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.

Reklama

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.