케이블의 가동 수명
자동화 장비에서 케이블은 아래의 4가지 물리적 형태로 가동하게 됩니다.
케이블이 1회 가동할 때마다 심선등의 케이블 구성품에는 응력이 가해지며
반복되는 응력에 취약한 구성부품은 일정 기간 후 변형이나 파손이 발생합니다.
케이블의 심선과 차폐선에 사용되는 구리는 반복되는 굽힘응력과 전단응력에 취약한 재질입니다.
전도체에 가해지는 응력을 최소화하는 것이 케이블 가동 수명을 관리하는 가장 중요한 기술입니다.
가동부 전도체 및 차폐의
피로 파괴 대책
전도체(심선 및 차폐)에 반복적으로 가해지는 응력이 누적되어 전도체가 피로 파괴되는 것이 가동형 케이블의 수명을 좌우하는 가장 주요한 원인입니다.
가동형 케이블의 수명 성능을 보장하기 위해서는 전도체에 가해지는 응력을 최소화해야 합니다. 강성체의 응력에 대한 저항성은 재질, 형상,
단면적, 굽힘부의 곡률 반경에 좌우됩니다. 응력 최소화를 위해 고려해야 할 요인들은 다음과 같은 계산식을 통해 확인할 수 있습니다.
- M 굽힘 모멘트
- C 중심축으로부터 단면의 어떠한 지점까지의 거리
- | 단면의 관성 모멘트
- σ 거리 C 지점의 응력
위의 식으로부터 중심축으로부터의 거리가 멀수록, 즉 케이블의 경우 단면의 직경이 클수록 응력이 증가함을 알 수 있습니다.
피로수명을 좌우하는 가장 주요한 요소는 케이블의 어떤 지점에서의 최대 응력이며 최대 응력은 굽힘 반경이 최소치 Rmin 이하가 되지 않는다는 전제로 다음과 같습니다.
- E 탄성계수 (17,000,000 psi for ETP copper)
- Cmax 본체의 중심축으로부터 단면의 어떠한 지점까지의 최대거리
- Rmin 최소 굽힘반경
위의 관계식으로 Cmax 즉, 케이블의 두께(직경)를 줄이고 굽힘반경을 크게 할수록 응력은 최소화됨을 알 수 있습니다.
기존의 구리 전도체보다 재질의 인장강도가 증가하면 응력을 줄일 수 있게 됩니다. 굽힘 반경이 작거나 가동 속도가 빠르면 전도체의 온도가 증가하며 절연체 고유의 물성치, 내마모성 등의 저하를 일으킵니다.
커넥터 연결부의
피로 파괴 대책
가동 케이블의 굽힘응력과 진동 등이 전달되면 케이블의 커넥터부(Crimping, Soldering)가 손상될 수 있습니다. 케이블의 설치 고정 방식에 따라 수명이 좌우되며 속도가 빠른 가동케이블의 경우 커넥터 단에 영향이 없도록 하는 설계가 반영되어야 하며 케이블 설치 시에 조치가 취해져야 합니다.
케이블의 수명에 영향을
끼치는 외부요인
가동 속도, 가속도
이송 거리
케이블 중량
기타 부품(케이블, 케이블 이송 장치, 기타 기구 부품, 공압튜브 등)과의 간섭
설치 및 고정 방식
플랫 케이블의
사용상 장점
여러 가닥의 라운드 케이블 대신 플랫 케이블을 사용할 경우 다음과 같은 이유로 가동 수명 성능이 크게 향상됩니다.
여러 가닥의 라운드 케이블보다 무게 감소
장착 및 관리 용이성
마찰로 인한 손상 감소
자체 지지형으로 케이블 이송 장치 불필요