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L'installazione orizzontale è una delle configurazioni più comuni per una temporizzazionemodulo lineare a cinghia. È ampiamente utilizzato nei sistemi automatizzati di caricamento, trasferimento di materiale, imballaggio, ispezione, erogazione, smistamento e pick-and-place.
Sebbene non sia necessario un asse orizzontale per sollevare il carico utile direttamente contro la gravità, la qualità dell'installazione ha comunque una grande influenza sulla precisione del posizionamento, sulla durata della guida, sul rumore di funzionamento e sulla stabilità del movimento. Prima di mettere in funzione il modulo è necessario considerare la superficie di montaggio, la posizione del carico utile, il supporto strutturale, il momento del carico, l'accelerazione e il percorso dei cavi.
Questa guida spiega i requisiti principali per l'installazione orizzontale di un modulo lineare per cinghia di distribuzione e fornisce una pratica lista di controllo per l'ispezione per costruttori di macchine e ingegneri dell'automazione.
Cos'è l'installazione orizzontale?
Per installazione orizzontale si intende che la direzione di corsa principale del modulo lineare della cinghia di distribuzione è parallela o approssimativamente parallela al suolo. Il carrello si muove lungo l'asse orizzontale mentre il sistema di guida sostiene il peso del carico utile.
In questa configurazione il motore fornisce principalmente la forza necessaria per superare:
- Accelerazione e decelerazione del carico utile
- Attrito nel sistema di guida e trasmissione
- Forze del processo esterno
- Resistenza della catena portacavi
- Ulteriore resistenza causata dal disallineamento
Il carico utile normalmente non crea una forza gravitazionale continua nella direzione di marcia. Tuttavia, il suo peso agisce verticalmente sulla rotaia di guida e può creare momenti significativi di beccheggio, imbardata o rollio quando il centro di gravità è spostato rispetto al carrello.
Configurazioni tipiche dell'asse orizzontale
Un modulo lineare cinghia di distribuzione può essere installato orizzontalmente in diverse disposizioni strutturali.
Singolo asse orizzontale
Un singolo modulo è montato sul telaio di una macchina e sposta un dispositivo, un sensore, una pinza o un pezzo leggero lungo una direzione. Questa è la configurazione orizzontale più semplice.
Sistema a doppio asse parallelo
Due moduli cinghia di distribuzione sono installati in parallelo per supportare un'ampia piattaforma o un pezzo di grandi dimensioni. I due assi possono essere collegati meccanicamente o sincronizzati elettronicamente.
L'installazione parallela viene comunemente utilizzata quando:
- La piattaforma è più larga di una carrozza
- Il carico utile ha un ampio spostamento del baricentro
- È richiesta un'elevata resistenza al momento di rotolamento
- La struttura deve rimanere stabile durante una corsa lunga
Asse orizzontale in un sistema multiasse
Il modulo cinghia di distribuzione può anche fungere da asse X o asse Y di un sistema di movimento XY, XZ o XYZ. In questa disposizione, il modulo orizzontale può portare contemporaneamente un altro asse lineare, motore, attuatore finale e pezzo in lavorazione.
La massa totale in movimento deve comprendere tutti i componenti montati sul carrello, non solo il carico utile finale.
Determinare la direzione del carico utile
Prima di selezionare o installare il modulo, identificare come la forza del carico utile agisce sul carrello e sul sistema di guida.
| Condizione di carico | Descrizione | Principale preoccupazione progettuale |
|---|---|---|
| Carico verticale centrato | Il baricentro del carico utile è vicino al centro del carrello. | Capacità di carico della guida e carico dinamico |
| Carico verticale sfalsato | Il baricentro del carico utile è posizionato lontano dal centro del carrello. | Momenti di beccheggio e rollio |
| Carico laterale | Il modulo o il carico utile è montato su un lato. | Orientamento della guida e momento di imbardata |
| Carico a sbalzo | Il carico utile si estende oltre il carrello. | Momento di carico e deformazione strutturale |
| Carico del processo esterno | Il carrello è esposto a forze di pressione, taglio, erogazione o contatto. | Forze statiche e dinamiche combinate |
Un carico utile che rientra nel limite di massa nominale può comunque sovraccaricare la guida se il suo baricentro è troppo lontano dal carrello. La massa del carico utile e il momento del carico devono quindi essere valutati insieme.
Carico guida e Carico momento
La guida lineare supporta il carico utile e controlla l'orientamento del carrello. Durante il funzionamento orizzontale, la guida può essere esposta a forza verticale, forza laterale e momenti di rotazione.
Le tre direzioni principali del momento sono:
- Momento di intonazione:rotazione attorno all'asse laterale
- Momento di imbardata:rotazione attorno all'asse verticale
- Momento di rotolamento:rotazione attorno all'asse di spostamento
Un calcolo semplificato del momento è:
M = F × L
Dove:
- Mè il momento del carico
- Fè la forza applicata
- lè la distanza tra la forza e il punto di riferimento della guida o del carrello
Ad esempio, un carico utile di 20 kg produce una forza gravitazionale approssimativa di:
F = 20 × 9,81 = 196,2 N
Se il baricentro del carico utile si trova a 0,15 m dal centro del carrello, il momento approssimativo è:
M = 196,2 × 0,15 = 29,43 N·m
Il valore calcolato deve essere confrontato con i valori del momento statico e dinamico ammissibili del modulo selezionato. Un adeguato fattore di sicurezza dovrebbe essere applicato anche per accelerazioni, vibrazioni, urti e condizioni di carico incerte.
Includere la forza di accelerazione nel calcolo del carico
Il movimento orizzontale elimina la necessità di sollevare continuamente il carico utile, ma l'accelerazione crea comunque una forza inerziale nella direzione di marcia.
La relazione fondamentale è:
FUN= m×a
Dove:
- FUNè la forza di accelerazione
- Mè la massa totale in movimento
- UNè l'accelerazione
La massa totale in movimento dovrebbe includere:
- Pezzo
- Apparecchio
- Piastra montata su carrello
- Pinza o attrezzatura
- Asse lineare secondario
- Motore e riduttore montati sulla struttura mobile
- Spostamento di cavi e componenti della catena portacavi
L'elevata accelerazione aumenta la tensione della cinghia, la richiesta di coppia del motore, il carico della guida e le vibrazioni strutturali. Per le applicazioni con cicli di avvio-arresto rapidi, il modulo non deve essere selezionato solo in base alla capacità massima di carico utile.
Fornire un adeguato supporto di base
Il profilo in alluminio di un modulo lineare della cinghia di distribuzione è progettato per fornire rigidità, ma non deve essere trattato automaticamente come una trave strutturale autoportante su ogni lunghezza della corsa.
Un supporto insufficiente può causare:
- Deflessione del profilo di base
- Disallineamento della guida
- Tensione della cinghia non uniforme
- Vibrazione del carrello
- Aumento del rumore di funzionamento
- Precisione di posizionamento ridotta
- Usura prematura della guida o del cuscinetto
Il modulo deve essere montato su un telaio rigido della macchina, su una piastra lavorata o su una struttura in alluminio adeguatamente supportata. I moduli a corsa lunga possono richiedere un supporto continuo o più punti di supporto lungo la base.
La spaziatura dei supporti dipende dal profilo del modulo, dalla corsa, dal carico utile, dall'accelerazione e dalla precisione richiesta. Per assi lunghi o fortemente caricati, è necessario verificare la deflessione consentita del profilo anziché fare affidamento solo sul coefficiente di carico nominale.
Planarità della superficie di montaggio
La superficie di montaggio deve essere sufficientemente piatta per evitare che la base del modulo si torci o si pieghi quando i bulloni di montaggio vengono serrati.
Una superficie di montaggio inadeguata può forzare il disallineamento della guida e aumentare la resistenza interna. I sintomi comuni includono:
- Resistenza al carrello non uniforme
- Rumore anomalo in determinate posizioni
- Corrente motore più elevata
- Vibrazioni durante l'accelerazione
- Ripetibilità ridotta
- Usura prematura della guida
La planarità accettabile dipende dalle dimensioni del modulo, dal design della guida, dalla corsa e dai requisiti di precisione. La tolleranza di installazione del fornitore del modulo deve essere utilizzata ove disponibile.
Per i sistemi di precisione, ispezionare la superficie di montaggio utilizzando strumenti idonei come:
- Riga di precisione
- Indicatore del quadrante
- Livello elettronico
- Sistema di allineamento laser
- Apparecchiature per la misurazione delle coordinate
Pulire la superficie di montaggio prima dell'installazione
Prima di posizionare il modulo pulire sia il basamento della macchina che la parte inferiore del modulo. Rimuovere:
- Trucioli di metallo
- Polvere e particelle abrasive
- Residui di olio
- Accumulo di vernice
- Sbavature attorno ai fori filettati
- Bordi rialzati causati da danni di lavorazione
Anche un piccolo truciolo intrappolato sotto la base può creare una deformazione locale quando i bulloni di montaggio vengono serrati.
Allineare il modulo prima del serraggio finale
Non serrare completamente tutti i bulloni di montaggio immediatamente dopo aver posizionato il modulo sul telaio della macchina.
Una sequenza di installazione consigliata è:
- Pulire e ispezionare la superficie di montaggio.
- Posizionare il modulo sul basamento della macchina.
- Installare i bulloni di montaggio senza stringerli.
- Allineare il modulo utilizzando un bordo di riferimento, perni di posizionamento o strumenti di misurazione.
- Muovere il carrello per tutta la corsa e verificare la resistenza anomala.
- Stringere i bulloni gradualmente in una sequenza equilibrata.
- Ricontrollare rettilineità, parallelismo e resistenza allo scorrimento.
Un serraggio non uniforme potrebbe deformare la base del modulo. Utilizzare il tipo di bullone e la coppia di serraggio specificati ed evitare una forza eccessiva che potrebbe deformare il profilo in alluminio.
Parallelismo nelle installazioni a doppio modulo
Quando due moduli cinghia di distribuzione sono installati in parallelo, i loro percorsi di corsa devono rimanere paralleli per tutta la corsa.
Uno scarso parallelismo può causare:
- Caricamento incrociato tra le due guide
- Legatura della piattaforma
- Carico motore disomogeneo
- Errori di sincronizzazione
- Maggiore usura della cinghia e dei cuscinetti
- Perdita di precisione del posizionamento
Un asse viene normalmente utilizzato come riferimento di allineamento primario. Il secondo asse deve essere regolato rispetto al primo prima che la piattaforma di collegamento sia completamente serrata.
Per piattaforme larghe, evitare di vincolare eccessivamente la struttura. Una connessione rigida tra due assi non perfettamente allineati può trasferire grandi forze interne ai blocchi guida.
Controllare l'allineamento della puleggia e della cinghia
Sebbene la trasmissione a cinghia venga normalmente regolata durante l'assemblaggio del modulo, gli errori di installazione possono comunque influire sul funzionamento della cinghia, soprattutto quando vengono aggiunti componenti esterni all'estremità di comando.
Controlla che:
- Il motore e il giunto sono installati correttamente
- La puleggia motrice ruota senza oscillazioni visibili
- Il nastro rimane centrato durante il movimento a corsa completa
- Il carrello non crea rumori anomali del nastro
- Nessuna staffa esterna interferisce con la cinghia o la copertura terminale
Non modificare la tensione della cinghia di fabbrica a meno che non sia necessaria una regolazione e sia disponibile la procedura corretta. Una tensione eccessiva della cinghia aumenta il carico del cuscinetto e l'attrito, mentre una tensione insufficiente può causare vibrazioni, gioco o salti dei denti.
Installazione della piastra del carrello e del carico utile
La piastra di montaggio del carico utile deve essere sufficientemente rigida da distribuire il carico sul carrello senza piegarsi.
Quando si collega il carico utile:
- Utilizzare i fori di montaggio specificati
- Evitare di perforare il carrello senza approvazione
- Mantenere il baricentro vicino al centro del carrello
- Utilizzare perni di posizionamento laddove è richiesto un assemblaggio ripetibile
- Evitare che i bulloni si estendano nelle parti mobili interne
- Verificare che l'apparecchiatura non venga a contatto con il coperchio del modulo
Una piastra adattatrice sottile o flessibile può deformarsi sotto carico e ridurre la rigidità effettiva dell'intero sistema di movimento.
Instradamento di cavi e catene portacavi
I cavi, i tubi dell'aria e i fili dei sensori devono essere disposti in modo tale da non interferire con il movimento del carrello.
Un buon instradamento dei cavi dovrebbe:
- Mantenere il raggio di curvatura minimo specificato
- Evitare che i cavi sfreghino contro spigoli vivi
- Fornire una lunghezza sufficiente per la corsa completa
- Evitare una forza di trazione eccessiva sui connettori
- Se necessario, separare i cavi di alimentazione dai cavi sensibili di segnale
- Evitare che il portacavi entri in collisione con il modulo
- Mantenere la resistenza della catena portacavi quanto più bassa e costante possibile
Il portacavi mobile crea un ulteriore carico variabile. Sugli assi lunghi o ad alta velocità, la massa e la resistenza alla resistenza dovrebbero essere incluse nei calcoli del motore e del carico utile.
Installazione di sensori e finecorsa
I moduli della cinghia di distribuzione orizzontale utilizzano comunemente sensori di posizione iniziale, sensori di limite positivo e sensori di limite negativo.
Prima della messa in servizio:
- Confermare la posizione del sensore home
- Controllare la distanza di rilevamento
- Fissare il cavo del sensore
- Verificare il segnale di ingresso del controller
- Imposta i limiti di viaggio del software
- Verificare che la posizione finale meccanica non venga raggiunta durante il normale funzionamento
I limiti software devono essere impostati all'interno della corsa meccanica utilizzabile in modo che il carrello abbia una distanza di decelerazione sufficiente.
Requisiti del motore e del freno
Un motore con freno generalmente non è necessario per un asse puramente orizzontale perché la gravità normalmente non guida il carrello lungo la direzione di viaggio dopo aver interrotto l'alimentazione.
Tuttavia, si può comunque prendere in considerazione un freno o un dispositivo di bloccaggio meccanico quando:
- L'asse è installato su una superficie inclinata
- Forze esterne possono spostare il carrello dopo lo spegnimento
- L'applicazione richiede il mantenimento della posizione per motivi di sicurezza
- La macchina è installata su attrezzature in movimento
- Un movimento imprevisto del carrello potrebbe danneggiare gli utensili o i pezzi in lavorazione
Il motore deve essere selezionato in base alla coppia di accelerazione, alla velocità operativa, all'efficienza della trasmissione, alla resistenza esterna e al ciclo di lavoro.
Procedura di messa in servizio iniziale
Dopo l'installazione meccanica, eseguire il test iniziale a bassa velocità e bassa accelerazione.
- Spostare manualmente il carrello se il progetto lo consente.
- Controllare l'intera corsa per eventuali interferenze.
- Confermare il funzionamento del sensore.
- Far avanzare l'asse a bassa velocità.
- Ascoltare eventuali rumori anomali della cinghia, della guida o dei cuscinetti.
- Monitorare la corrente del motore e l'errore di inseguimento.
- Aumentare gradualmente la velocità e l'accelerazione.
- Eseguire cicli ripetuti con il carico utile effettivo.
- Ricontrollare i bulloni di montaggio dopo il periodo di funzionamento iniziale.
Non iniziare la messa in servizio alla velocità nominale massima. Un test a bassa velocità semplifica il rilevamento di disallineamento, interferenze nei cavi e sensori posizionati in modo errato.
Lista di controllo per l'installazione orizzontale
| Elemento di ispezione | Requisito |
|---|---|
| Superficie di montaggio | Pulito, rigido e entro la tolleranza di planarità richiesta |
| Supporto di base | Adeguato alla lunghezza del modulo, al carico utile e all'accelerazione |
| Allineamento del modulo | Dritto e posizionato correttamente rispetto al riferimento della macchina |
| Bulloni di montaggio | Grado, lunghezza e coppia di serraggio corretti |
| Centro di gravità del carico utile | Il più vicino possibile al centro carrozzabile |
| Carico del momento | Entro i limiti consentiti di beccheggio, imbardata e rollio |
| Massa totale in movimento | Include dispositivo, utensileria, assi secondari e cavi |
| Movimento del carro | Smussare l'intera corsa senza legare |
| Instradamento dei cavi | Nessuna trazione, sfregamento, flessione eccessiva o interferenza |
| Sensori | Sicuro, posizionato correttamente e verificato elettricamente |
| Limiti del software | Impostato entro la corsa meccanica utilizzabile |
| Prova di funzionamento | Completato progressivamente da bassa velocità a condizioni normali |
Errori comuni di installazione orizzontale
Montaggio del modulo su un telaio irregolare
Un telaio irregolare può torcere la base del modulo e creare un'eccessiva resistenza alla guida. Il telaio deve essere ispezionato e corretto prima dell'installazione finale.
Ignorare il centro di gravità del carico utile
Il controllo solo della massa del carico utile può portare a un carico di momento eccessivo. Nel calcolo deve essere incluso lo spostamento del baricentro.
Supporta solo le due estremità di un modulo lungo
Un modulo lungo potrebbe deviarsi tra i supporti. Potrebbero essere necessari ulteriori punti di supporto o supporto continuo.
Utilizzo di una coppia di serraggio eccessiva dei bulloni
Un serraggio eccessivo potrebbe deformare la base in alluminio o danneggiare le filettature di montaggio. Seguire la coppia di serraggio specificata.
Correre a tutta velocità durante il primo test
La messa in servizio ad alta velocità può trasformare un piccolo problema di allineamento o di instradamento dei cavi in gravi danni meccanici.
Ignorare la resistenza della catena portacavi
Una catena portacavi di grandi dimensioni può aggiungere una massa in movimento e una forza di trascinamento significative, soprattutto su una corsa lunga.
Domande frequenti
È possibile installare un modulo lineare cinghia di distribuzione orizzontalmente?
SÌ. L'installazione orizzontale è una delle configurazioni di montaggio standard per i moduli lineari con cinghia di distribuzione. La superficie di montaggio, il supporto di base, la posizione del carico utile, il carico della guida e l'accelerazione devono essere controllati attentamente.
Un modulo cinghia di distribuzione orizzontale richiede un motore autofrenante?
Di solito non è necessario un freno per un asse completamente orizzontale. Potrebbe essere necessario quando l'asse è inclinato, esposto a forze esterne o è necessario mantenere la posizione per sicurezza dopo lo spegnimento.
Perché il carrello diventa difficile da spostare dopo l'installazione?
Le possibili cause includono una superficie di montaggio irregolare, una coppia eccessiva dei bulloni, una deformazione della base, uno scarso parallelismo, un'interferenza del cavo o una piastra di carico utile installata in modo errato.
Il modulo può essere supportato solo su entrambe le estremità?
Ciò dipende dal profilo del modulo, dalla lunghezza non supportata, dal carico utile e dall'accelerazione. I moduli a corsa lunga possono richiedere un supporto intermedio o continuo per controllare la deflessione.
Come si può ridurre il carico momento?
Spostare il baricentro del carico utile più vicino al carrello, utilizzare un carrello più ampio, aggiungere un secondo modulo parallelo, ridurre la lunghezza del cantilever o riprogettare l'attrezzatura per distribuire il carico in modo più uniforme.
Conclusione
Per un'installazione orizzontale di successo non basta semplicemente fissare il modulo lineare della cinghia di distribuzione al telaio della macchina. Il sistema completo deve fornire una base di montaggio piana e rigida, un adeguato supporto strutturale, un corretto allineamento e una sufficiente resistenza ai carichi di guida e di momento.
Nel processo di selezione e installazione devono essere inclusi il baricentro del carico utile, la massa totale in movimento, l'accelerazione operativa e la resistenza della catena portacavi. Dopo l'assemblaggio, l'asse deve essere messo in servizio progressivamente da bassa velocità a condizioni operative normali.
Seguendo una procedura strutturata di installazione e ispezione, gli utenti possono migliorare la stabilità di posizionamento, ridurre le vibrazioni e il rumore, prolungare la durata di guida e della cinghia e ottenere un movimento lineare orizzontale più affidabile.
