Unašečové systémy pro manipulaci s materiálem ve strojním inženýrství

Zvláště ve velkých výrobních závodech a výrobních řetězcích je nezbytné zabývat se technikami manipulace s materiály a obrobky. Vzhledem k samotné hmotnosti je často téměř nemožné ručně přesouvat materiály. Zde začíná manipulace s materiálem: Unašečové systémy nebo dopravníkové pásy například usnadňují pohyb a řízení materiálů a zvyšují efektivitu. V následujícím textu se blíže podíváme na různé unašečové systémy a na to, jak jsou využívány.

Co přesně je manipulace s materiálem?

Manipulace s materiálem nebo také manipulace s technologiemi usnadňuje výrobní procesy a zvyšuje jejich bezpečnost a produktivitu. Primárním úkolem je pohyb, skladování, kontrola a správa materiálů. Systémy pro manipulaci s materiálem mohou šetřit úložný prostor nebo samy o sobě sloužit jako úložiště. Proto je o to důležitější, aby systémy pro manipulaci s materiálem odolaly vysokým nárokům:

• musí být odolné, mobilní a flexibilní.
• neměly by vytvářet vysoké náklady.

Typy systémů pro manipulaci s materiálem

Systémy pro manipulaci s materiálem mohou být například: dopravníkové pásy, vysokozdvižné vozíky, robotické systémy, jeřáby nebo unašečové systémy na automatizovaných výrobních linkách. Lze je však také použít při ruční práci, např. na podporu obsluhy při každodenních úkolech, jako je přemísťování sudů nebo krabic. Zejména uchopování a unášení je jedním z hlavních úkolů v mnoha výrobních závodech. Použitím systémů pro manipulaci s materiálem lze urychlit dříve používané manuální procesy a omezit pracovní nepřítomnosti související s onemocněním. Zde unašečové nebo uchopovací systémy přispívají zejména k ergonomické práci.

Unašečové systémy

Unašečové systémy podporují přesnou manipulaci a kontrolu materiálů a obrobků. K dispozici jsou unašečové systémy, které podporují ruční uchopovací práce, jako jsou sudové unášeče, válečkové unašeče u nebo boxové unášeče. Unašečové systémy se však používají také na výrobních linkách ve výrobě. Unašeče se často používají společně s roboty: Slouží jako spojovací díl mezi průmyslovým robotem a obrobkem.

Podtlakové unašeče

V podtlakovém unášeči se vytváří podtlak pomocí čerpadla mezi unášečem a obrobkem. Podtlakový unášeč se umístí na obrobek a podtlak v podtlakovém unášeči způsobí, že obrobek se nasaje do podtlakového unášeče.

• 1 = obrobek
• 2 = vakuum
• 3 = podtlakový unašeč

Přídržná síla závisí na rozdílu tlaku mezi prostředím a tlakem ve vlastním podtlakovém unášeči. Čím větší rozdíl, tím silnější přídržná síla a tím těžší břemena lze zvednout. Přepravované obrobky mohou být od tvrdých až po snadno ohebné obrobky s povrchy schopnými přisání. Sací síla se snižuje, pokud je povrch, který má být přisát, porézní nebo prpustný pro vzduch. To vyžaduje zvětšení účinné plochy linie v řezu nebo použití několika menších přísavek. Měkké obrobky, jako je papír, tenké materiály, plastové fólie, se mohou být sací silou zmačkat.

Kromě tohoto typu podtlakového unášeče eistuje také unášeč Bernoulli. Používá trochu jiný princip: Bernoulliho princip. Proud vzduchu prochází úzkou tryskou při vysoké rychlosti. Také zde vzniká podtlak, který vytváří sací efekt a přitahuje objekt. Kromě toho dochází k mírnému vztlaku, který zvedá objekt minimálně nad povrch. Kontakt mezi unášečem a obrobkem je tak snížen na minimum.

Systémy podtlakového unášeče lze používat různými způsoby: Jsou vhodné pro měkká a jemná břemena, jako jsou pytle a sklenice, i pro těžká břemena. Vzhledem k minimálnímu kontaktu mezi unášečem a obrobkem je unášeč Bernoulli obecně vhodný pro obzvláště jemné materiály, jako jsou papírové a plastové fólie, ale méně pro těžké náklady.

Pneumatický unašeč

Pneumatické unášeče jsou systémy unášečů řízené stlačeným vzduchem, které slouží k uchycení a pohybu součástí, obrobků a břemen. V závislosti na tvaru, hmotnosti a nezbytném pohybu přepravovaného předmětu lze použít čelisťové unášeče, otočné unášeče nebo svorkové unášeče v široké škále tvarů.

Pneumatické unašeče se široce používají v mnoha sektorech a průmyslových odvětvích díky jejich spolehlivosti, účinnosti a jednoduché konstrukci. Zpravidla jsou unašeče navrženy jako unašeče se dvěma nebo třemi drapáky. Kromě jednočinných unašečů s otvíračem (vnitřní úchop) nebo těsnější funkcí (vnější úchop) jsou také běžné dvoučinné unašeče.

Následující obrázek znázorňuje schematickou strukturu aktivního, dvoučinného paralelního unášeče:

• A = pneumatické připojení
• B = pneumatické připojení
• 1 = drážkované otvory
• 2 = boční pohyb desky pro upevnění na drapák (k dispozici pro oba směry)
• 3 = zavírání a otevírání drapáků

U dvoučinného unášeče jsou k dispozici dvě pneumatická spojení, z nichž každé je odpovědné za otevírání a zavírání unášeče. Pokud je pneumatické připojení A pod tlakem, píst se stlačí dolů a unášeč se zavře. Pokud je pneumatické připojení B pod tlakem, píst se zatlačí nahoru a unášeč se otevře. Upínákem pro sestavu drapáků lze pohybovat laterálně na tělese unášeče (2) přes otvory se zářezem (1). Ložisko připojené k pístu běží ve středním diagonálním drážkovaném otvoru. Pohyb drapákové montážní desky se iniciuje naváděním do tohoto otvoru se zářezem. Když se píst pohybuje ve svislém směru, vodorovný pohyb drapákové montážní desky je nucen otevřít nebo zavřít (3).

Zatímco čelisťové unášeče se většinou používají pro obzvláště široké nebo velké objekty, svorkové unášeče se obvykle používají pro určité tvary (např. trubky) a drapákové unášeče se používají pro menší předměty, které je třeba uchopit. Díky různým typům jsou pneumatické unášeče vhodné pro různé aplikace, např. v elektronickém průmyslu a v automatizaci procesů. Pneumatické unášeče fungují vysoce efektivně a spolehlivě. Vyznačují se nízkými provozními náklady a lze je používat ve stísněných prostorách. Snadno se nastavují a manipulují.

Hydraulický unašeč

Hydraulická kapalina, obvykle hydraulický olej, se používá pro hydraulické unášeče. Hydraulická kapalina je natlakována hydraulickým čerpadlem, a tak je přepravována do pracovního válce, kde přenáší sílu. Fungují podle systému podobného pneumatickým unášečům.

Hydraulické unášeče umožňují velmi vysoké upínací síly, a proto je lze použít pro těžká břemena. Jsou také velmi odolné a vhodné pro náročné okolní podmínky. Vzhledem k riziku úniku je však nelze použít k přepravě materiálů, které nesmí být kontaminovány. Jejich vysoká úchopová síla také vylučuje jejich použití na jemné materiály. Konstrukce hydraulických unášečů je obecně složitější (např. díky olejovým čerpadlům atd.), a proto je údržba poněkud náročnější a dražší než u jiných unášečů.

Elektrický unašeč

Elektrické unašeče mají řídicí systém s mikroprocesory, např. řídicí systém PLC. To umožňuje přesně zvolit rychlost zavírání a upínací sílu. Často je také indikováno, zda byl obrobek úspěšně zvednut nebo ne. Rotační pohyb je generován elektromotorem nebo elektrickými aktuátory. Tento rotační pohyb motoru je poté přenesen do převodovky, kde pohybuje upínacími čelistmi v lineárním pohybu. Upínací čelisti mohou být například konstruovány paralelně nebo pod úhlem. Elektronický řídicí systém monitoruje a řídí procesy. Často se instalují další snímače, které měří sílu, vzdálenost a další parametry. Elektrické unašeče jsou vhodné pro vysoké rychlosti a vícestupňové akce, protože je lze přesně ovládat. Na rozdíl od např. vakuových nebo hydraulických unášečů nejsou nutná žádná další potrubí pro kapalinu nebo vzduch. Ovšem jejich úchopový povrch je často poměrně tvrdý. Proto nejsou vhodné pro jemné předměty. Kromě toho je upínací síla poměrně nízká, takže těžké předměty lze obvykle zvedat pouze pomocí varianty sub-unašeče.

Upínací vložky

Upínací vložky lze použít na čelistech unášeče k optimalizaci kontaktního povrchu mezi unášečem a obrobkem. Upínací vložky tak zlepšují přilnavost nebo se přizpůsobují speciálním tvarům. Sklíčidlo je speciální forma upínací vložky, která se obvykle skládá z oceli a poskytuje tak vysokou přesnost a pevnost, ale je také poměrně nepružná. Další materiály pro upínací destičky zahrnují:

• Guma/elastomer, například: silikon, pryž, polyuretan. Ty dobře přilnou, jsou pružné a chrání povrch, ale jsou pouze částečně odolné v drsných podmínkách
• Plast, např. polyamid, polyetylén. Jsou lehké, cenově dostupné a šetrné k povrchu, ale při vysokém zatížení a teplotách mohou selhat.
• Speciální materiály, jako je dřevo a keramika, jsou určeny pro speciální aplikace. Keramika je například vysoce žáruvzdorná, zatímco dřevo je odolné proti oděru. Díky své specializaci jsou však obvykle dražší než jiné upínací destičky.

Nástrojový systém Euro Gripper

Nástrojový systém Euro Gripper byl vyvinut společností Automotive Working Group. Jedná se o standardizovaný systém pro upevnění a výměnu unášečů. Je široce využíván v Evropě a používá se nejen v automobilovém průmyslu, ale také v jiných odvětvích a výrobě. Systém EGT je založen na osmihranné hliníkové části s mřížkovým vrtáním otvorů pro rychlou výměnu součástí.

Standardizovaná rozhraní, mechanismy rychlé výměny a modularita umožňují rychlou výměnu poškozených součástí, což výrazně snižuje prostoje. Systém EGT je kompatibilní s mnoha značkami a modely. MISUMI má komplexní řadu součástí systému EGT.

Příkladná konstrukce systému unašečů vč. součásti

V závislosti na typu unášeče se systémy unášečů skládají z následujících součástí:

• Hnací jednotka: Řídí pohyb čelistí unášeče nebo povrchů unášeče. Může se jednat o elektromotor (pro elektrické unašeče) nebo válec (hydraulické unašeče, pneumatické unašeče)
• Řídicí systém: U elektrických unašečů přebírá řídicí systém pohyb unašeče a další úkoly.
• Zdroj napájení: V závislosti na unášeči to může být: zdroj elektřiny, stlačený vzduch nebo hydraulické čerpadlo.
• Snímače: jsou instalovány v elektrických unašečích. Monitorují tlak, sílu a jiné relevantní parametry.
• Montážní adaptér: používají se k upevnění unášečů k ramenu robota nebo podobnému zařízení. Lze je standardizovat podle systému EGT.

Jednou z nejdůležitějších součástí je samotný robotický unášeč. Má přímý kontakt s upínaným předmětem. V závislosti na aplikaci se zde také používají různé typy. Například u paralelních unášečů jsou uchopovací čelisti připevněny paralelně, takže síla je na uchopovacích čelistech rovnoměrně rozložena. Díky tomu je obzvláště snadné zvednout standardní tvary. U úhlových unašečů jsou unašeče podobné kleštím. Tak se přizpůsobí různým tvarům. Kromě toho lze nainstalovat více upínacích mechanismů, např. do více unášečů. Dokáže uchopit více objektů současně. Kromě toho existují multifunkční unašeče, které kombinují několik upínacích metod a funkcí.

MISUMI nabízí některé komponenty, které podporují konstrukci systému unášeče: např. montážní desky nebo polohovací kolíky

Výpočet upínací síly a hmotnosti

Upínací síla může být použita ke stanovení teoreticky možné hmotnosti, kterou lze nosit. Například pro paralelní unášeče platí následující: upínací síla je součtem jednotlivých sil působících na každý drapák. Následující vzorec se používá k výpočtu maximální hmotnosti uchopovaného objektu:

• m = hmotnost obrobku v kg
• F_G = aritmetický součet upínacích sil
• μ = koeficient tření, závislý na materiálu
• g = hmotnost (9,81 m/s²)
• a = zrychlení (m/s²)
• S = bezpečnostní faktor*

* V případě vysokého zrychlení, zpomalení nebo rázového zatížení je třeba vzít v úvahu vyšší bezpečnostní faktor.