RO125176A0 - Procedeu şi dispozitive pentru amortizarea şocurilor realizate pe baza lui - Google Patents

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu şi la un dispozitiv pentru amortizarea şocurilor. Procedeul conform invenţiei constă într-o primă fază în intercalarea între o masă ce realizează un impact şi un ansamblu rigid, care trebuie protejat la impact, a unei structuri de amortizare ce include unul sau mai multe straturi realizate dintr-un material poros, îmbibate cu un lichid hidrofil/oleofil, apoi acţiunea unei forţe de impact, care dispune de o anumită energie cinetică, asupra structurii rigide respective, prin intermediul structurii de amortizare, expulzarea lichidului, sub efectul forţelor care apar, din interiorul structurii de amortizare care îşi micşorează astfel, progresiv, grosimea, reducerea simultană şi progresivă a porozităţii şi, respectiv, a permeabilităţii tuturor straturilor care formează structura de amortizare, fapt ce conduce la o creştere progresivă a rezistenţei hidraulice, simultan cu disiparea, parţială sau totală, a energiei de impact, prin frecarea vâscoasă dintre lichid şi pereţii porilor materialului poros; în cazul în care, drept urmare a condiţiilor de lucru, ansamblul rigid ce trebuie protejat la impact trebuie să preia noi şocuri de impact din partea masei descrise mai sus, atunci se mai adaugă o fază ce constă în reîmbibarea structurii de amortizare cu lichidul expulzat anterior, fapt ce permite a se relua ciclic procesul de disipare/absorbţie a energiei cinetice aferente unui nou impact. Dispozitivul conform invenţiei include un cilindru (1') pe a cărui bază este dispusă o structură de amortizare ce include unul sau mai multe straturi (3) realizate dintr-un material poros extrem de compresibil, îmbibate cu un lichid hidrofil/oleofil, structură peste care acţionează un piston (2') cilindric, în mod normal neapăsat, cilindrul (1') fiind prevăzut în partea inferioară cu nişte orificii (a şi a') laterale, radiale, straturile (3) fiind separate între ele prin nişte plăci (4) rigide de distanţare şi centrate prin intermediul unei tije (5).

Description

Procedeu și dispozitive pentru amortizarea șocurilor realizate pe baza lui

Invenția se referă la un procedeu pentru amortizarea șocurilor generate de energia cinetică a unei mase (solide, fluide sau eterogene) în impact asupra unei structuri oarecare. Totodată invenția se referă și la niște dispozitive pentru amortizarea șocurilor realizate pe baza procedeului, dispozitive denumite și amortizoare de șoc sau de vibrații. Procedeul și respectiv dispozitivele, realizate pe baza lui, se pot folosi în toate cazurile în care energie cinetică trebuie disipată, integral sau parțial, pentru ca sistemul să-și poată continua funcționarea după impact, sau pentru buna funcționare a unui sistem, prin atenuarea efectelor șocurilor si vibrațiilor, z z z

De exemplu, procedeul se poate utiliza pentru creerea de dispozitive care trebuie să amortizeze șocurile și/sau vibrațiile apărute în domenii foarte diferite ale vieții sociale I sau economiei, cum ar fi, la realizarea de echipamente de protecție pentru cei care practică sporturi extreme, în transporturi, la realizarea amortizoarelor auto, pentru creșterea confortului pasagerilor sau, în industria de apărare, în cazurile când este necesar ca energia de impact să fie înmagazinată și apoi redată sistemului, readucându-l la situația inițială, pentru ca acesta să poată primi un nou șoc.

în vederea amortizării șocurilor, este bine cunoscut, mai întâi, procedeul ce folosește elasticitatea ridicată pe care o au anumite materiale, cele mai cunoscute dintre ele fiind elastomerii (cauciucul). Este cunoscut apoi procedeul prin care această elasticitate este realizată constructiv, prin proiectarea formei și anume prin utilizarea unor elemente elastice, cum ar fi arcurile, obținute din materiale cu modul de elasticitate ridicat, cum ar fi metalele. Acestea se pot intercala între elementele unei mașini în scopul । reducerii și/sau disipării vibrațiilor sau pentru amortizarea șocurilor ce apar.

Unul dintre dezavantajele sistemelor elastice cu arcuri metalice sau din cauciuc constă în aceea că acestea nu au capacitatea de a amortiza total un șoc apărut în timpul funcționării. După comprimare ele își revin, într-un timp mai lung sau mai scurt, funcție de tipul lor și încep să oscileze până la amortizarea totală a șocului primit. Faptul acesta are ca dezavantaj necesitatea realizării unei corelări între frecvența proprie a structurii elastice și frecvența șocurilor sau a vibrațiilor impuse, pentru a nu fi perturbată funcționarea mașinii sau utilajului la care aceste elemente elastice sunt montate. Elementele de amortizare din cauciuc au un grad de amortizare internă superior celui pe care îl au arcurile metalice, deoarece cauciucul are un histerezis mecanic mai mare decât metalele. Amortizarea arcurilor din materiale metalice este datorată în special frecării externe uscate între elementele arcurilor - cu foi, inelare si disc montate in pachet, sau coloana de pachete. > ' ‘ ’ ^{s 1} ‘ >

' K * B K îl ·; ;; _ld „ _c ¹

0 9 - 0 0 5 4 8

5 -07“ 2009 ,

Pentru amortizarea șocurilor sunt de asemenea cunoscute amortizoarele hidraulice bazate pe strangularea (restricționarea) trecerii unui lichid între două camere închise, ce comunică între ele prin niște orificii de mici dimensiuni, constituind în fapt rezistențe hidraulice care conduc la disiparea energiei primite.

Un astfel de amortizor este înglobat, de exemplu, într-un dispozitiv antirecul prevăzut cu frână, compensator de frânare și recuperator, creeat special pentru gurile de foc de calibru mare (FR 2789760). Elementul hidraulic de amortizare a șocurilor denumit, în termeni militari, frână de recul, este constituit, într-o variantă în general cunoscută, dintr-un cilindru în interiorul căruia se deplasează un piston prevăzut cu niște rezistențe hidraulice de restricționare a trecerii lichidului dintr-o parte a pistonului în cealaltă. Fixând, de exemplu, tija pistonului sau cilindrul într-un punct fix și aplicând celuilalt ' element energia cinetică de care dispune un corp în mișcare, putem consuma întreaga energie cinetică, prin trecerea lichidului dintr-o cavitate a cilindrului în cealaltă prin orificile special creeate în piston și prin efectuarea unui lucru mecanic de comprimare a unui gaz aflat într-un alt cilindru. Prin deplasarea pistonului sub influenta lichidului din primul cilindru, gazul este comprimat, parte din energia cinetică transformându-se în energie potențială. în momentul în care întreaga energie cinetică ce acționează asupra primului cilindru, sau piston este consumată, energia potențială înmagazinată în cel de al doilea cilindru poate fi utilizată pentru readucerea primului piston și a echipamentului în poziția inițială. Acest dispozitiv de amortizare hidraulică a unui șoc este foarte eficient și se poate utiliza în cazurile în care șocurile sunt relativ dese și importante. Dezavantajul principal pe care îl are această soluție constă în aceea că, realizarea acestui tip de amortizor este foarte pretențioasă din punct de vedere tehnologic și deci scumpă.

Pe un principiu parțial asemănător funcționează și amortizoarele hidropneumatice folosite la autovehicule. într-o construcție uzuală, lichidul comprimat în primul cilindru, prevăzut cu un piston, prevăzut la rândul lui cu niște orificii de strangulare a curgerii lichidului, trece prin intermediul unor orificii de fund în interiorul unui al doilea cilindru, ermetic închis și concentric cu primul cilindru, unde comprimă un gaz.

Mai este cunoscut un dispozitiv hidraulic, denumit amortizor coloidal, ce realizează atât amortizarea cât și recuperarea parțială a energiei șocurilor (FR 2728037). Dispozitivul este constituit din, ceea ce inventatorul denumește, o structură eterogenă, pentru acumularea și disiparea de energie, constituită dintr-o multitudine de granule, ce au o porozitate capilară, în general închisă, prezentând o topologie controlată, granule imersate într-un lichid, care nu adera/uda la suprafața granulelor, astfel încât acest lichid definește o interfață de separare lichid / solid în jurul lor. Această interfață variază ca ^-2009-00548-1 5 -07- 2009 întindere în funcție de presiunea indusă prin șoc, în condiții izoterme, și este reversibilă, fiind capabilă să dezvolte, la destindere, și un lucru mecanic util, substanțial mai mic decât lucrul mecanic generat de șocul aplicat. Pentru aplicarea practică a acestei structuri autorul concepe o serie de dispozitive, relativ simple, alcătuite dintr-o incintă rigidă, închisă, în care se găsește respectiva structură și în care aceasta este comprimată, prin intermediul unui piston, sau a unei membrane ce se pot deplasa sub influența unor forțe exterioare. în momentul când acțiunea forțelor exterioare încetează, structura începe săși mărească volumul cedând sistemului exterior parte din energia consumată pentru comprimarea ei. Autorul definește și un exemplu de aplicare a acestei invenții realizând un ansamblu dintr-un cilindru în care structura eterogenă este comprimată de o forță exterioară, prin intermediul unui piston, sau prin introducerea suplimentară de lichid sub , presiune de către o pompă introdusă în circuit. în momentul în care acțiunea forțelor exterioare încetează, structura caută să revină la volumul inițial. în acest mod, de exemplu, lichidul iese din cilindru și pune în mișcare un motor hidraulic. Amortizorul coloidal este o soluție interesantă și relativ simplă în aplicare cu mențiunea că realizarea respectivelor granule poroase este foarte dificilă, proprietățile lor liofobe nu pot fi păstrate un timp prea îndelungat, iar presiunea de lucru în incintă trebuie să fie ridicată, ceea ce complică problemele de etanșare, conducând la un cost ridicat.

Pentru cei ce depun activități relativ periculoase, în care se pot lovi sau pot cădea, se folosesc echipamente de protecție foarte diverse, pentru cap, încheieturi etc. Frecvent aceste echipamente sunt prevăzute cu un fel de perne de protecție realizate din material plastic ori cauciuc poros sau o împâslitură de materiale textile. Pentru ca protecția să fie eficientă trebuie ca grosimea acestor perne să fie relativ mare. Acest fapt impietează asupra mobilității celui ce poartă respectivul costum sau mijloc de protecție, cotieră, genunchieră, cască de protecție etc. Trebuie făcut și chiar se face un compromis între protecție și mobilitate ceea ce are ca rezultat o creștere a numărului și gravității accidentelor.

O primă problemă tehnică rezolvată de prezenta invenție constă în conceperea unui procedeu prin intermediul căruia să se poată obține disiparea parțială sau totală a energiei unei mase aflate în impact asupra unei structuri date și realizarea unor dispozitive care să permită aplicarea procedeului. O altă problemă tehnică rezolvată prin prezenta invenție constă în realizarea unor dispozitive care să permită amortizarea unui șoc unic sau a unor șocuri succesive ce acționează asupra unei structuri oarecare, sau chiar asupra corpului uman prin absorbția energiei cinetice generate de acel șoc, sau de șocurile succesive. De la caz la caz, dispozitivul trebuie să permită ca parte din energia

CV“ 2 Ο Ο 9 - Ο Ο 5 4 8 - ~

5 -07- 2009 de impact să fie înmagazinată și apoi redată sistemului, readucându-l la poziția de plecare, pentru ca acesta să poată prelua un nou șoc.

Procedeul conform invenției rezolvă problema tehnică propusă și elimină dezavantajele menționate prin aceea că, forța de impact acționează asupra unei structuri constituită din unul sau mai multe straturi de material poros, cu pori comunicanți, extrem de compresibile, denumite de noi în continuare - SPEC ( Strat Poros Extrem de Compresibil), îmbibate cu orice lichid care udă (aderă la) suprafața porilor, în general apă sau ulei. în timpul impactului, sub efectul forțelor care apar, lichidul este expulzat din interiorul SPEC, care își micșorează grosimea. Micșorarea grosimii SPEC are ca efect reducerea porozității și respectiv a permeabilității SPEC ceea ce conduce la o creștere progresivă a rezistenței hidraulice asociate procesului de expulzare. în acest mod, a disiparea energiei cinetice se accentuează și, în anumite condiții, întreaga energie cinetică asociată procesului de impact este absorbită prin frecarea viscoasă dintre lichid și pereții porilor SPEC. în aceste condiții, denumite de noi, în continuare ex-porohidrodinamice - XPHD - structura internă a SPEC nu este deteriorată, în general, semnificativ iar, după încetarea acțiunii exterioare și reîmbibarea SPEC cu lichidul, se poate relua, ciclic, procesul de disipare/absorbție a energiei cinetice aferente unui nou impact. în vederea aplicării procedeului, dispozitivul aferent se poate realiza în mai multe variante constructive, funcție de scopul final urmărit. Astfel, în unul din cazuri, printre cele mai simple de altfel, forța exterioară de impact poate acționa asupra SPEC - acesta fiind dispus în interiorul unui cilindru închis - prin intermediul unui sistem mobil constituit dintrun piston hidraulic sau a unei membrane flexibile. Lichidul expulzat din interiorul SPEC poate să treacă - în cazul în care forța de impact acționează pe verticală - în interiorul unei alte incinte închise aflată sub o presiune care să echilibreze greutatea sistemului mobil în condiții normale. în cazul însă în care forța de impact acționează sub un unghi oarecare față de verticală lichidul expulzat este introdus într-un alt cilindru în interiorul căruia este dispus un piston ce se poate deplasa comprimând un gaz. Rolul acestui piston este de a împiedica amestecul lichidului cu gazul utilizat, în vederea garantării unei bune funcționări a sistemului. Presiunea inițială a gazului trebuie să echilibreze așa cum am menționat deja greutatea sistemului mobil, în condiții normale, pentru a fi asigurată reîmbibarea completă a SPEC cu lichid

Prin aplicarea procedeului și a dispozitivelor conform invenției se obțin următoarele avantaje principale:

atât procedeul cât și dispozitivele pentru aplicarea lui sunt simple și ușor de realizat, iar funcționarea este sigură;

^2009-00548-1 5 -07- 2009 nu sunt necesare materiale scumpe pentru realizarea respectivelor dispozitive, deoarece atât SPEC cât și lichidul sunt uzuale, aflate deja în fabricație curentă; totodată nu sunt necesare nici procedee tehnologice laborioase pentru realizarea lor și ca atare costul va fi redus;

procedeul și dispozitivele pentru aplicarea lui permit amortizarea totală a unui șoc, respectiv a unor șocuri succesive, prin deplasări scurte, și conduc la construcții compacte;

domeniul de aplicare a procedeului este foarte larg, putând fi aplicat practic în toate cazurile în care apar vibrații și/sau șocuri.

Se dau în continuare mai multe exemple de realizare a invenției în legătură și cu figurile 1-11, care reprezintă:

- fig. 1(a,b,c,d,e), prezentare schematică a unui experiment pentru ilustrarea procedeului conform invenției constând dintr-un corp de masă M, având o viteză la impact V_o, ce cade peste mai multe SPEC, de configurații diferite, îmbibate cu lichid;

- fig. 2(a,b,c), prezentare schematică, principială, a unor variante de dispozitive ce pot să apară, în practică, la aplicarea procedeului conform invenției;

- fig. 3 dispozitiv pentru aplicarea procedeului în varianta cea mai simplă, cu piston, în condițiile evacuării lichidului prin orificii laterale și a centrării ansamblului SPEC prin formă, sau pe contur;

- fig. 4, idem, dar cu centrarea ansamblului SPEC pe o tijă centrală;

- fig. 5, dispozitiv pentru aplicarea procedeului în varianta, cu membrană de presare în loc de piston, prevăzut cu pernă de gaz sub presiune pentru evitarea compactării SPEC pe timpul când acesta nu este solicitat și pentru asigurarea reimbibării SPEC cu lichidul, evacuat sub efectul șocului;

- fig. 6, variantă de realizare a dispozitivului, în varianta cu piston și prevăzut de asemenea cu pernă de gaz sub presiune;

- fig. 7, variantă de realizare a dispozitivului prevăzut cu arc de rezemare pentru evitarea compactării materialului poros pe timpul când acesta nu este solicitat și pentru asigurarea reimbibării SPEC cu lichidul, evacuat sub efectul șocului;

- fig. 8, dispozitiv pentru aplicarea procedeului în varianta cu recuperator de energie, ce funcționează la orice unghi de înclinare al axei pistonului amortizorului;

- fig. 9, variantă de realizare a dispozitivului în cazul folosirii lui pentru preluarea șocurilor ce pot apare între o bucșă și axul ei;

- fig. 10, variantă de realizare a dispozitivului în cazul folosirii lui pentru preluarea șocurilor ce pot apare într-o articulație sferică, între fusul sferic și lăcașul lui;

¢^2009-00548-1 5 -07- 2009

- fig. 11, variantă de realizare a dispozitivului în cazul folosirii lui la costumele de protecție pentru sportivi sau alte categorii de persoane.

Procedeul XPHD pentru amortizarea șocurilor generate de energia cinetică a unui mase - solidă, fluidă sau eterogenă - aflată în impact asupra unei structuri oarecare, conform invenției, este constituit din următoarele faze principale:

intercalarea - între masa ce realizează impactul și un ansamblu rigid ce trebuie protejat la impact - a unei structuri de amortizare, ce include unul sau mai multe straturi de material poros - SPEC - îmbibate cu un lichid;

acțiunea forței de impact, ce dispune de o anumită energie cinetică, asupra structurii rigide respective prin intermediul structurii de amortizare;

expulzarea lichidului, sub efectul forțelor care apar, din interiorul SPEC, inclus în ansamblul de amortizare care își micșorează astfel, progresiv, grosimea;

reducerea simultană și progresivă a porozității și respectiv a permeabilității tuturor straturilor ce formează structura de amortizare; acest fapt conduce la o creștere progresivă a rezistenței hidraulice, simultan cu disiparea, parțială sau totală, a energiei de impact, prin frecarea viscoasă dintre lichid și pereții porilor materialului poros;

Dacă, urmare a condițiilor de lucru, ansamblul rigid ce trebuie protejat la impact trebuie să preia noi șocuri de impact din partea masei descrise mai sus, atunci la procedeu se mai adaugă o fază ce constă în:

reîmbibarea SPEC cu lichidul expulzat anterior, fapt ce permite a se relua, ciclic, procesul de disipare/absorbție a energiei cinetice aferente unui nou impact.

Dacă structura internă a SPEC nu este deteriorată semnificatv, amortizarea procesului de impact se poate relua ciclic cu aceeași eficiență.

Din cele descrise mai sus se pot trage unele concluzii cu privire la condițiile care permit funcționarea procedeului propus:

materialul SPEC ce intră în componența ansamblului de amortizare trebuie să fie foarte poros, cu pori comunicanți și extrem de compresibil;

imbibarea SPEC se realizează cu un lichid care uda/adera la suprafața porilor;

dacă structura rigidă poate fi sau chiar este supusă la șocuri sau vibrații repetate, este necesar ca SPEC să fie reîmbibat cu lichid, imediat, după ce viteza masei de impact a ajuns la zero sau, altfel spus, întreaga lui energie cinetică este consumată;

în cotinuare, facem unele considerațiuni teoretice cu privire la fenomenele fizice ce stau la baza procedeului, conform invenției, în legătură cu fig. 1 - a, b, c, d, în condițiile în care asupra unei structuri rigide, prevăzută cu un ansamblu de amortizare XPHD, acționează un corp de masă M și viteză V_o.

009-00548-1 5 -07“ 2009

Ansamblul SPEC poate fi de grosime constantă sau variabilă și poate fi asociat cu suprafețe plane, cilindrice, sferice etc., de configurație diferită, după cum se poate vedea în fig. 1 - b, c, d și 2 - a, b, c.

în situațiile în care SPEC sunt subțiri, de grosime constantă, plane și încărcate într-un mod simetric-central (fig. 1 - b, c, d), grosimile succesive în timpul solicitării vor rămâne aceleași, în orice punct al SPEC. în această situație, impulsul absorbit în condiții XPHD se va calcula cu relația:

(1) unde: S este aria suprafeței nominale de contact, η este viscozitatea dinamică a lichidului hidrofil/oleofil, iar D este constanta dimensională din relația Kozeny-Carman adecvată SPEC și domeniului de variație a porozității/compactității.

Notă: relația Kozeny-Carman descrie variația permeabilității φ a SPEC, în funcție de variația compacticității σ, sau, respectiv, a porozității ε, ca urmare a modificării grosimii h a SPEC:

σ sau (2)

Datorită subțirimii relative a SPEC se admite „invariația fazei solide” pe grosimea stratului Λ:

λσ = \σ₀ (3)

Evident, între σ și ε există corelația, σ+ε=1 (4)

Funcția adimensională f_x este dedicată configurației geometrice a suprafeței SPEC. Pentru: fa suprafețe circulare pline, fig. 1b / = 1/8^- ; S=xR²z (5) unde z este numărul de SPEC utilizate; suprafețe circulare inelare, fig. 1c, [l-3p²+2p⁴(l-lnp)] R J₂ η ^f' ’-----= ~R. > (6) suprafețe rectangulare, fig. 1d fi= —---^ytanh|—; b = — ; S = Aabz (7)

125 <2 ) a ο- 2 0 0 9 0 0 5 4 8

5 -07- 2009

Pentru suprafețele de o formă oarecare, fig. 1e, cu sau fără goluri interioare, se poate determina prin metode analitico-numerice funcția adecvată.

Funcția adimensională /₂ descrie efectul compacticității inițiale σ₀ a SPEC (în stare nesolicitată) și a grosimii finale adimensionale H_f a SPEC:

unde H_f= h_f / h₀ = σ_α/pentru m = 3 și n = 2 (forma Kozeny-Carman propriu-zisă).

Ca procesul de impact să rămână în condiții XPHD până la sfârșitul procesului de absorbție a energiei se impune ca 1 > H_f > σ₀, respectiv H_f = σ₀ la_f și < 1,

Utilizând aceste notații, ecuația (8) devine:

σ^-σ₀ 1-σ_η ^Πι-^σ/ ⁹) în funcție de porozitatea inițială s₀ și cea finală a SPEC, /₂ se scrie:

(10) în figura 1a este prezentat, schematic, procedeul conform invenției, pentru un corp de masă M cu viteza de impact V_o ce cade peste mai multe SPEC îmbibate cu lichid. Figurile 1 - b, c, d, f, prezintă principalele forme plane pe care le poate avea respectivul material și anume circulară, inelară, rectangulară sau oarecare.

Figurile 2 prezintă, schematic, în principiu, alte variante de dispozitive ce pot apărea, în practică, la aplicarea procedeului și anume :

a. dispozitive la care masa de impact, reprezentată în acest caz printr-o bilă, cade peste SPEC îmbibat cu lichid, întins pe o suprafață plană și rigidă;

b. dispozitive la care masa de impact căptușită cu SPEC îmbibat cu lichid hidrofil/oleofil, cade pe o suprafață plană și rigidă;

c. dispozitive la care SPEC îmbibat cu lichid este introdus între două suprafețe de revoluție, de exemplu între o bucșă și un fus pentru preluarea șocurilor nedorite.

în continuare vor fi date mai multe exemple de dispozitive sau mijloace prin care, aplicând procedeul conform prezentei invenții pot fi amortizate șocurile sau vibrațiile ce apar în funcționarea curentă a unor utilaje, mașini etc. dar și șocurile accidentale, distrugătoare, ce pot apare de exemplu în cazuri de cutremure, explozii accidentale etc.

De asemenea, mijloace de protecție bazate pe procedeul conform invenției pot fi concepute și pentru amortizarea șocurilor sau vibrațiilor periculoase ce acționează sau ο^2 ϋ 09-00548-1 5 -07- 2009 pot acționa asupra unei persoane pe timpul desfășurării unei activități lucrative sau sportive, cum ar fi: șoferii de curse, piloții, cei ce practică schiatul, skateboardul, ciclismul, motociclismul etc., la muncitorii din construcții supuși la vibrații dăunătoare ca de exemplu cei ce lucrează cu pichamerul, sau cu dispozitive de compactare a solului etc.

Unul din cele mai simple dispozitive, pentru aplicarea procedeului conform invenției, este prezentat în fig. 3. Pe fundul unui cilindru 1, este dispusă o structură de amortizare, ce include unul sau mai multe straturi de material poros - SPEC - îmbibate cu lichid. în situația utilizării mai multor SPEC-uri, trebuie intercalate plăci rigide, de distanțare, pentru creșterea eficienței și asigurarea acelorași condiții de deformare. Numim în continuare un ansamblu de amortizare a șocurilor și/sau vibrațiilor A, perechea formată dintre un SPEC și placa rigidă aferentă. Amortizorul conține un pachet format din ) unul sau mai multe ansamble de amortizare A. SPEC este îmbibat cu un lichid. Alegerea lichidului este impusă de natura SPEC-ului, astfel încât lichidul să ude/adere bine la acesta, de compatibilitatea cu celelalte materiale utilizate în construcția amortizorului și de mărimea impulsului MV₀ ce urmează a fi disipat prin frecare viscoasă. Asupra pachetului de ansamble A acționează un piston 2, în mod normal neapăsat. Corpul cilindrului 1 este prevăzut în partea sa inferioară cu niște orificii laterale, radiale, a, a’, a”. La apariția unui impuls MV₀ oarecare, exercitat prin tija pistonului 2, lichidul evacuat din SPEC, supus impulsului, va ieși din cilindru prin orificiile laterale a, a’, a”. Cu alte cuvinte energia cinetică este disipată prin expulzarea lichidului, din interiorul SPEC, sub efectul forțelor care apar.

Experiențele au arătat că, în cazul când avem de-a face cu un pachet de amortizare, alcătuit din mai multe ansamble A, fiecare fiind formate dintr-un SPEC 3, și o placă rigidă 4, în cazul de față de formă discoidală, trebuie ținut cont de faptul că, datorită apăsării, fiecare SPEC își mărește diametrul, motiv pentru care diametrul lui trebuie să fie ceva mai mic decât diametrul interior al cilindrului cu un joc a. Totodată, diametrul plăcilor de distanțare, 4 trebuie să fie mai mic decât diametrul exterior al SPEC 3, pentru ca lichidul evacuat din SPEC să poată spre orificiile de evacuare a. Pentru centrarea pachetului de ansamble A, plăcile 4 pot fi prevăzute pe conturul lor cu niște crestături, sau orificii, în cazul de față nefigurate, pentru a permite evacuarea lichidului. O altă posibilitate de centrare a ansamblelor A față de cilindrul 1 mai poate fi realizată prin forma discurilor rigide 4, de exemplu, ușor conică sau ondulată. în acest caz suprafața interioară a pistonului trebuie să fie de aceeași formă cu cea a discurilor 4. Din fig. 3 se mai observă că pe generatoarea cilindrului 1 au mai fost prevăzute niște orificii de evacuare, a’, a” suplimentare, pentru a se ușura evacuarea fluidului. Dispunerea lor va fi

CV? Ο Ο 9 - 0 0 5 4 8 - 1 5 -07- 2009 însă analizată pentru fiecare caz în parte deoarece ele influențează curba de disipare a energiei cinetice. Pentru evitarea așezării dezordonate a ansamblelor în perioada când dispozitivul nu este solicitat, se mai poate utiliza un arc, de exemplu, elicoidal tronconic telescopic, nefigurat, interpus între pistonul 2 și primul ansamblu A.

în figura 4 este prezentat cazul când ghidarea pachetului de ansamble A se face central, datorită unei tije de centrare 5, fixată, în cazul de față, de fundul cilindrului T și coaxială cu el. în acest caz, pistonul 2’ este prevăzut cu o gaură c coaxială cu tija lui.

Dispozitivele simple, prezentate schematizat în figurile 3 și 4 pot fi îmbunătățite. Trebuie remarcat că, această variantă, foarte simplă, are un dezavantaj. în timp, greutatea pistonului 2, 2’, chiar dacă este mică în comparație cu șocul, poate totuși favoriza evacuarea lichidului din SPEC 3, astfel că la apariția șocului dispozitivul va avea o capacitate de amortizare mai redusă. Este necesar deci ca după fiecare șoc lichidul să fie reintrodus în SPEC.

Figurile 5 și 6 prezintă variante îmbunătățite ale acestor dispozitive în cadrul cărora dezavantajul menționat este înlăturat.

Conform figurii 5, într-un cilindru 6 se dispune, în modul cunoscut, un pachet de ansamble de amortizare A, alcătuit din unul sau mai multe SPEC-uri 3, separate între ele prin mai multe discuri rigide 4. Pe suprafața laterală a cilindrului 6 sunt prevăzute orificiile a menționate mai înainte. Cilindrul 6 este închis etanș cu un capac 7 prevăzut cu un ștuț b. O membrană de cauciuc 8 sau din alt material cu modul de elasticitate redus este strânsă puternic între capacul 7 și cilindrul 6. Deasupra membranei 8, în spațiul cuprins între capacul 7 și ea se află un alt lichid, oarecare, 9. Concentric cu cilindrul 6 se găsește un corp cilindric 6' care împreună cu cilindrul 6 formează un spațiu închis 9', ce conține un gaz. Corpul cilindric 6’ este prevăzut cu un bușon de umplere 7' ce se poate ]nchide etanș. Dacă acest dispozitiv este introdus, de exemplu, într-un circuit hidraulic în care, din când în când, pot să apară șocuri periculoase, așa numitele lovituri de berbec, el va reuși să anihileze respectivele șocuri. Reîmbibarea SPEC-ului cu lichidul se face sub presiunea gazului din spațiul 9', astfel că dispozitivul poate suporta șocuri repetate.

De asemenea, dispozitivul din fig. 6 permite reîmbibarea lichidului în SPEC, sub presiunea unui volum de gaz comprimat. într-un cilindru 10, prevăzut cu orificii laterale a, culisează un piston 1. Pe fundul cilindrului se dispune un pachet de ansamble A. în jurul cilindrului 10 este dispus un alt cilidru 11, coaxial cu el, astfel încât curgerea lichidului din cilindrul 10 în cilindrul 11 să nu fie împiedicată. Cilindrul 11 este închis etanș astfel că este posibil ca, deasupra lichidului 12 dispus pe fundul lui, să se afle un gaz 13, aflat sub presiune și inert în raport cu lichidul utilizat, introducerea acestui gaz se face prin ^-2 0 0 9 - 0 0 5 4 8 -1 5 -07- 2009 intermediul unui ștuț 14 ce se poate închide etanș. Odată ce acțiunea unui șoc s-a terminat, SPEC este reimbibat cu lichidul expulzat datorită suprapresiunii din cilindrul 11. Cu alte cuvinte dispozitivul va fi gata să primească un nou șoc. Deasupra pistonului 1 se poate găsi sau aer sau un gaz, de asemenea inert, 13’. De la caz la caz se mai poate introduce și un arc de preluare a contașocului, la fel ca la amortizoarele hidropneumatice. Facem precizarea că totuși, acest dispozitiv funcționează, de preferat, cu axa de revoluție perpendiculară pe sol - asemănător amortizoarelor hidropneumatice, auto, deoarece la o înclinare ceva mai mare odată cu lichidul poate pătrunde și gaz în interiorul SPEC fapt care ar conduce la o funcționare defectuasă, diferită de cea evaluată în condiții nominale. Pentru evitarea așezării dezordonate a ansamblelor în perioada când dispozitivul nu este solicitat, se poate utiliza un arc, de exemplu, elicoidal tronconic telescopic, nefigurat, interpus între pistonul 1 și primul ansamblu A.

Figura 7 prezintă și ea o variantă îmbunătățită a dispozitivelor din fig. 3 și 4 în cadrul căreia dezavantajul expulzării parțiale a lichidului din SPEC sub greutatea proprie a pistonului este evitat. într-un cilindru 1, de diametru interior D’, fără orificii laterale pentru evacuarea lichidului, se introduce pachetul de ansamble A format, de această dată din inele din SPEC și din plăci inelare de distanțare, toate centrate pe tija centrală 5. în spațiul dintre diametrul interior D’, al cilindrului și diametrul exterior d’ al pachetului este introdus un arc elicoidal de compresiune 15. înălțimea și rigiditatea arcului trebuie să fie suficiente ca, după rezemarea pe el a pistonului 2, acesta să rămână la o distanță δ între suprafața superioară a pachetului și suprafața inferioară a pistonului 2. Cu alte cuvinte pistonul 2 se reazemă pe arcul 15 și nu pe suprafața pachetului astfel că lichidul nu este expulzat din interiorul SPEC, sub acțiunea greutății ansamblului mobil. Timpul de reimbibare a SPEC cu lichid poate fi însă destul de mare deoarece acesta nu este reintrodus sub presiune ca la dispozitivele din figurile 5 și 6.

Dispozitivele prezentate până aici funcționează, în mod evident, numai în poziția desenată sau, altfel spus, cu axa cilindrului de lucru, mai mult sau mai puțin, verticală.

Figura 8 prezintă un dispozitiv a cărui funcționare nu este influențată de poziția în spațiu a axei cilindrului de lucru. în acest caz, avem un cilindru 16, prevăzut cu un capac 17, în care se deplasează un piston 18 care presează un pachet de ansamble A, deja cunoscut din dispozitivele anterioare. La apariția șocului, lichidul din SPEC va fi expulzat printr-un orificiu de fund a și va intra în alt cilindru 19, coplanar cu primul cilindru. în fig. 8 axa X-X a cilindrului 16 este paralelă cu axa Y-Y a cilindrului 19, dar acest lucru nu este obligatoriu. Cilindrul 19 este închis ermetic cu un capac 20 prevăzut cu un ștuț 21. De asemenea, cilindrul 19 este prevăzut cu un piston 22 ce se deplasează liber atunci când ^ 2 0 0 9 - 0 0 5 48

5 -07- 2009 lichidul presat din cilindrul 16 iese prin orificiul a și intră în cilindrul 19. Deasupra pistonului 22 se află un gaz 23. El va fi comprimat de pistonul 22 atunci când pistonul 18 din primul cilindru, sub acțiunea unui impuls MV₀ presează pachetul de ansamble A. Și acest dispozitiv realizează, atât amortizarea/disiparea energiei cinetice a șocului cât și transformarea unei părți a acesteea în energie potențială prin comprimarea gazului, ce poate fi redată sistemului imediat după încetarea șocului. Această energie potențială este utilizată pentru reimbibarea SPEC cu lichidul utilizat. Astfel, sistemul este gata pentru primirea unui alt șoc. Acest dispozitiv este asemănător, ca funcționare, cu dispozitivele tip frână și recuperator de la armamentul de mare calibru, numai că funcționarea lui este mai simplă și nu mai sunt necesare prelucrări suplimentare, de mare complexitate, ca la dispozitivele cunoscute. O condiție de funcționare a acestui dispozitiv constă în aceea că, gazul 23, ce se află deasupra pistonului 22, trebuie să fie tot timpul, altfel spus chiar și când dispozitivul se află în repaus, la o presiune care să permită menținerea lichidului în interiorul SPEC. Asta înseamnă ca presiunea respectivă să echilibreze greutatea pistonului 18 și a echipamentului legat de el, când acesta se află dispus pe verticală. Introducerea gazului în interiorul cilindrului 19 se face, simplu, prin intermediul ștuțului 21 echipat corespunzător. într-o altă variantă constructivă posibilă, nereprezentată grafic în descriere, în spațiul ocupat de gazul 23 se poate introduce un arc elicoidal, sau de alt tip, care să conducă la o funcționare apropiat identică.

Sunt situații când dispozitivul de amortizare a șocurilor sau vibrațiilor trebuie să fie introdus în interiorul articulațiilor mecanismelor componente ale mașinilor, roboților etc. Dispozitivele ce vor fi prezentate în continuare permit acest lucru.

Figura 9 prezintă, de exemplu, cazul când șocurile și vibrațiile ce sunt transmise între o bucșă 26 și un ax 27 trebuie amortizate. Acest lucru se poate realiza introducând între cele două elemente un element 28, cu alte cuvinte un SPEC, îmbibat cu lichid, prevăzut sau nu cu un sistem de etanșare la capete. Din aceeași familie de aplicații posibile, este și articulația sferică, prezentată în fig. 10. Desenul prezintă un fus sferic 29, cu mai multe grade de libertate, montat în suportul de formă conjugată 30. Vibrațiile ce pot apare la elementele acestei articulații sferice pot fi atenuate dacă între ele se introduce o calotă sferică 31, realizată din SPEC, îmbibată cu un lichid. De asemenea, soluția din fig. 10 poate să aibă, sau nu, un sistem de etanșare nereprezentat grafic în figură.

Ultimul exemplu de aplicare a procedeului conform invenției, pe care îl dăm se referă la echipamentele de protecție special realizate pentru cei ce practică sporturi sau activități care pot conduce la afectarea integrității corporale. Echipamentul de protecție al 12

0-- 2 0 0 9 - 0 0 5 4 8 - 1 5 -07- 2009 acestora, indiferent dacă este vorba de casca de protecție, de genunchiere, cotiere, mânuși, ciorapi, pantalon, combinezon, încălțăminte etc., pot să aibe incluse în componența lor elemente de amortizare realizate în conformitate cu procedeul prezentei invenții. De exemplu, în fig. 11, între două fețe 32 și 33 ale articolelor mai sus menționate, se poate introduce un element de protecție SPEC 34, îmbibat cu un lichid 35, închis etanș de o membrană 36, realizată dintr-un elastomer, sau orice alt material rezistent și impermeabil.

în cadrul acestei descrieri am prezentat, în mod schematic, un ansamblu de exemple de realizare a obiectului invenției. în mod evident, de la caz la caz, soluțiile propuse pot fi îmbunătățite și se pot găsi noi domenii de aplicare, fără a ieși din cadrul obiectului invenției.

Claims (7)

1. CKr 2009-00548-1 5 -07- 2009

   Procedeu și dispozitive pentru amortizarea șocurilor realizate pe baza lui Revendicări

   1. Procedeu pentru amortizarea șocurilor, caracterizat prin aceea că, forța de impact acționează asupra unei structuri de amortizare constituită din unul sau mai multe straturi de material poros, cu pori comunicanți, extrem de compresibile, după următoarele faze principale:

   intercalarea - între masa ce realizează impactul și un ansamblu rigid ce trebuie protejat la impact - a structurii de amortizare, ce include unul sau mai multe straturi de material poros, îmbibate cu un lichid care uda/adera la suprafața porilor;

   acțiunea forței de impact, ce dispune de o anumită energie cinetică, asupra structurii rigide respective prin intermediul structurii de amortizare;

   expulzarea lichidului, sub efectul forțelor care apar, din interiorul structurii de amortizare care își micșorează astfel, progresiv, grosimea;

   reducerea simultană și progresivă a porozității și respectiv a permeabilității tuturor straturilor ce formează structura de amortizare, fapt ce conduce la o creștere progresivă a rezistenței hidraulice, simultan cu disiparea, parțială sau totală, a energiei de impact, prin frecarea viscoasă dintre lichid și pereții porilor materialului poros;
2. 2. Procedeu conform cu revendicarea 1, caracterizat prin aceea că în cazul în care, urmare a condițiilor de lucru, ansamblul rigid ce trebuie protejat la impact trebuie să preia noi șocuri de impact din partea masei descrise mai sus, atunci se mai adaugă o fază ce constă în:

   reîmbibarea structurii de amortizare cu lichidul expulzat anterior, fapt ce permite a se relua, ciclic, procesul de disipare/absorbție a energiei cinetice aferente unui nou impact.
3. 3. Dispozitiv pentru realizarea procedeului conform cu revendicarea 1, caracterizat prin aceea că, include un cilindru (1) pe al cărui fund este dispusă o structură de amortizare, ce include unul sau mai multe straturi de material poros (3) extrem de compresibil îmbibate cu un lichid, structura peste care acționează un piston cilindric (2), în mod normal neapăsat; corpul cilindrului (1) este prevăzut în partea sa inferioară cu niște orificii laterale, radiale, (a, a’, a”) iar, în cazul când structura de amortizare este alcătuită din mai multe straturi de material poros acestea sunt separate între ele prin niște plăci rigide de distanțare (4).
4. 4. Dispozitiv pentru realizarea procedeului conform cu revendicările 1 și 3, caracterizat prin aceea că, în cadrul unei variante de realizare structura de amortizare ^2009-005481 5 -07- 2009 este apăsată de o membrană (8) strânsă între o flanșă a cilindrului și un capac (7) prevăzut cu un ștuț (b) prin care intră un fluid (9).
5. 5. Dispozitiv conform cu revendicările 1 la 3, caracterizat prin aceea că, în scopul reîmbibării straturilor de material poros cu lichidul utilizat, în jurul structurii de amortizare este dispus un arc elicoidal (15) mai înalt decât respectiva structură, astfel încât pistonul (2) este așezat și presează mai întâi respectivul arc și nu respectiva structrură de amortizare.
6. 6. Dispozitiv confom cu revendicările 1 la 4, caracterizat prin aceea că, în scopul reîmbibării straturilor de material poros cu lichidul utilizat, în jurul cilindrului în care este dispusă structura de amortizare, este dispus un alt cilindru (6’, 11) închis etanș, în care se află un gaz (9’, 13) comprimat de lichidul ce pătrunde din primul cilindru în cilindrul concentric cu el (6’, 11) prin intermediul unui orificiu de fund (a).
7. 7. Dispozitiv confom cu revendicările 1 la 4, caracterizat prin aceea că, în cadrul unei alte variante de realizare, în scopul reîmbibării straturilor de material poros cu lichidul utilizat, alături de primul cilindru se mai dispune încă un cilindru etanș (19), coplanar cu primul cilindru și eventual cu axa de revoluție paralelă cu axa primului cilindru; cei doi cilindri comunică printr-un orificiu de fund (a) prin intermediul căruia lichidul ce iese din primul cilindru este introdus în cel de al doilea cilindru și deplasează un piston (22) ce comprimă un gaz (23).