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      工業生產智能化背景下,工業機器人用線纜如何選型?

      2022-03-06(169)次瀏覽

      隨著工業生產智能化的要求,工業機器人正逐步從單元化向復雜的多功能發展。作為傳遞動力和信號的載體,工業機器人用線纜同時也需滿足更高的性能要求,需具有更高的耐彎曲性、耐扭轉性、耐移動性及耐磨性。本文在綜合...

      隨著工業生產智能化的要求,工業機器人正逐步從單元化向復雜的多功能發展。作為傳遞動力和信號的載體,工業機器人用線纜同時也需滿足更高的性能要求,需具有更高的耐彎曲性、耐扭轉性、耐移動性及耐磨性。

       

      本文在綜合分析大量文獻資料的基礎上,對機器人線纜的定義、行業標準、基本結構和性能要求等進行了深入的探討,以供線纜企業參考。

      精讀

      機器人線纜是指機器人本體、供電、信號、控制以及機器人周邊用線。

       

      ?機器人線纜的分類

      1.機器人動力線纜:為機器人提供動力,一般為固定敷設;

       

      2.控制器到示教器線纜:為柔性線纜,對抗拉強度有要求;

       

      3.控制主機到本體連接線纜:包括動力線、I/O線、信號線等,固定或移動敷設;

       

      4. 機器人本體線纜:包括動力線、I/O線、信號線等,對彎曲性能有很高的要求。


             5. 機器人信號線纜:為機器人提供信號指令,具有信號傳輸能力強、時間短并且非常準確等特點,保證機器人穩定工作。

       

      ?國內外現行的機器人線纜試驗標準

      1.中國機器人產業聯盟,2016年發布,正在上報成為國家標準:

      CRIA 0003.1-2016

      《工業機器人專用電纜》初稿

       

      2.德國TUV萊茵公司,2016年8月發布,規定了機器人線纜8個機械耐疲勞試驗項目,這也是目前眾多機器人線纜企業引用的標準:

      TUV 2 PfG 2577

      “Requirements for Cable Used in Robot System”

       

      3.德國VDE公司,2018年7月發布,標準分為機械試驗、耐化學試驗、耐溫試驗、EMC電磁兼容試驗、燃燒試驗等五大部分:

      VDE-PB-0022

      “Test Specification Classification of Flexible Industrial Cables”

       

      4.美國UL公司,2018年8月發布,在引用UL 758標準的基礎上,規定了4項機械性能測試方法:

      UL RP 5770

      “Recommended Practice for Evaluating Cables for Use in Repeated Flexing Applications"

       

      5.國家電線電纜質量監督檢驗中心,2019年發布,對機器人線纜提出了更明確的技術要求:

      TICW 21-2019

      《工業機器人用柔性電纜》

      ?機器人線纜設計的基本結構

      1.導體結構

      推薦采用具有柔韌性的6類特軟級導體。一般來說導體越細,電纜的柔韌性越好,但導體過細,會產生電纜纏繞現象。一系列長期的實驗提供了單根導線的最佳直徑,長度和節向的屏蔽組合,它有最佳的抗拉能力。

       

      2.芯線絕緣

      機器人線纜絕緣材料不能彼此粘連,而且絕緣層還需要支撐每股單股的導線,絕緣材料通常有聚氯乙烯(PVC)、熱塑性彈性體(TPE)、熱塑性聚酯彈性體(TPE-E)、聚氟乙烯(ETFE)、聚氨酯(PUR)等。

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      圖1 機器人線纜不同材料組合的運動性能比較

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      表1 機器人線纜常用材料的力學性能

       

      3.抗拉元件

      根據線芯數量,線纜的中心以及每根芯線交叉區域的空間里應填充抗拉元件,如錦綸纖維、芳綸繩、鋼絲加強芯等。

       

      4.絞線結構

      成纜的節徑比要比較小,節徑比小的導線,絞合較緊,結構較穩定,導線柔軟、彎曲性更好,一般設計為10~12倍。

       

      5.內護套

      有屏蔽的電纜可選擇在屏蔽前加一層內護套,可減少絕緣和屏蔽之間的摩擦,保護絕緣芯線不被損壞。應采用擠壓成型的內護套,以保證絞線結構不會散亂。

       

      6.屏蔽編織層

      用優化的屏蔽結構將屏蔽層緊緊地編織在內護套外,屏蔽層需具備優異的抗扭能力,避免因斷裂造成電磁兼容性(EMC)失效,編織網屏蔽并不能提供100%的覆蓋率,因為他們在導線表面的覆蓋總會有些細小的縫隙,根據編織的緊密程度,編織網通常能夠提供75%--95%的覆蓋率。

       

      7.外護套

      外護套材料通常有PVC,TPE,PUR等幾種,其中PUR具有較高的耐彎曲、耐磨損和耐低溫,特珠結構使電纜在應用中能夠保持很好的穩定性。

      ?機器人線纜的性能要求

      1.明確使用狀態。線纜是否長期經受單向或雙向扭轉,是否經受彎曲扭轉和拉伸的聯合動作。

       

      2.明確使用功能。線纜是動力電纜、控制信號電纜,還是監測反饋信號電纜、傳輸數據電纜、復合電纜等。機器人用柔性線纜包括0.6/1 kV及以下動力線纜、450/750 V及以下控制線纜、伺服線纜以及30 V信號線纜。

       

      3.明確在什么設備上用。工業機器人分弧焊機機器人、點焊機機器人、裝配機機器人、噴漆機機器人、搬運機機器人等類型。

       

      4.明確運行速率、運行長度、允許的電壓降、數據傳輸性能等要求。

       

      5.明確使用環境(例如溫度和濕度),明確電纜應具備的其他特殊性能(例如阻燃性、抗酸堿性、耐候性、耐高低溫、環保要求、抗電磁干擾要求等)。

       


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