PL241543B1 - Urządzenie do absorpcji i przekształcania energii kinetycznej - Google Patents

Abstract

Urządzenie do absorpcji i przekształcania energii kinetycznej poruszającego się obiektu w energię kinetyczną ruchu obrotowego w przypadkach zderzenia lub gwałtownego zatrzymania, wyposażone w zespół zderzakowy oraz jeden lub więcej wirników wprowadzanych narastająco w ruch obrotowy charakteryzuje się tym, że ruch obrotowy wirników (5) realizowany jest poprzez przekładnię złożoną z dwóch elementów (1, 2), z których jeden ma powierzchnię obwodową (3) o obrysie spiralnym natomiast drugi ma powierzchnię współpracującą (4) o zarysie połowy paraboli lub zbliżoną do takiej krzywej.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do absorpcji i przekształcania energii kinetycznej poruszającego się obiektu w energię kinetyczną ruchu obrotowego w przypadkach zderzenia lub gwałtownego zatrzymania.

Wynalazek znajduje zastosowanie w eliminowaniu lub istotnym ograniczaniu negatywnych skutków wzajemnych zderzeń poruszających się obiektów oraz zderzeń takich obiektów z przeszkodami stałymi, a także gwałtownego zatrzymania z kontrolą przebiegu obciążeń podczas tych zdarzeń.

Eliminowanie i/lub redukowanie skutków kolizji poruszających się obiektów jest n iezwykle istotnym zagadnieniem technicznym, którego znaczenie wzrasta wraz z osiągalnym wzrostem prędkości tych obiektów. Osłony i masywne zderzaki przytwierdzone do ram miały za zadanie chronić przede wszystkim pojazdy. Stopniowo ochrona pojazdów przed skutkami kolizji stawała się mniej istotna a coraz ważniejszym zagadnieniem stawała się ochrona zdrowia i życia osób. Stąd wysiłki producentów zmierzające do poprawy bezpieczeństwa i ich rezultaty w postaci rozwiązań technicznych odnoszących się do kontrolowanych stref zgniotu pojazdów, pasów bezpieczeństwa, zagłówków, poduszek powietrznych i innych rozwiązań chroniących zdrowie i życie osób kierujących pojazdami oraz pasażerów.

Znane są również rozwiązania techniczne polegające na transformacji energii kinet ycznej poruszającego się obiektu celem przejmowania, akumulowania, absorpcji czy też rozpraszania energii zderzenia. W rozwiązaniach tych wykorzystywana jest zasada równoważności energii kinetycznej ruchu postępowego i energii kinetycznej ruchu obrotowego wynikająca z ogólnych praw fizyki, zgodnie ze znanymi równaniami:

Ekrp = Ekro; Ek = ½ m V² = ½ i ω² gdzie:

Ekrp - energia kinetyczna ruchu postępowego,

Ekro - energia kinetyczna ruchu obrotowego,

Ek - energia kinetyczna, m - masa obiektu,

V - prędkość liniowa obiektu, i - moment bezwładności wirnika (elementu wirującego), ω - prędkość kątowa wirnika,

W polskim opisie patentowym numer PL214514 przedstawione jest wirnikowe urządzenie do przejmowania energii zderzenia wyposażone w element bijakowy połączony za pośrednictwem elementów amortyzujących z listwami zębatymi zazębionymi z kołami zębatymi sprzężonymi z wirnikami stanowiącymi, zgodnie z opisem, wirnikowe akumulatory energii kinetycznej o określonym momencie bezwładności. Element bijakowy ma postać belki i jest wyposażony w prowadnice zamocowane prostopadle, połączone usztywniającym łącznikiem i osadzone ślizgowo w otworach płyty korpusowej.

W bazach patentowych występuje szereg innych aplikacji dotyczących przejmowania energii kinetycznej, w których przekładnia zębata w formie listwy zębatej i koła zębatego sprzężonego z elementem wirnikowym jest niejako powtarzającym się i podstawowym elementem urządzenia. Aplikacje te różnią się przede wszystkim zastosowaniem tych urządzeń, a mianowicie w barierach drogowych, nabrzeżach portowych, buforach wagonów i w innych obiektach.

W polskim zgłoszeniu patentowym numer 356257 przedstawione jest urządzenie złożone z dwóch bloków z wycięciami o kształcie litery U. Występy obu bloków mają jednakową wysokość i zakończone są rolkami a pomiędzy tymi blokami rozpięte jest cięgło na tarczach akumulacyjnych.

Występujące w przedstawionych opisach elementy amortyzujące wydają się niezbędne, ponieważ w pierwszym momencie zderzenia, kiedy prędkość poruszającego się obiektu jest największa, występuje również maksymalne obciążenie urządzeń bijakowych.

Dalszym krokiem w przekształcaniu energii kinetycznej ruchu postępowego na energię kinetyczną ruchu obrotowego przy zderzeniach lub gwałtownych zatrzymaniach w którym n ie występują elementy amortyzujące zastosowane są przekładnie o zmiennym przełożeniu. Przekładnie te, w początkowej strefie odcinka, na którym następuje zatrzymanie obiektu mają przełożenie najmniejsze co oznacza stosunkowo niewielkie przeciążenie w momencie zderzenia. Przełożenie przekładni

PL 241 543 B1 wzrasta płynnie do maksymalnego dzięki czemu elementy wirujące przejmują całą energię kinetyczna obiektu do końca drogi jego zatrzymania. Przykłady takiego rozwiązania przedstawia opis zgłoszenia patentowego zarejestrowany pod numerem 408439.

Celem dalszego rozwoju zagadnienia opracowano urządzenie do przekształcania energii kinetycznej poruszającego się obiektu w energię kinetyczną ruchu obrotowego, które charakteryzuje się tym, że jest wyposażone w przekładnię o zmiennym, narastającym przełożeniu, zestawioną z elementu, którego powierzchnia obwodowa ma kształt o obrysie spirali oraz drugiego elementu, którego powierzchnia współpracująca ma kształt o zarysie połowy paraboli lub krzywej o kształcie zbliżonym do paraboli. Element o obrysie spiralnym jest sprzężony za pośrednictwem sprzęgła jednokierunkowego z wirnikiem, który na odcinku planowanej drogi zatrzymania obiektu zostanie rozpędzony od zera do obrotów maksymalnych.

Przedstawione powyżej przekładnie o zmiennym przełożeniu mogą być zwielokrotnione a ponadto przeniesienie obrotów elementu o obrysie spiralnym na wirnik może być realizowane za pośrednictwem dodatkowych przekładni, korzystnie planetarnych.

Przedstawione urządzenie do przekształcania energii pozwala na kontrolowany przebieg procesu zatrzymania. Wynalazek pozwala na precyzyjne projektowanie urządzenia dla różnych prędkości obiektu, jego masy oraz dla założonej drogi zatrzymania. Wynalazek umożliwia obliczenia przy założeniu różnych parametrów zatrzymania takich jak stałe lub zmienne przeciążenie przy ujemnym przyśpieszeniu obiektu. Możliwe jest obliczenie procesu zatrzymania obiektu przy założonym odcinku drogi hamowania z eliminacją zjawiska odbicia się obiektu od przeszkody, ponieważ cała energia kinetyczna zostanie przekształcona i przekazana do zespołu wirującego. Możliwe jest projektowanie zatrzymania obiektu w zróżnicowanym czasie, przy czym czas ten może być nawet kilkakrotnie dłuższy niż czas wytracenia prędkości poprzez typową strefę kontrolowa nego zgniotu. Zaletą przedstawionego rozwiązania jest jego elastyczność ponieważ, niezależnie od prędkości obiektu, cała energia zostaje przekształcona i przekazana do zespołu wirującego.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym Fig. 1 przedstawia urządzenie pojedyncze wyposażone w przekładnię zestawioną z elementu o powierzchni zewnętrznej w kształcie spirali oraz drugiego elementu, którego powierzchnia współpracująca ma zarys połowy paraboli lub krzywej zbliżone j do paraboli, natomiast Fig. 2 przedstawia to samo urządzenie w układzie podwójnym.

Urządzenie do absorpcji i przekształcania energii kinetycznej jest zaopatrzone w przekładnię która jest zestawiona z elementu 1, który ma powierzchnię obwodową o obrysie spiralnym 3 oraz elementu 2 który ma powierzchnię współpracującą 4 o zarysie połowy paraboli lub jest zbliżona do takiej krzywej.

Urządzenie nie wymaga elementów amortyzujących, ponieważ w początkowej fazie ruchu elementu 2 wystąpi poślizg na powierzchniach współpracujących 3, 4 a dopiero w dalszej fazie ruchu nastąpi obrót elementu 1 z płynnym przyśpieszeniem obrotów.

Wynalazek może mieć bardzo szerokie zastosowanie w wielu dziedzinach. Możliwe jest zastosowanie urządzenia w pojazdach różnych typów i o zróżnicowanej masie ale również w elementach infrastruktury drogowej, takich jak bariery ochronne. Chronić można również inne obiekty jak tory wyścigowe, nabrzeża portowe, lotniska, pociągi. Wynalazek może być stosowany w urządzeniach zmniejszających przeciążenia takich jak pasy bezpieczeństwa, amortyzatory wind, ekrany ratunkowe w miejsce pneumatycznych poduszek bezpieczeństwa i innych.

Claims (4)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do absorpcji i przekształcania energii kinetycznej poruszającego się obiektu w energię kinetyczną ruchu obrotowego w przypadkach zderzenia lub gwałtownego zatrzymania, wyposażone w zespół zderzakowy oraz jeden lub więcej wirników wprowadzanych narastająco w ruch obrotowy poprzez przekładnię złożoną z dwóch elementów znamienne tym, że pierwszy element (1) ma powierzchnię obwodową (3) o obrysie spiralnym natomiast drugi element (2) ma powierzchnię współpracującą (4) o zarysie połowy paraboli lub zbliżoną do takiej krzywej.
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element (1) przekładni z powierzchnią obwodową (3) o obrysie spiralnym jest sprzężony z wirnikiem za pośrednictwem rozłączalnego sprzęgła jednokierunkowego.

   PL 241 543 Β1
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przekładnie złożone z obu elementów (1, 2) mogą być zwielokrotnione.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że przeniesienie obrotów elementu (1.) przekładni z powierzchnią obwodową (3) o obrysie spiralnym na wirnik jest realizowane za pośrednictwem przekładni, korzystnie planetarnych.