Guías de movimiento curvilíneo y sistemas rotativos accionados

Leslie Lui, ingeniero de diseño mecánico | Corporación Bishop-Wisecarver

En este informe técnico, analizaremos el tema de los sistemas de carriles y anillos basados en ruedas guía. En el mercado actual, hay ofertas más compactas disponibles con una mejor precisión de posicionamiento y opciones personalizables para las posiciones de transporte de carga que los sistemas de transporte alternativos para aplicaciones curvilíneas.

En el impulso continuo para reducir los costos de producción, una tendencia en las instalaciones de fabricación es agrupar las estaciones de trabajo de producción lo más cerca posible para minimizar el movimiento de materiales y conservar el valioso espacio en el piso. Hacer esto significa que los materiales tienen que moverse a lo largo de trayectorias curvilíneas cada vez más complejas. La mayoría de los sistemas de actuadores y guías disponibles comercialmente son diseños lineales y no pueden manejar fácilmente trayectorias no lineales. Sin embargo, los sistemas de actuadores y guías curvilíneas, tales como los sistemas de pista y anillos basados en ruedas de guía, están disponibles para tales situaciones.

En el corazón de los sistemas de rieles y anillos basados en ruedas guía se encuentran las ruedas guía con cojinetes ranurados en V y las guías deslizantes con borde en V. Las ruedas y las correderas tienen superficies de rodadura de perfil en V complementarias que permiten que los carros equipados con ruedas guía se desplacen suavemente a lo largo de las correderas mientras resisten el movimiento lateral o de rotación, incluso bajo cargas elevadas aplicadas.

Los vagones pueden seguir caminos rectos o circulares mediante el uso de segmentos de deslizamiento rectos y anulares, o caminos curvilíneos complejos mediante una combinación de segmentos rectos y de deslizamiento anular. En aplicaciones de movimiento rotatorio, es posible que las ruedas estén montadas estáticamente y que los anillos se deslicen girando en relación con ellas. Algunos sistemas de guías curvilíneas también se pueden convertir en un sistema accionado con la adición de componentes tales como enlaces de carro, elementos impulsores y motores.

El anillo de la rueda guía y las correderas rectas vienen en muchos tamaños de perfil para acomodar ruedas de varios tamaños y capacidades de carga. Las correderas rectas también vienen en diferentes longitudes y las correderas anulares están disponibles con varios radios de curvatura y tramos angulares. Algunas correderas anulares están disponibles con centros huecos o sólidos, también llamados discos anulares. Otras opciones de deslizamiento pueden incluir diferentes configuraciones en V y cremalleras integradas para la actuación mediante engranajes de piñón.

Los diseños de sistemas de rieles y anillos basados en ruedas guía los convierten en una de las opciones disponibles más resistentes a la contaminación y la corrosión. Las ruedas guía generalmente contienen suficiente lubricación para durar su vida útil esperada, tienen sellos permanentes para minimizar la pérdida de lubricación y la entrada de desechos. Los componentes del sistema tienen formas simples que no atrapan desechos y muchos están hechos de acero inoxidable para mayor resistencia a la corrosión.

Las formas tradicionales de acomodar guías curvilíneas y diseños de actuadores incluyen sistemas transportadores y anillos giratorios. Un sistema de cinta transportadora es el tipo de transportador más simple y normalmente contiene cintas anchas envueltas alrededor de rodillos cilíndricos en un marco. Los motores hacen girar los rodillos, lo que hace que las correas transporten la carga útil que descansa sobre ellos. Si bien los sistemas de cintas transportadoras más simples solo pueden mover cargas útiles en línea recta, se pueden crear trayectorias curvilíneas montando varias cintas transportadoras rectas en serie en ángulos descentrados a lo largo de la trayectoria deseada, o mediante el uso de cintas con segmentos pivotantes interconectados, como las cintas transportadoras de equipaje en los aeropuertos.

Un sistema de transportador de rodillos es similar a una versión de cinta, excepto que la cinta ancha se reemplaza por una serie de rodillos poco espaciados montados en un sistema de estructura configurado para seguir una trayectoria curvilínea específica. Los sistemas de transportadores de rodillos pueden ser alimentados con motores acoplados a los rodillos directamente o por correas de transmisión intermedias, o sin motor, con carga útil movida por gravedad o manualmente.

Los sistemas de carros aéreos consisten en sistemas de rieles de trayectoria curvilínea montados muy por encima del piso, con vagones con ruedas que cuelgan su carga útil debajo. Los vagones del sistema de troles aéreos se pueden mover a mano o tirar de cadenas accionadas por motor que corren a lo largo de la vía. Los anillos giratorios (también llamados cojinetes de mesa giratoria) son esencialmente cojinetes de máquinas grandes que utilizan grandes cantidades de pequeños elementos rodantes. Esto les permite mantener altas capacidades de carga al mismo tiempo que proporcionan diámetros internos grandes y pistas de perfil delgado. Los anillos giratorios pueden tener cremalleras mecanizadas en sus carreras para conducción directa.

Los sistemas de rieles y anillos basados en ruedas guía pueden ofrecer una mejor exactitud y precisión de posicionamiento que los sistemas de transportadores, una diferencia que puede ser importante en aplicaciones donde la carga útil es frágil o debe mantenerse rígida y en una posición precisa para el procesamiento mientras se mueve a través del sistema. Las ruedas de los sistemas de rieles y anillos basados en ruedas guía están diseñadas para precargarse firmemente contra la corredera, lo que evita que el carro se desplace en cualquier dirección que no sea a lo largo de la ruta de desplazamiento prevista. Este nivel de precisión de posicionamiento generalmente no es posible en los sistemas de transporte, donde la carga útil está restringida principalmente a los elementos móviles por la gravedad.

Los sistemas de cinta transportadora y de rodillos no ofrecen restricciones horizontales y pueden requerir rieles de guía laterales para evitar que la carga útil se caiga por los lados de los elementos móviles. La carga útil puede estar sujeta a vibraciones continuas porque se transfiere constantemente de un rodillo o bucle de correa a otro, y puede enredarse con los componentes del sistema transportador si tienen formas incompatibles, lo que provoca caudales irregulares, colisiones y atascos. Los vagones del sistema de troles aéreos solo tienen suficiente restricción horizontal para evitar que se caigan de la vía y, por lo general, utilizan conexiones no rígidas, como cadenas o ganchos, para transportar la carga útil, lo que les permite balancearse libremente y posiblemente golpear otros objetos.

La dependencia de los sistemas transportadores de la gravedad para restringir la carga útil también limita las posibles posiciones en las que se puede transportar la carga útil y la capacidad de mover la carga útil verticalmente. Los sistemas transportadores de cintas y rodillos deben transportar su carga útil directamente sobre sus elementos móviles y no pueden transportarlos hacia arriba o hacia abajo en pendientes pronunciadas. Los vagones del sistema de troles aéreos deben tener su carga útil colgando directamente debajo de ellos para mayor estabilidad y no pueden moverse hacia arriba o hacia abajo en secciones empinadas, ya que la carga útil colgante puede hacer contacto con la vía o la carga útil en los vagones adyacentes. Sin embargo, en un sistema de pista y anillo basado en una rueda guía, la carga útil se puede montar de forma segura en cualquier posición relativa al carro. La carga útil también se puede transportar en cualquier dirección, independientemente de la gravedad, ya que las ruedas del carro están firmemente restringidas contra las correderas y solo permiten el movimiento a lo largo de la ruta designada.

Los sistemas de rieles y anillos basados en ruedas guía pueden requerir menos espacio, estructura de soporte y mantenimiento que otros sistemas transportadores. Con los accesorios de montaje adecuados, los vagones pueden llevar una carga mucho más ancha que ellos mismos. Esto permite que estos sistemas y su estructura de soporte sean más compactos que los sistemas transportadores de cintas y rodillos, cuyos elementos rodantes tienen que ser más anchos que su carga útil prevista. Los carros aéreos pueden transportar una carga útil relativamente ancha, pero requieren estructuras de soporte sólidas y de gran tamaño porque sus sistemas de rieles deben elevarse lo suficiente para que su carga útil suspendida sea accesible y libre de cualquier obstáculo a nivel del suelo. El tamaño relativamente grande de las estructuras de soporte para los sistemas transportadores también los convierte en los más difíciles y costosos de ensamblar y reconfigurar. Los sistemas transportadores también son más difíciles de mantener limpios que los sistemas de orugas y anillos basados en ruedas guía, ya que sus componentes son más grandes, más numerosos y tienen formas complejas que atrapan los desechos más fácilmente. Los anillos giratorios son más adecuados que los sistemas transportadores para aplicaciones que solo requieren movimiento circular porque pueden ser más compactos, livianos y están disponibles en unidades individuales completamente ensambladas que pueden ser más rápidas de incorporar a una aplicación. También ofrecen una mayor precisión y suavidad, y pueden tener una carga útil montada en ellos, como los sistemas basados en ruedas guía, pero aún tienen algunas desventajas en comparación con estos últimos.

Si bien los sistemas rotativos de orugas basados en ruedas guía y los anillos giratorios pueden tener una facilidad de ensamblaje similar, el primero puede ser más fácil de mantener debido a que los componentes son intercambiables. Los anillos giratorios generalmente se ensamblan completamente en la fábrica debido al ensamblaje y el mecanizado precisos necesarios para un rendimiento suave y preciso. Por lo general, se debe reemplazar todo el anillo si falla incluso un componente, lo que dificulta el mantenimiento en el campo. Dado que los anillos giratorios son a veces la estructura de montaje principal para los componentes de la aplicación, el reemplazo de un anillo giratorio también puede requerir volver a ensamblar todo lo que está montado en él.

Para los sistemas rotativos basados en ruedas guía, solo es necesario reemplazar los componentes dañados porque su diseño de ajuste común permite que los componentes individuales se ensamblen y utilicen en cualquier sistema compatible, no solo una unidad particular de ajuste adecuado, como las coronas de orientación. También es posible, en algunas aplicaciones, reemplazar componentes dañados en sistemas de rieles basados en ruedas guía sin desmontar ningún otro componente.

Los anillos giratorios pueden ofrecer una mayor rigidez y suavidad que los sistemas transportadores, pero generalmente no están precargados. La precarga de los elementos rodantes para una mayor rigidez y suavidad es común en los rodamientos de máquinas más pequeños, pero es poco frecuente en las coronas de orientación, ya que los componentes grandes son más difíciles de mecanizar con precisión y su forma y ajuste se ven más afectados por factores externos. Los pequeños defectos de fabricación, la deformación de los componentes debido a cargas externas o superficies de montaje desiguales, o la expansión térmica desigual debido a las grandes variaciones de temperatura entre los componentes tienen más probabilidades de afectar la precarga en rodamientos más grandes como las coronas de orientación.

Los cambios de precarga pueden dar como resultado una holgura interna de los componentes, lo que reduce la rigidez del sistema, o una alta interferencia que dificulta la rotación y daña los componentes. El nivel de precarga de una corona giratoria depende de las dimensiones internas de los componentes y no se puede ajustar después del montaje. Los factores externos, como las superficies de montaje irregulares y la expansión térmica, también pueden cambiar la precarga en los sistemas rotativos basados en ruedas guía. Sin embargo, son un problema menor ya que la precarga se establece durante el ensamblaje en una aplicación y se puede ajustar fácilmente después.

Los anillos deslizantes basados en ruedas guía pueden tener una ventaja de tamaño significativa sobre los anillos giratorios en aplicaciones que requieren menos de 360° de recorrido. Los anillos giratorios deben ser completamente circulares para proporcionar circuitos de viaje completos para sus elementos rodantes, incluso si la aplicación requiere mucho menos de 360° de viaje. En los sistemas rotativos basados en ruedas guía, la longitud del arco del segmento deslizante del anillo solo necesita ser lo suficientemente larga para soportar todas las ruedas guía (que pueden ser tan pocas como tres) a lo largo de todo el arco de recorrido.

El diseño de sistemas de actuadores o guías curvilíneas puede ser más difícil que el diseño de sistemas lineales. Sin embargo, la instalación de dichos sistemas puede mejorar la simplicidad y eficiencia del transporte y manejo de la carga útil. Los sistemas de pista y anillo basados en ruedas guía pueden simplificar el proceso de diseño y superar a otros tipos de sistemas de guías y actuadores no lineales.

Acerca de Bishop-Wisecarver

Bishop-Wisecarver Corporation, una empresa del grupo Bishop-Wisecarver, ayuda a los fabricantes y proveedores de soluciones de automatización a diseñar productos de movimiento lineal y rotativo. Con más de 60 años de experiencia en ingeniería y mejores prácticas de fabricación trabajando con más de 20 000 clientes, entendemos los requisitos de diseño y aplicación de nuestros clientes, lo que nos permite desarrollar soluciones únicas que se envían en 2 a 3 semanas. Los clientes logran un tiempo de comercialización un 50 % más rápido, hasta un 50-75 % menos de mantenimiento y costos de instalación, diferenciación del producto y una vida útil más larga del producto.

Nuestra línea de productos incluye componentes y accesorios de calidad, sistemas de guías lineales manuales, sistemas de guías lineales accionadas y guías y sistemas giratorios. Los productos de acero inoxidable, de alta temperatura, de lavado y compatibles con salas limpias se encuentran entre las presentaciones de productos más recientes de Bishop-Wisecarver. Nuestras ofertas más populares incluyen los siguientes nombres comerciales: DualVee, LoPro, UtiliTrak, MadeWell y GV3.

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