I sistemi ad anello e binario basati su ruote guida sono più compatti e offrono una migliore precisione di posizionamento e più opzioni per le posizioni di trasporto del carico rispetto ai sistemi di trasporto alternativi per applicazioni curvilinee.

Nell'attuale sforzo di ridurre i costi di produzione, una tendenza negli stabilimenti produttivi è quella di raggruppare le postazioni di lavoro il più vicino possibile per ridurre al minimo lo spostamento dei materiali e risparmiare prezioso spazio. Ciò significa che i materiali devono muoversi lungo percorsi curvilinei sempre più complessi. La maggior parte dei sistemi di guida e attuazione disponibili in commercio sono lineari e non sono in grado di gestire facilmente percorsi non lineari. Tuttavia, per tali situazioni sono disponibili sistemi di guida e attuazione curvilinei, come i sistemi ad anello e binario basati su ruote guida.

Sistemi ad anello e binario
Il cuore dei sistemi ad anello e binario basati su ruote guida sono le ruote di guida con cuscinetti a gola V e le slitte con bordo V. Le ruote e le slitte presentano superfici di scorrimento complementari con profilo V che consentono ai carrelli dotati di ruote guida di scorrere fluidamente lungo le slitte, resistendo al movimento laterale o rotatorio, anche in presenza di carichi elevati. I carrelli possono seguire percorsi rettilinei o circolari mediante l'utilizzo di segmenti rettilinei e ad anello, oppure percorsi curvilinei complessi mediante una combinazione di segmenti rettilinei e ad anello. Nelle applicazioni con moto rotatorio, è possibile montare le ruote staticamente e far ruotare le slitte ad anello rispetto a esse. Alcuni sistemi di guida curvilinei possono anche essere convertiti in sistemi attuati con l'aggiunta di componenti come collegamenti del carrello, elementi di azionamento e motori.

Le guide ad anello e le guide rettilinee sono disponibili in diverse dimensioni di profilo per ospitare ruote di varie dimensioni e capacità di carico. Anche le guide rettilinee sono disponibili in diverse lunghezze e le guide ad anello sono disponibili con vari raggi di curvatura e campate angolari. Alcune guide ad anello sono disponibili con centri cavi o pieni, chiamati anche dischi ad anello. Altre opzioni di guida possono includere diverse configurazioni a V e cremagliere integrate per l'azionamento tramite pignoni.

I sistemi ad anello e rotaia basati su ruote guida li rendono tra le opzioni più resistenti alla contaminazione e alla corrosione disponibili. Le ruote guida solitamente contengono una quantità di lubrificante sufficiente per durare la loro vita operativa prevista e sono dotate di guarnizioni permanenti per ridurre al minimo la perdita di lubrificazione e l'ingresso di detriti. I componenti del sistema hanno forme semplici che non trattengono i detriti e molti sono realizzati in acciaio inossidabile per una maggiore resistenza alla corrosione.

Soluzioni curvilinee tradizionali
I metodi tradizionali per realizzare guide e attuatori curvilinei includono sistemi di trasporto e ralle di rotazione. Un sistema di trasporto a nastro è il tipo più semplice e in genere prevede nastri larghi avvolti attorno a rulli cilindrici in un telaio. I motori ruotano i rulli, che a loro volta trasportano il carico utile appoggiato su di essi tramite nastri. Mentre i sistemi di trasporto a nastro più semplici possono movimentare i carichi solo in linea retta, è possibile creare percorsi curvilinei montando più nastri rettilinei in serie con angoli sfalsati lungo il percorso desiderato, oppure utilizzando nastri con segmenti pivotanti interconnessi, come i trasportatori bagagli negli aeroporti.

Un sistema di trasporto a rulli è simile a un sistema a nastro, con la differenza che il nastro largo è sostituito da una serie di rulli ravvicinati montati in un sistema di intelaiatura configurato per seguire un percorso curvilineo specifico. I sistemi di trasporto a rulli possono essere azionati da motori accoppiati direttamente ai rulli o da cinghie di trasmissione intermedie, oppure non motorizzati, con il carico trasportato per gravità o manualmente.

I sistemi di carrelli aerei sono costituiti da sistemi di binari curvilinei montati in posizione elevata rispetto al pavimento, con carrelli dotati di ruote che sospendono il carico utile al di sotto. I carrelli dei sistemi di carrelli aerei possono essere movimentati manualmente o tramite catene azionate da motore che scorrono lungo il binario. Le ralle di rotazione (chiamate anche cuscinetti per ralle girevoli) sono essenzialmente cuscinetti per macchine di grandi dimensioni che utilizzano grandi quantità di piccoli elementi volventi. Ciò consente loro di mantenere elevate capacità di carico pur offrendo al contempo diametri interni di foro elevati e piste di rotolamento sottili. Le ralle di rotazione possono avere cremagliere lavorate meccanicamente nelle loro piste per la trasmissione diretta.

Come si confrontano i sistemi ad anello e a binario
I sistemi ad anello e binario basati su ruote guida possono offrire una migliore accuratezza e precisione di posizionamento rispetto ai sistemi di trasporto, una differenza che può essere importante nelle applicazioni in cui il carico utile è fragile o deve essere mantenuto in posizione rigida e accuratamente posizionato per la lavorazione durante lo spostamento all'interno del sistema. Le ruote nei sistemi ad anello e binario basati su ruote guida sono progettate per essere saldamente precaricate contro la slitta, impedendo al carrello di spostarsi in qualsiasi direzione diversa dal percorso di spostamento previsto.

Questo livello di precisione di posizionamento non è generalmente possibile nei sistemi di trasporto, dove il carico utile è principalmente vincolato agli elementi in movimento dalla forza di gravità. I ​​sistemi di trasporto a nastro e a rulli non presentano alcun vincolo orizzontale e possono richiedere guide laterali per impedire la caduta del carico utile dai lati degli elementi in movimento. Il carico utile può essere soggetto a vibrazioni continue perché viene costantemente trasferito da un rullo o da un anello di nastro all'altro e può impigliarsi con i componenti del sistema di trasporto se hanno forme incompatibili, causando portate irregolari, collisioni e inceppamenti. I carrelli dei sistemi a carrelli aerei presentano solo vincoli orizzontali sufficienti a evitare la caduta dai binari e generalmente utilizzano collegamenti non rigidi come catene o ganci per trasportare il carico utile, consentendogli di oscillare liberamente e di urtare altri oggetti.

Il ricorso alla gravità per il contenimento del carico utile nei sistemi di trasporto limita anche le possibili posizioni di trasporto e la possibilità di spostarlo verticalmente. I sistemi di trasporto a nastro e a rulli devono trasportare il carico direttamente sopra gli elementi mobili e non possono trasportarlo su pendii ripidi. I carrelli dei sistemi a carrelli sospesi devono avere il carico appeso direttamente sotto di essi per garantire la stabilità e non possono salire o scendere su tratti ripidi poiché il carico sospeso può entrare in contatto con il binario o con il carico sui carrelli adiacenti. Tuttavia, in un sistema ad anello e binario basato su ruote di guida, il carico utile può essere montato in modo sicuro in qualsiasi posizione rispetto al carrello. Il carico può anche essere trasportato in qualsiasi direzione, indipendentemente dalla gravità, poiché le ruote del carrello sono saldamente vincolate alle guide e consentono il movimento solo lungo il percorso designato.

I sistemi ad anello e rotaia basati su ruote guida possono richiedere meno spazio, strutture di supporto e manutenzione rispetto ad altri sistemi di trasporto. Con opportuni dispositivi di montaggio, i carrelli possono trasportare carichi utili molto più ampi di loro stessi. Ciò consente a questi sistemi e alle loro strutture di supporto di essere più compatti rispetto ai sistemi di trasporto a nastro e a rulli, i cui elementi volventi devono essere più ampi del carico utile previsto. I carrelli aerei possono trasportare carichi utili relativamente ampi, ma richiedono strutture di supporto robuste e di dimensioni adeguate, poiché i loro sistemi di rotaia devono essere sollevati a un'altezza sufficiente a garantire che il carico utile sottostante sia accessibile e libero da ostacoli a livello del suolo. Le dimensioni relativamente elevate delle strutture di supporto per i sistemi di trasporto li rendono anche i più difficili e costosi da assemblare e riconfigurare. I sistemi di trasporto sono inoltre più difficili da pulire rispetto ai sistemi ad anello e rotaia basati su ruote guida, poiché i loro componenti sono più grandi, più numerosi e presentano forme complesse che intrappolano più facilmente i detriti.

Le ralle di rotazione sono più adatte dei sistemi di trasporto per applicazioni che richiedono solo un movimento circolare, perché possono essere più compatte, leggere e disponibili in unità singole completamente assemblate, il che ne rende più rapida l'integrazione in un'applicazione. Offrono inoltre maggiore precisione e scorrevolezza e possono essere dotate di un carico utile, come i sistemi basati su ruote di guida, ma presentano comunque alcuni svantaggi rispetto a questi ultimi.

Sebbene i sistemi rotanti a cingoli con ruote di guida e le ralle di rotazione possano offrire una simile facilità di assemblaggio, le prime possono essere più facili da manutenere grazie all'intercambiabilità dei componenti. Le ralle di rotazione sono generalmente completamente assemblate in fabbrica, grazie alla precisione di assemblaggio e lavorazione richiesta per prestazioni fluide e precise. L'intera ralla di solito deve essere sostituita anche in caso di guasto di un solo componente, rendendone difficile la manutenzione sul campo. Poiché le ralle di rotazione sono talvolta la struttura di montaggio principale per i componenti applicativi, la sostituzione di una ralla di rotazione può richiedere anche il riassemblaggio di tutti i componenti ad essa montati.

Per i sistemi rotanti basati su ruote guida, è necessario sostituire solo i componenti danneggiati, poiché il loro design di accoppiamento comune consente di assemblare e utilizzare singoli componenti in qualsiasi sistema compatibile, non solo una particolare unità di accoppiamento idoneo e abbinato, come le ralle di rotazione. In alcune applicazioni, è anche possibile sostituire i componenti danneggiati nei sistemi di guida basati su ruote guida senza smontare altri componenti.

Le ralle di rotazione possono offrire maggiore rigidità e scorrevolezza rispetto ai sistemi di trasporto, ma generalmente non sono precaricate. Il precarico dei corpi volventi per una maggiore rigidità e scorrevolezza è comune nei cuscinetti per macchine di piccole dimensioni, ma raro nelle ralle di rotazione, poiché i componenti di grandi dimensioni sono più difficili da lavorare con precisione e la loro forma e accoppiamento sono maggiormente influenzati da fattori esterni. Piccoli difetti di fabbricazione, deformazione dei componenti dovuta a carichi esterni o superfici di montaggio irregolari, o dilatazione termica irregolare dovuta a grandi variazioni di temperatura tra i componenti hanno maggiori probabilità di influire sul precarico nei cuscinetti di grandi dimensioni come le ralle di rotazione.

Le variazioni del precarico possono causare gioco interno dei componenti, riducendo la rigidità del sistema, o un'elevata interferenza che rende più difficile la rotazione e danneggia i componenti. Il livello di precarico di una ralla dipende dalle dimensioni interne dei componenti e non può essere regolato dopo il montaggio. Anche fattori esterni come superfici di montaggio irregolari e dilatazione termica possono modificare il precarico nei sistemi rotanti con ruote di guida. Tuttavia, rappresentano un problema minore poiché il precarico viene impostato durante il montaggio in un'applicazione e può essere facilmente regolato in seguito.

Le slitte ad anello basate su ruote guida possono presentare un significativo vantaggio dimensionale rispetto alle ralle di rotazione nelle applicazioni che richiedono una corsa inferiore a 360°. Le ralle di rotazione devono essere completamente circolari per fornire circuiti completi di corsa per i loro elementi volventi, anche se l'applicazione richiede una corsa molto inferiore a 360°. Nei sistemi rotanti basati su ruote guida, la lunghezza dell'arco del segmento della slitta ad anello deve essere sufficiente a supportare tutte le ruote guida (che possono essere anche solo tre) lungo l'intero arco di corsa.

Progettare sistemi di guide o attuatori curvilinei può essere più complesso rispetto a quelli lineari. Tuttavia, l'installazione di tali sistemi può migliorare la semplicità e l'efficienza del trasporto e della movimentazione del carico utile. I sistemi ad anello e binario basati su ruote guida possono semplificare il processo di progettazione e superare le prestazioni di altri tipi di sistemi di guide e attuatori non lineari.