Come si confrontano i sistemi Ring e Track

I sistemi ad anello e binario con ruote di guida sono più compatti e offrono una maggiore precisione di posizionamento e più opzioni per le posizioni di trasporto del carico rispetto ai sistemi di trasporto alternativi per applicazioni curvilinee.

Nell'ambito della continua ricerca di riduzione dei costi di produzione, una tendenza negli impianti manifatturieri è quella di raggruppare le postazioni di lavoro il più vicino possibile per minimizzare gli spostamenti dei materiali e preservare il prezioso spazio a terra. Ciò implica che i materiali debbano muoversi lungo percorsi curvilinei sempre più complessi. La maggior parte dei sistemi di guida e attuazione disponibili in commercio ha una struttura lineare e non è in grado di gestire facilmente percorsi non lineari. Tuttavia, per queste situazioni sono disponibili sistemi di guida e attuazione curvilinei, come i sistemi ad anello e binario basati su ruote di guida.

Sistemi ad anello e binario

Il cuore dei sistemi ad anello e binario basati su ruote di guida è costituito da ruote di guida con cuscinetti a gola a V e da guide a profilo a V. Le ruote e le guide presentano superfici di scorrimento con profilo a V complementare che consentono ai carrelli dotati di ruote di guida di scorrere agevolmente lungo le guide, resistendo al contempo ai movimenti laterali o rotazionali, anche sotto carichi elevati. I carrelli possono seguire traiettorie rettilinee o circolari grazie all'utilizzo di segmenti di guida rettilinei e ad anello, oppure traiettorie complesse e curvilinee mediante una combinazione di segmenti di guida rettilinei e ad anello. Nelle applicazioni di movimento rotatorio, è possibile montare staticamente le ruote e far ruotare le guide ad anello rispetto ad esse. Alcuni sistemi di guida curvilinei possono anche essere convertiti in un sistema attuato con l'aggiunta di componenti quali leveraggi, elementi di azionamento e motori.

Le guide ad anello e le guide dritte sono disponibili in numerose dimensioni di profilo per adattarsi a ruote di varie dimensioni e capacità di carico. Le guide dritte sono disponibili anche in diverse lunghezze, mentre le guide ad anello presentano vari raggi di curvatura e ampiezze angolari. Alcune guide ad anello sono disponibili con centro cavo o pieno, detto anche disco ad anello. Altre opzioni di guide possono includere diverse configurazioni a V e cremagliere integrate per l'azionamento tramite pignoni.

I sistemi ad anello e binario basati su ruote di guida li rendono tra le opzioni più resistenti alla contaminazione e alla corrosione disponibili. Le ruote di guida contengono solitamente una lubrificazione sufficiente per tutta la loro vita utile prevista, sono dotate di guarnizioni permanenti per ridurre al minimo la perdita di lubrificazione e l'ingresso di detriti. I componenti del sistema hanno forme semplici che non intrappolano i detriti e molti sono realizzati in acciaio inossidabile per una maggiore resistenza alla corrosione.

Soluzioni curvilinee tradizionali

I metodi tradizionali per realizzare guide e attuatori curvilinei includono sistemi di trasporto e anelli di rotazione. Il sistema di trasporto a nastro è il tipo più semplice e in genere è costituito da nastri larghi avvolti attorno a rulli cilindrici all'interno di un telaio. I motori fanno ruotare i rulli, che a loro volta trasportano il carico che si trova sopra di essi. Mentre i sistemi di trasporto a nastro più semplici possono movimentare carichi solo in linea retta, è possibile creare percorsi curvilinei montando più nastri rettilinei in serie ad angoli sfalsati lungo il percorso desiderato, oppure utilizzando nastri con segmenti pivotanti interconnessi, come i nastri trasportatori per bagagli negli aeroporti.

Un sistema di trasporto a rulli è simile a un sistema a nastro, con la differenza che il nastro largo è sostituito da una serie di rulli ravvicinati montati su un telaio configurato per seguire un percorso curvilineo specifico. I sistemi di trasporto a rulli possono essere azionati da motori collegati direttamente ai rulli o tramite cinghie di trasmissione intermedie, oppure non motorizzati, con il carico movimentato per gravità o manualmente.

I sistemi di carrelli aerei sono costituiti da binari curvilinei montati in alto rispetto al pavimento, con carrelli a ruote che trasportano il carico al di sotto. I carrelli dei sistemi di carrelli aerei possono essere movimentati manualmente o trainati da catene motorizzate che scorrono lungo i binari. Le ralle di rotazione (chiamate anche cuscinetti di rotazione) sono essenzialmente cuscinetti di grandi dimensioni che utilizzano un elevato numero di piccoli elementi volventi. Ciò consente loro di mantenere elevate capacità di carico, offrendo al contempo ampi diametri interni e piste di rotolamento a profilo sottile. Le ralle di rotazione possono avere cremagliere ricavate direttamente nelle loro piste di rotolamento per la trasmissione diretta.

Come si confrontano i sistemi Ring e Track

I sistemi ad anello e binario con ruote di guida offrono una maggiore accuratezza e precisione di posizionamento rispetto ai sistemi a nastro trasportatore, una differenza che può essere importante in applicazioni in cui il carico è fragile o deve essere mantenuto in posizione rigida e precisa durante la lavorazione e il movimento all'interno del sistema. Le ruote nei sistemi ad anello e binario con ruote di guida sono progettate per essere precaricate saldamente contro la slitta, impedendo al carrello di spostarsi in qualsiasi direzione diversa da quella prevista.

Questo livello di precisione di posizionamento non è generalmente possibile nei sistemi di trasporto a nastro, dove il carico utile è vincolato agli elementi mobili principalmente dalla forza di gravità. I ​​sistemi di trasporto a nastro e a rulli non offrono alcun vincolo orizzontale e possono richiedere guide laterali per impedire al carico utile di cadere dai lati degli elementi mobili. Il carico utile può essere soggetto a vibrazioni continue poiché viene costantemente trasferito da un rullo o da un anello del nastro all'altro e può impigliarsi nei componenti del sistema di trasporto se hanno forme incompatibili, causando portate irregolari, collisioni e inceppamenti. I carrelli dei sistemi di trasporto aereo hanno solo un vincolo orizzontale sufficiente a impedire che cadano dal binario e generalmente utilizzano collegamenti non rigidi come catene o ganci per trasportare il carico utile, consentendo loro di oscillare liberamente e potenzialmente urtare altri oggetti.

Nei sistemi di trasporto, la dipendenza dalla gravità per il contenimento del carico utile limita anche le possibili posizioni in cui il carico può essere trasportato e la possibilità di spostarlo verticalmente. I sistemi di trasporto a nastro e a rulli devono trasportare il carico direttamente sopra gli elementi mobili e non possono trasportarlo su pendenze ripide. Nei sistemi a carrello aereo, i carrelli devono avere il carico sospeso direttamente sotto di essi per garantire la stabilità e non possono muoversi su pendenze ripide, poiché il carico sospeso potrebbe entrare in contatto con la guida o con il carico dei carrelli adiacenti. Tuttavia, in un sistema ad anello e binario con ruote di guida, il carico utile può essere montato in modo sicuro in qualsiasi posizione rispetto al carrello. Il carico utile può anche essere trasportato in qualsiasi direzione, indipendentemente dalla gravità, poiché le ruote del carrello sono saldamente vincolate alle guide e consentono il movimento solo lungo il percorso designato.

I sistemi di trasporto ad anello e binario con ruote di guida possono richiedere meno spazio, strutture di supporto e manutenzione rispetto ad altri sistemi di trasporto. Con appositi dispositivi di fissaggio, i carrelli possono trasportare carichi utili molto più larghi di loro stessi. Ciò consente a questi sistemi e alle loro strutture di supporto di essere più compatti rispetto ai sistemi di trasporto a nastro e a rulli, i cui elementi di rotolamento devono essere più larghi del carico utile previsto. I carrelli aerei possono trasportare carichi utili relativamente larghi, ma richiedono strutture di supporto robuste e di dimensioni considerevoli, poiché i loro binari devono essere sollevati a un'altezza sufficiente affinché il carico sospeso sia accessibile e libero da ostacoli a livello del suolo. Le dimensioni relativamente grandi delle strutture di supporto per i sistemi di trasporto li rendono anche i più difficili e costosi da assemblare e riconfigurare. I sistemi di trasporto sono inoltre più difficili da pulire rispetto ai sistemi ad anello e binario con ruote di guida, poiché i loro componenti sono più grandi, più numerosi e hanno forme complesse che intrappolano più facilmente i detriti.

Le ralle di rotazione sono più adatte dei sistemi di trasporto per applicazioni che richiedono solo movimento circolare, in quanto possono essere più compatte, leggere e disponibili in unità singole completamente assemblate, il che ne facilita l'integrazione in un'applicazione. Offrono inoltre maggiore precisione e fluidità e possono supportare carichi utili, come i sistemi basati su ruote di guida, pur presentando ancora alcuni svantaggi rispetto a questi ultimi.

Sebbene i sistemi di rotazione su rotaia con ruote di guida e le ralle di rotazione possano avere una facilità di assemblaggio simile, i primi risultano più semplici da riparare grazie all'intercambiabilità dei componenti. Le ralle di rotazione, invece, vengono generalmente assemblate completamente in fabbrica a causa della precisione di montaggio e lavorazione richiesta per garantire un funzionamento fluido e accurato. Di solito, anche un solo componente si guasta, costringendo a sostituire l'intera ralla, il che ne rende difficile la manutenzione sul campo. Poiché le ralle di rotazione rappresentano talvolta la struttura di montaggio principale per i componenti dell'applicazione, la loro sostituzione può richiedere anche il rimontaggio di tutto ciò che vi è fissato.

Nei sistemi rotanti basati su ruote di guida, è necessario sostituire solo i componenti danneggiati, poiché la loro progettazione a incastro comune consente di assemblare e utilizzare i singoli componenti in qualsiasi sistema compatibile, e non solo in una particolare unità di accoppiamento adatta, come ad esempio le ralle di rotazione. In alcune applicazioni è anche possibile sostituire i componenti danneggiati nei sistemi di binari basati su ruote di guida senza smontare altri componenti.

Le ralle di rotazione possono offrire maggiore rigidità e scorrevolezza rispetto ai sistemi di trasporto, ma generalmente non sono precaricate. Il precarico degli elementi volventi per una maggiore rigidità e scorrevolezza è comune nei cuscinetti di macchine di piccole dimensioni, ma raro nelle ralle di rotazione, poiché i componenti di grandi dimensioni sono più difficili da lavorare con precisione e la loro forma e il loro accoppiamento sono maggiormente influenzati da fattori esterni. Piccoli difetti di fabbricazione, deformazioni dei componenti dovute a carichi esterni o superfici di montaggio irregolari, o dilatazioni termiche non uniformi dovute a grandi variazioni di temperatura tra i componenti, hanno maggiori probabilità di influenzare il precarico in cuscinetti di grandi dimensioni come le ralle di rotazione.

Le variazioni del precarico possono causare giochi interni tra i componenti, riducendo la rigidità del sistema, oppure interferenze eccessive che rendono la rotazione più difficile e danneggiano i componenti. Il livello di precarico di una ruota di rotazione dipende dalle dimensioni interne dei componenti e non può essere regolato dopo l'assemblaggio. Anche fattori esterni come superfici di montaggio irregolari e dilatazione termica possono modificare il precarico nei sistemi rotanti basati su ruote di guida. Tuttavia, questi fattori sono meno rilevanti poiché il precarico viene impostato durante l'assemblaggio in un'applicazione specifica e può essere facilmente regolato in seguito.

Le guide ad anello con ruote di guida possono offrire un notevole vantaggio in termini di dimensioni rispetto alle ralle di rotazione in applicazioni che richiedono una corsa inferiore a 360°. Le ralle di rotazione devono essere perfettamente circolari per garantire percorsi di rotazione completi per i loro elementi volventi, anche se l'applicazione richiede una corsa molto inferiore a 360°. Nei sistemi rotanti con ruote di guida, la lunghezza dell'arco del segmento della guida ad anello deve essere sufficiente solo a supportare tutte le ruote di guida (che possono essere anche solo tre) lungo l'intero arco di rotazione.

La progettazione di sistemi di guida o attuatori curvilinei può essere più complessa rispetto a quella di sistemi lineari. Tuttavia, l'installazione di tali sistemi può migliorare la semplicità e l'efficienza del trasporto e della movimentazione del carico. I sistemi ad anello e binario basati su ruote di guida possono semplificare il processo di progettazione e offrire prestazioni superiori rispetto ad altri tipi di sistemi di guida e attuatori non lineari.