鄭延紅

（福建南平太陽(yáng)電纜股份有限公司，福建南平353000）

新型繩鋸裝配用電纜的研制

鄭延紅

（福建南平太陽(yáng)電纜股份有限公司，福建南平353000）

介紹了繩鋸裝配用電纜的使用環(huán)境與要求，分析電纜結(jié)構(gòu)并選材，提出了其優(yōu)點(diǎn)和推廣意義。

繩鋸機(jī)裝配用電纜；設(shè)計(jì)；制造

0 引 言

目前，石材加工、礦山開(kāi)采、建筑混凝土切割都大量使用繩鋸，其中數(shù)控繩鋸是一種由電腦控制金剛石串珠繩運(yùn)動(dòng)軌跡，從而對(duì)石材進(jìn)行切割加工的設(shè)備，其全自動(dòng)切割，速度快，操作安全簡(jiǎn)單。它不僅從根本上消除了礦山爆破對(duì)作業(yè)人員的危險(xiǎn)，減輕了他們的勞動(dòng)強(qiáng)度，而且避免了采用火焰切割和爆破給環(huán)境帶來(lái)的粉塵和噪音的污染，減少了礦山廢石排放量，降低了開(kāi)采成本。

該電纜可能受到包括日照、風(fēng)化、潮濕、粉塵等多種不利環(huán)境的影響，使用時(shí)還要經(jīng)常彎曲、拖移，而且繩鋸切割時(shí)，必須通冷卻水，以保護(hù)繩鋸及鋸機(jī)。原客戶采用普通橡套電纜裝配繩鋸，但通常存在以下幾個(gè)問(wèn)題：電纜僵硬、笨重，拖移、彎曲比較困難，常有開(kāi)裂或破損現(xiàn)象，電纜的抗損性差，使用壽命短，一般4個(gè)月左右就出問(wèn)題。因此繩鋸裝配用電纜的開(kāi)發(fā)已成為亟待解決的問(wèn)題，本文將介紹如何開(kāi)發(fā)新型繩鋸裝配用電纜。

1 電纜設(shè)計(jì)

繩鋸是利用繩鋸木斷的原理設(shè)計(jì)出來(lái)的對(duì)脆硬材料進(jìn)行切割的一種特殊鋸子。它由驅(qū)動(dòng)、飛輪、導(dǎo)向輪、繩鋸鏈條組成，采用變頻器與PLC工控模塊控制，應(yīng)用恒張力控制原理，根據(jù)切削力大小的變化，自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)給速度，使繩鋸鏈條始終處于最佳切割狀態(tài)。因其適用于鋼筋混凝土、巖石、陶瓷等堅(jiān)硬材料的切割，故要求配用電纜不僅具有抗拉、耐磨、耐損等優(yōu)良的機(jī)械性能，還要有優(yōu)良的柔軟性、耐曲撓性、耐水性、耐低溫性，此外為使用方便，電纜必須外徑小、重量輕。

1.1結(jié)構(gòu)分析

現(xiàn)以TSY-37G主電機(jī)功率37 kW、3S0 V，用于花崗巖、大理石礦山開(kāi)采的繩鋸為例，設(shè)計(jì)裝配用電纜。繩鋸主要由串珠繩張力控制，切割電流由PLC及變頻器雙向閉環(huán)控制，其中PLC控制回路需采用防干擾措施。由于傳統(tǒng)的控制電纜絕緣線芯由內(nèi)層到外層按自然數(shù)序順時(shí)針?lè)较蚺帕校⒄山g合成纜，因此易造成各回路間的相互串?dāng)_，不能滿足控制信號(hào)傳輸性能要求。

為此，綜合客戶提供的信息，將TSY-37G繩鋸裝配用電纜設(shè)計(jì)成如圖1所示結(jié)構(gòu)。由圖1可知：1 為11根調(diào)控設(shè)備電機(jī)正反轉(zhuǎn)、工作速度、手動(dòng)與自動(dòng)切換的控制絕緣線芯；5為另外備用的1根絕緣線芯，作接地線芯，以防止或減輕電氣干擾，其與11根控制線芯分布在纜芯周邊。在纜芯中間：2為兩組三芯對(duì)絞非屏蔽線，連接電位器，調(diào)控電機(jī)轉(zhuǎn)速；3為一組對(duì)絞屏蔽線，與PLC控制系統(tǒng)連接，以阻擋外界電磁波的干擾，或防止線對(duì)間相互干擾，對(duì)信號(hào)回路產(chǎn)生誤動(dòng)作等影響，選用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、彎曲性好的銅絲編織屏蔽。三組對(duì)絞線組與分布在周邊的12根絕緣線芯緊湊地絞合在一起，并用繞包帶扎緊。

此外，考慮到電纜的結(jié)構(gòu)圓整性與性價(jià)比，將一組對(duì)絞屏蔽線、兩組三芯對(duì)絞非屏蔽線，組成“Y”排列，線組間間隙不填充，然后對(duì)稱成纜，采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)有更好的電磁相容性，對(duì)抑制電磁干擾起到一定作用；并用11根控制絕緣線芯與一地線線芯相繼填在間隙位置，組成纜芯部分。這樣不僅不影響電纜使用功能，而且可縮小纜芯外徑，減少護(hù)套料用量，降低電纜生產(chǎn)成本，減輕電纜重量。

圖1　TSY-37G繩鋸裝配用電纜截面示意圖1—控制信號(hào)絕緣線芯 2—三芯對(duì)絞絕緣線芯 3—兩芯對(duì)絞屏蔽線芯 4—屏蔽層 5—地線 6—繞包帶 7—護(hù)套層

1.2材料選擇

（1）導(dǎo)體

考慮電纜的柔軟性、加工成本，導(dǎo)體選用GB/T 3956第5類(lèi)絞合裸銅絲，絞合節(jié)徑比為19。

（2）絕緣

結(jié)合電纜的使用環(huán)境、抗損傷、耐浸水和柔軟等要求，以及絕緣較少出現(xiàn)異常情況，故先選柔軟性好的三元乙丙橡膠作絕緣。因?yàn)槿冶鹉z絕緣具有優(yōu)良的耐老化性能和電絕緣性能，在低溫下具有卓越的動(dòng)態(tài)特性，-55℃也有屈撓性，化學(xué)穩(wěn)定性較好，缺點(diǎn)是不耐油、加工比較困難、密度高（1.40 ～1.50 g/cm3）。但初制樣品送客戶進(jìn)行實(shí)地測(cè)試后，客戶反饋：個(gè)別芯線絕緣表面有被擠壓變形情況，電纜重量還是不夠輕便。

為進(jìn)一步提高絕緣的抗擠壓性、降低電纜重量，絕緣改用高密度聚乙烯絕緣料。高密度聚乙烯絕緣具有優(yōu)良的絕緣性能、耐磨性、耐環(huán)境應(yīng)力開(kāi)裂性和抗銅害等性能，能在低溫-70℃下使用，不脆裂、不硬化，還具備優(yōu)良的加工性能，密度低（0.941～0.955 g/cm3），在相同絕緣厚度下，絕緣重量輕于三元乙丙絕緣約50％，絕緣介質(zhì)損耗角正切值≤5× 10-4，而且聚乙烯的擊穿場(chǎng)強(qiáng)與其厚度有關(guān)，隨著厚度減薄而增加。在一定程度上用高密度聚乙烯絕緣料能減薄絕緣厚度，減小電纜外徑，降低電纜重量。

（3）護(hù)套

從原普通橡套電纜使用情況來(lái)看，護(hù)套常有開(kāi)裂或破損等現(xiàn)象。通過(guò)對(duì)電纜的耐曲撓性、耐水性、耐低溫性等性能考慮，對(duì)常用的耐磨、耐水、耐低溫、抗撕裂、柔軟的護(hù)套材料進(jìn)行性價(jià)評(píng)定，它們?cè)谛阅芘c使用方面或多或少都存在不足，不能完全滿足正常使用需要。

聚醚型聚氨脂彈性體混合物是一種成熟的環(huán)保材料，具有其它塑料材料所無(wú)法比擬的強(qiáng)度高、韌性好、耐磨、耐寒、耐油、耐水、耐老化、耐氣候等特性。機(jī)械強(qiáng)度、抗沖擊性及減震性能優(yōu)異，其抗張強(qiáng)度為45 MPa，斷裂伸長(zhǎng)率達(dá)到550％，耐寒性突出，在-35℃仍保持良好的彈性、柔順性和其他物理性能，加工性能好，能充分滿足該電纜的使用要求。

2 制造工藝

工藝流程：銅桿→拉絲（連續(xù)退火）→束絞→導(dǎo)體絕緣（火花檢驗(yàn)）→對(duì)絞→對(duì)絞線芯組編織屏蔽→成纜、繞包→護(hù)套擠出→成品檢驗(yàn)→包裝入庫(kù)。

2.1對(duì)絞

為了減少回路間相互干擾，一組兩芯對(duì)絞線組與兩組三芯對(duì)絞線組的絞合節(jié)徑比分別為12、13、15，絞向?yàn)橛蚁颉?/p>

2.2成纜

成纜節(jié)徑比控制在16～1S，成纜絞向?yàn)橛蚁?，為縮小電纜外徑，成纜不填充。為保證電纜的圓整性，將一組兩芯對(duì)絞屏蔽線與兩組三芯對(duì)絞線成“Y”型排列，11根絕緣線芯與一根地線線芯分別排列在“Y”的空隙位置，組成纜芯進(jìn)行絞合。纜芯通過(guò)并線模后，繞包適當(dāng)?shù)膸Р牟⒃o。為克服線芯的旋轉(zhuǎn)移動(dòng)與纜芯的擺動(dòng)，在分線板處加置特殊定位分線板，并且在繞包前、后加置并線模作支撐。并線模的孔徑選用要合適，孔徑太小，易造成絕緣線芯表面刮傷、擠傷；太大，易造成絕緣芯線串位、跳股，難以保證成纜后纜芯不圓度小于15％。

2.3擠護(hù)套

電纜護(hù)套采用聚醚型熱塑性聚氨脂（TPU）護(hù)套料，此材料具有較強(qiáng)的親水性，材料含水率較高，在空氣中極易吸濕。即使采用真空包裝，使用前仍需進(jìn)行烘干處理，否則會(huì)在電纜護(hù)套上出現(xiàn)微孔。這不僅影響到加工性，還嚴(yán)重影響電纜護(hù)套的質(zhì)量，降低電纜的機(jī)械性能，甚至造成廢品，所以擠出前必須進(jìn)行充分干燥。TPU的烘干溫度一般在S0～90℃，烘干時(shí)間為4～S h，烘干時(shí)間太長(zhǎng)可能造成電纜料變色，烘料機(jī)應(yīng)帶有抽風(fēng)裝置，保證潮氣能及時(shí)排出，TPU在熱態(tài)下更容易吸潮，烘干后的材料要盡快使用。生產(chǎn)過(guò)程中，嚴(yán)格按工藝設(shè)計(jì)要求控制護(hù)套厚度，以保證電纜護(hù)套外徑的均勻性，要求加工時(shí)牽引速度與螺桿速度相協(xié)調(diào)、穩(wěn)定，牽引速度太慢、太快，均易造成護(hù)套缺陷。

3 試制與測(cè)試

參考德國(guó)標(biāo)準(zhǔn)2PfG 190S/05.12，并結(jié)合客戶要求，對(duì)試制的電纜按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行測(cè)試，其主要性能應(yīng)符合表1要求。

表1　繩鋸裝配用電纜主要性能要求

4 結(jié)束語(yǔ)

此款繩鋸裝配用電纜不僅節(jié)省敷設(shè)空間、方便安裝，又便于設(shè)備維護(hù)，而且功能性強(qiáng)。

制備合格的樣品送往石材礦山裝配在繩鋸上使用，至今已試用50多個(gè)月。從這50多個(gè)月的使用來(lái)看，電纜現(xiàn)場(chǎng)使用效果良好，未出現(xiàn)異樣情況，而且至開(kāi)始試用6個(gè)月起，每?jī)稍戮陀猩a(chǎn)訂單，這充分說(shuō)明電纜的設(shè)計(jì)完全滿足客戶使用要求。

Development of a New Cable for Wire Saw Assembly

ZHENG Yan-hong
（Fujian Nanping Sun Cable Co.，Ltd.，Nanping 353000，China）

This Paper introduces the application environment and requirements of the cable for wire saw assembly.It designs the structure and materials of the cable，and analyzes its advantages and promoting significance.

rope saw machine with cable；design；manufacture

TM246.9

B

1672-6901（2015）02-0015-03

2014-06-16

鄭延紅（1971-）女，工程師.

作者地址：福建南平市工業(yè)路102號(hào)［353000］.

［1］ 胡 瑋，岳紅濤.熱塑性聚胺酯彈性體在電纜護(hù)套上的應(yīng)用［J］.電線電纜，2010（6）：2S-30.

［2］ 徐應(yīng)麟.電線電纜手冊(cè)第二冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.