Energetické řetězy – správné navrhování systému (3 – závěr)

inovace, technologie, projekty
Energetické řetězy – správné navrhování
systému (3 – závěr)
Ing. Jaroslav Beneš, Hennlich Industrietechnik, spol. s r. o.
Úvod
Poslední část seriálu o navrhování
systémů energetických řetězů pojednává
o možnostech použití energetických řetězů v rotačních a trojrozměrných (3D) pojezdech, zabývá se problematikou jejich
správného osazování kabely a hadicemi
s důrazem na synergii mezi řetězem a jeho náplní a naznačuje cesty vedoucí k volbě optimálního řešení napájení mobilních
částí strojů.
5. Energetické řetězy v rotačních a 3D
pojezdech
Mnoho let bylo (a u mnohých konstruktérů dodnes zůstává) použití energetických řetězů spojeno pouze s napájením lineárně se
pohybujících pojezdů. Technický vývoj však
šel i v této oblasti kupředu. Například firma
Igus nabízí dvě rychle dostupné možnosti,
jak řešit rotační pojezd pomocí energeticképevný
(napájecí) konec
počáteční poloha
mobilního konce
konečná
poloha
mobilního konce
Obr. 19. Aplikace RBR
ho řetězu, a to jednak jednoduchou úpravou
standardního řetězu položeného na bok – tzv.
RBR aplikace (obr. 19), jednak použitím speciálního řetězu TwisterChain (obr. 20). Toto
řešení umožňuje napájet rotační pojezdy až
do úhlu otáčení 540°.
Vedle všech zmíněných možností lze energetické řetězy použít i u vícedimenzionálních
pojezdů. Firma Igus proto vyvinula systémy
Triflex a Triflex R, např. pro napájení ramen
robotů v automobilovém průmyslu.
Problematika rotačních a trojrozměrných
aplikací je však natolik široká, že není možné ji vyčerpávajícím způsobem popsat ve vymezeném rámci tohoto článku.
2
Obr. 20. Speciální řetěz TwisterChain
6. Pravidla pro osazování energetických
řetězů
Energetické řetězy jsou primárně určeny
pro přepravu energií, médií a dat. Uložení jejich nosičů, tj. kabelů a hadic, v řetězu má
značný vliv na řádnou funkci a životnost celého systému a může mít stejnou váhu jako
správná volba použitého typu řetězu.
1. je-li D1 + D2 > 1,2hi, nemusí být kabely
a hadice odděleny,
2. je-li D1 + D2 ≤ 1,2 hi, doporučuje se použít vertikální nebo horizontální oddělení.
V rovnicích
D1 a D2 jsou vnější průměry vedle sebe ležících kabelů (hadic),
hi
vnitřní výška řetězu.
Případ, kdy je nutné aplikovat pravidlo 2,
se velmi často vyskytuje tam, kde v jednom
řetězu musí být vedle kabelů nebo hadic
s velkým průměrem vedeno také mnoho kabelů s malými průměry. Ideální konfigurace
rozložení kabelů (hadic) v řetězu je, leží-li
všechny prvky v jedné vrstvě. Při jejich větším počtu je však toto řešení velmi náročné
na potřebnou šířku řetězu, a proto je možné
uložit kabely a hadice do více vrstev nad sebou. U aplikací s vysokými rychlostmi (0,5
m·s–1 a více) a velkým počtem cyklů (10 000
za rok a více) však nesmí v žádném případě
kabely (hadice) ležet na sobě, ale měly by být
odděleny horizontální přepážkou.
6.3 Další pravidla pro rozložení náplně
v řetězu
Vedle již uvedených zásad, které mají na
chování kabelů a hadic v řetězu největší vliv
a které by měly být při návrhu řetězu pokud
možno vždy dodrženy, existují ještě další pravidla, jež by sice bylo dobré dodržet, ale ne
6.1 Maximální průměr vložených kabelů
a hadic
Vnitřní výška zvoleného řetězu se ve většině případů shoduje s průměrem největšího
vloženého kabelu nebo hadice (stejně jako
šířka) a závisí na součtu průměrů všech vložených prvků. Každá hadice a každý kabel
potřebují dostatečný prostor k pohybu v řetězu, aby nedocházelo k jejich otěru nebo
nadměrnému namáhání. Proto je doporučeno, aby každý elektrický kabel nebo pneumatická hadice měly okolo sebe dostatečnou
prostorovou rezervu (obr. 21).
6.2 Rozdělení náplně v řetězu
Proti uvedenému požadavku na dostatečnou vůli náplně v energetickém řetězu se staví
požadavek na nutnost v každém případě zabránit možnosti vzájemného překroucení kabelů
a hadic. Toho lze dosáhnout oddělením vedle
sebe ležících kabelů dělicími příčkami. Hranice
mezi tím, kdy je, nebo není nutné dělicí příčky
použít, je dána těmito pravidly (obr. 22):
10 %, min. 2 mm
10 %,
min. 1 mm
10 %,
min. 1 mm
Obr. 21. Dostatečná prostorová rezerva okolo
kabelu nebo hadice
vždy je to z technických nebo ekonomických
důvodů možné. Sem patří např. tyto zásady:
o kabely a hadice by měly být v řetězu uloženy pokud možno symetricky, aby jejich
celková hmotnost byla rovnoměrně rozložena po celé šířce článku,
o kabely nebo hadice s různými materiály vnějšího pláště by neměly být vedeny
vedle sebe, nebo by měly být odděleny
příčkami tak, aby nemohlo dojít k jejich
vzájemnému otěru,
ELEKTRO 3/2006
inovace, technologie, projekty
o
o
kabely a hadice by měly být vždy připevněny v pohyblivé koncovce tak, aby se tahová síla při akceleraci pojezdu odlehčovala v ní, a nikoliv v konektorech nebo
svorkovnicích, do kterých jsou kabely
připojeny; tah může být odlehčen také
v pevné koncovce, avšak nedoporučuje se
to u tlakových hydraulických hadic, které
by ji mohly při natlakování poškodit,
silové a datové kabely by měly být uloženy
pokud možno co nejdále od sebe tak, aby
D1
D2
d1
D1 + D2 ≤ 1,2hi
d2
D1 + D2 ≤ 1,2 hi
chování technických požadavků především
v dokonalé souhře všech použitých komponent. Tuto souhru však může zaručit pouze
jejich detailní znalost a hlavně důsledné pochopení a následné využití jejich vzájemného vztahu. Při návrhu optimálního systému
energetického řetězu je třeba se vyvarovat oddělenému návrhu řetězu a použitých kabelů
a hadic. V obligátních požadavcích uživatelů
řetězů typu „potřebuji energetický řetěz zhruba s takovou světlostí, ale co tam elektrikáři
dají, nevím“ nebo „nevím, jaký tam bude řetěz, ale potřebuji kabel s minimálním poloměrem ohybu“ se skrývají skutečně netušené
možnosti ke snížení nákladů bez nutnosti použít nedokonalý materiál nebo se dohadovat
s dodavatelem o ceny. Musí-li např. energetický řetěz mít z důvodu vložené hydraulické hadice minimální poloměr ohybu 200 mm
a vedle něj má ležet kabel s vnějším průměrem 10 mm, tento kabel nemusí mít deklarovaný poloměr ohybu 7,5 × D (75 mm), ale
stačí kabel s poloměrem 10 × D (100 mm),
Obr. 22. Principy pro použití dělicích příček
nedošlo k jejich vzájemnému ovlivňování,
kabely a hadice musí mít možnost volného ohybu; jejich upevnění v koncovkách
je ideální, když v ohybu kopírují osu řetězu (obr. 23).
Obecně lze konstatovat, že s rostoucí rychlostí pojezdu a zvyšujícím se počtem cyklů
roste i potřeba co nejcitlivějšího rozložení
náplně v energetickém řetězu.
o
7. Ekonomické aspekty návrhu ECS
Až dosud byla popisována pouze technická stránka navrhování systémů energetických
řetězů (ECS – Energy Chain System) s cílem
dosáhnout maximální míry funkčnosti, spolehlivosti a co nejdelší životnosti. Tak jako
u mnoha jiných technických zařízení je však
i u systému energetického řetězu možné sladit
požadavky na optimální výkon s potřebou minimalizovat pořizovací a servisní náklady, a to
již při jeho návrhu. Z klasických metod, jak
dosáhnout úspor při realizaci pojezdů s energetickými řetězy, se nabízí buď použití běžných
flexibilních kabelů, které nejsou určeny pro trvalé namáhání (z této volby je většina uživatelů vyléčena v okamžiku, kdy bezmocně stojí
nad výrobní linkou zastavenou z důvodu překroucení kabelu), nebo zvýšení tlaku na dodavatele jednotlivých komponent systému pro
snížení nákupních cen (tato metoda je technicky v pořádku, bohužel i ona má své hranice a navíc je podstatně obtížnější). Stejně jako
v politice nebo v managementu však i zde platí, že má-li být řešení optimální a pokud možno trvalé, musí být především systémové.
7.1 Úspora v systému
U pojezdů s energetickými řetězy spočívá systémové řešení v hledání úspor při za-
ELEKTRO 3/2006
Obr. 24. Komplexní systém flexibilního přívodu
ReadyChain®
Igus pod názvem ReadyChain® (obr. 24). Výhody řešení, kdy zákazník namísto jednotlivých komponent získá předem připravený celek přesně podle svého přání, jsou zřejmé:
o celý systém je optimálně navržen s ohledem na všechny zmíněné technické i ekonomické požadavky,
o logisticky je daleko jednodušší odebírat jeden celek od jednoho dodavatele než nakupovat každou komponentu zvlášť od různých dodavatelů,
o dodávka kompletního systému přesně
v den montáže do značné míry zefektivňuje celou výrobní operaci,
o před montáží systému není nutné skladovat jednotlivé komponenty, čímž se značně zredukují skladovací náklady a náklady na přebytečný materiál,
o samotná montáž předem připraveného
energetického řetězu je daleko rychlejší
a vyžaduje méně pracovních sil,
o záruku za spolehlivost celého systému v tomto případě jednoznačně nese jeden dodavatel, který se nemůže vymluvit na nesprávně
použité komponenty od jiných dodavatelů.
Smyslem seriálu, který touto třetí částí
končí, bylo seznámit čtenáře alespoň se základy správného navrhování energetických
řetězů. Samotná praxe využití těchto významných pomocníků v mnoha oblastech
průmyslu má vždy mnoho dalších souvislostí, které nelze do vymezeného prostoru odborného článku vměstnat. O možném využití
systémů energetických řetězů na konkrétním
stroji, jakož i případné dotazy ochotně osobně prodiskutuji odborníci z firmy Lin-tech
na blížícím se veletrhu AMPER, kde bude
mít firma Lin-tech, výhradní distributor
společnosti Igus v ČR, svůj stánek.
protože ten je podstatně levnější a pro uvedený poloměr ohybu 200 mm naprosto dostačující. Je možné uvést mnoho dalších podobných příkladů, a proto je nutné návrh každého složitějšího systému důkladně zvážit, nebo
se raději obrátit na odborníky.
7.2 Systém osazeného energetického
řetězu – ReadyChain®
Ze všech skutečností uvedených v tomto
článku vyplývá, že nalezení a následně i realizace technicky odpovídajícího řešení, které
by ale zároveň bylo řešením nejekonomičtějším, mohou být relativně složité a časově náročné. Nejlepší, a přitom velmi jednoduchou
metodou, jak ušetřit peníze i čas, je delegovat
práci na někoho jiného. To v tomto případě
znamená, nechat si systém nejen optimálně
navrhnout, ale i spolehlivě sestavit a nakonec
dodat přesně v okamžiku, kdy je naplánována jeho implementace.
Komplexní systém flexibilního přívodu,
který zahrnuje kombinaci energetického řetězu, vložených kabelů (hadic) a jejich koncovek a který je připraven k okamžité montáži
do požadovaného zařízení, představila firma
Obr. 23. Ideální upevnění v koncovkách – kabely a hadice v ohybu kopírují osu řetězu
O firmě
Lin-tech distribuuje lineární techniku a
komponenty pro přívod energií a médií k pohyblivým strojním částem. Nabízí též servis
a poradenství v tomto oboru. Na českém trhu
výhradně zastupuje společnosti THK, igus
a Walther Präzision. Lin-tech je součástí obchodně-výrobní společnosti Hennlich Industrietechnik, která je dodavatelem široké škály technických komponent a profesionálních
technických řešení.
Kontakt:
e-mail: [email protected]
http://www.hennlich.cz/lin-tech
tel.: 416 711 335, fax: 416 711 999
3