Общие характеристики кабелеукладочных цепей

Очень часто в различных машинах рабочие операции выполняются движущимися частями. Режущая головка станка лазерной или плазменной резки, закрепленный в манипуляторе робота инструмент, тележка подъёмного крана - вот примеры узлов, к которым нужно подвести электрокабели, трубопроводы режущего газа, пневмо- или гидро- трубопроводы. Некоторые предприятия комплектуют производимые машины собственными решениями или их подобием. Но на рынке можно приобрести и готовые изделия. Два немецких производителя KabelSchlepp и Igus через своих дистрибьюторов предлагают широкий выбор таких продуктов. Каталоги и материалы этих фирм использованы при написании настоящей статьи.

Основные виды

Перечислять области применения, наверное, не имеет смысла. Назовём "границы": от металлорежущих станков и строительной техники до передвижных камер, снимающих спортивные соревнования. Ниже представлен общий вид. Он состоит их двух или более параллельных цепных поясов. Они соединены перемычками различной ширины и конструкции и образуют пространство, где и укладываются электрокабели и пневмо - гидрорукава. Конструкция выполнена так, что радиус изгиба лежит вдоль направления хода и не может быть меньше назначенного значения. На концах установлены кронштейны, служащие для крепления к подвижной и стационарной частям машины.

Производители предлагают изделия, выполненные из пластика или стали. Наиболее часто используются пластиковые. Стальные применяются в следующих случаях: устанавливаемые рукава очень тяжёлые; необходимы безопорные участки большой длины; тяжёлые условия работы техники; движение происходит по шероховатым поверхностям; высокая температура; во взрывоопасной среде. В дальнейшем будут рассматриваться пластиковые варианты. Впрочем, почти все нижеизложенное можно распространить и на стальные. По конструктивному исполнению они делятся на открытые или закрытые. Закрытый вариант располагает следующими особенностями: уложенные кабели-рукава защищены от стружки, продуктов износа, других механических или иных воздействий; эстетично смотрится. Однако, они недоступны для осмотра. У открытого меньший вес; лучшее охлаждение частей, чем у закрытого; есть возможность быстрого осмотра. Недостаток - незащищенность от внешних воздействий.

Звенья бывают двух типов: цельного (моно) и модульного исполнения. Цельные представляют собой литые пластмассовые детали, которые легко соединяются друг с другом, что даёт возможность набирать участки различной протяжённости. В свою очередь она может быть с открываемыми звеньями или с замкнутыми. При замкнутых кабели-рукава должны продеваться через внутреннее пространство цепочки. У ткрываемых есть запираемая крышка или планка. Это упрощает укладку.

Звенья модульного типа состоят из литых полимерных, алюминиевых и стальных элементов, компонуются друг с другом и открываются поворотом планки или крышки, либо отвинчиванием части их.

Перемычки могут иметь вертикальные и горизонтальные разделители, либо отверстия для размещения электрокабелей и пневмо- гидрорукавов. Функции разделителей и рекомендации по их применению приведены в табл. 1.

Таблица 1. Применение разделителей

Выбор, прежде всего, зависит от характера передвижения узла, к которому подведены уложенные в неё кабели-рукава.

Далее представлен горизонтальный монтаж самоопирающейся цепочки. Верхняя часть её может свободно передвигаться, т. е. не имеет опоры и прогиба. Эта схема наиболее распространена. В зависимости от типа и весовой нагрузки может использоваться вплоть до хода узла 10 м; допускает максимальную скорость перемещения (до 40 м/с)  и ускорение (до 300 м/с²); имеет возможность огибать выступающие части.

При большой весовой нагрузке и большом ходе механизма (12…14 м) применяется вариант, который получил название "с допустимым прогибом". Однако, в этом случае при ускорениях свыше 1 м/с² может возникнуть вертикальная вибрация свободного участка. Для борьбы с этим эффектом стараются уменьшить полную высоту. Ещё одним недостатком является требование к отсутствию выступающих частей.

Если допустимая длина самоопирающейся кабелеукладочной цепочки превышена, то верхний участок её дополнительно опирают на лоток или ролик. Вместе с тем, можно также применить самоопирающуюся цепную передачу большего типоразмера (если это позволяет отведенное ей место). Применение опоры более предпочтительно. Встречаются схемы с одной или двумя опорами.

Для очень большого хода узла, если он не может быть обеспечен приведенными выше решениями, применяют схему "скользящая в направляющем лотке". Верхняя подвижная ветвь прогнута до соприкосновения с нижней и скользит по ней, либо по направляющему жёлобу, он обязателен. Производители гарантируют малое значение силы трения. Предусмотрены специальные ползуны, обеспечивающие низкий коэффициент трения.

При очень ограниченном по высоте пространстве, применяют крепление "горизонтальная повернутая на 90° (лежащая на боку)". Цепная передача, закреплённая в "нормальное" горизонтальное положение, повернута на 90°, т. е. скользит наружной стороной цепного пояса или специального диска по опорной поверхности или лотку. Этот тип крепления требует особо надёжного разделения и фиксации уложенных кабелей/рукавов. Только в этом случае гарантирован их длительный срок службы. Рекомендуется укладка в перемычки с отверстиями. Такое крепление  может применяться  фактически для всех случаев.

Для кругового движения применяют решение "с обратным радиусом изгиба". Его комбинация с Ø KR и обратного изгиба с Ø RKR позволяет совершать управляемое круговое движение в двух точно определенных направлениях. Таким образом реализуется большинство передвижений подобного рода. Цепная передача присоединена к внутреннему и наружному кольцу направляющего канала. Оба подвижных кольца ведут её. В этом случае обязательна укладка в лоток. Конструкция лотка должна обеспечивать малый износ, обеспечивается скольжение боковой стороной по дну лотка и опирается на его стенки. Иногда для этого применяют специальные пластиковые ползуны, гарантирующие хорошее скольжение и длительный срок службы.

Следующим видом движения является верт-е перемещение. В этом случае предъявляются следующие требования: обеспечить параллельность движения ведущей и ведомой частей; присоединение к фиксированной точке и ведущему механизму должно быть жёстким; расстояние между этими точками должно соответствовать радиусу изгиба; отсутствие или минимальное значение предварительного натяжения. Правильная укладка кабелей-рукавов для этой схемы особенно важна: они не должны испытывать никакого давления со

Далее представлен второй вариант установки для верт-го перемещения. Здесь узел может совершать как чисто верт-е движение, так и комбинированное. Требования к укладке такие же, как для предыдущей схемы. Для комбинированных перемещений (вертикальных и горизонтальных) применяют также схему, приведенную на рис.14.

Рассмотренные решения предназначены для механизмов, имеющих одну или две линейных оси перемещения. Однако, современные сложные узлы, прежде всего роботы, могут быть  с большей степенью свободы. Для таких задач предлагаются так называемые мультиосевые (3D) варианты.

Типоразмеры выпускаемой продукции

Производители предлагают очень широкий ассортимент. Ограничимся диапазоном размеров: ширина от 6 до 600 миллиметров; высота сечения от 10 до 108; радиусы изгиба от 20 до 600; ход механизма при самоопирающейся цепи 1 до 10 м; максимальный ход узла до 350 м. Исходными данными для выбора будет диаметр электрокабелей d_э, мм; диаметр пневморукавов d_п,; диаметр гидрорукавов d_г,; максимальная скорость перемещения рабочего органа, V, м/с; ускорение a, м/с²; распределенная нагрузка от веса кабелей и рукавов (с учётом заполнения),  q, кг/м; ход механизма L_s, мм. Расчёт производится в следующей последовательности.

• Определить высоту внутреннего пространства кабелеукладочной цепочки h_j, мм, значение которой определяется наружным диаметром проложенных кабелей-рукавов плюс требуемый зазор Х. Для электрокабеля  , но не менее 1 миллиметра; для пневм0рукавов  , но не менее 2; для гидравлических рукавов   , но не менее 3. Высота h_j стандартной цепной передачи - больше максимального из значений d+2X.

Рис-к. 16. Определение внутренних размеров

• Определить суммарную ширину кабелей w_j, которая равна сумме вышеупомянутых диаметров с зазорами,  .
• Распределить кабели-рукава по сечению и выбрать конструкцию перемычки (рис-к. 4), следуя рекомендациям табл. 1.
• Если в соответствие с рекомендациями таблицы требуется применение вертикальных разделителей с толщиной  раз, δ_раз, мм, то требуемая ширина равна  . Важно, что верт. разделители могут быть установлены с интервалом в 2, 3 или 4 звена. По умолчанию разделители размещены через 2. Максимальный рекомендуемый интервал составляет 0,5м.
• Если потребная ширина B_i получилась больше имеющихся типоразмеров, возможно применение горизонтальных полок. Все изложенные рекомендации по конструированию остаются в силе.
• По каталогам производителя выбрать тип цепочки, конструкцию звеньев, схему установки и т. д. При этом нужно учитывать действующие скорости и ускорения.
• Следует определить R изгиба кабелеукладочной цепочки KR, мм и монтажный размер H.. Для этого умножьте минимальный радиус изгиба наибольшего применяемого рукава на коэффициент безопасности и подберите ближайший стандартный. Радиус изгиба задаётся их производителем, но при отсутствии этих данных можно дать следующие общие рекомендации: для кабелей , для рукавов  .
• Монтажная высота должна быть на 10% больше расчётной.

Рис-к. 17. Расчёт длины

• Определяем требуемую длину L_k, мм и длину свободного участка L_f,. Длина L_k зависит от характера работы и точки фиксации неподвижного конца. В т. 2 приведены формулы для наиболее распространённых вариантов. В приведенных формулах t - шаг звеньев в миллиметрах. Общее число их n определится по формуле  .

Описание	Установка	Расчетная формула
Самоопирающаяся (точка фиксации в середине линии перемещения
Самоопирающаяся (точка фиксации смещена от середины линии перемещения)
С допустимым прогибом (точка фиксации в середине линии перемещения)
Скользящая с направляющим лотком (точка фиксации в середине линии перемещения)

• После определения длины и варианта установки определите по данным производителя максимально допустимую весовую нагрузку и сравните её с нагрузкой q, кг/м. Ниже приведен типовой график определения максимально допустимой весовой нагрузки.

Р-к. 18. Допустимая весовая нагрузка

Выбрать гибкий кабель-канал