Preguntas y respuestas con HELU: consideraciones de diseño para aplicaciones dinámicas

Dec 02, 2023

Por contenido patrocinado | 1 de diciembre de 2022

Por Keith Wilkerson, gerente del segmento comercial de robótica y automatización

P: ¿En qué se diferencian el diseño y la fabricación de cadenas de arrastre y cables con clasificación de torsión?

A: En muchos sentidos, con respecto al entorno en el que se instalará cada cable, son muy similares. Antes de discutir esos detalles, hablemos del material más básico que se encuentra en la mayoría de los cables industriales, el hilo de cobre. La clave para recordar es que todos los hilos de cobre, sin importar cómo se dibujan, cuántos se usan por conductor o cómo se trenzan juntos, tienen memoria. Por ejemplo, piense en una percha de alambre. Si lo dobla en una dirección particular y luego intenta volver a doblarlo a la posición original, no será exactamente como era antes. Lo mismo se aplica a los hilos de cobre en un cable industrial multiconductor. Esto está bien para aplicaciones estacionarias o fijas, pero crea los desafíos más básicos para un fabricante de cables cuando ese cable se doblará millones de veces en una aplicación 2D (cadena de arrastre) o 3D (robótica). Sin revelar demasiado sobre cómo HELUKABEL diseña y fabrica estos cables de estilo 2D y 3D, la gestión de la memoria de cada hilo y conductor juega un papel importante en los esfuerzos de diseño. Cuanto más exigente sea la aplicación mecánica, mayores deben ser las características de rendimiento del cable. Eso significa progresar de una construcción simple de racimo o unilay para cable estacionario a concéntrica con una longitud de tendido corta (2D) o concéntrica con una longitud de tendido más larga (3D). A medida que aumentan las necesidades de rendimiento, los cables también cambian de aislamiento de PVC a PP y a compuestos de revestimiento de PUR o TPE.

P: ¿Cuáles son algunas de las consideraciones de diseño de cables para cables clasificados para cadenas de arrastre?

A: Hay muchas características a considerar y las cadenas de arrastre de cada máquina requieren una comprensión completa de la aplicación. Para diseñar un cable nuevo o recomendar un cable de catálogo estándar, su socio de soluciones debería hacerle muchas preguntas. Esto producirá los mejores resultados. Algunas de estas preguntas están relacionadas con los parámetros mecánicos: aceleración, velocidad de viaje, longitud de viaje y ciclos por día. También hay consideraciones ambientales, que incluyen la temperatura ambiente de funcionamiento, si la máquina está en el interior o al aire libre, y la presencia de productos químicos o partículas que pueden entrar en contacto con la cadena de arrastre, como escoria de soldadura o fluido diésel (se ve mucho en la industria de transformación de la madera). Algunas de las propiedades deseadas de cualquier cable industrial serían un amplio rango de temperatura, resistencia a la luz solar, alta resistencia al aceite, elongación mínima, alta resistencia a la tracción, buena resistencia a la abrasión, radio de curvatura pequeño, baja capacitancia y propagación de llama. Es posible producir cables que cumplan muchos, si no la mayoría, de estos criterios, pero el mercado no aceptaría el costo de producir dicho cable. Dado que una talla única para todos no es deseable para la mayoría de los OEM y usuarios finales debido al costo, es fundamental encontrar la mejor solución basada en la aplicación general con el costo total del sistema como una consideración secundaria.

P: ¿Cuáles son algunas de las consideraciones de diseño de cables para cables con clasificación robótica/torsión?

A: Se requieren cables de torsión (robóticos 3D) para soportar muchos de los mismos factores ambientales que los cables de cadena de arrastre. Como se mencionó anteriormente, es necesario comprender todo el alcance de la aplicación para poder hacer una recomendación adecuada o diseñar la mejor solución. Aunque la flexión del cable a lo largo de toda su longitud no está presente en una aplicación de torsión como lo está en una aplicación de cadena de arrastre, existe la tensión de rotación adicional que se aplica al cable. Esto se demuestra en un robot articulado cuando el eje cuatro (4) gira en una dirección y el eje seis (6) gira en la dirección opuesta. Un fabricante de cables ahora debe considerar la memoria de los hilos de cobre en relación con esa tensión adicional. Con esto en mente, debemos entender que el valor torsional (+/- XXX°) es uno de los parámetros más críticos de un cable torsional. Cuando compare cables de varios proveedores, utilice esto como referencia para la comparación. Un cable de +/- 180° por metro puede ser aceptable para un robot de paletización de 4 ejes, pero puede no ser el más adecuado para un robot de soldadura en una planta automotriz. Además, afirmar que un cable está diseñado para "soportar aplicaciones de torsión" simplemente no es suficiente para determinar si es la solución adecuada para la aplicación.

Los cables y alambres utilizados en robótica están sujetos a una variedad de fuerzas. Los millones de movimientos repetitivos de flexión y torsión provocan altas cargas de compresión y tracción, lo que ejerce una tensión considerable sobre los cables. El diseño del cable también debe tener en cuenta las aceleraciones y desaceleraciones rápidas que hacen que sea esencial una alta resistencia a la abrasión, las muescas y los desgarros. Las altas temperaturas que se encuentran a menudo en las aplicaciones son un factor de estrés adicional.

P: ¿Cómo afectan todos los requisitos de aceleración, velocidad de desplazamiento y torsión a la selección de materiales o al desarrollo de nuevos compuestos para cables?

A: Los cables en aplicaciones altamente dinámicas deben soportar fuerzas de aceleración de hasta 50 m/s² y desaceleraciones rápidas e implacables (el efecto latigazo cervical). Parece contradictorio, pero utilizar materiales con cierta rigidez es crucial para la longevidad. Si compara el cable de bandeja estándar con trenzado de clase 6 con un cable clasificado para cadena de arrastre de la misma construcción, debe notar que el cable de "alto rendimiento" parecerá tener una sensación más rígida a pesar de que ambos utilizan cubiertas extruidas a presión. La elección del material incorrecto podría aumentar el peso total por pie y acortar la vida útil tanto del cable como del sistema de gestión de cables (cadena de arrastre/paquete).

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