自动化产线当中,工业机器人、龙门伺服模组、移栽机构会在拖链内部做往复移动,电缆跟随设备持续弯曲、扭转,普通固定布线的线缆,在反复弯折一段时间之后,很容易出现导体断芯、绝缘开裂、护套磨损的问题,频繁更换线缆会占用产线生产时间,增加备件消耗。机器人柔性拖链电缆,就是专门适配拖链内部动态运动场景开发的特种线缆,它的设计思路围绕着持续动态应力来展开,和普通电线的设计逻辑有着明显区别。
导体是决定线缆耐弯折能力的核心部分,机器人柔性拖链电缆不会使用粗单根铜丝,而是采用多股超细铜丝精绞而成,铜丝直径更小,在弯曲的时候单根铜丝承受的形变应力更小,不容易出现疲劳断裂。导体绞合节距经过优化,短节距绞合可以分散弯折带来的应力,部分多芯线缆还会采用二次复绞结构,芯线排布更加规整,运动的时候芯线之间不会互相挤压、错位。绝缘层选用柔性高分子材料,常见有TPE、ETFE、改性PVC等,材料本身具备不错的韧性,反复弯折不容易脆裂,绝缘层厚度会根据电压等级匹配,兼顾绝缘安全和线缆整体柔性。
很多用于六轴机器人、多轴翻转机构的机器人柔性拖链电缆,内部还会添加抗拉加强元件,一般是芳纶纤维纱,填充在芯线间隙或者设置在线缆中心位置,分担线缆受到的拉伸力,避免线缆在长行程拖链里面被拉长,保护内部导体结构。屏蔽结构是信号类拖链电缆的重要组成,伺服编码器、通讯信号线,需要编织屏蔽层,降低伺服电机、变频器产生的电磁干扰,保证信号稳定传输,屏蔽层的编织密度会根据抗干扰需求调整。外护套直接接触拖链内壁,是耐磨防护的第一道屏障,聚氨酯PUR护套是比较常用的选择,耐切削液、机油、乳化液浸泡,耐磨和抗撕裂表现更好,适合机床焊接、打磨这类油污多的车间;TPE护套耐候性表现突出,适合车间温差大、有户外使用需求的场景。
不同机器人应用场景,对机器人柔性拖链电缆的要求差别很大。电子装配、检测类协作机器人,运动速度适中,油污少,优先选用轻量化、低粘连护套的线缆,线缆在拖链内部不容易互相粘连卡滞;焊接机器人工位,会接触高温焊渣、飞溅物,除了耐油耐磨之外,还需要兼顾阻燃性能;机床加工中心里面的拖链线缆,长期浸泡在切削液当中,护套材料的耐水解、耐化学侵蚀能力需要重点考量。拖链内部的填充空间也需要关注,线缆在拖链里面不能挤得太紧,线缆外径总和和拖链内部空腔之间,预留合适的活动余量,线缆弯曲的时候有足够空间舒展,减少挤压磨损。
选型的时候,除了芯数、截面积、电压等级这些基础参数,还要确认拖链的最小弯曲半径、设备单次往复行程、运动循环频次,还有线缆是否需要伴随机器人本体做扭转运动。单纯往复弯曲的拖链线缆,和同时需要扭转的机器人本体线缆,内部绞合结构不一样,不能直接替换。日常使用阶段,新线缆投入使用初期,建议观察一段时间,留意线缆外皮有没有异常磨损、局部鼓包;拖链需要定期清理内部的铁屑、碎屑,尖锐碎屑会持续刮擦护套,加速护套破损。线缆存放的时候,避免长时间重压、暴晒,存放盘绕的弯曲半径不能小于线缆规定的最小弯曲半径。
合理选择机器人柔性拖链电缆,配合规范的拖链安装方式,能够延长线缆的使用周期,减少自动化产线因为线缆故障停机的频次。在自动化项目设计阶段,提前梳理运动机构的运动形式、介质环境,匹配对应的线缆结构和护套材质,是降低后期运维压力的有效方式。