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Parte 1 - Qué es la estantería en los sistemas de pórtico?
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¿Y cómo se puede evitar?
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Los pórticos se diferencian de otros tipos de sistemas multieje (como los robots cartesianos y las mesas XY) por utilizar dos ejes base (X) en paralelo, con un eje perpendicular (Y) que los conecta. Aunque esta disposición de doble eje X proporciona una huella amplia y estable y permite que los sistemas de pórtico ofrezcan una gran capacidad de carga, largos recorridos y una buena rigidez, también puede dar lugar a un fenómeno que se conoce comúnmente como "racking".
Cada vez que se montan dos ejes lineales y se conectan en paralelo, existe el riesgo de que los ejes no se desplacen en perfecta sincronización. En otras palabras, durante el movimiento, uno de los ejes X puede "retrasarse" con respecto al otro, y el eje principal intentará arrastrar a su compañero retrasado. Cuando esto ocurre, el eje de conexión (Y) puede quedar desviado, es decir, dejar de ser perpendicular a los dos ejes X. La situación en la que los ejes X e Y pierden la ortogonalidad se denomina "racking", y puede dar lugar a un atasco cuando el sistema se mueve en la dirección X, así como a fuerzas potencialmente dañinas en los ejes X e Y.
El racking en los sistemas de pórtico puede ser causado por una variedad de factores de diseño y montaje, pero uno de los factores más influyentes es el método de accionamiento de los ejes X. Con dos ejes X en paralelo, los diseñadores pueden elegir entre accionar cada eje X de forma independiente o accionar un eje y tratar el otro como un eje "esclavo" o seguidor.
En aplicaciones de baja velocidad con una distancia relativamente pequeña entre los dos ejes X (carrera corta del eje Y), puede ser aceptable accionar sólo un eje X y permitir que el segundo eje X sea un seguidor, sin mecanismo de accionamiento. En este diseño, una preocupación clave es la rigidez de la conexión entre los ejes, es decir, la rigidez del eje Y.
Dado que el eje accionado está "tirando" del eje no accionado, si la conexión entre ellos experimenta flexión, torsión u otro comportamiento no rígido, cualquier diferencia en la fricción o la carga entre los dos ejes X puede conducir inmediatamente a la deformación y el atasco. Y cuanto más largo sea el eje Y, menos rígido será. Por este motivo, la disposición "seguidor-accionado" se recomienda generalmente para aplicaciones en las que la distancia entre los ejes X es inferior a un metro.
La solución de accionamiento más sofisticada consiste en utilizar un motor independiente en cada eje, con los motores sincronizados en una disposición maestro-esclavo a través del controlador. En esta disposición, sin embargo, los errores de desplazamiento de los accionamientos mecánicos deben estar perfectamente (o casi perfectamente) adaptados; de lo contrario, las ligeras desviaciones en la distancia que cada eje recorre por cada revolución del motor pueden provocar el bloqueo y el atasco.
Para las aplicaciones de pórtico de alta velocidad y precisión, los mecanismos de accionamiento elegidos suelen ser los husillos de bolas y los accionamientos de cremallera. Ambas tecnologías pueden ajustarse de forma selectiva para proporcionar un error lineal similar en cada eje, lo que evita parte de la acumulación de errores que puede producirse en conjuntos de accionamiento no ajustados. Dado que las transmisiones por correa y cadena tienen errores de paso que son difíciles de igualar y compensar, no se recomiendan generalmente para los sistemas de pórtico cuando los ejes X se accionan de forma independiente. Por otro lado, los motores lineales son una excelente opción para los ejes paralelos en los sistemas de pórtico, ya que no tienen errores mecánicos y pueden proporcionar largos recorridos y altas velocidades.
Otra solución -un poco como un compromiso entre las dos opciones descritas anteriormente- es utilizar un motor para accionar los dos ejes X. Esto se puede hacer conectando la salida del eje accionado por el motor a la entrada del segundo eje a través de un acoplamiento de distancia (también conocido como eje de conexión). Esta configuración elimina el segundo motor (y la sincronización correspondiente que sería necesaria).
Sin embargo, la rigidez torsional del acoplamiento a distancia es importante. Si el par que se transfiere entre los ejes hace que el acoplamiento experimente un "enrollamiento", puede producirse un bloqueo y un atasco. Esta configuración suele ser una buena opción cuando la distancia entre los ejes X es de entre uno y tres metros, con requisitos de carga y velocidad moderados.