Дополнительная информация

Девять советов по подбору линейного модуля

Как правильно выбрать линейный модуль под конкретную задачу

Введение

В задаче по подбору, соответственно определению модели и типоразмера, линейных модулей для их интеграции в оборудование имеется много переменных - таких, как длина хода, рабочий цикл, требования к точности перемещений... В общем, для правильного подбора линейного модуля под стоящую задачу необходимо прежде всего составить по возможности полное представление обо всей совокупности технических требований, а затем подобрать изделие, подходящее под эти проектные требования с учётом эксплуатационных характеристик, временных параметров, а также бюджетных ограничений. Линейные модули находят применение в промышленности для решения широкого ряда задач. При этом каждой задаче присущ свой набор характерных требований. Для некоторых технологических операций определённые характеристики применяемого оборудования более критичны, чем другие, вследствие чего в этом оборудовании может потребоваться применение более грузоподъемных и надёжных подвижных компонентов. Ниже рассмотрены наиболее важные из факторов, подлежащих учёту в процессе подбора правильного линейного модуля под стоящую задачу.

Группа компаний «Rollon» является глобальным поставщиком решений для линейного перемещения, применяемых в самых различных отраслях промышленности - в технологическом оборудовании, в упаковке и логистике, в медицине, и многих других. Важное место в ассортименте продукции компании занимают линейные модули. С января 2015 года, после приобретения компании «Tecno Center», итальянского производителя линейных модулей для систем линейного перемещения, используемых в промышленной автоматизации, ассортимент предлагаемых компанией «Rollon» линейных осей существенно расширился.

Точность перемещений

Какой уровень точности и повторяемости перемещений требуется с учётом специфики стоящей задачи? Для большинства задач, для решения которых применяются линейные модули, достаточно повторяемости перемещений, составляющей 50 микрон; такие параметры достижимы с использованием модулей с ременными или реечными системами привода. Рассмотрим, в качестве примера, трёхосевого декартового робота с захватом, установленном на вертикальной оси. Сам робот может перемещаться между несколькими рабочими позициями, с тем, чтобы захватывать ящики и перемещать их на транспортные поддоны. Для того, чтобы подобный робот был функционален, его перемещения должны отличаться повторяемостью, надёжностью, и достаточной точностью, причём действительно высокой точности в подобных сценариях, как правило, не требуется. Если же, исходя из специфики конкретной задачи, повышенная точность всё же необходима - то в этом случае можно порекомендовать доукомплектовать систему линейным цифровым датчиком положения.

Рис. 1:  декартова система для упаковки готового продукта в ящики или коробки: пример решения для упаковочной промышленности, созданного на основе продукции «Rollon».

Грузоподъёмность

Задумайтесь о том, в условиях воздействия каких нагрузок, моментов и сил придётся работать линейному модулю. При промышленной эксплуатации модулям высокой грузоподъёмности, как правило, приходится выдерживать весьма высокую динамическую нагрузку. Какова проектная масса полезного груза, перемещаемого линейным модулем при его работе на высокой скорости и при ускорениях? Сравните проектные требования с техническими характеристиками доступных модулей - такими, как максимально допустимая осевая нагрузка, динамическая грузоподъёмность, и изгибающие моменты. Грузоподъёмность линейного модуля напрямую зависит от его внутренней конструкции. Хотя по внешнему виду многие линейные модули похожи друг на друга, не все из них имеют конструкцию, позволяющую им перемещать тяжёлые грузы с высокими скоростями.

Длина хода и габаритные размеры

Определите требуемую длину хода, а также размеры необходимые для размещения системы. Будет ли линейный модуль использоваться для перемещения робота в его рабочее положение? На какую длину должно быть обеспечено линейное перемещение робота? Или, возможно, для решения стоящей задачи лучше подойдёт декартова портальная система из нескольких линейных модулей? В определённых случаях, когда требуется обеспечить перемещение тяжёлых грузов, предпочтительной оказывается именно трёхосевая портальная система из линейных модулей повышенной грузоподъёмности - по сравнению с такой системой робот зачастую оказывается менее грузоподъёмным решением. При этом портальная система требует для своего размещения такой же или даже меньший свободный объём, чем сравнимая система с роботом. Если длины хода значительны, то для решения подобных задач настоятельно рекомендуется использовать линейные модули с реечным приводом - это позволит избежать снижения точности перемещений, обусловленного эластичностью приводного ремня. 

Рис. 3:  декартова система групповой упаковки бутылок с водой: пример решения для упаковочной промышленности, созданного на основе продукции «Rollon».

Рис. 2:  декартов робот для гравирования по мрамору: пример решения для обрабатывающей промышленности, созданного на основе продукции «Rollon».

Рабочий цикл

В дополнение к требуемому ресурсу, необходимо учесть характерные для конкретной прикладной задачи профиль перемещений, рабочий цикл, длительность цикла, а также время покоя. Часто линейным модулям приходится практически непрерывно совершать возвратно-поступательные перемещения между различными положениями. В таких условиях особенно важно уточнить у поставщика линейных модулей все требования по техническому обслуживанию применяемых модулей, включая регулярность их смазывания. Некоторые линейные модули требуют замены смазки лишь после пробега в 20 000 км, тогда как другие требуют подобного внимания к себе более часто.

Условия среды по месту эксплуатации

В каких условиях предполагается эксплуатировать линейный модуль и то оборудование, частью которого этот модуль является? Не потребуется ли от линейного модуля наличия в его конструкции специальных защитных уплотнений или гофрозащиты, предохраняющих подвижные элементы модуля от пыли, влаги и иных загрязнителей?

Ориентация в пространстве

Как именно смонтированный линейный модуль будет ориентирован в пространстве? В каких направлениях будут на него воздействовать нагрузки и силы? Рассмотрите различные имеющиеся возможности монтажа. Для большинства операций линейные модули требуется монтировать горизонтально, однако в многоосевых системах часто необходим и монтаж модулей в вертикальной ориентации. Чем более полной будет информация, предоставленная вам поставщиком линейного модуля ещё на ранних стадиях проектирования системы, тем более эффективно система перемещения сможет решать стоящие перед нею задачи. В дополнение к этому следует определиться и с тем, как именно предполагается соединять друг с другом линейные модули, используемые в составе многоосевых систем. Некоторыми поставщиками к их модулям предлагаются различные крепёжные элементы, например, скобы и соединительные пластины, которыми обеспечивается жёсткое механическое соединение линейных модулей друг с другом, тогда как другими поставщиками задача по соединению модулей полностью перекладывается на конечного пользователя. Некорректное соединение линейных модулей друг с другом способно привести к возникновению в системе проблем, обусловленных неточностью относительного положения этих модулей - таких, как вибрации, снижение точности перемещений, и другие; а эти проблемы, в конечном итоге, способны привести к выходу системы из строя.

Конструкция линейного модуля

Как уже указывалось ранее, многие линейные модули на первый взгляд мало отличаются друг от друга по своему внешнему виду. Большинство линейных модулей заключены в корпуса из экструдированного алюминиевого профиля, поскольку именно такая конструкция позволяет придать модулям максимальные механические прочность и жёсткость при минимальном весе - однако на этом сходство между модулями зачастую заканчивается. Оптимальный подбор линейных модулей прежде всего под решение ответственных задач, связанных с интенсивными перемещениями тяжёлых грузов, просто нельзя осуществить, не разобравшись с особенностями внутренней конструкции модулей. Одним из важных элементов этой конструкции является система направляющих. Если стоит задача улучшить точность и повторяемость перемещений, а также жёсткость системы перемещений в целом, то целесообразно использовать линейные направляющие с преднатягом. Направляющие с обрезиненными или пластиковыми роликами тоже вполне оправданы для решения своих задач, однако по длительности срока службы и жёсткости такие направляющие не способны даже приблизиться к направляющим с преднатягом. Другим заслуживающим рассмотрения элементом конструкции являются подшипники. Линейные подшипники с преднатягом выполняются из инструментальной стали и отличаются большим ресурсом; использование таких подшипников способно существенно увеличить как жёсткость системы, так и точность осуществляемых ею перемещений. Применительно к линейным модулям с ременным приводом, важно понимать особенности конструкции их валов и шкивов. Наиболее высокую механическую прочность и длительный срок службы имеют модули со стальными шкивами. Важно и конструктивное исполнение пары «вал со шкивом»: так, например, в отличие от шкива, напрессованного на вал, шкив, выполненный из цельной стальной заготовки в виде единой детали с валом, исключает проворачивание вала. В дополнение к этому, при выборе конструктива шкива следует учитывать, что болтовые фланцевые соединения позволяют более надёжно передавать усилия, чем соединения, обеспечиваемые запрессовкой или формовкой. Ну и, наконец, применительно к конструкции привода шкива предпочтение следует отдавать вариантам с радиальными шарикоподшипниками с преднатягом, а не с подшипниками скольжения с пластиковыми или бронзовыми втулками. Учёт всех вышеназванных факторов позволит правильно подобрать линейный модуль, который будет способен эффективно перемещать тяжёлые грузы даже в самых неблагоприятных условиях эксплуатации.

Скорость и ускорение

Для правильного подбора подходящего линейного модуля необходимо изначально располагать данными по проектным значениям скорости перемещений, а также положительных и отрицательных ускорений. Требуется ли от линейного модуля оперативно увеличивать скорость перемещения до её синхронизации со скоростью конвейерной ленты (как это часто бывает при решении задач по снятию продукции с конвейера для её укладки на транспортные поддоны)? Или, может быть, речь идёт о перемещении робота в некоторое положение и его удержании в этом положении на несколько секунд или на иной срок, необходимый роботу для завершения осуществляемой им операции по укладке переносимого им объекта, с последующим возвратом робота в исходное положение? Все эти подробности потребуется сообщить поставщику линейного модуля. Некоторые модели линейных модулей высокой грузоподъёмности способны перемещать тяжёлые грузы на скоростях до 5 м/с, тогда как возможности других моделей в плане скорости и грузоподъёмности могут быть скромнее.

Согласованный выбор редуктора и двигателя

При подборе высокоскоростных ременных линейных модулей для решения ответственных задач, более чем в 95 процентах случаев выбор останавливается на модулях с редуктором, позволяющим и лучше справляться с инерцией, и увеличить усилие на ремне. У некоторых поставщиков планетарный редуктор интегрирован в конструкцию линейного модуля, что упрощает процесс подбора. Однако при подборе изделий проектировщик в любом случае должен согласовать с поставщиком линейных модулей характеристики приводного двигателя. Оптимальным было бы, чтобы поставщик модулей предоставил соответствующие важные для проектирования данные напрямую производителю двигателей, с тем, чтобы можно было гарантировать точное соответствие проектным требованиям пары «редуктор и двигатель», а также системы в целом. Некоторыми поставщиками необходимые данные приводятся в приложениях к выставляемым этими поставщиками технико-коммерческим предложениям.

Рис. 5:  многоосевая система перемещения объектов между позициями обработки: пример решения для промышленной автоматизации, созданного на основе изделий серии «Actuator System Line» от «Rollon».