Podstawy Projektowania Obrabiarek

inż. Marcin WagnerMT MiBM RMT7 MB5

Gliwice, 20 październik 2011 r.

I. Definicja terminu „zderzak”

II. Rodzaje zderzaków

III. Literatura

Termin ten w literaturze polskiej jest używany dla dwóch, różniących się od siebie

znaczeń.

Według „Leksykonu Naukowo-Technicznego”, określenie zderzak jest definiowane jako:

„Urządzenie pochłaniające energię uderzenia”.

W „Encyklopedii Techniki. Budowa Maszyn” czytamy:

„Element ograniczający ruch jakiegoś zespołu maszyny, przyrządu itp.

lub też zmieniający prędkość albo kierunek tego ruchu.”

Według „Leksykonu Naukowo-Technicznego”, określenie zderzak jest definiowane jako:

„Urządzenie pochłaniające energię uderzenia”.

W „Encyklopedii Techniki. Budowa Maszyn” czytamy:

„Element ograniczający ruch jakiegoś zespołu maszyny, przyrządu itp.

lub też zmieniający prędkość albo kierunek tego ruchu.”

1.Zderzaki sprężynowe

2.Zderzaki hydrauliczne

3.Zderzaki z elementami gumowymi

4.Zderzaki elastomerowe

5.Zderzak Lucjana Łągiewki

6.Zderzak „ASPE MW”

Podstawowymi zderzakami są zderzaki sprężynowe. Zderzak działa na zasadzie sprężyny pierścieniowej o odpowiednich krawędziach stożkowych.

Podczas działania siły nacisku na tarcze zderzaka (faza II) wszystkie pierścienie wewnętrzne są dociskane do siebie i wciskane pomiędzy pierścienie zewnętrzne.

Tuleja wsuwa się w pochwę zderzakową .Gdy na zderzak nie działa żadna siła (faza I), to wszystkie pierścienie zewnętrzne wypychają pierścienie wewnętrzne. Tuleja zderzaka powraca do poprzedniej pozycji.

Zderzaki hydrauliczne mają bardziej złożoną budowę niż zderzaki sprężynowe.

Składają się z wielu elementów wpływających na wytracenie energii, a kluczową rolę w ich działaniu ma dławiony przepływ oleju.

Ze względu na sposób stopniowania oporów przepływu oleju można wyróżnić: zderzaki z dużą liczbą otworów stopniowo zasłanianych tłokiem, zderzaki z otworami wykonanymi w tulei cylindra, zderzaki z otworami wykonanymi w tłoku lub tłoczysku, zderzaki z jednym otworem zasłanianym kształtowym

trzpieniem,

Jest wiele konstrukcji zderzaków hydraulicznych, a wszystkie typy tych urządzeń łączy jedna zasada działania.

Każdy zderzak hydrauliczny składa się z cylindra wypełnionego olejem oraz tłoczyska z tłokiem lub nurnika, poruszającego się wewnątrz tego cylindra.

Dla utrzymania tłoka we właściwej pozycji, w zderzaku zamontowana jest np. sprężyna, zapewniająca powrót tłoka do pozycji wyjściowej, po zadziałaniu zderzaka.

W czasie gdy zderzak zostaje obciążony, masa uderzająca w zderzak powoduje wytworzenie ciśnienia oleju w cylindrze poprzez poruszający się tłok. Olej przedostaje się przez otwory do zewnętrznego cylindra.

Prędkość tłoka oraz opóźnienie są zdeterminowane przez prędkość, z jaką olej będzie się przedostawał z jednego cylindra do drugiego.

Liczba wywierconych otworów, ich średnica a także rozmieszczenie, są dobrane w taki sposób, aby średnie opóźnienie masy uderzającej w zderzak nie osiągnęło wartości przyspieszenia ziemskiego podczas hamowania.

Podczas gdy tłok lub nurnik porusza się, stopniowo zasłania kolejne otwory, a tym samym zmniejsza powierzchnię, przez którą przepływa olej. Zapewnia to jednostajne opóźnienie.

Zderzak hydraulicznya)z obudową tłoczyskab)z krzywką liniową

Łącznik krańcowy (13) monitoruje wysunięcie

zderzaka a tym samym jego gotowość do zadziałania.

Łącznik ten jest wyzwalany poprzez nacisk obudowy tłoczyska (10) lub liniową

krzywkę (17).

Zderzaki te pochłaniają energią na zasadzie odkształceń sprężystych, jakie dokonują się w miękkim, gumowym materiale.

W taborze kolejowym stosuje się zderzaki z pierścieniami gumowymi.

Wszystkie wymiary tych zderzaków, łącznie ze skokiem, są takie jak zderzaków sprężynowych.

W omawianym zderzaku znajdują się dwa zespoły pierścieni gumowych, z których pierwszy zespół, naciskany bezpośrednio przez kołnierz tulei, jest oparty o tuleję i pierścień oporowy, natomiast drugi zespół, naciskany przez trzon i podkładkę o płytę zderzakową.

Każdy z zespołów składa się z wielu pierścieni gumowych oraz odpowiednich przekładek.

W pierwszym zespole mieści się 15 pierścieni gumowych o wymiarach 138x84x20 mm,.

W zespole drugim 12 pierścieni gumowych o wymiarach 123x71x20 mm.

Przekładki znajdujące się między pierścieniami gumowymi są wykonane z blachy ocynkowanej grubości 2 mm.

Poza koleją, w budowie maszyn stosuje się również mniej skomplikowane konstrukcyjnie, a przez to i dużo tańsze zderzaki gumowe zwane „odbijakami”.

Posiadają one zdolność do wyhamowania tylko bardzo małych sił. Takie „odbijaki” mają bardzo zróżnicowane kształty, w zależności

od potrzeb i wymiarów.

Zderzaki z wkładkami elastomerowymi zostały omówione na podstawie zderzaka stosowanego w wagonach kolejowych oraz tramwajowych.

Zderzak  składa się z następujących zespołów: pochwa z  tarczą, tuleja z płytą,   amortyzator elastomerowy, amortyzator sprężynowy.

Działanie zderzaka jest następujące:

W pierwszej fazie pracy zderzaka ugina się amortyzator sprężynowy.

Po osiągnięciu siły ok. 30 kN następuje wyczerpanie skoku tego amortyzatora.

Dalszy wzrost siły powoduje włączenie się do pracy amortyzatora elastomerowego.

Trzon tego amortyzatora wciskany jest do jego wnętrza, aż do wyczerpania  skoku zderzaka.

Po wyczerpaniu  skoku zderzaka przekazywanie  sił  następuje poprzez jego korpus.

Po ustąpieniu siły amortyzatory wracają do położenia początkowego.

Wynalazek pana Lucjana Łągiewki jest bardzo prosty. A mianowicie, siła uderzenia o przeszkodę zostaje przeniesiona za pomocą zębatki i koła zębatego na niewielki, szybkoobrotowy wirnik. W ten sposób pewna część energii kinetycznej po zderzeniu z przeszkodą trafia do wirnika w postaci energii kinetycznej ruchu obrotowego.

Zderzak pana Lucjana Łągiewki

z dolnośląskich Kowar, nazwano Energetycznym

PrzetwornikiemAkumulująco-

Rozpraszającym – w skrócie „EPAR”.

Siła zderzenia napędza za pomocą przekładni (D, E, F) niewielki wirnik (C). Energia zderzenia jest czasowo gromadzona w dodatkowym elemencie sprężystym (np. pneumatycznym(A)).

Teoria Łągiewki sprowadza się do rozpatrywania zjawisk mechanicznych jedynie w kategoriach energetycznych.

Pan Lucjan odrzuca zasadę zachowania pędu oraz inne jej sformułowanie, jaką jest trzecia zasada dynamiki Newtona.

Jego zdaniem w naturze nie ma czegoś takiego jak pęd, jest tylko energia.

Energia kinetyczna jest niesłusznie uznawana przez naukę za skalar, a powinna być pojmowana jako wektor.

Siła jest w teorii Łągiewki tylko zewnętrznym i powierzchownym objawem przepływu energii.

Niestety, wynalazek spotkał się z murem ignorancji w środowiskach naukowych, które nie potrafiły zaakceptować faktu obalenia mechaniki klasycznej.

Wrogami odkrycia mieli być również przedstawiciele zachodnich koncernów samochodowych, których produkcja niezniszczalnych i super bezpiecznych samochodów przerażała. Zamiast drogich poduszek powietrznych, pasów z pirotechnicznymi napinaczami, stref kontrolowanego zgniotu mieliby instalować jedno tanie urządzenie nadające się po wypadku do prostej i praktycznie bezkosztownej regeneracji.

W dniu 11-go stycznia 2003 roku mechanizm ten został potwierdzony naukowo. Zakończony został bowiem pierwszy etap badań nad słynnym już dynamicznym zderzakiem bezwładnościowym wynalezionym przez Lucjana Łągiewkę. 

Zjawiska występujące w zderzaku opisał i wyjaśnił naukowo prof. dr hab. inż. Marian Witalis Dobry, Kierownik „Laboratorium Dynamiki I Ergonomii Systemów Człowiek-Narzędzie” Politechniki Poznańskiej.

Głównym problemem była wielkość zderzaka, który był za duży. W Przypadku samochodu wypełniłby całe miejsce pod maską i jeszcze trochę.

Wynalazca z Kowar postanowił zminiaturyzować konstrukcję, zapewniając jej podobną efektywność przy dziesięciokrotnie mniejszych wymiarach. Wtedy zrobiono coś, czego do tej pory nie zrobił nikt na świecie: zamontowano dwa prototypy zderzaków w przedniej części używanej skody i rozpoczęto próby. Po raz pierwszy taki mechanizm można było przetestować w aucie (a nie w ścianie, czy w małym modelu).

Zderzak Łągiewki zamontowany w samochodzie marki Skoda.

Zderzak Łągiewki zamontowany w samochodzie marki Citroen.

Koncepcja opiera się na zjawisku ścinania. Działanie tej koncepcji zaczerpnąłem z konstrukcji

sprzęgła przeciążeniowego, zwanego często sprzęgłem bezpieczeństwa.

W sprzęgle tym, pomiędzy dwoma głównymi częściami, znajduje się „kołek bezpieczeństwa”, czyli sworzeń, który zostaje ścięty, gdy przeciążenia pochodzące od strony maszyny roboczej są większe od dopuszczalnych.

Do opisanego wcześniej zjawiska ścinania kołków bezpieczeństwa, dodałem jeszcze dwie zasadnicze części:a) gumowy element zwany „odbijakiem”,b) odkształcalny płaskownik.

W ten sposób powstał „Awaryjny System Pochłaniania Energii”, działający w 3 etapach:

  ETAP 1 – dzięki zastosowaniu gumowego elementu

(odbijaka), Działanie: wyhamowanie małych prędkości suportu oraz

zredukowanie hałasu .

ETAP 2 – dzięki zastosowaniu kołków bezpieczeństwa, Działanie: wyhamowanie zasadnicze, czyli wytracenie

większości energii uderzenia poprzez ścięcie kołków bezpieczeństwa.

ETAP 3 – dzięki odkształcalnemu płaskownikowi, Działanie: wyhamowanie pomocnicze (dodatkowe), czyli

ostateczne wyhamowanie suportu poprzez odkształcenia sprężyste a następnie plastyczne płaskownika.

1 – belka główna

2 – ścinany kołek

3 – podstawa

4 – płaskownik

5,6 – elementy zakrywające

7 – element gumowy (odbijak)

• „Leksykon Naukowo-Techniczny”, wyd. Naukowo-Techniczne; Warszawa 1972, 2001.

• „Encyklopedia Techniki. Budowa Maszyn”, wyd. Naukowo-Techniczne; Warszawa 1969.

• Strona internetowa fanów taboru kolejowego,http://www.konduktor.yoyo.pl/instrukcje/zderzaki.htm

• Strona internetowa opisująca budowę zderzaka z sprężyną pierścieniową,http://pl.wikipedia.org/wiki/Zderzak_(kolejnictwo)

• Instrukcja obsługi zderzaka hydraulicznego „WHB”,http://www.liftcomponents.pl/files/instrukcja_obslugi_zderzaka_whb.pdf

• Oferta zderzaków gumowych firmy „Intersystem”,http://www.autoakcesoria.com.pl/sklep/zderzaki/gumowe

• Artykuł Marcina Siennickiego pt.: „Zderzak Łągiewki”,http://www.racjonalista.pl/kk.php/s,2645

• Strona int. poświęcona wynalazkowi znanemu jako "zderzak Łągiewki",http://www.jakubw.pl/zderzak/index.html

• Artykuł Roberta Wyszyńskiego pt.: „Zderzak kontra beton”,http://www.gazeta.olawa.pl/archiwum/2000/gospodarka/2005/1g1.htm

Dziękuję za uwagę

i życzę miłego dnia! :)