RV reduktorius prieš harmoninį variklį ABB robotuose
Kai kuriems žmonėms pirmą kartą susipažįstant su ABB pramonės robotais, jų akys nukreipiamos į valdymo skyrius, variklių servomotorius ir mokymo pultus. Tačiau iš tikrųjų robotas juda galutinai „stabiliai ar nestabiliai, tiksliai ar netiksliai, ilgaamžiškai ar neilgaamžiškai“, o visų šių savybių šaknys iš tikrųjų slepiasi sąvarose – tai keletas reduktorių.
Daugelis ABB robotų techninės priežiūros specialistų patyrė šią pavarą: po kelių metų robotas pradeda lėtai rodyti kelio nuokrypį, suvirinimas tampa nestabilus, atsiranda virpesių, triukšmo, pozicionavimo nuokrypis ir kitos problemos; atlikus visą tikrinimą, dažnai pašalinamas greičio reduktorius iš sąvaros. ABB robotų sąvarose dažniausiai naudojamos dvi reduktorių rūšys: viena vadinama RV reduktoriumi, kita – harmonine pavarą.
Klientai dažnai klausia: „Koks skirtumas tarp šių dviejų reduktorių?“, „Kodėl ABB tai turi daryti? Kodėl ABB kai kuriems velenams naudoja RV reduktorius, o kitiems – harmoninius?“ „Kuris iš jų yra ilgiau tarnaujantis?“ „Kuris iš jų tikslusesnis?“ Šiandien kalbėsime su jumis tik remdamiesi dirbtuvėse įgyta patirtimi. 
Redukcinis pavaros mechanizmas robotuose galiausiai nustato, ką reikia gaminti
Pramoniniai robotų servomotorai, sukasi greitai, tačiau tai turi vieną lemtingą problemą – greitas sukimas nereiškia didelės jėgos. Tikrojoje veikloje robotui reikia žemo sukimosi dažnio, didelio sukimo momento, didelės tikslumo ir stabilios išvesties. Pagalvokite: kai vyksta suvirinimas, robotas turi tiksliai sekti suvirinimo siūlę, todėl judėjimas turi būti ypač sklandus; kai perkeliamas šimtų svarų (pav. ~45–50 kg) darbo objektas, sąnariai turi gebėti išlaikyti didelę apkrovą ir neturėti drebulių. Reduktorius sumažina variklio „kvailą“ sukimosi dažnį, padidina jėgą ir taip pat užtikrina, kad išvesties velenas sustotų tiksliai nurodytoje pozicijoje. Todėl reduktorius gali būti laikomas „jėgos stiprintuvu“ ir „tikslumo saugotoju“ sąnariuose. Daugelyje ABB robotų, kai reduktorius susidėvi, tai jaučiama: judėjimo trajektorija vis labiau „plaukia“, kartotinio pozicionavimo klaida kasdien didėja, ranka pradeda drebėti, įsibėgėjimo ir stabdymo metu pasitaiko smūgių, suvirinimo kokybė kinta nuo puikios iki blogos, o stipriausios apkrovos metu tiesiog aktyvuojamas signalizacijos įspėjimas.
RV reduktorius: tvirtas ir atsparus gamybai guolis
Kokia yra RV reduktoriaus funkcija? Daugelis žmonių jį taip pat vadina cikloidiniu reduktoriumi. Šio įrenginio geriausia savybė – viena vienintelė: jis yra labai standus ir ypač atsparus deformacijai. Jis naudojamas sunkiosios pramonės robotuose, kurie turi nešti didelius krūvius, todėl šiuos reduktorius dažniausiai naudoja virškinimo, krovimo, paletizavimo darbams skirti dideli ABB robotai, ypač jų pagrindo, rankos ir rankos sąnariuose – čia būna įmontuoti stipriausi RV reduktoriai. Pagalvokite: kai didelis ABB robotas visą ranką pakelia aukštyn, kiek didelės inercijos jėgos veikia pagrindo kelis guolius! Jei reduktorius toje vietoje nebūtų pakankamai standus, visas robotas dirbtų kaip apsvaigęs ir siūbuotų. RV reduktoriaus stipriausia savybė – šis „kietasis kaulas“.
Kodėl RV reduktorius yra toks stiprus? Tai susiję su jo vidine sandara. Įprastas pavaros reduktorius vienu metu gali turėti vieną ar du dantukus, kurie veikia apkrova, tačiau RV reduktorius yra kitoks – čia vienu metu liečiasi daug dantukų, todėl apkrova pasiskirsto. Tai panašu į grupę žmonių, kurie kartu kelia sunkų daiktą, o ne remiasi vieno asmens jėga. Tokiu būdu apkrova pasiskirsto lygiai, smūgio atsparumas yra stiprus, dantukų lūžimo rizika maža, o ilgalaikis sunkus darbas vyksta stabiliai. Todėl daugelis ABB sunkiosios naudos robotų su RV reduktoriumi gali tarnauti daugelį metų. Ypač akivaizdu automobilių suvirinimo dirbtuvėse: tie ABB suvirinimo robotai kasdien dirba daugiau nei dešimt valandų, nuolat sukdamiesi keletą metų iš eilės; dažniausiai pirmiausia nebeišlaiko ne valdymo sistema, o mechaninės jungtys – pamažu susidėvi ir susidaro tarpai. Vis dėlto bendrai paėmus, RV reduktoriaus tarnavimo trukmė tikrai ilga.
Harmoninis reduktorius: gimęs „ekstremaliai tikslumui“.
Harmoninis reduktorius visiškai skiriasi nuo RV reduktoriaus, kuris sukurtas būti „statomas“, tuo tarpu harmoninis reduktorius sukurtas būti „ekstremaliai tikslus“. Harmoninio reduktoriaus ypač akivaizdūs bruožai: mažas dydis, lengvas svoris, žymiai mažas atgrąžos momentas – beveik nepastebimas, aukštas tikslumas, kuris kelia siaubą. Todėl pažvelkite į ABB robotų rankų sąnarius, ypač arti įrankio galinės dalies, pvz., dažymo, tikslaus surinkimo ar mažų detalių griebimo procesuose elektronikos pramonėje naudojamų robotų rankose beveik visur naudojami harmoniniai reduktoriai. Šioje srityje erdvė jau labai ribota, o judėjimo tikslumo reikalavimai – netgi išpūsti aukštai, todėl harmoninis reduktorius tinka kaip tik šiam tikslui.
Kodėl harmoninis reduktorius gali būti tokio tikslumo? Pagrindinė priežastis ta, kad jame beveik nėra perdavimo žaibo – tai, ką dažnai vadiname „atgaliniu žaibu“. Daugelis įprastų reduktorių turi šią problemą: kai juda variklio galas, išėjimas nedelsiant nepradeda judėti kartu su juo – visada yra tam tikras žaibas. Kuo didesnis šis žaibas, tuo mažiau tiksliai robotas gali nustatyti savo padėtį. Harmoniniai pavaros blokai remiasi lankstaus perdavimo principu, kuris sumažina atgalinį žaibą iki labai žemo lygio. Todėl ABB robotų riešo sukimosi juntama ypatingai sklandžiai, be to laisvo žaibo pojūčio. Ypač akivaizdu dažymo robotuose: jei purškimo pistoleto trajektorija šiek tiek dreba, dažymo paviršiuje nedelsiant atsiranda juostos, netolygus storis, apelsininė oda arba purškimo praleidimai, todėl dažymo robotų riešo harmoninių reduktorių tikslumas yra ypač svarbus.
Kodėl ABB tiesiog nepanaudoja vieno pavaros bloko?
Taigi kodėl ABB tiesiog nepanaudoja abiejų tipų reduktorių – RV didžiajam ašies jungčių blokui ir harmoninių mažajam ašies jungčių blokui? Švelniai tariant, pramoniniai robotai iš esmės reikalauja tiek jėgos, tiek tikslumo, o šiuos du parametrus užtikrina atitinkamai RV ir harmoniniai reduktoriai. ABB projektavimo požiūris dažniausiai yra naudoti RV reduktorius storojo (priekinio) ašies jungčių bloko didžiosioms jungtims, o harmoninius reduktorius – plonojo (užpakalinio) ašies jungčių bloko mažosioms jungtims. Tokiu būdu robotas pasiekia pakankamą bendrąją standumą sunkiai apkrovai stabilizuoti, o galutinis veiksmas būna pakankamai tikslus, taip pat lygus judėjimo trajektorijos valdymas. Iš tikrųjų dauguma dabartinėje rinkoje esančių pramoninių robotų naudoja šią pagrindinę konfigūraciją.
Kuris reduktorius – RV ar harmoninis – labiau linkęs sugesti?
Kas lengviau sulaužyti – tai taip pat visada klausia klientai. Realistiškai kalbant, negalime tiesiog pasakyti, kuris yra jautresnis už kitą, nes jie veikia skirtingose aplinkose. Tačiau remiantis faktiniais dirbtuvėse atliekamų remontų įspūdžiais, harmoninis reduktorius yra santykinai šiek tiek „jautresnis“. Tai dėl to, kad jo viduje lankstus ratukas nuolat yra tamprios deformacijos būsenoje, ilgą laiką dažnai svyruodamas pirmyn ir atgal, todėl pamažu įvyksta nuovargis. Ypač didelį poveikį turi aukšto dažnio mažo amplitudės judėjimai, veikiantys nepertraukiamai dieną ir naktį, bei dažni paleidimo ir sustabdymo ciklai – tai greičiau sukelia harmoninio reduktoriaus ausčių nusidėvėjimą. RV reduktorius labiau bijo didelių apkrovų smūgių, pvz., robotų susidūrimų, perkrovos, staigaus sustabdymo arba senėjimo aukštos inercijos sąlygomis, kai sunku išlaikyti stabilumą; šiuose atvejuose vidiniai gear’ai ir guoliai gali patirti nepastebimus („tamsiuosius“) pažeidimus.
Kokie yra priešistoriniai požymiai, rodantys, kad pavarų dėžė miršta?
Lauke reduktoriaus pirmtakas, kuris išsprendžia problemas, yra ypač akivaizdus, tačiau daugelis žmonių iš pradžių manė, kad tai yra servovariklis arba variklis, o rezultatas – reduktorius. Jei norėtumėte, kad aš pasakyčiau, kai susiduriate su šiais simptomais, turėtumėte pagalvoti apie reduktorius. Robotų pozicionavimas tampa vis netikslingesnis – tai labiausiai tipiškas požymis. Ypač suvirinimo robotams: iš pradžių suvirinimo taškai yra tikslūs, vėliau nuokrypis vis labiau didėja; nustatę nulinį tašką, viskas veikia gerai vieną ar du dienas, o po to vėl prasideda klaidos – tokiais atvejais devyniais iš dešimties atvejų priežastis yra reduktoriaus žingsnio dėl dilimo. Robotų judėjimas pradeda drebučiuoti, ypač žemo greičio metu. Kai kurie ABB robotai, kai rankiniu būdu lėtai nustatote poziciją naudodami rankinį ratuką, jaučiate, kad judėjimas vyksta „šuoliukais“, jaučiamas virpėjimas, nevienodumas, o judėjimas nėra pakankamai sklandus – labiausiai tikėtina, kad viduje įvyko dėvėjimasis. Sujungimuose girdimi triukšmai: „čiak“, metalo trinties garsai, žemi garsai – neverta juos ignoruoti. Ypač kai RV reduktoriaus guoliai sugenda, triukšmas yra ypač akivaizdus, tačiau daugelis žmonių vis dar tęsia eksploataciją, kol galiausiai visiškai sugenda visas sujungimas. Taip pat sujungimai stipriai įkaista: kai reduktorius dėvi, trintis padidėja, todėl pajuntate, kad veleno temperatūra aiškiai aukštesnė nei kitų komponentų, o esant stipriam įkaitimui net galite užuosti tepalo suskilimo kvapą.
Kaip jį prižiūrėti, kad tarnautų ilgiau?
Šio komponento priežiūra – daugelis gamyklos darbininkų linkę ignoruoti mechaninę dalį ir manyti, kad pakanka tiesiog įjungti į liniją. Tačiau robotų reduktorius labiausiai bijo ilgo laiko likti neprižiūrimas. Ypač tai pasakytina apie trijų pametų keitimosi režimu veikiančius ABB robotus. Mes dažnai primename klientams kelis dalykus: stebėkite temperatūros pokyčius, klausykite triukšmo, jaučiame vibraciją, atidžiai stebėkite, ar skirtumai nuo ankstesnių dienų nėra didesni, taip pat reguliariai tikrinkite tepalo būklę. Daugelis reduktorių nėra staiga išmesti į šiukšles – iš tikrųjų jie ilgą laiką trina vienas kitą, tik niekas to nepastebėjo. Ankstyvas aptikimas leidžia pakeisti guolį arba pakeisti tepalą – taip galima išvengti viso reduktoriaus paverčiamo metalinėmis šiukšlėmis.
Tikslumo sumažėjimo priežastis dažniausiai slepiasi reduktoriuje
Daugelis ABB robotų tikslumas sumažėja ne dėl to, kad būtų sugenda koduoklis ar variklis. Nors galvojate: „Valdymo sistema ir skaičiavimai yra tikslūs“, tačiau jei pati mechaninė dalis turi žaidimą, galutinis judėjimas vis tiek bus nuokrypis. Todėl kai kurių ABB robotų koduokliai veikia normaliai, varikliai taip pat veikia normaliai, niekas nepakeitė parametrų, tačiau judėjimo trajektorija nėra stabilioji. Kai sujungiamosios jungtys išmontuojamos, reduktorius jau yra susidėvėjęs. Tai ypač dažna reišmė kelių metų naudojamoms viršinimo robotams.
Ar remontuoti ar keisti reduktorius
Ar keisti pavarų dėžę, ar ją remontuoti, priklauso nuo faktinės padėties. Kai kuriais atvejais, pvz., guolių nusidėvėjimo, tepalo nepakankamumo ar nedidelio žaidimo atveju, pavarų dėžę galima suremontuoti. Tačiau jei viduje esantys pavaros jau sulūžę, lankstusis ratas išsivijo ir sulūžo arba vidinis nusidėvėjimas yra labai rimtas, dažnai ekonomiškiau tiesiog pakeisti nauja pavarų dėžę. Tai ypač aktualu dėl robotų prastovos sukeltų nuostolių, kurie dažnai būna žymiai didesni nei pati pavarų dėžė. Ypač automobilių gamybos linijose vienos dienos prastova gali kainuoti tiek, kiek kelios pavarų dėžės.
