PL241327B1 - Absorber energii kinetycznej - Google Patents

Abstract

Absorber zawierający tłok z tłoczyskiem oraz tuleję, przy czym tłok jest w cylindrycznej komorze tej tulei, a komora tulei na jednym końcu jest zaślepiona, a na drugim ma wylot z blokadą mechaniczną zabezpieczającą tłok przed wysunięciem z komory, charakteryzuje się tym, że na obwodzie jego tulei (1) jest zamontowany współosiowo co najmniej jeden pierścieniowy regulator (9) za pomocą połączenia rozłącznego, a ponadto tuleja (1) na swoim obwodzie, w miejscu zamontowania regulatora (9), ma co najmniej trzy otwory, zaś regulator (9) zawiera dociski w liczbie odpowiadającej liczbie otworów. Przy czym dociski regulatora (9) są wystające przez te otwory do wnętrza komory przez co jest utworzone odcinkowe zwężenie komory. Pomiędzy tłokiem a dociskami co najmniej jednego regulatora (9) w komorze tulei (1) są kule o średnicy mniejszej od średnicy komory, przy czym odległość pomiędzy spodem komory tulei (1), utworzonym przez jej zaślepienie, a dociskami jest równa lub większa średnicy jednej kuli z tolerancją 15%.

Description

PL 241 327 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest absorber energii kinetycznej do stosowania zwłaszcza jako element zderzaków w pojazdach mechanicznych, środek do ochrony zawieszenia samochodów, zawieszenia statków powietrznych i innych urządzeń latających podczas lądowań, ochrony statków wodnych oraz nadbrzeży, a także ochrony ruchomych elementów maszyn przed zniszczeniem.

Ze stanu techniki znane są absorbery hydrauliczne, których działanie opiera się na dławionym przepływie cieczy. Tłok lub nurnik tłoczy olej z jednej komory do drugiej przez odpowiednie zawory. Powrót tłoka do pozycji wyjściowej zapewnia sprężyna. Położenie tłoka monitoruje łącznik krańcowy, wyzwalany przez nacisk obudowy tłoczyska lub krzywkę liniową. Absorbery hydrauliczne adaptacyjne lub wielozaworowe umożliwiają dyssypacje dużo większej energii lub zmniejszenie siły zatrzymania, lub szybsze zatrzymanie w porównaniu do tych z jednym dławikiem hydraulicznym. W amortyzatorach hydraulicznych adaptacyjnych możliwe jest sterowanie siłą amortyzatora przez zamykanie lub otwieranie zaworów albo sterowanie polem elektromagnetycznym w obszarze tłoczyska. Zasada ich działania jest oparta na sterowaniu lepkością specjalnej cieczy - przykładowo oleju z drobinkami ferromagnetycznymi - o zmiennym polu elektromagnetycznym, co wpływa na jej prędkość przepływu. Ciecze te zmieniają swoje właściwości mechaniczne pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Są to ciecze inteligentne z niekoloidalną zawiesiną cząstek ferromagnetycznych lub cząstek wykazujących polaryzację elektryczną w cieczy bazowej. W zależności od wartości prądu sterującego mniej lub bardziej lepki płyn magnetyczny przepływa szybciej lub wolniej przez kanały tłoczyska. Umożliwia to szybką zmianę siły tłumienia amortyzatora. Absorbery hydrauliczne działają tylko w określonym przedziale prędkości uderzenia. Energia kinetyczna uderzeń z prędkością mniejszą lub większą niż zakładany przedział nie zostanie zabsorbowana. Są one skuteczne w absorbowaniu uderzeń o prędkościach nie przekraczających 15-20 m/s. Granicę tą wyznacza odporność elementów absorbera hydraulicznego na wysokie ciśnienie cieczy w jego wnętrzu oraz mechanika przepływu płynów. W razie przekroczenia dopuszczalnej prędkości uderzenia następuje silne odbicie. W niektórych przypadkach ciśnienie, które powstaje w środku amortyzatora hydraulicznego, pod wpływem zbyt dużego nacisku, może go uszkodzić. Strumień cieczy, przepływając przez otwór, zawęża się i w efekcie przepływ cieczy zmniejsza się - dla otworu o przekroju kołowym nawet o 60%. Rozkład prędkości cieczy przez rurkę, w przekroju, ma kształt paraboli z największą prędkością w środku otworu a najmniejszą przy jego brzegach. W przemyśle stosuje się prędkość liniową cieczy rzędu 0,5-3 m/s, a par i gazów 10-25 m/s, a dla pary przegrzanej 30-50 m/s. Wraz ze wzrostem prędkości cieczy przepływ traci charakter laminarny i staje się przepływem turbulentnym. Prędkość, powyżej której przepływ cieczy traci charakter laminarny, zwana jest prędkością krytyczną i określają liczba Reynoldsa. Przy przepływie turbulentnym cieczy w rurze bardzo silnie wzrasta opór stawiany ruchowi cieczy przez ścianki rury. Przy dużych prędkościach przepływu cieczy efektem niepożądanym jest także zjawisko kawitacji. Implozje powodowane przez zapadające się bańki próżni mogą uszkadzać nawet metalowe elementy urządzeń. W dużej mierze wytrzymałość absorberów hydraulicznych zależy głównie od wytrzymałości zaworów i uszczelnień tłoka. Przy dużej masie - przykładowo 2000 kg - i prędkości - przykładowo 30 m/s - ciśnienie cieczy, które powstanie w środku amortyzatora hydraulicznego, zniszczy najpierw delikatniejsze elementy wewnątrz amortyzatora, takie jak uszczelnienia czy zawory, a następnie jego korpus. W związku z omówionymi zjawiskami amortyzatory hydrauliczne nie są stosowane do amortyzacji uderzeń z wyższymi prędkościami - przekraczającymi 20 m/s czyli 72 km/h - z tego powodu nie są wykorzystywane w motoryzacji do absorbowania energii zderzeń. Absorbery hydrauliczne nie działają zarówno przy zbyt wysokiej jak i zbyt niskiej prędkości uderzenia. Przy niskiej prędkość przepływu cieczy - przepływ laminarny - ścianki zaworu stawiają jej mniejszy opór, co przekłada się negatywnie na wydajność absorbera hydraulicznego.

Z amerykańskiego opisu wynalazku US 20060163016 A znany jest hydrauliczny absorber energii kinetycznej, który ma zewnętrzny korpus z centralnym kanałem. Urządzenie ma pierwszy tłok, który jest przyjmowany w środkowym otworze sąsiadującym z jego zamkniętym końcem i ma ogólnie pierścieniowy kształt z wewnętrzną powierzchnią wyznaczającą kanał tłoka i zewnętrzną powierzchnię umieszczoną w sąsiedztwie bocznej ściany centralnego otworu korpusu, tworząc otwór dozujący o pierścieniowym kształcie. Drugi tłok urządzenia jest teleskopowo umieszczony w centralnym otworze pierwszego tłoka, a jego zewnętrzna powierzchnia, wraz z wewnętrzną powierzchnią tłoka, tworzą drugi pierścieniowy otwór dozujący. Płyn hydrauliczny jest umieszczony w centralnym kanale tłoka pomiędzy jego zamkniętym końcem a tłokami, tak że siła uderzenia skierowana na tłoki przesuwa płyn hydrauliczny przez otwory dozujące i jest stopniowo tłumiona.

PL 241 327 B1

Znane są absorbery pneumatyczne, których działanie opiera się na dławionym przepływie gazu. Tłok tłoczy gaz z jednej komory do drugiej poprzez zawory. Powrót tłoka do pozycji wyjściowej zapewnia znajdujący się w komorze sprężony gaz i dodatkowa sprężyna. Absorbery pneumatyczne działają jedynie w określonym przedziale prędkości uderzenia. Absorbery pneumatyczne nie działają zarówno przy zbyt wysokiej jak i zbyt niskiej prędkości uderzenia. Przy niskiej prędkości przepływu gazu - przepływ laminarny - ścianki zaworu stawiają jej mniejszy opór, co przekłada się negatywnie na wydajność absorbera pneumatycznego. Przy wysokich prędkościach wytrzymałość absorberów pneumatycznych zależy głównie od wytrzymałości zaworów i uszczelnień tłoka. Energia kinetyczna uderzeń z prędkością mniejszą lub większą niż zakładany przedział nie zostanie zabsorbowana. W porównaniu do absorberów hydraulicznych wykazują one szereg wad; przy jednakowych maksymalnych siłach reakcji rozpraszają one tą samą energię na większych skokach tłoka, w posuwie powrotnym tłoka oddają więcej energii zgromadzonej w sprężonym w cylindrze gazie; mają mniejszą o około 40% sprawność.

Do ochrony osób stosowane są poduszki powietrzne. Ich działanie opiera się na właściwościach gazu, którego objętość znacznie maleje przy sprężaniu, absorbując energię kinetyczną. Właściwość ta pozwala na stosunkowo łagodne wyhamowywanie rozpędzonych obiektów. Wadą tego rozwiązania jest konieczność zapewnienia przestrzeni na jej znaczną objętość po wypełnieniu. Kolejną wadą jest konieczność uruchomienia poduszki powietrznej przed zderzeniem, ponieważ wymaga ona czasu na wypełnienie gazem. Poduszki te niejednokrotnie ratują życie pasażerom podczas wypadków samochodowych, jednak zdarza się, że aktywują się niepotrzebnie, powodując obrażenia u pasażerów a czasem także uszkodzenia pojazdów.

Z brytyjskiego opisu wynalazku GB 2287435 A znane jest zastosowanie poduszki powietrznej wewnątrz zderzaka pojazdu. W rozwiązaniu tym przewidziano możliwość sterowania parametrami poduszki powietrznej przez regulację zaworu. Przy dużej sile i prędkości zderzenia istnieje ryzyko niekontrolowanego rozszczelnienia zbiornika wypełnionego gazem pod wysokim ciśnieniem, co może prowadzić do jego dezintegracji i powodować zagrożenie dla pasażerów, a w szczególności dla osób znajdujących się w pobliżu.

W zderzakach kolejowych wykorzystywane są najczęściej sprężyny taśmowe, stożkowe, metalowe sprężyny pierścieniowe oraz pierścienie elastomerowe. W sprężynach pierścieniowych zespół pierścieni zewnętrznych oparty jest o płytę zderzakową - tarczę - a drugi zespół pierścieni jest oparty o pierścień oporowy. Zdolność do rozpraszania energii przez wymienione sprężyny wynika z pracy tarcia wewnętrznego w sprężynie. Miarą tego tarcia jest pole pętli histerezy. Za sprawa efektu histerezy praca tarcia stanowi miarę amortyzacji. Z tego względu do tłumienia drgań i łagodzenia uderzeń stosowane są sprężyny o dużej pracy tarcia i znacznym polu pętli histerezy - takie jak przykładowo sprężyny pierścieniowe, sprężyny talerzowe, sprężyny taśmowe stożkowe. Duże tarcie powodujące rozproszenie energii występuje również na styku powierzchni pierścieni. W wyniku tarcia część energii uderzenia jest rozpraszana w otoczeniu w postaci ciepła.

Niestety pomimo tarcia wewnętrznego i zewnętrznego sprężyn po ich kompresji następuje ich rozprężenie, które powoduje silne odbicie. W efekcie przy uderzeniach lub zderzeniach z dużą prędkością powodują duże przeciążenia niebezpieczne dla elementów pojazdów, a szczególnie dla zdrowia pasażerów.

W motoryzacji do absorbowania energii kinetycznej zderzeń wykorzystywane są strefy kontrolowanego zgniotu w postaci tak zwanych crash-boxów złożonych z pudełka z profili cienkościennych, które może być wypełnione innymi cienkościennymi profilami lub materiałami porowatymi. Crash-boxy są montowane w autach przykładowo na przedłużeniu podłużnicy, przed zderzakiem. W tym przypadku mają one za zadanie chronić podłużnice przed uszkodzeniem w trakcie zderzenia. Są to elementy jednorazowe. Wadą stosowanych w motoryzacji stref zgniotu jest ich ograniczona skuteczność przy uderzeniach o dużej sile, waga materiału i wielkość przestrzeni koniecznej do ich zastosowania.

Między innymi z polskiego opisu patentowego PL 219735 B1 oraz niemieckiego opisu patentowego DE 11 2005 001 941 B4 znane są urządzenia do przejmowania energii kinetycznej i zamianie jej w energię kinetyczną mas wirujących. Urządzenia te zamieniają energię kinetyczną uderzenia na ruch obrotowy wirnika - koła zębatego. W momencie zderzenia jego energia kinetyczna zostaje przekazana na sprężynę, która następnie przekazuje ją do elementu bijakowego z zębatką, potem za pomocą tej zębatki i koła zębatego jest ona przekazywana na wirnik, który zamienia ją na energię kinetyczną ruchu obrotowego. Obracający się wirnik stopniowo wytraca prędkość, rozpraszając energię w wyniku tarcia o element łączący go z urządzeniem oraz oporu aerodynamicznego, jaki stawia mu otaczający go gaz - przykładowo powietrze. Niewątpliwą zaletą tego urządzenia jest możliwość odzyskania części energii

PL 241 327 B1 kinetycznej zderzenia z rozpędzonego wirnika. Do rozpoczęcia pracy urządzenie to, w momencie szybkiego uderzenia, wymaga sprężyny chroniącej przed uszkodzeniem zębów elementu bijakowego, zębów przekładni i zębów koła zębatego - wirnika. Sprężyna stanowi przedłużenie elementu bijakowego i jest konieczna do działania urządzenia szczególnie w trakcie uderzeń z dużą prędkością. Elementy te wydłużają drogę hamowania konieczną do bezawaryjnego działania tego urządzenia. Mimo to istnieje możliwość uszkodzenia zębów elementu bijakowego, zębów przekładni i zębów koła zębatego w trakcie absorbowania uderzeń o dużej sile i prędkości. Problemem aplikacji tego rozwiązania do absorbowania dużych energii, takich jak występujące przy zderzeniach pojazdów - może być też duża masa wirnika lub zespołu wirników. W razie dezintegracji tego urządzenia, w trakcie uderzenia o prędkości przewyższającej planowaną, jego elementy - przykładowo wirnik - mogą stanowić dodatkowe zagrożenie dla pasażerów pojazdu i otoczenia. Z powodu wyżej wymienionych aspektów możliwości zastosowania tego urządzenia w motoryzacji są ograniczone.

W stanie techniki nie są znane urządzenia, które zapewniają skuteczne przejmowanie energii kinetycznej i jej dyssypację podczas zderzeń i uderzeń z różną siłą i prędkością, także powyżej 20 m/s. Istnieje potrzeba opracowania nowego rozwiązania, które umożliwiłoby ochronę zdrowia kierowców i pasażerów pojazdów w trakcie zderzeń i uderzeń oraz ochronę samych pojazdów.

Absorber energii kinetycznej zawierający tłok z tłoczyskiem oraz tuleję, przy czym tłok jest w cylindrycznej komorze tej tulei, a komora tulei na jednym końcu jest zaślepiona, a na drugim ma wylot z blokadą mechaniczną zabezpieczającą tłok przed wysunięciem z komory, według wynalazku charakteryzuje się tym, że na obwodzie jego tulei jest zamontowany współosiowo co najmniej jeden pierścieniowy regulator za pomocą połączenia rozłącznego, a ponadto tuleja na swoim obwodzie, w miejscu zamontowania regulatora, ma co najmniej trzy otwory, zaś regulator zawiera dociski w liczbie odpowiadającej liczbie otworów, przy czym dociski regulatora są wystające przez te otwory do wnętrza komory, przez co jest utworzone odcinkowe zwężenie komory, zaś pomiędzy tłokiem a dociskami co najmniej jednego regulatora w komorze tulei są kule o średnicy mniejszej od średnicy komory, przy czym odległość pomiędzy spodem komory tulei, utworzonym przez jej zaślepienie, a dociskami jest równa lub większa średnicy jednej kuli z tolerancją 15%.

Korzystnie tłoczysko absorbera tłoka jest zakończone pierwszą tarczą.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeśli regulator absorbera jest połączony z tuleją połączeniem gwintowym, przy czym regulator ma obwodowy kołnierz, a dociski regulatora są dociśnięte do otworów tulei wewnętrzną powierzchnią tego kołnierza.

Następne korzyści uzyskiwane są, jeśli na wewnętrznej powierzchni kołnierza jego regulatora jest warstwa absorbująca energię kinetyczną z elastycznego albo plastycznego materiału.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeśli wewnętrzna powierzchnia kołnierza regulatora absorbera ma średnicę zwiększającą się wzdłuż osi komory tulei, przy czym wewnętrzna powierzchnia kołnierza regulatora ma kształt ściętego stożka albo ściętego ostrosłupa foremnego.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli dociski absorbera są w postaci kulek, przy czym otwory w jego tulei mają średnicę większą od średnicy kulek, a od strony komory mają przewężenie, w obszarze którego ich średnica jest mniejsza od średnicy kulek.

W wariancie wykonania absorber zawiera trzy regulatory połączone rozłącznie z jego tuleją oraz ułożone w szeregu.

Dalsze korzyści uzyskiwane są, jeśli kule absorbera są ułożone pomiędzy tłokiem a co najmniej jednym regulatorem.

W wariancie wykonania komora absorbera pomiędzy spodem a otworami jest zagięta, przy czym komora ma spód z wklęsłym zakrzywieniem.

Kolejne korzyści uzyskiwane są, jeśli pierwsza tarcza absorbera od strony jej połączenia z tłoczyskiem jest połączona z rurą, która jest współosiowa z tłoczyskiem, które jest wewnątrz tej rury, a wewnętrzna średnica rury jest większa od zewnętrznej średnicy tulei.

Dalsze korzyści są uzyskiwane, jeśli tuleja absorbera od strony przeciwnej w stosunku do jej wylotu jest zakończona drugą tarczą albo uchwytem.

Następne korzyści uzyskuje się, jeśli kula absorbera położona w pozycji początkowej najbliżej spodu jego komory ma mniejsza średnicę od pozostałych kul, zaś jego kule mają zróżnicowaną względem siebie średnicę i ułożone są od najmniejszej do największej pomiędzy tłokiem a co najmniej jednym regulatorem, przy czym najmniejsza kula jest położona najbliżej tego regulatora.

PL 241 327 B1

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli komora absorbera przy spodzie posiada kanał o średnicy większej niż kule, a spód komory jest pochylony w stronę tego kanału, przy czym absorber posiada pojemnik na kule przymocowany do tulei na kanale komory.

Rozwiązanie według wynalazku umożliwia dyssypacje energii zderzeń i uderzeń w dużym zakresie prędkości uderzenia, także tych przekraczających 20 m/s, a także w dużym zakresie siły uderzenia. Możliwość ustawienia minimalnej wartości energii koniecznej do uruchomienia wynalazku pozwala na stosowanie go razem z innymi środkami ochrony, takimi jak kontrolowane strefy zgniotu oraz inne absorbery energii.

Wynalazek pozwala na dyssypację energii kinetycznej uderzenia w stabilny i kontrolowany sposób. Absorber może ulec nieznacznej deformacji podczas zderzenia, ale jego zwarta budowa zapobiega jego dezintegracji, co jest istotne dla zapewnienia tak zwanej przestrzeni przeżycia dla pasażerów pojazdów biorących udział w zderzeniu.

Zastosowanie urządzenia według wynalazku w pojazdach zmniejszy i wyrówna amplitudy zmian opóźnienia - niedociążenia - lub przyspieszenia - przeciążenia występujące w trakcie zderzeń i uderzeń, przez co w istotny sposób wpłynie na ograniczenie obrażeń ciała u pasażerów i kierowców, a także zmniejszy uszkodzenia pojazdów. Rozwiązanie charakteryzuje się prostą budową oraz niskim kosztem produkcji.

Absorber według wynalazku może być sterowany manualnie poprzez przemieszczanie regulatora wzdłuż osi tulei względem otworów w tej tulei, w których rozmieszczone są kulki regulatora. Większe nasunięcie wewnętrznej powierzchni kołnierza regulatora powoduje ich większe wsunięcie do komory tulei i odcinkowe przewężenie komory w tym obszarze. Im mniejsza przestrzeń pomiędzy kulkami regulatora, tym większa energia jest wymagana do przepchnięcia kul przez regulator.

Wynalazek w zależności od ustawień regulatora podlega samoregulacji, która polega a wykorzystaniu skoku tłoka - drogi hamowania - i liczby kul koniecznej do dyssypacji energii uderzenia przez regulator.

Urządzenia według wynalazku mogą być stosowane w zestawach składających się z absorberów o różnych parametrach absorbowania energii ustawionych szeregowo.

Absorber energii kinetycznej według wynalazku w przykładach wykonania został bliżej wyjaśniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia absorber w widoku z przodu w ustawieniu przed użyciem, fig. 2 - ten sam absorber w przekroju wzdłuż płaszczyzny R1-R1 pokazanej na fig. 1, fig. 3 - ten sam absorber w przekroju jak na fig. 2, w ustawieniu po użyciu, fig. 4 - regulator absorbera w przekroju wzdłużnym, fig. 5 - ten sam absorber w przekroju poprzecznym wzdłuż płaszczyzny R2-R2 pokazanej na fig. 3, fig. 6 absorber w wariancie wykonania w przekroju jak na fig. 5, fig. 7 - absorber w wariancie wykonania w przekroju jak na fig. 6 ale w ustawieniu, które nie powoduje zwężenia komory, fig. 8 - tłok absorbera w wariancie wykonania ze współosiową rurą, fig. 9 - fragment absorbera w wariancie wykonania z trzema regulatorami ustawionymi szeregowo, fig. 10 - fragment komory w wariancie wykonania z zagiętą komorą, fig. 11 - w wariancie wykonania z uchwytem na końcu tulei, fig. 12 - w wariancie wykonania z kulami o różnej średnicy, fig. 13 - szczegół A z fig. 12, fig. 14 - absorber w wariancie wykonania z krótszą komorą i pojemnikiem na kule.

Absorber energii kinetycznej według wynalazku w przykładzie wykonania zawiera zaślepioną na jednym końcu tuleję 1, wewnątrz której jest cylindryczna komora 2, tłok 3 z tłoczyskiem 4 oraz kule 5. Komora 2 tulei 1, na swoim końcu przeciwnym do zaślepienia, ma wylot 6 z blokadą 7 mechaniczną, która ogranicza przestrzeń wylotu 6 i zabezpiecza tłok 3 przed wysunięciem z tulei 1. Blokada 7 mechaniczna jest w postaci śrub wkręconych na obwodzie tulei 1 bezpośrednio przed jej wylotem 6. Tłok 3 ma średnicę większą niż średnica wylotu 6 ograniczona przez blokadę 7 mechaniczną, a tłoczysko 4 ma średnicę mniejszą od średnicy wylotu 6 ograniczoną przez blokadę 7. Po przeciwnej w stosunku do tłoczyska 4, stronie tłok 3 jest zakończony przewężeniem 8. Na obwodzie tulei 1 jest gwint, na który jest nakręcony pierścieniowy regulator 9. Regulator 9 zawiera dociski 10 w postaci trzech kulek 10’ oraz obwodowy kołnierz 11. Wewnętrzna powierzchnia kołnierza 11 ma warstwę 12 z elastycznego materiału absorbującego energię kinetyczną, a kulki 10’ są wciśnięte warstwą 12 w trzy otwory 12’ rozmieszczone promieniście w równych odstępach na jednakowej wysokości na tulei 1, przez które wystają do wnętrza komory 2, odcinkowo zmniejszając jej średnicę. Wewnętrzna powierzchnia kołnierza 11 ma kształt ściętego stożka. W komorze 2 tulei 1 pomiędzy tłokiem 3 a kulkami 10’ umiejscowione są kule 5 o średnicy nieznacznie mniejszej od wewnętrznej średnicy komory 2 tulei 1. Tłoczysko 4 po stronie przeciwnej w stosunku do tłoka 3 jest zakończone pierwszą tarczą 13 pełniącą rolę bijaka. Tuleja 1 na swoim końcu po przeciwnej stronie w stosunku do wylotu 6 zakończona jest drugą tarczą 13’.

PL 241 327 B1

W drugim przykładzie wykonania absorber według wynalazku ma regulator 9 o kołnierzu 11, którego wewnętrzna powierzchnia jest w kształcie ściętego ostrosłupa foremnego o podstawie w kształcie sześciokąta. Przy takiej budowie regulatora 9 ułatwione jest szybkie, odcinkowe rozszerzenie lub zwężenie komory 2 tulei 1 przez obrót regulatora 9 o 30° względem osi tulei 1. Pierwsza tarcza 13 od strony połączenia z tłoczyskiem 4 jest połączona z rurą 14, która jest współosiowa z tym tłoczyskiem 4. Wewnętrzna średnica tej rury 14 jest nieznacznie większa od zewnętrznej średnicy tulei 1. Podczas pracy urządzenia tłoczysko 4 wsuwa się do komory 2 tulei 1, a rura 14 nasuwa się na zewnętrzną powierzchnię tulei 1. Taka budowa dodatkowo zabezpiecza tłoczysko 4 przed wyboczeniem. Absorber ma pięć kul 5 o różnej wielkości, przy czym są one ułożone od najmniejszej do największej, a najmniejsza kula 5 jest najbliżej regulatora w ustawieniu wyjściowym, przed użyciem absorbera. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.

W trzecim przykładzie wykonania absorber ma trzy regulatory 9 nakręcone na powierzchnię tulei 1 szeregowo w równych odstępach, a kule 5 są pomiędzy tłokiem 3 a kulkami 10’ regulatora 9. Taka budowa zwiększa możliwość regulacji wynalazku, a także umożliwia stosowanie kul 5 o dwóch wielkościach. Tuleja 1 od strony przeciwnej w stosunku do jej wylotu 6 jest zakończona uchwytem 15. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.

W czwartym przykładzie wykonania absorber ma komorę 2, która na odcinku pomiędzy regulatorem 9 a swoim spodem jest zagięta. Dzięki takiej budowie komora 2 może pomieścić większą liczbę kul 5, bez konieczności zwiększania jej długości. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.

W piątym przykładzie wykonania komora 2 jest krótsza na odcinku pomiędzy regulatorem 9 a swoim spodem. Spód komory 2 jest pochylony w kierunku kanału 16 zlokalizowanego w tulei 1. Kanał 16 ma średnicę większą od średnicy największej kuli 5. Umożliwia to magazynowanie kul 5 w pojemniku 17 i skrócenie komory 2 na odcinku pomiędzy regulatorem 9 a jej spodem. W pozostałym zakresie wykonanie jest jak w przykładzie pierwszym.

Poniżej przedawniono zasady działania absorbera według wynalazku.

W trakcie zderzenia lub uderzenia następuje stopniowe przejmowanie jego energii kinetycznej przez pierwszą tarczę 13, tłoczysko 4 i tłok 3. Następnie energia jest przekazywana, przez tłok 3 i przez umieszczone w tulei 1 kule 5 na regulator 9. Regulator przepuszcza kule 5, stopniowo przejmując energię kinetyczną uderzenia za pomocą docisków 10 regulatora 9. Kula 5 znajdująca się najbliżej regulatora 9 pod wpływem energii kinetycznej tłoka i innych kul 5, naciska na kulki 10’ regulatora 9, znajdujące się w położeniu początkowym, aż do momentu kiedy kulki 10’ rozsuną się promieniście względem osi komory 2 tulei 1, chowając się w otworach 12’, umożliwiając tym samym przemieszczanie pojedynczych kul 5 do części komory 2 pomiędzy jej spodem a regulatorem 9. W ten sposób kule 5 pod wpływem energii kinetycznej uderzenia, są przepychane przez regulator jedna po drugiej, stopniowo przekazując tę energię do regulatora 9.

Kulki 10’ regulatora pod naciskiem kul 5 chowają się w otworach 12’ tulei i naciskają na warstwę 12 regulatora 9, która rozprasza energię kinetyczną.

Warstwa 12 jest odkształcana sprężyście i plastycznie przez kule 5. W trakcie tego odkształcania następuje dyssypacja energii kinetycznej.

Po przepchnięciu pierwszej kuli 5 przez regulator 9, kulki 10’ regulatora 9 powracają do swojego pierwotnego położenia. Kolejna kula 5 jest wpychana na kulki 10’ regulatora i cykl pracy regulatora rozpoczyna się od początku. Liczba cykli regulatora 9 w tracie jednego uderzenia jest uzależniona od liczby kul 5 znajdujących się w tulei 1 pomiędzy tłokiem 3 a regulatorem 9, siły uderzenia i sprawności regulatora 9 w dyssypacji energii. W ten sposób regulator 9 dzieli przejmowaną energię kinetyczną na mniejsze porcje i ją stopniowo rozprasza. Pozostała energia kinetyczna kul 5, które zostały przepchnięte przez regulator 9, jest przekazywana na tuleję 1 w trakcie uderzeń w ścianki i dno komory 2.

Absorber może być również stosowany w ustawieniu, w którym tłok skierowany jest w stronę obiektu chronionego. Przyjmowanie i dyssypacja energii kinetycznej przy takim ustawieniu opisano poniżej.

W trakcie uderzenia w drugą tarczę 13’, którą zakończona jest tuleja, następuje stopniowe przejmowanie energii kinetycznej tego uderzenia, przez tuleję 1. Energia jest stopniowo przekazywana z tulei 1 poprzez kulki 10’ regulatora 9 na kule 5 znajdujące się w komorze 2 tulei 1. Kule 5 pod wpływem energii kinetycznej tulei 1 naciskają na tłok 3 aż do momentu, kiedy zostaną przepchnięte przez regulator 9. Kulki 10’ regulatora umieszczone w otworach 12’ tulei 1 są wypychane z komory 2 tulei 1 przez najbliżej położoną kulę 5. W ten sposób regulator 9, przepuszczając kule 5 jedna po drugiej, dzieli

Claims (22)

1. PL 241 327 B1 przejmowaną energie kinetyczną na mniejsze porcje i przekazuje je na warstwę 12 regulatora 9. Warstwa 12 regulatora jest odkształcana sprężyście i plastycznie przez kulki 10’. W trakcie odkształcania warstwy 12 absorpcyjnej następuje dyssypacja energii kinetycznej. Po przepchnięciu kuli 5 do części komory 2 tulei pomiędzy jej spodem a regulatorem 9, kulki 10’ wracają do swojego początkowego położenia, a cykl pracy regulatora 9 powtarza się. Liczba cykli jest uzależniona od liczby kul 5 znajdujących się w komorze 2 pomiędzy tłokiem a regulatorem 9, siły uderzenia i sprawności regulatora 9 w dyssypacji energii. Pozostała energia kinetyczna kul 5, które zostały przepchnięte przez regulator 9, jest przekazywana na tuleję w trakcie uderzeń w ścianki i dno komory 2.

   Uderzenia kul 5 w tuleję 1 zmniejszają siłę uderzenia w obiekt chroniony, ponieważ ich wektor siły ma przeciwny zwrot w stosunku do wektora siły uderzającej w tuleję 1 absorbera z zewnętrz.

   Wynalazek znajduje zastosowanie w pojazdach silnikowych do przewozu osób lub ładunków do ochrony tych pojazdów, a także znajdujących się w nich osób, przed negatywnymi skutkami zderzeń i uderzeń, poprzez jego zastosowanie w zderzakach pojazdów silnikowych służących do przewozu osób lub ładunków. Takie zastosowanie wynalazku wymaga dobrania wymiarów jego poszczególnych elementów, zastosowanej liczby kul 5 czy też zastosowanej warstwy 12 absorbującej energię kinetyczną.

   Ponadto wynalazek znajduje zastosowanie również do ochrony zawieszenia pojazdów i urządzeń latających przed skutkami uderzeń o podłoże, a także ochrony pilotów i pasażerów statków powietrznych przed negatywnymi skutkami awaryjnego lądowania.

   Absorber według wynalazku może być również zastosowany do ochrony statków wodnych wpływających do portów, kanałów oraz nabrzeży, a także ochrony nabrzeży przed uderzeniami statków.

   Ponadto rozwiązanie może być również wykorzystywane do ochrony ruchomych elementów maszyn przed zniszczeniem.

   Wykaz oznaczeń

   1 - tuleja

   2 - komora

   3 - tłok

   4 - tłoczysko

   5 - kula

   6 - wylot

   7 - blokada

   8 - przewężenie

   9 - regulator

   10 - docisk

   10 ’ - kulka

   11 - kołnierz

   12 - warstwa

   12 ’ - otwór

   13 - pierwsza tarcza

   13 ’ - druga tarcza

   14 - rura

   15 - uchwyt

   16 - kanał

   17 - pojemnik

   Zastrzeżenia patentowe

   1. Absorber energii kinetycznej zawierający tłok z tłoczyskiem oraz tuleję, przy czym tłok jest w cylindrycznej komorze tej tulei, a komora tulei na jednym końcu jest zaślepiona, a na drugim ma wylot z blokadą mechaniczną zabezpieczającą tłok przed wysunięciem z komory, znamienny tym, że na obwodzie jego tulei (1) jest zamontowany współosiowo co najmniej jeden pierścieniowy regulator (9) za pomocą połączenia rozłącznego, a ponadto tuleja (1) na swoim obwodzie, w miejscu zamontowania regulatora (9), ma co najmniej trzy otwory (12’), zaś regulator (9) zawiera dociski (10) w liczbie odpowiadającej liczbie otworów (12’), przy czym dociski (10) regulatora (9) są wystające przez te otwory (12’) do wnętrza komory (2), przez co jest

   PL 241 327 B1 utworzone odcinkowe zwężenie komory (2), zaś pomiędzy tłokiem (3) a dociskami (10) co najmniej jednego regulatora (9) w komorze (2) tulei (1) są kule (5) o średnicy mniejszej od średnicy komory (2), przy czym odległość pomiędzy spodem komory (2) tulei (1), utworzonym przez jej zaślepienie, a dociskami (10) jest równa lub większa średnicy jednej kuli (5) z tolerancją 15%.
2. 2. Absorber według zastrz. 1, znamienny tym, że jego tłoczysko (4) tłoka (3) jest zakończone pierwszą tarczą (13).
3. 3. Absorber według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że jego regulator (9) jest połączony z tuleją (1) połączeniem gwintowym.
4. 4. Absorber według zastrz. 1 albo 2, albo 3, znamienny tym, że jego regulator (9) ma obwodowy kołnierz (11), a dociski (10) regulatora (9) są dociśnięte do otworów (12’) tulei (1) wewnętrzną powierzchnią tego kołnierza (11).
5. 5. Absorber według zastrz. 4, znamienny tym, że na wewnętrznej powierzchni kołnierza (11) jego regulatora (9) jest warstwa (12) absorbująca energię kinetyczną z elastycznego materiału.
6. 6. Absorber według zastrz. 4, znamienny tym, że na wewnętrznej powierzchni kołnierza (11) jego regulatora (9) jest warstwa (12) absorbująca energię kinetyczną z plastycznego materiału.
7. 7. Absorber według zastrz. 4 albo 5, albo 6, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia kołnierza (11) jego regulatora (9) ma średnicę zwiększającą się wzdłuż osi komory (2) tulei (1).
8. 8. Absorber według jednego z zastrz. od 4 do 7, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia kołnierza (11) jego regulatora (9) ma kształt ściętego stożka.
9. 9. Absorber według jednego z zastrz. od 4 do 7, znamienny tym, że wewnętrzna powierzchnia kołnierza (11) jego regulatora (9) ma kształt ściętego ostrosłupa foremnego.
10. 10. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 9, znamienny tym, że jego dociski (10) są w postaci kulek (10’).
11. 11. Absorber według zastrz. 10, znamienny tym, że otwory (12’) w jego tulei (1) mają średnicę większą od średnicy kulek (10’), a od strony komory (2) mają przewężenie, w obszarze którego ich średnica jest mniejsza od średnicy kulek (10’).
12. 12. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 11, znamienny tym, że zawiera trzy regulatory (9) połączone rozłącznie z jego tuleją (1) oraz ułożone w szeregu.
13. 13. Absorber według zastrz. 12, znamienny tym, że jego kule (5) są ułożone pomiędzy tłokiem (3) a co najmniej jednym regulatorem (9).
14. 14. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 12, znamienny tym, że jego komora (2) pomiędzy spodem a otworami (12’) jest zagięta.
15. 15. Absorber według zastrz. 14, znamienny tym, że jego komora (2) ma spód z wklęsłym zakrzywieniem.
16. 16. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 15, znamienny tym, że jego pierwsza tarcza (13) od strony jej połączenia z tłoczyskiem (4) jest połączona z rurą (14), która jest współosiowa z tłoczyskiem (4), które jest wewnątrz tej rury (14), a wewnętrzna średnica rury (14) jest większa od zewnętrznej średnicy tulei (1).
17. 17. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 16, znamienny tym, że jego tuleja (1) od strony przeciwnej w stosunku do jej wylotu (6) jest zakończona drugą tarczą (13’).
18. 18. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 16, znamienny tym, że jego tuleja (1) od strony przeciwnej w stosunku do jej wylotu (6) jest zakończona uchwytem (15).
19. 19. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 18, znamienny tym, że kula (5) położona, w pozycji początkowej, najbliżej spodu jego komory (2) ma mniejsza średnicę od pozostałych kul (5).
20. 20. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 19, znamienny tym, że jego kule (5) mają zróżnicowaną względem siebie średnicę i ułożone są od najmniejszej do największej pomiędzy tłokiem (3) a co najmniej jednym regulatorem (9), przy czym najmniejsza kula (5) jest położona najbliżej tego regulatora (9).
21. 21. Absorber według jednego z zastrz. od 1 do 21, znamienny tym, że jego komora (2) przy spodzie posiada kanał (16) o średnicy większej niż kule (5), a spód komory (2) jest pochylony w stronę tego kanału (16).
22. 22. Absorber według zastrz. 21, znamienny tym, że posiada pojemnik (17) na kule (5) przymocowany do tulei (1) na kanale (16) komory (2).