Előfizetés a lapra

Simmizés a Műegyetemen

A hét kutatója, fizika, kerék, mozgás, szitálás

2014/04/23

Nagyon népszerű tánc volt a simmi az 1920-as években, aminek a sajátos, oldalazó mozgásáról kapta nevét a járműdinamikában a kerékszitálás. Egy átsimmizett éjszakának is lehetnek nem várt következményei, de a járművek kerekeinél fellépő rezgések súlyosabb veszélyeket rejtenek. De az, hogy mikor, hol és milyen körülmények között jelentkezik ez a simmi, még nem teljesen ismert. Az MTA-BME Gépek és Járművek Dinamikája Kutatócsoportban végeznek ilyen kutatásokat, melyeket az OTKA is támogat. A program vezetőjével, Takács Dénessel beszélgettünk a részletekről.

– Miért választotta a műszaki pályát? Gondolom nem akart megtanulni simmit járni…

– Természetesen nem. Édesapám gépésztechnikus volt, otthon is vállalt javítást. Szívesen segítettem neki, és egész gyerekkoromban szereltem. Nem is volt kérdés, hogy műszaki pályára és természetesen a Műegyetemre megyek. Stépán Gábor tanított, aki ma is az egyik legnépszerűbb oktató a karon. Nála kezdtem el TDK-zni és itt ragadtam. Az első dolgozatomban időkésleltetett dolgokkal foglalkoztam, méghozzá az emberi egyensúlyozással. A szem és a fül érzékeli, amikor dől az ember, az agy pedig küldi az ingereket, hogy melyik izom hogyan feszüljön meg. Autóvezetéskor megfelelő féktávolságot kell hagyni, hogy időben le tudjuk nyomni a pedált. Ez az időkésés az egyensúlyozásnál is megvan, és bármilyen kicsi is, mégiscsak befolyásolhatja, hogy talpon tudunk-e maradni vagy sem.

 A diplomamunkám már a vontatott kerékről szólt. A rugalmas kerék nem egy ponton érintkezik a talajjal, hanem egy kontaktfelületen. Ahogy gördül előre és rezeg, mindig máshogy tapad le. Kígyószerűen rajzolódik ki a kerék nyomvonala, és a gumiban megőrződik, hogy hol járt korábban, milyen pozícióban volt. Hogy menet közben hol tapad le, milyen deformáció éri, az „öröklődik” a korábbi mozgásából. Úgy szoktuk mondani, memóriája van a keréknek. Tulajdonképpen ez is egy időkésleltetett rendszer. Stépán tanár úr egy korábbi ötlete volt ez és elővette, hogy kezdjem nézegetni. Ebből lettek azok a kísérletek, amikkel igazolni próbáltuk, hogy számíthat a memóriahatás, és okozhat olyan rezgéseket, amiket korábban nem tudtak megmagyarázni.

– Miért veszélyes ez a jelenség?

– A simmi, vagyis a kerékszitálás öngerjesztett rezgés. Például, amikor az ember tolja a bevásárlókocsit, konstans sebességgel teszi ezt, mégis összevissza szitál a kerék. Ez csak bosszantó, de adott esetben nagyon veszélyes lehet. A repülőgépek orrfutóművénél fellépő rezgések miatt több baleset is történt, ezért kezdtek el vele alaposabban foglalkozni. Az egyik probléma, hogy nagyon nehéz számolni, mikor és hol jön elő.

 Viszont pusztán gyakorlati vizsgálatokkal nem lehet mindenre kiterjedő megoldáshoz jutni, mert mindenféle felületen, sebességtartományban, erőhatásra végig kellene nézni, hogy hol fordulhat elő, ami gyakorlatilag végtelen számú kísérletet jelent. Ezért adódnak időnként balesetek az orrfutómű simmizése miatt, pedig agyontesztelik őket. De így sem feltétlenül lehet megtalálni a kritikus pontokat.

 Stépán tanár úr felfedezte, hogy a kontakt tartományban pontosabb képet kaphatunk a kerék viselkedéséről, ha figyelembe vesszük az említett memóriahatást. Ez is okozhat öngerjesztett rezgést, amit már 1940-ben észrevettek. Csak akkor a matematika még nem állt úgy, hogy tudott volna ezzel bármit kezdeni. A TDK-im, a diplomamunkám, és a doktorim nagy része is arra ment rá, hogy ezeket kísérletileg is igazoljam. Ezek most egy kicsit félbemaradtak, mert modellfejlesztésekkel foglalkozunk a hallgatókkal együtt. Például egyik doktoranduszom a gördeszkával foglalkozik.

A nagy vontatási hosszak mellett jelentkező kis amplitúdójú mikro-simmi jelenség azonosítása

– Ez nagyon érdekesen hangzik. Kutatták ezt máshol is?

– Rengeteg videó van az interneten arról, hogyan esnek el a gördeszkások. Mennek a lejtőn, nő a sebességük, és egyszer csak elkezdenek a kerekek beszitálni, végül el is esnek. A szakirodalomból kiderült, hogy sose nézte meg senki, hogy az emberi szabályozás reflexkésése hasonlóan jelenik meg gördeszka esetén is, mint az egyensúlyozásnál. Ez egyébként egyszerűen belátható, mert álló helyzetben a gördeszkás nem tudja megtartani függőleges helyzetét, és simán eldől. Viszont, ha elér egy kritikus sebességet, önmagától stabil marad. A tanulási fázisban az a legrosszabb stratégia, ha eleinte szép lassú haladással próbálkozunk. Hasonlóan a biciklizéshez, minél gyorsabban löki magát az ember, annál könnyebb megtartani a függőleges helyzetet. A gördeszka esetében azonban további érdekesség, hogy bizonyos sebesség felett könnyen elesik az ember, pedig a gördeszka önmagában stabil lenne a számítások szerint. Amikor nagy sebességnél megjelenik a rezgés, az embernek „csak” ki kellene kapcsolnia a szabályozást és mereven állnia. De nagyon nehéz nyugton maradni, amikor alattunk rezeg a gördeszka. A motorkerékpároknál sokszor hasonló a helyzet. Abban nagy gyakorlatuk van a gyártóknak, hogy a motorkerékpár önmagában stabil maradjon, az egyetlen, aki elronthatja, az a sofőr. Az emberi reflexkésés és a gumikerék memóriája ugyanis együttesen különös instabilitáshoz vezethetnek.

– Volt-e ipari érdeklődés vagy gyakorlati együttműködés az eredményeik alkalmazására?

– Az első nagyobb együttműködés egy európai uniós céggel volt, aminek érdekes története van. Kifejlesztettek és gyártanak több szuper babakocsit, melyekre nagy divattervező cégek tervezték a szöveteket. Ezek a legkönnyebb és a legkisebbre összecsukható babakocsik, nem csoda, hogy több százezer forint darabja. De az önbeálló kerekek tervezése számukra is fejtörést okozott. A kerékszitálást ugyan kiküszöbölték, de az alkalmazott megoldás a használat során a csapágyak kopásához vezetett. Emiatt történtek is csúnya balesetek. A csapágyak megszorultak, és amikor az anyuka nagy lendülettel el akart indulni, kiborította a gyereket az úttestre. Át kellett térni más konstrukcióra, ami viszont a simmizéshez vezetett. A szülők viszont attól tartottak, hogy ettől szétrázódik az egész kocsi, nem is beszélve a babákról.

Kerékszitálás a laboratóriumi berendezésen.

 Én Angliában, a bristoli egyetemen írtam a diplomamunkámat, angolul. A dolgozat most is fönt van a honlapomon. A babakocsis cégnél az interneten kerestek megoldást és felismerték, hogy ez az, ami nekik kell. Érdekes érzés volt, hogy amikor kimentünk hozzájuk, a mérnökök előtt ott feküdt a diplomamunkám kinyomtatva és salátára olvasva. Kérték, hogy egyrészt módosítsuk úgy a kereket, hogy újra lehessen árusítani, másrészt találjunk ki valamit azoknak, akik most is használják.

 Ezt azonban nem lehetett egyszerű számításokkal megoldani, elő kellett venni a legbonyolultabb eljárásokat. Volt 10 paraméter, amivel lehetett játszani: a kerék súlypontjával, tömegével, tehetetlenségével, csapsúrlódásával stb. Végül is találtunk egy olyan megoldást, hogy 10 km/óra sebességig nem jön elő ez a hiba. Persze voltak, vannak más kapcsolataink is ismertebb cégekkel, illetve vannak nálunk végzett magyar kollégák, akik a bristoli egyetemen foglalkoznak a repülőgép orrfutók simmizésével.

– Merre halad tovább a kutatás?

– A gumikerekekkel továbbra is foglalkozom, de egy nagy EU-s pályázatban főként a marógépek dinamikájával kell majd foglalkoznunk. Én azt vizsgálom, hogy a bennük lévő csapágyak mint gördülő elemek, hogyan befolyásolják szerszám mozgását. Itt is megjelennek az öngerjesztett rezgések, a memóriahatás és egyéb problémák. A projekt során igyekszünk felhasználni a korábbi eredményeket.

 TRUPKA ZOLTÁN

2014/13