¿Cómo Funciona un Alimentador de Tazón Vibratorio? Tipos de Actuadores Explicados

A alimentador de tolva vibratoria es el caballo de batalla silencioso detrás de casi todas las líneas de ensamblaje automatizadas. Toma un montón suelto de piezas pequeñas — tornillos, remaches, terminales, contactos de plata, resortes — y las entrega una a una, correctamente orientadas, a la siguiente estación sin que un operador las toque. Si alguna vez se ha preguntado cómo funciona un alimentador de tolva vibratoria, la respuesta corta es vibración controlada: una unidad de accionamiento sacude la tolva muchas veces por segundo para que las piezas salten a lo largo de una pista en espiral y se alineen en fila india en la salida. El componente que genera esa vibración es el actuador, y el tipo de actuador del alimentador de tolva vibratoria que seleccione determina la velocidad de alimentación, la precisión de orientación, el nivel de ruido, el consumo de energía y cuán delicadamente la máquina trata los componentes frágiles. Para los fabricantes de productos eléctricos de baja tensión, donde un solo MCB o contactor puede contener docenas de piezas diminutas, el alimentador y su actuador son decisivos para el rendimiento de la línea. Esta guía explica el principio de funcionamiento paso a paso y luego compara los principales tipos de actuadores usados en los sistemas modernos de alimentación.

Por Huang Xiaolei | Benlong Automation

¿Qué es un alimentador de tolva vibratoria?

Un alimentador de tolva vibratoria es un dispositivo completamente contenido diseñado para alimentar piezas desde una tolva circular. Consiste en una superficie de contacto llamada pista en espiral que se ofrece de manera uniforme en la tolva circular. Se llena el centro de la tolva con la pieza a granel sin procesar antes de que la vibración empuje las piezas sobre la pista en espiral hacia la salida donde serán procesadas. El alimentador consta de cinco componentes principales:

Tolva y pista en espiral: el contenedor en forma de tubo que sostiene las piezas.
Herramientas de orientación: características encontradas en la pista en espiral de un alimentador vibratorio diseñadas para permitir solo el paso de piezas correctamente orientadas.
Base de accionamiento: la parte inferior del alimentador está diseñada para mantener el alimentador elevado del suelo debido a su naturaleza pesada.
Resortes hoja: son tipos especiales de resortes que se emplean para conectar la tolva a la base del alimentador.
Controlador: proporciona al usuario la capacidad de ajustar la amplitud y la frecuencia de la vibración.

¿Cómo funciona un alimentador de tolva vibratoria?

El principio detrás de esto es bastante sencillo. Un actuador envía pulsos rápidos a la tolva con la ayuda de resortes hoja. Los resortes están colocados en un ángulo, por lo que cada pulso mueve la tolva tanto hacia arriba como en círculo. La tolva no solo se mueve violentamente hacia arriba y hacia abajo, sino que también gira algo sobre su eje mientras se eleva. Cuando el pulso termina, los resortes vuelven a llevar la tolva a la posición inicial, y este proceso continúa muchas veces por segundo.

En cuanto a los objetos en la pista, el rápido movimiento de rodadura crea muchos pequeños saltos. En cada ciclo, la pista se mueve hacia adelante y hacia arriba tan rápidamente que un objeto pequeño sale de la superficie por un momento y se mueve hacia adelante en el aire. Así, miles de veces por minuto estos pequeños saltos hacen avanzar las piezas a lo largo de la espiral.

En particular, hay dos factores clave que afectan el proceso: frecuencia y amplitud. La frecuencia indica cuántas veces se sacude el cuenco por segundo, mientras que la amplitud muestra la distancia de cada sacudida.

El Actuador: De Dónde Proviene la Vibración

La función del actuador — el componente que convierte la electricidad o la presión de aire en vibración — es fundamental para el dispositivo. El actuador está instalado en la base del alimentador y conectado al cuenco del alimentador. El actuador debe producir pulsos temporizados claros con la frecuencia y fuerza correctas. En otras palabras, sus características determinan las capacidades del alimentador: si el actuador proporciona un accionamiento de frecuencia fija y brusca, el alimentador no podría operar a ninguna frecuencia – lo mismo aplica para los accionamientos programables para el movimiento específico y preciso de las piezas en el manejo. La ilustración a continuación muestra los diferentes tipos de actuadores disponibles hoy en día que cubren casi todas las aplicaciones de alimentadores vibratorios de cuenco.

Tipos de Actuadores para Alimentadores Vibratorios de Cuenco

Los actuadores electromagnéticos son con mucho los más comunes. Un alimentador vibratorio de cuenco electromagnético utiliza una bobina energizada por corriente pulsada; cada pulso tira de una armadura de acero unida al cuenco, y los resortes la devuelven. Alimentado por corriente rectificada de la red, la bobina típicamente pulsa a 100 Hz en una red de 50 Hz o a 120 Hz en una red de 60 Hz, y un controlador de tiristores varía la amplitud ajustando cuánto de cada semiciclo llega a la bobina.

Estos dispositivos son duraderos, económicos y fáciles de reparar, razón por la cual su uso en operaciones ordinarias de alimentación es tan extendido. La mayor desventaja es que la frecuencia está conectada con la red eléctrica a menos que se introduzca un controlador de frecuencia variable, por lo que el diseño masa-resorte debe ajustarse mecánicamente. Los actuadores piezoeléctricos usan el mismo principio de elementos piezoeléctricos que se doblan debido al voltaje aplicado en lugar de la bobina. Los cuencos vibratorios piezoeléctricos pesan menos, consumen mucha menos energía, generan poco calor y reaccionan muy rápido, lo que los hace adecuados para artículos ligeros y frágiles o para instalación en salas limpias y en combinación con alimentadores pequeños. La frecuencia está determinada por la electrónica, lo que permite una sintonización ilimitada a la resonancia. Sin embargo, el precio es bajo y la fuerza de accionamiento hoy en día solo es adecuada para tipos de menor tamaño.

Los actuadores electrodinámicos o servomotores incluyen una bobina móvil que utiliza el principio largo y complicado de un altavoz y es gestionada por un amplificador programable. Se puede considerar el dispositivo más flexible de su tipo, ya que todos los parámetros del alimentador vibratorio de cuenco pueden ser programados. Esto permite una gran flexibilidad en el manejo, pero eleva considerablemente el precio.

Los actuadores neumáticos producen vibraciones debido al uso de aire comprimido, por lo que no se necesita electricidad para su funcionamiento. Se utilizan principalmente en situaciones peligrosas y para aplicaciones de alimentación de alta resistencia donde es difícil instalar dispositivos eléctricos. Son simples y fiables, pero difíciles de controlar.

Cómo elegir el tipo de actuador adecuado

Seleccionar el actuador correcto implica un equilibrio entre el rendimiento, la sensibilidad de las piezas, los factores ambientales y el costo. Las siguientes reglas pueden ayudarle en esta situación:

Inocuidad de la pieza: contactos delicados, cables finos o piezas recubiertas funcionan bien con accionamientos piezoeléctricos o servos que permiten movimientos suaves.
Nivel de rendimiento: en operaciones a gran escala, los accionamientos electromagnéticos robustos sirven como soluciones destacadas.
Variedad de productos: las líneas con cambios frecuentes de piezas utilizan el enfoque de control por receta.
Control de frecuencia: en caso de que necesite un rendimiento de alimentación refinado sin estar limitado por la frecuencia de la red eléctrica, opte por tecnologías piezoeléctricas o servo, no por un accionamiento electromagnético.
Condiciones ambientales: las operaciones en locales potencialmente explosivos o polvorientos pueden hacer que abandone los actuadores estándar a favor de los neumáticos.
Ruido y consumo de energía: los dispositivos piezoeléctricos y servo suelen ser menos ruidosos y consumir menos energía que los grandes accionamientos electromagnéticos.
Mantenimiento y costos: si necesita la solución más sencilla y rentable en cuanto a compra y mantenimiento, utilice alimentadores electromagnéticos.

En realidad, la gran mayoría de las plantas de ensamblaje de baja tensión tienden a preferir alimentadores electromagnéticos debido a su fiabilidad y seguridad de operación, y por ello reservan los piezoeléctricos y servos para la manipulación de elementos súper sensibles.

Alimentadores vibratorios de cuenco en el ensamblaje eléctrico de baja tensión

En una línea de ensamblaje para MCB, MCCB, RCCB y contactores AC, un producto final puede consistir en varias piezas pequeñas, todas las cuales deben estar correctamente posicionadas en la etapa requerida del ensamblaje. Algunas piezas que necesitan estar correctamente orientadas son tornillos terminales, tiras bimetálicas, contactos móviles, contactos fijos, resortes, remaches, corredores de arco y pequeñas piezas de plástico. Cada una de estas piezas se suministra utilizando un tipo diferente de alimentador que ha sido fabricado específicamente para esa pieza en particular.

El tipo de actuador importa aquí por dos razones. Primero, varias de estas piezas — contactos de plata, bimetal delgado, terminales recubiertos — se marcan o deforman fácilmente, por lo que un accionamiento ajustable suavemente protege la calidad de la pieza. Segundo, la tasa de alimentación debe coincidir con el tiempo del ciclo del cabezal de ensamblaje; una estación con alimentación insuficiente provoca que la línea se quede sin piezas, mientras que una sobrealimentación causa atascos.. La combinación del actuador y su controlador con la pieza y el tiempo de ciclo es una parte fundamental del diseño de un sistema de alimentación confiable, ya sea que suministre un Línea de montaje automática MCB o alimente sujetadores a un alimentador automático de tornillos.

Los diseños de las herramientas y la elección de sus actuadores están interrelacionados porque un perfil de pista adecuado para clips plásticos ligeros no podrá suministrar de manera constante un componente metálico pesado con la misma amplitud. Por lo tanto, los sistemas de accionamiento se diseñan considerando el componente que van a transportar. En Benlong Automation, los sistemas de alimentación se desarrollan basándose en componentes particulares de cada dispositivo de baja tensión en lugar de usar alimentadores generales basados en catálogos.

Problemas comunes y cómo solucionarlos

Incluso una máquina de alimentación avanzada requiere mantenimiento frecuente. Los problemas comunes pueden incluir los siguientes:

Alimentación lenta o deteniéndose completamente: esto puede ocurrir debido a una configuración baja de la amplitud o problemas con la calidad del resorte. Se recomienda examinar el resorte y reajustar la amplitud.

Pieza atascada en la herramienta: esto generalmente significa que se deben hacer algunos ajustes o que hay demasiadas piezas en el tazón. Disminuya el número de piezas en el tazón y revise la pista de alimentación.

Rebote excesivo: si la amplitud es demasiado alta, las piezas pueden caer fuera de la pista; por lo tanto, es necesario reducirla hasta que la alimentación se realice sin problemas.

Bobina sobrecalentada en accionamientos electromagnéticos: es necesario medir la distancia entre la bobina y el inducido y verificar la configuración de parámetros.

La tasa de alimentación variable significa que el material de la bobina ha cambiado debido al calentamiento.

Inspecciones diarias breves permiten evitar la mayoría de los problemas descritos.

Conclusión

Conocer cómo funciona un alimentador vibratorio de tazón es cuestión de un principio: a través de resortes angulados, la señal sin problemas del actuador se convierte en un salto rotatorio que mueve objetos a lo largo de un equipo en espiral hacia una línea única perfecta. El actuador es la parte principal del mecanismo. El tipo de actuador del alimentador, es decir, electromagnético, piezoeléctrico, electrodinámico o neumático, determina el rendimiento del alimentador en términos de velocidad y precisión. Un accionamiento electromagnético es la opción más comúnmente utilizada para el ensamblaje eléctrico de baja tensión, mientras que los actuadores piezoeléctricos o servo pertenecen a piezas de ensamblaje delicadas o variables.