משככים וסופגי אנרגיה

סופגי אנרגיה הם רכיבים, מכניים או הידראוליים המשמשים לריסון תנודות והלמים הנגרמים על ידי גוף חיצוני במערכות נעות, כגון: מערכות אוטומציה, רובוטיקה, מכונות אריזה, מדפסות ועוד. סופגי האנרגיה מבצעים שיכוך למגוון תנועות - תנועה לינארית, תנודות קטנות ומהירות או תנועה סיבובית. על מנת לשכך את התנודות והאנרגיה הקינטית הנוצרת בציר ההינע המכני, סופגי האנרגיה כשמם סופגים את האנרגיה הקינטית והופכים אותה לאנרגית חום הנפלטת לסביבה. בתעשייה משתמשים במגוון חומרים ורכיבים לצורך ספיגת האנרגיה- שמן, גז, קפיץ, וחומרים פלסטיים הם הדוגמאות הנפוצות המשמשות כתווך לצורך ספיגת האנרגיה.

ACE הינו ייצרן גרמני המוביל בעולם בתחום ספיגת האנרגיה בתעשייה ונותן מענה לכל האפליקציות המתוארות.

סופגי אנרגיה ככלל, הינם רכיבים מכניים שמיועדים להגביר את מהירות היצור, היעילות, הבטיחות ולשמור על שלמותם של רכיבי המערכת.

 ניתן למיין את סופגי האנרגיה למספר קבוצות עיקריות:

משככי זעזועים תעשייתיים הם רכיבים המיועדים לעמוד בהלם, עומס פתאומי המתקבל מגוף נע, ולבלום אותו בצורה חלקה וחסרת רתע. צורת הפעולה של המשכך היא לתפוס ולשלוט בעומס, כך שכוח השיכוך יהיה אחיד לאורך כל מהלך המשכך, החל מנקודת המגע הראשונית עם הגוף הנע ועד לעצירתו המוחלטת. התוצאה היא אידיאלית – הגנה על רכיבי המערכת ושיכוך המסה בזמן הקצר ביותר. ניתן לראות באיור מטה, בצבע ירוק, גרף המציג כוח שיכוך שווה לאורך כל מהלך המשכך. 

 מצב שאינו רצוי הוא כאשר הגוף נבלם מבלי שהמשכך ביצע את כל מהלך התנועה שלו, הדבר מרמז על משכך בעל כוח שיכוך גדול מהנדרש או כיול לא תקין. מצב נוסף שאינו רצוי הוא כאשר המשכך מגיע לסוף המהלך ולגוף הנע עדיין יש מהירות, במקרה זה המשכך בעל כוח שיכוך קטן מהכוח הנדרש.

באפליקציה אנכית, לדוגמא, כאשר גוף מבצע נפילה חופשית, ניתן יהיה לראות אפקט קפיצות (Bouncing). בכל המצבים שתוארו הגוף הנבלם יקבל הלם והאנרגיה שלו לא תיספג בצורה הדרגתית.

על מנת להגיע לתוצאה הרצויה - כוח שיכוך שווה לכל אורך מהלך משכך הזעזועים, יש לבחור משכך מתאים. בבחירת המשכך יש להתחשב במספר גורמים: מסת הגוף הנע, מהירות הפגיעה של הגוף במשכך, כוח נוסף הנלווה למהירות ברגע הפגיעה, מספר מחזורים בשעה וכמות המשככים שמיועדים לבלום את הגוף ולספוג את האנרגיה הקינטית שלו.

על מנת לאפשר עבודה יעילה, יש לאפשר מרווחי זמן בין מחזור למחזור, מרווחים אלו נקבעים בהתאם בהתאם לאפליקציה ומשכך הזעזועים הנבחר. במרווחי זמן אלו, השמן חוזר מהמעטפת החיצונית דרך חריצי הלחץ אל תוך הצילינדר, מתקרר וחוזר לטמפרטורת העבודה בה הוא פועל ביעילות.

משככי בטיחות לדוגמא, תת קטגוריה של משככי הזעזועים, מיועדים לבלום עומסים גבוהים ולשמור על הבטיחות באפליקציות כבדות. לאור גודל העומס הנדרש לספיגה, משככים אלו מיועדים לעבודה במספר מחזורים נמוך, עם מרווחי זמן ארוכים יותר בין מחזור למחזור. ככלל, ניתן לומר שככל שמשכך הזעזועים נדרש לבלום עומס גדול יותר, כך מרווחי הזמן בין המחזורים גדל.

כמו כן, ניתן לקבל את משככי הזעזועים מכוילים לספיגת עומס קבוע, או עם עומס הניתן לכיול עצמי על ידי המשתמש. כאשר הבוכנה מגיעה עם אופציה לכיול, הכיול נעשה על ידי פעולת כוונון פשוטה המתאימה את מצב תאי הלחץ ולהתאים את המשכך לעומסים שונים. בשתי האפשרויות, קביעת העומס נעשית על ידי פתיחה וסגירה של תאי הלחץ שבתוך הבוכנה. האפשרות לכיול עצמי יעילה כאשר העומס הנדרש לספיגה אינו קבוע.

פעולת השיכוך - על מנת לספוג את העומס, משככי הזעזועים הופכים את האנרגיה הקינטית של גוף נע לאנרגיית חום המשתחררת אל הסביבה. שמן הנמצא בתוך המשכך נדחס ע"י בוכנה למעטפת חיצונית, דרך תאי לחץ, וסופג את האנרגיה הקינטית מהגוף הנבלם. דרך תאי הלחץ השמן נדחס בהדרגה אל מעטפת חיצונית, מה שמרסן את מהירות הבוכנה ותורם לירידה ליניארית במהירות. כאשר השמן נדחס דרך אותם חריצים קטנים, הטמפרטורה של השמן עולה עקב החיכוך שנוצר בעת המעבר, ואנרגית החום הנוצרת נפלטת מן המשכך בצורת חום.

תאי הלחץ מסודרים לאורך הבוכנה באופן בו השמן נדחס בצורה הדרגתית, מה שיוצר פילוג אחיד של כוח השיכוך לאורך המהלך. הלחץ ההידראולי נשאר כמעט קבוע ומהירות המשכך דועכת בצורה ליניארית עד לסיום המהלך ועצירה מוחלטת של העומס. פיזור תאי הלחץ אינו סימטרי ומשתנה בין משכך למשכך, ניתן לראות זאת באיור מטה המציג את חתך הבוכנה. האיור מציג ירידה ליניארית במהירות, כאשר מהירות הבוכנה יורדת בקצב קבוע של כחצי מטר לשנייה בין חריץ לחריץ.  באיור הימני התחתון מוצג גרף המתאר את הירידה הכמעט ליניארית במהירות. הגרף הימני העליון מציג את כוח השיכוך ששואף לשמור על ערכו לאורך המהלך.

משככי האנרגיה של ACE מסופקים במידות שונות ומתאימים למגוון רחב של אפליקציות. אורך מהלך הבוכנה נע מ-4 מ"מ ועד 400 מ"מ, ויכולת ספיגת האנרגיה יכולה להגיע עד ל- 125 אלף Nm למחזור. משככי הבטיחות, לדוגמא, יכולים לספוג אנרגיה של עד 582 אלף Nm למחזור. מעבר לאפשרות לכיול עצמי, את המשככים ניתן לקבל עם מספר התאמות מיוחדות - גוף נירוסטה המתאים לשימוש רפואי ועמיד בכימיקלים, עמידות לתנאי סביבה וטמפרטורות גבוהות, שמן מיוחד לתעשיית המזון ועוד.

בוכנות גז – אלו הם רכיבים שדוחפים או מושכים עומס בצורה אקטיבית, באמצעות גז שמבצע את העבודה. הבוכנות ממולאות גז בלחץ גבוהה, שיוצר כוח משיכה או דחיפה, תוך כדי התפשטות ושינוי אורך הבוכנה. תכונותיו של הגז, חנקן לרוב, נשמרות גם תחת עבודה מאומצת במספר מחזורים רב. כאשר משכך זעזועים, לדוגמא, נדרש לבצע מספר רב של מחזורים, השמן האגור בו עשוי להקציף ולאבד מתכונותיו. לעומת זאת, גז שומר על תכונותיו גם במספר רב של מחזורים תכופים. דוגמא טובה לכך ניתן לראות בעת ניעור של בקבוק סודה – גם כאשר הבקבוק מנוער במהירות, הגזים נשמרים בו, כל עוד הפקק נשאר סגור.

בנוסף לגז, בקצה ישנו תא קטן המכיל שמן. לקראת סוף המהלך, לאחר שהגז התפשט וביצע עבודה, השמן שבקצה הבוכנה נדחס ועל ידי כך מרסן את מהירות הבוכנה בסוף המהלך. יש לשים לב שמוט הבוכנה מכוון ונע בכיוון מטה, כך הוא מוקף באותו השמן. הדבר מאריך את זמן הפעולה בסוף המהלך, מה שמתבטא בפעולה חלקה יותר והגדלת אורך חיי הבוכנה.

מאחר וגז מושפע מטמפרטורה, בבחירת בוכנת גז יש להתחשב בטמפרטורת הסביבה. כאשר הטמפרטורה עולה לחץ הגז גדל גם הוא, הבוכנה הופכת לנוקשה יותר לתנועה ומתאימה לעומס גדול יותר מייעודה המקורי. הערכים המצוין על בוכנות הגז הינם הערכים ההתחלתיים, וכאשר הגז בבוכנה דחוס, ערכו של הלחץ (כוח) שהבוכנה מפעילה הינו כ- 170% מהערך ההתחלתי.

ניתן למצוא את בוכנות הגז באפליקציות רבות - תעשייה הדפוס, רכב, רפואה, מזון ועוד. הבוכנות משמשות בכל מקום בו נדרשת תנועה יזומה, כגון סגירה או פתיחה של מדף או כיסוי מכונה. בוכנות הגז של ACE מסופקות במגוון גדלים בהתאם לעומס והאפליקציה, החל מ-10 ועד 13 אלף Nm. מהלך סטנדרטי לבוכנות תעשייתיות לרוב ינוע בין 20 עד 1000 מ"מ. בדומה למשככי הזעזועים, ניתן לקבל את בוכנות הגז עם ציפוי נירוסטה נגד קורוזיה לשימוש רפואי או ועמידות בכימיקלים, שמן מיוחד לתעשיית המזון ועמידות לתנאי סביבה קשים.

משככי דלתות – אלו הם משככים הידראוליים הפועלים על בסיס שמן, ומטרתם היא להגן מטריקה על מערכות אוטומטיות או ידניות, כגון הגנה על דלתות מטריקה וקבלת מכה בעת סגירה. ניתן לקבל את המשככים עם אפשרות לכיול עצמי, בקצה אחד או שני הקצוות, כך שיתאימו למגוון עומסים עד 190 Nm למחזור. יש לשים לב שמשככי הדלתות, בשונה ממשככי זעזועים, מלווים ומשככים את העומס מתחילת היווצרותו. משככי הדלתות נמצאים במגע מתמיד עם הדלת או הרכיב הנבלם ואין הלם או זעזוע פתאומי במערכת.

כלי עזר לבחירת מוצר – לאורך המאמר ראינו שלבחירת מוצר מתאים יש חשיבות גבוהה. בחירה נכונה מסייעת לשמור על שלמות רכיבי המערכת ומאפשרת להגדיל את היעילות ומהירות הייצור באפליקציות תעשייתיות.

כחלק משירותי ACE, היצרן הגרמני מספק מחשבון אונליין, חינמי ונגיש, המסייע בבחירה נכונה של מוצר למערכת. המחשבון מבצע חישובים של העומס במערכת, תוך התחשבות בכלל הגורמים הדרושים לבחירת מוצר לשיכוך אנרגיה - כמות האנרגיה למחזור, כיוון התנועה, סוג האפליקציה, תנאי הסביבה ועוד. התוכנה מותאמת למשככי זעזועים, בוכנות גז ורכיבים נוספים, ומציעה אפשרויות חישוב שונות עבור כל קבוצת רכיבים.

השלב הראשוני בשימוש במחשבון הוא בחירת כיוון התנועה, כמופיע מטה בדוגמא המציגה בחירת משכך זעזועים. לאחר בחירת כיוון התנועה, יש לציין האם לגוף הנבלם יש מהירות בלבד בעת הפגיעה או שיש כוח נלווה.

בשלב הבא יש להזין את נתוני העומס כפי שתוארו קודם, כדוגמת מהירות הגוף הנבלם, מסת הגוף ועוד. בנוסף, ניתן להגדיר את אורך מהלך דרוש, דבר שעשוי להיות שימושי באפליקציות עם מגבלות ממדיות. במידה והמשכך עובד בסביבה ימית, יש אפשרות להגדיר רמת אטימות (IP) מתאימה. לבסוף נדרש לבחור כיצד למיין את התוצאות המתאימות – אורך מהלך, אנרגיה למחזור, ועוד.

לאחר שהוגדרו כל הנתונים, המחשבון מציג את האופציות המתאימות ביותר לאפליקציה המתוארת וכל שנשאר הוא לבחור לפי העדפת המשתמש.

ליצרן ACE יש מוצרים מיוחדים שאינם מוצגים בקטלוג. במידה והאפליקציה הינה מיוחדת ודרוש פתרון מיוחד, אנו המהנדסים במדיטל נשמח לקבל את פנייתכם ולהציע פתרון מתאים.