Rodzaje zderzaków aktualnie stosowanych w budowie maszyn, wraz z nowatorską koncepcją zderzaka dla obrabiarki z silnikiem liniowym "ASPE MW" (C) Wszelkie prawa zastrzeżone by Marcin Wagner.

1. Podstawy Projektowania Obrabiarek
inż. Marcin Wagner
MT MiBM RMT7 MB5
Gliwice, 20 październik 2011 r.

2. I. Definicja terminu „zderzak”
II. Rodzaje zderzaków
III. Literatura

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

4.  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.”

5.  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.”

6. 1. Zderzaki sprężynowe
2. Zderzaki hydrauliczne
3. Zderzaki z elementami gumowymi
4. Zderzaki elastomerowe
5. Zderzak Lucjana Łągiewki
6. Zderzak „ASPE MW”

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

8.  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.

9.  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,

10.  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.

11. Zderzak hydrauliczny
a)z obudową tłoczyska
b)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).

12.  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.

13.  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.

15.  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.

16.  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.

18.  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.

19.  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
Przetwornikiem
Akumulująco-Rozpraszającym
– w skrócie „EPAR”.

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

21.  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.

22.  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.

23.  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.

24.  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).

25. Zderzak Łągiewki zamontowany w samochodzie marki Skoda.

26. Zderzak Łągiewki zamontowany w samochodzie marki Citroen.

27.  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.

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

29. 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.

30. 1 – belka główna
2 – ścinany kołek
3 – podstawa
4 – płaskownik
5,6 – elementy zakrywające
7 – element gumowy (odbijak)

35. • „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

36. Dziękuję za uwagę
i życzę miłego dnia! :)