6) sklada sie z kola zebatego Zv za posrednictwem którego zo¬ staje nadane odchylenie ax i które zazebione jest z kolem zebatym Z2, zamocowanym na wale na¬ dajnika Pdx lacza selsynowego Pd. Na wale sel- syna odbiornika Pd2 zamocowane jest kolo zebate Z3 zazebione z kolem Z4.Na kole Z4 znajduje sie mimosród m polaczony lacznikiem Dx z tloczyskiem rozdzielczym tr wzmacniacza hydraulicznego Wd. Tloczysko wy¬ konawcze tw wzmacniacza Wd polaczone jest za pomoca dzwigni Nx i lacznika D2 z dzwignia N2, stanowiaca element mechanizmu wykonawczego P.Na kole zebatym Zx (fig. 3 i 4) jest zamocowana dzwignia do recznego nadawania sygnalów od¬ chylajacych, a kolo Z2 jest osadzone, na wale sel- syna nadajnika Pdr Zasada dzialania na podstawie schematu blo¬ kowego dla stanu auasi-statycznego (fig. 1) jest nastepujaca: sygnal nadany w postaci odchylenia od aktualnego stanu ustalonego ax zostaje za po¬ srednictwem przekladni o przelozeniu L prze¬ ksztalcony na kat a2ih = f)- 30 35 40 Selsyn nadajnik zmienia sygnal a2 na proporcjo¬ nalne napiecie i kat przesuniecia fazowego i jest przedstawiony na schemacie blokowym jako war- U2. tosc zespolona transmitacji K, = — • a2 Lacze selsynowe przenosi sygnal w postaci war¬ tosci zespolonej napiecia U2 do selsyna odbiornika.Selsyn odbiornik jest w schemacie reprezentowa- a3.- ny przez wartosc zespolona transmitacji: K2 =-— u2 Z selsyna odbiornika wychodzi sygnal w posta¬ ci kata a3 i jest doprowadzony do sumatora S.W wyniku strat tarcia tloczyska rozdzielczego wzmacniacza hydraulicznego oraz tarcia w lozy¬ skach, lacze selsynowe jest obciazone pewnym momentem statycznym Mst, który przeksztalcony —Aa za posrednictwem transmitacji Kz = Mst jest 45 50 51 60 przekazany w postaci zaklócenia — Aa do suma¬ tora S. Dalej do przekladni o przelozeniu I2 zo¬ staje doprowadzony sygnal sumaryczny a3 — Aa, przy czym przekladnia mechaniczna o przelozeniu «4 L = "—przeksztalca ten sygnal na kat a4, a3—Aa który z kolei jest przeksztalcony za posrednic¬ twem wzmacniacza hydraulicznego Wd na sygnal f(a4) = 1_ b " a4 Sygnal 1 jest przeksztalcony za posrednictwem przekladni o przelozeniu i3 na sygnal a5, który jest doprowadzony na przyklad do reduktora cisnienia reprezentowanego przez transmitacje Ko = n "5 reduktor ten redukuje cisnienie p proporcjonalnie do zadanej wartosci av Do ukladu zostaje dopro¬ wadzona energia z zewnatrz, to jest do lacza sel¬ synowego energia elektryczna, a do wzmacniacza53 460 hydraulicznego energia w postaci oleju pod cisnie¬ niem.Zasada dzialania na podstawie schematu kine¬ matycznego (fig. 2) jest nastepujaca: odchylenie rekojesci polaczonej, z kolem zebatym Zx o kat 5 a± od polozenia wyjsciowego powoduje obrót kola zebatego Zlf zazebionego z k olem Z2 osadzonym na wale selsyna nadajnika Pdr Przekladnia ta jest potrzebna w celu wykorzystania kilku obrotów selsyna, chociaz maksymalny kat odchylenia ay 10 r 2 nie przekroczy na przyklad— n. Tego rodzaju prze- ó kladnia zmniejszy blad w odwzorowaniu sygnalu przez lacze selsynowe Pd. Blad ten wynika z kata niezgodnosci lacza 0 = «2 — «3 w stanie ustalo- 15 nym i zalezy od sily tarcia tloczyska tr, oraz tar¬ cia w lozyskach.Moment M3 dla stanu ustalonego równowazy sile tarcia Ftr, a pomijajac tarcie w lozyskach i na przekladniach mozna napisac, ze M2 = M3 = = M„ • sin 0, gdzie M jest to najwiekszy 20 35 moment rozwijany przez selsyn. Kolo zebate Z3 zamocowane na wale selsyna odbiornika Pd2, oraz zazebione z nim kolo zebate Z4 stanowia przeklad¬ nie o odwrotnym stosunku przelozenia niz Z: Z2. 25 Na tarczy kola Z4 zamocowany jest mimosród m, dla którego dlugosc cieciwy 12 wynikla z maksy¬ malnego kata obrotu a4 odpowiada Wykorzystanej drodze tloczyska rozdzielczego tr wzmacniacza hydraulicznego Wd. Polaczenie miedzy mimosro- 3a dem m a tloczyskiem rozdzielczym tr wykonane jest przy pomocy lacznika Dr Suwak tloczyska rozdzielczego tr dla* wysterowania wzmacniacza Wd w jedna, lub druga strone przesuwa sie wzgledem tloczyska wykonawczego tw, przy czym pokrycie przez suwak otworów sterujacych jest mniejsze od tego przesuniecia. Róznica ta stanowi dodatkowy blad w odwzorowaniu, który wynosi okolo 0,2 mm, zawsze ujemny. Mozna go uniknac przez odpowiednia korekte av Tloczysko wyko¬ nawcze tw wzmacniacza Wd odwzorowuje poloze¬ nie tloczyska rozdzielczego tr, a jego droga 13 jest równa w przyblizeniu dlugosci cieciwy mimosro- du lr Dzwignia Nx sluzy do dopasowania drogi 13 tlo¬ czyska wykonawczego tw do kata obrotu dzwigni N2 mechanizmu wykonawczego P. Odpowiednio zmienia sie kat obrotu a5 na a6 i moment obroto¬ wy M5 na M6. Dzwignia Nj jest polaczona z dzwig¬ nia N2 za pomoca lacznika D2. Mechanizm wyko nawczy P reguluje na przyklad wysokosc cisnie nia w funkcji kata a6.Na podstawie parametrów wzmacniacza Wd znana jest predkosc poruszania sie tloczyska wy¬ konawczego V = const, a zatem mozna okreslic czas przebycia drogi 13. Poniewaz predkosc ruchu 55 tloczyska tr jest identyczna z predkoscia tloczy¬ ska tw, zatem mozna okreslic optymalne predko¬ sci katowe cw4, co3, o2, av poszczególnych kól ze^ batych Z4, Z3, Z2, Zr Istnieje mozliwosc, z która nalezy sie liczyc przy projektowaniu, ze przy nad- 60 miernej predkosci przestawiania dzwigni o kat ax w stosunku do predkosci odpowiedzi lacza selsy- nowego Pd, w wypadku gdy kat niezgodnosci la» TC cza 0 ~2 nastapi rozstrojenie ukladu. W tych 65 wypadkach nalezy stosowac lacze selsynowe dwu¬ torowe. 50 Moment M1 potrzebny do przestawienia dzwigni ai na kole Z, jest zalezny od przelozenia i, = T~ oraz od kata niezgodnosci lacza 0: M1 = i1* •Mmax*sin0. Wynika stad, ze przy wiekszych katach niezgodnosci lacza moment M1 bardzo ros¬ nie, a zatem staje sie trudny do pokonania.Przykladowo przy zastosowaniu przekladni o przelozeniu ix = 9, i2 = 1/9, cieciwy dla mimo¬ srodu, lx = 30 mm przy a4 = i2/3 n; i zastosowaniu wzmacniacza Wd, dla którego predkosc tloczyska wynosi 7'0 mm/sek minimalny czas przelozenia dzwigni na kole Zx o kat ax = 2/3 n jest mniejszy od 0,3 sek.Uklad omówiony powyzej pracuje dobrze, sta¬ bilnie i szybko. Na wyjsciu otrzymujemy duze si¬ ly na przyklad F4 = 750 kG, a dokladnosc odwzo¬ rowania sygnalu jest duza. Sumaryczny blad jest zalezny od doboru selsynów Pdx i Pd2, wzmac¬ niacza Wd, przelozenia kól zebatych Zx Z2, Z3 Z4 i mimosrodu m, oraz wykorzystanej drogi tloczy¬ ska tw wzmacniacza i nie powinien przekroczyc l wziac pod uwage sily obwodowe Fj i F2 wynikle z momentu maksymalnego lacza selsynowego. PL