RV редуктор срещу хармоничен предавател в роботи на ABB
Когато някои хора за пръв път се запознават с промишлените роботи ABB, погледът им е насочен към контролни шкафове, сервомотори и управляващи панели. Всъщност обаче дали един робот се движи „стабилно или не, точно или не, издръжлив или не“, зависи от нещо, което всъщност е скрито в ставите — а именно от няколкото редуктора.
Повечето специалисти по поддръжка на роботи ABB са срещали този проблем с предавките: след няколко години експлоатация роботът постепенно започва да проявява отклонения в траекторията, нестабилно заваряване, трептене, шум и отклонения при позициониране; при диагностика по цялата верига често се установява, че проблемът се крие в редукторите в ставите. Най-често срещаните типове редуктори в главата на роботите ABB са два: единият се нарича RV редуктор, а другият — хармоничен редуктор.
Клиентите често задават въпроси: „Каква е разликата между тези два редуктора?“, „Защо АВВ трябва да направи това? Защо АВВ използва RV редуктори за някои валове и хармонични редуктори за други?“, „Кой от тях е по-издръжлив?“, „Кой от тях е по-точен?“. Днес ще поговорим с вас, изцяло от опита, натрупан в работилницата. 
Редукторната кутия в робота в крайна сметка е предназначена за това
Сервомотори за промишлени роботи: увеличете скоростта — това е бързо, но има фатален проблем: високата скорост не означава голяма сила. При истинска работа роботът изисква ниска скорост, висок въртящ момент и висока прецизност, както и стабилен изходен сигнал. Помислете си: при заваряване, когато роботът следва заваръчната линия, движението трябва да е особено плавно; при обработката на работни части с тегло от стотици паундове, ставите трябва да поемат силата, без да се разклащат. Това, което прави редукторът, е да намали „глупавата“ скорост на мотора, да усилва силата и същевременно да осигурява спиране на изходния вал в точно определена позиция. Следователно можете да разглеждате редуктора като „усилвател на сила“ и „страж на прецизността“ в ставите. При много роботи на ABB, веднага ще усетите износването на редуктора: траекторията става все по-неустойчива, грешката при повтаряне на позиционирането нараства всеки ден, ръката започва да се разклаща, ускоряването и забавянето стават последователни и неравномерни, качеството на заварката варира от добро до лошо, а в критични точки директно се активира алармен сигнал.
RV редуктор: здрав и устойчив на производствени натоварвания носач
Каква е ролята на RV редуктора? Много хора го наричат още циклоиден редуктор. Най-доброто нещо в този редуктор е само едно: той е изключително жестък и особено устойчив на деформации при производствени натоварвания. Той се използва в тежки промишлени роботи, за да пренася тежки товари — например роботите на ABB, които извършват заваряване, манипулация и палетиране. Особено често RV редукторите се монтират в основата, ръката и лакътните стави на тези роботи — най-напрегнатите им части, където почти винаги се поставя именно RV редуктор. Помислете си: когато цялата ръка на голям робот ABB се люлее нагоре, няколкото лагера в основата трябва да поемат инерционните сили — колко големи ли са те! Ако редукторът в тази точка не е достатъчно жестък, целият робот ще работи като пиян — ще се клати и люлее. Най-силната страна на RV редуктора е точно тази „твърда кост“.
Защо редукторът RV е толкова здрав? Това има нещо общо с вътрешната му конструкция. Обикновеният зъбчат редуктор може едновременно да има в зацепване един или два зъба, но редукторът RV не е такъв – при него едновременно са в зацепване много зъби, като силата се разпределя равномерно. Това е като група хора, които заедно вдигат нещо тежко, а не като се осланяме на един човек да го носи сам. По този начин натоварването е равномерно, устойчивостта към удари е висока, а рискът от счупване на зъбите е малък; дори при продължителна тежка работа редукторът остава стабилен. Затова много тежки роботи ABB с редуктори RV могат да работят без проблеми в продължение на години. Особено очевидно това се забелязва в автомобилните заваръчни цехове: онези заваръчни роботи ABB работят по повече от десет часа на ден и непрекъснато се въртят в продължение на няколко години – първото, което обикновено не издържа, често не е контролерът, а механичните възли, при които постепенно се образува люфт. Въпреки това общият срок на експлоатация на редуктора RV наистина е много дълъг.
Хармоничен редуктор: роден за „екстремна точност“.
Хармоничният редуктор представлява напълно различен подход спрямо RV-редуктора, който е проектиран да бъде „изграден“, докато хармоничният редуктор е проектиран да осигурява „екстремна точност“. Хармоничният редуктор притежава особено ясни характеристики: малки размери, лека тегло, изключително нисък люфт — толкова нисък, че е почти пренебрежим, и висока точност, която кара човек да се учуди. Затова, ако погледнете китката на роботите на ABB по онези оси, особено в участъците близо до крайния ефектор (например при боядисване, прецизно сглобяване или хващане на малки компоненти), както и в електронната индустрия, където се използват роботи, китката почти винаги е оборудвана с хармоничен редуктор. Пространството в този район е вече много ограничено, а изискванията към точността на движението са изключително високи, така че хармоничният редуктор е напълно подходящ.
Защо хармоничният редуктор може да бъде толкова точен? Ключът е в това, че почти няма предавателен зазор, който често наричаме „зазор при обратно движение“. Много обикновени редуктори имат този проблем: когато моторният край се премести малко, изходът не следва незабавно това движение — винаги има зазор. Колкото по-голям е зазорът, толкова по-неопределена става локализацията на робота. Хармоничните редуктори се основават на набор от принципи за гъвкаво предаване, които намаляват зазора до много ниско ниво. Затова усещате китката на робота ABB да се завърта особено плавно, без онзи разхлабен, зазорен ефект. Това е най-очевидно при бояджийските роботи: дори леко трептене по траекторията на разпръскващото устройство веднага води до образуване на ивици по боядисаната повърхност, неравномерна дебелина, ефект „портокалова кора“ или пропуски в напръскването. Затова точността на хармоничния редуктор в китката на бояджийския робот е изключително важна.
Защо ABB просто не използва един редуктор?
Така защо ABB просто не използва и двете — RV за голямата ос и хармонични предавки за малката ос? Казано направо, промишлените роботи по своята същност имат нужда както от здравина, така и от точност, като всяка от тези две характеристики се осигурява съответно от RV и хармоничните предавки. Подходът на ABB при проектирането обикновено е да се използва RV за големите стави в предната част и хармонични предавки за малките стави в задната част. По този начин се постига необходимата общо взето жесткост при тежки натоварвания за стабилизиране, а крайното движение е достатъчно прецизно, а контролът на траекторията — също гладък. Всъщност повечето промишлени роботи на пазара в момента използват именно тази основна конфигурация.
Коя от двете — RV или хармоничните предавки — е по-вероятно да се повреди?
Кое се поврежда по-лесно — това е въпрос, който клиентите задават винаги. Реалистично погледнато, не можем просто да кажем кой е по-непоносим от кой, тъй като те работят в различни среди. Всъщност, според усещането от реалните ремонтни работилници, хармоничният редуктор е относително по-„непоносим“, макар и малко. Това се дължи на факта, че гъвкавото колело вътре е постоянно в състояние на еластично деформиране, а при продължителна високочестотна още и обратна работа постепенно се натрупва умора. Особено при високочестотни действия с малка амплитуда, при непрекъсната работа ден и нощ или при чести старти и спирания, износването на хармоничния редуктор става по-бързо. RV-редукторът по-скоро се страхува от тежки товарни удари — например при сблъсъци на роботи, претоварване, аварийно спиране или при работа с висока инерция, когато старият редуктор трудно може да издържи; в тези случаи вътрешните зъбни колела и лагери лесно получават скрити повреди.
Какви са предвестниците за излизане от строя на скоростна кутия?
На терен това, че предварително се появяват проблеми с редуктора, е особено очевидно, но много хора първоначално мислят, че причината е в сервомотора или двигателя, докато всъщност проблемът е в редуктора. Ако искате да ви кажа, когато се сблъскате със следните симптоми, трябва незабавно да помислите за редуктора. Позиционирането на робота става все по-неточно — това е най-типичният признак. Особено при заваръчните роботи в началото заваръчната точка е правилна, но после отклонението става все по-голямо; след повторна калибрация на нулевата точка работата продължава добре само един-два дни, а след това отново се проявяват отклонения — в девет от десет случая това се дължи на износване на зазорите в редуктора. Движенията на робота започват да треперят, особено при ниски скорости; при някои роботи на ABB, когато управлявате бавно с ръчното колело, усещате последователни тласъци и трептене — движението не е достатъчно гладко, което най-вероятно означава, че вътрешните компоненти са износени. Възникват шумове от ставите: щракащи звуци, метално триене, ниски глухи удари — не ги пренебрегвайте. Особено когато лагерите в RV-редуктора са повредени, шумовете са изключително явни, но много оператори продължават да ги игнорират, докато накрая цялата става се разрушава. Също така ставите стават много горещи: след износване на редуктора триенето значително нараства и температурата на вала се усеща явно по-висока от тази на останалите части; при сериозно износване дори можете да усетите характерния мирис на разградена смазка.
Как да го поддържаме, за да служи по-дълго?
Поддръжката на тази част често се пренебрегва от много фабрики, особено механичната ѝ част — те смятат, че стига да се включи в производствения процес. Но редукторът на робота най-много се бои от продължително пренебрегване. Това е особено вярно за роботите на ABB с трисмяната ротация; обикновено напомняме на клиентите няколко неща: усещайте промените в температурата, слушайте шума, усещайте вибрациите и обърнете внимание дали разликите са по-големи от тези през предходния ден; смазването също трябва да се извършва регулярно, според конкретната ситуация. Много редуктори не се изваждат изведнъж от употреба — всъщност те са били подложени на продължително триене, просто никой не го е забелязал. При ранно откриване може да се замени само един лагер или да се сменят маслото и други смазващи материали, което отлага необходимостта от пълна замяна на целия редуктор с нов.
Намаляването на прецизността има за основа най-често редуктора
При много роботи на ABB точността намалява, а причината всъщност не е задължително в енкодера или мотора. Защото си мислите: ами, вашата система за управление и след това изчисленията отново са точни; ако обаче самата механична част има люфт, крайното движение пак ще бъде отклонено. Затова при някои роботи на ABB енкодерът е нормален, моторът е нормален, никой не е променял параметрите, но траекторията не е стабилна. При разглобяване на ставите се установява, че редукторът е износен. Това е особено често срещано при заваръчни роботи, които са в експлоатация вече няколко години.
Дали да се ремонтира или да се замени редукторът
Дали да се поправи или да се замени скоростната кутия, зависи от конкретната ситуация. В някои случаи, като например износване на лагерите, неуспех на смазването и само малко люфт, тя може да бъде поправена. Ако обаче зъбчатите колела вътре вече са счупени, гъвкавото колело е изморено и счупено или вътрешният износ е много сериозен, то най-често е по-икономически изгодно директно да се замени с нова. Това се дължи на това, че загубите от просто стояне на робота често са далеч по-скъпи от самата скоростна кутия. Особено в автомобилните производствени линии, където просто един ден просто стояне е достатъчен, за да се закупят няколко скоростни глави.
