Siłowniki do dużych obciążeń

Siłownik MGP-Z łączy w jednej obudowie funkcję siłownika kompaktowego oraz modułu prowadzącego, co eliminuje konieczność stosowania dodatkowych elementów mechanicznych takich jak prowadnice liniowe czy łożyska ślizgowe. Dzięki temu konstrukcja jest znacznie bardziej odporna na momenty skręcające, obciążenia boczne i uderzenia dynamiczne. W porównaniu do standardowego siłownika ISO siły boczne mogą być nawet kilkukrotnie większe, a prowadnice pełnią rolę stabilizującą ruch tłoka, zapewniając wysoką precyzję i minimalizując ugięcie.

Małe średnice MGP-Z sprawdzają się w aplikacjach wymagających wysokiej wytrzymałości przy ograniczonej przestrzeni montażowej. Typowe obszary to: manipulatory pick-and-place, stoły transferowe, podnoszenie elementów o znacznej masie, pozycjonowanie detali podczas obróbki oraz praca w kompaktowych maszynach pakujących. Prowadnice eliminują niepożądane odchylenia i wibracje, dlatego siłowniki są idealne tam, gdzie liczy się powtarzalność i dokładność ruchu.

Tak, wersje Ø40–Ø100 posiadają masywniejszy korpus i prowadnice o większej średnicy oraz zwiększonej długości łożyskowania. Wynika to z konieczności przenoszenia większych obciążeń statycznych i dynamicznych. Większe serie oferują również wyższe dopuszczalne momenty: Mx, My, Mz oraz dłuższe dostępne skoki. Zwiększona powierzchnia robocza tłoka zapewnia też wyższą siłę przy mniejszym ciśnieniu roboczym.

Wersja MGP-Z-X to wariant specjalny dostosowany do niestandardowych warunków pracy. Może obejmować niestandardowe materiały prowadnic, dodatkowe uszczelnienia, modyfikację szczelności, zmiany długości prowadnic, wykonania odporne chemicznie lub konstrukcje o zwiększonej żywotności w trudnych warunkach: zapylenie, mgła olejowa, wilgoć, wysoka temperatura. Jest to rozwiązanie półspecjalne, często realizowane pod konkretne wymagania aplikacji.

MGJ to ultra-kompaktowa wersja modułu z prowadnicami o bardzo małym przekroju, przeznaczona do lekkich i średnich obciążeń przy minimalnej dostępnej przestrzeni montażowej. Wykorzystywana jest w robotach SCARA, szybkich manipulatorach, podajnikach elektronicznych i maszynach montażowych SMT. W przeciwieństwie do MGP-Z seria MGJ jest lżejsza i zoptymalizowana pod względem masy do szybkich cykli.

MGQM to seria z prowadnicami ślizgowymi, natomiast MGP-Z wykorzystuje prowadnice liniowe toczne (lub o zwiększonych właściwościach nośnych). Prowadnice ślizgowe zapewniają większą odporność na zanieczyszczenia i obciążenia udarowe, kosztem nieco większego tarcia oraz mniejszej płynności ruchu. MGQM są idealne do pracy w trudnych warunkach (np. odlewnie, praca z pyłem), natomiast MGP-Z – tam, gdzie wymagana jest wysoka precyzja.

Podobnie jak w MGP-Z większe modele MGQM mają powiększone prowadnice ślizgowe, grubsze płyty czołowe i większy zakres skoków. Pozwala to przenosić wyższe momenty i większe dopuszczalne obciążenia. Jest to krytyczne w aplikacjach takich jak systemy dociskowe czy przesuwniki technologiczne, gdzie siły działają nie tylko osiowo.

Amortyzacja pneumatyczna w MGP-AZ umożliwia intensywną pracę cykliczną przy dużych prędkościach, ponieważ wyhamowuje tłok na końcu skoku poprzez działanie poduszki powietrznej. Dzięki temu zmniejsza się udar przy dojeździe do końca cylindra, ogranicza zużycie prowadnic i uszczelek oraz skraca czas wyłączania maszyny w cyklach pick-and-place. Amortyzacja pneumatyczna jest regulowana, co pozwala dopasować ją do masy przenoszonego elementu.

MGP-XC4 zaprojektowany jest do pracy w warunkach silnego zapylenia, w których standardowe uszczelnienia szybko uległyby zużyciu. Typowe środowiska: obróbka drewna, cięcie, szlifowanie, drukarnie, zakłady betoniarskie, linie pakowania materiałów sypkich. Uszczelnienia pyłoszczelne i wydłużone prowadnice minimalizują ryzyko przedostawania się pyłu do komory roboczej i utraty szczelności.

Prowadnice stabilizują ruch tłoka, dzięki czemu siłownik może przenosić znacznie większe momenty skręcające bez ryzyka zablokowania tłoczyska. Moment Mx dotyczy skręcania wokół osi ruchu, My – zginania pionowego, Mz – zginania poziomego. W siłownikach z prowadnicami dopuszczalne wartości momentów są wielokrotnie wyższe niż w klasycznych siłownikach kompaktowych.

Prowadnice MGP-Z są fabrycznie smarowane specjalnym smarem litowo-syntetycznym przeznaczonym do pracy w systemach liniowych. Charakteryzuje się on dużą odpornością na zmęczenie, niską lepkością i stabilnością w szerokim zakresie temperatur, co zapewnia płynną pracę nawet przy wysokich prędkościach cyklicznych. Smar posiada również właściwości antykorozyjne i dobrze znosi kontakt z mgłą olejową. W większości aplikacji pozwala to na wieloletnią eksploatację bez konieczności dosmarowywania.

Tak — MGQM z prowadnicami ślizgowymi mają łożyska wykonane z materiałów o bardzo niskim współczynniku tarcia (np. polimer techniczny, kompozyty PTFE), które nie wymagają dodatkowej obsługi smarowniczej. Ich konstrukcja jest przeznaczona do pracy w trudnych środowiskach, w których smar mógłby szybko łapać zanieczyszczenia. Jednak w aplikacjach szybkozmiennych lub z dużymi obciążeniami dynamicznymi warto okresowo kontrolować stan powierzchni ślizgowej.

Siłownik powinien być montowany na stabilnej, sztywnej powierzchni, gwarantującej pełną płaskość i równoległość. Niedopuszczalne jest dokręcanie mocowań „na siłę”, aby wyrównać błędy montażowe — powoduje to naprężenia wewnętrzne i skraca żywotność prowadnic. Wskazane jest stosowanie szpilek ustalających lub kołków pozycjonujących. Ważne jest również zapewnienie stałego podparcia na całej długości korpusu, zwłaszcza przy dużych skokach.

Tak — siłowniki MGP-Z są przystosowane do montażu czujników w pełnym zakresie skoku. Mają specjalne rowki T-slot lub gniazda montażowe umożliwiające instalację czujników kontaktronowych lub hallotronowych. W niektórych wersjach rowki są pogłębione, a czujnik jest osłonięty przed uszkodzeniami mechanicznymi. Zaleca się dobór czujników o wysokiej odporności na drgania, szczególnie w aplikacjach z dużymi obciążeniami.

Siłowniki MGJ pracują standardowo w temperaturach od -10°C do +60°C. Kompaktowa masa i cienkościenne prowadnice wymagają stabilnego środowiska, aby zachować powtarzalność pozycjonowania. W opcjach specjalnych dostępne są wykonania wysokotemperaturowe do +150°C (np. z uszczelnieniami FKM oraz specjalną powłoką prowadnic). W wersjach niskotemperaturowych stosuje się uszczelnienia silikonowe oraz specjalne smary niskotemperaturowe.

Oznacza to, że prowadnice siłownika są zdolne przejmować nagłe, dynamiczne obciążenia (np. podczas zatrzymania ciężkiego detalu, uderzeń przy zderzakach czy przy gwałtownych zmianach kierunków pracy). Wartości dopuszczalne są podawane jako obciążenia statyczne i dynamiczne. W praktyce uderzenia boczne nie powodują odkształcenia tłoczyska ani prowadnic — cała siła przenoszona jest przez łożyska i wzmacniany korpus.

Tak — ale pod warunkiem zastosowania odpowiedniej ochrony antykorozyjnej. MGQM dzięki prowadnicom ślizgowym dobrze znoszą wilgoć, jednak sam korpus (aluminium lub stal) wymaga powłoki ochronnej. Jeśli urządzenie pracuje w mgłach wodnych lub rozbryzgach, zaleca się stosowanie wersji anodowanych, niklowanych chemicznie lub wykonanych ze stali nierdzewnej. Należy unikać pracy w wodzie pod ciśnieniem bez uszczelnień specjalistycznych.

Tak — amortyzacja pneumatyczna zależy od energii kinetycznej układu, która rośnie wraz z masą i prędkością. Dlatego przy zmianie obciążenia lub prędkości cyklu należy wyregulować iglicę zaworu amortyzacji. Zbyt słaba amortyzacja zwiększy uderzenia w końcówkę, a zbyt mocna spowoduje niepełne wykorzystanie skoku i spadek prędkości.

Tak — często jest to praktyka standardowa. Na płytę czołową można przewiercić otwory lub zamocować adapter przygotowany pod chwytak, docisk, manipulator lub element roboczy. Wykonanie to nie narusza szczelności siłownika, o ile otwory nie są wykonywane w obszarze komór roboczych. W przypadku dużych obciążeń warto użyć płyty dystansowej ze stali konstrukcyjnej.

Siłowniki z prowadnicami takie jak MGP/MGQM nie podlegają standardowi wymiarowemu ISO, ponieważ są specjalistycznymi modułami o indywidualnej konstrukcji. Jednak ich zakresy pracy, średnice i sposób zasilania są zgodne z normami ISO 6431/15552 pod względem wykonania pneumatycznego. Dzięki temu współpracują z typowymi instalacjami pneumatycznymi.

Tak — prowadnice są przystosowane do przenoszenia obciążeń grawitacyjnych w osi pionowej. W aplikacjach typu vertical-lift prowadnice przejmują większość obciążenia, a cylinder pełni funkcję napędową. Należy jednak zwrócić uwagę na dobór średnicy, momenty Mx/My oraz maksymalną długość skoku. Często stosuje się również dodatkowe blokady mechaniczne lub hamulce bezpieczeństwa.

Im dłuższy skok, tym większy potencjalny luz prowadnic i wyższe obciążenia wynikające z ramienia siły. Dlatego producenci zwykle ograniczają maksymalny skok w siłownikach prowadnicowych. W długich skokach można stosować wersje z podwójną prowadnicą lub zwiększoną długością łożyskowania. Zbyt duży skok przy dużym obciążeniu może spowodować drgania poprzeczne.

Przyczyn może być kilka:

• zużycie prowadnic (drgania, przeskoki)
• niedostateczne smarowanie
• zanieczyszczenia
• zła równoległość montażu
• zużyte lub uszkodzone uszczelnienia
• zbyt wysokie ciśnienie przy zbyt małym smarowaniu

Najpierw należy oczyścić prowadnice i sprawdzić ich stan. Jeśli ruch tłoka jest nierówny w stanie odłączonym od zasilania, oznacza to problem mechaniczny, nie pneumatyczny.

Prędkość wpływa bezpośrednio na obciążenia dynamiczne i zużycie prowadnic. Siłowniki MGP-Z i MGQM mogą pracować z prędkościami 300–1000 mm/s, ale przy dużych obciążeniach zaleca się redukcję prędkości. Wysoka prędkość wymaga regulowanej amortyzacji (MGP-AZ) lub zastosowania zderzaków hydraulicznych.

Tak — seria MGJ jest projektowana z myślą o robotach kompaktowych i modułach liniowych. Ich miniaturowa konstrukcja, wysoka sztywność prowadnic i niewielka masa umożliwiają szybkie cykle pracy. Przy montażu w układach wieloosiowych należy szczególnie dbać o równoległość w osiach X/Y.

• zapewnić odpowiednią wentylację
• unikać montażu w pobliżu źródeł ciepła
• stosować powłoki termoizolacyjne
• dobrać odpowiednie uszczelnienia temperaturowe
• ograniczyć prędkość pracy w aplikacjach intensywnych

Przegrzanie może prowadzić do spadku twardości prowadnic i degradacji smaru.

• siłę generowaną przez tłok (F = p·A)
• masę i przyspieszenia
• momenty Mx/My/Mz
• luz prowadnic i dopuszczalne odchylenia
• kierunek działania obciążenia względem osi pracy

Przeciążanie siłownika generuje szybkie zużycie, a niedobieór momentu prowadnic powoduje chybotanie narzędzia.

Tak — ale rzadko. Przy prawidłowej eksploatacji ich żywotność jest liczona w milionach cykli. Wymiana jest konieczna, gdy:

• pojawia się luz przekraczający tolerancję
• prowadnice generują hałas
• pojawiają się oznaki zużycia bieżni lub ślizgów

W serwisie dostępne są komplety prowadnic jako części zamienne.

Największe modele (Ø100) mogą przenosić siły boczne od kilkuset do kilku tysięcy N, w zależności od długości prowadnic i ich wersji. Typowe wartości to 2000–6000 N przy odpowiednio krótkim skoku.

Tak, prowadnice ślizgowe dobrze znoszą częste cykle, jednak przy dużych prędkościach mogą generować wyższą temperaturę. W cyklach powyżej 20–40 Hz zaleca się stosowanie prowadnic tocznych (MGP-Z) lub systemów chłodzenia.

To miara oporu obiektu przed zmianą prędkości obrotowej. Oblicza się go z klasycznego wzoru J = m · r². W kontekście siłowników z prowadnicami wpływa na momenty Mx/My/Mz oraz zdolność prowadnic do stabilizacji narzędzia podczas ruchu.

Do pewnego stopnia tak, ale tylko w aplikacjach średnich. Amortyzacja pneumatyczna nie jest tak precyzyjna jak hydrauliczna przy dużych obciążeniach i wysokich prędkościach. Dlatego w systemach o dużej energii kinetycznej stosuje się zderzaki hydrauliczne dodatkowe.

• kołki ustalające
• precyzyjne powierzchnie bazowe
• jednoczesny montaż z użyciem przekładek dystansowych
• pomiar czujnikami zegarowymi

Zła równoległość prowadzi do wyboczeń prowadnic i szybkiego zużycia.

Tak — wiele serii MGP/MGQM ma dostępne różne długości prowadnic jako opcje specjalne. Można je wymieniać, o ile korpus siłownika jest kompatybilny z danym rozmiarem. Dopasowanie prowadnic wymaga precyzyjnego ustawienia fabrycznego.

Minimalna filtracja to 5 µm, ale w przypadku modeli MGJ i MGP-Z zaleca się filtrację 1 µm oraz osuszacz, aby unikać kondensacji i korozji prowadnic. Mgła olejowa nie szkodzi prowadnicom, o ile nie jest nadmierna.

Nie — typowe siłowniki mają maksymalne dopuszczalne ciśnienie 0,8–1,0 MPa. Przekroczenie tej wartości może zniszczyć uszczelnienia lub komorę tłoka. Do wyższych ciśnień stosuje się siłowniki hydrauliczne lub pneumatyczne wzmacniacze siły.

Siłowniki z prowadnicami są odporne na drgania dzięki wzmocnionemu korpusowi. Drgania mogą jednak wpływać na czujniki położenia. W środowisku o silnych wibracjach warto stosować czujniki o podwyższonej odporności lub prowadzić ich przewody w peszlach.

Tak — MGJ mają wielostronne otwory montażowe: boczne, czołowe, dolne i gwintowane od góry. Pozwala to na instalację w bardzo ograniczonych przestrzeniach, co jest kluczowe w systemach pick-and-place i automatach montażowych.

Back-lash to luz pomiędzy elementami prowadzącymi — w praktyce mikroruch, który powstaje przy zmianie kierunku pracy. W siłownikach MGP-Z jest on minimalny, gdyż łożyska toczne pracują w precyzyjnie dopasowanych rowkach. W prowadnicach ślizgowych (MGQM) luz jest większy, lecz tolerowany w aplikacjach o mniejszej precyzji.

Typowo:

• MGP-Z: 5–15 Hz
• MGQM: 3–10 Hz
• MGJ: nawet do 20 Hz
• MGP-AZ: do 10 Hz przy odpowiedniej amortyzacji

Przekroczenie wartości zwiększa ryzyko przegrzania prowadnic.

Prowadnice przejmują siły boczne i momenty skręcające, dzięki czemu tłoczysko nie ugina się nawet przy dużym obciążeniu. Utrzymują one równoległość ruchu i zapobiegają rotacji narzędzia, co jest kluczowe np. w dociskach, montażu czy przenoszeniu detali.

Uszczelnienia w wykonaniu XC4 są odporne na zapylenie i wykonane zwykle z:

• poliuretanu o wysokiej odporności ściernej
• elastomerów FKM
• wargowych uszczelnień pyłowych
• specjalnych nakładek przeciwpyłowych na prowadnice

Chronią one cylinder przed przenikaniem pyłu do komór pracy.

Tak — prowadnice toczne i ślizgowe dobrze radzą sobie w środowisku olejowym. Mgła olejowa dodatkowo chroni je przed korozją. Jedynie oleje żywiczne lub gęste mogą powodować zlepianie się zanieczyszczeń i w takim środowisku należy stosować częstsze czyszczenie.

Wysoka prędkość powoduje:

• spadek efektywnego ciśnienia
• opory przepływu powietrza
• straty na zaworach i tłumikach

Stosuje się współczynnik korekcyjny producenta lub symulację przepływową w oparciu o charakterystykę zaworu. W skrócie — im większa prędkość, tym mniejsza efektywna siła robocza.

Tak — dla wybranych serii dostępne są wersje ATEX z certyfikowanymi uszczelnieniami i odprowadzaniem ładunków. Wersje te są przeznaczone do pracy w strefach zagrożonych wybuchem, np. w przemyśle chemicznym, lakierniczym, spożywczym czy farmaceutycznym.

Tak — montaż na podstawach pływających jest dopuszczalny, o ile nie ogranicza pracy prowadnic. Pływające podstawy są korzystne, gdy siłownik współpracuje z ruchomą częścią maszyny. Należy jednak zapewnić ograniczniki, aby nie generować nadmiernych momentów bocznych.

Najczęstsze błędy to:

• brak równoległości powierzchni montażowych
• montaż na niestabilnych konstrukcjach
• niewłaściwe dokręcanie śrub
• przeciążanie prowadnic w kierunku niedozwolonym
• stosowanie za małych siłowników do dużych mas
• brak amortyzacji przy dużych prędkościach

Tak — standardowo dostępne są:

• zestawy prowadnic
• płyty przednie
• komplety uszczelnień
• łożyska ślizgowe lub toczne
• tłoczyska z nakrętką

Pozwala to na pełną regenerację siłownika bez konieczności jego wymiany.

• amortyzację pneumatyczną (MGP-AZ)
• zderzaki elastomerowe lub hydrauliczne
• stabilne mocowanie o wysokiej sztywności
• prowadnice o zwiększonej długości
• redukcję prędkości końcowej cyklu

Mikroprzemieszczenia mogą powodować błędy w pozycjonowaniu narzędzi.

Obciążenia statyczne wymagają głównie dużej nośności prowadnic, natomiast dynamiczne — odporności na momenty i uderzenia. Dobór zależy od:

• masy detalu
• prędkości pracy
• charakteru obciążenia (ciągłe, impulsowe)
• warunków środowiskowych (zapylenie, wilgoć)
• koniecznej precyzji (MGP-Z vs. MGQM)

Do dużych obciążeń dynamicznych zaleca się MGP-Z lub MGP-AZ, natomiast do środowisk trudnych MGQM lub MGP-XC4.