Як системи кільця та треку поєднуються

Кільцеве-рейкові системи на основі напрямних коліс є компактнішими та пропонують кращу точність позиціонування й більше варіантів для перевезення вантажів, ніж альтернативні конвеєрні системи для криволінійних застосувань.

У постійному прагненні до зниження виробничих витрат однією з тенденцій на виробничих об'єктах є якомога щільніше групування виробничих робочих станцій, щоб мінімізувати переміщення матеріалів та зберегти цінну площу підлоги. Це означає, що матеріали повинні рухатися по дедалі складніших криволінійних траєкторіях. Більшість комерційно доступних напрямних та виконавчих систем мають лінійну конструкцію та не можуть легко обробляти нелінійні траєкторії. Однак для таких ситуацій доступні криволінійні напрямні та виконавчі системи, такі як кільцеві та рейкові системи на основі напрямних коліс.

Кільцеві та трекові системи

В основі кільцевих та рейкових систем на основі напрямних коліс лежать напрямні колеса з V-подібними канавками та V-подібні напрямні. Колеса та напрямні мають взаємодоповнюючі V-подібні робочі поверхні, що дозволяють кареткам, оснащеним напрямними колесами, плавно рухатися вздовж напрямних, одночасно запобігаючи бічним або обертальним рухам, навіть під високими навантаженнями. Каретки можуть рухатися прямими або круговими траєкторіями завдяки використанню прямих та кільцевих сегментів напрямних, або складними криволінійними траєкторіями завдяки комбінації прямих та кільцевих сегментів напрямних. У випадках обертального руху колеса можуть бути встановлені статично, а кільцеві напрямні обертатися відносно них. Деякі криволінійні напрямні системи також можна перетворити на приводну систему шляхом додавання таких компонентів, як тяги каретки, приводні елементи та двигуни.

Кільцеве та пряме напрямне колесо бувають різних розмірів профілю, щоб вмістити колеса різних розмірів та вантажопідйомності. Пряме напрямне також буває різної довжини, а кільцеві напрямні доступні з різними радіусами кривизни та кутовими розмахами. Деякі кільцеві напрямні доступні з порожнистими або суцільними центрами, які також називаються кільцевими дисками. Інші варіанти напрямних можуть включати різні V-подібні конфігурації та інтегровані рейки для приведення в дію шестернями.

Конструкції кільцевих та рейкових систем на основі напрямних коліс роблять їх одними з найбільш стійких до забруднення та корозії варіантів. Напрямні колеса зазвичай містять достатню кількість мастила для очікуваного терміну служби, мають постійні ущільнення, щоб мінімізувати втрати мастила та потрапляння сміття. Компоненти системи мають просту форму, яка не затримує сміття, і багато з них виготовлені з нержавіючої сталі для додаткової стійкості до корозії.

Традиційні криволінійні рішення

Традиційні способи розміщення криволінійних напрямних та конструкцій приводів включають конвеєрні системи та поворотні кільця. Стрічкова конвеєрна система є найпростішим типом конвеєра і зазвичай містить широкі стрічки, обмотані навколо циліндричних роликів у рамі. Двигуни обертають ролики, що змушує стрічки транспортувати корисне навантаження, що лежить на них зверху. Хоча простіші стрічкові конвеєрні системи можуть переміщувати корисне навантаження лише по прямих лініях, криволінійні траєкторії можна створювати, встановлюючи кілька прямих конвеєрів послідовно під зміщеними кутами вздовж потрібної траєкторії або використовуючи стрічки зі з'єднаними поворотними сегментами, такі як багажні конвеєри в аеропортах.

Роликова конвеєрна система подібна до стрічкового варіанту, за винятком того, що широка стрічка замінена низкою близько розташованих роликів, встановлених у каркасній системі, налаштованій для руху по заданій криволінійній траєкторії. Роликові конвеєрні системи можуть бути приводяться в рух двигунами, з'єднаними безпосередньо з роликами, або проміжними приводними ременями, або без двигуна, з корисним вантажем, що переміщується під дією сили тяжіння або вручну.

Підвісні тролейні системи складаються з криволінійних колійних систем, встановлених високо над підлогою, з колісними каретками, на яких підвішено корисне навантаження. Каретки підвісних тролейних систем можна переміщувати вручну або тягнути за допомогою ланцюгів з моторним приводом, що рухаються вздовж колії. Опорно-поворотні кільця (також звані поворотними підшипниками) – це, по суті, великі машинні підшипники, які використовують велику кількість дрібних елементів кочення. Це дозволяє їм підтримувати високу вантажопідйомність, забезпечуючи при цьому великий внутрішній діаметр отвору та тонкі профільні кільця. Опорно-поворотні кільця можуть мати зубчасті рейки, виточені в їхніх кільцях для прямого приводу.

Як системи кільця та треку поєднуються

Системи кільцевих рейок на основі напрямних коліс можуть забезпечити кращу точність позиціонування, ніж конвеєрні системи, що може бути важливим у випадках, коли корисне навантаження є крихким або його необхідно жорстко та точно позиціонувати для обробки під час переміщення системою. Колеса в системах кільцевих рейок на основі напрямних коліс розроблені таким чином, щоб бути міцно попередньо натягнутими на ковзання, запобігаючи зміщенню каретки в будь-якому напрямку, відмінному від запланованого шляху руху.

Такий рівень точності позиціонування зазвичай неможливий у конвеєрних системах, де корисне навантаження в основному обмежене рухомими елементами силою тяжіння. Стрічкові та роликові конвеєрні системи не забезпечують горизонтального обмеження та можуть вимагати бічних напрямних рейок, щоб запобігти падінню корисного навантаження з боків рухомих елементів. Корисне навантаження може постійно вібрувати, оскільки воно постійно передається з одного ролика або петлі стрічки на інший, і може заплутуватися в компонентах конвеєрної системи, якщо вони мають несумісну форму, що призводить до нерівномірних швидкостей потоку, зіткнень та заклинювання. Вагони підвісних тролейбусних систем мають лише достатнє горизонтальне обмеження, щоб запобігти падінню з колії, і зазвичай використовують нежорсткі з'єднання, такі як ланцюги або гаки, для перенесення корисного навантаження, що дозволяє їм вільно гойдатися та, можливо, вдаряти об інші предмети.

Залежність конвеєрних систем від сили тяжіння для обмеження корисного навантаження також обмежує можливі положення, де корисне навантаження може бути перенесено, та можливість переміщення корисного навантаження вертикально. Стрічкові та роликові конвеєрні системи повинні переносити корисне навантаження безпосередньо над своїми рухомими елементами та не можуть транспортувати його вгору або вниз по крутих схилах. Каретки підвісних візків повинні мати корисне навантаження, що висіє безпосередньо під ними для стійкості, і не можуть рухатися вгору або вниз по крутих ділянках, оскільки корисне навантаження, що висіє, може торкатися колії або корисного навантаження на сусідніх каретках. Однак у кільцевій системі на основі напрямних коліс корисне навантаження може бути надійно закріплене в будь-якому положенні відносно каретки. Корисне навантаження також може транспортуватися в будь-якому напрямку, незалежно від сили тяжіння, оскільки колеса каретки міцно притиснуті до ковзанок і дозволяють рух лише вздовж заданого шляху.

Кільцеві та рейкові системи на основі напрямних коліс можуть потребувати менше місця, опорної конструкції та обслуговування, ніж інші конвеєрні системи. За наявності належних монтажних елементів каретки можуть перевозити корисне навантаження, набагато ширше, ніж вони самі. Це дозволяє цим системам та їх опорній конструкції бути компактнішими, ніж стрічкові та роликові конвеєрні системи, котильні елементи яких повинні бути ширшими за їхнє передбачуване корисне навантаження. Підвісні візки можуть перевозити відносно широке корисне навантаження, але вимагають значних, міцних опорних конструкцій, оскільки їхні рейкові системи повинні бути підняті достатньо високо, щоб їх підвісне корисне навантаження було доступним та вільним від будь-яких перешкод на рівні землі. Відносно великий розмір опорних конструкцій для конвеєрних систем також робить їх найскладнішими та найдорожчими для складання та переналаштування. Конвеєрні системи також важче підтримувати в чистоті, ніж кільцеві та рейкові системи на основі напрямних коліс, оскільки їхні компоненти більші, численніші та мають складну форму, яка легше затримує сміття.

Поворотні кільця краще підходять, ніж конвеєрні системи, для застосувань, що потребують лише кругового руху, оскільки вони можуть бути компактнішими, легшими та доступні у вигляді повністю зібраних окремих блоків, які можна швидше інтегрувати в систему. Вони також пропонують кращу точність і плавність руху, і на них можна кріпити корисне навантаження, як і до систем на основі напрямних коліс, але все ж мають деякі недоліки порівняно з останніми.

Хоча поворотні системи на основі напрямних коліс та поворотні кільця можуть мати однакову простоту складання, перші можуть бути легшими в обслуговуванні завдяки взаємозамінним компонентам. Поворотні кільця, як правило, повністю збираються на заводі через точне складання та обробку, необхідні для плавної та точної роботи. Зазвичай все кільце необхідно замінити, якщо виходить з ладу навіть один компонент, що ускладнює його обслуговування в польових умовах. Оскільки поворотні кільця іноді є основною монтажною конструкцією для компонентів застосування, заміна поворотного кільця також може вимагати повторного складання всього, що до нього встановлено.

У поворотних системах на основі напрямних коліс потрібно замінювати лише пошкоджені компоненти, оскільки їхня спільна конструкція дозволяє збирати та використовувати окремі компоненти в будь-якій сумісній системі, а не лише певний блок відповідного, узгодженого прилягання, як-от поворотні кільця. У деяких випадках також можливо замінити пошкоджені компоненти в рейкових системах на основі напрямних коліс, не розбираючи жодних інших компонентів.

Опорно-поворотні кільця можуть забезпечити кращу жорсткість і плавність ходу, ніж конвеєрні системи, але зазвичай не мають попереднього натягу. Попереднє натягування тіл кочення для кращої жорсткості та плавності ходу є поширеним явищем у підшипниках невеликих машин, але рідкісне у опорно-поворотних кільцях, оскільки великі компоненти важче точно обробляти, а їхня форма та посадка більше залежать від зовнішніх факторів. Невеликі виробничі дефекти, деформація компонентів через зовнішні навантаження або нерівні монтажні поверхні, або нерівномірне теплове розширення через великі коливання температури між компонентами частіше впливають на попереднє натягування у великих підшипниках, таких як опорно-поворотні кільця.

Зміни попереднього натягу можуть призвести до внутрішнього зазору компонентів, що знижує жорсткість системи, або до високого натягу, що ускладнює обертання та пошкоджує компоненти. Рівень попереднього натягу поворотного кільця залежить від внутрішніх розмірів компонентів і не може бути скоригований після складання. Зовнішні фактори, такі як нерівні монтажні поверхні та теплове розширення, також можуть змінити попереднє натягнення в поворотних системах на основі напрямних коліс. Однак вони є меншою проблемою, оскільки попереднє натягнення встановлюється під час складання в застосуванні та може бути легко скориговано пізніше.

Кільцеве ковзання на основі напрямних коліс може мати значну перевагу в розмірах над поворотними кільцями в застосуваннях, що потребують ходу менше 360°. Поворотні кільця повинні бути повністю круглими, щоб забезпечити повний круг ходу для своїх елементів кочення, навіть якщо застосування вимагає ходу набагато менше 360°. У поворотних системах на основі напрямних коліс довжина дуги сегмента кільцевого ковзання повинна бути достатньо довгою лише для підтримки всіх напрямних коліс (яких може бути всього три) по всій дузі ходу.

Проектування криволінійних напрямних або виконавчих систем може бути складнішим, ніж проектування лінійних. Однак встановлення таких систем може покращити простоту та ефективність транспортування та обробки корисного вантажу. Кільцеві та рейкові системи на основі напрямних коліс можуть спростити процес проектування та перевершити інші типи нелінійних напрямних та виконавчих систем.