Кабеловодене в индустрията

Множество индустриални кабели и маркучи пренасят енергия, данни и флуиди от неподвижни източници към движещи се механизми. Обикновено те трябва да бъдат направлявани и защитени от външните натоварвания, характерни за производствената среда. Тези функции се изпълняват от системите за водене на кабели и маркучи.

Носещата структура обхваща кабелите и маркучите и улеснява воденето им, същевременно удължавайки експлоатационния им живот. Тези системи могат да бъдат под различна форма – от отворени вериги до напълно затворени тръби, и се предлагат в изпълнение от разнообразни материали.

Отделните производители използват няколко термина за този тип продукти, сред които кабелни носачи, кабеловодещи вериги, енергийни вериги, кабелни водачи и др. Независимо от използваното наименование, носачите предоставят лесен начин за поддържане на електрически, хидравлични, пневматични и други линии в правилна позиция върху оборудването, както и за предпазването им от износване, закачане, оплитане и прекомерно огъване при движение на машината.

Кабеловодещите вериги осигуряват допълнителна защита срещу заваръчни пръски, горещи метални стружки от процеси на механична обработка и други отломки с износващо действие. Ползите включват повишено ниво на безопасност за операторите, по-малко производствени прекъсвания и поддръжка, по-ниски оперативни разходи и по-дълъг експлоатационен живот.

Кабелните носачи намират изключително широко приложение – използват се както за принтери, така и на нефтени платформи. Често се случва полагането на кабелите да е на по-заден план за производителите на оборудване и то да се разглежда на по-късен етап от цикъла на разработване на продукта. Понякога основни критерии при избора на кабеловодеща верига са цената и доставката. Използването на неподходящ кабелен носач обаче бързо може да се окаже по-скъпо от първоначалната му цена, в случай че продуктът се повреди неочаквано или се износи преждевременно.

Конструкция и материали

Кабелните водачи се предлагат в различни конструкционни варианти, като най-простият модел включва успоредни странични елементи, свързани с напречни сегменти. Някои конструкции са напълно затворени, докато други са отворени между отделните звена. Друга разновидност са напълно затворените кабелни канали с премахващи се капаци, осигуряващи достъп до кабелите.

Повечето кабелни носачи на пазара са или изцяло пластмасови, изцяло метални, или хибридни, които комбинират предимствата на двата материала (обикновено полимерни странични пластини със стоманени или алуминиеви напречни сегменти). Все по-важно значение в много приложения придобива теглото на кабеловодещата верига, тъй като за придвижването на по-тежките системи е необходима по-висока мощност. Често, от съображения, свързани с енергийната ефективност, най-предпочитани са носачите, изработени от олекотена пластмаса.

Продуктите с относително по-ниска цена са изработени от найлон или подсилен със стъклени влакна найлон, като те са подходящи за средни натоварвания и скорости. Тези материали обаче стават ронливи при ниски температури, а много от тях поглъщат вода, което ги прави нестабилни в среди с висока влажност.

Друга част от кабелните носачи се произвеждат от инженерни полимери като свръхвисокомолекулен полиетилен, политетрафлуоретилен (PTFE), полиоксиметилен и други подобни материали. Комбинирането на тези по-издръжливи материали с по-висока якост с нови конструкции позволява замяната на хибридните и металните носачи с такива, изработени само от полимер. Други ползи, освен по-ниското тегло, са ниски нива на шум при експлоатация, корозионна устойчивост и липса на необходимост от смазване.

Изцяло пластмасовите отворени кабелни водачи, които се предлагат в широка гама от размери и конструкции, са предпочитаното решение за повечето приложения с леки до средни натоварвания, при които скоростта и дългите ходове са фактори от ключово значение. Иновативните конструкции опростяват инсталацията и поддръжката, а отварящите се варианти осигуряват бърз достъп до кабелите.

Размерите варират от решения за кабели с диаметър около 1,3 см2 до кабеловодещи вериги за кабели и маркучи с диаметри над 10 см. Дължините на ходовете могат да бъдат над 400 м. Типичните приложения включват металообработващи машини, pick-and-place индустриални роботи и по-леки промишлени процеси.

Изцяло затворените пластмасови кабеловодещи вериги с конструкция на звена са затворени в горния и долния си край, за да предпазят кабелите и маркучите от увреждащите условия на средата. Те функционират добре при високи скорости и с подходящо направление могат да бъдат използвани за ходове с дължина от няколкостотин метра. Методът на затваряне може да е различен, но няколко конструкции позволяват лесен достъп до кабелите или маркучите посредством отстраняващи се ленти или пластини.

Стоманата обикновено се избира за конструкционен материал при тежки приложения с екстремни натоварвания, силни удари и вибрации или горещи, агресивни среди, например в леярни. Тези кабелни носачи се предлагат с отворена и затворена конструкция, както и под формата на защитни тръби с малки извивки, предназначени за предпазване на кабелите и маркучите от стружки, заваръчни пръски, смазочно-охлаждащи течности и други замърсители.

Повечето кабелни носачи предлагат линейни ходове, но някои видове оборудване, например 6-осен робот, изисква поддръжка и водене на кабелите в няколко направления. Многоосните кабелни носачи представляват модулни тръби със сферични шарнирни съединения между пластмасовите сегменти, които осигуряват възможност за свободно движение по няколко оси. Тръбата може да се огъва и предоставя необходимата опора за съвременните кабели и маркучи, без да е нужно използването на вътрешна стоманена поддържаща структура. Обикновено външната им повърхност е изключително гладка, което позволява плъзгането на кабелния носач по оборудването без риск от закачане или оплитане.

Избор на подходящо решение

Кабеловодещите вериги са неразделна част от една машина и трябва да бъдат взети предвид на ранен етап от процеса на проектиране. Инженерите трябва да съберат необходимите данни за инсталацията, включително дължина на хода, размер и тегло на кабелите или маркучите, работната среда (замърсеност, екстремни температури и химикали), както и за скоростта и ускорението на машината.

Два от най-важните фактори са размерът и якостта. Добър подход е при оразмеряване на кабелния носач да се остави 10% луфт около кабелите (20% около маркучи), за да се предотврати слепването им. Резултатът представлява минималният вътрешен размер на кабеловодещата верига. Като цяло, експертите препоръчват кухината на носача да се запълва на не повече от 60% с цел да се избегнат увреждания на кабелите.

Често обаче се случва кабелните носачи да се избират само по размер. Макар да е факт, че е нужно кабелите да могат да се движат във вътрешността на веригата, нейната здравина е не по-маловажен фактор. Кабелният носач трябва да може да издържи на силите на ускорение в резултат на движението на механизма.

Сред свързаните с якостта фактори са общото тегло на кабелите, дължината на хода, максималното ускорение и др. Доставчиците на кабеловодещи вериги могат да помогнат при определянето на граничното натоварване и избора на подходящото решение. Някои производители предлагат и онлайн инструменти, които допълнително улесняват процеса. Потребителите въвеждат данни за пространствени ограничения, диаметри на кабелите, предпочитана конструкция, необходими сертификати и други специални съображения, след което програмата генерира списък с подходящи продукти за конкретното приложение. Други онлайн инструменти дават насоки за конфигурирането и разделянето на кабелите и прогнозират експлоатационния живот на кабеловодещата система въз основа на работните условия.

Някои производители предлагат няколко класа кабелни носачи в даден диапазон на размери. Изборът на кабеловодеща верига, предназначена за по-леки приложения, за приложение с високо ускорение може да доведе до повреди и престой на машината. От друга страна, изборът на предназначен за тежки работни условия носач за приложения, при които натоварването е малко, е загуба на финансови средства.

Други фактори

Кабеловодещите вериги се предлагат и с различна възможност за огъване, която се дефинира чрез минималния радиус на огъване. Неговата стойност трябва да е равна или да надвишава препоръчителния минимален радиус на огъване на кабела с най-малка гъвкавост, който ще бъде воден от веригата. Ако радиусът на огъване е по-голям, натоварването върху кабелите е по-малко, което удължава експлоатационния им живот. Експертите препоръчват радиусът на огъване да е поне 8 до 10 пъти външния диаметър на кабела с най-голямо напречно сечение.

Кабелите с различно напречно сечение имат различни характеристики на огъване. Ако кабелите се разположат във веригата на случаен принцип, е почти сигурно, че ще се стигне до взаимодействие между тях, което в крайна сметка ще доведе до пречупване на проводниците, ускорено износване на обшивката им или и двете.

Решението в този случай е инсталирането на сепаратори, разделящи кабелите с различно напречно сечение в кабеловодещата верига. Някои производители предлагат гъвкави системи от вертикални и хоризонтални сепаратори, позволяващи на потребителя да адаптира вътрешната конфигурация на кабелния носач според спецификациите му.

Дължината на кабеловодещата верига зависи от монтажа и конфигурацията на машината, но типично е приблизително колкото половината от общия ход плюс дължината на извивката. Обикновено единият край на кабелното трасе е подвижен, а другият е фиксиран. Съществуват две основни монтажни конфигурации – централна или изместена. В първия случай кабелното трасе се движи наполовина наляво и наполовина надясно спрямо фиксираната точка, т. е. фиксираната точка е в средата. При тази конфигурация се използва верига с възможно най-малка дължина. При изместения монтаж движението не се извършва на еднакви разстояния от фиксираната точка. Понякога трасето не може да бъде монтирано централно поради ограничения на машината.

Често срещан проблем е несполучливото поддържане и направляване на веригата в приложения с големи дължини на хода. Повечето кабеловодещи вериги не се нуждаят от допълнителни опори, когато дължината на хода и натоварванията са малки. Производителите предоставят данни за възможната непридържана дължина на веригата като функция на хода и теглото. При превишаване на тази дължина веригата провисва. В някои приложения провисването в малка степен е допустимо, но в други последствията от това могат да са катастрофални. Това налага използването на опорна система, която да предотврати прекомерното триене, износване и увреждане. Тези системи включват ролки, конвейерни опори и подвижна рамка, която поддържа носача по продължение на целия му ход. Пластмасовите кабеловодещи вериги имат много по-нисък коефициент на триене, което позволява плъзгането им върху собствената им повърхност. Независимо от конструкцията, когато веригата се използва в позиция, различна от хоризонтален фланцов монтаж, следва да се направи консултация с производителя, тъй като често в такива случаи има нужда от специални опори.

За всяко взискателно приложение кабеловодещата верига трябва да е устойчива на външните напрежения, характерни за работната среда. Повечето електрически кабели например не са проектирани да издържат на непрекъснатите напрежения на опън, натиск и срязващи сили, на които са подложени кабеловодещите вериги.

Продължителното огъване на повечето кабели води до спираловидното им навиване – основна причина за пречупването на проводниците, а самата спирала може да закачи и увреди и други кабели. Вътрешната структура на кабела трябва да бъде специално проектирана с изолирани проводници, за да се избегне този ефект. В допълнение материалът за обшивката на кабела трябва да бъде устойчив на износване и достатъчно гладък, за да се плъзга лесно по другите кабели и самата кабеловодеща верига. Кабелите, проектирани специално за кабелни носачи, не са много, но изборът на такъв се изплаща многократно чрез по-дълъг експлоатационен живот.

Независимо от приложението, винаги трябва да се прилага облекчаване на силата на опън на кабелите в движещия се край, а когато е възможно – и в двата края. Неправилното облекчаване на силата на опън или липсата му са разпространена причина за повреда на кабелите. За целта се предлагат специализирани аксесоари като профилни шини, фиксатори, кабелни връзки и др.