La importancia de los actuadores en aplicaciones exigentes de envasado

La tarea de seleccionar, dimensionar y aplicar actuadores lineales implica muchas variables, desde la longitud de la carrera y el ciclo de trabajo hasta los requisitos de precisión y exactitud. En última instancia, la adecuación del actuador correcto a la aplicación prevista requiere un examen minucioso de todas las especificaciones implicadas y luego trabajar dentro de las limitaciones de rendimiento, tiempo y presupuesto del proyecto.

Ciertas operaciones de fabricación son más rigurosas que otras, siendo las aplicaciones de final de línea de envasado unas de las más exigentes en lo que respecta a la actuación lineal. Actividades como el paletizado, el embalaje de cajas, el encartonado y el desvío de carriles requieren componentes de movimiento resistentes y fiables.

¿Qué debe saber un ingeniero de diseño o un integrador de sistemas a la hora de seleccionar los actuadores para estas exigentes operaciones de envasado?

A continuación, analizamos en detalle algunos de los aspectos más importantes a tener en cuenta.

Precisión y exactitud

¿Qué nivel de precisión, exactitud y repetibilidad exige la aplicación? En la mayoría de las aplicaciones de final de línea de envasado en las que intervienen actuadores, la repetibilidad de posicionamiento a 50 μm es aceptable. Considera un robot SCARA con un efector final de vacío u otra pinza situada sobre un actuador lineal.

El actuador se utiliza para mover linealmente el robot en varias posiciones para que el efector final pueda recoger cajas y trasladarlas a los palets. El movimiento debe ser repetible, fiable y bastante preciso para que el robot pueda realizar su trabajo, aunque en este caso rara vez se necesita una precisión milimétrica.

Sin embargo, para las tareas que requieren un posicionamiento más preciso, consulta con tu proveedor de actuadores la opción de añadir un codificador lineal.

Los robustos actuadores se adptan a las tareas de envasado de final de línea

Los actuadores lineales diseñados para aplicaciones exigentes de envasado se utilizan para muchos trabajos:

• Embalaje de cajas
• Cartonaje
• Paletización robotizada
• Desvío de carril
•  Envoltura retráctil
• Sistemas de pórtico de varios ejes
• Colocación de robots SCARA en posición
• Desplazamiento de cargas elevadas en ejes paralelos
• Empuje/tracción de pesos pesados

Capacidad de carga

Piensa en las cargas, los momentos y las fuerzas de que deberá manejar el actuador.

En el caso de las aplicaciones de envasado de gran potencia, es probable que esto implique
algunas capacidades de carga dinámica bastante exigentes.

¿Cuánta carga puede soportar el actuador durante las altas velocidades y la aceleración?

Observa atentamente las especificaciones del actuador en cuanto a capacidad de empuje, capacidad de carga dinámica y momentos de flexión. La capacidad de carga está directamente relacionada con la construcción interna de un actuador.

Aunque muchos de los actuadores lineales tienen un aspecto similar desde el exterior, algunos están diseñados para soportar grandes cargas a altas velocidades, mientras que otros solo pueden soportar cargas ligeras a altas velocidades.

Nota: Presta especial atención a las unidades cuando compares los actuadores.
Algunos fabricantes utilizan cifras SI/métricas, mientras que otros emplean unidades estadounidenses o imperiales. Asegúrate de que estás haciendo una comparación entre iguales al mirar los datos de las especificaciones.

Longitud y espacio de deslizamiento

Determine la longitud de la carrera requerida, así como la envolvente volumétrica en la que
debe encajar el sistema. Por ejemplo, ¿se utilizará el actuador para mover un robot a su posición? Si es así, ¿qué distancia tendrá que recorrer el robot en su trayectoria lineal? ¿O se utilizarán varios actuadores para crear un sistema de pórtico cartesiano para desplazar cajas?

En determinados escenarios de envasado de final de línea, tiene sentido construir un sistema de pórtico de tres ejes con actuadores rígidos de alta resistencia para manejar cargas pesadas en lugar de utilizar un robot SCARA con una capacidad de carga útil más limitada.

En muchos casos, un sistema de pórtico puede requerir el mismo o menos espacio volumétrico que un sistema de robot SCARA comparable.

Ciclo de trabajo

Ten en cuenta el perfil de movimiento de la aplicación, el ciclo de trabajo, el tiempo de ciclo y el tiempo de permanencia, además de los requisitos de vida útil. Muchas aplicaciones de envasado, como el paletizado y el encartonado, requieren un movimiento casi constante, ya que los actuadores se mueven de un lado a otro entre las diferentes posiciones.

Asegúrate de preguntar a tu proveedor de actuadores sobre los programas de mantenimiento y lubricación. Algunos actuadores de solo necesitan relubricación después de una vida útil de
20.000 km, mientras que otros exigen una atención más frecuente.

Entorno operativo

¿Cuáles son las condiciones de trabajo a las que estarán sometidos el actuador y el sistema general? ¿Se necesitarán juntas o fuelles especiales para proteger las piezas móviles del actuador del polvo, la humedad u otros contaminantes? Consulta con tu proveedor si están disponibles.

Orientación espacial

¿Cómo se orientará el actuador en el espacio disponible? ¿Cómo se orientarán las cargas y
las fuerzas? Considera también las opciones de montaje. Muchas de las operaciones de envasado requieren un montaje horizontal, aunque el montaje vertical es a menudo necesario en los sistemas multiaxiales y para operaciones como el retractilado.

Cuanta más información proporciones a tu proveedor de actuadores en las primeras etapas del diseño del sistema, más éxito tendrá tu aplicación.

También hay que tener en cuenta las conexiones entre los actuadores en las configuraciones multiaxiales. Algunos proveedores de proporcionan accesorios como soportes y placas transversales diseñados para conectar rígidamente los actuadores entre sí, mientras que otros dejan estas tareas de conexión al usuario final.

Los sistemas mal conectados pueden provocar problemas de desalineación, vibraciones, reducción de la precisión y, en última instancia, fallos.

Velocidad y aceleración

Para seleccionar el actuador adecuado para la tarea de envasado, primero hay que conocer la velocidad de desplazamiento además de las tasas de aceleración y desaceleración requeridas. ¿Es necesario que el actuador se adapte rápidamente a la velocidad de una cinta transportadora en movimiento para poder agarrar los cartones en un punto determinado y luego mover esos cartones a un palé?

Tal vez un robot tenga que colocarse en su posición durante unos segundos mientras completa un movimiento de pick and place y, para replegarse a continuación a su posición original. Estos
son los detalles que tu proveedor de actuadores deberá conocer.

Algunos actuadores de alta resistencia son capaces de soportar cargas elevadas a velocidades de hasta 5 m/s, mientras que otros están más limitados en sus velocidades y capacidades de carga.

Los diseñadores de sistemas de automatización suelen dar prioridad a la velocidad, cuando lo que realmente importa es la aceleración. Descarga nuestro contenido "Guías lineales: ¿velocidad o aceleración?" para saber más 👇

Construcción del actuador

Como se ha mencionado anteriormente, muchos actuadores comparten una apariencia similar a primera vista.

La mayoría están hechos de extrusiones de aluminio anodizado para conseguir resistencia y un peso reducido, pero aquí es donde las similitudes a menudo terminan.

Cuando se especifica un actuador para un uso intenso y cargas exigentes como las que implican las operaciones de envasado de final de línea, vale la pena echar un vistazo con detenimiento.

Un ámbito de interés es el sistema de guías. Busca guías lineales precargadas, que ayudan a mejorar la precisión, la repetibilidad y la rigidez de todo el sistema en movimiento.

Las ruedas guía de plástico o recubiertas de goma pueden funcionar bien al principio, pero
no son tan duraderas o rígidas como las guías precargadas.

También hay que tener en cuenta los rodamientos. Los rodamientos lineales precargados fabricados en acero para máquinas herramienta contribuyen en gran medida a aumentar la rigidez y la precisión del sistema.

En el caso de los actuadores con transmisión por correa, otro aspecto que hay que tener en cuenta es la construcción de ejes y poleas. Busca poleas de acero para lograr resistencia y longevidad. También hay que tener en cuenta cómo está hecho el conjunto de eje y polea:

Los conjuntos mecanizados a partir de una sola pieza de acero impiden que la polea se deslice en
el eje, a diferencia de las disposiciones de componentes múltiples en las que la polea se ajusta a presión al eje.

Además, busca poleas que utilizan bridas robustas atornilladas para guiar la correa en lugar de bridas ligeras que se presionan o se integran en la polea. Por último, busca rodamientos radiales precargados en el accionamiento de la polea en lugar de casquillos de plástico o de bronce. Todos estos detalles conforman un actuador de alta resistencia que puede soportar las exigentes cargas de las aplicaciones de envasado
de final de línea.

Adaptación de la caja de engranajes y el motor

Cuando se trata de especificar actuadores de alta velocidad con transmisión por correa para las exigentes operaciones de envasado, más del 95% requerirá una caja de engranajes o un reductor de velocidad para la adaptación a la inercia y como multiplicador de par.

Algunos proveedores de actuadores incluyen cajas de engranajes planetarios integradas en
como parte de un conjunto completo de actuadores para simplificar las especificaciones.

Otro aspecto sobre el que hay que preguntar es el de los datos del tamaño del motor. Pregunta a
tu proveedor de actuadores si puede proporcionar datos de ingeniería detallados de la aplicación a tu fabricante de motores para que todo el sistema se adapte correctamente a la aplicación
prevista. Algunos proveedores ofrecen esta documentación previa a la ingeniería
como parte de un presupuesto completo.

Descarga el libro blanco con nuestros nueve consejos para elegir el actuador adecuado en diferentes aplicaciones