Как сочетаются кольцевые и трековые системы

Системы на основе направляющих колес и гусеничных конвейеров более компактны и обеспечивают более высокую точность позиционирования и больше вариантов позиций транспортировки грузов, чем альтернативные конвейерные системы для криволинейных применений.

В постоянном стремлении к снижению производственных затрат одной из тенденций на производственных предприятиях является максимально плотная группировка рабочих станций для минимизации перемещения материалов и экономии ценной площади. Это означает, что материалы приходится перемещать по всё более сложным криволинейным траекториям. Большинство имеющихся на рынке систем направляющих и приводов имеют линейную конструкцию и не могут легко работать с нелинейными траекториями. Однако для таких ситуаций существуют системы криволинейных направляющих и приводов, такие как кольцевые и трековые системы на основе направляющих колёс.

Системы колец и путей

В основе кольцевых и трековых систем на основе направляющих колес лежат направляющие колеса с подшипниками V-образной канавки и направляющие с V-образным краем. Колеса и направляющие имеют дополнительные поверхности качения с V-образным профилем, которые позволяют кареткам, оснащенным направляющими колесами, плавно двигаться по направляющим, одновременно сопротивляясь боковому или вращательному перемещению даже при высоких приложенных нагрузках. Каретки могут следовать прямым или круговым траекториям за счет использования прямых и кольцевых сегментов направляющих, или сложным криволинейным траекториям за счет комбинации прямых и кольцевых сегментов направляющих. В приложениях с вращательным движением возможно статическое крепление колес и вращение кольцевых направляющих относительно них. Некоторые криволинейные направляющие системы также могут быть преобразованы в приводную систему путем добавления таких компонентов, как рычажные механизмы каретки, приводные элементы и двигатели.

Кольцевые направляющие и прямые направляющие доступны в различных размерах профиля для колёс разных размеров и грузоподъёмности. Прямые направляющие также доступны разной длины, а кольцевые направляющие доступны с различными радиусами кривизны и угловыми пролётами. Некоторые кольцевые направляющие доступны с полыми или сплошными центральными частями, также называемыми кольцевыми дисками. Другие варианты направляющих могут включать различные конфигурации V-образных профилей и встроенные рейки для привода шестернями.

Системы с направляющими колесами и гусеничными лентами делают их одними из самых устойчивых к загрязнениям и коррозии вариантов. Направляющие колеса обычно содержат достаточно смазки для обеспечения их предполагаемого срока службы и оснащены постоянными уплотнениями, минимизирующими потерю смазки и попадание мусора. Компоненты системы имеют простую форму, не задерживающую мусор, и многие из них изготовлены из нержавеющей стали для дополнительной защиты от коррозии.

Традиционные криволинейные решения

Традиционные способы реализации криволинейных направляющих и приводов включают конвейерные системы и опорно-поворотные устройства. Ленточный конвейер – это простейший тип конвейера, обычно состоящий из широких лент, намотанных на цилиндрические ролики в раме. Двигатели вращают ролики, заставляя ленты перемещать груз, расположенный на них. В то время как более простые ленточные конвейеры могут перемещать грузы только по прямым линиям, криволинейные траектории можно создавать, устанавливая несколько прямых конвейеров последовательно под углом друг к другу вдоль заданного пути или используя ленты с взаимосвязанными поворотными сегментами, например, багажные конвейеры в аэропортах.

Роликовая конвейерная система похожа на ленточную, за исключением того, что широкая лента заменена рядом близко расположенных роликов, установленных на каркасной системе, предназначенной для движения по заданной криволинейной траектории. Роликовые конвейерные системы могут приводиться в действие двигателями, соединёнными с роликами напрямую или через промежуточные приводные ремни, либо могут быть без привода, с перемещением груза под действием силы тяжести или вручную.

Подвесные троллейные системы состоят из криволинейных рельсовых систем, установленных высоко над полом, с колёсными каретками, под которыми подвешен груз. Каретки подвесных троллейных систем могут перемещаться вручную или тянуться цепями с электроприводом, движущимися по рельсам. Поворотные круги (также называемые подшипниками поворотного круга) представляют собой крупногабаритные подшипники, в которых используется большое количество мелких тел качения. Это позволяет им поддерживать высокую грузоподъёмность, обеспечивая при этом большой внутренний диаметр отверстия и тонкий профиль дорожек качения. Поворотные круги могут иметь зубчатые рейки, врезанные в дорожки качения, для прямого привода.

Как сочетаются кольцевые и трековые системы

Системы с кольцевыми направляющими и рельсовыми направляющими обеспечивают более высокую точность позиционирования, чем конвейерные системы, что может быть важно в приложениях, где полезный груз хрупкий или должен быть жёстко зафиксирован и точно позиционирован для обработки во время перемещения по системе. Колеса в системах с кольцевыми направляющими и рельсовыми направляющими сконструированы с надёжным предварительным натягом, предотвращая смещение каретки в любом направлении, отличном от заданного.

Такой уровень точности позиционирования, как правило, невозможен в конвейерных системах, где полезная нагрузка в основном ограничена движущимися элементами силой тяжести. Ленточные и роликовые конвейерные системы не обеспечивают горизонтальных ограничений и могут потребовать боковых направляющих для предотвращения падения полезной нагрузки с боков движущихся элементов. Полезная нагрузка может подвергаться постоянным вибрациям, поскольку она постоянно передается с одного ролика или петли ремня на другой, и может запутываться в компонентах конвейерной системы, если они имеют несовместимые формы, что приводит к нерегулярным скоростям потока, столкновениям и застреваниям. Каретки подвесной троллейной системы имеют только достаточные горизонтальные ограничения, чтобы не упасть с пути, и обычно используют нежесткие связи, такие как цепи или крюки, для перевозки полезной нагрузки, что позволяет им свободно качаться и возможно задевать другие объекты.

Зависимость конвейерных систем от силы тяжести для удержания полезной нагрузки также ограничивает возможные положения, в которых полезная нагрузка может быть перемещена, и возможность вертикального перемещения полезной нагрузки. Системы ленточных и роликовых конвейеров должны перевозить свою полезную нагрузку непосредственно над движущимися элементами и не могут транспортировать их вверх или вниз по крутым склонам. Тележки подвесной троллейной системы должны иметь свою висящую непосредственно под ними для устойчивости и не могут двигаться вверх или вниз по крутым участкам, так как висящая полезная нагрузка может касаться пути или полезной нагрузки на соседних тележках. Однако в системе кольцевых и рельсовых направляющих на основе направляющих колес полезная нагрузка может быть надежно закреплена в любом положении относительно тележки. Полезная нагрузка также может транспортироваться в любом направлении, независимо от силы тяжести, поскольку колеса тележки надежно ограничены направляющими и допускают движение только по назначенному пути.

Системы колёсных конвейеров и рельсовых путей требуют меньше места, опорной конструкции и обслуживания, чем другие конвейерные системы. При наличии соответствующих монтажных приспособлений каретки могут перевозить грузы, значительно шире своих собственных. Это позволяет этим системам и их опорным конструкциям быть более компактными, чем системы ленточных и роликовых конвейеров, чьи элементы качения должны быть шире предполагаемой полезной нагрузки. Подвесные тележки могут перевозить относительно большую полезную нагрузку, но требуют больших, прочных опорных конструкций, поскольку их рельсовые системы должны быть подняты достаточно высоко, чтобы подвешенный под ними полезный груз был доступен и не сталкивался с препятствиями на уровне земли. Относительно большой размер опорных конструкций для конвейерных систем также делает их наиболее сложными и дорогими в сборке и перенастройке. Конвейерные системы также сложнее содержать в чистоте, чем системы колёсных конвейеров и рельсовых путей, поскольку их компоненты больше, их больше и имеют сложную форму, которая легче захватывает мусор.

Опорно-поворотные устройства лучше подходят для применений, требующих только кругового движения, чем конвейерные системы, поскольку они компактнее, легче и поставляются в виде отдельных полностью собранных узлов, что позволяет быстрее интегрировать их в систему. Они также обеспечивают более высокую точность и плавность хода, а также позволяют крепить на них полезную нагрузку, как и системы с направляющими колесами, но всё же имеют некоторые недостатки по сравнению с последними.

Хотя гусеничные поворотные системы с направляющими колёсами и опорно-поворотные устройства (ОПУ) могут быть одинаково просты в сборке, первые проще в обслуживании благодаря взаимозаменяемости компонентов. Опорно-поворотные устройства, как правило, полностью собираются на заводе, что обеспечивает точную сборку и обработку, необходимые для плавной и точной работы. При выходе из строя хотя бы одного компонента обычно требуется замена всего опорно-поворотного устройства, что затрудняет их обслуживание в полевых условиях. Поскольку опорно-поворотные устройства иногда являются основной конструкцией для крепления компонентов, замена опорно-поворотного устройства может также потребовать повторной сборки всех установленных на нём узлов.

В поворотных системах с направляющими колёсами требуется замена только повреждённых компонентов, поскольку их единая конструкция позволяет собирать и использовать отдельные компоненты в любой совместимой системе, а не только отдельные узлы с подходящей, согласованной посадкой, например, опорно-поворотные устройства. В некоторых случаях возможна замена повреждённых компонентов в гусеничных системах с направляющими колёсами без демонтажа других компонентов.

Опорно-поворотные устройства могут обеспечивать лучшую жёсткость и плавность хода, чем конвейерные системы, но, как правило, не имеют предварительного натяга. Предварительный натяг тел качения для повышения жёсткости и плавности хода широко используется в подшипниках небольших машин, но редко применяется в опорно-поворотных устройствах, поскольку крупногабаритные компоненты сложнее точно обрабатывать, а их форма и посадка сильнее подвержены влиянию внешних факторов. Небольшие производственные дефекты, деформация компонентов из-за внешних нагрузок или неровностей монтажных поверхностей, а также неравномерное тепловое расширение из-за значительных перепадов температур между компонентами с большей вероятностью могут повлиять на предварительный натяг в более крупных подшипниках, таких как опорно-поворотные устройства.

Изменения предварительного натяга могут привести к образованию внутреннего зазора в компонентах, что снижает жёсткость системы, или к сильному натягу, затрудняющему вращение и приводящему к повреждению компонентов. Уровень предварительного натяга опорно-поворотного устройства зависит от внутренних размеров компонента и не может быть отрегулирован после сборки. Внешние факторы, такие как неровности монтажных поверхностей и тепловое расширение, также могут изменять предварительный натяг в поворотных системах с направляющими колесами. Однако они представляют меньшую проблему, поскольку предварительный натяг устанавливается во время сборки и может быть легко отрегулирован впоследствии.

Кольцевые направляющие с направляющими колёсами могут иметь значительное преимущество в размерах по сравнению с опорно-поворотными устройствами в приложениях, требующих перемещения менее 360°. Поворотные устройства должны быть полностью круглыми, чтобы обеспечить полный ход тел качения, даже если приложение требует перемещения значительно меньше 360°. В поворотных системах с направляющими колёсами длина дуги сегмента кольцевой направляющей должна быть достаточной только для поддержки всех направляющих колёс (которых может быть всего три) по всей дуге перемещения.

Проектирование криволинейных направляющих и приводных систем может быть сложнее, чем проектирование линейных. Однако их установка может упростить и повысить эффективность транспортировки и обработки полезной нагрузки. Системы на основе колёсных направляющих и гусеничных лент упрощают процесс проектирования и превосходят другие типы нелинейных направляющих и приводных систем.