Como os sistemas de anel e trilho se comparam

Os sistemas de anel e trilho com rodas-guia são mais compactos e oferecem melhor precisão de posicionamento e mais opções para posições de transporte de carga do que sistemas de esteiras alternativos para aplicações curvilíneas.

Na busca contínua pela redução dos custos de produção, uma tendência nas fábricas é agrupar as estações de trabalho o mais próximas possível para minimizar a movimentação de materiais e conservar espaço valioso. Isso significa que os materiais precisam se mover ao longo de trajetórias curvilíneas cada vez mais complexas. A maioria dos sistemas de guia e atuador disponíveis comercialmente são de projeto linear e não conseguem lidar facilmente com trajetórias não lineares. No entanto, sistemas de guia e atuador curvilíneos, como os sistemas de anel e trilho com rodas-guia, estão disponíveis para essas situações.

Sistemas de anel e trilho

No coração dos sistemas de anéis e trilhos com rodas-guia estão as rodas-guia com rolamentos em V e os deslizadores com borda em V. As rodas e os deslizadores possuem superfícies de contato com perfil em V complementares, que permitem que os carros equipados com rodas-guia deslizem suavemente sobre os deslizadores, resistindo a movimentos laterais ou rotacionais, mesmo sob altas cargas aplicadas. Os carros podem seguir trajetórias retas ou circulares através do uso de segmentos de deslizadores retos e em anel, ou trajetórias curvilíneas complexas através de uma combinação de segmentos de deslizadores retos e em anel. Em aplicações de movimento rotativo, é possível que as rodas sejam montadas estaticamente e os deslizadores em anel rotacionem em relação a elas. Alguns sistemas de guia curvilíneos também podem ser convertidos em um sistema atuado com a adição de componentes como bielas, elementos de acionamento e motores.

Os anéis guia e as guias retas estão disponíveis em diversos perfis para acomodar rodas de diferentes tamanhos e capacidades de carga. As guias retas também são oferecidas em diferentes comprimentos, e os anéis guias estão disponíveis com vários raios de curvatura e vãos angulares. Alguns anéis guias possuem centros ocos ou maciços, também chamados de discos anulares. Outras opções de guias incluem diferentes configurações em V e cremalheiras integradas para acionamento por pinhões.

Os sistemas de anéis e trilhos com rodas-guia estão entre as opções mais resistentes à contaminação e à corrosão disponíveis no mercado. As rodas-guia geralmente contêm lubrificação suficiente para toda a sua vida útil, possuem vedações permanentes para minimizar a perda de lubrificação e a entrada de detritos. Os componentes do sistema têm formatos simples que não retêm detritos e muitos são feitos de aço inoxidável para maior resistência à corrosão.

Soluções curvilíneas tradicionais

As formas tradicionais de acomodar projetos de guias e atuadores curvilíneos incluem sistemas de esteiras transportadoras e anéis giratórios. Um sistema de esteira transportadora é o tipo mais simples de transportador e normalmente consiste em correias largas enroladas em rolos cilíndricos em uma estrutura. Motores giram os rolos, o que faz com que as correias transportem a carga que repousa sobre elas. Enquanto os sistemas de esteira transportadora mais simples só podem mover cargas em linha reta, trajetórias curvilíneas podem ser criadas montando-se várias esteiras retas em série em ângulos de defasagem ao longo do caminho desejado, ou usando correias com segmentos pivotantes interligados, como as esteiras de bagagem em aeroportos.

Um sistema de esteira rolante é semelhante a uma versão com correia, exceto que a correia larga é substituída por uma série de rolos próximos uns dos outros, montados em uma estrutura configurada para seguir um percurso curvilíneo específico. Os sistemas de esteira rolante podem ser acionados por motores acoplados diretamente aos rolos ou por correias de transmissão intermediárias, ou podem ser autônomos, com a carga sendo movida por gravidade ou manualmente.

Os sistemas de trilhos suspensos consistem em sistemas de trilhos curvilíneos montados a grande altura do piso, com carros sobre rodas que transportam sua carga abaixo. Os carros do sistema de trilhos suspensos podem ser movidos manualmente ou puxados por correntes acionadas por motor que percorrem o trilho. Os anéis de giro (também chamados de rolamentos de plataforma giratória) são essencialmente rolamentos de máquinas de grande porte que utilizam uma grande quantidade de pequenos elementos rolantes. Isso permite que eles mantenham altas capacidades de carga, ao mesmo tempo que oferecem grandes diâmetros internos e pistas de rolamento de perfil fino. Os anéis de giro podem ter cremalheiras usinadas em suas pistas para acionamento direto.

Como os sistemas de anel e trilho se comparam

Os sistemas de anel e trilho com rodas-guia oferecem melhor precisão e exatidão de posicionamento do que os sistemas de esteira transportadora, uma diferença que pode ser importante em aplicações onde a carga é frágil ou precisa ser mantida rigidamente e posicionada com precisão durante o processamento e movimentação pelo sistema. As rodas nesses sistemas são projetadas para serem pré-tensionadas firmemente contra o trilho deslizante, impedindo que o carro se desloque em qualquer direção que não seja ao longo do percurso pretendido.

Esse nível de precisão de posicionamento geralmente não é possível em sistemas de esteiras transportadoras, onde a carga é confinada aos elementos móveis principalmente pela gravidade. Sistemas de esteiras de rolos e correias não oferecem restrição horizontal e podem exigir trilhos-guia laterais para evitar que a carga caia das laterais dos elementos móveis. A carga pode estar sujeita a vibrações contínuas, pois é constantemente transferida de um rolo ou espira da correia para outro, e pode se enroscar em componentes do sistema de esteira se estes tiverem formatos incompatíveis, causando fluxos irregulares, colisões e travamentos. Os carros dos sistemas de transporte aéreo possuem apenas restrição horizontal suficiente para evitar que caiam dos trilhos e geralmente utilizam ligações não rígidas, como correntes ou ganchos, para transportar a carga, permitindo que oscilem livremente e possivelmente colidam com outros objetos.

A dependência dos sistemas de transporte na gravidade para restringir a carga também limita as possíveis posições em que a carga pode ser transportada e a capacidade de movimentá-la verticalmente. Os sistemas de transporte por correia e rolos devem transportar a carga diretamente sobre seus elementos móveis e não podem transportá-la em inclinações acentuadas. Os carros dos sistemas de transporte aéreo devem ter a carga suspensa diretamente abaixo deles para garantir estabilidade e não podem se mover em trechos íngremes, pois a carga suspensa pode entrar em contato com o trilho ou com a carga em carros adjacentes. No entanto, em um sistema de anel e trilho com rodas-guia, a carga pode ser montada com segurança em qualquer posição em relação ao carro. A carga também pode ser transportada em qualquer direção, independentemente da gravidade, já que as rodas do carro são firmemente presas aos trilhos e permitem apenas o movimento ao longo do caminho designado.

Sistemas de anéis e trilhos com rodas-guia podem exigir menos espaço, estrutura de suporte e manutenção do que outros sistemas de transporte. Com os acessórios de montagem adequados, os carros podem transportar cargas muito mais largas do que eles próprios. Isso permite que esses sistemas e suas estruturas de suporte sejam mais compactos do que os sistemas de transporte por correia e rolos, cujos elementos rolantes precisam ser mais largos do que a carga a ser transportada. Os carros suspensos podem transportar cargas relativamente largas, mas exigem estruturas de suporte robustas e de tamanho considerável, pois seus sistemas de trilhos precisam ser elevados o suficiente para que a carga suspensa seja acessível e livre de obstáculos no nível do solo. O tamanho relativamente grande das estruturas de suporte para sistemas de transporte também os torna os mais difíceis e caros de montar e reconfigurar. Os sistemas de transporte também são mais difíceis de limpar do que os sistemas de anéis e trilhos com rodas-guia, uma vez que seus componentes são maiores, mais numerosos e têm formatos complexos que retêm detritos com mais facilidade.

Os anéis giratórios são mais adequados do que os sistemas de esteiras transportadoras para aplicações que exigem apenas movimento circular, pois podem ser mais compactos, leves e estão disponíveis em unidades individuais totalmente montadas, o que permite uma incorporação mais rápida em uma aplicação. Eles também oferecem maior precisão e suavidade, e podem ter cargas acopladas a eles, como os sistemas com rodas-guia, embora ainda apresentem algumas desvantagens em comparação com estes últimos.

Embora os sistemas rotativos de esteira com rodas-guia e os anéis de giro possam ter facilidade de montagem semelhante, os primeiros costumam ser mais fáceis de reparar devido à intercambialidade dos componentes. Os anéis de giro geralmente são totalmente montados na fábrica devido à precisão de montagem e usinagem necessária para um desempenho suave e preciso. Normalmente, todo o anel precisa ser substituído se um único componente falhar, o que dificulta a manutenção em campo. Como os anéis de giro às vezes são a estrutura de montagem principal para os componentes da aplicação, a substituição de um anel de giro também pode exigir a remontagem de tudo o que está fixado a ele.

Em sistemas rotativos com rodas-guia, apenas os componentes danificados precisam ser substituídos, pois seu projeto de encaixe comum permite que componentes individuais sejam montados e usados ​​em qualquer sistema compatível, e não apenas em uma unidade específica com encaixe adequado, como anéis de giro. Em algumas aplicações, também é possível substituir componentes danificados em sistemas de esteiras com rodas-guia sem desmontar nenhum outro componente.

Os anéis de giro podem oferecer maior rigidez e suavidade do que os sistemas de esteiras transportadoras, mas geralmente não são pré-carregados. A pré-carga dos elementos rolantes para obter maior rigidez e suavidade é comum em rolamentos de máquinas menores, mas rara em anéis de giro, visto que componentes grandes são mais difíceis de usinar com precisão e sua forma e encaixe são mais afetados por fatores externos. Pequenas falhas de fabricação, deformação dos componentes devido a cargas externas ou superfícies de montagem irregulares, ou expansão térmica desigual devido a grandes variações de temperatura entre os componentes, têm maior probabilidade de afetar a pré-carga em rolamentos maiores, como os anéis de giro.

Alterações na pré-carga podem resultar em folgas internas nos componentes, reduzindo a rigidez do sistema, ou em alta interferência, dificultando a rotação e danificando os componentes. O nível de pré-carga de um anel de giro depende das dimensões internas dos componentes e não pode ser ajustado após a montagem. Fatores externos, como superfícies de montagem irregulares e expansão térmica, também podem alterar a pré-carga em sistemas rotativos com rodas-guia. No entanto, esses fatores são menos problemáticos, visto que a pré-carga é definida durante a montagem na aplicação e pode ser facilmente ajustada posteriormente.

Os sistemas de deslizamento anular com rodas-guia podem apresentar uma vantagem significativa em termos de tamanho em relação aos anéis de giro em aplicações que exigem menos de 360° de deslocamento. Os anéis de giro precisam ser totalmente circulares para proporcionar circuitos de deslocamento completos para seus elementos rolantes, mesmo que a aplicação exija um deslocamento muito menor que 360°. Em sistemas rotativos com rodas-guia, o comprimento do arco do segmento do deslizamento anular precisa ser suficiente apenas para suportar todas as rodas-guia (que podem ser apenas três) ao longo de todo o arco de deslocamento.

Projetar sistemas de guia ou atuadores curvilíneos pode ser mais difícil do que projetar sistemas lineares. No entanto, a instalação desses sistemas pode melhorar a simplicidade e a eficiência do transporte e manuseio de cargas. Sistemas de anéis e trilhos com rodas-guia podem simplificar o processo de projeto e apresentar desempenho superior a outros tipos de sistemas de guia e atuadores não lineares.