2. MOST ROZKŁADANY NA PODWOZIU KOŁOWYM MS-20

Transkrypt

1 Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe (23) nr 1, 2008 Mirosław MARKOWSKI Norbert RAWICKI PODZESPOŁY Z FIRMY BOSCH REXROTH W KONSTRUKCJI SPRZĘTU WOJSKOWEGO Streszczenie: W artykule omówiono rozwój konstrukcji komponentów hydraulicznych, takich jak zawory, bloki zaworowe, pompy hydrauliczne, silniki hydrauliczne, czujniki parametrów hydraulicznych oraz wykorzystanie sterowania tymi podzespołami po magistrali CAN w zasadniczy sposób zmieniło jakość układów hydraulicznych. Rosnące wymagania odnośnie sprawności, niezawodności, bezpieczeństwa obsługi i zwartości konstrukcji w powiązaniu z nowymi komponentami hydraulicznymi znalazły swoje odzwierciedlenie w takich wyrobach jak stacje radiolokacyjne, stacje hydrolokacyjne, pojazdy inżynieryjne czy rozkładany most na podwoziu kołowym. Zastosowanie w tych wyrobach bloków hydraulicznych sterowanych po magistrali CAN produkcji firmy Bosch-Rexroth w znaczący sposób uprościło montaż układu hydraulicznego, sterowanie, serwisowanie, diagnostykę oraz obsługę skomplikowanego wyposażenia roboczego stosowanego w sprzęcie wojskowym. Słowa kluczowe: sprzęt wojskowy, podzespoły hydrauliczne, rozdzielacz hydrauliczny, sterowanie proporcjonalne, magistrala CAN. 1. WSTĘP Rozwój uzbrojenia pociąga za sobą modernizację i nowe rozwiązania w sprzęcie towarzyszącym. Powstają konstrukcje korzystające z nowych technologii i komponentów coraz bardziej niezawodnych i wykorzystujących wyrafinowane techniki bazujące na wiedzy z różnych dziedzin nauki. Osiąga się dzięki temu konstrukcje coraz bardziej dostosowane do wymagań użytkownika. Z jednej strony konstrukcje stają się coraz bardziej kompaktowe, zmniejszając tym samym masę wyrobu, co poprawia jego mobilność, a z drugiej strony upraszcza się znacznie obsługę wyrobów, która stając się bardziej intuicyjną daje możliwość szybkiego przeszkolenia nowych operatorów. Dzięki zastosowaniu przesyłu sygnałów sterujących i kontrolnych po magistrali CAN uzyskano szybką diagnostykę poprawności pracy układów mechanicznych czy hydraulicznych, jak również szybką identyfikację występujących błędów czy uszkodzeń, co znacznie przyspiesza naprawę sprzętu pracującego w trudnych polowych warunkach. 2. MOST ROZKŁADANY NA PODWOZIU KOŁOWYM MS-20 Jednym z trudniejszych tematów konstrukcyjnych jest rozkładany most na podwoziu kołowym. Pojazdem bazowym jest ciągnik siodłowy Jelcz, na którym zabudowano układ zasilania hydraulicznego, w skład, którego wchodzi zbiornik hydrauliczny z osprzętem, pompa hydrauliczna typu A11VLO130LDRS z firmy Bosch Rexroth oraz agregat zasilania awaryjnego. Układ sterowania hydraulicznego oparto na 3 blokach hydraulicznych proporcjonalnych LS typu M4-12 oraz 1 bloku hydraulicznego proporcjonalnego LS typu M4-15. Wszystkie bloki hydrauliczne są sterowane z magistrali CAN. Pierwszy blok hydrauliczny został zabudowany na ciągniku siodłowym i zasila wyciągarkę hydrauliczną. Dr inż. Mirosław MARKOWSKI Bosch-Rexroth Sp. z o.o., Warszawa mgr inż. Norbert RAWICKI Centrum Mechanizacji Górnictwa KOMAG, Gliwice

2 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI Rys.1. Schemat hydrauliczny mostu kołowego MS-20 - montaż na ciągniku 2

3 Podzespoły z Firmy Bosch-Rexroth w konstrukcji sprzętu wojskowego Dwa bloki hydrauliczne zostały umieszczone w części naczepowej mostu, jeden z nich 3M4-15 zasila 3 silniki wspomagania napędu jazdy typu MCR 05. Silniki te wspomagają napęd mostu w trudnych warunkach terenowych oraz w przypadku zakopania się osi napędowych w grząskim terenie. Drugi blok hydrauliczny 8M4-12 zabudowany na naczepie steruje sprzęgiem ciągnika siodłowego z naczepą, rozsuwaniem podpór, ustawieniem podpór oraz trzema parami siłowników hydraulicznych sterujących ustawieniem i obrotem układacza, ostatni blok hydrauliczny 4M4-12 został zabudowany na układaczu i został przeznaczony do sterowania zaczepieniem przęsła na układaczu, do rozkładania przęseł, jak również do rozkładania wypełnienia między przęsłami. Na rysunkach 1 4 pokazano uproszczony schemat hydrauliczny mostu MS-20. Wszystkie bloki hydrauliczne typu M4-12 zostały wyposażone w dźwignie sterowania ręcznego, co w istotny sposób ułatwiło montaż, jak i uruchomienie prototypowego rozwiązania mostu. Dzięki układowi zbudowanemu na blokach hydraulicznych M4 uzyskano poprawną i płynną pracę wszystkich mechanizmów, przy niewielkiej przestrzeni koniecznej do ich zabudowy; ich niewielki ciężar w stosunku do oferowanych przepływów nie przyczynił się do zbytniego zwiększenia masy wyrobu. Analizując schemat hydrauliczny, od razu można zauważyć duży stopień złożoności układu hydraulicznego, który jest konsekwencją przyjętych określonych rozwiązań mechanicznych. Trzeba tu zaznaczyć, że przy wykonywaniu prototypu nie wszystkie rozwiązania mechaniczne sprawdziły się w praktyce. Podczas pierwszych prób prototypu wystąpiła konieczność wykonania daleko idących zmian w konstrukcji mechanicznej. Uwidoczniła się tutaj jeszcze jedna duża zaleta układu hydraulicznego zbudowanego na bazie bloków M4-12 i M4-15. Bloki hydrauliczne można było rozłożyć w prosty sposób na elementy składowe, następnie na nowo je skonfigurować - w zależności od potrzeby dopasowania do nowego rozwiązania bez - konieczności zakupu nowych bloków hydraulicznych. Po powtórnym montażu osi hydraulicznych i ich przeregulowaniu dostosowano je do innych zadań. Bloki dalej pracowały bez zastrzeżeń - w pełni sprawne, a ich ponowny montaż nie spowodował rozszczelnienia układu hydraulicznego. Zmiany w układzie hydraulicznym pociągnęły za sobą również zmiany w układzie elektronicznego sterowania. Trzeba tu zaznaczyć, że aby uzyskać swobodne możliwości w konfiguracji dużych i złożonych układów hydraulicznych wymagana jest wnikliwa analiza konstrukcji mechanicznej, jak również wnikliwa analiza przy konfiguracji bloków hydraulicznych, tak by pozostawić sobie pewną swobodę przy późniejszych często nieprzewidywalnych zmianach konstrukcyjnych. 3

4 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI Rys.2. Schemat hydrauliczny mostu kołowego MS-20 - montaż na naczepie 4

5 Podzespoły z Firmy Bosch-Rexroth w konstrukcji sprzętu wojskowego Rys.3. Schemat hydrauliczny mostu kołowego MS-20 - montaż na układaczu 5

6 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI Rys.4. Schemat hydrauliczny mostu kołowego MS-20 - montaż na ramie naczepy 6

7 Podzespoły z Firmy Bosch-Rexroth w konstrukcji sprzętu wojskowego Rys. 5. Blok hydrauliczny 8M4-12 w trakcie montażu na wyrobie Rys. 6. Most MS-20 na placu prób 7

8 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI Rys. 7. Most MS-20 w trakcie rozkładania przęseł 3. STACJA RADIOLOKACYJNA SPR-22N Drugim przykładem, w którym zostały wykorzystane komponenty hydrauliki z firmy Bosch-Rexroth jest małogabarytowa stacja radiolokacyjna SPR-22N. Do napędu i wysterowania układu podporowego oraz podniesienia anteny radiolokacyjnej wykorzystano tu małą pompę wielotłoczkową zmiennej wydajności typu A10VO28DFLR/31 oraz blok hydrauliczny 6M4-12 proporcjonalny, typu LS sterowany z magistrali CAN. Zadaniem bloku hydraulicznego w tym wyrobie jest podparcie pojazdu bazowego oraz ustawienie anteny radiolokacyjnej do pozycji roboczej wraz z jej wypoziomowaniem. Postawione zadanie jest tu tylko z pozoru prostą czynnością. Wcześniejsze wyroby bazujące na hydraulice 0/1 nie spełniały stawianych im wymagań. Ustawienie wyrobu i jego wypoziomowanie trwało stosunkowo długo, a ruchy organów wykonawczych były pozbawione płynności, co przy dłuższych wysięgach układów wsporczych anten niekorzystnie wpływało na trwałość zamontowanych tam komponentów elektronicznych. Dokładność wypoziomowania również nie była zadowalająca i często z trudem mieściła się w granicach 30. Sytuacja zmieniła radykalnie się po zastosowaniu układu z hydrauliką proporcjonalną sterowaną po magistrali CAN. Uzyskano krótki czas przygotowania pojazdu do pracy, a dokładność wypoziomowania mieściła się w granicach Wykonanie pulpitu sterującego z intuicyjnym rozmieszczeniem elementów sterujących spowodowało bardzo prostą obsługę stacji - niewymagającą specjalnego przeszkolenia obsługi. Schemat hydrauliczny stacji radiolokacyjnej SPR-22 pokazano na rys. 8. 8

9 Podzespoły z Firmy Bosch-Rexroth w konstrukcji sprzętu wojskowego Rys. 8. Schemat hydrauliczny układu poziomowania stacji radiolokacyjnej SPR-22N 3. MASZYNA INŻYNIERYJNO-DROGOWA MID-M Jednym z ciekawszych wyrobów z układem hydraulicznym sterowanym po magistrali CAN i prawie w całości opartym na komponentach hydraulicznych z firmy Bosch Rexroth jest czołg saperski o oznaczeniu MID-M. Jego uproszczony schemat hydrauliczny pokazano na rys. 9. 9

10 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI Rys.9. Schemat hydrauliczny maszyny inżynieryjno-drogowej MID-M 10

11 Podzespoły z Firmy Bosch-Rexroth w konstrukcji sprzętu wojskowego Sercem układu hydraulicznego jest wielotłoczkowa pompa hydrauliczna o zmiennej wydajności, typu A11VLO130DRS firmy Bosch Rexroth, która już wcześniej dobrze się sprawdziła w podobnych aplikacjach. Pompa ta zasila blok hydrauliczny 10M4-15 oraz drugi mniejszy blok pracujący na niższym ciśnieniu - 3SP08L. Jak widać na schemacie hydraulicznym, możliwe jest kojarzenie bloków o zupełnie różnych parametrach pracy, przy wykorzystaniu jednej pompy i jednej gałęzi sterowania LS. Główny blok hydrauliczny zasila 30 - tonową wyciągarkę hydrauliczną, obrót wysięgnika, wciągarkę pomocniczą, lemiesz i poszczególne ruchy manipulatora, jak: pochylanie łyżki i chwytaka, zacisk chwytaka, obrót chwytaka, pochylanie wysięgnika, wsuw i wysuw wysięgnika. Dla bloku 3SP08L pozostaje sterowanie lemieszem, tj. pozycja prosty, pozycja strzała, blokada tych pozycji oraz blokada zawieszenia wyrobu. Silnik napędu wyciągarki hydraulicznej typu A6VM160HA2 wraz z zaworem hamującym BVD25W38L to również produkt z firmy Bosch Rexroth. Dzięki dobrze dobranemu regulatorowi chłonności silnika uzyskano płynną regulację prędkości liny wyciągarki oraz automatyczną zmianę momentu obrotowego, a co za tym idzie zmianę prędkości liny przy wzroście obciążenia. Ze względu na dużą chłonność silnika hydraulicznego wyciągarka zasilana jest z dwóch sekcji bloku hydraulicznego 10M4-15. Silniki napędu obrotu wysięgnika i silnik napędu wyciągarki hydraulicznej to silniki A2FM z firmy Bosch Rexroth. Czołg saperski w trakcie jazdy pokazano na rys. 10. Rys. 10. Czołg saperski w trakcie jazdy 11

12 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI Zastosowanie w czołgu saperskim MID-M nowoczesnego układu hydraulicznego z firmy Bosch-Rexroth, jak również bogate jego wyposażenie w osprzęt roboczy, osprzęt do ewakuacji sprzętu wojskowego, bogate wyposażenie w narzędzia remontowe, możliwości indywidualnego doposażenia przez odbiorcę w roboczy osprzęt hydrauliczny - wszystkie te czynniki wpłynęły na uniwersalność wyrobu, jego duże możliwości sprzętowe i zdolność do pracy w trudnych warunkach terenowych. Wprowadzenie nowoczesnych komponentów hydrauliki umożliwiło wygospodarowanie dodatkowego miejsca dla innych elementów wyposażenia wyrobu oraz zwiększyło jego niezawodność. 4. STACJA HYDROLOKACYJNA DO PRACY W WARUNKACH MORSKICH Najtrudniejszym tematem wykonywanym przez OBRUM wspólnie z Centrum Techniki Morskiej CTM w Gdyni ze względu na postawione wymagania i uwarunkowania środowiska pracy była stacja hydrolokacyjna SHL. Uproszczony schemat stacji hydrolokacyjnej SHL pokazano na rys. 11. Od stacji hydrolokacyjnej wymagano pełnej odporności na warunki środowiska morskiego, dokładnej stabilizacji nadajników i przetworników hydroakustycznych, niezależnie od stanu morza czy toru płynięcia okrętu tzw. myszkowania. Praca stacji miała być automatyczna i zapewniająca możliwie proste i niezawodne sterowanie awaryjne w przypadku całkowitego zaniku zasilania elektrycznego. Jako podstawową jednostkę zasilającą wybrano pompę hydrauliczną tłoczkową o zmiennej wydajności typu A10VSO28DR/31, elementy sterujące rozdzielacze proporcjonalne typu 4WRPNH6 z kontrolą położenia tłoczka sterującego sterowane po magistrali CAN z firmy Bosch Rexroth. Dzięki ww. rozdzielaczom i ich zabudowie w bliskiej odległości od organów wykonawczych uzyskano bardzo szybkie i precyzyjne ich odpowiedzi na sygnały sterujące pochodzące z centralnego komputera sterującego. Zabudowy rozdzielaczy proporcjonalnych z firmy Bosch-Rexroth pokazano na rys. 12. Do podnoszenia i opuszczania stacji jak i do blokowania ruchu stacji w określonym położeniu wykorzystano standardowe rozdzielacze 0/1 z zapinką - również z firmy Bosch- Rexroth. Wykorzystanie rozdzielaczy z zapinką oraz ręcznej pompy tłoczkowej znakomicie ułatwiło rozwiązanie sterowania awaryjnego przy całkowitym braku zasilania elektrycznego. Przykład zabudowy rozdzielaczy 0/1 z zapinkami z firmy Bosch-Rexroth pokazano na rys.13 12

13 Podzespoły z Firmy Bosch-Rexroth w konstrukcji sprzętu wojskowego Rys.11. Schemat hydrauliczny stacji hydrolokacyjnej SHL 13

14 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI Rys. 12. Przykład zabudowy rozdzielaczy proporcjonalnych z firmy Bosch-Rexroth Rys. 13. Rozdzielacze 0/1 z zapinkami dla sterowania awaryjnego 14

15 Podzespoły z Firmy Bosch-Rexroth w konstrukcji sprzętu wojskowego Rys. 14. Dyplom Grand Prix dla stacji hydrolokacyjnej na 10 Targach Militarnych Balt-Military-Expo WNIOSKI Z powyższych przykładów wynika, że komponenty z firmy Bosch-Rexroth znakomicie nadają się do wykorzystania w różnych aplikacjach sprzętu wojskowego. Można na ich podstawie tworzyć nawet bardzo złożone układy hydrauliki siłowej, zachowując przy tym zwartość konstrukcji, dużą niezawodność i łatwą obsługę sterowania organami wykonawczymi. Do poprawy sterowania w dużej mierze przyczynił się też szybki rozwój elektroniki, która została tu z powodzeniem zastosowana. Zastosowanie w modułach sterowania magistrali CAN, która zawiera układ mikroprocesorowy pozwoliło wyposażyć moduły sterowania w funkcje istniejące wcześniej jedynie na programowalnych sterownikach PLC. Od sterowania jednokierunkowego we wcześniejszych rozwiązaniach, czyli od sterownika do organów wykonawczych. Stosując magistralę CAN, uzyskano dwukierunkową komunikację umożliwiającą w sposób ciągły kontrolę stanu elementu wykonawczego. Dzięki możliwości ciągłej diagnostyki układu możliwe jest szybkie wykrycie niesprawności powstałych w układzie hydraulicznych. Wykorzystując możliwości rejestracji przebiegów wielkości hydraulicznych, można ocenić jakość sterowanej konstrukcji mechanicznej, co w przypadku sterowania rozwiązań prototypowych w znakomity sposób pozwala na szybkie doskonalenie konstrukcji wyrobu. 15

16 Mirosław MARKOWSKI, Norbert RAWICKI 6. LITERATURA [1] JURA J. RAWICKI N.: Modernizacja układu sterująco-diagnostycznego pojazdu MID, Szybkobieżne Pojazdy Gąsienicowe, Gliwice 2002 nr 2, nr strony 75. [2] JURA J. RAWICKI N.: Mobilny blok hydrauliczny sterowany magistralą CAN, XVIII Konferencja Naukowa Problemy Rozwoju Maszyn Roboczych, Zakopane [3] Katalogi firmy Bosch Rexroth: EPM2 RDE64815-B; M4-12 RDE 64278, M4-15 RDE64283; [4] MARKOWSKI M.: Układy hydrauliczne Bosch Rexroth sterowane magistralą CAN, II Międzynarodowa Konferencja Naukowo Techniczna Ustroń, BOSCH REXROTH ELEMENTS OF HYDRAULIC SYSTEM IN MILITARY MACHINES Abstract: On paper we present possibility configuration of complex hydraulic systems of military fabrications. Implementation of CAN control system for hydraulic systems amend to accurate of hydraulic systems and machine. CAN control system make easy to put system in fabrication, decrease damages, increase safety of operation, make easy to detect and fix up the system fault. CAN control system of hydraulic system find applications in military fabrications. Recenzent: prof. dr hab. inż. Arkadiusz MĘŻYK 16