Агония выбора

Правильно выбранный кабель для промышленного применения - одно из наиболее важных проектных решений любой комплексной системы. Тем не менее, зачастую, специалисты проектных организаций не уделяют ему должного внимания. Как кровеносная система в организме человека, так кабель и провода жизненно важны для бесперебойной и своевременной передачи энергии и сигналов в системе автоматизации. Что советуют учесть эксперты Lapp Group в момент принятия решения?

Кабель, предназначенный для прокладки в буксируемые кабельные цепи, находится под воздействием высоких механических нагрузок. Особенно в высоко динамичных системах важными факторами являются - срок эксплуатации кабеля, относительный его вес, минимальный радиус изгиба и компактность. Сегодня современные системы автоматизации демонстрируют достаточно высокие показатели эффективности - скорость обработки данных до 5 м/с, ускорение динамических компонентов до 50 м/с², максимальное расстояние передвижения. Очевидно, что каждый компонент должен быть максимально оптимизирован в соответствии с требованиями, в том числе кабель, кабельные аксессуары, буксируемые кабельные цепи и системы прокладки кабеля.

Только при условии полной информации относительно среды эксплуатации системы, решение по выбору кабеля и буксируемой цепи будет сделано правильно. Отправной точкой являются физические силы, действующие на них. В процессе должны быть рассмотрены следующие механические нагрузки.

Нагрузка на растяжение

- Статическая вертикальная сила, такая как сила притяжения действует на стационарно проложенный кабель

- Динамично горизонтальная сила, действует вследствие ускорения кабельной цепи

- Статически-динамическая сила возникает при вертикальном движении кабельной цепи, когда на кабель действует сила тяжести и ускорение

Нагрузка на изгиб - предусматривает три различных варианта

- Простой изгиб - в одной определенной точке

- Длительные изгибы – постоянные изгибы кабеля по всей его длине

- Изгиб в направляющих - постоянный изгиб с использованием направляющих компонентов

Кабель, предназначенный для прокладки в кабельные цепи находится под воздействием нагрузок третьей группы. Это является критически важным критерием при выборе кабеля.

Торсионное скручивание – продольное скручивание кабеля в робототехнике. Для таких случаев, предусмотрена специальная конструкция кабеля, которая существенно отличается от конструкции кабеля для высоких механических нагрузок на изгиб. В то время, когда для поперечной гибкости кабеля важна максимальная группировка жил, торсионные нагрузки требуют значительно большего шага скрутки. 

Как правило, должно быть учтено: длина передвижения, максимальное ускорение и скорость, минимальный радиус изгиба кабеля, общий вес системы (учитывая кабельную цепь и кабели), желаемый срок эксплуатации.

Выбор оптимальной изоляции – молекулярный состав материала определяет его основные физические характеристики, такие как огнестойкость или устойчивость к маслам. В свою очередь, такие признаки являются определяющими для пригодности  материала в качестве кабельной изоляции. Поливинилхлорид (ПВХ) доминирует на рынке кабельной изоляции, хотя другие материалы также используются, такие как, термопластичные эластомеры, полиуретан и полипропилен.

Для каждого материала характерны уникальные свойства, которые делают кабель пригодным для эксплуатации в той или иной среде. Например, ПВХ гарантирует относительно высокую механическую прочность, хорошее сопротивление изоляции и гибкость по «разумной цене». Для сравнения, кабель в оболочке из полиуретана, устойчивый к микробам и имеет высокую стойкость  к истиранию, прочность на разрыв, устойчивость к маслам и хорошую гибкость.

В общем, кабель и провода в высоко динамичной прокладке должны выдерживать силу ускорения до 50 м/с². Тем не менее, ускорение не является основным фактором при выборе материалов - момент торможения гораздо более критичен. За доли секунды кабельная цепь прекращает движение. Для исключения разрывов, кабель должен быть достаточно прочным, что может быть гарантировано только благодаря изоляции.

Материал оболочки – второй важный вопрос. Полипропилен является наиболее используемым за счет отличных изоляционных свойств в сочетании с высокой прочностью и низкой плотностью. Это означает сокращение необходимого материала и веса кабеля, в то же время повышение его гибкости. В свою очередь это способствует снижению энергозатрат, увеличению срока эксплуатации кабеля и повышению общей эффективности системы в целом.

Радиус изгиба и метод скрутки

Изоляция и оболочка кабеля неизбежно подвергаются износу во время скольжения и коррозионного воздействия. Изношенные детали должны регулярно заменяться. Поддержка максимальной производительности и срока эксплуатации требуют точного протокола тестирования.

Кабельная продукция проходит испытания на 1 млн. циклов изгиба, что является подтверждением его надежности при подвижной прокладке.

Что касается радиуса изгиба, правило номер один: большой минимальный радиус изгиба кабеля требует большого пространства для прокладки кабельной цепи. Более того, конструкция кабеля также играет не последнюю роль. Существует несколько типов скрутки жил: повивная и пучками.

Значительными преимуществами повивной скрутки жил является относительно небольшой диаметр кабеля в целом, а также легкость в монтаже. Скрутка жил в пучки, как правило, оправдывает себя при наличии от 12 жил в конструкции кабеля. Что касается срока эксплуатации, многочисленные испытания в лабораториях Lapp, показали совсем небольшие различия между двумя типами скрутки. Важными характеристиками кабеля с подобной конструкцией является устойчивость к торсионной нагрузке и компактность, а значит размеры кабельного цепи могут быть уменьшены. Следующим шагом, после выбора кабеля, должен быть именно выбор кабельной цепи. Такая последовательность является единственно правильной.

В первую очередь важно оценить вес кабельной цепи, так как сила, возникающая в результате динамического движения, зависит именно от массы. С целью исключения больших усилий для ускорения или остановки, логично, что масса должна быть минимизирована. Уменьшение поверхности скольжения и сокращения энергозатрат на обслуживание кабельной цепи можно отнести к положительным последствиям.

Полезные советы по монтажу. Первым правилом при монтаже кабельной цепи является соблюдение максимально небольшого расстояния передвижения. Кроме того, важным является обеспечение плавного и надежного взаимодействия всех элементов системы. Подразумевается, что не каждая кабельная цепь способна к ускорению до 50 м/с². В целом, динамические системы нуждаются в надежном, малогабаритном и устойчивом к механическим нагрузкам кабеле.