Amortyzatory ACE

Amortyzatory przemysłowe ACE są hydraulicznymi elementami tłumiącymi przeznaczonymi do kontrolowanego wyhamowywania poruszających się mas w maszynach, urządzeniach automatyki oraz instalacjach przemysłowych. Ich podstawowym zadaniem jest przejęcie energii kinetycznej poruszającego się elementu i rozproszenie jej w kontrolowany sposób, przede wszystkim poprzez przekształcenie w energię cieplną. W praktyce amortyzator pozwala zatrzymać poruszający się zespół znacznie łagodniej niż sztywny ogranicznik mechaniczny. Ogranicza dzięki temu przeciążenia, drgania, hałas, odbicia oraz chwilowe wartości sił oddziałujących na konstrukcję maszyny. Amortyzatory ACE stosuje się m.in. w prowadnicach liniowych, manipulatorach, siłownikach pneumatycznych, stołach obrotowych, systemach transportowych, centrach obróbczych, maszynach montażowych i pakujących, modułach handlingowych oraz urządzeniach wykonujących szybkie ruchy cykliczne. Ich zastosowanie może zwiększać trwałość prowadnic, łożysk, siłowników, chwytaków i innych elementów mechanicznych, a jednocześnie umożliwiać zwiększenie prędkości pracy maszyny bez proporcjonalnego zwiększania obciążeń udarowych.

Podczas uderzenia poruszający się element maszyny naciska na tłoczysko amortyzatora. Tłok znajdujący się wewnątrz korpusu zaczyna się przemieszczać, wymuszając przepływ oleju hydraulicznego przez odpowiednio dobrane otwory lub kanały dławiące. Ograniczony przepływ cieczy powoduje powstanie oporu hydraulicznego, który przeciwdziała ruchowi tłoka. Energia kinetyczna poruszającej się masy zostaje dzięki temu stopniowo pochłonięta podczas całego skoku amortyzatora, zamiast zostać gwałtownie przeniesiona na konstrukcję maszyny.Po zakończeniu procesu tłumienia tłoczysko powraca do pozycji wyjściowej, dzięki czemu amortyzator może rozpocząć kolejny cykl. Kluczową zaletą hydraulicznego tłumienia jest możliwość kontrolowania przebiegu opóźnienia na stosunkowo długiej drodze. Pozwala to ograniczyć maksymalną siłę reakcji w porównaniu z zatrzymaniem elementu na bardzo krótkim, sztywnym ograniczniku.

Na wskazanej stronie Pneumat dostępne są zarówno amortyzatory regulowane serii MA, jak i amortyzatory samonastawne serii MC. Wśród prezentowanych wariantów znajdują się m.in.:

• MA150EUM – regulowany, 22 Nm/cykl,
• MA225EUM – regulowany, 25 Nm/cykl,
• MA3325EUM – regulowany, 170 Nm/cykl,
• MC150EUM – samonastawny, 20 Nm/cykl,
• MC225EUM – samonastawny, 41 Nm/cykl,
• MC3325EUM-1 – samonastawny, 170 Nm/cykl,
• MC3350EUM-0 – samonastawny, 330 Nm/cykl.
• Dostępne modele różnią się m.in. skokiem, gwintem montażowym, dopuszczalną energią na pojedynczy cykl, energią możliwą do rozproszenia w ciągu godziny, zakresem masy efektywnej i charakterystyką tłumienia. Oznacza to, że modelu nie powinno się dobierać wyłącznie według wymiaru gwintu czy średnicy korpusu. Podstawą doboru powinny być parametry dynamiczne konkretnej aplikacji.

W amortyzatorze regulowanym możliwe jest ręczne dopasowanie intensywności tłumienia do charakterystyki aplikacji. Takie rozwiązanie jest szczególnie przydatne wtedy, gdy rzeczywiste parametry układu mogą odbiegać od wartości obliczeniowych albo maszyna pracuje z różnymi masami, prędkościami lub ciśnieniami napędowymi. Amortyzatory samonastawne mają natomiast fabrycznie określoną charakterystykę hydrauliczną. Po prawidłowym dobraniu modelu do masy efektywnej, energii oraz prędkości nie wymagają ręcznej regulacji podczas uruchamiania. Przykładowo ACE MA150EUM jest konstrukcją regulowaną bezstopniowo, natomiast MC150EUM wykorzystuje charakterystykę samonastawną. W seryjnych maszynach o dobrze zdefiniowanych parametrach rozwiązanie samonastawne upraszcza montaż i uruchomienie. W prototypach oraz aplikacjach o zmiennych warunkach pracy możliwość regulacji może być natomiast bardzo wartościowa.

Energia na cykl określa maksymalną ilość energii, jaką amortyzator może bezpiecznie pochłonąć podczas pojedynczego procesu hamowania.

W najprostszym przypadku ruchu liniowego energia kinetyczna może być określona jako:

E = ½ × m × v²

gdzie:

m – masa poruszającego się elementu, v – jego prędkość w momencie rozpoczęcia hamowania.

W rzeczywistych aplikacjach należy jednak uwzględnić również energię generowaną przez napęd działający podczas skoku amortyzatora. Dotyczy to szczególnie cylindrów pneumatycznych lub hydraulicznych, które w czasie hamowania nadal wywierają siłę. Dlatego samo policzenie energii kinetycznej nie zawsze wystarcza. Na stronie Pneumat modele z prezentowanej grupy osiągają wartości od kilkudziesięciu do kilkuset Nm energii na cykl; przykładowo MA150EUM ma wartość 22 Nm/cykl, MA3325EUM 170 Nm/cykl, a MC3350EUM-0 330 Nm/cykl.

Energia na godzinę określa, ile energii cieplnej amortyzator może rozpraszać w określonym czasie podczas pracy cyklicznej. Parametr ten jest równie ważny jak maksymalna energia pojedynczego uderzenia. Jeżeli urządzenie wykonuje bardzo dużą liczbę cykli, amortyzator może nie przekraczać dopuszczalnej energii pojedynczego uderzenia, a mimo to ulegać nadmiernemu nagrzewaniu wskutek zbyt dużej całkowitej ilości energii rozpraszanej w czasie. W przybliżeniu należy więc analizować:

energia pojedynczego cyklu × liczba cykli w jednostce czasu.

Przykładowo według podanych danych MA150EUM może rozpraszać do 35 000 Nm/h, natomiast MC3350EUM-0 do 85 000 Nm/h. W aplikacjach szybkobieżnych parametr godzinowy może być czynnikiem ograniczającym nawet wtedy, gdy energia pojedynczego uderzenia jest relatywnie niewielka.

Prędkość ma bardzo duży wpływ na ilość energii kinetycznej, ponieważ we wzorze występuje w drugiej potędze. Oznacza to, że dwukrotne zwiększenie prędkości tej samej masy powoduje czterokrotne zwiększenie jej energii kinetycznej. Przykładowo masa 20 kg poruszająca się z prędkością 1 m/s posiada energię kinetyczną 10 J. Przy prędkości 2 m/s ta sama masa posiada już 40 J. Prędkość wpływa ponadto na dynamikę przepływu oleju przez układ dławiący amortyzatora, dlatego producent określa dopuszczalne zakresy prędkości uderzenia dla poszczególnych modeli. Przykładowo dla MA150EUM ACE podaje zakres około 0,15–4,5 m/s, natomiast dla MC150EUM około 0,06–6 m/s. Dlatego dobór amortyzatora tylko według masy bez znajomości prędkości jest technicznie niewystarczający.

Masa efektywna nie zawsze jest równa rzeczywistej masie poruszającego się elementu. Jest to parametr opisujący dynamiczne zachowanie układu względem amortyzatora i uwzględniający zarówno energię ruchu, jak i sposób działania napędu. W prostym układzie swobodnie poruszającej się masy wartości te mogą być do siebie zbliżone. W przypadku siłownika pneumatycznego, napędu mechanicznego, dźwigni, ruchu obrotowego lub systemu o zmiennym przełożeniu sytuacja jest bardziej złożona. Zakres masy efektywnej jest szczególnie ważny w amortyzatorach samonastawnych. Jeżeli aplikacja znajdzie się daleko poza zakresem charakterystyki danego wariantu, tłumienie może być zbyt twarde lub zbyt miękkie. Przykładowo MC150EUM występuje w wariantach charakterystyki przeznaczonych do różnych zakresów masy efektywnej, mimo identycznych podstawowych gabarytów.

Do rzetelnego doboru należy zebrać przede wszystkim:

• masę poruszającego się elementu,
• prędkość przy kontakcie z amortyzatorem,
• liczbę cykli na godzinę,
• sposób napędzania układu,
• siłę lub moment napędowy,
• ciśnienie robocze i średnicę tłoka w przypadku siłownika,
• planowaną liczbę amortyzatorów,
• orientację ruchu,
• ewentualne działanie grawitacji,
• maksymalny dostępny skok hamowania,
• temperaturę otoczenia,
• kąt uderzenia w tłoczysko,
• wymagania dotyczące dokładności położenia końcowego.
• W ruchu obrotowym potrzebne mogą być dodatkowo moment bezwładności, promień działania i prędkość kątowa. Pneumat udostępnia na stronie kategorii formularz doboru amortyzatorów uderzeń, co jest szczególnie przydatne w bardziej złożonych aplikacjach.

Dwie maszyny mogą przemieszczać element o masie 50 kg, a mimo to wymagać zupełnie innych amortyzatorów. Powodem jest przede wszystkim różnica prędkości. Masa 50 kg przy 0,5 m/s ma wielokrotnie mniejszą energię niż ta sama masa przy 2 m/s. Znaczenie ma również napęd. Element przesuwany siłownikiem pneumatycznym może być podczas hamowania nadal dociskany przez siłę wynikającą z ciśnienia działającego na tłok. Amortyzator musi wtedy pochłonąć nie tylko energię kinetyczną ruchomego zespołu, ale również dodatkową pracę napędu wykonywaną podczas skoku hamowania. W innych aplikacjach na układ może działać grawitacja, sprężyna, przeciwwaga albo mechanizm korbowy. Dlatego masa jest tylko jednym z parametrów wejściowych i nigdy nie powinna być jedyną podstawą profesjonalnego doboru.

W aplikacji pneumatycznej należy uwzględnić zarówno energię kinetyczną poruszającej się masy, jak i pracę wykonywaną przez cylinder podczas ściskania amortyzatora. Potrzebne są przede wszystkim:

• masa ruchoma,
• prędkość tłoczyska,
• średnica tłoka,
• średnica tłoczyska,
• ciśnienie robocze,
• kierunek ruchu,
• skok amortyzatora,
• częstotliwość cykli.
• Siła napędowa cylindra może nadal działać podczas całego skoku amortyzatora. Dlatego obciążenie energetyczne jest zazwyczaj większe, niż wynikałoby ze wzoru ½mv². Po dobraniu odpowiedniej wielkości należy również sprawdzić zakres masy efektywnej i prędkości danego modelu. ACE wskazuje siłowniki pneumatyczne jako jedną z typowych aplikacji swoich amortyzatorów przemysłowych.

W wielu zastosowaniach może przejąć funkcję końcowego tłumienia ruchu, ale obydwa rozwiązania działają inaczej. Amortyzacja pneumatyczna wykorzystuje sprężanie i kontrolowany odpływ powietrza z komory siłownika. Jej charakterystyka jest zależna m.in. od ciśnienia, obciążenia, regulacji zaworu dławiącego i prędkości. Hydrauliczny amortyzator przemysłowy jest natomiast niezależnym elementem odpowiadającym bezpośrednio za pochłanianie energii końcowej ruchu. Może być korzystny w aplikacjach, w których wymagana jest duża powtarzalność, wysoka prędkość, ograniczenie odbicia albo mniejsze przeciążenia konstrukcji. W niektórych rozwiązaniach obie metody mogą być stosowane jednocześnie. Ostateczny sposób zatrzymania powinien jednak wynikać z analizy dynamiki konkretnej osi.

Regulację należy wykonywać na pracującej masynie przy kontrolowanych warunkach, rozpoczynając od bezpiecznych parametrów ruchu. Dla przykładowego MA150EUM ACE podaje practicalną zasadę: jeżeli występuje twarde uderzenie na początku skoku amortyzatora, należy zmienić nastawę w kierunku większej wartości/„PLUS”. Jeżeli twarde uderzenie występuje przy końcu skoku, regulację należy prowadzić w przeciwnym kierunku. Celem jest wykorzystanie możliwie dużej części skoku amortyzatora i uzyskanie równomiernego opóźnienia bez wyraźnego udaru na początku lub końcu ruchu. Po uzyskaniu prawidłowej charakterystyki nastawę należy zabezpieczyć zgodnie z instrukcją montażową. Nie należy kompensować ewidentnie błędnego doboru wielkości amortyzatora skrajnym ustawieniem regulacji.

Typowymi objawami są gwałtowne wyhamowanie natychmiast po kontakcie z tłoczyskiem oraz niewykorzystanie znacznej części dostępnego skoku. Może temu towarzyszyć:

• silne szarpnięcie konstrukcji,
• hałas,
• wzrost drgań,
• odbicie ruchomego zespołu,
• duża chwilowa siła przenoszona na mocowanie,
• zwiększone obciążenie prowadnic i łożysk.
• Zbyt twarda charakterystyka oznacza, że energia zostaje pochłonięta na zbyt krótkiej drodze. Powoduje to wzrost wymaganej siły hamowania. Prawidłowo dobrany amortyzator powinien wykorzystywać możliwie dużą część dostępnego skoku i zatrzymywać masę bez gwałtownego impulsu siły.

Charakterystycznym objawem jest wykorzystanie całego skoku amortyzatora przed pełnym wyhamowaniem ruchomego elementu. W końcowej fazie może pojawić się wtedy mechaniczne dobicie, wyraźny stuk albo gwałtowny wzrost siły. W takiej sytuacji należy sprawdzić:

• nastawę amortyzatora regulowanego,
• rzeczywistą prędkość uderzenia,
• masę,
• siłę napędową,
• liczbę cykli,
• poprawność wcześniejszych obliczeń.
• Jeżeli wymagane parametry przekraczają możliwości zastosowanego modelu, konieczna może być większa jednostka lub amortyzator o innym skoku i charakterystyce. Samo zwiększanie regulacji nie rozwiąże problemu, jeżeli została przekroczona dopuszczalna energia na cykl.

Im większa dostępna droga hamowania, tym łatwiej zatrzymać daną masę przy niższym średnim poziomie siły. W uproszczeniu tę samą energię można rozproszyć na krótkim skoku przy dużej sile albo na dłuższym skoku przy mniejszej sile. Dłuższy skok jest więc korzystny w aplikacjach, w których szczególnie zależy nam na ograniczeniu obciążeń konstrukcji, produktu lub prowadnic. Na stronie Pneumat dostępne są modele o różnych skokach, np. MA150EUM 12,5 mm, MA225EUM 19 mm czy MC3350EUM-0 48,6 mm. Nie oznacza to jednak, że najdłuższy amortyzator zawsze będzie najlepszy. Trzeba uwzględnić energię, zakres masy efektywnej, częstotliwość pracy, gabaryty oraz charakterystykę konkretnej aplikacji.

W prawidłowo dobranej aplikacji korzystne jest wykorzystanie dużej części skoku roboczego, ponieważ pozwala to rozłożyć proces hamowania na możliwie długiej drodze. Nie oznacza to jednak, że tłoczysko powinno być brutalnie dociskane poza przewidziane położenie końcowe. W wielu modelach ACE stosowany jest zintegrowany ogranicznik końcowy, jednak dokładny sposób ustawienia położenia mechanicznego należy zawsze sprawdzić w dokumentacji konkretnego modelu. W przypadku aplikacji wymagających bardzo dokładnej pozycji końcowej producent może przewidywać zastosowanie dodatkowych elementów ograniczających, np. odpowiedniego kołnierza oporowego. Najważniejsze jest, aby zatrzymanie wynikało z kontrolowanego procesu tłumienia, a nie z niekontrolowanego dobicia konstrukcji.

Wiele przemysłowych amortyzatorów ACE jest projektowanych jako gotowe do montażu, zamknięte elementy niewymagające typowego okresowego serwisowania polegającego np. na wymianie oleju. Producent opisuje m.in. rodzinę MA jako rozwiązania bezobsługowe, gotowe do instalacji. Podobną filozofię konstrukcji stosuje w szeregu modeli MC. Nie oznacza to jednak, że amortyzator można całkowicie pominąć w planie utrzymania ruchu. Podczas przeglądów warto kontrolować:

• szczelność,
• stan tłoczyska,
• swobodę powrotu,
• stabilność mocowania,
• zmianę charakterystyki hamowania,
• temperaturę pracy,
• uszkodzenia mechaniczne,
• obecność zanieczyszczeń.
• Amortyzator pracujący poza dopuszczalnymi parametrami może ulec przedwczesnemu zużyciu mimo konstrukcji bezobsługowej.

Trwałość zależy od modelu i warunków aplikacji: energii na cykl, częstotliwości, temperatury, obciążenia bocznego, czystości środowiska i prawidłowości montażu. Dla rodziny MC150–MC600 ACE wskazuje wykorzystanie technologii membrany rolowanej i możliwość osiągania bardzo dużej trwałości – producent podaje dla tej konstrukcji nawet do 25 milionów cykli w odpowiednich warunkach pracy. Takiej wartości nie należy jednak traktować jako uniwersalnej gwarancji trwałości każdego amortyzatora w każdej aplikacji. Jeżeli element pracuje na granicy dopuszczalnej energii, jest narażony na zabrudzenia, wysoką temperaturę lub uderzenia boczne, jego rzeczywista żywotność może być mniejsza.

Rolling diaphragm, czyli membrana rolowana, jest rozwiązaniem wykorzystywanym w wybranych amortyzatorach ACE, m.in. rodzinie MC150–MC600. Membrana oddziela medium tłumiące od otoczenia i pracuje w sposób ograniczający klasyczne tarcie uszczelnienia przesuwnego. Według ACE rozwiązanie to zapewnia m.in. bardzo małe siły powrotne oraz wysoką trwałość. Konstrukcja pozwala również w określonych przypadkach instalować amortyzator bezpośrednio w przestrzeni ciśnieniowej, np. wewnątrz cylindra pneumatycznego. Producent wskazuje dla tej rodziny możliwość pracy w komorach do około 7 bar. Jest to szczególnie interesujące w kompaktowych układach pneumatycznych, gdzie amortyzacja ma zostać zintegrowana bezpośrednio z konstrukcją napędu.

Dla wielu modeli oferowanych przez ACE producent dopuszcza montaż w dowolnej pozycji. Dotyczy to m.in. MA150EUM oraz MC150EUM. Pozwala to stosować amortyzatory pionowo, poziomo lub pod innym kątem, zależnie od konstrukcji maszyny. Nie oznacza to jednak dowolności w zakresie kierunku przyłożenia siły. Oś uderzenia powinna odpowiadać wymaganiom producenta, a obciążenia poprzeczne nie mogą przekraczać dopuszczalnych wartości. Przy ruchu obrotowym lub uderzeniu pod kątem może być konieczne zastosowanie adaptera obciążenia bocznego.

Obciążenie boczne powinno być możliwie małe. Amortyzator został zaprojektowany przede wszystkim do przenoszenia siły wzdłuż osi tłoczyska. Duży kąt uderzenia powoduje zwiększone obciążenie prowadzenia, tłoczyska i elementów uszczelniających. Dla poszczególnych modeli ACE określa maksymalny dopuszczalny kąt obciążenia bocznego. Przykładowo dla MA150EUM wynosi on 2°, a dla MC150EUM producent podaje 4°. W przypadku większych kątów można w wybranych rodzinach zastosować specjalny adapter boczny. Dla serii MC150–MC600 ACE wskazuje możliwość obsługi większych kątów z odpowiednim adapterem.

W przypadku ruchu obrotowego nie wystarcza znajomość masy elementu. Należy uwzględnić przede wszystkim:

• moment bezwładności,
• prędkość kątową,
• odległość punktu kontaktu amortyzatora od osi obrotu,
• geometrię ruchu,
• kąt kontaktu z amortyzatorem,
• dodatkowy moment generowany przez napęd.
• Energia kinetyczna ruchu obrotowego zależy od momentu bezwładności i prędkości kątowej. Dodatkowo prędkość liniowa w punkcie kontaktu amortyzatora zależy od promienia. Zmiana miejsca montażu może więc znacząco zmienić zarówno skok, jak i obciążenie amortyzatora. W stołach obrotowych i ramionach wahliwych warto również przeanalizować zmianę kąta oddziaływania podczas całego skoku.

Tak, w odpowiednio zaprojektowanym układzie energia może być rozdzielona pomiędzy dwa amortyzatory. Warunkiem jest jednak możliwie równomierny kontakt i obciążenie obu elementów. Jeżeli jeden amortyzator zetknie się z ruchomą częścią wcześniej, może przejąć większość energii, mimo że teoretycznie obciążenie miało zostać rozdzielone po połowie. W praktyce należy zadbać o:

• symetryczne ustawienie,
• odpowiednią sztywność konstrukcji,
• identyczną wysokość montażu,
• równoległość elementu uderzającego,
• zgodne charakterystyki amortyzatorów.
• ACE omawia montaż równoległy amortyzatorów jako jedną z typowych konfiguracji aplikacyjnych.

Wybrane serie mogą być stosowane w aplikacjach awaryjnego zatrzymania, ale należy przeprowadzić osobny dobór dla takiego scenariusza. Obciążenie awaryjne może różnić się od normalnego cyklu pracy. Przykładowo element może osiągać większą prędkość, mieć większą energię lub trafiać w amortyzator bardzo rzadko. ACE wskazuje, że ciężkie amortyzatory przemysłowe określonych rodzin mogą znajdować zastosowanie jako elementy awaryjnego zatrzymania. Nie należy jednak automatycznie zakładać, że każdy amortyzator przeznaczony do normalnej pracy cyklicznej może pełnić funkcję bezpieczeństwa. Jeżeli amortyzator jest częścią funkcji związanej z bezpieczeństwem maszyny, należy także odrębnie przeanalizować wymagania dotyczące całego systemu bezpieczeństwa.

W wielu przypadkach tak. Wydajność maszyny ogranicza często nie maksymalna prędkość napędu, ale możliwość bezpiecznego zatrzymania ruchomego zespołu. Jeżeli układ kończy ruch gwałtownym uderzeniem, zwiększenie prędkości może powodować wzrost hałasu, drgań, zużycia prowadnic, luzów lub awarii. Prawidłowo dobrany amortyzator pozwala rozpraszać energię w sposób kontrolowany, dzięki czemu możliwe może być skrócenie czasu hamowania i zwiększenie dynamiki osi bez proporcjonalnego zwiększania obciążeń konstrukcji. Każdą zmianę prędkości należy jednak ponownie przeliczyć, ponieważ energia kinetyczna rośnie proporcjonalnie do kwadratu prędkości.

Hałas w maszynach często powstaje w wyniku gwałtownego kontaktu metalowych elementów i przeniesienia impulsu energii na konstrukcję. Amortyzator redukuje prędkość elementu przed jego końcowym zatrzymaniem, dzięki czemu zmniejsza intensywność uderzenia. W wybranych rodzinach ACE dostępne są ponadto specjalne elementy kontaktowe, które mogą dodatkowo ograniczać emisję hałasu. Producent dla niektórych modeli przemysłowych wskazuje możliwość redukcji rzędu 3–7 dB przy zastosowaniu specjalnego przycisku uderzeniowego PP. Rzeczywista redukcja hałasu w maszynie zależy oczywiście również od jej konstrukcji, rezonansów, materiałów i źródeł dźwięku.

Bez tłumienia energia ruchomego zespołu musi zostać przejęta przez ogranicznik, ramę, prowadnice, łożyska, śruby, siłownik i połączenia konstrukcyjne. Gwałtowne uderzenia generują wysokie chwilowe wartości sił i przyspieszeń. Powtarzane tysiące lub miliony razy mogą prowadzić do:

• luzowania połączeń,
• wybicia prowadnic,
• uszkodzeń łożysk,
• deformacji ograniczników,
• pękania elementów,
• utraty dokładności pozycjonowania.
• Amortyzator rozkłada proces zatrzymania na określonej drodze, redukując maksymalną wartość impulsu obciążającego konstrukcję. Korzyść należy więc analizować nie tylko jako ochronę samego punktu uderzenia, ale jako zmniejszenie obciążenia całego łańcucha mechanicznego maszyny.

Temperatura wpływa przede wszystkim na lepkość medium tłumiącego i właściwości materiałów uszczelniających. Z tego powodu każdy model posiada określony dopuszczalny zakres temperatur. Przykładowo dla MA150EUM ACE podaje zakres 0–66°C. Producent oferuje również specjalne wykonania przeznaczone do temperatur wykraczających poza standardowe zakresy. Przykładowo wybrane przemysłowe wersje HT mogą pracować w temperaturach sięgających 150°C, natomiast warianty LT przeznaczone są do bardzo niskich temperatur. W aplikacjach piecowych, chłodniach, mroźniach lub urządzeniach pracujących na zewnątrz zawsze należy podawać temperaturę jako jeden z parametrów doboru.

Nie jest to zalecane. Amortyzator podczas pracy zamienia pochłanianą energię mechaniczną w ciepło, które musi zostać oddane do otoczenia przez jego korpus. ACE w instrukcjach technicznych wyraźnie ostrzega przed malowaniem amortyzatorów ze względu na konieczność prawidłowego odprowadzania ciepła. Warstwa farby lub grubej powłoki może pogorszyć wymianę cieplną, szczególnie podczas pracy z dużą częstotliwością. Jeżeli aplikacja wymaga podwyższonej odporności korozyjnej, należy zamiast samodzielnego malowania dobrać odpowiednie wykonanie materiałowe lub powłokę oferowaną przez producenta.

Standardowy model nie zawsze będzie odpowiedni do środowiska agresywnego chemicznie lub silnie korozyjnego. ACE oferuje dla wybranych rodzin specjalne wykonania, m.in. warianty niklowane lub o podwyższonej odporności korozyjnej. Przy doborze do takiego środowiska należy określić:

• rodzaj substancji chemicznej,
• możliwość bezpośredniego kontaktu,
• stężenie,
• temperaturę,
• wilgotność,
• sposób mycia maszyny,
• obecność mgły solnej lub środków czyszczących.
• Szczególną uwagę trzeba zwrócić na kompatybilność uszczelnień oraz stan powierzchni tłoczyska.

Tak. Zabrudzenia osadzające się na tłoczysku mogą być wprowadzane w okolice układu prowadzącego i uszczelniającego podczas kolejnych cykli. Pył ścierny, wióry metalowe, chłodziwa, kleje i inne zanieczyszczenia mogą skrócić żywotność urządzenia. ACE wskazuje w dokumentacji, że substancje znajdujące się w otoczeniu mogą oddziaływać na komponenty uszczelniające i prowadzić do skrócenia trwałości. W trudnych środowiskach warto przewidzieć osłonę amortyzatora, odpowiednią orientację montażu lub specjalne wykonanie konstrukcyjne.

Podstawowym sposobem jest porównanie całkowitej energii rozpraszanej w czasie z dopuszczalną energią godzinową danego modelu. Jeżeli amortyzator pochłania przykładowo 50 J w jednym cyklu, a maszyna wykonuje 1000 takich cykli na godzinę, otrzymujemy 50 000 J/h. Wartość tę należy porównać z parametrem dopuszczalnym producenta. Objawem problemu może być również nadmierny wzrost temperatury korpusu lub pogorszenie charakterystyki pracy. Nie należy jednak oceniać poprawności wyłącznie dotykiem. Profesjonalna analiza powinna opierać się na danych energetycznych, częstotliwości cyklu i warunkach odprowadzania ciepła.

Każdy cykl powoduje zamianę określonej energii mechanicznej w ciepło. Jeżeli pomiędzy kolejnymi uderzeniami jest wystarczająco dużo czasu, część ciepła zostaje oddana do otoczenia. Przy bardzo wysokiej częstotliwości amortyzator może otrzymywać kolejną porcję energii szybciej, niż jest w stanie odprowadzić poprzednią. Dlatego dwa identyczne mechanizmy zatrzymujące tę samą masę z tą samą prędkością mogą wymagać innych amortyzatorów, jeżeli jeden wykonuje 50 cykli na godzinę, a drugi 5000. Z tego powodu producenci podają zarówno energię na cykl, jak i energię na godzinę.

Nie. Przewymiarowanie amortyzatora może być tak samo niekorzystne jak niedowymiarowanie. Jeżeli charakterystyka amortyzatora będzie zbyt twarda względem rzeczywistej masy efektywnej, poruszający się element może zostać zatrzymany na bardzo krótkim odcinku skoku. Skutkiem mogą być duże siły reakcji, drgania i odbicie. Dobór powinien więc polegać na znalezieniu modelu, którego zakres pracy odpowiada rzeczywistej energii, prędkości i masie efektywnej aplikacji, a nie na zastosowaniu największego dostępnego urządzenia „na zapas”. Odpowiedni zapas energetyczny jest wskazany, ale powinien być świadomie określony.

Niedowymiarowany amortyzator może nie być w stanie pochłonąć całej energii poruszającej się masy. Może wtedy wystąpić:

• dobicie do końca skoku,
• gwałtowny wzrost siły,
• nadmierne nagrzewanie,
• pogorszenie powtarzalności,
• wyciek oleju,
• uszkodzenie uszczelnień,
• skrócenie trwałości,
• uszkodzenie maszyny.
• Szczególnie niebezpieczne jest przekraczanie zarówno energii pojedynczego cyklu, jak i dopuszczalnej energii godzinowej. Jeżeli warunki aplikacji uległy zmianie – np. zwiększono prędkość produkcji lub masę transportowanego detalu – dobór amortyzatora należy ponownie zweryfikować.

Tak – szczególnie zwiększenie prędkości. Ponieważ energia kinetyczna jest proporcjonalna do kwadratu prędkości, nawet pozornie niewielkie zwiększenie prędkości może istotnie zwiększyć wymagania wobec amortyzatora. Przykładowo zwiększenie prędkości z 1 do 1,5 m/s zwiększa energię kinetyczną o 125%, czyli do 2,25 wartości początkowej. Jednocześnie większa liczba cykli może zwiększyć obciążenie godzinowe. Dlatego po modernizacji maszyny, skróceniu czasu cyklu lub zmianie parametrów napędu amortyzator powinien być traktowany jako jeden z elementów wymagających ponownej walidacji.

Nie zawsze, ale wymaga sprawdzenia. Jeżeli nowa masa nadal znajduje się w dopuszczalnym zakresie energetycznym i zakresie masy efektywnej istniejącego amortyzatora, wymiana może nie być konieczna. Trzeba jednak przeliczyć energię dla najbardziej niekorzystnego przypadku. W maszynie obsługującej produkty o masie od 2 do 20 kg należy sprawdzić zarówno minimalne, jak i maksymalne obciążenie. Przy zbyt małej masie amortyzator może działać zbyt twardo. Przy zbyt dużej może nie pochłaniać wymaganej energii. Właśnie w aplikacjach o dużej zmienności obciążenia interesującym rozwiązaniem mogą być amortyzatory regulowane.

Po zakończeniu tłumienia tłoczysko musi powrócić do położenia wyjściowego. Siła powrotu określa siłę generowaną przez mechanizm powrotny podczas tego ruchu. Parametr ma znaczenie w aplikacjach, w których ruchomy mechanizm jest bardzo lekki albo dostępna siła cofająca jest niewielka. Przykładowo MA150EUM posiada relatywnie niewielką siłę powrotu, a rodzina MC150–MC600 została przez ACE opracowana m.in. z naciskiem na bardzo małe siły resetujące dzięki zastosowanej technologii membrany. Jeżeli mechanizm nie umożliwi pełnego wysunięcia tłoczyska przed kolejnym cyklem, amortyzator nie będzie pracował prawidłowo.

Jest to czas potrzebny amortyzatorowi na powrót do pozycji gotowej do kolejnego cyklu. Parametr jest ważny w maszynach szybkobieżnych. Jeżeli następne uderzenie nastąpi przed pełnym wysunięciem tłoczyska, dostępny skok tłumienia będzie krótszy. W skrajnej sytuacji amortyzator może nie mieć możliwości prawidłowego przyjęcia kolejnej porcji energii. Przykładowo dla MA150EUM producent podaje czas powrotu około 0,4 s. Przy projektowaniu bardzo krótkich czasów taktowania należy więc analizować nie tylko maksymalną energię godzinową, ale również dynamikę resetowania amortyzatora.

Wybrane modele – tak. Rodzina MC150–MC600 wykorzystująca membranę rolowaną została skonstruowana w sposób umożliwiający m.in. instalowanie amortyzatora w komorze ciśnieniowej. ACE wskazuje możliwość zastosowania jej jako końcowego tłumienia wewnątrz cylindrów pneumatycznych przy ciśnieniu do około 7 bar. Nie należy jednak przenosić tej właściwości automatycznie na każdy model ACE. Przy takim montażu konieczne jest sprawdzenie dokładnego wariantu amortyzatora, wymiarów zabudowy, ciśnienia oraz zgodności materiałowej.

Do najczęstszych symptomów należą:

• wyciek medium,
• wyraźnie zmieniona charakterystyka hamowania,
• twarde uderzenie pod koniec skoku,
• brak pełnego powrotu tłoczyska,
• nietypowy hałas,
• uszkodzenie powierzchni tłoczyska,
• korozja,
• nadmierne luzy,
• wzrost drgań maszyny.
• Istotnym sygnałem jest również sytuacja, w której maszyna przy niezmienionych parametrach zaczyna zatrzymywać się inaczej niż dotychczas. Przed wymianą warto jednak sprawdzić, czy przyczyną nie jest zmiana warunków procesu: wyższa prędkość, większa masa produktu, wzrost ciśnienia w pneumatyce albo poluzowanie mocowania.

Nie ma jednego uniwersalnego interwału odpowiedniego dla wszystkich maszyn. Częstotliwość kontroli powinna wynikać z:

• liczby cykli,
• znaczenia amortyzatora dla procesu,
• warunków środowiskowych,
• intensywności obciążenia,
• historii awarii,
• wymagań producenta maszyny.
• W szybko pracujących urządzeniach można włączyć amortyzatory do regularnego przeglądu mechanicznego. Kontrola nie musi oznaczać demontażu. Często wystarcza inspekcja szczelności, powierzchni tłoczyska, mocowania oraz obserwacja jakości hamowania. Szczególnie istotne jest reagowanie na zmiany charakterystyki zanim dojdzie do regularnego dobijania maszyny do końcowego ogranicznika.

Tak, ale zapas powinien być racjonalny. Nie powinno się projektować układu tak, aby przy normalnej pracy amortyzator stale znajdował się dokładnie na granicy dopuszczalnej energii. Warto uwzględnić możliwe:

• odchyłki prędkości,
• zmiany masy produktu,
• różnice ciśnienia,
• tolerancje wykonania,
• wzrost temperatury,
• przyszłe zwiększenie wydajności.
• Jednocześnie nadmierne przewymiarowanie może prowadzić do zbyt twardej charakterystyki. Dlatego zapas powinien być analizowany razem z zakresem masy efektywnej i charakterystyką wybranego modelu.

Zakres zastosowań jest bardzo szeroki. ACE wskazuje m.in.:

• maszyny automatyczne,
• obrabiarki,
• centra obróbcze,
• moduły handlingowe,
• prowadnice liniowe,
• jednostki obrotowe,
• cylindry pneumatyczne,
• maszyny i instalacje przemysłowe.
• W praktyce amortyzator można rozważyć wszędzie tam, gdzie poruszająca się masa musi zostać powtarzalnie zatrzymana, a niekontrolowane uderzenie powodowałoby hałas, drgania, zużycie lub ryzyko uszkodzenia produktu.

Może być bardzo dobrym rozwiązaniem przede wszystkim jako element amortyzacji położeń krańcowych, mechaniczny bufor lub zabezpieczenie osi. W manipulatorach trzeba jednak prawidłowo określić parametry dynamiczne. Dla ruchu liniowego analizuje się masę i prędkość. Przy ramieniu obrotowym należy uwzględnić moment bezwładności, promień, prędkość kątową i lokalizację punktu kontaktu. Jeżeli ramię uderza w amortyzator po łuku, szczególnie ważny staje się również kąt oddziaływania na tłoczysko. Amortyzator nie zastępuje układu sterowania serwonapędu, lecz może stanowić dodatkowe rozwiązanie mechaniczne do kontrolowania energii w położeniu końcowym lub sytuacji awaryjnej.

Element elastomerowy magazynuje znaczną część energii poprzez odkształcenie. Część tej energii może następnie zostać oddana, powodując odbicie. Hydrauliczny amortyzator działa inaczej – jego zadaniem jest rozproszenie energii w postaci ciepła poprzez kontrolowany przepływ medium. Dzięki temu możliwe jest uzyskanie łagodniejszego, bardziej kontrolowanego zatrzymania i ograniczenie odbicia. Elastomer może być dobrym rozwiązaniem w prostych, mało wymagających aplikacjach. Przy dużych prędkościach, znacznych energiach, wysokiej częstotliwości pracy lub wymaganej powtarzalności hydrauliczny amortyzator przemysłowy zapewnia znacznie większe możliwości projektowe.

Nie. Są to elementy o zupełnie różnych podstawowych funkcjach. Sprężyna gazowa służy przede wszystkim do generowania kontrolowanej siły, podtrzymywania, unoszenia lub równoważenia ciężaru. Amortyzator przemysłowy służy natomiast przede wszystkim do pochłaniania energii dynamicznej i wyhamowywania poruszającej się masy. Sprężyna gazowa magazynuje energię w sprężonym gazie i wykorzystuje ją do generowania siły. Amortyzator uderzeń powinien przede wszystkim rozpraszać energię. Z tego powodu nie powinno się traktować obu produktów jako zamienników mimo pewnych podobieństw konstrukcyjnych.

Modele serii MA są dobrym kierunkiem przede wszystkim wtedy, gdy wymagana jest możliwość ręcznego dostrojenia charakterystyki tłumienia. MA150EUM oferuje 22 Nm na cykl i skok 12,5 mm. MA225EUM oferuje 25 Nm i skok 19 mm. W większych aplikacjach MA3325EUM pozwala pochłaniać około 170 Nm na cykl. Wybór nie powinien jednak polegać wyłącznie na porównaniu wartości Nm. Należy uwzględnić także:

• energię godzinową,
• masę efektywną,
• prędkość uderzenia,
• dostępny skok,
• częstotliwość,
• siłę napędu,
• warunki montażowe.
• Regulowane MA szczególnie dobrze sprawdzają się w aplikacjach, w których parametry mogą się zmieniać albo podczas uruchamiania wymagane jest precyzyjne dostrojenie układu.

Najbezpieczniejsza procedura doboru powinna przebiegać etapowo. Najpierw należy ustalić charakter ruchu i zebrać dane: masę, prędkość, siłę napędową, liczbę cykli, dostępny skok oraz temperaturę. Następnie należy obliczyć całkowitą energię pochłanianą podczas pojedynczego cyklu – wraz z energią dostarczaną przez napęd podczas hamowania – oraz określić całkowite obciążenie energetyczne na godzinę. Kolejnym etapem jest:

1. dobranie odpowiedniego gabarytu,
2. sprawdzenie energii na cykl,
3. sprawdzenie energii godzinowej,
4. kontrola zakresu masy efektywnej,
5. kontrola dopuszczalnej prędkości,
6. sprawdzenie kąta uderzenia,
7. weryfikacja temperatury,
8. sprawdzenie skoku i miejsca montażowego,
9. wybór wersji samonastawnej lub regulowanej.
10. Dopiero spełnienie wszystkich tych kryteriów daje podstawę do właściwego doboru. Na stronie Pneumat dostępne są warianty ACE obejmujące zarówno niewielkie jednostki M14, jak i większe modele M33x1,5, a prezentowany zakres energii dochodzi do 330 Nm na cykl i 85 000 Nm/h. Dostępny jest również formularz doboru amortyzatorów, który pozwala przekazać dane aplikacji do analizy technicznej. W bardziej złożonych przypadkach – szczególnie przy ruchu obrotowym, wysokiej częstotliwości, dużych prędkościach, zmiennej masie lub nietypowej temperaturze – dobór warto oprzeć na pełnych parametrach aplikacji, a nie wyłącznie na katalogowej wartości energii.