Внутренняя высота цепи: ярусы и перегородки

«Поставьте внутреннюю высоту 25, и хватит» — так мне сказал один клиент в прошлом году. Цепь поставили, три серво-кабеля диаметром 16 мм уложили в два яруса. На прямых участках всё выглядело нормально. Как только цепь доходила до изгиба, кабели начинали врезаться друг в друга, и через месяц две оболочки протёрлись до экрана. В итоге мы оплатили новый комплект кабелей.

Недостаточную ширину видно сразу: внутри остаётся пустое место. С высотой иначе: она молчит на прямой и отказывает в изгибе и на высокой частоте циклов.

Эта статья только про внутреннюю высоту: сколько ярусов, какой запас на ярус и когда перегородка обязательна.

Коротко: её определяют два числа, а не три

1. Наружный диаметр самого толстого кабеля — задаёт минимальную высоту одного яруса
2. Сколько ярусов вы собираетесь уложить — умножается до общей высоты

Внутренняя высота — это не «вроде не слишком тесно». Это число ярусов × высота яруса плюс запас. Ширину можно решить, поставив более длинную перекладину. Высоту нельзя: её задаёт пресс-форма звена, и в каждой серии всего несколько ступеней.

Поэтому надёжный порядок обратный привычному: сначала посчитать ярусы, затем назначить высоту, и в конце по оставшемуся сечению подобрать ширину.

Высота и ширина решают разные задачи

Их обсуждают вместе, но управляют они разными направлениями:

Ошибку в ширине видно на верстаке. Ошибку в высоте — на машине, в самый дорогой момент: оборудование смонтировано, такт уже настроен.

Расчёт ширины — суммарное сечение, коэффициент заполнения, коэффициент пучка — разобран в отдельной статье. Здесь считаю, что вы уже умеете складывать сечения, и занимаюсь только вертикалью.

Шаг 1: найдите наибольший наружный диаметр

Нижняя граница внутренней высоты — это максимум, а не среднее.

Причина прямая: кабель 16 мм, лежащий внутри, занимает 16 мм высоты. Фраза «остальные по 6 мм, в среднем выходит 8» ничего не меняет — этот кабель не станет тоньше от того, что рядом лежат тонкие.

Перечислите наружные диаметры всего, что идёт внутрь, включая то, что обычно забывают:

• Экранированные силовые кабели: оплётка и фольга добавляют 1–2 мм к кабелю того же сечения без экрана
• Воздушные и масляные трубки: считать по наружному диаметру, а не по проходу. Трубка «8 мм внутри» часто имеет 12 мм снаружи
• Кабель для непрерывного изгиба: более тонкая скрутка ради гибкости обычно даёт больший наружный диаметр, чем стационарный кабель того же сечения
• Оптоволокно: диаметр мал, но требование к радиусу изгиба у него самое жёсткое, и оно будет ограничивать выбранную высоту

Измеряйте штангенциркулем или берите письменные данные у производителя кабеля. «Справочные» значения из каталога номинальные; реальные партии расходятся до 1 мм, и этого миллиметра достаточно, чтобы получить проблему в изгибе.

Шаг 2: посчитайте ярусы — три это практический предел

Высоту поднимает именно укладка в несколько ярусов.

Если можно не укладывать ярусами — не укладывайте. Один ярус — лучший случай: каждый кабель держит своё положение, относительное смещение в изгибе минимально, теплоотвод наилучший. Ярусы появляются, когда не хватает ширины.

Когда укладывать всё же приходится, вот границы:

Порог в три яруса — не пункт стандарта, а практика: чем глубже укладка, тем сильнее сжат нижний кабель, и в изгибе у него же наибольшее смещение. Конструкции в четыре яруса редко доживают до половины расчётного ресурса.

Ярусы зафиксированы — общая высота получается сама:

Внутренняя высота ≥ (сумма высот ярусов) + верхний запас + запас между ярусами

Высота яруса равна наружному диаметру самого толстого кабеля в этом ярусе. Между ярусами оставьте 2–3 мм, верхний запас добавьте по методике ниже.

Шаг 3: куда идёт запас

Приняв за базу 60% заполнения из статьи про ширину, запас по высоте распределяется так:

• Верхний запас: 10–15% внутренней высоты, чтобы компенсировать подъём кабеля в изгибе. Это самая забываемая статья — при повороте звена перекладина проходит через часть внутренней высоты, поэтому раскладка, точно заполняющая прямую, упирается именно там
• Запас между ярусами: 2–3 мм на ярус под перегородку или стяжки. Без перегородки нужно больше, потому что верхние кабели проваливаются в промежутки между нижними
• Нижний запас: обычно не нужен, но при наличии воздушных или масляных трубок оставьте 3–5 мм, чтобы внутренняя стенка звена их не тёрла

Практическое правило: берите (сумма диаметров ярусов) × 1,10–1,15 и округляйте вверх до следующей ступени.

Пример расчёта: три силовых кабеля на термопластавтомате

Подвижный узел машины должен нести:

• 3 силовых кабеля, наружный диаметр 16 мм
• 4 сигнальных кабеля, наружный диаметр 6 мм
• 1 воздушную трубку, наружный диаметр 10 мм

Сначала проверим, хватает ли одного яруса. При внутренней ширине 75 мм в ряд помещаются четыре кабеля по 16 мм — значит, силовые лягут в один слой. Четыре сигнальных плюс трубка требуют 4 × 6 + 10 = 34 мм, тоже помещаются.

Проблема в том, что без разделения силовые и сигнальные пойдут вплотную в одной полости. Здесь нужна вертикальная перегородка, делящая ширину на два отсека: силовые с одной стороны, сигнальные и трубка с другой.

Теперь высота: в одном ярусе самый высокий элемент — кабель 16 мм. Плюс 3 мм верхнего запаса, итого 19 мм. Серия 18 с высотой 18 мм впритык, серия 20 подходит с запасом.

Если вместо этого уложить ярусами ради экономии ширины: ярус силовых 16 мм, ярус сигнальных с трубкой 10 мм, 2 мм между ними, 3 мм сверху — всего 31 мм, и это сразу серия 30. Ширина, сэкономленная ярусами, возвращается высотой. Очень типичный размен.

Одна и та же машина: один ярус — серия 20, ярусы — серия 30. У серии 30 ширина больше (25–103 мм), но радиус изгиба начинается с R55 против R28 у серии 18 — более чем вдвое, и монтажный габарит растёт соответственно.

Перегородки не опция — всё решают два условия

Самый частый вопрос: «нужны ли перегородки». Мой ответ смотрит на две вещи: укладываете ли вы ярусами и смешиваете ли уровни напряжения.

Горизонтальная перегородка: обязательна при любой укладке ярусами

Горизонтальная перегородка — это полка. Она делает одно: держит верхний ярус, не давая ему давить на нижний.

Без неё весь вес верхних кабелей ложится на оболочки нижних, причём не статически. Каждый цикл смещает точку контакта, то есть идёт непрерывное локальное перетирание. Разрушение оболочки по этой причине выглядит как канавка в одном конкретном месте, а не как общий износ.

При вертикальном монтаже горизонтальная перегородка обязательна без исключений. Сила тяжести действует вдоль оси высоты, весь вес верхнего яруса приходится на нижний, и без полки нижние кабели сплющиваются за несколько месяцев.

Вертикальная перегородка: силовые и сигнальные нужно разделять

Вертикальная перегородка делит ширину и решает две задачи:

• Электрическое разделение: поле вокруг выходных кабелей преобразователя частоты сильное. Если они идут вплотную к кабелям энкодера или датчиков, будут потери импульсов. Сама цепь это не лечит, но раздельные отсеки сильно снижают эффект
• Механическое разделение: разные диаметры в одном отсеке приводят к тому, что тонкие кабели сползают в промежутки между толстыми и зажимаются в изгибе

Когда перегородка обязательна:

1. Силовые и сигнальные в одной полости
2. Диаметры различаются более чем в 2 раза (например, 16 мм рядом с 6 мм)
3. Есть оптоволокно
4. Есть воздушные трубки под заметным давлением (при разрыве их нужно удерживать)

Если в полости только сигнальные кабели одного размера и одного уровня напряжения, перегородку можно не ставить: одного плоского яруса достаточно, а перегородка только съест ширину.

Отдельно про степень защиты. Открытая мостовая цепь не является оболочкой, но если степень защиты машины заявлена по IEC 60529 (степени защиты, обеспечиваемые оболочками, код IP), то закрытость зоны цепи и герметичность перегородок влияют на эту заявку. На странице стандарта точно определено, что считается оболочкой, и приведены методы испытаний; цель по машине лучше согласовать с проектировщиком электрики до выставления предложения.

Как делить отсеки: по пучку, а не по кабелю

Типичная ошибка новичка — отдельный отсек на каждый кабель. Перегородки съедают почти всю ширину, и полезного места становится меньше.

Делить нужно по пучку: кабели одного назначения, одного уровня напряжения и с одинаковыми требованиями к изгибу образуют пучок и занимают один отсек.

Ширина отсека:

Ширина отсека ≥ сумма диаметров пучка × 1,15–1,20

Три кабеля по 16 мм дают 48 мм номинально, то есть 58 мм с коэффициентом. Меньше нельзя, иначе кабели зажмёт и сама перегородка станет абразивом.

Пучки нужно ещё и уравновесить: пять кабелей в одном отсеке и один в соседнем заставят всю цепь качаться при движении, на длинных ходах это очень заметно.

Ступени высоты и покрытие по сериям

Мостовые серии CNWSL сгруппированы по внутренней высоте, у каждой ступени свой диапазон ширины и радиусов:

Всё перечисленное — стандартные ступени. Внутреннюю высоту изменить нельзя: она определяется пресс-формой звена, а нестандартная высота означает новую форму, а не подрезку. Ширина меняется перекладиной, высота — нет. Это главное практическое различие двух размеров.

Все серии — стеклонаполненный полиамид, от -20°C до 120°C. Полные размеры на странице средних серий и странице мини-серий.

Четыре признака недостаточной внутренней высоты

Если машина уже работает, как это определить? Ищите следующее:

1. Кабели бьют в боковины в изгибе. Самый характерный признак. На прямой тихо, при входе в изгиб появляется стук, при разборке на оболочке видны поперечные вмятины, сосредоточенные на входе в изгиб. При повороте звена перекладина проходит через полость, и полезная высота там уменьшается.

2. Оболочка протёрта всегда в одном месте. Не равномерный износ, а канавка в конкретной точке. Значит есть постоянная точка зажима, обычно на перекладине или у неподвижного конца.

3. Воздушная трубка сплющена, пневматика запаздывает. Трубка лежит внизу полости, её придавливают кабели сверху. Сплющенная трубка уменьшает проходное сечение, цилиндры работают с задержкой. Диагностировать тяжело, потому что электрическая часть в полном порядке.

4. Периодическая потеря импульсов, усиливается с ростом скорости. Сжатый кабель деформирует экран и смещает жилы, волновое сопротивление уходит. Проявляется ложными авариями на высокой скорости и отсутствием проблем на низкой.

Признаки 1 и 2 останавливают производство. Признаки 3 и 4 отнимают недели на поиск. Ошибка в высоте на порядок дороже ошибки в ширине, поэтому я рекомендую округлять вверх, а не вниз.

Чем обходится завышенная высота

Ради справедливости: шаг вверх тоже стоит денег.

• Радиус изгиба растёт. Внутри серии большая внутренняя высота означает больший минимальный R, а с ним монтажная высота и занимаемая площадь
• Звено тяжелее. На длинных ходах без опоры вес определяет число поддерживающих роликов. Свыше 3 м хода лишняя ступень высоты может означать дополнительный комплект опор
• Падает боковая устойчивость. Более высокие боковины хуже сопротивляются раскачиванию на высокой скорости при длинном ходе
• Стоимость. Больше материала, крупнее оснастка

Принцип: правильно посчитать ярусы, дать достаточный запас и взять ровно достаточную ступень. Не прыгайте на две ступени «на всякий случай».

Высота и радиус изгиба связаны

Эти два параметра нельзя решать по отдельности.

При изгибе цепи звенья внешней дуги растягиваются, внутренней — сжимаются. Разница длин двух дуг растёт линейно с внутренней высотой. При одном радиусе более высокое звено даёт больший относительный поворот между звеньями — отсюда износ пальцев, шум и пылевыделение.

Правильный порядок подбора:

1. Назначить внутреннюю высоту по перечню кабелей (эта статья)
2. Назначить нижнюю границу R по минимальному радиусу изгиба кабеля (данные производителя; обычно 6–10 наружных диаметров, для непрерывно-гибких до 5)
3. Проверить, есть ли такой R в выбранной ступени высоты
4. Если нет — перейти на более высокую серию или на более гибкий кабель

Именно на шаге 3 проекты и застревают: нужная высота есть, но её минимальный R выше расчётного. Два выхода — лучший кабель (дороже, экономит место) или другая серия (больше места, дешевле).

Как прокладывать гибкий кабель на подвижных частях, устанавливает IEC 60204-1 (Безопасность машин — Электрооборудование машин), и по нему можно сверить свою трассировку. Страница стандарта.

Вертикальный монтаж: высота становится направлением нагрузки

Всё вышесказанное предполагало горизонтальный ход. Вертикальное возвратно-поступательное движение — подъёмники, краны-штабелёры, вертикальные конвейеры — подчиняется другой логике.

При горизонтальном ходе вес кабелей воспринимает дно полости, и высота отвечает только на вопрос «поместится ли». При вертикальном:

• Сила тяжести действует вдоль оси высоты
• Каждый кабель давит на тот, что ниже
• Эта нагрузка меняется на каждом ходу

Здесь горизонтальная перегородка не опция, а обязательное требование, и одной недостаточно. Количество должно соответствовать ярусам: два яруса — одна полка, три — две, у каждого яруса своя опора.

Крепление тоже меняется: фиксируйте оба конца каждого яруса отдельно. Если закрепить только внешний ярус, внутренние кабели сползут под действием веса и соберутся в кучу внизу.

К пневматическим трубкам при вертикальном монтаже предъявляются дополнительные требования. Риск сплющивания гораздо выше, чем при горизонтальном, и ISO 4414 (Пневматические приводы — Общие правила и требования безопасности для систем и их компонентов) регламентирует прокладку и крепление. Там, где трубки идут вместе с цепью, стоит следовать стандарту, страница стандарта.

Зажим и срез: рассматривайте это как безопасность машин

Недостаточная внутренняя высота стоит не только кабеля.

Когда цепь ходит при малой высоте полости, кабели зажимаются между перекладиной и стенкой звена, образуя точку зажима, которая открывается и закрывается каждый цикл. Функционально это зажимной механизм. Руки находятся в этой зоне при наладке, очистке и поиске неисправностей, и риск травмы вполне реален.

ISO 12100 (Безопасность машин — Общие принципы проектирования, оценка и снижение риска) требует выявлять и оценивать такие опасности на стадии проектирования; на странице стандарта изложена методика. Кабельная цепь не является ограждением, но создаваемая ею точка зажима входит в оценку риска машины.

То, насколько ограждение реально не даёт дотянуться, количественно определено в ISO 13857 (Безопасность машин — Безопасные расстояния для предотвращения доступа верхних и нижних конечностей к опасным зонам), страница стандарта. Если зона цепи оценивается как защитная конструкция, этот стандарт — прямая основа для размеров проёмов.

Есть и менее очевидный слой: если сигнал, теряемый при зажиме кабеля, участвует в функции безопасности (контроль положения или скорости), последствие — не авария, а потеря защиты. ISO 13849-1 устанавливает уровни полноты для систем управления, связанных с безопасностью, страница стандарта. Механическая целостность кабеля — предпосылка достижения этого уровня PL.

На практике: оставьте высоту с запасом, чтобы кабели имели свободу и зажим не образовывался вовсе. Это гораздо дешевле, чем ставить ограждение потом.

Чистые помещения: одно правило переворачивается

В чистом помещении часть логики меняется на обратную.

Большая внутренняя высота означает больший объём полости, больше воздуха, перемещаемого цепью, и выше риск пылевыделения. Большая полость и частиц накапливает больше, сокращая интервалы очистки.

Поэтому в чистой среде берите высоту близко к фактической потребности, с малым запасом, и компенсируйте геометрией звена с низким пылевыделением. Классификация чистых помещений определена в ISO 14644-1, страница стандарта.

Наша безпылевая серия — из TPU, на других пресс-формах и с другими ступенями высоты, чем мостовая серия из полиамида. Если режим требует одновременно чистоты и укладки ярусами, подбирать нужно отдельно: таблица выше не переносится.

Три данных для запроса

Соберите их один раз и сэкономите несколько дней переписки:

1. Перечень кабелей: наружный диаметр и количество каждого, с пометкой силовой / сигнальный / воздух / оптика
2. Ориентация монтажа: горизонтально или вертикально, без опоры или в лотке, длина хода
3. Такт или скорость: определяет предел ярусов и необходимость снизить заполнение

С этими тремя данными мы сразу предложим комбинацию высоты, ширины и R. Черновой перечень тоже подойдёт: сначала считаем по худшему случаю, а скорректировать потом быстрее, чем ждать.

Частые вопросы

Можно поднять высоту немного, например с 25 до 28?

Нет. Внутренняя высота определяется пресс-формой звена, одна ступень на серию, промежуточных значений нет. Для 28 мм нужна серия 30. Ширина — другое дело: меняется перекладиной, ступени могут быть мельче.

Уложить два яруса или взять ступень выше по высоте?

Если ширина позволяет, выигрывает более широкая одноярусная схема: лучше теплоотвод, меньше смещение в изгибе, больше ресурс. Укладывайте ярусами только когда ширины действительно не хватает, и всегда с горизонтальной перегородкой.

Перегородки отнимают полезную ширину?

Да, у них есть толщина. Поэтому и делят по пучку, а не по кабелю: отсек на каждый кабель отдаёт перегородкам половину ширины.

Можно приехать на завод?

Конечно. Производство находится в Юэцине, провинция Чжэцзян (улица Тяньчэн), там же организуются аудит и образцы; можно увидеть линии и оснастку, производство работает по IATF 16949. Чанчжоу — наш постоянный торговый офис для местной координации, а не завод.

Вы можете посчитать за меня?

Да. Пришлите перечень кабелей, и мы подберём внутреннюю высоту, ширину и радиус изгиба под вашу фактическую конфигурацию. При необходимости предоставим 3D-модели, чтобы зарезервировать место уже на стадии проектирования.

Итог

Внутренняя высота сводится к двум действиям: посчитать ярусы и измерить самый толстый кабель.

Трудно не посчитать, а признать, что кабели придётся укладывать ярусами. Многие решения выглядят нормально на чертеже; проблема переезжает в изгиб и в остановку через три месяца.

Ярусы, запас, перегородки — если хоть одно из трёх сделано «примерно», машина предъявит счёт на пусконаладке.

Полный диапазон — на странице средних серий, таблицы размеров — в центре загрузок, или свяжитесь с нами и пришлите перечень кабелей.