Reductor RV vs. Antrenare armonică în roboții ABB
Când unele persoane vin pentru prima dată în contact cu roboții industriali ABB, privirea lor este concentrată asupra cabinelor de comandă, a motoarelor servo și a panoului de programare (teach pendant). Totuși, în cele din urmă, modul în care se mișcă un robot — „stabil sau nu, precis sau nu, durabil sau nu” — are rădăcina sa ascunsă, de fapt, în articulații: acei câțiva reductori.
Majoritatea specialiștilor care efectuează întreținerea roboților ABB au întâlnit această problemă legată de angrenaje: după câțiva ani de funcționare, robotul începe treptat să prezinte devieri ale traiectoriei, sudura devine instabilă, apar vibrații și zgomote, iar poziționarea suferă devieri semnificative. În urma unui ciclu complet de verificare, reductorul de viteză din articulații este adesea identificat ca fiind cauza principală. În capul robotului ABB, cele două tipuri cele mai frecvent întâlnite de reductori sunt reductorul RV și reductorul armonic.
Clienții întreabă adesea: „Care este diferența dintre acești doi reductori?”, „De ce trebuie să facă ABB acest lucru? De ce folosește ABB reductori RV pentru unele arburi și reductori armonici pentru altele?”, „Care dintre ei este mai durabil?”, „Care dintre ei este mai precis?”. Astăzi, vom vorbi cu voi, exclusiv din experiența acumulată în atelier. 
Reductorul de reducere din robot, în final, este ceea ce trebuie să realizeze
Motoarele servo pentru roboții industriali, accelerează rapid, dar există o problemă fatală – viteza mare de rotație nu este echivalentul unei forțe mari. În timpul lucrului efectiv, robotul necesită o viteză redusă, un cuplu ridicat, o precizie înaltă și, în același timp, o ieșire stabilă. Gândiți-vă: la sudură, urmărirea traseului de sudură necesită o mișcare extrem de fluidă; atunci când manipulează piese de lucru care cântăresc sute de kilograme, articulațiile trebuie să suporte întreaga sarcină, fără a vibra. Rolul reductorului este de a reduce viteza excesivă a motorului, de a amplifica forța și de a asigura oprirea precisă a arborelui de ieșire în poziția corectă. Prin urmare, reductorul poate fi considerat un „amplificator de forță” și un „păzitor al preciziei” în cadrul articulațiilor. La mulți roboți ABB, de îndată ce reductorul se uzează, puteți observa: traiectoria devine din ce în ce mai instabilă, eroarea de repetabilitate a poziționării crește zilnic, brațul începe să vibreze, iar accelerarea și decelerarea devin progresiv neregulate; calitatea sudurii variază tot mai mult, iar punctele critice declanșează direct alarme.
Reductor RV: suport solid și rezistent la fabricare
Care este rolul reductorului RV? Mulți oameni îl numesc și reductor cicloidal. Cel mai bun lucru despre acesta este unul singur: este rigid și, în special, rezistent la deformare. Este folosit în roboții industriali de mare sarcină pentru a susține brațul robotului; astfel, roboții ABB de mare dimensiune, utilizați în aplicații de sudură, manipulare și paletizare, au în principal în baza, brațul și articulațiile cele mai solicitate ale brațului (de obicei în zona trunchiului) reductoare RV. Gândiți-vă: când întregul braț al unui robot ABB de mari dimensiuni se mișcă în sus, rulmenții din bază trebuie să suporte o forță de inerție enormă. Dacă reductorul nu este suficient de rigid în acea zonă, întregul robot va funcționa ca un om beat, oscilând. Partea cea mai puternică a reductorului RV este tocmai această „asezare rigidă”.
De ce este reductorul RV atât de rezistent? Acest lucru are legătură cu structura sa internă. În cazul unui reductor obișnuit cu roți dințate, în același timp pot fi angrenate una sau două dinții, dar reductorul RV nu funcționează la fel: aici, un număr mare de dinți sunt în contact simultan, iar forța se distribuie uniform. Este ca și cum un grup de oameni ar ridica împreună un obiect greu, în loc să se bazeze pe o singură persoană pentru a-l transporta. Astfel, forța este uniformă, rezistența la șocuri este ridicată, iar riscul de rupere a dinților este redus. De asemenea, acesta poate suporta sarcini grele pe termen lung, în mod stabil. Aceasta este motivul pentru care mulți reductori RV utilizați în roboții industriali ABB de înaltă performanță pot funcționa ani de zile. În special în atelierele de sudură auto, efectul este extrem de vizibil: acei roboți de sudură ABB lucrează zilnic mai mult de zece ore, rotindu-se continuu timp de câțiva ani; primul element care nu mai rezistă, de obicei, nu este controllerul, ci articulațiile părții mecanice, unde jocul apare treptat, datorită uzurii progresive. În general, durata de viață totală a reductorului RV este, într-adevăr, foarte lungă.
Reductor armonic: născut pentru „precizie extremă”.
Reductorul armonic reprezintă o abordare complet diferită față de reductorul RV, care este conceput să fie „construit”, în timp ce reductorul armonic este conceput să fie „extrem de precis”. Reductorul armonic are caracteristici remarcabile: dimensiuni mici, greutate redusă, jocul (backlash) este extrem de scăzut, aproape neglijabil, iar precizia este impresionant de ridicată. Așadar, dacă analizați încheietura robotului ABB, axele respective — în special cele din zona apropiată de capătul uneltei, cum ar fi aplicațiile de vopsire, asamblare de precizie sau manipulare a pieselor mici din industria electronică — folosesc în mod practic exclusiv reductoare armonice. Spațiul disponibil în acea zonă este deja foarte restrâns, iar cerința privind precizia mișcării este excesiv de ridicată, astfel încât reductorul armonic se dovedește a fi soluția perfectă.
De ce poate fi reductorul armonic atât de precis? Cheia stă în faptul că acesta are practic niciun joc de transmisie, ceea ce numim adesea „joc axial”. Multe reductoare obișnuite au această problemă: când capătul motorului se mișcă ușor, ieșirea nu urmărește imediat această mișcare, existând întotdeauna un joc. Cu cât jocul este mai mare, cu atât localizarea robotului devine mai nesigură. Reductoarele armonice se bazează pe un set de principii de transmisie flexibilă, reducând jocul axial la un nivel foarte scăzut. De aceea, puteți simți că încheietura robotului ABB se rotește în mod deosebit de lin, fără senzația acelui joc slab. În special la roboții de vopsire efectul este cel mai evident: dacă duza de pulverizare tremură ușor pe traiectorie, suprafața vopsită prezintă imediat dungi, grosime neuniformă, aspect de coajă de portocală sau scurgeri ale vopselei; de aceea, precizia reductorului armonic de la încheietură este esențială pentru roboții de vopsire.
De ce nu folosește ABB pur și simplu un singur reductor?
Deci de ce nu folosește ABB pur și simplu ambele tipuri, instalând reductoare RV pe axul mare și reductoare armonice pe axul mic? Spus fără ambiguități, roboții industriali necesită în mod intrinsec atât rezistență, cât și precizie, iar fiecare dintre aceste două caracteristici este asigurată de reductoarele RV, respectiv de cele armonice. Abordarea de proiectare a ABB constă, de obicei, în utilizarea reductoarelor RV pentru articulațiile mari din partea frontală și a reductoarelor armonice pentru articulațiile mici din partea posterioară. Astfel, stabilitatea generală sub sarcini grele este asigurată de rigiditatea întregului sistem, iar mișcarea la capătul brațului robotic este suficient de fină, iar controlul traiectoriei este, de asemenea, fluid. De fapt, majoritatea roboților industriali disponibili pe piață în prezent reprezintă astăzi soluția standard.
Care dintre reductoarele RV și cele armonice are o probabilitate mai mare de defectare?
Care este mai ușor de stricat este, de asemenea, întrebarea pe care clienții o formulează întotdeauna. Realist vorbind, nu putem afirma pur și simplu cine este mai delicat decât cine, deoarece aceste componente funcționează în medii diferite. Totuși, conform impresiilor obținute din reparațiile efectuate efectiv în atelier, reductorul armonic este relativ mai „delicat”, dar doar puțin. Acest lucru se datorează faptului că roata flexibilă din interiorul său se află în permanență în stare de deformare elastică; în timp ce efectuează în mod repetat mișcări rapide înainte-înapoi, aceasta se va obișnui progresiv. În special acțiunile cu frecvență ridicată și amplitudine mică, care au loc non-stop, zi și noapte, precum și lucrul cu porniri și opriri frecvente, accelerează uzurarea reductorului armonic. Reductorul RV este mai sensibil la impacturile provocate de sarcini mari, cum ar fi: coliziunile robotului, suprasarcinile, opririle de urgență sau funcționarea prelungită în condiții de inerție ridicată, când suportul devine insuficient — toate aceste situații pot provoca leziuni ascunse ale angrenajelor și rulmenților din interior.
Care sunt semnele precursoare ale unui reductor care se apropie de sfârșitul vieții sale?
În teren, precursorul apariției problemelor la reductor este deosebit de evident, dar mulți oameni inițial cred că problema provine de la servomotor sau motor, iar rezultatul final este totuși un reductor defectuos. Dacă aș trebui să vă indic când să vă gândiți la reductor, aceasta ar fi în momentul în care observați următoarele simptome: poziționarea robotului devine din ce în ce mai inexactă — acesta este cel mai tipic semn. În special la roboții de sudură, inițial punctul de sudură este corect, dar ulterior abaterea crește tot mai mult; recalibrarea punctului zero funcționează bine doar pentru una-două zile, după care problema reapare — în nouă cazuri din zece, acest fenomen este cauzat de uzurarea jocului din reductor. Mișcarea robotului începe să tremure, iar acest efect este deosebit de vizibil la viteze joase; la unele roboți ABB, atunci când folosiți volanta manuală pentru a indica lent un punct, simțiți o succesiune de „salturi”, o senzație de tremurături, fără o mișcare fluidă — cel mai probabil, interiorul reductorului este uzat. Apar și zgomote provenite din articulații: clicuri, sunete de frecare metalică sau bătăi surde — nu le subestimați. În special când rulmenții din reductorul RV sunt deteriorați, zgomotul este extrem de pronunțat, iar mulți operatori continuă să-l folosească în ciuda acestui fapt, până când întreaga articulație se strică definitiv. De asemenea, articulațiile devin foarte fierbinți: odată ce reductorul este uzat, frecarea crește semnificativ, iar temperatura axului devine vizibil mai ridicată decât cea a celorlalte componente; în cazuri extreme, puteți chiar simți mirosul de ulei de ungere deteriorat, asemănător unui miros de pastă arsă.
Cum se întreține pentru a-i prelungi durata de funcționare?
Întreținerea acestei piese este adesea neglijată de numeroase fabrici, în special în ceea ce privește partea mecanică, care este considerată ca fiind suficient de simplă pentru a permite punerea în funcțiune a liniei. Totuși, reductorul robotului este cel mai sensibil la perioade lungi de lipsă de atenție. În special în cazul roboților ABB care lucrează în trei schimburi, insistăm frecvent asupra clienților noștri cu câteva recomandări: observați modificările de temperatură, ascultați zgomotele anormale, simțiți vibrațiile și comparați diferențele față de starea din ziua precedentă; lubrifierea trebuie efectuată regulat, în funcție de condițiile de exploatare. Multe reductoare nu sunt scoase brusc din uz, ci, de fapt, au fost supuse unui proces de uzură prelungit, doar că nimeni nu l-a observat. Detectarea timpurie poate implica înlocuirea unui rulment sau schimbarea uleiului, soluții care pot preveni transformarea întregului reductor în metal vechi.
Scăderea preciziei are, în majoritatea cazurilor, cauză principală reductorul
Multe roboți ABB au o precizie scăzută, iar cauza nu este neapărat în encoder sau în motor. Pentru că vă gândiți: sistemul de control și apoi calculul efectuat sunt precise, însă dacă partea mecanică în sine are joc, acțiunea finală va fi totuși afectată. De aceea, la unii roboți ABB encoderul este în regulă, motorul este în regulă, nimeni nu a modificat parametrii, dar traiectoria nu este stabilă. Când se demontează articulațiile, reductorul s-a uzat. Acest fenomen este foarte frecvent la roboții de sudură care au fost utilizați timp de câțiva ani.
Repararea sau înlocuirea reductorului
Decizia de a repara sau înlocui cutia de viteze depinde de situația reală. În unele cazuri, cum ar fi uzurarea rulmenților, defectarea lubrifierii sau existența unui joc mic, este posibilă repararea. Totuși, dacă angrenajele din interior sunt deja deteriorate, roata flexibilă este obosită și ruptă, sau uzura internă este foarte gravă, atunci, de cele mai multe ori, este mai rentabil să se înlocuiască direct cu una nouă. Acest lucru se datorează faptului că pierderile cauzate de oprirea robotului sunt adesea mult mai costisitoare decât însăși cutia de viteze. În special pe liniile auto, unde o singură zi de nefuncționare este suficientă pentru a achiziționa mai multe reductoare.
