Domanda: L'impatto della regolazione dell'"Ammortizzatore ad aria" sulla durata meccanica dei cilindri della serie SC?

Risposta: La regolazione corretta dell'ammortizzatore ad aria sui cilindri a tirante della serie SC cilindri pneumatici ha un impatto diretto e positivo sulla loro durata meccanica, estendendo spesso i cicli operativi di tre-cinque volte. L’ammortizzamento pneumatico funziona intrappolando un determinato volume di aria in uscita alla fine della corsa del cilindro, creando un freno pneumatico che rallenta il pistone prima che urti contro il tappo terminale metallico. Se l’ammortizzamento pneumatico è regolato in modo improprio o completamente aperto, il pistone urterà a elevata velocità contro i tappi terminali, generando forze d’urto elevate. Queste ripetute collisioni ad alto impatto provocano fatica del metallo, crepe sui tappi terminali, danni alle filettature dell’asta del pistone e distruzione prematura delle guarnizioni. La regolazione corretta delle viti di regolazione dell’ammortizzatore elimina gli urti metallo-su-metallo e assorbe in modo uniforme l’energia cinetica.

Introduzione: La sfida degli urti ad alta velocità del pistone

Nell'automazione industriale B2B, i cilindri della serie SC sono molto apprezzati per il loro robusto design classico a tiranti e per le versatili opzioni di fissaggio. Questi cilindri vengono spesso utilizzati in applicazioni gravose, nelle quali devono spingere, tirare o sollevare carichi significativi ad alta velocità. Tuttavia, velocità e massa comportano energia cinetica. Quando un pistone pesante si muove a elevata velocità, accumula energia cinetica che deve essere dissipata in modo sicuro alla fine di ogni corsa.

In assenza di un efficace meccanismo di decelerazione, questa energia cinetica si trasforma in un’onda d’urto distruttiva quando il pistone urta violentemente contro il coperchio anteriore o posteriore in alluminio. Nel tempo, questi impatti violenti distruggeranno anche il cilindro più robusto. AIRWORK, produttore leader di componenti pneumatici di prima qualità, integra nei propri cilindri della serie SC un sistema di ammortizzazione pneumatica regolabile ad alta precisione, al fine di proteggere sia il cilindro sia le macchine di automazione circostanti dall’usura causata dagli urti.

La fisica dell'energia cinetica nei cilindri pneumatici

Per comprendere l'importanza fondamentale dell'ammortizzazione ad aria, dobbiamo analizzare la formula matematica dell'energia cinetica (Ek):

Energia cinetica = 0,5 × m × (v²)

Dove:

• m è la massa totale in movimento (compresi il pistone, la stanghetta del pistone e il carico esterno) espressa in chilogrammi (kg).
• v è la velocità del pistone espressa in metri al secondo (m/s).

Poiché la velocità è elevata al quadrato in questa equazione, qualsiasi aumento di velocità ha un impatto esponenziale sull'energia cinetica. Ad esempio, raddoppiando la velocità del pistone da 0,5 m/s a 1,0 m/s, l'energia cinetica che deve essere assorbita alla fine della corsa viene quadruplicata.

Se il cilindro ha un diametro di 100 mm e sposta un carico di 20 kg a una velocità di 0,8 m/s, l'energia cinetica è:

• Energia cinetica = 0,5 × 20 kg × (0,8 × 0,8) = 6,4 joule.

Sebbene 6,4 joule possano sembrare una quantità trascurabile, quando tale energia viene concentrata sulle strette superfici di accoppiamento del pistone e del tappo di chiusura per milioni di cicli, essa rappresenta un’enorme quantità di sollecitazione cumulativa. In assenza di un’adeguata ammortizzazione pneumatica, questa energia provocherà rapidamente la fatica del metallo e la rottura dei componenti del cilindro.

Funzionamento dell’ammortizzazione pneumatica regolabile

L’ammortizzazione pneumatica regolabile è un’elegante soluzione ingegneristica integrata direttamente nei tappi di chiusura del cilindro. Essa utilizza i seguenti componenti:

• Mantello ammortizzatore: un manicotto metallico cilindrico o un rilievo montato sull’asta del pistone, posizionato su entrambi i lati del pistone principale.
• Guarnizione ammortizzatrice: una speciale guarnizione a tenuta unidirezionale inserita nel foro del tappo di chiusura.
• Vite di regolazione del flusso: una vite ad alta precisione regolabile che controlla la portata d’aria in uscita attraverso un canale di by-pass.

Quando il pistone si avvicina alla fine della sua corsa, la guida di ammortizzazione entra nel foro del coperchio terminale, entrando in contatto con la guarnizione di ammortizzazione. Questa azione blocca il percorso principale di scarico dell'aria. L'aria residua nella camera del coperchio terminale rimane intrappolata. Questa aria intrappolata agisce come una molla pneumatica, comprimendosi rapidamente e generando un'elevata contropressione che rallenta il pistone.

L'unico modo per far fuoriuscire questa aria intrappolata è attraverso un piccolo canale di by-pass regolato dalla vite aghiforme di regolazione. Ruotando questa vite, l'operatore può regolare la velocità con cui l'aria intrappolata fuoriesce, consentendo così di tarare con precisione la velocità di decelerazione in funzione della massa del carico e della velocità.

I benefici meccanici diretti di una corretta regolazione dell'ammortizzazione

• Eliminazione della fatica metallica del coperchio terminale: i coperchi terminali in lega di alluminio sono soggetti a fatica strutturale sotto carichi d'impatto ripetuti. L'ammortizzazione assorbe lo shock prima che raggiunga il coperchio terminale, prevenendo crepe strutturali, in particolare nelle zone circostanti i fori di fissaggio delle barre di collegamento.
• Protezione dei filetti della barra del pistone: Il pistone è fissato alla barra d'acciaio mediante filetti ad alta resistenza. Gli urti ad alto impatto generano enormi sollecitazioni di taglio che possono sfilare o spezzare questi filetti. Una decelerazione graduale riduce la sollecitazione di trazione su questi fondamentali giunti meccanici.
• Prolungamento della durata delle guarnizioni interne: Le onde d'urto si propagano attraverso l'intero cilindro, causando deformazione ed estrusione delle guarnizioni del pistone e della barra nelle tolleranze meccaniche. L'eliminazione degli urti d'impatto preserva la geometria delle guarnizioni e ne previene le rotture per strappo.
• Riduzione del rumore e delle vibrazioni sul pavimento dello stabilimento: Gli urti metallo-su-metallo tra il cilindro e le sue parti generano rumori ad alta intensità sonora e vibrazioni strutturali che si propagano attraverso il telaio della macchina, potenzialmente allentando connessioni elettriche, supporti per sensori e bulloni strutturali.

Guida passo-passo per la regolazione dell'ammortizzatore pneumatico della serie SC

Per massimizzare la durata dei cilindri AIRWORK SC, seguire questa procedura professionale di regolazione:

• Passo 1: Individuare le viti a spillone. Individuare le viti a spillone in ottone o acciaio inossidabile per gli ammortizzatori, posizionate sui lati dei tappi anteriori e posteriori.
• Passo 2: Impostare la posizione completamente aperta (stato iniziale). Ruotare le viti a spillone in senso antiorario per aprirle completamente. Non svitarle oltre le clip di ritenzione per evitare danni alle filettature.
• Passo 3: Avviare la macchina a bassa pressione. Accendere l’alimentazione pneumatica ad una pressione ridotta (circa 3–4 bar) e far ciclare il cilindro con il suo carico. Si udrà un forte rumore metallico quando il pistone urta contro i tappi.
• Passo 4: Chiudere gradualmente lo spillone. Ruotare le viti a spillone in senso orario a piccoli incrementi (mezzi giri). Man mano che il canale di derivazione si restringe, si noterà che il pistone inizia a rallentare poco prima di raggiungere la fine della sua corsa e il rumore metallico di impatto si attenuerà.
• Passo 5: Trovare il valore di riferimento ottimale. Continuare ad effettuare regolazioni finché non si raggiunge il punto ideale: il pistone rallenta in modo uniforme fino a fermarsi dolcemente e in assoluto silenzio contro il tappo di fine corsa, senza rimbalzare. Se si chiude troppo l’ago, la contropressione diventerà eccessiva, causando il rimbalzo del pistone o il suo arresto prematuro prima del completamento della corsa completa.
• Passo 6: Verifica alla pressione operativa massima. Portare il sistema alla sua pressione operativa massima ed eseguire, se necessario, piccoli aggiustamenti finali. Fissare i dadi di blocco, qualora il modello ne sia dotato, per impedire che le viti si allentino a causa delle vibrazioni.