«Нашу продукцию используют там, где требуется контролируемая остановка движущейся массы», — поясняет Кристиан Альшер, менеджер по развитию компании ACE. Решение этой простой задачи лежит в основе безопасной работы машин и устройств различного типа, от погрузочно-разгрузочного оборудования и систем автоматизированного управления предприятием до ворот судоходных шлюзов на каналах или механизмов, управляющих огромными астрономическими телескопами.

Компания ACE Stoßdämpfer (известная в США как ACE Controls) была основана в 1963 г. в Детройте, штат Мичиган. Предприятие разработало первый в мире регулируемый промышленный амортизатор, установив категорию компонентов, которые в настоящее время применяются в миллионах единиц оборудования. Сегодня ACE производит широкий ассортимент продуктов в сфере автоматизации, управления движением, виброизоляции и безопасности. Линейка амортизаторов компании включает изделия с диаметром от 5 до 130 мм и длиной хода от 23 см до 1 м и более.

Предотвращение повреждений

Продукция ACE соответствует требованиям широчайшего диапазона работ. Составляя технические условия для аварийных амортизаторов ACE, разработчики надеются, что эти продукты будут использоваться крайне редко (или вообще не будут использоваться). Они предназначены для безопасной остановки машины в случае серьезной неисправности системы и предотвращения потенциально непоправимых повреждений.

Другие изделия ACE используются более интенсивно. Например, миниатюрные амортизаторы PMCN часто применяются в продуктивных системах для больших объемов чтобы удержать компоненты если они были выброшены из станков или для остановки высокоскоростных приводов в конце хода. Устройства серии PMCN с длиной хода от 12 до 25 мм способны поглощать за цикл энергию 136 Н·м от объектов, движущихся со скоростью 6 м/с. От этих компактных устройств требуется надежная работа в течение нескольких миллионов циклов без корректировок или технического обслуживания.

В амортизаторах PMCN используется специальная обкатывающая мембрана, которая обеспечивает статическое и динамическое уплотнение между поршнем и заполненным маслом цилиндром. По сравнению с амортизаторами традиционной конструкции такой неординарный подход требует использования меньшего количества компонентов и меньшего пространства. А так как изделия герметичны, они действительно не нуждаются в техобслуживании.

Для сложных производственных условий

Вместе с тем для применения этих инновационных амортизаторов в сложных производственных условиях нужен многоуровневый подход. Под воздействием таких эксплуатационных жидкостей, как СОЖ, мембрана может выгибаться или прогибаться, поэтому ее необходимо защитить от загрязнений с помощью внешних сильфонов. Вначале компания ACE предлагала конструкцию с литым сильфоном из ПТФЭ с внутренней металлической пружиной, которая возвращала поршень в исходное положение между двумя активациями. Однако со временем такая комбинация металла и полимера была признана ненадежной: пружина могла порвать сильфон из ПТФЭ, вызывая преждевременный отказ.

«Клиенты начали предъявлять претензии, что изделия не вырабатывают заявленного срока эксплуатации, — вспоминает Альшер. — Как только мы определили причину проблемы, мы начали работать над более удачным решением». Группа ACE выяснила, что основным слабым местом оказалась гибридная конструкция оригинальных сильфонов. Так как ПТФЭ не обладает предварительным напряжением, для возврата амортизатора в исходное положение после его срабатывания требуется использовать внутреннюю пружину. Группа конструкторов начала искать альтернативный материал, способный обеспечить как герметизацию, так и возврат.

Инновации в области полимеров

В ходе поиска более простого и надежного решения после оценки различных материалов от разных поставщиков группа конструкторов ACE обратилась в компанию SKF. В 2013 г. инженеры двух компаний встретились и обсудили связанную с сильфонами проблему. Ответ нашелся в специализированной библиотеке материалов TPU H-ECOPUR^®, широко используемых при производстве уплотнений для применения в сложных условиях.

Материал, выбранный сотрудниками SKF, отличается крайне высокой стойкостью к воздействию смазочно-охлаждающих жидкостей, смазочных материалов, чистящих средств и водяного пара. Более того, материал достаточно эластичен для возврата амортизатора в исходное положение, поэтому использовать дополнительную пружину не требуется.

Специалисты компаний ACE и SKF доработали основную концепцию и оптимизировали толщину стенок и геометрию сильфонов, чтобы достичь идеальных эксплуатационных характеристик. Конструкция во многом опирается на особые производственные возможности SKF, поскольку и прототипы, и готовые сильфоны производятся с использованием усовершенствованных станков с ЧПУ компании SKF.

Простота, скорость и долгий срок службы

Благодаря прочности и эластичности материала ECOPUR компании SKF и ACE смогли внести и другие усовершенствования для ускорения сборочного процесса. Так, для быстрой и простой фиксации сильфона в канавке в наружной части амортизатора стали использовать валик. Ранее для крепления сильфона оригинальной конструкции из ПТФЭ использовалась внутренняя резьба с резьбовым герметиком.

«Фиксация конструкции стала для нас дополнительным бонусом, — говорит Йорг Кюхманн, главный конструктор ACE. — Исключение резьбового герметика для крепления сильфона также предотвращает другие возможные неисправности. Данное изменение ускорило и упростило процесс сборки». Команда SKF обладает большим опытом разработки замковых соединений для других продуктов из ECOPUR, поэтому компания смогла предложить оптимальное сочетание геометрии валика и канавки, гарантирующее надежное соединение.

Новые сильфоны изменили показатели надежности серии PMCN. «Заказчики, использующие старые сильфоны в наиболее сложных условиях, сталкивались с отказами уже через менее чем 100 000 циклов, — говорит Кюхманн. — Теперь устройства продолжают надежно работать после одного или двух миллионов циклов и даже больше». Небольшой размер, высокая производительность, исключительная надежность — благодаря сочетанию этих характеристик продукция имеет высокий спрос.

Использование сильфонов из ECOPUR также помогло компании ACE вывести серию PMCN на новые рынки. Материал сильфонов соответствует требованиям законодательства о пищевых продуктах и медикаментах ЕС и США. Например, в настоящее время ACE специально для производителей продуктов питания поставляет модели амортизаторов из нержавеющей стали, заполненные маслом с пищевым допуском.

Спустя почти десять лет сотрудничества компании SKF и ACE продолжают совместную работу по дальнейшему усовершенствованию существующих и разработке новых конструкций. В планах — применение инновационных сильфонов из ECOPUR в амортизаторах серии PMCN большего размера в случае, если это потребуется заказчику.