Każda masa zatrzymywana w maszynie musi gdzieś oddać energię ruchu. Jeśli nie przejmie jej element do tego przeznaczony, przejmuje ją konstrukcja: spawy, prowadnice i zderzaki.
Co dzieje się z energią zatrzymywanej masy
Energia kinetyczna rośnie z kwadratem prędkości, więc dwukrotnie szybszy ruch tej samej masy oznacza czterokrotnie większą porcję energii do rozproszenia. Do tego dochodzi praca napędu, który zwykle nie przestaje działać w chwili kontaktu: siłownik pneumatyczny nadal pcha tłoczysko, a serwonapęd utrzymuje moment aż do zatrzymania. Suma obu składników tworzy energię całkowitą przypadającą na jeden cykl i to ona stanowi punkt wyjścia do doboru elementu hamującego.
Sposób przejęcia tej energii różnicuje dostępne rozwiązania. Odbój gumowy oraz sprężyna magazynują energię i oddają ją z powrotem, przez co masa odbija się, a konstrukcja otrzymuje krótkotrwałe, wysokie obciążenie szczytowe. Absorber hydrauliczny działa inaczej: przetłacza olej przez szereg otworów dławiących i zamienia energię na ciepło, które oddaje do otoczenia. Element o charakterystyce liniowej rozkłada siłę hamowania równomiernie na całej drodze roboczej, dzięki czemu obciążenie szczytowe ramy jest najniższe z możliwych przy zadanym skoku.
Praktyczna konsekwencja tej różnicy jest wyraźna. Przy tej samej energii i tej samej drodze hamowania konstrukcja przenosi wielokrotnie mniejszą siłę niż przy zatrzymaniu na sztywnym zderzaku, a ruch kończy się bez odbicia i bez drgań gasnących przez kolejne dziesiąte części sekundy.
Dobór do energii kinetycznej i cyklu pracy
Dobór opiera się na kilku danych, które konstruktor zbiera przed wyborem konkretnego wykonania:
-
masa efektywna zatrzymywana w danym ruchu, z uwzględnieniem przenoszonego ładunku,
-
prędkość w chwili kontaktu, a nie prędkość średnia całego przemieszczenia,
-
siła napędu działająca w czasie hamowania,
-
liczba cykli w godzinie, decydująca o ilości ciepła do odprowadzenia,
-
kąt uderzenia oraz sposób prowadzenia masy,
-
droga hamowania dostępna w konstrukcji.
Każdy absorber ma dwa niezależne ograniczenia. Pierwsze dotyczy energii pojedynczego cyklu, drugie mocy cieplnej w jednostce czasu. Przekroczenie pierwszego limitu kończy się uszkodzeniem mechanicznym, przekroczenie drugiego prowadzi do przegrzania oleju, utraty charakterystyki i stopniowego pogorszenia hamowania, często mylonego z wadą fabryczną. Element dobrany poprawnie do energii, lecz pracujący w zbyt szybkim takcie, zużyje się przedwcześnie.
W maszynach o zmiennej masie ładunku sprawdzają się wykonania samonastawne, które dopasowują opór do warunków. Wersje regulowane pozwalają natomiast wycisnąć maksimum z powtarzalnej aplikacji o stałych parametrach, przy czym wymagają jednorazowego strojenia przy uruchomieniu. W obu przypadkach konieczne jest prowadzenie masy, ponieważ element hamujący nie przenosi sił poprzecznych, a uderzenie pod kątem uszkadza tłoczysko. Dobrą praktyką pozostaje pozostawienie stałego zderzaka jako ogranicznika końcowego, przejmującego ruch w razie awarii elementu hamującego.
Ochrona konstrukcji i ograniczenie hałasu
Skutki zatrzymywania mas bez amortyzacji ujawniają się stopniowo i bywają przypisywane innym przyczynom. Powtarzalne uderzenia powodują pękanie spoin, powstawanie luzów w prowadnicach i łożyskach, obluzowanie połączeń śrubowych, przesuwanie się czujników krańcowych oraz pogorszenie dokładności pozycjonowania. Elementy elektroniczne zabudowane na ruchomej osi również nie znoszą dobrze powtarzanych szarpnięć.
Osobnym zagadnieniem jest hałas. Uderzenie metalu o metal generuje dźwięk impulsowy o wysokim poziomie szczytowym, uciążliwy dla obsługi i istotny przy ocenie ekspozycji na hałas na stanowisku pracy. Rozproszenie energii w elemencie hydraulicznym obniża zarówno poziom szczytowy, jak i drgania przenoszone na ramę i posadzkę. Efektem ubocznym, korzystnym z punktu widzenia produkcji, bywa możliwość przyspieszenia cyklu maszyny bez wzrostu obciążeń konstrukcji.
Amortyzatory drzwi, osłon i pokryw
Osobną grupę zastosowań tworzą elementy kontrolujące ruch osłon i pokryw. Amortyzator drzwi spowalnia końcową fazę zamykania, chroniąc zawiasy, ramę i przeszklenie przed uderzeniem, a obsługę przed przytrzaśnięciem palców. Rozwiązanie stosuje się w drzwiach szaf sterowniczych, klapach maszyn, pokrywach zbiorników, osłonach stref niebezpiecznych oraz w drzwiach o dużej masie skrzydła, gdzie sama masa wystarcza do uszkodzenia konstrukcji przy swobodnym zamknięciu.
Często element ten pracuje w parze ze sprężyną gazową: sprężyna wspomaga podnoszenie i utrzymuje skrzydło w położeniu otwartym, natomiast element tłumiący kontroluje ruch powrotny. Przy doborze bierze się pod uwagę masę i wymiary skrzydła, długość ramienia, przewidywaną prędkość ruchu, punkty mocowania w położeniu skrajnym oraz warunki otoczenia. W aplikacjach zewnętrznych i w strefach mycia znaczenie ma odporność korozyjna i wykonanie uszczelnień, a przy niskich temperaturach zmienia się lepkość oleju i czas domykania.
Kontrola stanu tych elementów jest prosta i warto włączyć ją do przeglądów okresowych. Wyciek oleju na tłoczysku, brak wyczuwalnego oporu, zmiana czasu zamykania oraz powrót głośnych uderzeń świadczą o zużyciu i kwalifikują element do wymiany, zanim uszkodzeniu ulegną zawiasy lub rama.
Elementy tego typu dostarczają dystrybutorzy komponentów automatyki. EA (Efektywna Automatyzacja) z Krakowa oferuje pneumatykę, technikę podciśnienia, chwytaki i manipulatory, sprężyny gazowe oraz absorbery, w tym amortyzatory drzwi przemysłowych. Wsparcie techniczne obejmuje dopasowanie elementu do masy skrzydła, geometrii mocowania oraz warunków, w jakich pracuje maszyna.
Artykuł sponsorowany
