Uchwyci czy nie uchwyci? Dobór przyssawek

Propozycja zastosowania podciśnienia jako środka „napędowego” często wywołuje u konstruktorów niezbyt pozytywne reakcje, wynikające z obawy przed niepewnym uchwyceniem transportowanego przedmiotu. Oczywiście nie każdy przedmiot udaje się odpowiednio przyssać. Duża porowatość materiału lub skomplikowany kształt elementu są tymi czynnikami, które w zasadzie wykluczają zastosowanie tej technologii, w tym przypadku można użyć jedynie uchwytów mechanicznych. Jednak w pozostałych przypadkach nieduży koszt skonstruowania układu podciśnieniowego, przy dobraniu odpowiednich parametrów układu, przemawia na korzyść zastosowania tej metody transportu. Bogata oferta przyssawek i chwytaków oraz szeroka gama generatorów podciśnienia (eżektorów i pomp) firmy Schmalz zachęcają konstruktorów do tworzenia takiego typu rozwiązań.

Kształt przyssawek

Dobieranie systemu podciśnieniowego polega na określeniu rodzaju przyssawek, ich kształtu, średnicy oraz zastosowanego materiału. W zależności od kształtu chwytanego przedmiotu i materiału, z jakiego jest wykonany, stosuje się następujące kryteria:

• płaski przedmiot pozwala na zastosowania przyssawek płaskich (fot. 1)
• wypukły lub wklęsły wymaga zastosowania przyssawek mieszkowych, bardziej kulisty – o większej liczbie fałd (1,5–2,5–3,5–4,5) (fot. 2)
• obiekt o nierównej powierzchni, ze szczelinami lub np. taki jak blacha ryflowana, wymaga zastosowania przyssawek o bardzo stromej i miękkiej wardze uszczelniającej
• bardzo miękki i delikatny materiał wymaga zastosowania przyssawek o bardzo płaskiej wewnętrznej powierzchni przyssawki i niedużym ugięciu bardzo miękkiej wargi uszczelniającej. W tym przypadku konieczne może być zastosowanie przyssawki pływającej (flotacyjnej), niedotykającej powierzchni przedmiotu.

Bardzo ważnym elementem, który należy uwzględnić podczas fazy projektowej, jest kompensacja możliwych różnic wysokości obiektów oraz dobry ich docisk, co można uzyskać dzięki zastosowaniu kompensatorów mocujących ze sprężynami (fot. 1).

Pozostaje sprawa wyboru odpowiedniego materiału i twardości przyssawki (NBR, silikon, PCV, PU). Kryterium jest tu łatwość układania się wargi przyssawki, ścieralność, wytrzymałość temperaturowa, dopuszczenia materiału itp.

Średnica i liczba przyssawek

Przy doborze średnicy i liczby zastosowanych przyssawek należy kierować się przede wszystkim wymaganą siłą wynikającą z dynamiki procesu przemieszczania przedmiotu. Stosowane są w tym przypadku znane fizyczne kryteria zależności.

Przypadek I – przyssawka pozioma, siła pionowa

F_TH = m×(g+a)×S

F_TH – teoretyczna siła trzymania (N)
m   – masa (kg)
g   – przyspieszenie ziemskie (9,81 m/s²)
a   – przyspieszenie przedmiotu (m/s²),
        uwzględnić stop awaryjny
S  – współczynnik bezpieczeństwa
       (co najmniej 1,5; przy krytycznych,
       niejednorodnych i porowatych materiałach S≥2)

Przypadek II – przyssawka pozioma, siła poprzeczna

F_TH = m×(g+a/µ)×S

F_TH – teoretyczna siła trzymania (N)
m   – masa (kg)
g   – przyspieszenie ziemskie (9,81 m/s2)
a   – przyspieszenie przedmiotu (m/s2), 
        uwzględnić stop awaryjny
µ   – współczynnik tarcia równy:
        0,1 dla powierzchni zaolejonych,
        0,2–0,3 dla powierzchni mokrych,
        0,5 dla drewna, metalu, szkła, kamienia,
        0,6 dla powierzchni szorstkich
S   – współczynnik bezpieczeństwa
        (co najmniej 1,5; przy krytycznych
        niejednorodnych i porowatych materiałach S≥2)

Przypadek III – przyssawka pionowa, siła pionowa

F_TH = m/µ×(g+a)×S

F_TH – teoretyczna siła trzymania (N)
m   –masa (kg)
g   – przyspieszenie ziemskie (9,81 m/s2)
a   – przyspieszenie przedmiotu (m/s2),
        uwzględnić stop awaryjny
µ   – współczynnik tarcia równy:
        0,1 dla powierzchni zaolejonych,
        0,2–0,3 dla powierzchni mokrych,
        0,5 dla drewna, metalu, szkła, kamienia,
        0,6 dla powierzchni szorstkich
S   – współczynnik bezpieczeństwa
        (co najmniej 1,5; przy krytycznych
        niejednorodnych i porowatych materiałach S≥2)

Tak wyliczoną siłę należy rozłożyć na liczbę potrzebnych przyssawek.

F_S = F_TH/n

F_TH – teoretyczna siła trzymania (N)
F_S   – siła trzymania pojedynczej przyssawki (N)
n    – liczba przyssawek.

Przy dobieraniu liczby potrzebnych przyssawek należy, poza powyższym kryterium, uwzględnić dostępne miejsce gwarantujące szczelność wargi przyssawki, liczbę punktów podparcia w przypadku cienkich elementów oraz większych powierzchni, zwłaszcza dla ruchu przestrzennego z rotacją.

Wojciech Kożuchowski
Dyrektor Zarządzający
Schmalz Sp. z o.o.