電動巻取り装置機械

業界の知識

テーパーテンション巻き: 大型ケーブルスプールに対して一定張力が間違った戦略である理由

ケーブル巻き取りの実践における最も根深い誤解の 1 つは、スプール全体の構築全体を通じて一定の張力設定値を維持することで最高のコイル品質が得られるということです。実際には、一定の張力が巻かれています。 電動ワイヤーケーブル巻き取り機 内層（巻き半径が小さいときにスプールの最初に巻かれる）は、その上に巻かれるすべての後続の層から圧縮荷重を受けるため、大径のビルドでは機械的に不安定なスプールが生成されます。スプールが外側に向かって大きくなるにつれて、最内層にかかる累積的な半径方向の圧力が徐々に増加し、最終的にはケーブル ジャケットの圧縮降伏強度を超え、層の境界面で絶縁体の永久変形を引き起こします。変形は外部からは見えませんが、影響を受けた箇所で静電容量の測定値が上昇し、潜在的な誘電低下が生じます。

テーパーテンション巻きは、スプール直径が大きくなるにつれて巻き上げ張力を意図的に下げることでこの問題に対処します。任意の巻き取り直径での張力は、構築全体を通じて内層にかかる半径方向の圧力を許容範囲内に保つ、直線または曲線のテーパー プロファイルに従って、開始張力のパーセンテージとして設定されます。 PVC 絶縁電力ケーブルの一般的なテーパー率は 60 ～ 75% です。これは、スプール外径全体での張力がコアにかかる張力の 60 ～ 75% であることを意味します。正確なテーパー プロファイルは、ケーブルのジャケットの弾性率、スプールの形状、および許容可能な最大内層圧縮応力によって決まります。これらのパラメーターには、生産スプールでの経験的な試行錯誤ではなく、工学的な計算が必要です。

テーパーテンションを実装する 自動ケーブル巻き取り機 制御システムが現在の巻き取り直径を継続的に追跡し、対応する張力設定値をリアルタイムで適用する必要があります。巻き取り直径は、トラバース速度とスプール回転速度の比から導き出すことができます。この計算は、追加のセンサーを必要とせずに、ほとんどの最新のサーボ ドライブ プラットフォームで利用できます。 Shanghai Yessjet Precise Machinery Co., Ltd. は、電動ワイヤ ケーブル テイクアップ マシン シリーズの製品レシピ システムの一部としてテーパ張力プロファイルを構成し、オペレータが製品切り替え時に機械で手動で再計算することなく、各ケーブル仕様の正しいテーパ パラメータを保存および呼び出すことができるようにします。

トラバースピッチの計算とスプール層の安定性への影響

トラバース ピッチ (巻き取りスプールの 1 回転ごとにケーブルが進む横方向の距離) は、ケーブルがスプール フランジ幅全体にどれだけ密に詰め込まれているか、および層の境界面が幾何学的に安定しているかどうかを決定するパラメータです。不適切なトラバース ピッチは、2 つの故障モードのいずれかを引き起こします。ピッチが狭すぎると、巻線の張力によって隣接するケーブル ターンが互いに食い込み、層の重なりが生じ、ジャケットの表面が損傷し、層の高さが不規則になり、後続の層が不安定になります。ピッチが広すぎると、隣接するターン間に隙間が生じ、巻き取りプロセス中に上層が抜け落ちて下層のターンを越えてしまい、スプールを自動繰り出し装置で使用できなくなる特徴的な「交差層」欠陥が発生します。

単層巻線の理論的に正しいピッチは、ケーブルの外径に、スプール長全体にわたる外径の変化に対応するための 1 ～ 3% のクリアランス許容値を加えたものと等しくなります。実際には、ピッチの計算に使用される公称外径は、公称値ではなく最大外径仕様制限である必要があります。これは、公称外径で計算されたピッチが、上限の外径公差で走行するケーブル上でオーバーラップを生じるためです。外径公差が ±3% より広いケーブルの場合、最大外径から計算された固定ピッチにより、公称外径または最小外径で走行するケーブルに目に見えるギャップが生じます。このような場合、レーザー ゲージから実際のケーブル外径を読み取り、トラバース ピッチをリアルタイムで更新する閉ループ ピッチ調整システムにより、製造外径範囲全体にわたって優れた層品質が提供されます。

ケーブルタイプ別トラバースピッチ構成

多層巻きの場合、ピッチの計算では、層間の交差角度、つまり、連続する各層がフランジで横方向を反転する角度も考慮する必要があります。クロスオーバー角度が急すぎると、ケーブルが反転点で前の層にスムーズに乗り上げることができずに食い込み、フランジに盛り上がったエッジビードが形成され、層ごとに徐々に大きくなり、最終的にはケーブルがスプール幅全体にわたって適切に装着できなくなります。クロスオーバー角度を制御するには、フランジの移動端でのトラバース減速と反転プロファイルを調整する必要があります。これは、定常状態のトラバース ピッチとは異なる駆動パラメータ設定であり、ケーブル外径範囲ごとに個別に設定する必要があります。

自動ケーブル巻き取り機のスプール交換シーケンス: スクラップ長の最小化

自動ケーブル巻き取り機のスプール交換イベントは、スプール交換サイクルごとに使用可能なケーブル長がどれだけ失われるかを最も直接的に決定する遷移です。交換シーケンス中、満杯のスプールが完了を知らせた瞬間から、新しいスプールが定常状態の巻取り張力に達する瞬間まで、上流の押出ラインはケーブルを生産し続けますが、そのケーブルはアキュムレータバッファに蓄積されるか、ラインの速度を下げる必要があります。アキュムレータの放電およびライン速度の移行中に生成されるケーブルは、速度の変動により肉厚または導体の位置が仕様から外れていることが多く、この長さは廃棄またはダウングレードする必要があります。このスクラップ長を最小限に抑えるには、アキュムレータ容量、スプール交換サイクル タイム、巻取機とライン マスター PLC 間の制御ハンドシェイク シーケンスという 3 つの相互依存変数を最適化する必要があります。

自動ケーブル巻き取り機のスプール交換サイクル時間は、いくつかの一連のステップで構成されており、それぞれのステップが合計交換時間に影響します。各ステップの時間予算を理解することで、自動化または機械設計の改善に対するエンジニアリング投資が、総サイクル タイムと関連するスクラップ長の最大の削減につながる箇所を特定します。

• フルスプール検出と信号送信: メーターカウンターが目標の長さに達すると、変更シーケンスがトリガーされ、アキュムレーターに放電を開始する信号が送信されます。このステップにかかる時間は、最新の PLC 制御システムでは 200 ミリ秒未満です。リレー ロジック システムでは、機械的なシーケンスが始まる前にアキュムレータの容量を消費する 1 ～ 3 秒の遅延が発生することがよくあります。
• ケーブルの切断とテールの固定: フライング カッターまたは固定カッターが作動し、ケーブルを切断し、テールがフル スプールに固定されます。自動システムでは合計持続時間は通常 1 ～ 3 秒です。手動で尾を結ぶとこれが 15 ～ 30 秒に延長され、ラインを完全に停止する必要があります。
• スプール全体の取り外しと空のスプールの位置決め: スプール キャリッジまたはタレットが回転またはインデックスして、空のスプールを巻き取り位置に移動します。タレット スタイルの巻き取り機はこのステップを 3 ～ 6 秒で完了します。フォークリフト交換が必要なシングルポジション機械の場合、施設のレイアウトと機器の可用性に応じて 2 ～ 8 分かかります。
• リード取り付けと初期巻線加速： ケーブル リードが新しいスプール コアに取り付けられ、巻取りドライブがライン速度に合わせて加速します。サーボ駆動の巻取り機はこの加速を 2 ～ 4 秒で完了できます。古い DC ドライブ システムでは、安定した巻取り張力に達するまでに 8 ～ 15 秒かかる場合があります

スプール交換ごとに生成されるスクラップの合計長さは、ライン速度と、アキュムレータが排出され、巻き取りがまだ定常状態の張力で巻き取られていない間のすべてのステップの合計との積です。ライン速度 200 m/min では、合計 30 秒の切り替え時間により、変更イベントごとに 100 メートルの仕様外の可能性のあるケーブルが生成されます。これは、シフトごとに複数のスプール交換を実行するラインでは、かなりの材料コストがかかります。タレットテークアップとサーボ加速により切り替え時間を 8 秒に短縮すると、これが約 27 メートルに短縮され、交換ごとのスクラップが 73% 削減され、生産歩留まりと生産されるケーブル 1 キロメートルあたりの材料コストに直接影響します。

張力フィードバック アーキテクチャ: ダンサーベースの制御とロードセルベースの制御

電動ワイヤケーブル巻取り機は、ダンサー ローラー位置フィードバックまたは直接ロード セル張力測定という 2 つの主要な張力測定アーキテクチャのいずれかを使用して、巻線張力制御ループのフィードバック信号を生成します。各アーキテクチャには異なる応答特性、キャリブレーション要件、障害モードがあり、アプリケーションのケーブル タイプ、回線速度、張力安定性要件に応じてどちらかがより適切になります。基本的な違いを理解することで、エンジニアは、初期応答としてコントローラーを再調整することをデフォルトにすることなく、新規設置に適切なシステムを指定したり、既存システムの制御パフォーマンスの問題を診断したりできるようになります。

ダンサーベースの張力制御では、張力の間接的な尺度として、ケーブル経路内のバネ荷重または空気圧荷重のローラーの位置が使用されます。ダンサーの質量とバネまたは空気圧の予荷重力が既知の場合、ダンサーの変位は張力に比例します。主な利点は、機械的な単純さと固有の蓄積能力です。ダンサー ローラーの移動により、制御ループが瞬時に応答する必要がなく、速度の過渡現象を吸収するバッファーが提供されます。制限は、ダンサーの位置が間接的な張力測定であることです。ダンサーの接触点での力を測定します。この力は、ダンサーとスプールの間のケーブル経路の摩擦により、特にガイド ローラーやアイレットに対して大きな接触摩擦が発生する曲げ剛性の高い大径ケーブルの場合、巻き取り点での張力とは異なる場合があります。

ロードセルの張力測定では、ひずみゲージ力トランスデューサをケーブル経路に直接配置し（計装ガイドローラーとして、または固定ガイドピン上の反力センサーとして）、測定点でのケーブル張力に比例する直接電気信号を提供します。ロードセル システムは、ダンサー システムの摩擦による測定誤差を排除し、個々の巻線回転内で急速な張力過渡現象を検出して補正する必要がある高速巻線用途により適した、より高い帯域幅の張力信号を提供します。トレードオフは、ロード セルにバッファリング機能がないことです。制御ループはあらゆる張力過渡現象に応答する必要があり、発振を避けるためにより高い制御帯域幅とより慎重な PID 調整が必要です。ひずみゲージのゼロ オフセットは時間の経過とともに温度や機械的疲労によってドリフトするため、ロード セル システムでは測定精度を維持するために定期的な校正も必要です。

巻取りスプールの機械的互換性: シャフトインターフェース規格と定格荷重

電動ワイヤーケーブル巻取機の巻取品質問題の見落とされがちな原因は、巻取スプールと巻取機のシャフトインターフェース間の機械的不適合です。ケーブルメーカーは通常、長年の運用を通じて複数のサプライヤーからのスプールの混合在庫を蓄積しており、ボア直径、キー溝の形状、フランジの同心度に微妙な寸法のばらつきがあり、シャフト公差が厳しい巻取り機では問題が発生します。シャフトの公称よりも 0.3 mm 大きいボア直径を持つスプールは、巻き取り張力の下でスプールが偏心して動作することを可能にするすきまばめを作成します。偏心により 1 回転ごとに 1 回の張力リップルが生成されますが、これはプロセスで生成されるのではなく機械的に誘発されるため、制御システムでは抑制できません。

電動ワイヤ ケーブル テークアップ マシンとの互換性を確認する必要がある関連するスプールの機械パラメータには、ボアの直径と公差、キー溝の幅と深さ、フランジの振れ仕様、および最大ケーブル充填レベルでのスプールの定格重量容量が含まれます。スプールの重量容量は、高いトラバース力能力を備えた自動ケーブル巻き取り機では特に重要です。スプールのトラバース幅全体にかかる巻き取り張力により、スプール シャフトのベアリングに重大な曲げモーメントが発生します。また、スプールの構造定格を超えるとフランジの変形が発生し、スプールに永久的な損傷を与え、荷重を積んだスプールをフォークリフトで扱うときに安全上の危険が生じる可能性があります。

• ボア径の検証: 新しいスプール バッチの内径を、製造サービスに投入する前に、校正済みのボア ゲージで測定します。精密巻き取り用途の場合は、シャフトの公称直径の ±0.05 mm 以内のスプールのみを受け入れます。許容範囲が広い場合は、複雑さが増し、偏心が発生する可能性があるテーパー付きアダプター スリーブが必要になります。
• フランジ振れ検査： 最初の使用前およびスプール落下イベントの後、基準マンドレルのダイヤル インジケータを使用してフランジ面の振れを確認します。振れが 300 mm フランジ半径あたり 0.5 mm を超える場合は、トラバース反転タイミング エラーやエッジ ビードの形成を引き起こすフランジの変形を示します。
• 最大充填重量の計算: スプールの正味保管容積 (スプールの総容積からコア容積を差し引いたもの) と単位容積あたりのケーブル重量の積として、ケーブルの最大充填重量を計算します。この値が、スプールの風袋重量を含むスプールの定格総負荷容量を、最小安全係数 1.5 だけ下回っていることを確認します。
• キー溝のはめあいクラス: テークアップ用途には、一般的な動力伝達に使用されるノーマルフィット公差ではなく、ぴったりフィットのキー溝 (JS9/h9 または ISO 286 による同等品) を指定します。緩いキー溝のフィットにより、加速および減速中にシャフトに対してスプールが回転し、局所的な張力スパイクを引き起こすマイクロスリップ イベントが発生します。

自動ケーブル巻き取り機を既存の押出ラインに後付け統合

もともと手動巻き取り用に設計された既存の押出ラインに自動ケーブル巻き取り機を追加するには、プロジェクト計画段階で過小評価されることが多い制御統合の課題が伴います。押出ラインの引き取り速度コントローラーは、ラインの最終速度基準として動作するように設計されています。これが生産速度を設定し、上流のすべての装置がこれに追従します。自動巻取機を追加すると、ラインの終端に 2 番目の閉ループ制御システムが導入され、速度調整を通じてケーブル張力の調整も試みられます。これら 2 つの制御ループが適切に調整されていないと、それらは悪影響を及ぼします。つまり、引上げは張力低下信号に応答して速度を増加させますが、同時に巻き取りドライブは同じ張力低下に応答して速度を低下させるため、どちらのループも独立して解決できない持続的な振動が発生します。

標準的な解決策は、速度制御モードではなくトルク制御モードで巻き取りドライブを構成し、引き取りドライブを速度マスターのままにすることです。トルク制御モードでは、巻き取りドライブは目標張力設定値に対応する一定の巻き取りトルクを適用し、巻き取り速度は引き取り出力速度に合わせて自動的に調整されます。これは、パッシブブレーキが速度に関係なく一定の抵抗を提供するのと同様です。ダンサー ローラーの位置は、主要な速度基準としてではなく、トルク設定値を調整するためのトリム信号としてのみ機能します。この制御アーキテクチャにより、巻取りドライブがケーブル速度を制御するために牽引と競合することがなくなり、ループの相互作用の問題が解消されます。単に、牽引速度コントローラが競合することなく駆動できる、制御された抵抗トルクを提供するだけです。

台湾からの投資により2002年に上海で設立され、2017年に無錫宜興市の江蘇イエスジェット精密機械有限公司を通じて事業を拡大した上海イエスジェット精密機械有限公司は、電動ワイヤーケーブル巻き取り機と自動ケーブル巻き取り機を幅広い相手先ブランド供給メーカーが構築する押出ラインに統合する豊富な経験を蓄積してきました。統合エンジニアリング プロセスは、引き取りドライブのタイプ、通信プロトコル機能、インターロックに利用可能な I/O を特定するための既存ラインの制御システム監査から始まり、その後、巻き取りドライブがその速度基準を受け取る方法と、ループの相互作用を回避するためにダンサー信号がどのようにルーティングされるかを正確に指定する、定義された統合アーキテクチャが続きます。この構造化されたアプローチにより、生産試行中に制御相互作用の問題が発見され、繰り返し解決される調整されていないアドオン設置と比較して、改造試運転時間が一貫して短縮されています。