趙金磊, 袁宗民, 吳亞利
(無錫市恒匯電纜有限公司,江蘇宜興214252)
鋼鐵冶煉和海洋運輸?shù)姆睒s使起重及重型搬運機械迅速發(fā)展,但起重及重型搬運機械吊裝、拖曳頻繁,配套用的電纜經(jīng)常需要做高速移動,承受較大的拉力和彎曲,而傳統(tǒng)的卷筒電纜使用很短時間即發(fā)生破損,影響起重設(shè)備使用,為此需要有新型的高性能卷筒電纜與之配套。我們根據(jù)起重設(shè)備使用條件及相關(guān)國內(nèi)外資料,結(jié)合公司制造卷筒電纜的經(jīng)驗,研發(fā)出一種新型的高抗拉信號傳輸卷筒電纜。本文介紹該電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料選用及工藝的要求,供有關(guān)人員參考。
通過對國內(nèi)外卷筒電纜剖析研究并根據(jù)客戶提出的相關(guān)技術(shù)要求,研發(fā)的高抗拉信號傳輸卷筒電纜應(yīng)具有以下技術(shù)性能:
(1)電纜具有優(yōu)異的抗拉性能,在處于抗扭轉(zhuǎn)應(yīng)力高的頻繁繞線和退繞、拖曳狀態(tài)下以及拉力消除后,不發(fā)生外觀及內(nèi)部結(jié)構(gòu)變形,不出現(xiàn)導(dǎo)電線芯斷裂,保證與之配套的設(shè)備長期安全有效地運行。
(2)電纜能在環(huán)境溫度為-20~+95℃的條件下正常工作,不發(fā)生護(hù)套開裂,電纜導(dǎo)體的最高長期工作溫度為105℃。
(3)成品電纜最小彎曲半徑不小于6倍的電纜最大直徑,柔軟性高,能適用于安裝和頻繁地高速移動。
(4)成品電纜應(yīng)通過IEC 60332規(guī)定的阻燃要求,適用于阻燃等級要求高的場所。
(5)成品電纜具有優(yōu)異的耐油、耐磨性能,適用于油污耐磨場合。
(6)為保證信號傳輸完整,減小失真,電纜應(yīng)具有屏蔽層。
(7)電纜結(jié)構(gòu)緊湊,用電安全性高。
根據(jù)上述要求,我們設(shè)計的新型高抗拉信號傳輸卷筒電纜的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
(1)導(dǎo)體
對于卷筒電纜而言,導(dǎo)體的抗拉、抗扭轉(zhuǎn)性能尤其重要,否則會經(jīng)常出現(xiàn)電纜斷芯現(xiàn)象,影響電纜的正常運行。針對這一現(xiàn)象,我們通過摸索和驗證,確定用鍍鋅鋼絲加強芯和銅絲或鍍錫銅絲編織層作為導(dǎo)體的組合結(jié)構(gòu)。這樣的導(dǎo)體具有扭轉(zhuǎn)穩(wěn)定性、優(yōu)良的抗沖擊性以及耐彎折性。
圖1 新型高抗拉信號傳輸卷筒電纜的結(jié)構(gòu)
(2)絕緣
絕緣采用我公司自主研制的105℃高柔性阻燃PVC絕緣材料,在確保電纜優(yōu)異的電氣絕緣性能的前提下,保證電纜的耐熱、柔軟、阻燃和機械性能。
(3)屏蔽
屏蔽采用以塑料薄膜為基材,單面或雙面涂覆鋁粉而制成的鋁塑復(fù)合帶。由于鋁塑復(fù)合帶在高溫氧化時能吸收大量的熱能,鋁的融化溫度為660℃,融化熱達(dá)到11670 J/mol,并生成三氧化鋁層形成熱的屏障,阻止熱量向內(nèi)部傳遞,同時減緩了火源沖擊力,較好地保護(hù)了絕緣層無機殼體的形成,間接地起到了阻燃作用,并且采用此屏蔽方式既能減小接地電阻,增強抗干擾效果,又可作為擋潮層保護(hù)電纜線芯,起到防水、防腐蝕作用。
(4)填充及內(nèi)襯層
填充采用額外的麻繩填充,保持產(chǎn)品內(nèi)部纜芯結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和圓整性,增強電纜的抗拉性能。內(nèi)襯層采用重疊繞包雙層聚酯帶,保證屏蔽層與線芯的耐電壓沖擊性,并且聚酯帶具有較高的機械強度、卓越的絕緣性能,增強了電纜的電氣及機械性能。
(5)外護(hù)套
外護(hù)套為我公司自主研制的105℃高柔性阻燃丁腈復(fù)合物護(hù)套材料,確保電纜具有阻燃、耐油、耐磨和柔軟性能。
(6)鎧裝
考慮到電纜在使用過程會經(jīng)常受到外力作用,在電纜外護(hù)層外增加不銹鋼絲編織鎧裝層。鋼絲不僅可作為電纜的機械保護(hù)層,增強電纜的壽命,同時它也起到附加性屏蔽作用,等同于采用了兩種不同屏蔽材料,在電磁波屏蔽上起到一定的互補作用,屏蔽效果將更好。
該電纜的工藝流程如下:編織導(dǎo)體→擠包絕緣→成纜→繞包屏蔽→擠包外護(hù)套→編織鎧裝層。
(1)導(dǎo)體。鍍鋅軟鋼絲必須為多股復(fù)絞結(jié)構(gòu),并且嚴(yán)禁表面出現(xiàn)接頭毛刺。銅絲編織過程中,編織層無洞疤,線芯表面的毛頭必須修復(fù)完整以消除編織導(dǎo)體的毛刺或凸起。編織密度應(yīng)確保在90%以上且編織層節(jié)距均勻,以確保電纜優(yōu)異的信號傳輸性能。
(2)絕緣。絕緣擠制應(yīng)采用擠壓式模具,擠出時壓力、出料控制適當(dāng),以利于絕緣能充分?jǐn)D入導(dǎo)體縫隙中。線芯擠包過程中,還應(yīng)特別注重原材料的凈化、絕緣偏心度與絕緣外徑的一致性,以減少界面效應(yīng),提高電氣性能。
(3)成纜。成纜時采用雙層聚酯帶重疊繞包,麻繩填充,成纜節(jié)徑比不大于12,成纜后纜芯應(yīng)填充緊密、圓整。
(4)屏蔽。鋁塑復(fù)合帶繞包屏蔽,繞包緊湊,搭蓋率25%~30%;屏蔽層內(nèi)放置一股鍍錫銅絲作引流線(截面不小于0.5 mm2)以確保屏蔽的電氣連續(xù)性并方便安裝接地。
(5)外護(hù)套。護(hù)套擠制應(yīng)采用擠壓式模具,擠出時壓力、出料控制適當(dāng);外觀應(yīng)光滑、密實、圓整。
(6)鎧裝。電纜外護(hù)套外首先繞包雙層高溫玻纖帶,重疊率不小于15%,以確保電纜外護(hù)套不被鋼絲編織層扎破;其次,不銹鋼絲編織鎧裝時,編織密度控制在85%以上,編織層表面無洞疤,毛頭修復(fù)平整。
本公司設(shè)計制造的部分樣品經(jīng)客戶使用完全符合設(shè)計的要求,目前已批量生產(chǎn)并應(yīng)用在起重及重型搬運機械上。然而由于材料選擇的局限性,在較低的溫度下該電纜會出現(xiàn)絕緣和護(hù)套開裂的現(xiàn)象,因此該產(chǎn)品目前只適用于-20℃以上的低溫環(huán)境。不過我們會不斷地探索研究,爭取盡快研制出適合于較低溫度下的卷筒電纜以滿足市場需求。
[1]鄭玉東主編.通信電纜[M].北京:機械工業(yè)出版社,1982.
[2]王春江主編.電線電纜手冊(第1冊)[M].北京:機械工業(yè)出版社,2001.
[3]GB/T 9330—2008 塑料絕緣控制電纜[S].