dr inĪ. Jacek DomiĔczuk
Politechnika Lubelska, Instytut Technologicznych Systemów Informacyjnych
SYSTEMY TRANSPORTU NA ZAUTOMATYZOWANYCH
LINIACH MONTAĩOWYCH
W artykule przedstawiono przykáady rozwiązaĔ technicznych systemów transportowych, które są wykorzystywane na zautomatyzowanych liniach montaĪowych. Przedstawiana tematyka obejmuje zarówno systemy transportu wzdáuĪ linii montaĪowej jak i systemy transportu pionowego. Praca zawiera szereg przykáadów rozwiązaĔ technicznych systemów transportu z opisem zalet i moĪliwoĞci zastosowania. Artykuá zawiera równieĪ opis wymagaĔ stawianych systemom sterowania i systemom kontrolnym dla poszczególnych prezentowanych rozwiązaĔ.
TRANSPORTATION SYSTEMS
FOR AUTOMATED ASSEMBLY LINES
The examples of technical solutions of transportation systems used in automated assembly lines are introduced in the article. The presented subject area covers transportation systems along the assembly line as well as systems of vertical transportation. The paper contains number of examples of technical transportation systems together with description of advantages and the utilization possibilities. The article also contains the description of requirements for monitoring and control systems for each individual solution.
1. WPROWADZENIE
Stosowana coraz cz ĊĞciej autom atyzacja procesów wytwórczych sprawia, Īe poszukuje si Ċ coraz lepszych rozwi ązaĔ zap ewniających przem ieszczanie elem entów wzd áuĪ lin ii montaĪowych. Systemy stosowane w transporcie rozwijaj ą siĊ nadal, stając siĊ coraz bardziej elastycznymi, a tym samym dają moĪliwoĞü dowolnej konfiguracji odpowiedniej do potrzeb uĪytkownika [1]. Ta konfigurowalno Ğü w duĪej mierze związana jest z zastosowaniem w ich budowie nowych osiągniĊü automatyki, szczególnie w obszarze napĊdów i sterowania. Coraz czĊĞciej w tych rozwi ązaniach s tosowane s ą równie Ī nowe m ateriaáy, które nie tylko pozwalają na uproszczenie konstrukcji, ale równie Ī pozwalaj ą zm niejszyü ich mas Ċ, jak i zwiĊkszyü poziom be zpieczeĔstwa i niezawodno Ğci pracy. Równie Ī stosowane m etody projektowania pozwalają na lepsze wykorzystanie dostĊpnych technologii [2, 3, 4, 5].
Dobór optym alnego system u czy te Ī sposobu transportu, zarówno na liniach o ruchu wymuszonym ciągáym, jak i przerywanym [6], nie jest zagadnieniem prostym, gdyĪ wymaga wiedzy zarówno w obszarze moĪliwoĞci technicznych urządzeĔ, jak i w obszarze sterowania, czyli m oĪliwoĞci realizowalno Ğci procesu przy okre Ğlonych wym aganiach. Oprócz wymienionych czynn ików nie bez znaczenia po zostaje rozwi ązanie k westii bezp ieczeĔstwa pracy, zarówno w stosunku do obsáugi technicznej, jak i przenoszonych áadunków.
Na rynku pojawiáy siĊ równieĪ systemy transportu, które dzi Ċki swojej specyficznej budowie (niezaleĪnym nap Ċdom: elektry cznym, m agnetycznym, pneum atycznym ze sprz ĊĪeniem magnetycznym) pozwalaj ą na przenoszenie elem entów w sposób swobodny, co z kolei
pozwala na lepsze wykorzystanie Ğrodków produkcyjnych w przedsi Ċbiorstwie. Przykáadem takiego rozwiązania jest trójwymiarowy pneumatyczny system transportowy (rys. 1) [7].
Rys. 1. Przykáad trójwymiarowego pneumatycznego systemu transportowego
Rys. 2. Przykáad trójwymiarowego inteligentnego systemu transportowego
Innym przyk áadem zaawansowanego rozwi ązania jest p rezentowany na rys. 2 system inteligentnego system u transportowego, który m oĪe wyst Ċpowaü w ró Īnych odm ianach i konfiguracjach. àączenie wózków jezdnych w uk áady pozwala dodatkowo zwi Ċkszaü noĞnoĞü sy stemu. Specjaln e uks ztaátowanie prowadnic pozwala na wszechstronn ą konfiguracjĊ dróg przejazdu.
2. POZIOME SYSTEMY TRANSPORTOWE
Jedną z grup system ów transportowych na liniach produkcyjnych s ą systemy zapewniające transport poziomy. MoĪna do nich zaliczyü: podajniki taĞmowe, podajniki rolkowe, podajniki ciĊgnowe, przenoĞniki liniowe, stoáy obrotowe.
2.1. Podajniki taĞmowe
Podajnik taĞmowy z uwagi na swoj ą uniwersalnoĞü jest czĊsto wykorzystywanym systemem transportu. Pozwala on na przem ieszczanie áadunków na du Īe odlegáoĞci jak i dokonywania
Rys. 3. Podajnik taĞmowy
Ukáad nap Ċdowy podajnika ta Ğmowego najcz ĊĞciej z áoĪony jest z s ilnika po áączonego z przekáadnią. Pr ĊdkoĞcią przesuwu m oĪna dodatkowo sterowa ü za po mocą falownika. Wymagane punkty kontrolne przemieszczenia áadunku m ogą by ü zbudowane w oparciu o czujniki indukcyjne, pojem noĞciowe lub optyczne. W uk áadach, w których wym agana jest koniecznoĞü zachowania dok áadnoĞci przem ieszczeĔ (ry s. 4) ta ĞmĊ zast Ċpuje si Ċ pasami zĊbatymi. Dodatkowo istnieje mo ĪliwoĞü zastosowania w takim uk áadzie serw onapĊdów w celu osiągniĊcia wiĊkszej dokáadnoĞci i elastycznoĞci pracy.
Rys. 4. Podajnik taĞmowy zsynchronizowany
2.2. Podajniki rolkowe
Podajniki rolkowe s ą cz Ċsto w ykorzystywane do transportu nieustalonego. Daj ą one moĪliwoĞü zmiany kierunku przemieszczania áadunków poprzez zastosowanie ró Īnego typu spychaczy o raz m oduáów k ątowych (rys. 5). Mog ą one przem ieszczaü áadunki na dowolne odlegáoĞci. Mog ą by ü nap Ċdzane silnik ami z przek áadnią, jak i elektrorolkam i. Kontrola poáoĪenia áadunku m oĪe odbywa ü si Ċ na podstawie sygna áów pochodz ących z czu jników.
Podajniki te nie zapewniają duĪej precyzji przemieszczeĔ. JeĞli jest ona wymagana, konieczne staje siĊ stosowanie zderzaków.
Rys. 5. Podajnik rolkowy z zamontowanym spychaczem taĞmowym i uchylną bandą
2.3. Podajniki ciĊgnowe
Podajniki ci Ċgnowe (rys. 6) s ą uĪywane do sekwencyjnego przemieszczania áadunków. Charakteryzują si Ċ st aáą warto Ğcią przem ieszczeĔ. W ich konstrukcji istnieje mo ĪliwoĞü zastosowania wielu typów nap Ċdów. Mog ą to by ü zarówno nap Ċdy elektryczne, pneumatyczne, jak i hydrauliczne. Szerokie m oĪliwoĞci sterowania jakie wynikaj ą z róĪnorodnoĞci uk áadów nap Ċdowych sprawiaj ą, Īe s ą o ne ch Ċtnie stosowane w liniach montaĪowych w sytuacjach, gdy wym agana jest du Īa dok áadnoĞü pozycjonowania transportowanych elem entów oraz równy podzia á mi Ċdzy jednostkam i monta Īowymi. Kontrola poáoĪenia przenoszonych elem entów oparta je st na czujnikach pozycji. Tego typu podajniki dają moĪliwoĞü bazowania elementów transportowanych. Do wáaĞciwej pracy tych ukáadów niezb Ċdne jest wykorzystanie dodatkowych system ów przem ieszczeĔ bądĨ uchylnych ramion, które zapewniają moĪliwoĞü wykonania ruchu powrotnego podajnika. 2.4. PrzenoĞniki liniowe
PrzenoĞniki liniowe podobnie jak podajniki ci Ċgnowe s ą stosowan e do sekwencyjnego przemieszczania áadunku. Mog ą by ü wyposa Īone w zabieraki osadzone na prowadnicach (rys. 7) lub wystĊpowaü bez nich. D o napĊdu tych przenoĞników mogą byü wykorzystywane napĊdy elektryczne pneum atyczne, hydrauliczne nap Ċdzane bezpo Ğrednio lub za poĞrednictwem mechanizm u pas owego, Ğrubowego b ądĨ áaĔcuchowego. Mo ĪliwoĞü umieszczania na stole transportowym róĪnorodnego wyposaĪenia transportowego sprawia, Īe mogą by ü wszechstron nie stosowane tam , gdzie jes t wymagane dok áadne pozycjonowanie. Ograniczeniem tych nap Ċdów jest to, Īe po przem ieszczeniu uk áadu transportowego m usi on wróciü na pierwotną pozycjĊ w celu pobrania kolejnego áadunku.
Odmianą tego typu przeno Ğnika jest przeno Ğnik górny, którego przyk áad przedstawia rys. 8. Tego typu przeno Ğniki wyposa Īone s ą w mechanizm umo Īliwiający ch wycenie
przenoszonego elem entu. W prezentowanym przyk áadzie jest to zespó á przyssawek umieszczony na zespole przejazdu pionowego. Przeno Ğnik tego typu mo Īe by ü nap Ċdzany pneumatycznie, elektrycznie [8] bądĨ hydraulicznie [9].
Rys. 6. Podajnik ciĊgnowy z napĊdem pasowym
Rys. 8. PrzenoĞnik liniowy górny
2.5. Stoáy obrotowe
W wielu rozwi ązaniach techniczny ch wyst Ċpuje konieczno Ğü dostarczenia na stanowiska montaĪowe czĊĞci maszyn w ukáadzie koáowym. Taką moĪliwoĞü zapewniają stoáy obrotowe, które mogą byü wyposaĪane w róĪnego typu systemy bazowania. Mogą one posiadaü podziaá ustalony b ądĨ nieustalony. Ró Īnorodne rozm iary, jak i wyst Ċpowanie nap Ċdów o zróĪnicowanych param etrach daj ą szerokie mo ĪliwoĞci ich stosowania. Przyk áad sto áu obrotowego pier Ğcieniowego zaadaptowanego do pracy w zautom atyzowanej linii montaĪowej przedstawia rys. 9.
3. PIONOWE SYSTEMY TRANSPORTOWE
Pionowe system y transportowe s ą wykorzystywane do transportu áadunków na okre Ğlone wysokoĞci. Mogą one m ieü róĪnododną budowĊ oraz sposób prowadzenia. W zaleĪnoĞci od zastosowanego nap Ċdu mo Īna je podzieli ü na: podno Ğniki z nap Ċdem pneum atycznym, podnoĞniki z napĊdem hudraulicznym i podnoĞniki z napĊdem pneumatycznym.
NajczĊĞciej spotykanymi rozwi ązaniami są podnoĞniki z nap Ċdem elektrycznym. WystĊpują one w wielu odm ianach zwi ązanych z zastosowanym m echanizmem nap Ċdowym. wyróĪniamy tuta j nap Ċdy Ğrubowe, pasowe, áaĔcuchowe, linowe, z Ċbatkowe. Nap Ċd elektryczny wykazuje wysoką elastycznoĞü pod wzglĊdem moĪliwoĞci osiągniĊcia zalecanych parametrów pracy. Sposób sterowania jest rów nieĪ w takim rozwi ązaniu prosty i m oĪe byü konfigurowany w zale ĪnoĞci od wym agaĔ uĪytkownika. Zastosowan ie elektro nicznych systemu kontroli przem ieszceĔ sprawia, Īe istnieje m oĪliwoĞü precyzyjnego sterowania, co sprawia, Īe dają one mo ĪliwoĞü áatwego dopasowania param etrów pracy do okre Ğlonych wymagaĔ. Na rys. 10. zaprezentow ano przyk áad pionowego system u transportu z nap Ċdem elektrycznym.
Rys. 10. Pionowy system transportu z napĊdem elektrycznym
NapĊd pneumatyczny równieĪ moĪe byü wykorzystywany do transportu pionowego. W takich rozwiązaniach wyst Ċpują jednak trudno Ğci zwi ązane z zachowaniem pe ánej kontroli nad caáym uk áadem, gdy Ī pr ĊdkoĞü i czas przejazdu s ą zale Īne od m asy przem ieszczanego obiektu. Przykáad takiego rozwiązania prezentuje rys. 11.
Do napĊdu pionowego mog ą byü równieĪ uĪywane napĊdy hybrydowe (rys. 12). Po áączenie napĊdu elektrycznego z pneum atycznym sprawia, Īe system taki charakteryzuje si Ċ znacznie wiĊkszymi mo ĪliwoĞciami w obszarze stero wania, zapewniaj ąc wi Ċkszą elastyczno Ğü
i moĪliwoĞci zastosowa Ĕ. Takie po áączenie n apĊdów sprawia, Īe system y tego typu s ą bardziej wydajne i niezawodne.
Rys. 11. Pionowy system transportu z napĊdem pneumatycznym
4. PODSUMOWANIE
Rozwój system ów transportowych na nowoczesnych liniach produkcyjnych zwi ązany jest bezpoĞrednio z rozwojem uk áadów nap Ċdowych i uk áadów sterowania [10]. Post Ċp w tych dziedzinach sprawia, Īe pojawiają siĊ coraz bardziej wyrafinowane konstrukcje pozw alające na rea lizacjĊ procesów technologicznych z coraz to wi Ċkszą ef ektywnoĞcią. Cz Ċsto dokonywane są równieĪ modernizacje u Īywanych systemów transportu, gdzie wyposa Īa siĊ je w nowe uk áady kontroli i sterow ania charakteryzujące siĊ wiĊkszą niezawodnoĞcią. Daje to niejednokrotnie m oĪliwoĞü realizacji wielu procesów na jednej linii p rodukcyjnej poprzez zmianĊ programu sterującego i autom atyczne dopasowanie jednostek roboczych do nowyc h potrzeb.
Transport, zarówno elem entu bazowego, jak i kom ponentów, na zautom atyzowanych liniach jest nadal zagadnieniem trudnym dla konstruktorów z uwagi na wymagania, jakie stawiane są tym uk áadom. Dotyczy to zarówn o ich elasty cznoĞci, efektywno Ğci i niezawodn oĞci, jak i bezpieczeĔstwa pracy. Nie bez znaczenia jes t równie Ī koszt u Īycia danego rozwi ązania w konstrukcji.
Prezentowane w artykule przyk áady rozwi ązaĔ technicznych stosowanych w nowo budowanych m aszynach pokazuj ą trendy rozwoju nap Ċdów. Niew ątpliwie dals zy rozwó j automatyki, szczególn ie w zakresie przesy áania sygna áów, sprawi, Īe rozwi ązania te b Ċdą nadal rozwijaü siĊ w kierunku wiĊkszej ich niezawodnoĞci i precyzji dziaáania, stając siĊ przy tym coraz bardziej bezpiecznymi.
BIBLIOGRAFIA
1. Marciniak M.: Elem enty autom atyzacji we wspó áczesnych procesach wytwarzania. Obróbka, mikroobróbka, montaĪ. Politechnika Warszawska, 2007.
2. DomiĔczuk J.: W páyw technik wirtualnych na rozwój autom atyzacji i robotyzacji. Pomiary Automatyka Robotyka 2/2010, PIAP, Warszawa 2010, s. 190–198.
3. Chlebus E.: Techniki kom puterowe CAx w in Īynierii p rodukcji. W arszawa: Wydawnictwa Naukowo-Techniczne, 2000.
4. DomiĔczuk J.: W páyw projektowania 3D i sym ulacji kom puterowych na budow Ċ zautomatyzowanych linii obróbczych. Pom iary Autom atyka Robotyka 2/2009, PIAP, s. 181–188.
5. BĊdkowski J., Kowalski G., Mas áowski A.: Elem enty grafiki kom puterowej w projektowaniu zaaw ansowanych sym ulatorów robotów m obilnych. Pom iary Automatyka Robotyka 2/2008, s. 425–432.
6. Pająk E.: Zaawansowane technologie wspó áczesnych systemów produkcyjnych. Pozna Ĕ: Wydaw. Politechniki PoznaĔskiej, 2000.
7. Materiaáy informacyjne firmy SMC.
8. Sidorowicz J.: NapĊd elektryczny i jego sterowanie. Politechnika Warszawska, 1994. 9. Osiecki A.: Nap Ċd i sterowanie hydrauliczne m aszyn: teoria, obliczanie i uk áady.
Politechnika GdaĔska, 1995.
