Szervokormányok - kormányszervók |
Kezdetben a nehéz járműveknél jelentkezett az az igény, hogy a kormánykerék forgatásához szükséges erőt mérsékelni kell. A kormánygép áttételének és a kormánykerék átmérőjének növelése már nem volt járható út. Később a személyautók vezetői is kérték a segítséget, elsősorban a parkolási manőverek megkönnyítése érdekében. De az is kiderült, hogy a szervokormány a menetbiztonságot is jelentősen javítja: "durrdefekt" esetén például a kerékre hirtelen, ütésszerűen ható erő nem rántja ki a kormánykereket a vezető kezéből. A szervokormányokkal szemben támasztott követelmények: - a jármű akkor is kormányozható legyen
(kézi erővel), ha meghibásodás miatt a szervo nem működik (egészen
nagy - 20...100 tonnás - járművek esetén ettől eltekintenek, ezeket ugyanis
puszta kézierővel úgysem lehet kormányozni);
A szervóhatáshoz szükséges erő forrása több féle lehet. Próbálkoztak sűrített levegővel, elsősorban nehéz járművekhez (ha úgyis van légtartály, akkor olcsó, de nagyok a méretei, s nem elhanyagolható az időkésedelme sem). Gyakorlatilag a hidraulikus szervók terjedtek el, az utóbbi évtizedekben azonban megjelentek, s rohamosan terjednek az elektronikus vezérlésű, villamos motorral működtetett szerkezetek. A hidraulikus szervók két féle elv
szerint működhetnek: aszimetrikus fojtás- vagy aszimetrikus nyomásváltoztatással.
A fojtás miatt nővekvő olajnyomás erőt fejt ki a munkahengerben, s az ott lévő dugattyú a szervóhatást szolgáltatja. A jobb oldali ábra olyan modelt mutat, melyben egy elfordítható alkatrész fojt egyszerre két helyen. Ennek a modelnek az elvi alkalmazását mutatja a következő ábrán (lent) látható, fogasléces kormánygépből kialakított szervokormány kiindulási modelje. A kormánykerék és az orsó között egy cső látható, melynek a belsejében egy torziós rugó közvetíti a kormánykerékre kifejtett nyomatékot az orsóhoz. A cső alsó végére van beépítve a fent bemutatott fojtó-model úgy, hogy a torziós rugón van kialakítva a (barna) fojtószelep. Kormányzáskor a cső és a torziós rugó természetesen forog, de a torziós rugó a nyomaték miatt elcsavarodik, s ezért a fojtószelep fojtani kezd. A kialakuló nyomás a munkadugattyút nyomja, ereje hozzáadódik az orsó által a fogaslécre gyakorolt erőhöz. Ez a model azonban még nem hasonlít
egy valóságos szerkezethez. Ugyanis a funkció helyes betöltéséhez még néhány
kiegészítésre van szükség. Egy komplett szervó működési modeljét mutatja
az alábbi ábra.
A jobb oldalon lévő erős rugó modelezi azt az erőt, amit kormányzáskor le kell győzni. A gépkocsivezető a vezérlő szelepre fejt ki erőt piros nyil a bal oldalon), ami egy rugón keresztül átadódik egy (nagy) dugattyúra (kis piros nyíl), s azon keresztül már nyomja is az erős rugót. De azzal, hogy a vezérlő szelep a nagy dugattyúban elmozdult, fojtást idézett elő. A kialakuló nyomás a nagy dugattyú bal oldalára hat, így segíteni tud a gépkocsivezetőnek a kormányzási ellenállás legyőzésében (az erős rugó összenyomásában). Mindaddig, amíg a gépkocsivezető tolja befelé a vezérlő szelepet, a nagy dugattyú is folyamatosan halad előre, igaz, hajszállal lassabban, mint a vezérlő dugattyú. Ugyanis csak íly módon szűkül a fojtó rés, fokozódik a fojtás, nő az olajnyomás, ami az előrehaladáshoz kell. Ha a vezető abba hagyja a befelé való tolást, abban a pillanatban a nagy dugattyú is megáll, s tartós marad az egyensúly: a nagy dugattyúra balról hat egyrészt a gépkocsivezető által kifejett erő (a kis rugó közvetítésével), másrészt az olajnyomás szolgáltatta erő, s e két erő tart egyensúlyt a megnyomott erős rugó erejével. Ha a gépkocsivezető egy picit is visszahúzza a vezérlőszelepet, csökken a fojtás, csökken az olajnyomás, és az erős rugó egy kicsit tágulhat. Ha a gépkocsivezető tejesen visszaengedi a vezérlőszelepet (visszatekeri a kormánykereket), a fojtás teljesen megszűnik, visszaáll az alaphelyzet. És most nézze meg azt a konkrét szerkezetet (katt a bal oldali ábrára!), ami e model szerint működik. A lényegen nem változtat az, hogy a "kis" rugó itt nem tekercs-, hanem torziós rugó. Egy másik alapelvet mutat a jobb oldali ábra. Itt a gépkocsivezető nem támaszkodik neki a falnak, hanem közvetlenül a nagy dugattyúra fejti ki az erőt, s ennek reakcióereje fogja a vezérlőszelepet mozgatni. Az eredmény ugyanaz, mint az előző model esetében: fojtás, nyomásnövekedés, rugóösszenyomás. Azért van némi különbség: a gépkocsivezető által kifejtendő erő itt nem egy kis rugó összenyomásával arányos, hanem az előállított nyomással! Vagyis a visszajelzés a végeredményből jön, míg az előző esetben a folyamatot elindító rugóösszenyomásból származik. Ha rákattint az alábbi ábrára, megnézheti
azt a konrét szervót, aminek a működési modeljét most megismerte.
Az előző modelnél nem szóltunk arról,
hogy mi történik, ha az olaj kifolyik a rendszerből. Ott ugyanis magától
értetődő, hogy továbbra is lehet a járművet kormányozni, mivel a torziós
rúd közvetíti a gépkocsivezető akaratát.
Ennél a modelnél azonban más a helyzet, de természetesen a szervo meghibásodása esetén ezzel is lehet kormányozni. Igaz, egy kicsit megnő az időkésedelem: a vezérlőszelepet egészen a falig el kell tolni, hogy ott felütközve, lehetőséget adjon a támaszkodásra (jobb oldali ábra). Áttérve az aszimetrikus nyomásváltoztatáson alapuló rendszerre, azt az jellemzi, hogy egy lépcsős dugattyú két oldalára a dugattyúkeresztmetszetekkel fordított arányú nyomás tart egyensúlyt, amit az egyik nyomás megváltoztatása felborit, s az így létrejött erőkülönbség szolgál szervóhatásként.
Ha a vezérlőszelepre valamelyik irányban F1 erőt fejtünk ki, az elmozdul, s a két csatorna közül az egyiket megnyitja. Tegyük fel, hogy balról jobbra ható erő érte a vezérlőszelepet. Ekkor a nagynyomású olaj be tud hatolni a középső térbe, s ott növeli a nyomást mindaddig, míg a nyomásnövekedés ki nem egyensúlyozza vezérlőszelepre kifejtett erőt. Ez a nyomásnövekedés természetesen a 3 dugattyúra is hat, s ezért megjelenik egy F2 erő, ami nem más, mint a kívánt szervohatás. A jobb oldalon lévő ábrára kattintva megnézheti az ezen elven működő konkrét szerkezetet. Eddig mindig szervokormányról beszéltünk, de a címben kormányszervó is olvasható. Nos, tulajdonképpen az első szerkezetek nem szervokormányok voltak, hanem kormányszervók, amiket az jellemez, hogy a klasszikus kormánygép és a mozgató mechanizmus közé kell beépíteni a kormánygép által előállított erő megnövelése, "feltranszformálása" céljából. A kormányszervók az eddig ismertetett
alapelvek szerint is működhetnek, de most egy új alapelvet mutatunk be
az alábbi ábrán, ami hasonlít az elsőhöz azzal a különbséggel, hogy a visszajelző
erő itt is a "végeredménnyel", a ténylegesen kialakított szervóhatással
arányos ugyanúgy, mint a második modelnél (az olajnyomás ellen kell a kormányerőt
kifejteni).
Az elektrohidraulikus szervóban az erő kifejtése továbbra is olajnyomással valósul meg, de annak mértékét elektronika vezérli. A bal oldali ábrán most is látható a kormányoszlopban a csőbe bújtatott torziós rugó, de a két alkatrész közé most elfordulás-érzékelő van beépítve, ami a számítógéppel (ECU) van összeköttetésben. Az általa szolgáltatott jel alapján - és az egyéb tényezők figyelembevételével - az ECU egy szolenoid tekercs segítségével valamelyik dugattyú-szelepet valamelyik irányba eltolja, s annak megfelelően jelenik meg az olajnyomás a munkahengerben (jelen esetben a bal oldalon). Az elektromos kormányszervóban
már nincs hidraulika, a rásegítést villamos áram, villamos motor szolgáltatja.
A szervo-szerkezetet három lehetséges hely valamelyikére szerelik:
Az első esetben nem kell hozzányúlni a hagyományos kormánygéphez (esetünkben a fogasléceshez): a szervo egyszerűen megnöveli azt a forgató nyomatékot, amit a gépkocsivezető a kormánykerékre kifejt. A másik két esetben az egész kormánygép új konstrukció, a harmadik megoldás az egyszerűbb. A lenti képek az első és a második estre vonatkozó szerkezetet mutatnak. ......... A harmadik esethez tartozó elvi vázlatot a jobb oldali ábra mutatja. Itt a csavarorsón
lévő, fogaskerék alakú "anyát" villamos motor forgatja egy bolygóműves
áttételen keresztül, ami lent látható.
Az elektromos szervónak jelentős előnyei
vannak:
Nemrég megjelentek olyan - sebességhez igazodó áttételű - szervokormányok, melyekben a mechanikus áttételt u. n. hullámhajtóművekkel valósítják meg. Mielőtt egy ilyet megnéznénk, ismerkedjenek meg a hullámhajtóművekkel. Ezek után látható, hogy ennél a megoldásnál a kormánykerékkel a rugalmas hüvelyt forgatjuk, s a merev gyűrű tengelye megy a hagyományos kormánygéphez:
A témában számtalan írás jelent meg itt: És most egy kis lazítás!
|
- - - - - - - - - - - - - - - - - -