Dlaczego sprężyna gazowa nie chce się składać, wsunąć?

Siłownik gazowy czy sprężyna gazowa?

Na początku warto uporządkować nazewnictwo. Urządzenie stosowane między innymi w pokrywach, klapach, osłonach maszyn czy elementach wyposażenia pojazdów najczęściej jest sprężyną gazową, chociaż w języku potocznym często funkcjonuje określenie „a siłownik gazowy”. Nie należy jednak utożsamiać takiego elementu z klasycznym siłownikiem pneumatycznym. a Siłownik pneumatyczny jest elementem wykonawczym instalacji pneumatycznej. Do jego komór doprowadzane jest a sprężone powietrze, a zmiana ciśnienia powoduje ruch tłoka i tłoczyska. Ruch może być sterowany między innymi za pomocą zaworów lub elektrozaworów. Sprężyna gazowa jest natomiast zasadniczo zamkniętym układem ciśnieniowym. Wewnątrz cylindra znajduje się gaz — najczęściej azot — pod odpowiednio dobranym ciśnieniem oraz określona ilość oleju spełniającego między innymi funkcję smarującą i tłumiącą. Nie potrzebuje zewnętrznego źródła sprężonego powietrza. To właśnie ciśnienie gazu powoduje wysuwanie tłoczyska i sprawia, że jego ponowne wsunięcie wymaga przyłożenia odpowiedniej siły. Dlatego pierwsza ważna informacja brzmi: sprężyna gazowa, której nie da się łatwo ścisnąć ręką, nie musi być uszkodzona. Może po prostu działać dokładnie tak, jak została zaprojektowana.

Jak działa sprężyna gazowa?

W uproszczeniu wewnątrz cylindra znajduje się gaz pod ciśnieniem. Tłoczysko wchodząc do cylindra zajmuje część dostępnej dla gazu objętości. Powoduje to dalsze sprężanie gazu, dlatego wraz ze skracaniem sprężyny jej siła może wzrastać. Proces można w uproszczony sposób opisać zależnością:

p × Vⁿ = const

gdzie:

• p – ciśnienie gazu,

• V – jego objętość,

• n – wykładnik zależny od charakteru procesu sprężania.

Oznacza to, że podczas wsuwania tłoczyska zmniejsza się objętość dostępna dla gazu, a jego ciśnienie rośnie. Siła generowana przez sprężynę jest w uproszczeniu związana z ciśnieniem oraz efektywną powierzchnią roboczą:

F ≈ p × A

gdzie:

• F – siła sprężyny,

• p – ciśnienie wewnętrzne,

• A – efektywna powierzchnia, na którą działa ciśnienie.

W rzeczywistym urządzeniu na zachowanie sprężyny wpływają dodatkowo między innymi tarcie uszczelnień, konstrukcja tłoka, średnica tłoczyska, temperatura, ilość oleju, sposób montażu oraz charakterystyka konkretnego wykonania. Dlatego siła potrzebna do rozpoczęcia ruchu może być chwilowo większa niż siła potrzebna do dalszego przesuwania tłoczyska.

Dlaczego siłownik gazowy nie chce się złożyć?

Przyczyn może być kilka. W praktyce przemysłowej warto analizować je w odpowiedniej kolejności, ponieważ pozwala to uniknąć niepotrzebnej wymiany sprawnego elementu.

1. Sprężyna gazowa ma po prostu dużą siłę

To zdecydowanie jedna z najczęstszych przyczyn. Sprężyny gazowe mogą być wykonywane w bardzo różnych zakresach siły. Model przeznaczony do podtrzymywania lekkiej klapy może być stosunkowo łatwy do ugięcia, natomiast sprężyna przeznaczona do ciężkiej osłony maszyny, włazu czy elementu konstrukcyjnego może generować siłę liczoną w setkach, a w odpowiednich konstrukcjach nawet większych wartościach niutonów.

Dla przykładu siła:

F = 500 N

odpowiada w przybliżeniu ciężarowi masy około:

m = F / g

czyli:

500 / 9,81 ≈ 51 kg

Nie oznacza to, że człowiek musi zawsze podnieść dokładnie 51 kg, aby ścisnąć taką sprężynę, ponieważ znaczenie ma geometria układu i wykorzystanie dźwigni. Pokazuje jednak skalę generowanego obciążenia. Jeżeli sprężyna ma siłę 800, 1000 czy 1500 N, próba ściśnięcia jej samymi rękami może być bardzo trudna albo praktycznie niemożliwa. I jest to normalne.

2. Próba ściskania wykonywana jest bez odpowiedniej dźwigni

Sprężyna gazowa bardzo często została dobrana do pracy w konkretnym mechanizmie, a nie do swobodnego ściskania w dłoniach. Po zamontowaniu w klapie człowiek działa na element w znacznej odległości od osi obrotu. Powstaje więc moment:

M = F × r

gdzie:

• M – moment siły,

• F – przyłożona siła,

• r – ramię działania siły.

Przykładowo naciskając na koniec pokrywy znajdujący się 0,8 m od zawiasu, można uzyskać znacznie większy moment niż próbując bezpośrednio ścisnąć sprężynę gazową o długości kilkudziesięciu centymetrów. Dlatego sytuacja, w której sprężyny praktycznie nie da się ścisnąć rękami, ale po prawidłowym zamontowaniu pokrywa pracuje poprawnie nie jest niczym niezwykłym.

Nowy siłownik gazowy nie chce się złożyć – czy jest uszkodzony?

Nie należy automatycznie zakładać uszkodzenia. Nowa sprężyna gazowa może sprawiać wrażenie bardzo sztywnej z kilku powodów. Po pierwsze, posiada swoją nominalną siłę wynikającą z zastosowanego ciśnienia gazu. Po drugie, występuje tarcie statyczne uszczelnień. Rozpoczęcie ruchu może więc wymagać nieco większej siły niż kontynuowanie rozpoczętego skoku. Po trzecie, jeżeli element został dobrany do ciężkiej konstrukcji przemysłowej, może być zwyczajnie niemożliwy do bezpiecznego ściśnięcia siłą mięśni. Dlatego sposobem oceny sprawności sprężyny nie powinno być stwierdzenie: „Nie mogę jej wcisnąć ręką, więc jest zepsuta”. Znacznie ważniejsze jest sprawdzenie:

• jaka jest deklarowana siła sprężyny,

• jaki ma skok,

• do jakiej aplikacji została dobrana,

• jaka jest masa ruchomego elementu,

• gdzie znajdują się punkty montażowe,

• jakie występują ramiona sił,

• czy mechanizm nie powoduje przekoszenia,

• czy sprężyna podczas pracy może osiągnąć wymagany skok.

3. Siła sprężyny została niewłaściwie dobrana

Inna sytuacja występuje wtedy, gdy sprężyna faktycznie jest za mocna w stosunku do konstrukcji. Typowe objawy to: pokrywa bardzo trudno się zamyka, samoistnie podnosi się lub po zwolnieniu nacisku gwałtownie wraca do pozycji otwartej. Może to oznaczać, że moment generowany przez sprężynę jest większy niż wymagany do zrównoważenia ciężaru pokrywy. Nie wystarczy bowiem dopasować sprężyny wyłącznie do masy elementu. Właściwy dobór wymaga analizy momentów działających względem osi obrotu. Dla pokrywy można w uproszczeniu przyjąć:

M obciążenia = m × g × L

gdzie:

• m – masa pokrywy,

• g – przyspieszenie ziemskie,

• L – odległość środka ciężkości od osi zawiasu.

Sprężyna wytwarza natomiast własny moment: M sprężyny = F × r × sin α

gdzie:

• F – siła sprężyny,

• r – efektywne ramię względem osi obrotu,

• α – kąt wynikający z położenia sprężyny względem mechanizmu.

Jeżeli stosowane są dwie sprężyny: M całkowite ≈ 2 × F × r × sin α. Już z tego prostego modelu widać, dlaczego samo stwierdzenie: „Pokrywa waży 40 kg, więc dobierzmy sprężynę 400 N” może prowadzić do poważnego błędu. Ta sama pokrywa może wymagać zupełnie różnych sprężyn w zależności od lokalizacji zawiasów i punktów mocowania.

4. Nieprawidłowa geometria montażu

Sprężyna może mieć właściwą siłę, a mimo tego układ nie będzie chciał się zamknąć. Powodem często jest błędne rozmieszczenie punktów mocowania. Jeżeli mocowanie znajduje się w niewłaściwym miejscu, sprężyna podczas zamykania może:

• nie uzyskać odpowiedniego ramienia,

• dochodzić do końca skoku zbyt wcześnie,

• pracować pod niewłaściwym kątem,

• blokować ruch mechanizmu,

• osiągać położenie geometrycznie niekorzystne,

• być narażona na siły poprzeczne.

Szczególnie istotna jest sytuacja, w której mechanizm próbuje zamknąć pokrywę dalej, mimo że sprężyna osiągnęła już swoją minimalną długość. To bardzo niekorzystne zjawisko. Sprężyna gazowa nie może pełnić funkcji mechanicznego ogranicznika ruchu konstrukcji, jeżeli nie została do tego specjalnie zaprojektowana. Jeżeli jej skok kończy się wcześniej niż ruch klapy, dalsze zamykanie powoduje bardzo duże obciążenia elementów mocujących, tłoczyska, cylindra i całej konstrukcji.

5. Sprężyna jest za długa

Z problemem geometrii bezpośrednio wiąże się niewłaściwa długość urządzenia. Przy doborze trzeba uwzględniać między innymi długość całkowitą, po całkowitym wysunięciu oraz po złożeniu, skok tłoczyska, typ końcówek, sposób zamocowania wraz z dostępnym miejscem w pozycji otwartej i zamkniętej. Jeżeli sprężyna po całkowitym złożeniu pozostaje dłuższa niż odległość między punktami montażowymi w pozycji zamkniętej, mechanizmu fizycznie nie da się prawidłowo zamknąć. W takim przypadku zwiększanie siły nacisku nie rozwiązuje problemu. Może natomiast uszkodzić uchwyty, zawiasy, końcówki montażowe, tłoczysko i powierzchnię cylindra.

6. Sprężyna została zamontowana pod niewłaściwym kątem

Sprężyna gazowa została zaprojektowana przede wszystkim do przenoszenia obciążeń osiowych. Oznacza to, że siła powinna działać możliwie zgodnie z osią tłoczyska. Jeżeli mocowania wymuszają boczne obciążenie tłoczyska, może wystąpić zwiększone tarcie, przyspieszone zużycie prowadzenia, nierównomierne zużycie uszczelnienia, trudniejszy ruch, zacieranie i uszkodzenie tłoczyska. W konstrukcjach przemysłowych warto więc zwracać szczególną uwagę na współosiowość oraz możliwość niewielkiego samoczynnego ustawienia się końcówek podczas ruchu. Stąd popularność odpowiednich przegubów i końcówek montażowych.

7. Tłoczysko zostało skrzywione

To znacznie poważniejsza przyczyna. Jeżeli tłoczysko zostało mechanicznie wygięte, może zakleszczać się w układzie prowadzenia. Do uszkodzenia może dojść na przykład wskutek uderzenia, przeciążenia poprzecznego, zatrzaśnięcia klapy, niewłaściwego transportu, błędnego montażu czy deformacji konstrukcji maszyny. Nawet stosunkowo niewielkie odkształcenie tłoczyska może powodować duży wzrost oporów ruchu. W takiej sytuacji nie należy próbować „rozruszać” sprężyny poprzez wielokrotne siłowe wciskanie. Może to doprowadzić do dalszego uszkodzenia uszczelnienia lub elementów prowadzących.

8. Tłoczysko jest zabrudzone albo skorodowane

Stan powierzchni tłoczyska ma ogromne znaczenie dla trwałości sprężyny gazowej. Tłoczysko współpracuje z uszczelnieniem, dlatego powinno być czyste, gładkie, pozbawione wżerów i głębokich rys oraz zabezpieczone przed agresywnymi zabrudzeniami. W środowisku przemysłowym problemem mogą być między innymi pył, wióry, opiłki metalu, agresywne środki chemiczne, błoto, osady technologiczne, wilgoć, sól i cząstki ścierne. Jeżeli zanieczyszczenia zostaną wprowadzone w okolice uszczelnienia podczas ruchu tłoczyska, mogą zwiększyć opór, uszkodzić powierzchnię współpracującą albo doprowadzić do utraty szczelności.

9. Korozja mogła doprowadzić do zablokowania ruchu

Sprężyny gazowe pracujące na zewnątrz lub w środowisku o wysokiej wilgotności powinny być odpowiednio dobrane do warunków eksploatacji. Problem jest szczególnie istotny między innymi w przemyśle spożywczym, morskim (offshore), zakładach chemicznych, oczyszczalniach, urządzeniach zewnętrznych i konstrukcjach narażonych na regularne mycie. Korozja tłoczyska czy elementów prowadzących może zwiększać tarcie i stopniowo utrudniać ruch. W wymagających środowiskach warto zatem rozważać wykonania materiałowe odpowiednie do konkretnej aplikacji, zamiast traktować wszystkie sprężyny gazowe jako elementy wzajemnie zamienne.

10. Problemem nie jest sprężyna, lecz konstrukcja

To bardzo częsty przypadek w utrzymaniu ruchu. Operator zgłasza „Siłownik się zablokował”. Po dokładniejszej kontroli okazuje się jednak, że sama sprężyna jest sprawna, natomiast zwiększony opór powodują:

• zatarty zawias,

• skrzywiona klapa,

• poluzowany uchwyt,

• przesunięty punkt mocowania sprężyny gazowej,

• odkształcenie ramy,

• kolizja dwóch części maszyny,

• skorodowany mechanizm,

• nieprawidłowo działająca blokada.

Dlatego diagnostyka powinna obejmować cały układ mechaniczny, a nie tylko sprężynę gazową.

Sprężyna gazowa wysuwa się, ale nie chce się wsunąć

Jeżeli tłoczysko jest całkowicie wysunięte, ale podczas próby ściskania praktycznie się nie przesuwa, w pierwszej kolejności warto odpowiedzieć na kilka pytań.

• Jaką siłę ma sprężyna?

  Jeżeli jej oznaczenie wskazuje wysoką wartość wyrażoną w N, brak możliwości ręcznego ściśnięcia może być prawidłowym zachowaniem.

• Czy sprężyna została sprawdzona w mechanizmie?

  Samodzielna próba na stole może być niemiarodajna ze względu na brak odpowiedniej dźwigni.

• Czy tłoczysko jest proste?

  Jeżeli widoczne jest nawet niewielkie wygięcie, dalsza eksploatacja może być niebezpieczna.

• Czy powierzchnia tłoczyska jest czysta?

  Rysy, rdza oraz zabrudzenia mogą świadczyć o problemach mechanicznych.

• Czy końcówki mogą się swobodnie ustawiać?

  Sztywne, źle ustawione mocowanie może powodować duże siły poprzeczne.

• Czy długość sprężyny odpowiada geometrii mechanizmu?

  Jeżeli po całkowitym złożeniu jest za długa, pokrywa nigdy nie osiągnie właściwego położenia.

• Jak bezpiecznie sprawdzić sprężynę gazową?

  Najważniejsza zasada brzmi: nie należy przeprowadzać improwizowanych prób z użyciem niekontrolowanej siły. Sprężyna gazowa jest urządzeniem znajdującym się pod ciśnieniem. Nie należy jej rozcinać, przewiercać, uderzać, wrzucać do ognia, silnie podgrzewać, samodzielnie rozbierać oraz chwytać powierzchni tłoczyska narzędziami, które mogą ją uszkodzić. Szczególnie niewłaściwe jest zaciskanie szczypiec czy klucza bezpośrednio na gładkiej powierzchni roboczej tłoczyska. Powstałe w ten sposób rysy mogą później uszkodzić uszczelnienie. W zastosowaniach przemysłowych kontrola powinna być prowadzona przy użyciu odpowiedniego stanowiska lub poprzez ocenę działania elementu w prawidłowo zabezpieczonym mechanizmie.

• Czy sprężynę gazową można ścisnąć w imadle?

  Takie pytanie pojawia się bardzo często. Samo uzyskanie odpowiedniej siły przy pomocy urządzenia mechanicznego nie oznacza jeszcze, że metoda będzie bezpieczna. Sprężyna może zgromadzić znaczną energię. Nieprawidłowe zamocowanie grozi między innymi jej wystrzeleniem, uszkodzeniem końcówek albo gwałtownym przemieszczeniem się mechanizmu. Dlatego nie zaleca się zaciskania sprężyny gazowej w warsztatowym imadle wyłącznie po to, żeby sprawdzić, czy „da się ją wcisnąć”. W zakładach przemysłowych pomiar charakterystyki siły powinien być wykonywany przy pomocy przeznaczonego do tego wyposażenia pomiarowego.

• Czy można zmniejszyć siłę sprężyny gazowej?

  To zależy od konstrukcji danego modelu. Występują sprężyny o różnych rozwiązaniach konstrukcyjnych, w tym modele umożliwiające odpowiednie dostosowanie parametrów. Nie oznacza to jednak, że każdą standardową sprężynę można samodzielnie „osłabić”. Niekontrolowane upuszczanie gazu jest niewłaściwe zarówno ze względów bezpieczeństwa, jak i jakościowych. Zbyt duże zmniejszenie ciśnienia może spowodować, że pokrywa zacznie opadać, układ przestanie być bezpieczny, charakterystyka ruchu pogorszy się, a sprężyna przestanie realizować założoną funkcję. Jeżeli istnieje podejrzenie, że zamontowana sprężyna jest za mocna, właściwym rozwiązaniem jest ponowne przeliczenie aplikacji i dobór odpowiedniego wariantu.

• Temperatura a siła sprężyny gazowej

  Na zachowanie gazu wpływa również temperatura. W przybliżeniu można odwołać się do zależności gazowej:

  pV = nRT

  Przy tej samej objętości wzrost temperatury powoduje wzrost ciśnienia, a spadek temperatury — jego zmniejszenie. W konsekwencji sprężyna gazowa może być nieco „mocniejsza” w wysokiej temperaturze i „słabsza” w niskiej. W instalacjach pracujących w zmiennych warunkach otoczenia ma to praktyczne znaczenie. Przykładami mogą być urządzenia eksploatowane na zewnątrz i mobilne, maszyny pracujące w chłodniach, linie znajdujące się w pobliżu źródeł ciepła oraz konstrukcje montowane na pojazdach. Dlatego przy projektowaniu odpowiedzialnej aplikacji należy brać pod uwagę nie tylko warunki nominalne, ale również przewidywany zakres temperatur pracy.

  

• Sprężyna gazowa nie składa się do końca

  Jeżeli sprężyna zaczyna się normalnie ściskać, ale zatrzymuje przed osiągnięciem oczekiwanej pozycji, możliwe są przede wszystkim trzy scenariusze.

• Osiągnięty został maksymalny skok

  Najprostsza przyczyna. Tłoczysko zostało wsunięte do końca i urządzenie osiągnęło swoją minimalną długość konstrukcyjną. Dalsze ściskanie jest niemożliwe. Jeżeli pokrywa nadal nie jest zamknięta, oznacza to problem z doborem długości lub punktów montażowych.

• Występuje kolizja mechaniczna

  Element konstrukcji może zatrzymywać ruch wcześniej. Warto sprawdzić cały tor ruchu mechanizmu.

• Doszło do uszkodzenia wewnętrznego lub mechanicznego

  Nagłe zatrzymanie tłoczyska w nietypowej pozycji może wskazywać na awarię i wymaga dokładnej kontroli urządzenia.

• Sprężyna gazowa nie chce się złożyć po wymianie starej na nową

  To sytuacja szczególnie charakterystyczna dla maszyn mających za sobą wiele lat eksploatacji. Stara sprężyna działała bez problemu, zostaje więc kupiony nowy element o zbliżonych wymiarach. Po montażu okazuje się, że pokrywy nie można zamknąć. Dlaczego? Jednym z powodów może być znaczna utrata siły przez starą sprężynę. Operatorzy przyzwyczaili się do charakterystyki zużytego elementu, którego rzeczywista siła była niższa niż pierwotna. Nowa sprężyna o prawidłowych parametrach zachowuje się więc zdecydowanie „mocniej”. Druga możliwość to niewłaściwy zamiennik. Podobna długość nie wystarcza. Trzeba porównać co najmniej siłę, skok, długość wysuniętą i złożoną, średnicę cylindra i tłoczyska, rodzaj końcówek, sposób mocowania i charakterystykę działania.

Dwie sprężyny gazowe – wymieniać jedną czy obie?

Jeżeli konstrukcja wykorzystuje dwie równolegle pracujące sprężyny gazowe, zazwyczaj należy traktować je jako jeden układ wspomagający. Założenie nowej sprężyny po jednej stronie i pozostawienie mocno zużytej po drugiej może powodować asymetrię działania. Skutkiem mogą być nierównomierne podnoszenie pokrywy i obciążanie zawiasów, skręcanie konstrukcji, zwiększone siły poprzeczne działające na tłoczyska i szybsze zużycie nowego elementu. W przypadku układów podwójnych warto więc przeanalizować stan obu sprężyn i zachowanie całego mechanizmu.

Dlaczego właściwy dobór sprężyny gazowej jest tak ważny?

Sprężyna gazowa nie jest elementem, który powinien być dobierany wyłącznie na podstawie długości starego modelu. W zastosowaniu przemysłowym trzeba przeanalizować całą aplikację. Do podstawowych parametrów należą:

• Masa pokrywy - określa wartość siły ciężkości działającej na mechanizm.

• Położenie środka ciężkości - dwie klapy o identycznej masie mogą wymagać zupełnie innych sprężyn, jeżeli mają odmienny rozkład masy.

• Odległość środka ciężkości od zawiasu - im większa odległość, tym większy moment wytwarza ciężar.

• Punkt mocowania sprężyny - zmiana miejsca mocowania nawet o kilka centymetrów może znacząco zmienić warunki pracy.

• Kąt działania - ma wpływ na użyteczną składową siły generującą moment podnoszący.

• Liczba sprężyn - w konstrukcji mogą znajdować się jedna lub dwie sprężyny.

• Skok - musi odpowiadać zakresowi ruchu mechanizmu.

• Długość po złożeniu i rozłożeniu - obie wartości muszą być zgodne z geometrią konstrukcji.

  

• Warunki środowiskowe - trzeba brać pod uwagę między innymi temperaturę, wilgotność, zapylenie oraz możliwość kontaktu z substancjami agresywnymi.

Przykład – ciężka osłona maszyny

Wyobraźmy sobie pokrywę urządzenia przemysłowego o masie m = 50 kg. Jej środek ciężkości znajduje się 0,6 m od osi zawiasu. Siła ciężkości wynosi około:

Fg = 50 × 9,81 = 490,5 N

Moment działający na zawias M = 490,5 × 0,6 czyli około 294 Nm. Jeżeli zastosujemy dwie sprężyny gazowe, ich zadaniem będzie wygenerowanie odpowiedniego przeciwnego momentu. Nie oznacza to jednak prostego podzielenia 490 N przez dwa. Jeżeli efektywne ramię działania każdej sprężyny jest niewielkie albo sprężyna pracuje pod niekorzystnym kątem, potrzebna siła pojedynczego elementu może być dużo większa. Dlatego podczas projektowania układów podnoszenia szczególne znaczenie ma geometria.

Sprężyna gazowa w przemyśle

Zastosowanie sprężyn gazowych jest dość szerokie w wielu konstrukcjach przemysłowych. Mogą wspomagać osłony maszyn, pokrywy urządzeń i zbiorników, klapy serwisowe, włazy, drzwi techniczne, osłony stanowisk, elementy pojazdów specjalistycznych, obudowy agregatów, urządzenia produkcyjne, konstrukcje meblowe oraz wyposażenie warsztatowe. W każdej z takich aplikacji liczy się nie tylko wygoda operatora. Odpowiednio dobrana sprężyna może wpływać również na ergonomię, bezpieczeństwo, powtarzalność działania oraz ochronę elementów mechanicznych przed gwałtownym ruchem.

Sprężyna gazowa a bezpieczeństwo operatora

Niewłaściwy dobór może być problemem nie tylko technicznym. Za słaba sprężyna może nie być w stanie utrzymać ciężkiej pokrywy. Element może zacząć niekontrolowanie opadać. Zbyt mocna może natomiast powodować trudne zamykanie, gwałtowne otwieranie, przeciążenie uchwytów, problemy z ergonomią lub niekontrolowany ruch pokrywy po zwolnieniu blokady. W aplikacjach związanych z bezpieczeństwem ludzi dobór sprężyny gazowej powinien więc uwzględniać również analizę ryzyka całej maszyny. Sprężyny gazowej nie należy traktować automatycznie jako jedynego elementu zabezpieczającego ciężką pokrywę przed opadnięciem, jeżeli przepisy, konstrukcja i ocena ryzyka wymagają zastosowania dodatkowych rozwiązań bezpieczeństwa.

Najczęstsze błędy podczas montażu sprężyn gazowych

W praktyce problemy z działaniem często wynikają z kilku powtarzających się błędów. Oto najczęściej powtarzalnych 7 błędów:

1. Dobór „na oko”. Sama długość sprężyny nie określa jej prawidłowego zastosowania.

2. Ignorowanie siły podanej w N. Sprężyny wyglądające identycznie mogą mieć zupełnie inną charakterystykę.

3. Nieprawidłowe punkty mocowania. Zmieniają moment generowany przez urządzenie.

4. Obciążanie tłoczyska na boki. Powoduje zwiększone tarcie i przyspieszone zużycie.

5. Brak kontroli długości po złożeniu. Konstrukcja próbuje ścisnąć sprężynę dalej, niż pozwala na to jej skok.

6. Uszkadzanie powierzchni tłoczyska podczas montażu. Rysy mogą doprowadzić do uszkodzenia uszczelnienia.

7. Wymiana jednej sprężyny w zużytym układzie podwójnym bez sprawdzenia drugiej.

Co zrobić, gdy siłownik gazowy nie chce się złożyć? Diagnostyka krok po kroku

Jeżeli występuje taki problem, najlepiej przeprowadzić analizę w następującej kolejności.

1. Krok. Sprawdź oznaczenie siły.

   Ustal, ile niutonów generuje sprężyna. Być może jej duży opór jest całkowicie prawidłowy.

2. Krok. Porównaj parametry ze starym elementem.

   Nie ograniczaj się wyłącznie do długości.

3. Krok. Sprawdź długość złożoną.

   Upewnij się, że odpowiada geometrii konstrukcji.

4. Krok. Zweryfikuj skok.

   Mechanizm nie może wymagać większego przemieszczenia niż dostępny skok sprężyny.

5. Krok. Skontroluj punkty montażowe.

   Szczególnie po naprawie, modernizacji albo wymianie uchwytów.

6. Krok. Oceń współosiowość.

   Tłoczysko nie powinno być wyginane podczas pracy.

7. Krok. Obejrzyj jego powierzchnię.

   Szukaj korozji, zarysowań, zabrudzeń oraz odkształceń.

8. Krok. Sprawdź zawiasy i mechanizm.

   Problem może znajdować się poza samą sprężyną.

   

9. Krok. Porównaj zachowanie obu stron konstrukcji.

   Ma to szczególne znaczenie w układzie dwóch sprężyn.

10. Krok. Jeżeli parametry są nieznane — dobierz sprężynę ponownie na podstawie aplikacji.

Jakich danych potrzebuje producent do prawidłowego doboru sprężyny gazowej?

Im więcej informacji o konstrukcji otrzyma producent lub doradca techniczny, tym dokładniej można dopasować rozwiązanie. Przydatne są przede wszystkim:

• masa podnoszonego elementu,

• jego wymiary,

• położenie środka ciężkości,

• lokalizacja zawiasu,

• wymagany kąt otwarcia,

• pozycja otwarta i zamknięta,

• dostępna przestrzeń montażowa,

• rozmieszczenie planowanych punktów mocowania,

• liczba sprężyn,

• oczekiwana siła,

• wymagany skok,

• długość minimalna i maksymalna,

• warunki środowiskowe,

• częstotliwość pracy.

Bardzo pomocny jest także prosty rysunek techniczny konstrukcji z wymiarami.

Nie zawsze standardowa sprężyna gazowa będzie najlepszym rozwiązaniem

W produkcji maszyn często występują aplikacje, w których gotowy katalogowy element nie zapewnia optymalnego kompromisu pomiędzy długością, skokiem, siłą, wymiarami montażowymi i sposobem mocowania. Właśnie dlatego możliwość wykonania sprężyny gazowej dopasowanej do konkretnej aplikacji ma duże znaczenie. Zamiast zmieniać konstrukcję urządzenia pod dostępny element katalogowy, w wielu przypadkach korzystniejsze jest dopasowanie parametrów sprężyny do istniejącego mechanizmu.

Sprężyny gazowe od producenta Pneumat System

Pneumat System, jako producent sprężyn gazowych, wspiera klientów nie tylko w dostawie gotowego elementu, ale również w doborze rozwiązania odpowiedniego do konkretnej aplikacji przemysłowej. Ma to szczególne znaczenie w przypadku modernizacji starszych maszyn, budowy nowych urządzeń, wymiany sprężyn o nieznanych parametrach, nietypowych wymiarów, ciężkich pokryw i osłon, specjalnych warunków środowiskowych i konstrukcji wymagających indywidualnego dopasowania.

Dobór może uwzględniać między innymi wymaganą siłę, długość, skok, sposób mocowania oraz geometrię mechanizmu. W przypadku nietypowej konstrukcji warto więc przekazać specjalistom Pneumat System możliwie dokładne dane dotyczące aplikacji zamiast dobierać sprężynę wyłącznie na podstawie wyglądu starego elementu. Takie podejście ogranicza ryzyko sytuacji, w której nowy „siłownik gazowy nie chce się złożyć”, ponieważ jego siła lub geometria okazują się niedopasowane do mechanizmu.

Co warto podać przy zapytaniu o zamiennik sprężyny gazowej?

Jeżeli wymieniamy istniejącą sprężynę, dobrze przygotować:

• oznaczenia znajdujące się na cylindrze,

• wartość siły w N, jeżeli jest widoczna,

• długość całkowitą,

• skok tłoczyska,

• średnicę tłoczyska,

• średnicę cylindra,

• fotografie końcówek,

• sposób mocowania,

• zdjęcie całego mechanizmu,

• masę klapy,

• wymiary klapy,

• położenie punktów mocowania.

W przypadku zużytej sprężyny nie należy zakładać, że jej aktualne zachowanie odpowiada parametrom fabrycznym. Wieloletnia eksploatacja mogła zmienić charakterystykę elementu.

Kiedy sprężynę gazową należy wymienić?

Do sygnałów wskazujących na konieczność dokładnej diagnostyki lub wymiany należą między innymi:

• wygięte tłoczysko,

• głębokie uszkodzenia jego powierzchni,

• widoczna korozja,

• wycieki,

• nietypowe zablokowanie ruchu,

• znaczna utrata siły,

• brak możliwości utrzymywania pokrywy,

• uszkodzone mocowania,

• nietypowe odgłosy podczas pracy,

• wyraźnie nierównomierny ruch.

Jeżeli urządzenie budzi wątpliwości, szczególnie w konstrukcji odpowiedzialnej za utrzymywanie ciężkich elementów, bezpieczniejszym rozwiązaniem jest jego profesjonalna ocena niż dalsze eksperymentowanie.

Autor:
Miłosz Ładanowski
Product Manager
Pneumat.

Autor:
Miłosz Ładanowski
Product Manager
Pneumat.