Pramoniniai robotai gyvuoja ir miršta pagal ciklo laiką. Paėmimo ir įdėjimo robotas, atliekantis 20 judesių per minutę, o naudingoji apkrova – 3 kg, per dieną atlieka 28 800 ciklų. Sumažinus kiekvieno judesio greitį 0.1 sekundės (tai sumažina variklių masę, kurią jie turi greitėti ir lėtėti), sutaupoma 48 minutės gamybos laiko per dieną. Anglies pluošto robotų rankos šį masės sumažėjimą pasiekia ne todėl, kad yra šiek tiek lengvesnės už aliuminį, bet todėl, kad yra 60 % lengvesnės, tačiau išlaiko tokį patį standumą. Štai inžinerinis argumentas, kodėl verta pereiti prie šio metodo.
Tikroji sunkiųjų robotinių rankų kaina
Įprasta aliuminio robotinė ranka, skirta 6 ašių šarnyriniam robotui, sveria 12–18 kg, o jos siekis – 1.5 metro. Varikliai turi pagreitinti šią masę nuo vietos iki pilno greičio ir atgal iki sustojimo tūkstančius kartų per dieną. Kiekvienam rankos masės kilogramui reikia maždaug 0.5–1.0 kg papildomos variklio masės, kad būtų pasiektas tas pats pagreičio profilis. Šis sudėtinis efektas reiškia, kad 5 kg rankos svorio sumažinimas reiškia 8–10 kg bendros roboto masės sumažėjimą, o tai savo ruožtu leidžia naudoti mažesnį pagrindą, lengvesnius guolius ir pigesnes pavarų dėžes. Svorio sumažėjimas pasireiškia per visą roboto konstrukciją.
Energijos sąnaudos yra ne mažiau reikšmingos. 6 ašių robotas, judinantis 12 kg rankos masę, greito judesio metu sunaudoja maždaug 4–6 kW. Sumažinus rankos masę 60 %, energijos suvartojimas sumažėja maždaug 40 %, o pramoniniu tarifu per metus sutaupoma 2 000–4 000 USD elektros energijos vienam robotui. Gamykloje, kurioje yra 50 robotų, tai yra 100 000–200 000 USD per metus sutaupyta energijos.
Kodėl aliuminis neatitinka lūkesčių
Aliuminis jau dešimtmečius yra pagrindinė robotų rankos medžiaga, nes jis yra gerai žinomas, lengvai apdirbamas ir gana lengvas (2.7 g/cm³). Tačiau aliuminio savitasis standumas (tamprumo modulis, padalytas iš tankio) yra apie 26 GPa/(g/cm³). Kvazizotropiniame išdėstyme anglies pluoštas pasiekia maždaug 40–50 GPa/(g/cm³) – beveik dvigubai. Tai reiškia, kad anglies pluošto rankena, esant tokiam pačiam standumui, gali būti perpus lengvesnė už aliuminio rankeną arba standesnė, esant tokiam pačiam svoriui.
Aliuminis taip pat kenčia nuo nuovargio – jis neturi ištvermės ribų. Kiekvienas įtempio ciklas, kad ir koks mažas jis būtų, sunaudoja tik dalį medžiagos nuovargio laiko. Robotinė ranka, atliekanti 28 800 ciklų per dieną, per metus sukaupia 10 milijonų ciklų – tai jau gerokai viršija aliuminio didelio ciklo nuovargio režimą. Tinkamai suprojektuoti anglies pluošto kompozitai turi iš esmės neribotą nuovargio laiką esant robotinių rankų įtempiams, nes apkrovą laiko elastingi anglies pluoštai, o ne metalo kristalinė gardelė, kurioje kaupiamos dislokacijos.
Kaip anglies pluoštas išsprendžia problemą
Anglies pluošto robotinės rankos paprastai gaminamos iš suvyniotų vamzdžių, skirtų pagrindinėms konstrukcinėms jungtims, o prie vamzdžių galų pritvirtinamos apdirbto aliuminio arba titano jungiamosios detalės. Vamzdžio sienelė suprojektuota taip, kad užtikrintų reikiamą lenkimo standumą ir stiprumą visomis kryptimis. Kvazizotropinis [0/±45/90] išdėstymas užtikrina subalansuotas savybes – 0° sluoksniai suteikia ašinį standumą, ±45° sluoksniai – sukimo stiprumą, o 90° sluoksniai neleidžia vamzdžiui ovalizuotis veikiant lenkimo apkrovoms.
Svorio sumažėjimas yra įspūdingas. 1.5 metro ilgio anglies pluošto svirties jungiklis, kurio skersmuo yra 50 mm, o sienelės storis – 3 mm, sveria maždaug 1.1 kg. Lygiavertė aliuminio jungtis (tokio pat standumo) sveria 2.8 kg – 2.5 karto sunkesnė. Pilnai sukonstruota 6 ašių roboto ranka, pagaminta iš anglies pluošto jungčių, paprastai sveria 5–8 kg, palyginti su 12–18 kg aliuminio – tai 55–60 % sumažėjimas.
Išmatuojami rezultatai: ko tikėtis pakeitus įmonę
Įmonės, kurios robotų rankas pakeitė iš aliuminio į anglies pluošto, praneša apie nuoseklius rezultatus: ciklo laikas sutrumpėjo 15–25 % dėl greitesnio pagreičio ir lėtėjimo, variklio dydis sumažėjo 1–2 korpuso dydžiais (variklio kaina sumažėjo 30–40 %), energijos suvartojimas sumažėjo 35–45 %, o guolio tarnavimo laikas pailgėjo 2–3 kartus dėl mažesnių dinaminių apkrovų. Anglies pluošto ranka paprastai kainuoja 20–40 % daugiau nei aliuminio ranka, kurią ji pakeičia, tačiau atsiperka per 12–18 mėnesių nepertraukiamo veikimo sutaupydama variklio ir energijos sąnaudas.
Anglies pluošto ir aliuminio roboto rankos palyginimas
| Nuosavybė | Anglies pluoštas (kvaziizo) | Aliuminis 6061-T6 | Aliuminis 7075-T6 |
|---|---|---|---|
| Tankis (g / cm³) | 1.6 | 2.7 | 2.8 |
| Tempimo modulis (GPa) | 40-55 | 69 | 71 |
| Savitasis standumas | 25-34 | 25.5 | 25.4 |
| Vibracijos slopinimas | 0.5–1.0 % (aukštas) | 0.1 % (žemas) | 0.1 % (žemas) |
| Nuovargio laikas (10 mln. ciklų) | Begalinis (be apribojimų) | ~100 MPa patvarumas | ~160 MPa patvarumas |
| Terminis išsiplėtimas | ~0.5 ppm/°C | 23.6 ppm/°C | 23.5 ppm/°C |
| Rankos svoris (1.5 m, 50 mm išorinis skersmuo) | 1.1 kg | 2.8 kg | 2.9 kg |
CFRP TSTAR Gamina anglies pluošto robotinių rankų jungtis su individualiai pritaikytais išdėstymo grafikais, optimizuotais lenkimo standumui, sukimo stiprumui ir vibracijos slopinimui. Suklijuotos galinės jungtys su tiksliais lygiavimo nuokrypiais. Susisiekite su mumis ir pateikite savo roboto specifikacijas, kad gautumėte svorio mažinimo analizę.
