Máy thiết bị nâng cơ giới

Kiến thức ngành

Quấn dây căng côn: Tại sao căng thẳng liên tục là chiến lược sai lầm cho cuộn cáp lớn

Một trong những quan niệm sai lầm dai dẳng nhất trong thực hành quấn cáp là việc duy trì điểm đặt độ căng không đổi trong suốt quá trình xây dựng ống chỉ hoàn chỉnh sẽ tạo ra chất lượng cuộn dây tốt nhất. Trong thực tế, sức căng dây quấn không đổi trên một Máy kéo dây cáp có động cơ tạo ra các cuộn dây không ổn định về mặt cơ học trên các kết cấu có đường kính lớn vì các lớp bên trong — được quấn ở phần đầu của ống cuộn khi bán kính cuộn dây nhỏ — phải chịu tải trọng nén từ mọi lớp tiếp theo được quấn lên trên chúng. Khi ống cuộn hướng ra ngoài, áp suất hướng tâm tích lũy trên các lớp trong cùng tăng dần, cuối cùng vượt quá cường độ chịu nén của vỏ cáp và gây ra biến dạng vĩnh viễn của lớp cách điện tại các bề mặt tiếp xúc của lớp. Sự biến dạng không thể nhìn thấy được từ bên ngoài nhưng tạo ra số đọc điện dung tăng cao và điểm yếu điện môi tiềm ẩn tại các điểm bị ảnh hưởng.

Cuộn dây căng côn giải quyết vấn đề này bằng cách cố tình giảm lực căng cuộn dây khi đường kính ống cuộn tăng lên. Độ căng ở bất kỳ đường kính cuộn dây nhất định nào được đặt theo tỷ lệ phần trăm của lực căng ban đầu, tuân theo cấu hình côn - tuyến tính hoặc cong - giúp giữ áp suất hướng tâm lên các lớp bên trong trong giới hạn chấp nhận được trong toàn bộ cấu trúc. Tỷ lệ côn điển hình của cáp điện cách điện PVC là 60–75%, nghĩa là lực căng ở toàn bộ đường kính ngoài của ống cuộn là 60–75% lực căng tác dụng ở lõi. Cấu hình côn chính xác được xác định bởi mô đun vỏ cáp, hình dạng ống cuộn và ứng suất nén lớp bên trong tối đa có thể chấp nhận được — các thông số yêu cầu tính toán kỹ thuật thay vì thử và sai theo kinh nghiệm trên cuộn cuộn sản xuất.

Thực hiện căng thẳng côn trên một Máy cuốn cáp tự động yêu cầu hệ thống điều khiển phải theo dõi liên tục đường kính cuộn dây hiện tại và áp dụng điểm đặt lực căng tương ứng trong thời gian thực. Đường kính cuộn dây có thể được tính từ tỷ số giữa tốc độ di chuyển ngang và tốc độ quay của ống chỉ — một phép tính có sẵn trong hầu hết các nền tảng truyền động servo hiện đại mà không cần thêm cảm biến. Shanghai Yessjet Precision Machinery Co., Ltd. định cấu hình các biên dạng độ căng côn như một phần của hệ thống công thức sản phẩm trên dòng Máy cuốn cáp dây có động cơ, cho phép người vận hành lưu trữ và gọi lại các thông số độ căng chính xác cho từng thông số cáp mà không cần tính toán lại thủ công trên máy trong quá trình chuyển đổi sản phẩm.

Tính toán bước ngang và ảnh hưởng của nó đến độ ổn định của lớp ống chỉ

Khoảng cách ngang - khoảng cách ngang mà cáp tiến lên trên mỗi vòng quay của ống cuộn dây - là thông số xác định mật độ cáp được đóng gói trên chiều rộng mặt bích ống cuộn và liệu các giao diện lớp có ổn định về mặt hình học hay không. Bước ngang không chính xác tạo ra một trong hai dạng hư hỏng: bước quá chặt tạo ra các lớp chồng lên nhau trong đó các cáp liền kề quay vào nhau dưới lực căng của cuộn dây, gây hư hỏng bề mặt vỏ bọc và chiều cao lớp không đều khiến các lớp tiếp theo không ổn định; bước quá rộng tạo ra khoảng trống giữa các vòng liền kề cho phép các lớp trên rơi qua và vượt qua các vòng dưới trong quá trình cuộn dây, tạo ra khiếm khuyết "lớp chéo" đặc trưng khiến ống cuộn không thể sử dụng được trên thiết bị thanh toán tự động.

Cao độ chính xác về mặt lý thuyết đối với gió một lớp bằng đường kính ngoài của cáp cộng với khoảng hở cho phép là 1–3% để điều chỉnh sự thay đổi OD trên toàn bộ chiều dài ống cuộn. Trong thực tế, OD danh nghĩa được sử dụng để tính toán cao độ phải là giới hạn thông số kỹ thuật OD tối đa thay vì giá trị danh nghĩa, vì cao độ được tính ở OD danh nghĩa sẽ tạo ra sự chồng chéo trên cáp chạy ở dung sai OD trên. Đối với cáp có dung sai OD rộng hơn ±3%, bước cố định được tính từ OD tối đa sẽ tạo ra các khoảng trống nhìn thấy được trên cáp chạy ở OD danh nghĩa hoặc tối thiểu — trong những trường hợp này, hệ thống điều chỉnh bước vòng kín đọc OD thực tế của cáp từ máy đo laze và cập nhật bước đi ngang trong thời gian thực mang lại chất lượng lớp vượt trội trên toàn bộ phạm vi OD sản xuất.

Cấu hình bước ngang theo loại cáp

Đối với cuộn dây nhiều lớp, việc tính toán bước cũng phải tính đến góc giao nhau giữa các lớp - góc mà mỗi lớp kế tiếp đảo ngược hướng đi ngang ở mặt bích. Góc chéo quá dốc khiến cáp đào sâu vào lớp trước tại điểm đảo ngược thay vì lướt qua nó một cách trơn tru, tạo ra một mép nổi lên ở mặt bích phát triển dần dần theo từng lớp và cuối cùng khiến cáp không thể ngồi đúng cách trên toàn bộ chiều rộng ống cuộn. Việc kiểm soát góc chéo yêu cầu điều chỉnh cấu hình giảm tốc di chuyển ngang và đảo chiều ở điểm cuối hành trình của mặt bích, đây là cài đặt tham số truyền động khác với bước di chuyển ngang ở trạng thái ổn định và phải được cấu hình độc lập cho từng phạm vi OD của cáp.

Trình tự thay đổi ống chỉ trên máy cuốn cáp tự động: Giảm thiểu chiều dài phế liệu

Sự kiện thay đổi ống cuộn trên Máy rút cáp tự động là quá trình chuyển đổi xác định trực tiếp nhất độ dài cáp có thể sử dụng bị mất trong mỗi chu kỳ thay ống cuộn. Trong trình tự thay đổi - từ thời điểm hoàn thành tín hiệu cuộn chỉ đầy đủ cho đến thời điểm cuộn chỉ mới đạt đến độ căng cuộn ở trạng thái ổn định - dây chuyền ép đùn ngược dòng tiếp tục tạo ra cáp tích tụ trong bộ đệm tích lũy hoặc yêu cầu đường dây giảm tốc độ. Cáp được tạo ra trong quá trình xả ắc quy và chuyển đổi tốc độ đường dây thường không có thông số kỹ thuật về độ dày thành hoặc vị trí dây dẫn do sự thay đổi tốc độ và chiều dài này phải được loại bỏ hoặc hạ cấp. Việc giảm thiểu độ dài phế liệu này đòi hỏi phải tối ưu hóa ba biến số phụ thuộc lẫn nhau: công suất bộ tích lũy, thời gian chu kỳ thay đổi ống cuộn và trình tự bắt tay điều khiển giữa máy gắp và PLC chính của dây chuyền.

Thời gian chu kỳ thay ống chỉ trên Máy cuốn cáp tự động bao gồm một số bước tuần tự, mỗi bước đều góp phần tạo nên tổng thời gian chuyển đổi. Hiểu được quỹ thời gian cho từng bước sẽ xác định đâu là nơi đầu tư kỹ thuật vào tự động hóa hoặc cải tiến thiết kế cơ khí mang lại mức giảm lớn nhất trong tổng thời gian chu kỳ và chiều dài phế liệu liên quan.

• Phát hiện ống chỉ đầy đủ và truyền tín hiệu: Bộ đếm đồng hồ đạt đến độ dài mục tiêu, kích hoạt trình tự thay đổi và báo hiệu cho bộ tích lũy bắt đầu xả - bước này sẽ mất ít hơn 200 mili giây trên hệ thống điều khiển PLC hiện đại; Các hệ thống logic chuyển tiếp thường đưa ra độ trễ 1–3 giây làm tiêu tốn dung lượng bộ tích lũy trước khi chuỗi cơ học bắt đầu
• Cắt cáp và cố định đuôi: Máy cắt bay hoặc máy cắt cố định kích hoạt, cắt cáp và phần đuôi được cố định vào toàn bộ ống cuộn - tổng thời lượng thường là 1–3 giây trên hệ thống tự động; việc buộc đuôi bằng tay kéo dài thời gian này lên 15–30 giây và yêu cầu dây phải dừng hoàn toàn
• Loại bỏ toàn bộ ống chỉ và định vị ống chỉ trống: Bộ truyền ống chỉ hoặc tháp pháo quay hoặc lập chỉ mục để đưa ống cuộn trống vào vị trí cuộn dây - máy cuốn kiểu tháp pháo hoàn thành bước này trong 3–6 giây; máy một vị trí yêu cầu trao đổi xe nâng mất 2–8 phút tùy thuộc vào cách bố trí cơ sở và tính sẵn có của thiết bị
• Gắn dây dẫn và gia tốc cuộn dây ban đầu: Dây dẫn cáp được gắn vào lõi ống cuộn mới và bộ truyền động cuộn dây tăng tốc để phù hợp với tốc độ đường dây - máy cuốn dẫn động bằng servo có thể hoàn thành việc tăng tốc này trong 2–4 giây; hệ thống truyền động DC cũ hơn có thể mất 8–15 giây để đạt được độ căng cuộn dây ổn định

Tổng chiều dài phế liệu được tạo ra cho mỗi lần thay đổi ống chỉ là tích của tốc độ đường dây và tổng của tất cả các bước trong đó bộ tích lũy đang xả và bộ nạp chưa cuộn dây ở trạng thái căng ở trạng thái ổn định. Ở tốc độ đường truyền 200 m/phút, tổng thời gian chuyển đổi 30 giây sẽ tạo ra 100 mét cáp có khả năng không có thông số kỹ thuật cho mỗi sự kiện thay đổi — một chi phí vật liệu đáng kể trên một dây chuyền thực hiện nhiều thay đổi ống chỉ trong mỗi ca. Việc giảm thời gian chuyển đổi xuống còn 8 giây thông qua việc nâng tháp pháo và tăng tốc servo giúp giảm thời gian này xuống còn khoảng 27 mét, giảm 73% phế liệu mỗi lần thay đổi có tác động trực tiếp đến năng suất sản xuất và chi phí vật liệu trên mỗi km cáp được sản xuất.

Kiến trúc phản hồi căng thẳng: Điều khiển dựa trên vũ công và dựa trên tế bào tải

Máy cuốn dây cáp có động cơ sử dụng một trong hai kiến trúc đo lực căng chính để tạo ra tín hiệu phản hồi cho vòng điều khiển độ căng cuộn dây: phản hồi vị trí con lăn vũ công hoặc đo lực căng trực tiếp của tế bào tải. Mỗi kiến ​​trúc có các đặc điểm đáp ứng, yêu cầu hiệu chuẩn và chế độ lỗi riêng biệt khiến cái này hoặc cái kia phù hợp hơn tùy thuộc vào loại cáp, tốc độ đường truyền và yêu cầu về độ ổn định lực căng của ứng dụng. Hiểu được những khác biệt cơ bản cho phép các kỹ sư chỉ định hệ thống chính xác cho các cài đặt mới và chẩn đoán các vấn đề về hiệu suất điều khiển trên các hệ thống hiện có mà không cần đặt mặc định điều chỉnh lại bộ điều khiển làm phản hồi đầu tiên.

Điều khiển độ căng dựa trên vũ công sử dụng vị trí của một con lăn được nạp bằng lò xo hoặc được nạp bằng khí nén trong đường cáp như một thước đo lực căng gián tiếp - độ dịch chuyển của vũ công tỷ lệ thuận với lực căng khi biết khối lượng của vũ công và lò xo hoặc lực tải trước khí nén. Ưu điểm chính là sự đơn giản về mặt cơ học và khả năng tích lũy vốn có: hành trình của con lăn vũ công cung cấp một bộ đệm giúp hấp thụ các chuyển tiếp tốc độ mà không yêu cầu vòng điều khiển phản hồi ngay lập tức. Hạn chế là vị trí của vũ công là phép đo lực căng gián tiếp — nó đo lực tại điểm tiếp xúc của vũ công, lực này có thể khác với lực căng tại điểm cuộn dây do ma sát trong đường cáp giữa vũ công và ống cuộn, đặc biệt là trên cáp có đường kính lớn với độ cứng uốn cao tạo ra ma sát tiếp xúc đáng kể với các con lăn dẫn hướng và khoen.

Phép đo độ căng của cảm biến tải trọng đặt trực tiếp bộ chuyển đổi lực đo biến dạng vào đường cáp — dưới dạng con lăn dẫn hướng được trang bị dụng cụ hoặc dưới dạng cảm biến phản lực trên chốt dẫn hướng cố định — và cung cấp tín hiệu điện trực tiếp tỷ lệ với độ căng của cáp tại điểm đo. Hệ thống cảm biến tải trọng loại bỏ lỗi đo do ma sát gây ra của hệ thống vũ công và cung cấp tín hiệu độ căng băng thông cao hơn, phù hợp hơn cho các ứng dụng cuộn dây tốc độ cao, nơi phải phát hiện và hiệu chỉnh các chuyển tiếp lực căng nhanh trong các vòng quay cuộn dây riêng lẻ. Sự đánh đổi là các cảm biến tải trọng không có khả năng đệm - vòng điều khiển phải đáp ứng với mọi lực căng nhất thời, yêu cầu băng thông điều khiển cao hơn và điều chỉnh PID cẩn thận hơn để tránh dao động. Hệ thống cảm biến tải trọng cũng yêu cầu hiệu chuẩn định kỳ để duy trì độ chính xác của phép đo, vì độ lệch bằng 0 của máy đo biến dạng bị trôi theo nhiệt độ và độ mỏi cơ học theo thời gian.

Khả năng tương thích cơ học của cuộn dây: Tiêu chuẩn giao diện trục và xếp hạng tải

Một nguyên nhân thường xuyên bị bỏ qua của các vấn đề về chất lượng cuộn dây trên Máy cuốn dây cáp có động cơ là sự không tương thích về mặt cơ học giữa các cuộn dây và giao diện trục của máy cuốn. Các nhà sản xuất cáp thường tích lũy một lượng cuộn cuộn tồn kho hỗn hợp từ nhiều nhà cung cấp qua nhiều năm hoạt động, với những thay đổi kích thước nhỏ về đường kính lỗ khoan, hình học rãnh then và độ đồng tâm của mặt bích gây ra sự cố trên các máy cuốn có dung sai trục chặt chẽ. Một ống cuộn có đường kính lỗ khoan lớn hơn 0,3 mm so với trục danh nghĩa tạo ra khe hở phù hợp cho phép ống cuộn chạy lệch tâm dưới lực căng cuộn dây — độ lệch tâm tạo ra gợn sóng căng một lần trên mỗi vòng quay mà hệ thống điều khiển không thể triệt tiêu vì nó được tạo ra một cách cơ học chứ không phải do quá trình tạo ra.

Các thông số cơ học của ống cuộn có liên quan phải được xác minh về khả năng tương thích với Máy cuốn cáp dây có động cơ bao gồm đường kính và dung sai lỗ khoan, chiều rộng và chiều sâu của rãnh then, thông số kỹ thuật về độ lệch mặt bích và khả năng chịu trọng lượng định mức của ống cuộn ở mức lấp đầy cáp tối đa. Khả năng chịu trọng lượng của ống cuộn đặc biệt quan trọng trên Máy cuốn cáp tự động có khả năng chịu lực ngang cao - lực căng cuộn tác dụng trên toàn bộ chiều rộng truyền của ống cuộn tạo ra mômen uốn đáng kể trên các ổ trục trục ống cuộn và việc vượt quá định mức cấu trúc của ống cuộn có thể gây ra biến dạng mặt bích làm hỏng ống cuộn vĩnh viễn và tạo ra mối nguy hiểm về an toàn khi ống cuộn đã tải được xử lý bằng xe nâng.

• Kiểm tra đường kính lỗ khoan: Đo đường kính lỗ khoan của lô ống chỉ mới bằng thước đo lỗ khoan đã hiệu chuẩn trước khi đưa chúng vào sử dụng sản xuất - chỉ chấp nhận các ống cuộn trong phạm vi ± 0,05mm đường kính danh nghĩa của trục cho các ứng dụng tiếp nhận chính xác; dung sai rộng hơn yêu cầu ống bọc bộ chuyển đổi côn làm tăng thêm độ phức tạp và khả năng bị lệch tâm
• Kiểm tra hết mặt bích: Kiểm tra độ đảo mặt bích bằng đồng hồ quay số trên trục tâm tham chiếu trước lần sử dụng đầu tiên và sau bất kỳ sự kiện rơi ống cuộn nào - độ đảo vượt quá 0,5mm trên mỗi bán kính mặt bích 300mm cho thấy biến dạng mặt bích sẽ gây ra lỗi thời gian đảo chiều ngang và hình thành mép mép
• Tính toán trọng lượng lấp đầy tối đa: Tính toán trọng lượng lấp đầy cáp tối đa bằng tích của dung lượng lưu trữ thực của ống cuộn (tổng thể tích ống chỉ trừ đi thể tích lõi) và trọng lượng cáp trên một đơn vị thể tích - xác minh rằng giá trị này thấp hơn tổng tải trọng định mức của ống chỉ, bao gồm trọng lượng bì của ống cuộn, theo hệ số an toàn tối thiểu là 1,5
• Lớp phù hợp với Keyway: Chỉ định một rãnh then vừa khít (JS9/h9 hoặc tương đương theo ISO 286) cho các ứng dụng kéo thay vì dung sai vừa khít bình thường được sử dụng cho truyền lực thông thường — khớp rãnh then lỏng cho phép ống xoay xoay so với trục trong khi tăng tốc và giảm tốc, tạo ra các hiện tượng trượt vi mô tạo ra các gai căng cục bộ

Tích hợp thêm máy rút cáp tự động vào dây chuyền ép đùn hiện có

Việc bổ sung Máy cuốn cáp tự động vào dây chuyền ép đùn hiện có vốn được thiết kế ban đầu để cuốn dây cáp thủ công bao gồm những thách thức về tích hợp điều khiển thường bị đánh giá thấp trong giai đoạn lập kế hoạch dự án. Bộ điều khiển tốc độ vận chuyển của dây chuyền ép đùn được thiết kế để hoạt động như tốc độ tham chiếu đầu cuối cho dây chuyền - nó đặt tốc độ sản xuất và tất cả các thiết bị đầu nguồn đều tuân theo. Khi thêm một máy cuốn tự động, nó sẽ giới thiệu một hệ thống điều khiển vòng kín thứ hai ở cuối dây chuyền cũng đang cố gắng điều chỉnh độ căng của cáp thông qua việc điều chỉnh tốc độ. Nếu không có sự phối hợp thích hợp của hai vòng điều khiển này, chúng sẽ tương tác bất lợi: tốc độ kéo tăng khi phản ứng với tín hiệu giảm độ căng trong khi bộ truyền động kéo lên đồng thời giảm tốc độ để phản ứng với cùng mức giảm độ căng, tạo ra dao động kéo dài mà cả vòng lặp đều không thể giải quyết độc lập.

Giải pháp tiêu chuẩn là cấu hình bộ truyền động kéo ở chế độ điều khiển mô-men xoắn thay vì chế độ điều khiển tốc độ, với bộ dẫn động kéo vẫn giữ vai trò là tốc độ chính. Ở chế độ điều khiển mô-men xoắn, bộ dẫn động cuốn sẽ áp dụng một mô-men cuộn dây không đổi tương ứng với điểm đặt độ căng mục tiêu và tốc độ cuộn dây sẽ tự động điều chỉnh để phù hợp với tốc độ đầu ra kéo ra - tương tự như cách phanh thụ động cung cấp lực cản không đổi bất kể tốc độ. Khi đó, vị trí con lăn vũ công chỉ đóng vai trò là tín hiệu điều chỉnh để điều chỉnh điểm đặt mô-men xoắn chứ không đóng vai trò là tham chiếu tốc độ chính. Kiến trúc điều khiển này giúp loại bỏ vấn đề tương tác vòng lặp vì bộ dẫn động kéo lên không còn cạnh tranh với bộ truyền động kéo để điều khiển tốc độ cáp — nó chỉ đơn giản cung cấp một mô-men xoắn điện trở được kiểm soát mà bộ điều khiển tốc độ kéo ra có thể điều khiển mà không bị xung đột.

Được thành lập vào năm 2002 tại Thượng Hải với sự đầu tư từ Đài Loan và mở rộng thông qua Công ty TNHH Máy móc chính xác Giang Tô Yessjet ở Yixing, Vô Tích vào năm 2017, Công ty TNHH Máy móc chính xác Yessjet Thượng Hải đã tích lũy nhiều kinh nghiệm tích hợp Máy cuốn dây cáp có động cơ và Máy cuốn cáp tự động vào dây chuyền ép đùn do nhiều nhà sản xuất thiết bị gốc chế tạo. Quy trình kỹ thuật tích hợp bắt đầu bằng việc kiểm tra hệ thống điều khiển của đường dây hiện có để xác định loại bộ truyền động vận chuyển, khả năng giao thức truyền thông và I/O có sẵn để khóa liên động - tiếp theo là một kiến ​​trúc tích hợp xác định chỉ định chính xác cách bộ truyền động cất cánh sẽ nhận được tham chiếu tốc độ của nó và cách định tuyến tín hiệu vũ công để tránh tương tác vòng lặp. Cách tiếp cận có cấu trúc này đã liên tục giảm thời gian vận hành trang bị thêm so với các cài đặt bổ sung không phối hợp, trong đó các vấn đề tương tác điều khiển được phát hiện và giải quyết lặp đi lặp lại trong quá trình thử nghiệm sản xuất.