Zespół
dr inż. Grzegorz PITTNER

Istota wynalazku

Powszechnie stosowane tłumiki i amortyzatory posiadają najczęściej stałą siłę tłumienia.
W technice znane są już metody regulacji tłumienia i ich pozytywny wpływ na zachowanie się układów dynamicznych zwłaszcza tam gdzie pojawiają się niepożądane drgania lub wstrząsy o zmiennym charakterze. Jednym z najpopularniejszych kierunków rozwoju w tym obszarze są tłumiki z wykorzystaniem materiałów inteligentnych takich jak np. ciecze magnetoreologiczne (tzw. MRF). Jednak wysoki koszt implementacji rozwiązań wykorzystujących inteligentne materiały powoduje, że technika regulacji tłumienia wciąż nie jest powszechnie stosowana.

Istotą wynalazku jest sposób regulacji siły tłumienia tłumika (lub amortyzatora) za pomocą elektromechanicznego układu napędzanego prostym i powszechnym w inżynierii silnikiem prądu stałego małej mocy. Głównym elementem mechanizmu jest specjalna stożkowa przekładnia mechaniczna pozwalająca regulować siłę docisku cylindrycznej pary ciernej rozpraszającej energię drgań. Rozwiązanie takie za pomocą kontroli napięcia zasilającego silnik prądu stałego niewielkiej mocy pozwala sterować siłą tłumienia drgającego układu w szerokim zakresie.

Istotną zaletą proponowanego rozwiązania jest przede wszystkim prostota mechanizmu oraz łatwość montażu. Do wytworzenia opisywanego mechanizmu zamiast materiałów inteligentnych wystarczą powszechnie dostępne w inżynierii komponenty. Siła tłumienia może być regulowana w szerokim zakresie dobieranym na etapie projektowania gabarytów mechanizmu. Podstawowym ograniczeniem przy doborze siły maksymalnej na etapie projektowania są przede wszystkim gabaryty mechanizmu związane z jego wytrzymałością.
Ciekawą cechą wynalazku jest też fakt, że dzięki samohamowności elementów przekładni mechanicznej nastawiona siła tłumienia utrzymuje się w układzie nawet po zaniku zasilania. Cecha ta ma istotny wpływ na poprawę bezpieczeństwa pracy układu z regulowanym tłumieniem. Kolejną konsekwencją samohamowności jest fakt, że mechanizm pobiera energię elektryczną jedynie w trakcie przełączania siły tłumienia. W efekcie pobór mocy elektrycznej mechanizmu w trakcie pracy ze stałą siłą tłumienia jest zerowy, a sumaryczny pobór mocy przez mechanizmu w trakcie całego cyklu eksploatacyjnego układu tłumionego jest wyjątkowo niski w porównaniu z innymi metodami takimi jak np. tłumiki stosujące ciecze MRF. Ponadto stosując sposób sterowania mechanizmu za pomocą kontroli natężenia prądu silnika DC mechanizm autokompensuje zużycie eksploatacyjne elementów pary ciernej mechanizmu. W rezultacie siła tłumienia w układzie pozostaje niezmienna wraz ze stopniowym zużywaniem się mechanizmu aż do jego zupełnego zużycia eksploatacyjnego. Sam proces przełączenia siły tłumienia odbywa się w sposób płynny od wartości aktualnej do wartości zadanej w czasie ok. 1-3 sek.

Potencjał komercjalizacji

Głównym obszarem zastosowania wynalazku jest tłumienie wibracji maszyn zarówno wirnikowych jak bez wirnikowych.

Wśród maszyn bez wirnikowych można wymienić:
- przemysł samochodowy do regulacji charakterystyki zawieszenia,
- konstrukcje naczep TIRów pracujących pod zmiennym obciążeniem,
- konstrukcje maszyn budowlanych,
- konstrukcje maszyn udarowych.

W obszarze maszyn wirnikowych wynalazek może być wykorzystywany:
- w maszynach bębnowych takich jak np. pralki lub wirówki do redukcji drgań bębnów lub obudów,
- do redukcji drgań wirników pracujących pod zmiennym obciążeniem lub zmiennym niewyrównoważeniem na przykład turbin lub mieszalników.

Stosując rozłączanie tłumienia w fazie wirowania pralki domowej za pomocą opisywanego mechanizmu autorowi udało się osiągnąć redukcję drgań obudowy pralki na poziomie od 50 do 80%.
Cechą wyróżniającą opisywany wynalazek wśród innych rozwiązań regulacji tłumienia jest prostota konstrukcji skutkująca relatywnie niskimi kosztami implementacji.