Több gyakorlati tapasztalat és kibővített tanterv segít abban, hogy a jövő mérnökei elsajátítsák a sikeres karrierhez szükséges készségeket a folyadékhajtás és a mechatronika területén. Enélkül bizony nem működne egyetlen mai, korszerű mezőgazdasági vagy építőipari gép, rakodógép, de automatikus erőátvitel sem, köztük a CVT-rendszerűek. A gyakorlati oktatás létfontosságú a karrier-előkészítéshez. A riport a Milwaukee School of Engineering (MSOE) campusán készült.

Itthon sem ismeretlen

Az elmúlt közel 30 évben igen komoly verseny bontakozott ki a hivatalosan folyadékmeghajtású járművek versenyén, ahol olyan egyedi építésű kis járművekkel állnak rajthoz a diákcsapatok, amelyeket saját maguk terveztek és építettek. Így a verseny eredménye teljes mértékben alátámasztja a tudásuk és munkájuk eredményességét.

A cél: a lehető legmesszebbre és leggyorsabban eljutni egy-egy azonos, kisméretű nitrogéngázpalack segítségével, amelyből a kiáramló gáz nyomása bírja mozgásra, áramlásra a járművet meghajtó folyadékot (hidraulikaolajat).


A valós gyakorlati oldal

Az 1990-es évek végén és 2000 körül nagy fantáziát láttak benne a járműgyártók az elektromos hibridmeghajtás riválisaként, főleg Észak-Amerikában, jellemzően a városi autóbuszok és áruterítő, csomagfutár tehergépkocsik esetében. Igaz, azok zárt rendszerként működtek, bár elég hatékonyak voltak, azonban nehéz, bonyolult és szervizigényes konstrukciójuk miatt nem váltak be a mindennapos gyakorlatban. Európában több autógyártó is nekilendült a projektnek, de a prototípuson túl egyik sem jutott tovább.

Lassításkor hidraulikus retarderként működtek, külön karral vagy előválasztó kapcsolóval aktiválva. Egy szivattyú egy hidraulikatartályból egy két részre osztott tartályba pumpálta át az olajat, közben az elválasztó dugattyút az olajnyomás fokozatosan elmozdítva, és összesűrítve a mögöttes nitrogéngázt akár 250-350 bar nyomásig. Majd lezárt a szeleprendszer.

Induláskor egy másik hidraulikakörben nyitottak a szelepek, a gáznyomás kisajtolta az osztott tartályból az olajat egy hidromotoron keresztül, ami meghajtotta például a jármű kardántengelyét, s így a kerekeket, rendszertől függően kb. 15-30 km/óra sebességig. Eddig a pontig a belső égésű motor vagy állt, vagy csak alapjáraton működött, majd bekapcsolódott a meghajtásba.

Elméleti és gyakorlati tudás és jó csapatmunka = siker

A National Fluid Power Association (NFPA), Fluid Power Vehicle Challenge-en (Folyadékenergiával Működő Járművek Versenye) egy három alsóbb éves diákból álló csapat vett részt, akik megmérettetés előtt még nem voltak annyira jártasak a folyadékhajtásban, de a versenyt követően megnőtt az érdeklődésük a téma iránt.

A Fluid Power Vehicle Challenge versenykiírása és a versenyzők feladata, hogy egy olyan kerékpáron alapuló járművet építsenek, amely hidraulikát és pneumatikát, valamint elektronikát használ a működéshez. Mindhárom diák elmondta, hogy értékes tapasztalatokat szereztek a jármű tervezésén dolgozva, és másokat is arra biztatnak, hogy lehetőség szerint vegyenek részt a Vehicle Challenge-hez hasonló eseményeken és minél több gyakorlati tapasztalatot szerezzenek.

tricikli

A gáz-hidraulikus meghajtású tricikli – fotó: www.powermotiontech.com

A csapat egyik tagja, Jeff Kass, az MSOE elsőéves menedzsment szakos hallgatója különösen hangsúlyozta, hogy milyen nagyszerű lehetőség volt részt venni a versenyben, és reméli, hogy több iskola is bekapcsolódik az NFPA programjába. Elmondta, hogy nemrégiben szerezte meg a Nemzetközi Fluid Power Society (IFPS) által kiadott folyadéktechnikai szakértői tanúsítványt, ami minden bizonnyal annak köszönhető, hogy a csapat járműtervezésén dolgozva rengeteget tanult a hidraulikáról és a pneumatikáról.

Mindhárom csapattag – Kass mellett Daniel Cantu másodéves gépészmérnök és Brandon Janes harmadéves gépészmérnök – elmondta, hogy nagyra értékelték a verseny során megszerzett gyakorlati tapasztalatokat, amelyek segítik őket a jövőbeli tanulmányaikban és esetleges karrierjükben is.

Bár a nagyszabású versenyen részt vevő többi csapathoz képest ők kis létszámúak voltak, az MSOE csapata mégis három díjat vihetett haza:
- 3. hely a sprintversenyen
- 2. hely a Regen Race versenyen
- valamint a zsűri díja az alsóbb évesek gyakorlati teljesítményéért

Az MSOE-n (Milwaukee School of Engineering) a tantermi oktatás mellett kiemelt szerep jut a gyakorlati képzésnek, és ez az egyik tényező, ami az iskolát egyedivé teszi. A tantermek közül sokban vannak laborasztalok, mivel a legtöbb órán az előadás és a laboratóriumi munka keveredik, így a diákok a gyakorlatban is alkalmazhatják a tanultakat, ami segít a valós tapasztalatszerzésben. Ez jobban felkészíti őket arra is, hogy a diploma megszerzése után egy-egy szakterületen dolgozzanak.

Most, hogy itt a tanév vége, a végzős hallgatók projektbemutatót is tartottak. Számos érdekesség volt látható, az orvosbiológiai mérnök hallgatóknak, az informatika tanszék hallgatóinak – akik a ROSIE-t, az öregdiák és NVIDIA-vezető Dwight Diercks és felesége, Dian által adományozott szuperszámítógépet használhatják –, valamint a villamosmérnök hallgatóknak a projektje többek között, amelyben a Fluid Power Institute-tal együttműködve egy ¼ méretarányú traktort villamosítottak.

Ők is a „jövő traktorán" dolgoztak

Ennél a traktorprojektnél a diákok a belső égésű motort akkumulátorral és elektromos motorokkal helyettesítették. Bár néhány hidraulikát eltávolítottak a traktorról, mégis sok maradt rajta, ami kihívás elé állította a diákokat, hogy megtanulják, hogyan párosítsák az elektronikus és a hidraulikus működtetésű részegységeket – ami manapság a villamosítás előrehaladtával egyre gyakoribb kérdés a mérnöki szakmában.

A traktoron dolgozó diákok többsége korábban nem rendelkezett jelentős ismeretekkel a hidraulika és a pneumatika terén, de most olyan szintű tudással gazdagodtak, amelyet a jövőbeli pályafutásuk során mindenképpen kamatoztatni tudnak.

mechatronika

mechatronika

A dízelből tisztán elektromos üzeművé átépített kistraktor a csapattal – fotó: www.powermotiontech.com

Új tantervek kellenek a mérnöki készségigények kielégítésére

A technológiák fejlődésével párhuzamosan a mérnököktől elvárt készségek is fejlődtek és fejlődniük kell. A mechanikai és az elektromos technológiák, valamint az informatika egyre nagyobb mértékű integrációja miatt a mérnököknek egyre bővülő ismeretekkel kell rendelkezniük. (Különösen igaz ez a precíziós technológiák elterjedésével és az agrárrobotika megjelenésével. – A szerző.) Ezt az igényt látva az iskolák elkezdték a mechatronika – a mechanikai és az elektromos technológiák kombinálását jelentő kifejezés – tantárgyakat felvenni a tantervükbe, amely ma már nálunk sem ismeretlen.

A közelmúltban a Dél-Karolinai Állami Egyetem Tudományos, Technológiai, Mérnöki, Matematikai és Közlekedési Főiskolája (STEM-T) mechatronikai mérnöki szakot indított azért, mert a piacon látott igényt arra, hogy diákjait felvértezze a mérnöki munkaerőben való jövőbeli elhelyezkedéshez szükséges készségekkel. Ma nincs olyan iparág, ahol a gépészetre szükség van, de az elektromosságra nem, vagy ahol az elektromosságra szükség van, de a gépészetre nem.

Az iskola megjegyzi, hogy a mechatronika területéhez tartoznak a fejlett vezérlőrendszerek is, amelyekkel intelligens rendszereket és folyamatokat terveznek, építenek és működtetnek. A modern mechatronika integrálhatja a repülés-, a mesterséges intelligencia, a távközlés- és a kiberbiztonság elemeit.

A mechatronika számos iparágban alkalmazható, többek között a robotikában, a gyártásban, az autonóm járművekben, gépekben és más területeken. Ezért a mechatronikát tanuló diákokra szüksége lesz számos mérnöki csapatnak.

A mechatronikai oktatás az elmúlt évtizedben világszerte nőtt, de az Egyesült Államokban lemaradt. Jelenleg kevés egyetem kínál Bachelor of Science fokozatot ezen a területen. Az ilyen jellegű oktatás iránti igény várhatóan csak növekedni fog az elkövetkező években, mivel az előrejelzések szerint a mechatronika uralni fogja a gépek fejlesztési irányát és a technológiájukat is. Ez a jövő sok-sok vállalat számára, nélkülözhetetlen mérnökökkel.

Forrás: www.powermotiontech.com