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柔性电缆或者非柔性概述

2020-03-29
来源:赫联电子

    现在的电缆已经遍及各地,一根旨在部署于柔性应用环境下的电缆, 从本质上来说, 是否必须是柔性电缆?实际上这并不一定正确,尽管许多读者可能只是将其视为语法上的一种简单定义,但事实上许多柔性电缆并不适合其所标定的持续弯曲或柔性运行环境。在当下竞争激烈并且极端复杂的电子行业, 电缆故障或任何设备故障的可能性不应该存在, 因为企业不能接受任何的宕机时间, 同样也不能接受在预期寿命到期之前的几年内提前更换昂贵的设备,尤其是在当前竞争来自全球四面八方,利润率大幅降低的市场环境下。

    但是,线缆故障和系统宕机然仍存在, 为什么?

    本文将讨论柔性电缆与设计用于恒定弯曲的电缆之间的差异,并研究为什么简单地假设柔性电缆一定适用于某个极端柔性环境可能是一个代价高昂的错误。

    

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    可弯曲还是柔性?

    可弯曲和柔性之间存在巨大的差异,而并非简单的语义不同。当然,电缆能够适当弯曲和排列以实现整齐美观的安装也是非常重要的。柔软的电缆可以应用于那些需要依据固定设计线路铺设的项目,并且使得安装更加简便,同时也简化了机柜或者桥架内的故障排除。另外还应该注意的是,圆形的电缆弯曲时具有更高的可靠性,因为在弯曲时圆形电缆不会受限于轴向弯曲。

    考虑到这一点,在布线时应该选择具有正确“弯曲性能”的电缆,因为一旦布线和安装实施完成后,电缆在整个使用寿命过程中将会是静态,在这种情况下,具有良好“弯曲性能”的标准电缆充分满足使用的需求。然而,在许多生产设备和物料搬运设备中,电缆在操作中需要持续的弯折,能够承受数百万次弯曲循环的柔性电缆比具有“弯曲性能”的标准电缆要复杂的多,并且还需要考虑一系列独特的因素。

    因此, 您如何选择正确的柔性电缆?

    首先要考虑的是电缆所需要应对的弯曲类型, 是单轴,扭转还是多轴? 每种类型都需要一些特定的电缆属性。例如,要求最极端性能(高达1400万次柔性周期)的单轴控制电缆, 需要灵活的电缆结构,适用于高柔性的操作,并且可能还需要实现屏蔽性能;而在要求较低的单轴环境下,可以使用具有最少100万次柔性寿命和柔性结构的电缆。

    在设计和应用高柔性电缆时,有四种常见的电缆柔性运动类型需要考虑:

    • 滚动柔性

    • 弯曲柔性或者“钟摆运动”

    • 扭转柔性

    • 多变/随机柔性运动

    根据电缆弯曲运动的不同方式采用不同的电缆结构和材料,例如,扭转电缆与滚动柔性电缆具有不同的扭矩和排线方式。 需要使用物理测试数据和统计分析来评估电缆的性能, 以确定通常称为“柔性寿命”的数值以及系统的整体可靠性。了解电缆的正确应用将帮助设计人员选择最合适的电缆并可靠地预测产品的使用寿命和性能。在电缆需要扭转或多变柔性运动的应用中(例如机械臂的运行),必须采用耐扭转并且扭转程度达到每米±360 度的特殊电缆。

    现如今有些电缆需要在极其弯曲的前提下运行,其中一种情况是电缆或者拖链经历连续弯曲或者线性运动,设计用于承载这些运动的电缆必须采用独特的制造工艺或材料。这是因为在柔性运动环境中,电缆出现故障的主要原因之一就是护套破裂,特别是屏蔽电缆由于内护套和外护套表面在运动时弯曲半径的差异导致护套容易破损。

    由于没有能够在连续弯曲线性运动的条件下充分量化电缆性能的专用柔性测试设备, Alpha Wire 设计并制造了专用的测试设备,目前该设备仍在使用中,确保Alpha Wire 的柔性电缆能够满足极端弯曲环境内严苛要求。

    该设备能够长时间提供加速的电缆轨道运动,并已经用于测试多种高柔性电缆。该设备每分钟固定循环 17 次, 每个月固定循环 1,836,000 次,唯一的变量是安装电缆拖链的弯曲半径。 它有四个安装电缆的轨道,两个轨道的弯曲半径为 4.5英寸, 另两个轨道的弯曲半径为 6 英寸。 在测试中,每根电缆的导体彼此互连,并与计数器连接,该计数器记录每个完成的电缆弯曲循环周期,直到电缆中的一根导体断裂为止,这意味着该电缆的使用寿命结束并导致计数器停止计数,另外如电缆的外护套有任何明显的开裂或断裂,也意味着电缆失效。

    虽然目前还没有确凿的证据证明该项柔性测试与电缆寿命直接关联,但是Alpha Wire 认为该项测试的条件比大多数实际安装的拖链应用环境要苛刻许多。也许能够证明采用正确电缆重要性的最佳方式就是使用真实客户的实际应用案例才更有说服力。客户是一家成熟的汽车装配厂,刚刚购置了许多喷涂机器人以实现整个油漆喷涂过程的自动化,但是当机器人首次投入使用并进行试运行时, 机器人在最初几天内纷纷发生故障。经过多次尝试和仔细排查,发觉原因在于多次重复发生的线缆故障(并非Alpha Wire的产品)。

    在这个阶段, Alpha Wire受邀参与故障排除及解决方案的实施。 Alpha Wire的工程师们分析了故障的原因,核查了机器人的运动轨迹,并咨询了参与设备安装的工作人员,以确定确切的故障原因并防止问题的再次发生。现场确定了许多问题, 但是最主要的原因在于现场所使用的电缆没有经过机器人制造商的测试, 而是仅仅使用了一根普通的柔性电缆。

    该款电缆连接机柜与机器人,布线非常整齐,并且在一个看起来非常整洁美观的装置中走线。然而这款电缆无法在任何平面上实现连续的弯曲,这意味着电缆在机器人往复运行后很短的时间内就会失效。通过设计和制造专门定制的柔性电缆,Alpha Wire解决了这个问题并满足了客户在这一特殊环境内应用的需求。新的电缆首先在一个机器人上进行了测试并推广到其他机器人,最终的结果是机器人已经平稳运行了近两年半的时间而没有更换过电缆。

    总结

    设计人员和系统制造商应该准确了解电缆使用寿命期间的各项需求,确保电缆不会产生任何系统故障。然而详细理解哪款电缆适用于何种应用并不总是那么简单,因此线缆制造商需要通过尽可能简单地指定正确的电缆类型来解决这个困扰。

    总之,从项目开始就采用正确的电缆可以大大降低电缆故障的风险,并确保生产效率和性能, 考虑到这一点,“柔性或者非柔性”这个问题将成为一个关键性的决定!作为Alpha Wire的授权分销商,Heilind可为市场提供相关服务与支持,此外Heilind也供应多家世界顶级制造商的产品,涵盖25种不同元器件类别,并重视所有的细分市场和所有的顾客,不断寻求广泛的产品供应来覆盖所有市场。以上就是电缆的柔性的相关概述,希望对大家有所帮助。

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