Кольцевые и направляющие системы на основе направляющих колес более компактны, обеспечивают более высокую точность позиционирования и больше возможностей для размещения груза, чем альтернативные конвейерные системы для криволинейных применений.

В стремлении к снижению производственных затрат на производственных предприятиях одной из тенденций является максимально близкое расположение рабочих мест для минимизации перемещения материалов и экономии ценной площади. Это означает, что материалы должны перемещаться по все более сложным криволинейным траекториям. Большинство имеющихся в продаже направляющих и приводных систем имеют линейную конструкцию и не могут легко обрабатывать нелинейные траектории. Однако для таких ситуаций доступны криволинейные направляющие и приводные системы, такие как кольцевые и рельсовые системы на основе направляющих колес.

Кольцевые и рельсовые системы
В основе систем направляющих с кольцевыми направляющими и рельсами лежат направляющие колеса с V-образными подшипниками и V-образные направляющие салазки. Колеса и салазки имеют взаимодополняющие V-образные рабочие поверхности, что позволяет кареткам с направляющими колесами плавно перемещаться по салазкам, сопротивляясь боковым или вращательным движениям даже при высоких приложенных нагрузках. Каретки могут двигаться по прямым или круговым траекториям с помощью прямых и кольцевых сегментов салазок, или по сложным криволинейным траекториям с помощью комбинации прямых и кольцевых сегментов салазок. В системах с вращательным движением возможно статическое крепление колес и вращение кольцевых салазок относительно них. Некоторые криволинейные направляющие системы также могут быть преобразованы в систему с приводом путем добавления таких компонентов, как тяги каретки, приводные элементы и двигатели.

Направляющие кольца и прямые направляющие выпускаются во многих типоразмерах, чтобы соответствовать колесам различных размеров и грузоподъемности. Прямые направляющие также бывают разной длины, а кольцевые направляющие доступны с различными радиусами кривизны и угловыми размахами. Некоторые кольцевые направляющие выпускаются с полыми или сплошными центрами, также называемыми кольцевыми дисками. Другие варианты направляющих могут включать различные V-образные конфигурации и встроенные зубчатые рейки для привода с помощью шестерен.

Системы направляющих с кольцами и гусеницами, основанные на использовании направляющих колес, являются одними из наиболее устойчивых к загрязнениям и коррозии. Направляющие колеса обычно содержат достаточно смазки на весь срок службы, имеют постоянные уплотнения для минимизации потери смазки и попадания мусора. Компоненты системы имеют простую форму, которая не задерживает мусор, и многие из них изготовлены из нержавеющей стали для дополнительной коррозионной стойкости.

Традиционные криволинейные решения
Традиционные способы реализации криволинейных направляющих и приводов включают конвейерные системы и поворотные кольца. Ленточный конвейер — это простейший тип конвейера, обычно состоящий из широких лент, намотанных на цилиндрические ролики в раме. Двигатели вращают ролики, которые заставляют ленты перемещать груз, расположенный на них. В то время как более простые ленточные конвейерные системы могут перемещать грузы только по прямым линиям, криволинейные траектории могут быть созданы путем последовательной установки нескольких прямых конвейеров под смещенными углами вдоль желаемой траектории или с использованием лент с взаимосвязанными поворотными сегментами, например, багажных конвейеров в аэропортах.

Роликовый конвейер аналогичен ленточному варианту, за исключением того, что широкая лента заменена рядом плотно расположенных роликов, установленных в каркасной системе, сконфигурированной для следования по заданной криволинейной траектории. Роликовые конвейеры могут приводиться в движение двигателями, соединенными с роликами напрямую или через промежуточные приводные ремни, или же работать без привода, перемещая груз под действием силы тяжести или вручную.

Подвесные тележки состоят из криволинейных рельсовых систем, установленных высоко над полом, с колесными каретками, под которыми подвешивается груз. Каретки подвесной тележки могут перемещаться вручную или тянуться с помощью цепей с электроприводом, движущихся по рельсам. Поворотные кольца (также называемые подшипниками поворотной платформы) представляют собой, по сути, большие машинные подшипники, использующие большое количество мелких элементов качения. Это позволяет им выдерживать высокую грузоподъемность, обеспечивая при этом большой внутренний диаметр и тонкий профиль обойм. В обоймы поворотных колец могут быть вмонтированы зубчатые рейки для прямого привода.

Сравнение кольцевых и трековых систем
Системы кольцевых направляющих с направляющими колесами обеспечивают более высокую точность позиционирования, чем конвейерные системы, что особенно важно в тех случаях, когда груз хрупкий или должен быть жестко и точно зафиксирован для обработки во время перемещения по системе. Колеса в системах кольцевых направляющих с направляющими колесами сконструированы таким образом, чтобы быть надежно прижатыми к направляющей, предотвращая смещение каретки в любом направлении, кроме заданного пути движения.

Такая точность позиционирования, как правило, недостижима в конвейерных системах, где груз удерживается на движущихся элементах в основном силой тяжести. Ленточные и роликовые конвейерные системы не обеспечивают горизонтального ограничения и могут потребовать боковых направляющих для предотвращения падения груза с боков движущихся элементов. Груз может подвергаться постоянным вибрациям, поскольку он постоянно перемещается с одного ролика или петли ленты на другой, и может запутываться с компонентами конвейерной системы, если они имеют несовместимую форму, вызывая неравномерный поток, столкновения и заторы. В подвесных тележечных системах горизонтальная фиксация обеспечивается лишь для предотвращения падения с направляющих, и обычно для перемещения груза используются нежесткие звенья, такие как цепи или крюки, что позволяет им свободно качаться и, возможно, сталкиваться с другими объектами.

Зависимость конвейерных систем от силы тяжести для удержания груза также ограничивает возможные положения, в которых может перемещаться груз, и возможность вертикального перемещения груза. Ленточные и роликовые конвейерные системы должны перемещать груз непосредственно над своими движущимися элементами и не могут транспортировать его вверх или вниз по крутым склонам. В подвесных тележечных системах груз должен висеть непосредственно под ними для обеспечения устойчивости и не может перемещаться вверх или вниз по крутым участкам, поскольку подвешенный груз может соприкасаться с направляющими или грузом на соседних тележках. Однако в кольцевой системе с направляющими колесами груз может быть надежно закреплен в любом положении относительно тележки. Груз также может транспортироваться в любом направлении, независимо от силы тяжести, поскольку колеса тележки прочно зафиксированы на направляющих и позволяют движение только по заданному пути.

Системы кольцевых и рельсовых конвейеров с направляющими колесами могут занимать меньше места, иметь меньшую опорную конструкцию и требовать меньше технического обслуживания, чем другие конвейерные системы. При наличии соответствующих крепежных элементов каретки могут перевозить грузы значительно большей ширины, чем они сами. Это позволяет этим системам и их опорным конструкциям быть более компактными, чем ленточные и роликовые конвейеры, элементы которых должны быть шире, чем предполагаемая полезная нагрузка. Подвесные тележки могут перевозить относительно широкий груз, но требуют больших и прочных опорных конструкций, поскольку их рельсовые системы должны быть подняты достаточно высоко, чтобы подвесной груз был доступен и не мешал никаким препятствиям на уровне земли. Относительно большие размеры опорных конструкций конвейерных систем также делают их наиболее сложными и дорогостоящими в сборке и перенастройке. Конвейерные системы также сложнее содержать в чистоте, чем системы кольцевых и рельсовых конвейеров с направляющими колесами, поскольку их компоненты больше, многочисленнее и имеют сложную форму, в которой легче скапливается мусор.

Поворотные кольца лучше подходят для применений, требующих только кругового движения, чем конвейерные системы, поскольку они могут быть более компактными, легкими и доступны в виде полностью собранных отдельных блоков, которые быстрее интегрируются в систему. Они также обеспечивают более высокую точность и плавность хода, и на них можно устанавливать полезную нагрузку, как на системах с направляющими колесами, но все же имеют некоторые недостатки по сравнению с последними.

Хотя поворотные системы на основе направляющих колес и поворотные кольца могут иметь схожую простоту сборки, первые проще в обслуживании благодаря взаимозаменяемости компонентов. Поворотные кольца, как правило, полностью собираются на заводе из-за необходимости точной сборки и обработки для обеспечения плавной и точной работы. В случае выхода из строя хотя бы одного компонента обычно требуется замена всего кольца, что затрудняет их обслуживание в полевых условиях. Поскольку поворотные кольца иногда являются основной конструкцией крепления компонентов, замена поворотного кольца может также потребовать повторной сборки всех установленных на нем элементов.

В системах с направляющими колесами замена требуется только для поврежденных компонентов, поскольку их стандартная конструкция позволяет собирать и использовать отдельные компоненты в любой совместимой системе, а не только в конкретном блоке с подходящей посадкой, как, например, поворотные кольца. В некоторых случаях замена поврежденных компонентов в системах с направляющими колесами также возможна без разборки других компонентов.

Поворотные кольца могут обеспечить лучшую жесткость и плавность хода, чем конвейерные системы, но, как правило, не имеют предварительной нагрузки. Предварительная нагрузка элементов качения для повышения жесткости и плавности хода распространена в подшипниках небольших машин, но редко встречается в поворотных кольцах, поскольку крупные компоненты сложнее точно обрабатывать, а их форма и посадка в большей степени зависят от внешних факторов. Небольшие производственные дефекты, деформация компонентов из-за внешних нагрузок или неровных монтажных поверхностей, а также неравномерное термическое расширение из-за больших перепадов температуры между компонентами с большей вероятностью повлияют на предварительную нагрузку в подшипниках больших размеров, таких как поворотные кольца.

Изменение предварительной нагрузки может привести к зазорам между внутренними компонентами, что снижает жесткость системы, или к сильным помехам, которые затрудняют вращение и повреждают компоненты. Уровень предварительной нагрузки поворотного кольца зависит от внутренних размеров компонентов и не может быть отрегулирован после сборки. Внешние факторы, такие как неровные поверхности крепления и тепловое расширение, также могут изменять предварительную нагрузку в поворотных системах на основе направляющих колес. Однако они представляют меньшую проблему, поскольку предварительная нагрузка устанавливается во время сборки в процессе эксплуатации и может быть легко отрегулирована впоследствии.

Кольцевые направляющие с направляющими колесами могут иметь значительное преимущество в размерах по сравнению с поворотными кольцами в приложениях, требующих перемещения менее чем на 360°. Поворотные кольца должны быть полностью круглыми, чтобы обеспечить полный оборот их элементов, даже если приложение требует перемещения значительно меньше 360°. В поворотных системах с направляющими колесами длина дуги сегмента кольцевого направляющего должна быть достаточной только для поддержки всех направляющих колес (которых может быть всего три) на протяжении всей дуги перемещения.

Проектирование криволинейных направляющих или исполнительных систем может быть сложнее, чем проектирование линейных. Однако установка таких систем может повысить простоту и эффективность транспортировки и погрузки полезной нагрузки. Системы на основе направляющих колес в виде колец и рельсов могут упростить процесс проектирования и превзойти другие типы нелинейных направляющих и исполнительных систем.