Агонія вибору

Кабельні основи: динамічний рух

Правильно обраний кабель для промислового застосування - одне з найбільш важливих проектних рішень будь-якої комплексної системи. Однак, спеціалісти проектних організацій не приділяють даному питанню належної уваги. Як кровоносна система у організмі людини, так кабель та дроти життєво важливі для передачі енергії та сигналів без збоїв та своєчасно у системі автоматизації. Що радять врахувати експерти Lapp Group у момент прийняття рішення?

 

Кабель призначений для прокладки у буксовані кабельні ланцюги, перебуває під впливом високих механічних навантажень. Особливо у високо динамічних системах важливими факторами є – термін експлуатації кабелю, відносно мала його вага, мінімальний радіус вигину та компактність. Наразі сучасні системи автоматизації демонструють достатньо високі показники ефективності - швидкість обробки даних до 5 м/с, прискорення динамічних компонентів до 50 м/с², максимальна відстань пересування. Очевидно, що кожний компонент має бути максимально адаптованим відповідно до вимог, враховуючи кабель, кабельні аксесуари, буксовані кабельні ланцюги та системи прокладки кабелю.

 

Лише за умови повної інформації відносно середовища експлуатації системи, рішення щодо вибору кабелю та буксованих ланцюгів буде зроблено правильно. Відправною точкою є фізичні сили, що діють на них. У процесі мають бути розглянуті наступні механічні навантаження.

 

Навантаження на розтягнення 

·         Статично-вертикальна сила, така як сила тяжіння діє на стаціонарно прокладений кабель

·         Динамічно-горизонтальна сила, діє внаслідок прискорення кабельного ланцюгу

·         Статично-динамічна сила виникає під час вертикального руху кабельного ланцюгу, коли на нього діє сила тяжіння та прискорення

Навантаження на перегин – передбачає три різні варіанти

·         Простий перегин – у одній визначеній точці

·         Тривалий перегин – постійне перегинання кабелю по всій його довжині

·         Перегин у направляючих – постійний перегин з використанням направляючих компонентів

Кабель призначений для прокладки у кабельні ланцюги перебуває під впливом навантажень третьої групи. Це є критично важливим критерієм.

 

Торсуюче скручення -  повздовжне скручення кабелю у робототехніці.  Для таких випадків, передбачена спеціальна конструкція кабелю, яка є суттєво відмінною  від конструкції кабелю для високих механічних навантажень на перегин. У той час, коли для поперечної гнучкості кабелю важливим є максимальне групування жил, торсуюче навантаження вимагає значно більшого кроку зкручення.

Як правило, має бути враховано: довжина пересування, максимальне прискорення і швидкість, мінімальний радіус вигину кабелю, загальна вага системи (враховуючі кабельний ланцюг і кабелі), бажаний термін експлуатації.

 

Вибір оптимальної ізоляції – молекулярний склад матеріалу визначає його основні фізичні характеристики, такі як  вогнестійкістю чи стійкість до мастил. У свою чергу, такі ознаки є визначальними придатності матеріалу у якості кабельної ізоляції. Полівінілхлорид (ПВХ) домінує на ринку кабельної ізоляції, хоча інші матеріали також використовуються, такі як, термопластичні еластомери, поліуретан і поліпропілен.

 

Для кожного матеріалу є характерними унікальні властивості, які роблять кабель придатним для експлуатації у тій чи іншій середі. Наприклад, ПВХ гарантує відносно високу механічну міцність, гарний опір ізоляції та гнучкість за «розумною ціною». Для порівняння, кабель з оболонкою із поліуретану стійкий до мікробів та має високу стійкість до стирання, міцність на розрив, стійкість проти деяких мастил та гарну гнучкість.

 

Загалом, кабель та дроти у високо динамічній прокладці повинні витримувати силу прискорення до 50 м/с². Тим не менш, прискорення не є основним фактором при виборі матеріалів — момент гальмування набагато більш критичний. За долі секунди кабельний ланцюг припиняє рух. Для виключення розривів, кабель має бути достатньо міцним, що може бути гарантовано лише завдяки ізоляції.

 

Матеріал оболонки – інше важливе питання. Поліпропілен є найбільш загально використовуваним за рахунок  чудових ізоляційних властивостей у поєднанні з високою міцністю і низькою щільністю. Це означає скорочення необхідного матеріалу та ваги кабелю, у той же час підвищення його гнучкості. У свою чергу це транслюється на зниження енерговитрат, подовження терміну експлуатації кабелю та росту загальної ефективності системи в цілому.

 

Радіус вигину і метод скрутки

Ізоляція та оболонка кабелю неминуче піддаються зношенню під час ковзання та корозійному впливу. Зношені деталі мають регулярно замінюватись. Що стосується радіусу вигину, правило номер один: більший мінімальний радіус вигину кабелю вимагає більшого простору для прокладки кабельного ланцюгу. На додаток, конструкція кабелю також відіграє не останню роль. Існує декілька типів скрутки жил: пошарова та пучками.

 

Значними перевагами пошарової скрутки жил є відносно невеликий діаметр кабелю в цілому, а також легкість у монтажі. Скрутка жил у пучки, зазвичай, виправдовує себе при явності від 12 жил у конструкції кабелю. Що стосується терміну експлуатації,  численні випробування в лабораторії Lapp, засвідчили зовсім невеликі відмінності між двома типами скрутки. Важливими характеристиками кабелю із подібною конструкцією є стійкість до торсіонних навантажень та компактність, а отже розміри кабельного ланцюгу можуть бути зменшені. Наступним кроком, після вибору кабелю, має бути саме вибір кабельного ланцюгу. Така послідовність є єдино правильною.

 

В першу чергу важно оцінити вагу кабельного ланцюгу, адже сила, що виникає в наслідок динамічного руху, залежить саме від маси. З ціллю виключення великих зусиль для прискорення  чи зупинки, логічним є те, що маса має бути мінімізована. Зменшення поверхні ковзання та скорочення енерговитрати на обслуговування кабельного ланцюгу  також можна віднести до позитивних наслідків.

 

Корисні поради з монтажу. Першим правилом при монтажі кабельного ланцюгу є дотримання максимально короткої відстані пересування. Крім того, важливим є  забезпечення плавної та надійної взаємодії усіх елементів системи. Майте на увазі, що не кожен кабельний ланцюг здатний до прискорення до 50 м/с². В цілому, динамічні системи потребують надійного, малогабаритного та стійкого до механічних навантажень кабелю.