Magiczna moc geometrii

Diogenes Laertios - grecki pisarz, którego dzieła są nieocenionym źródłem opowieści o starożytnych filozofach - podaje, że Tales z Miletu udał się kiedyś do Egiptu i zachwycił tamtejszymi piramidami. Z ciekawości zagaił kapłanów o wysokość budowli. Kiedy ci odmówili mu informacji, postanowił wziąć ich sposobem: stanął obok piramidy i poczekał na moment, kiedy długość jego cienia była równa jego wzrostowi. Wtedy po prostu zmierzył, jak długi cień rzucała piramida.

Aby zagrać na nosie kapłanom, Tales musiał rozumieć podstawowe koncepty z zakresu geometrii, w tym pojęcie podobieństwa figur geometrycznych - że dwa trójkąty mogą znacząco różnić się wielkością, ale mimo to pewne ich cechy pozostaną takie same (np. stosunek długości boków do siebie). Po najprostsze reguły geometrii postanowili też sięgnąć inżynierowie z Politechniki Lubelskiej - w tym wypadku były to jednak własności innej figury, z którą również zapoznajemy się w szkole podstawowej, a mianowicie równoległoboku.

Badacze chcieli odpowiedzieć na pytanie, w jaki sposób zaprojektować ramę nośną - czyli mechanizm mocujący wielką łyżkę czy chwytak zamontowane z przodu pojazdu zwane ładowarkami - aby operator urządzenia zawsze miał pewność, że nie będzie się ona przechylać w jedną czy drugą stronę. - Zagadnienie może się wydawać egzotyczne, ale w rzeczywistości takie nie jest, o czym sam przekonałem się swego czasu, mając praktyki w firmie, która zajmowała się produkcją ładowaczy do ciągników rolniczych - śmieje się Krzysztof Kozik, który patent na wynalazek otrzymał razem ze swoim promotorem, prof. Hubertem Dębskim z Politechniki Lubelskiej.

Ładowarkę czołową najprościej zrozumieć jako wariację spychacza. O ile ten drugi ma za zadanie przesunąć piach z jednego miejsca na drugie, o tyle ładowarka służy do tego, aby na łyżce ów piach przewieźć i przesypać gdzieś indziej. Z tego względu jest bardziej uniwersalnym urządzeniem, stosowanym w górnictwie (zwłaszcza odkrywkowym), na budowach, w rolnictwie czy wszędzie tam, gdzie konieczne będzie przenoszenie materiałów sypkich. Ładowarki często też mają wymienne końcówki, to znaczy, że w zależności od potrzeby łyżkę można zdjąć, a założyć na jej miejsce np. widły do palet.

Ponieważ cały pojazd waży kilka ton, mogłoby się wydawać, że stabilność nie jest problemem, ale biorąc pod uwagę warunki, w jakich najczęściej taki sprzęt pracuje, ostrożności nigdy za wiele. Najczęściej jest tak, że łyżka zostaje zamontowana na specjalnej ramie, której ruch w górę i w dół umożliwia system hydrauliczny. Lubelscy konstruktorzy postanowili pomajstrować właśnie przy sposobie zamocowania i ruchu łyżki.

Wymyślili, że podłączą ją do pojazdu za pomocą dwóch ram - jedna po lewej, druga po prawej - z której każda będzie się składać z dwóch belek. Jedna będzie odpowiadała za ruch całego urządzenia w górę i w dół, druga zaś porusza wyłącznie łyżką. Całość przypomina lekko odwróconą rękę, która podnosi się w stawie barkowym, zgina w łokciowym, a oprócz tego jeszcze może poruszać dłonią.

- Opracowaliśmy taki system połączenia tych belek, dzięki któremu tworzą one dwa równoległoboki. To sprawia, że obowiązują je te same reguły, co w przypadku tej figury geometrycznej, a mianowicie że bez względu na odległość ramion od siebie naprzemianległe kąty w obrębie figury mogą się zmieniać, ale długości boków pozostają takie same. A to jest najważniejsze z punktu widzenia ruchliwości całego urządzenia - tłumaczy Kozik. Ponadto zaprezentowane rozwiązanie daje możliwość przesuwania ramy podnoszącej po podwoziu, dając operatorowi możliwość regulacji zasięgu ramy ładowarki.

Pomysł na współpracę z profesorem zrodził się jeszcze podczas studiów Kozika, który na III roku studiów na Wydziale Mechanicznym zaczął chodzić na zajęcia do prof. Dębskiego, specjalisty od obliczeń wytrzymałości konstrukcji. Z fascynacji tym tematem Kozik - obecnie doktorant - podjął współpracę z prof. Dębskim, z którym razem opracowali konstrukcję ramy nośnej, na którą następnie udało im się uzyskać patent.

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.801.jpg@RY2@

fot. Wojtek Jargiło

Krzysztof Kozik oraz prof. Hubert Dębski z Politechniki Lubelskiej

Jakub Kapiszewski

Eureka! DGP

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.101(c).jpg@RY2@

Trwa piąta edycja konkursu "Eureka! DGP - odkrywamy polskie wynalazki", do którego zaprosiliśmy polskie uczelnie, instytuty badawcze i jednostki naukowe PAN. Do 15 czerwca w Magazynie DGP będziemy opisywać wynalazki nominowane przez naszą redakcję do nagrody głównej, wybrane spośród 78 nadesłanych przez uczelnie i instytuty.

Rozstrzygnięcie konkursu nastąpi pod koniec czerwca. Nagrodą jest 30 tys. zł dla zespołu, który pracował nad zwycięskim wynalazkiem, ufundowane przez Mecenasa Polskiej Nauki - firmę Polpharma, oraz kampania promocyjna dla uczelni lub instytutu o wartości 50 tys. zł w mediach INFOR Biznes (wydawcy Dziennika Gazety Prawnej) ufundowana przez organizatora.

MECENAS POLSKIEJ NAUKI

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.802.jpg@RY2@

PARTNERZY MERYTORYCZNI

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.803.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.804.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.805.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.806.jpg@RY2@

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.807.jpg@RY2@

PATRON MEDIALNY

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.808.jpg@RY2@

ORGANIZATOR

@RY1@i02/2018/073/i02.2018.073.00000190a.809.jpg@RY2@