Skuteczność chwytania podciśnieniowego rzadko zależy od jednego elementu. Decyduje dopasowanie generatora, ssawki, filtracji i pomiaru do masy detalu, rodzaju powierzchni oraz taktu maszyny.
Z czego składa się układ chwytania podciśnieniowego
Układ podciśnieniowy w maszynie tworzy kilka bloków funkcjonalnych połączonych w jeden tor przepływu. Źródłem podciśnienia jest generator ejektorowy zasilany sprężonym powietrzem albo pompa próżniowa z napędem elektrycznym. Dalej pracuje osprzęt rozprowadzający: przewody, złączki, zawory sterujące i odcinające oraz filtr chroniący wnętrze generatora przed pyłem. Na końcu toru znajduje się ssawka lub zestaw ssawek stykający się z detalem. Warstwę nadrzędną stanowi kontrola stanu, czyli wyłącznik podciśnieniowy albo czujnik analogowy przekazujący bieżącą wartość do sterownika.
Wybór między ejektorem a pompą wynika przede wszystkim z charakteru pracy. Ejektor uruchamia się w ułamku sekundy, nie wymaga oddzielnego zasilania elektrycznego i dobrze sprawdza się w cyklach krótkich oraz przerywanych, ale pobiera sprężone powietrze przez cały czas wytwarzania podciśnienia. Pompa próżniowa lepiej pasuje do pracy ciągłej, do dużych powierzchni chwytania i do materiałów porowatych, gdzie powietrze stale przenika przez strukturę detalu i trzeba je nieprzerwanie odsysać. W rozbudowanych liniach spotyka się rozwiązania mieszane: pompa jako źródło centralne oraz lokalne zawory sterujące przy poszczególnych chwytakach.
Dobór zaczyna się od danych o detalu, nie od przeglądania katalogu komponentów. Znaczenie mają:
-
masa i wymiary przenoszonego elementu oraz położenie jego środka ciężkości,
-
rodzaj powierzchni: gładka i szczelna, chropowata, porowata, wilgotna albo pokryta warstwą oleju,
-
orientacja chwytu, czyli podnoszenie pionowe, transport poziomy z przyspieszeniami lub obracanie detalu,
-
wymagany czas narastania podciśnienia wynikający z taktu maszyny,
-
warunki otoczenia: temperatura, zapylenie, kontakt z żywnością, obecność mediów agresywnych.
Na rynku działają producenci wyspecjalizowani w technice podciśnienia, jak Piab, u których w jednym programie znajdują się zarówno generatory, jak i ssawki oraz osprzęt sterujący. Kompletowanie układu w obrębie jednego systemu upraszcza dobór złączek i przyłączy, a przy rozbudowie linii ogranicza liczbę wariantów części zamiennych na magazynie.
Ssawka jako element decydujący o powtarzalności
Ssawka odpowiada za bezpośredni kontakt z detalem i najczęściej przesądza o tym, czy cykl przebiega powtarzalnie. Konstrukcje płaskie stosuje się do sztywnych, równych powierzchni, gdzie liczy się mała podatność i dokładne pozycjonowanie. Ssawki mieszkowe kompensują różnice wysokości oraz pochylenie powierzchni, a przy podnoszeniu wykonują niewielki skok, który ułatwia oderwanie detalu od stosu. Wersje o rozbudowanym profilu wargi lepiej radzą sobie z powierzchniami nierównymi i lekko wypukłymi.
Materiał wargi dobiera się do detalu oraz do środowiska pracy. Mieszanki nitrylowe są odporne na oleje, silikon zachowuje elastyczność w szerokim zakresie temperatur, poliuretan wyróżnia się odpornością na ścieranie, a wykonania bezsilikonowe stosuje się tam, gdzie detal trafia później do lakierowania. W kontakcie z żywnością potrzebne są tworzywa dopuszczone do takich zastosowań, zwykle w wersji barwnej, ułatwiającej wykrycie oderwanego fragmentu podczas kontroli.
Siłę utrzymania szacuje się z różnicy ciśnień oraz efektywnej powierzchni styku, a wynik mnoży przez współczynnik bezpieczeństwa. W praktyce inżynierskiej przyjmuje się wartość rzędu dwóch przy spokojnym podnoszeniu pionowym oraz około czterech przy transporcie poziomym, obrotach i gwałtownych przyspieszeniach. Osobno liczy się siły boczne, które przy dynamicznym ruchu potrafią przewyższyć obciążenie wynikające z samej masy detalu. Rozstaw ssawek powinien obejmować środek ciężkości i ograniczać ugięcie cienkich elementów, takich jak arkusze blachy czy płyty z tworzywa.
Monitorowanie próżni i koszt zużytej energii
Kontrola podciśnienia bywa traktowana jako dodatek, choć chroni przed najkosztowniejszym zdarzeniem, czyli utratą detalu w ruchu. Prosty wyłącznik podciśnieniowy podaje sygnał dwustanowy o osiągnięciu progu i wystarcza w prostych aplikacjach. Czujnik analogowy pozwala obserwować cały przebieg narastania i wychwycić powolne pogarszanie się szczelności. Wydłużający się czas dochodzenia do progu jest wczesnym sygnałem zużycia wargi ssawki, nieszczelnej złączki albo zanieczyszczonego wkładu filtracyjnego. Zapis tej wartości w sterowniku zamienia diagnostykę z reaktywnej na planową.
Sprężone powietrze pozostaje jednym z droższych mediów w zakładzie, dlatego energochłonność układu podciśnieniowego zasługuje na osobną analizę. Znaczenie mają: dobór generatora do rzeczywistego zapotrzebowania zamiast pracy z dużym zapasem, funkcja podtrzymania podciśnienia odcinająca zasilanie po osiągnięciu zadanej wartości, ograniczenie długości i objętości przewodów oraz systematyczne usuwanie nieszczelności. Przy detalach szczelnych oszczędności bywają wyraźne, ponieważ generator pracuje tylko przez krótki fragment cyklu. Przy materiałach porowatych podtrzymanie ma ograniczony sens i korzystniejszy okazuje się dobór pod kątem wydajności przepływu, a nie maksymalnej wartości podciśnienia.
Komponenty do budowy takich układów, od generatorów po ssawki i osprzęt kontrolny, dostarczają wyspecjalizowani dystrybutorzy. EA (Efektywna Automatyzacja) z Krakowa zajmuje się dystrybucją komponentów automatyki przemysłowej: pneumatyki, techniki podciśnienia, chwytaków i manipulatorów, sprężyn gazowych oraz absorberów. W części poświęconej technice podciśnienia dostępne są między innymi komponenty Piab w ofercie EA, a wsparcie techniczne obejmuje dobór elementów do konkretnego detalu i taktu maszyny.
Etapem, o którym łatwo zapomnieć na etapie projektu, jest zaplanowanie utrzymania układu. Dostęp serwisowy do ssawek i filtra bez demontażu połowy chwytaka, ujednolicenie typów elementów w obrębie linii oraz zapisanie progów diagnostycznych w dokumentacji skracają późniejsze przestoje. Służby utrzymania ruchu dysponują wtedy jasnym kryterium wymiany części zużywalnych, zamiast reagować dopiero po zatrzymaniu produkcji.
Artykuł sponsorowany
