Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do ab¬ sorpcji energii mechanicznej, zwlaszcza energii bar¬ dzo silnych uderzen.Urzadzenie takie stosowane jest do pochlaniania energii uderzen w pojazdach szynowych, pojaz¬ dach samochodowych, w budowie armat i wyrzut¬ ni rakietowych tip.', jako ogranicznik ruchu wind, suwnic, dzwigów i innych ruchomych urzadzen i elementów maszyn oraz do tlumienia drgan po¬ wstajacych w czasie ruchu pojazdów, pracy ma¬ szyn i urzadzen.Urzadzenie bedace przedmiotem wynalazku przy¬ stosowane jest do spelniania równoczesnie dwóch wymienionych funkcji.Znane urzadzenia do absorpcji energii mecha¬ nicznej charakteryzuja sie scisle okreslonym prze¬ znaczeniem, o scisle okreslonej wartosci absorbo¬ wanej energii. W przypadku przekroczenia tych wartosci nie spelniaja swojej roli ulegajac znisz¬ czeniu, natomiast dla nizszych wartosci energii za¬ chowuja sie jak ciala sprezyste przenoszac dzia¬ lajace sily na urzadzenia, na których sa zainsta¬ lowane. Z tego powodu znane absorbery energii uderzen nie moga spelniac jednoczesnie roli tlu¬ mika drgan, a znane urzadzenia tlumiace drga¬ nia nie spelniaja równoczesnie roli absorberów energii uderzen.Ponadto znane rozwiazania maja te wade, ze pod wplywem zmian temperatury otoczenia, badz wsku¬ tek podnoszenia sie temperatury absorbera w wy- 15 20 30 niku przemiany absorbowanej energii na cieplo, nastepuje wydatna zmiana ich charakterystyki.W obnizonych temperaturach ponizej —30°C absor¬ bery tego typu traca swoje wlasciwosci wskutek krzepniecia plynów czy smarów, natomiast w tem¬ peraturach powyzej +30°C lepkosc plynów i sma¬ rów obniza sie, przez co zdolnosc pochlaniania energii absorbera ulega znacznemu zmniejszeniu.W znanych urzadzeniach energie mechaniczna absorbuja zespoly sprezyn stalowych, wkladki ze zwulkanizowanych gum organicznych, a w tlumi¬ kach drgan media typu alkoholi alifatycznych, gli¬ koli, olejów mineralnych i silikonowych, a takze rózne pasty sporzadzone na bazie zywic, olejów i mineralnych wypelniaczy.Znane np. z polskiego opisu patentowego nr 73 176 urzadzenia do amortyzowania bardzo silnych ude¬ rzen i przeznaczone dla pojazdów szynowych zbu¬ dowane jest z dwóch wspólosiowych cylindrów, miedzy które wsuwa sie trzeci zakonczony piers¬ cieniem elipsoidalnym o wiekszej srednicy niz od¬ step miedzy tymi cylindrami. Energia uderzenia po¬ chlaniana jest wskutek odksztalcenia wspólosio¬ wych cylindrów i tarcia pierscienia. Urzadzenie to przy nizszych energiach uderzen zachowuje sie jako cialo sztywne, natomiast przekroczenie do¬ puszczalnej energii niszczy absorber. Ponadto ab¬ sorber ten nie tlumi drgan. Znany z polskiego opisu patentowego nr 69 315 tlumik drgan sklada 123 4721,23 3 sie z dwu pierscieni przedzielonych elastyczna wkladka. Uderzenie moze tlumic drgania, natomiast energia uderzen-olfksztalca elasytczna wkladke, co powoduje koniecznosc jej wymiany.Znane równiez z polskiego opisu patentowego nr 83 615 wibroizolatory z wiskotycznym tlumikiem drgan zbudowarfe^sa z cylindra i tloka, miedzy którymi znajduje sie ciecz o wysokiej lepkosci typu parafiny czy oleju silikonowego. Tlumik taki nie absorbuje energii, uderzen, a przy wzroscie amplitudy i czestosci drgan znacznie zmniejsza sie ilosc pochlonietej energii, szczególnie gdy medium tlumiacym jest olej silikonowy.Znane jest z francuskiego - opisu patentowego nr 2197 432 urzadzenie amortyzujace, w którym jako medium zastosowano jednakowy blizej nie okreslony elastomer wypelniajacy duzy cylinder i poruszajacy sie w nim maly cylinder z umiesz¬ czonym wewnatrz tlokiem. Jest to znany w tech¬ nice sposób amortyzacji duzych i malych energii poprzez dostosowanie objetosci elastomeru do wiel¬ kosci dzialajacych sil. Urzadzenie to amortyzuje dzialajace sily, jednak nie jest zdolne do równo¬ czesnego spelniania funkcji tlumika drgan i ogra¬ nicznika ruchu, gdyz zawiera w obu cylindrach jednakowy sprezysty elastomer.Znane sa tez z opisu patentowego RFN nr 2 256 201 rózne urzadzenia, róznie zbudowane, przedstawiajace tlumik hydrauliczny wspomagany amortyzujaca sprezyna, z cylindrem wypelnionym medium o wlasnosciach lepkich, oraz urzadzenia zawierajace jako medium amortyzujace tworzywa spienione, a takze zawierajace jako medium tlu¬ miace substancje sproszkowane. Kazde z wymie¬ nionych rozwiazan przez zastosowanie badz me¬ dium lepkiego, takiego jak ciecz lub substancje sproszkowane, badz sprezystego tworzywa spienio¬ nego nie jest zdolne do równoczesnego spelniania funkcji absorbera enrgii i tlumika drgan badz ogranicznika ruchu, szczególnie gdy przemiennie dzialaja duze lub male sily. )r Przedstawione Wyzej znane urzadzenia do ab¬ sorpcji energii uderzen, badi do tlumienia drgan spelniaja jedna scisle okreslona funkcje i prze¬ znaczone sa dla scisle okreslonych warunków ich eksploatacji. Wszystkie odchylenia od tych wa¬ runków powoduja koniecznosc zmiany konstrukcji tych urzadzen oraz zastosowania róznych mediów dla tlumienia drgan, badz absorpcji energii ude¬ rzen. Plynne przejscie od funkcji tlumika drgan do ogranicznika ruchu i dalej absorbera energii uderzen w urzadzeniach tych nie jest mozliwe do osiagniecia. Ponadto w znanych urzadzeniach nie mozna uzyskac wzrostu chlonnosci energii wraz ze wzrostem ilosci dostarczonej energii dla pow¬ tarzajacych sie w krótkich odstepach czasu silnych uderzeniach i drganiach o zmieniajacej sie am¬ plitudzie.Celem wynalazku jest opracowanie urzadzenia pozbawionego wyzej wymienionych niedogodnosci uzytkowych.Urzadzenie wedlug wynalazku, sluzace do ab¬ sorpcji energii mechanicznej, zwlaszcza energii bardzo silnych uderzen, zbudowane jest ze znane¬ go ukladu zlozonego z cylindra nieruchomego osa- 472 4 dzonego na pojezdzie lub maszynie oraz jednego lub wielu cylindrów z dnem wsuwajacych sie wspólosiowo do cylindra nieruchomego oraz tloka wsuwajacego sie wspólosiowo do skrajnego cylin¬ dra przejmujacego energie uderzen.Istota wynalazku "jest wypelnienie pustej przest¬ rzeni, powstalej po nieznacznym wsunieciu* sie cy-' lindrów jeden w drugi i tloka* w skrajny cylinder, materialem zdolnym do przejmowania energii me- } chanicznej róznym w poszczególnych cylindrach i rózniacym sie zdolnoscia rozpraszania energii.W cylindrze nieruchomym znajduje sie material wysokosprezysty, a w cylindrze skrajnym material lepko-sprezysty o duzym udziale wlasnosci lep- t kich. W cylindrze lub cylindrach posrednich, gdy urzadzenie jest wielocylindrowe, znajduje sie ma¬ terial lepko-sprezysty o wzrastaja.cj sprezystosci w kierunku do cylindra nieruchomego.Okazalo sie, ze funkcje absorbera energii, tlumi- 2o ka drgan i ogranicznika ruchu spelnia urzadze¬ nie skladajace sie co najmniej z cylindra nieru¬ chomego wypelnionego materialem sprezystym oraz wspólosiowo wsuwajacego sie drugiego cylin¬ dra, wypelnionego materialem lepko-sprezystym, 25 w który wsuwa sie tlok przejmujacy energie ude¬ rzen.Stwierdzono, ze od wielkosci energii uderzen i wielkosci energii drgan, oraz od dlugosci drogi hamowania (amplitudy) przy ograniczaniu (hamo- 30 waniu) ^rzez urzadzenie ruchu pojazdu lub ele¬ mentu maszyny zaleza wymiary cylindrów i nie¬ zbedne ilosci materialów absorbujacych energie mechaniczna. Ponadto stwierdzono, ze dlugosc, cy¬ lindrów jest scisle zwiazana z droga hamowania 35 dzialajacych sil i scisle zalezy od przeznaczenia- urzadzenia.W przypadku, gdy urzadzenie jest wielocylindro¬ we stosunek srednic D "cylindrów, do srednic wew¬ netrznych d cylindrów, w które wsuwaja sie cy- 40 lindry o odpowiednich srednicach zewnetrznych D, moze wynosic od 0,001 do 0,999, a stosunek ob¬ jetosci V pustych przestrzeni pomiedzy kolejnymi cylindrami moze wynosic od 0,001 do 1000.Stwierdzono równiez, ze korzystnie jako mate- 45 rialy wysokosprezyste znajdujace sie w cylindrze nieruchomym stosuje sie materialy na bazie poli¬ merów polisiloksanowych o module sprezystosci wyzszym od 104N/m2, a jako materialy lepko-spre- zyste znajdujace sie w skrajnym cylindrze stosuje sie materialy na bazie polimerów polisiloksano¬ wych o sredniej lepkosci wyzszej od 108cP.Urzadzenie wedlug wynalazku, dzieki zastosowa¬ nej konstrukcji i uzyciu w poszczególnych cylin¬ drach jako pochlaniacza energii materialów o od¬ powiednio dobranych wlasnosciach, moze jedno- 55 czesnie spelniac funkcje tlumika drgan o róznej amplitudzie i czestotliwosci, ogranicznika ruchu i absorbera energii uderzen o chlonnosci wzra¬ stajacej ze wzrostem ilosci dostarczanej*^nergii.Wynalazek jest objasniony w przykladzie wyko- 60 nania na rysunku, na którym przedstawiono prze¬ krój urzadzenia trójcylindrowego w ujeciu sche¬ matycznym.Do cylindra 4 o srednicy wewnetrznej di = 200mm, w którym przestrzen Vi o objetosci 2200 cm3 wy- 65 pelniona jest wysokosprezystym polimerem poli-123 472 5 6 siloksanowym 1 o module sprezystosci 107N/m2, wsuniety jest cylinder 5 o srednicy zewnetrznej D*=170 mm, wewnetrznej d2= 150 mm i objetos¬ ci \t=2600 cms, wypelniony lepko-sprezystym po¬ limerem polisiloksanowym 2 o module sprezystos¬ ci 10eN/m* i lepkosci 1P7cP. Polimer ten jest utrzy¬ mywany w stanie naprezonym przez uszczelke 11 dociskana sprezyna 10. Do cylindra 5 wsuniety jest cylinder 6 o srednicy zewnetrznej Ds=120 mm i wewnetrznej ds= 100 mm. Do cylindra 6 wcho¬ dzi tlok 7 o srednicy zewnetrznej D4= 50 mm.W cylnidrze 6 znajduje sie lepki polimer polisi- loksanowy 3 o lepkosci 106 cP i module sprezy¬ stosci 105N/m* wypelniajacy przestrzen Vs=1200 cm*.Polimer ten utrzymywany jest w stanie naprezo¬ nym przez uszczelke 9 dociskana sprezyna 8. Cy¬ lindry 4, 5, 6 wykonane sa z niskoweglowej stali chromowanej galwanicznie a tlok 7 ze stali kon¬ strukcyjnej. Uszczelki 9 i 11 wykonane sa z poli- czterofluoroetylenu a sprezyny 8 i 10 ze stali za¬ pewniajacej mozliwie niskie odksztalcenie trwale w czasie wieloletniej eksploatacji urzadzenia. Przy wystapieniu drgan o niewielkiej amplitudzie tlok 7 wsuwa sie do materialu 3, który hamuje jego ruch dzieki czemu wsuwa sie ze zmniejszajaca sie cze¬ stotliwoscia, co daje wygaszenie sinusoidy drgan.Drgania o duzej amplitudzie wytlumiane sa przez zespól cylindrów 5 i 6.W przypadku, gdy urzadzenie spelnia funkcje ogranicznika ruchu, w momencie uderzenia jego energie przejmuje czesciowo material 2, nastepnie pochlania ja material 3, a w koncowej fazie ha¬ mowania ruchu cylinder 6 wsuwa sie w material 2.W przypadku znacznego zwiekszenia sie masy, której ruch jest hamowany (np. suwnica z ladun¬ kiem) tlok 7 opiera sie o cylinder 6, wsuwa go w cylinder 5 i caly zespól opiera sie w konco¬ wej fazie ruchu o material 1.Przy wystapieniu silnego uderzenia, bezwladnosc urzadzenia powoduje, ze energie przejmuje mate¬ rial 2 zachowujac sie jak cialo sprezyste, nastep¬ nie material 1, po tym znów material 2 jako cialo o zmniejszajacej f sie sprezystosci i 'wzrastajacej lepkosci w miare pochlaniania energii. Nastepnie "material 3 spelnia role ogranicznika ruchu wsku¬ tek zanurzania sie tloka 7. W przypadku gwaltow¬ nego uderzenia- o energii wielokrotnie wiekszej niz zakladana uderzenie przyjmuje material 2 ule¬ gajac rozdarciu na drobne fragmenty, nastepnie material 1, a po tym znów material 2, którego struktura ulegla juz odbudowie i zaczyna praco¬ wac jako* substancja lepka. Powrót cylindrów do stanu wyjsciowego nastepuje w ciagu kilkunastu sekund po uderzeniu. 4 Zastrzezenia patentowe 1. Urzadzenie do absorpcji energii mechanicznej, zwlaszcza energii bardzo silnych* uderzen zlozone z cylindra nieruchomego osadzonego na pojezdzie lub maszynie oraz jednego lub wielu cylindrów z dnem wsuwajacym sie wspólosiowo do cylindra nieruchomego /oraz tloka wsuwajacego sie wspól¬ osiowo do skrajnego cylindra i bezposrednio przej¬ mujacego energie uderzen, znamienne tym, ze pu¬ sta przestrzen powstala po nieznacznym wsunie¬ ciu sie cylindrów (4, 5, 6) jeden w drugi i tloka (7) w skrajny cylinder (6) wypelniona jest materialem (1, 2, 3) zdolnym do przejmowania energii mecha¬ nicznej róznym w poszczególnych. cylindrach i róz¬ niacym sie zdolnoscia rozpraszania energii, przy czym w cylindrze nieruchomym (4) znajduje sie material wysokosprezysty (1), a w cylindrze skraj- ? nym (6) znajduje sie material lepko-sprezysty (3) o duzym udziale wlasnosci lepkich, natomiast w cylindrach posrednich (5) znajduje sie material lepko-sprezysty (2) o wzrastajacej sprezystosci W kierunku do cylindra nieruchomego (4). 2. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze zlozone jest co najmniej z cylindra nierucho¬ mego (4) wypelnionego materialem sprezystym (1) oraz wspólosiowo wsuwajacego sie drugiego cy¬ lindra (5) wypelnionego materialem lepko-sprezy¬ stym (2), w który wsuwa sie tlok (7) przejmujacy energie uderzen. x 3. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze stosunek srednic (Dsidi) i dalszych (Ds:d2; D4:d3) cylindrów (4, 5, 6) i tloka (7) wynosi od 0,001 do 0,999. 4. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze stosunek objetosci pustych przestrzeni (Vi:V2) i dalszych (V2:Vs) pomiedzy cylindrami (4, 5, 6) i tlokiem (7) wynosi od 0,001 do 1000. 5. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze jako material wysokosprezysty (1) stosuje sie materialy na bazie polimerów polisiloksanowych o module sprezystosci wyzszym od 104N/m2.. 6. Urzadzenie wedlug zastrz. 1, znamienne tym, ze jako material lepko-sprezysty (2^3) stosuje sie materialy na bazie polimerów polisiloksanowych o sredniej lepkosci wyzszej od 108cP. 19 15 20 25 30 35 40 . 45123 472 Km\\\\\\\\\\wv\\\\\\\\\\^ PZG O/Piotrków 1150 01.85 120 egz.Cena 100 zl PL PL