Tłumienie siłowników pneumatycznych w pozycjach skrajnych – zalecenia oraz cechy eksploatacyjne rozwiązań rynkowych

Ogólna zasada działania tłumienia siłowników pneumatycznych z regulowaną wartością siły tłumienia [5-8]

W celu zrozumienia zasady działania tłumienia z regulowaną wartością prędkości (oraz siły) zostanie omówiony wsuw siłownika dwustronnego działania z jednostronnym tłoczyskiem oraz dwoma nastawnymi tłumikami. W takich rozwiązaniach pokrywy tylna siłownika (1) (rys. 2) oraz przednia są doposażone w zawory dławiące o regulowanej wartości przepływu. Wkręcenie zaworu powoduje dławienie wypływu powietrza, a co za tym idzie – zmniejszenie prędkości ruchu tłoczyska siłownika.

W początkowej fazie wsuwu (rys. 2a) ruch odbywa się z pełną wartością prędkości roboczej. Warunkuje to swobodny odpływ powietrza z komory podtłoczyskowej A siłownika przez przyłączkę zasilania (6). Wejście trzpienia (4) w kontakt z dodatkowym uszczelnieniem (2) powoduje zamknięcie komory. Stwarza to możliwość odprowadzenia powietrza jedynie przez regulowaną szczelinę zaworu dławiącego (7).

Zmniejszenie przepływu, przy jednoczesnym stopniowym zmniejszaniu objętości komory, powoduje zwiększenie ciśnienia w zamkniętej objętości (co bezpośrednio wpływa na wzrost wartości siły po stronie podtłoczyskowej). W ten sposób prędkość siłownika maleje, a nadmiar siły pozwala na płynne wyhamowanie tłoczyska.

Niedoregulowanie zaworu dławiącego może doprowadzić do sytuacji, w której uzyskiwana wartość siły tłumienia jest zbyt niska. Z drugiej strony możliwe jest całkowite zamknięcie przepływu powietrza, co może doprowadzić do negatywnych skutków w postaci:

• braku osiągnięcia przez siłownik pozycji skrajnej,
• możliwości oscylacji siłownika w pozycji skrajnej.

Zewnętrzne układy amortyzatorów [5-8]

Producenci napędów pneumatycznych oferują kompleksową ofertę dodatkowego oprzyrządowania dedykowanego do różnych rozwiązań konstrukcyjnych siłowników oraz wymagań stawianych aplikacjom przemysłowym.
Wśród systemów tłumiących można wyróżnić amortyzatory [5-7]:

• elastomerowe – należące do grupy tłumików mechanicznych, które zawierają elastyczny bufor gumowy, który pełni funkcję elementu tłumiącego; wśród tej grupy występują modele bez możliwości regulacji wartości skoku tłumienia lub z taką możliwością; stanowią najtańsze z możliwych rozwiązań; mogą zostać doposażone w ogranicznik stopu;
• hydrauliczne (regulowane) ze sprężyną powrotną – zasada działania polega na przetłaczaniu oleju przedostającego się przez umieszczone wewnątrz obudowy amortyzatora otwory dławiące; prowadzi to do uzyskania spowolnienia ruchu na całej długości skoku; zazwyczaj oferują zmienną wartość tłumienia (w zakresie wartości nastaw katalogowych);
• z samoregulacją – zasada działania jest podobna do poprzedniego przypadku, jednak mają możliwość sterowania charakterystyką przepływu medium tłumiącego; do podstawowych cech tych rozwiązań można zaliczyć: dobieralną charakterystykę krzywej siły amortyzacji, możliwość doboru skoku (w szerokim zakresie) oraz bezobsługowość.

Odrębną grupę stanowią układy zatrzymujące, które cechują się: amortyzacją z samoregulacją, regulowanym skokiem, możliwością montażu czujników do kontroli położenia oraz precyzyjną regulacją położenia krańcowego. W ofercie znajdują się również hydrauliczne cylindry amortyzujące, umożliwiające uzyskanie precyzyjnych (nastawionych przez użytkownika) wartości sił (w całym zakresie skoku) oraz zastosowanie do niskich wartości prędkości ruchu elementów napędowych.

Wszystkie wymienione elementy mogą pracować w dowolnej pozycji montażowej, a przy zastosowaniu dedykowanego oprzyrządowania ich montaż jest niezwykle łatwy.

W stosunku do amortyzatorów hydraulicznych pojawiają się istotne ograniczenia odnośnie do liczby cykli pracy przypadających na jednostkę czasu. Jeśli amortyzator zostanie poddany zbyt wielu uderzeniom w określonym czasie, płyn hydrauliczny ulega przegrzaniu. Powoduje to spadek efektywności działania i jego przedwczesne uszkodzenie. Zwiększenie temperatury płynu hydraulicznego powoduje ponadto zmianę lepkości cieczy roboczej oraz zmniejszenie zdolności do rozpraszania energii. Jako zabezpieczenie przed tym niekorzystnym fenomenem większość producentów zaleca, aby amortyzatory były dobierane z przewymiarowaniem [8].

Dobór elementów tłumiących — ogólne wytyczne

W przypadku doboru elementów tłumiących, zwłaszcza dodatkowych układów, warto zwrócić uwagę na podstawowe parametry, do których zaliczamy [5-7]:

• wartość siły generowanej na siłowniku – parametr uwzględnia wartości sił pochodzących od samego układu napędowego oraz sił dynamicznych (zależnych od przyspieszenia oraz masy manipulowanego detalu; warto zauważyć, że siły dynamiczne ulegają zmianom w trakcie zmian obciążenia oraz parametrów wydajności);
• masę równoważną – zależną od sposobu obciążenia oraz odmiany ruchu (linowy lub obrotowy);
• prędkość uderzenia.

Podstawowymi parametrami decydującymi o poprawnym doborze amortyzatora są takie wielkości jak [5-7]:

• maksymalne oraz zalecane obciążenie energetyczne przypadające na skok,
• wartość absorpcji energii na godzinę,
• maksymalna wartość energii resztkowej,
• maksymalna wartość siły zatrzymania w pozycji końcowej.

Algorytmy doboru amortyzatorów są dostępne w katalogach konkretnych producentów. Z racji zmiennych charakterystyk produktów zalecane jest korzystanie z dedykowanego katalogu producenta amortyzatorów.

Podsumowanie

Wiele przypadków obciążeń napędów pneumatycznych wymaga zastosowania układów rozpraszających energię kinetyczną. Zakłady przemysłowe coraz częściej są oceniane pod względem wydajności, co wymusza konieczność sukcesywnego przyspieszania maszyn technologicznych. Bez przedsięwzięcia środków zaradczych kończy się to najczęściej awarią pneumatycznych układów napędowych. W takim wypadku warto rozważyć zastosowanie tłumienia w pozycjach skrajnych.

Zastosowanie układów tłumiących nie stanowi dużego nakładu inwestycyjnego, a może przyczynić się do dużych oszczędności. Nie bez znaczenia pozostają kwestie aplikacji wysoko obciążonych. Wymagają one obligatoryjnego zastosowania tłumienia (bez względu na prędkości rozwijane przez układy napędowe).

Piśmiennictwo

1. Hooper J.F.: Basic pneumatics: an introduction to industrial compressed air systems and components. Carolina Academic Press, USA 2013.
2. Parr A.: Hydraulics and pneumatics: a technician’s and engineer’s guide. Butterworth-Heinemann, USA 2011.
3. Elliott B.: Compressed air operations manual. McGraw-Hill Education, USA 2006.
4. Majumdar S.R.: Pneumatic systems: principles and maintenance. Tata McGraw-Hill Educatio, India 1996.
5. www.festo.com.
6. www.rectus.pl.
7. www.pivexin-tech.pl.
8. www.hydraulicspneumatics.com.

Może Cię również zainteresować >>

Galeria