高柔性拖鏈電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計研究

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1高柔性拖鏈電纜的性能指標(biāo)

通常拖鏈電纜的性能指標(biāo)主要包括：a．直流電阻。20℃直流電阻應(yīng)滿足GB／T3956—2008標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)要求［1］。b．交流電壓試驗。根據(jù)電纜的額定電壓，在導(dǎo)體與導(dǎo)體之間、導(dǎo)體與屏蔽之間施加相應(yīng)的工頻交流電壓，電纜應(yīng)不擊穿［2］。c．高柔軟性。耐曲撓，電纜經(jīng)60000次往復(fù)運動，即120000次單程運動后，既不發(fā)生電流斷路，也不發(fā)生導(dǎo)體之間短路。耐彎曲，成品電纜應(yīng)經(jīng)受定向循環(huán)彎曲壽命試驗，彎曲次數(shù)為200萬次，試驗方法按Q／320282DCE085—2018標(biāo)準(zhǔn)附錄D的規(guī)定進行；成品電纜應(yīng)經(jīng)受拖鏈彎曲試驗，彎曲次數(shù)為200萬次，試驗方法按Q／320282DCE085—2018標(biāo)準(zhǔn)附錄F的規(guī)定進行。d．低溫性能。成品電纜應(yīng)經(jīng)受低溫彎曲試驗，試驗方法按Q／320282DCE085—2018標(biāo)準(zhǔn)附錄C的規(guī)定進行，試驗結(jié)果表面應(yīng)無裂紋。e．耐油性能。浸ASTM2＃油（90±1）℃、24h，抗張強度殘余率≥30％，伸長率殘余率≥30％。

2高柔性拖鏈電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計

為了滿足上述性能指標(biāo)，拖鏈電纜的結(jié)構(gòu)通常設(shè)計成由內(nèi)到外依次為纜芯、內(nèi)護套、銅絲編織屏蔽層、外護套。拖鏈電纜纜芯包括若干根絕緣線芯和填充于絕緣線芯中心的加強型填充繩，每根絕緣線芯由導(dǎo)體和絕緣層組成，每根絕緣線芯表層涂覆滑石粉。2．1導(dǎo)體。拖鏈電纜彎曲頻次較高，對柔軟性能要求較高，通過對導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新，使得拖鏈電纜獲得高柔軟性。采用6類軟銅導(dǎo)體，加銅箔絲進行導(dǎo)體加強；銅絲分6股進行束絞，每股7根；4根銅箔絲束絞為1股；導(dǎo)體復(fù)絞采用1＋6結(jié)構(gòu)排列，中間放置銅箔絲束絞絞線，周圍按順序排列6股銅絲束絞絞線。導(dǎo)體通過分盤束絲再復(fù)絞，解決了在使用過程中導(dǎo)體間相互滑動性差的問題；同時中間加入銅箔絲進行導(dǎo)體加強，提升了導(dǎo)體的抗拉性，從而有效解決了導(dǎo)體在使用過程中的斷絲現(xiàn)象。由于拖鏈類的特殊使用工況，導(dǎo)體絞合的節(jié)徑比也應(yīng)進行嚴(yán)格控制。2．2絕緣線芯。拖鏈電纜主要敷設(shè)在拖鏈槽中，隨拖鏈一起彎曲、往返運動，一般作為信號傳輸或低壓電力傳輸使用，對絕緣的耐壓等級要求不高，但對絕緣的柔軟性能及老化性能要求較高。為增加電纜的柔軟性能，使電纜具有優(yōu)異的機械性能，同時考慮到電纜的生產(chǎn)成本，拖鏈電纜的絕緣線芯選用了強度大、伸長率高的改性聚氯乙烯作為絕緣材料，使用擠壓式模具生產(chǎn)。絕緣后的線芯應(yīng)涂覆滑石粉增強線芯間的滑動性，以利于退扭絞合成纜。2．3成纜。2．3．1成纜時絕緣線芯數(shù)量的控制。通常拖鏈電纜中的絕緣線芯數(shù)決定了成纜時的層數(shù)，而成纜要求每一層的節(jié)徑比應(yīng)均小于相鄰內(nèi)層的節(jié)徑比，因此拖鏈電纜中的絕緣芯數(shù)越多，成纜時內(nèi)外層的節(jié)徑比相差越大，絕緣線芯上的張力差也越大，這就是拖鏈電纜最內(nèi)層絕緣線芯易斷裂的主要原因。拖鏈電纜彎曲時，彎曲處的電纜內(nèi)側(cè)線芯受到向內(nèi)的擠壓，外側(cè)的線芯受到張力，相同彎曲半徑下電纜的外徑越大，外層線芯受到的這兩個力就越大，這是外層線芯易斷芯的主要原因。雖然隨著絕緣線芯數(shù)的增加，拖鏈電纜的成纜層數(shù)會增加，電纜的外徑會增加，電纜的使用壽命會減少，斷芯概率會增大，但考慮到成本問題，多芯拖鏈電纜不可能都拆分為1層的0＋n式結(jié)構(gòu)。經(jīng)過多次生產(chǎn)、檢測，建議拖鏈電纜的纜芯分層不宜超過3層，芯數(shù)不要多于42根。2．3．2成纜時絕緣線芯導(dǎo)體截面積的控制。拖鏈電纜的絕緣線芯規(guī)格取決于載流量和物理性能要求。雖然當(dāng)拖鏈電纜僅作為控制電纜使用時，絕緣線芯傳輸電信號，對載流量要求很低，但還應(yīng)主要考慮線芯能否滿足物理性能。拖鏈電纜移動時，對纜芯會有拉力及彎曲，如果導(dǎo)體截面太小，則滿足不了物理應(yīng)力。經(jīng)過多次生產(chǎn)試驗及客戶使用反饋，當(dāng)絕緣線芯數(shù)不大于26根，成纜時分2層排列時，建議導(dǎo)體截面積應(yīng)不小于0．5mm2，當(dāng)成纜時分3層排列時，建議導(dǎo)體截面積應(yīng)不小于0．75mm2。2．3．3成纜時纜芯排列方式的控制。拖鏈電纜彎曲頻次較高，對柔軟性能要求較高，必須通過纜芯排列方式的創(chuàng)新，使得拖鏈電纜獲得高柔軟性。考慮到生產(chǎn)難度及電纜的外徑，拖鏈電纜的線芯很難都是0＋n結(jié)構(gòu)。當(dāng)線芯多達一定根數(shù)時，0＋n式的成纜就難以生產(chǎn)了，填充跳浜、線芯擠壓頻繁發(fā)生，尤其是多層結(jié)構(gòu)時考慮到線芯間的滑動性，每層線芯間涂覆滑石粉不加包帶，更容易出現(xiàn)線芯擠壓。經(jīng)過多次生產(chǎn)調(diào)試后建議：a．當(dāng)絕緣線芯數(shù)不超過12根時，成纜時宜采用1層結(jié)構(gòu)，采用0＋n擠壓式結(jié)構(gòu)，短節(jié)距絞合。b．當(dāng)絕緣線芯數(shù)超過12時，成纜時宜采用分層復(fù)絞，分層間涂覆滑石粉，增加滑動性。采用2層結(jié)構(gòu)時，絕緣線芯不宜超過26根，排列方式為10根＋16根；采用3層結(jié)構(gòu)時，絕緣線芯不宜超過42根，排列方式為8根＋14根＋20根。為保證拖鏈電纜的圓整度和柔軟度，成纜中心使用軟填充。成纜是拖鏈電纜的關(guān)鍵工序，線芯間張力應(yīng)均勻，成纜的節(jié)徑比需嚴(yán)格控制。2．4內(nèi)護套、屏蔽和外護套。拖鏈電纜的內(nèi)護套采用和絕緣相同的強度大、伸長率高的改性聚氯乙烯材料，以增加電纜的柔軟性能和機械性能。內(nèi)護套采用擠壓式生產(chǎn)，將成纜外層絕緣線芯間的縫隙壓實，避免內(nèi)護套松空，以防編織銅絲扎傷絕緣線芯。屏蔽層主要用于控制系統(tǒng)中的拖鏈電纜，以保證傳輸信號的穩(wěn)定準(zhǔn)確。為滿足拖鏈電纜的彎曲性能要求，屏蔽宜采用銅絲編織或鍍錫銅絲編織。根據(jù)擠制內(nèi)護套后的外徑選用不同直徑的銅絲或鍍錫銅絲進行編織。外護套的作用主要是保護金屬屏蔽層免受化學(xué)腐蝕及對電纜的物理保護。因此，外護套采用了高柔性、耐油性能優(yōu)異的丁腈聚氯乙烯護套材料。

3結(jié)束語

拖鏈電纜是一種消耗性電纜，多次彎折拖鏈后電纜會有一定的損耗，斷芯是不可避免的。通過對電纜的材料及生產(chǎn)工藝的不斷優(yōu)化，可提升拖鏈電纜的壽命，降低斷芯率。

［參考文獻］

［1］中國電器工業(yè)協(xié)會．電纜的導(dǎo)體：GB／T3956—2008［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

［2］中國電器工業(yè)協(xié)會．額定電壓450／750V及以下聚氯乙烯絕緣電纜：GB／T5023—2008［S］．北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009．

作者:孫延蒙 陳靜 趙增 查劍 單位:遠(yuǎn)東電纜有限公司