PL211419B1 - Urządzenie pochłaniające energię uderzenia - Google Patents

Description

(21) Numer zgłoszenia: 377885 (51) Int.Cl.

E01F 15/00 (2006.01) F16F 7/00 (2006.01)

Urząd Patentowy Rzeczypospolitej Polskiej (22) Data zgłoszenia: 28.10.2005 (54) Urządzenie pochłaniające energię uderzenia

(43) Zgłoszenie ogłoszono: 30.04.2007 BUP 09/07	(73) Uprawniony z patentu: POLITECHNIKA KOSZALIŃSKA, Koszalin, PL
(45) O udzieleniu patentu ogłoszono: 31.05.2012 WUP 05/12	(72) Twórca(y) wynalazku: TOMASZ KRZYŻYŃSKI, Koszalin, PL TOMASZ WITKOWSKI, Kępice, PL

PL 211 419 B1

Opis wynalazku

Dziedzina techniki

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie pochłaniające energię uderzenia. Znajduje ono zastosowanie w konstrukcjach, na które oddziaływają obciążenia w postaci impulsów siły o dużej wartości, wywołane uderzeniem obiektu o dużej energii kinetycznej. Znajdują one zastosowanie również we wszelkiego rodzaju konstrukcjach ochronnych znajdujących cię wzdłuż dróg, których zadaniem jest zapewnienie bezpieczeństwa pasażerom pojazdów, najeżdżających na przeszkody znajdujące się w pobliż u korony drogi.

Stan techniki

W literaturze USA znane jest urzą dzenie o nazwie Box-Beam Bursting Energy Absorbing Terminal, opublikowane w The Box-Beam Burster Energy Absorbing Tube - Bridge Pier (Beat-Bp) Protection System, John R. Rohde, Dean L. Sicking, John D. Reid, TRB 2003 Annual Meeting. Postać tego urządzenia pokazana jest na rysunku (Pos. 1). Jest to jednokierunkowa osłona umożliwiająca powstrzymanie czołowo najeżdżającego pojazdu lub naprowadzenie go na prawidłowy tor ruchu przy najechaniu pod ostrym kątem. W momencie uderzenia w czoło konstrukcji, głowica zakończeniowa wsuwa się do wnętrza elementu wzdłużnego, który składa się z dwóch belek rurowych o przekroju kwadratowym. Pierwsza sekcja elementu wzdłużnego posiada wymiary: 152 mm x 152 mm x 3,2 mm, natomiast sekcja druga różni się jedynie większą grubością ścianki, która wynosi 4,8 mm. Siła uderzenia powoduje, że głowica przemieszczając się do wnętrza elementu wzdłużnego zaczyna go rozrywać. Aby zapewnić prawidłowy przebieg procesu rozrywania, początkowy odcinek belki jest nacięty w naroż nikach, aby w ten sposób zainicjować dalszą propagację pęknięć. Opisane urządzenie pozwala na rozproszenie energii uderzenia pojazdu. Stosowane jest jako ochrona przed zderzeniem pojazdu z zakończeniem betonowych ochronnych barier drogowych, filarów podtrzymujących mosty i wiadukty oraz innych konstrukcji znajdujących się w pobliżu drogi. Długość urządzenia wynosi, 7,6 m. Składa się ono z następujących elementów: głowica zakończeniowa, element wzdłużny, osiem stalowych słupków oraz elementy mocowania do chronionej przeszkody.

W USA znane jest również rozwią zanie o nazwie Hi-Dro Sandwich Attenuator System, zaaprobowane przez organ administracyjny USA o nazwie Federal Highway Administration. Postać tego urządzenia pokazana jest na rysunku (Pos. 2). Konstrukcja rozprasza energię kinetyczną najeżdżającego pojazdu poprzez wyciśnięcie wody z plastycznych pojemników o kształcie rury. Energia uderzenia pojazdu ulega zamianie na energię kinetyczną wody wydostającej się z tub. Zasobniki wypełnione wodą rozmieszczone są w sektorach rozdzielonych diafragmami. Konstrukcję szkieletu zaprojektowano w taki sposób, aby w momencie uderzenia czoło osłony mogło się cofać, zmniejszając przestrzeń pomiędzy sektorami. Wadą tego urządzenia są pozostałości uderzeniu pojazdu, głównie jest to woda wyciśnięta z pojemników i pozostająca na jezdni, co może być przyczyną poślizgu pojazdów i niepożądanych zdarzeń drogowych.

Naprawa osłony po uderzeniu polega na tym, że jest ona na powrót rozciągana do pierwotnej długości. Następnie kontroluje się pojemniki z wodą, wymienia zniszczone i uzupełnia wodę w pozostałych, jeśli występuje taka konieczność.

Poważnym problemem występującym podczas eksploatacji jest również parowanie wody w czasie wysokich temperatur zewnętrznych lub jej wyciekanie przez pęknięcia i szczeliny w zasobnikach, co powoduje, że ponoszone są wyższe wydatki na utrzymanie sprawności konstrukcji. Problemem są również temperatury poniżej 0°C; aby zapobiec zamarzaniu pojemniki są wypełniane płynnym roztworem chlorku wapnia. Omawiane urządzenie zaprojektowano również w taki sposób, aby w momencie bocznego uderzenia, pojazd został naprowadzony na prawidłowy tor ruchu. Zadanie to jest realizowane przez osłony zabezpieczające przymocowane do boków konstrukcji.

Istota rozwiązania

Urządzenie według wynalazku ma nóż w postaci podłużnego płaskiego suwaka z rozłożonymi wzdłuż jego osi podłużnej poprzecznymi otworami, z których każdy kolejny otwór w kierunku do czoła tego noża ma kształt bardziej wydłużony, korzystnie o stałą wartość. Nóż jest umieszczony wewnątrz szczelinowego otworu obudowy, w której są utwierdzone trzpienie w ilości odpowiadającej ilości otworów w nożu, wystające drugim końcem wewnątrz tych otworów. Usytuowanie trzpieni w kolejnych otworach, znajdujących się coraz bliżej końca noża, jest takie, że odległość każdego kolejnego trzpienia od powierzchni natarcia podłużnego otworu w którym się znajduje, jest większa o tą stałą wartość, korzystnie nieco mniejszą od średnicy trzpienia.

PL 211 419 B1

Korzystna cecha wynalazku polega na tym, że ścinane trzpienie wykonane są z materiału o dużej plastyczności.

Istotna korzystna cecha polega na tym, że otwory w nożu mają płaskie powierzchnie natarcia, pochylone pod kątem, korzystnie 10°.

Inna korzystna cecha polega na tym, że urządzenie ma więcej niż jeden rząd otworów i trzpieni, natomiast zewnętrzny koniec noża zakończony jest płaską głowicą przyjmującą uderzenie.

Działanie urządzenia polega na tym, że pod wpływem uderzenia obiektu w głowicę, umieszczoną na czole noża, przemieszcza się on wewnątrz obudowy, powodując ścinanie kolejnych trzpieni utwierdzonych w obudowie.

Ważną cechą rozwiązania jest rozmieszczenie względem siebie ścinanych trzpieni oraz kształt otworów, rozmieszczonych wzdłuż noża. Każdy kolejny otwór w kierunku końca noża jest dłuższy o wartość przemieszczenia, po którym nastę puje prawie całkowite odcięcie swobodnego końca kolejnego trzpienia. Rozstaw trzpieni powinien zapewnić takie odległości pomiędzy krawędziami otworów, które zapewniają dostateczną wytrzymałość noża.

Jeszcze jedną ważną cechą urządzenia jest kształt powierzchni natarcia podłużnych otworów noża. Najlepsze efekty uzyskuje się, gdy krawędzie powierzchni natarcia otworu są proste i pochylone pod kątem. W momencie uderzenia, łagodniej zagłębiają się one w boczną powierzchnię trzpienia.

Taki kształt otworów i rozmieszczenie trzpieni umożliwia uzyskanie stabilnego procesu rozpraszania energii, bez dużych skoków siły. Podczas przemieszczania się, nóż w momencie oderwania pierwszego trzpienia, oddziałuje już na następny, po czym tak samo ścina kolejne trzpienie.

Urządzenie według wynalazku pozwala na sterowanie ilością rozpraszanej energii uderzenia poprzez zmianę liczebności ścinanych elementów, ich rozmieszczenia oraz materiału. Wiedząc, jaką część energii uderzenia pochłonie ścinany element, można obliczyć ile takich elementów potrzebnych jest, przy zachowaniu maksimum bezpieczeństwa, do powstrzymania obiektu, którego masę i prędkość można określić. Ponadto urządzenie może być stosowane jako pojedynczy absorber lub zespół absorberów, umieszczonych pomiędzy sektorami konstrukcji ochronnych, znajdujących cię wzdłuż drogi.

Ważną zaletą urządzenia jest to, że całkowitemu ziszczeniu ulegają tylko ścinane elementy, które można łatwo zastąpić nowymi, dzięki czemu czas na naprawę po kolizji znacznie się skraca.

Opis rysunków

Przedmiot wynalazku przedstawiono w przykładach wykonania na rysunkach, na których fig. 1 przedstawia główne elementy urządzenia w przekroju poprzecznym, fig. 2 przedstawia widok głównych elementów urządzenia, fig. 3 i fig. 4 - dwa widoki noży, fig. 5 - przekrój noża w miejscu otworu.

Przykład wykonania

Podstawowe elementy w które wyposażone jest urządzenie to nóż 1 mający podłużne otwory 2, umieszczony w szczelinie obudowy 3, w której poprzecznie osadzone są ścinane trzpienie 4, umieszczone pojedynczo w otworach 2. Trzpienie 4 wykonane są z materiału o dużej plastyczności.

Na końcu zewnętrznej części noża 1 znajduje się głowica 5, która ma kształt poprzecznej płyty mogącej przyjąć uderzenie.

Otwory 2 w nożu tnącym mają podłużny kształt, przy czym każdy kolejny otwór jest bardziej wydłużony w kierunku końca tnącego noża 1. Każdy następny otwór 2, w stosunku do otworu poprzedniego, ma podłużny wymiar większy o stałą c, równą połowie średnicy trzpienia 5.

Rozmieszczenie trzpieni 4 jest takie, że odległość między nimi stopniowo zwiększa się, tak aby zapewnić właściwą wytrzymałość ścianek noża 1 między jego otworami 2.

W jednym z rozwiązań nóż 1 wyposażony jest w sześć otworów 2, które mają wydłużony kształt, zbliżony do owalnego, przy czym ostatni otwór wykonany jest w postaci wycięcia na końcu noża.

W drugim rozwiązaniu nóż 1 wyposażony jest w pięć otworów 2, które mają proste powierzchnie natarcia 6, pochylone pod kątem 10°.

Claims (4)

Zastrzeżenia patentowe

1. Urządzenie pochłaniające energię uderzenia, wyposażone w elementy niszczone pod wpływem energii uderzenia, znamienne tym, że ma nóż (1) w postaci podłużnego płaskiego suwaka z rozłożonymi wzdłuż jego osi podłużnej poprzecznymi otworami (2), z których każdy kolejny otwór (2)

PL 211 419 B1 w kierunku do czoła tego noża (1) ma kształt bardziej wydłużony, korzystnie o stałą wartość (c), a nóż (1) jest umieszczony wewnątrz szczelinowego otworu obudowy (3), w której są utwierdzone trzpienie (4) w ilości odpowiadającej ilości otworów (2) w nożu (1), wystające drugim końcem wewnątrz tych otworów (2), przy czym usytuowanie trzpieni (4) w kolejnych otworach (2), znajdujących się coraz bliżej końca noża (1), jest takie, że odległość każdego kolejnego trzpienia (4) od powierzchni natarcia (6) podłużnego otworu (2), w którym się znajduje, jest większa o tą stałą wartość (c), korzystnie nieco mniejszą od średnicy trzpienia (4).

2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ścinane trzpienie (4) wykonane są z materiału o dużej plastyczności.

3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że otwory (2) w nożu (1) mają płaskie powierzchnie natarcia (6), pochylone pod kątem, korzystnie 10°.

4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że ma więcej niż jeden rząd otworów (2) i trzpieni (4), natomiast zewnętrzny koniec noża (1) zakończony jest płaską głowicą (5) przyjmującą uderzenie.