承載型卷筒電纜主要根據(jù)用戶的需求，參考該水電站及其他場(chǎng)所的各種類型卷筒電纜在實(shí)際使用時(shí)的效果，參照國(guó)內(nèi)外產(chǎn)品樣本及相關(guān)技術(shù)資料進(jìn)行設(shè)計(jì)和研制。
根據(jù)上述要求，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)定型
由于電纜的使用環(huán)境復(fù)雜，要求承載力大、頻繁卷繞、保證使用年限等，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮以下問(wèn)題:
1、 導(dǎo)體截面的選擇。電纜芯數(shù)為 19 芯，載流量大于 10 A，電纜成品外徑小于 35 mm，參考《電線電纜載流量》中表 3-3-1，考慮電纜組群的降低因數(shù)，導(dǎo)體截面選取 1. 5 mm2 即可滿足要求。由于卷筒電纜頻繁卷繞會(huì)引起溫升過(guò)高，載流量安全裕度小，最終確定導(dǎo)體截面選用2.5mm²，按橡膠絕緣和護(hù)套的電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步計(jì)算規(guī)格為19×2.5mm²的成品電纜外徑約為 27 mm。
2、電纜的承載強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)使用場(chǎng)合的測(cè)試和理論計(jì)算，電纜的承拉力大于 6000 N，卷筒電纜頻繁卷放、拖曳，長(zhǎng)期受力不均衡，因此電纜的承載設(shè)計(jì)尤為重要?！镀鹬貦C(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五章“起重機(jī)電氣設(shè)備”中的第三節(jié)“電線和電纜”指出: 移動(dòng)供電用軟電纜的線芯拉斷力可按 137 ～ 157 N /mm2 計(jì)算，即 2. 5 mm2 的絕緣線芯可承受 342. 5 ～ 392. 5 N的拉力，規(guī)格為 19×2.5mm²的卷筒電纜可承受6 507. 5 ～ 7 457. 5 N 的拉力。但多芯電纜在實(shí)際使用中由于受力不均容易造成部分絕緣線芯因受力過(guò)大而拉斷，因此多芯電纜不能作為承載芯來(lái)計(jì)算承載強(qiáng)度。
市場(chǎng)上部分卷筒電纜為提高承載強(qiáng)度，電纜每芯銅導(dǎo)體的中心層直接采用鍍鋅鋼絲或鋼絞線作為承載芯，但鋼絲與銅絲的力學(xué)性能差異太大，電纜頻繁卷放時(shí)鋼絲應(yīng)力會(huì)很快造成銅絲磨損、斷股，故這種結(jié)構(gòu)不合理。最終確認(rèn)選用符合 YB /T 5004 的型號(hào)規(guī)格為1 × 7-3. 0-1370-A 的鍍鋅鋼絞線作為承載芯，鋼絞線最小破斷拉力為 6 920 N。
3、 護(hù)套的抗開裂性能。卷筒電纜長(zhǎng)期處于卷放、拖曳、擠壓等工作狀態(tài)，工作環(huán)境惡劣，電纜的護(hù)套容易損傷、破裂，失去保護(hù)作用，最終導(dǎo)致電纜報(bào)廢，縮短電纜的使用壽命，因此護(hù)套的加工設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，需重點(diǎn)優(yōu)化護(hù)套結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)卷筒電纜使用場(chǎng)合的分析，參照其他橡膠電纜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及使用效果，采取“內(nèi)外護(hù)套 + 編織加強(qiáng)層”的綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足護(hù)套的抗開裂性能，增強(qiáng)護(hù)套和電纜的整體強(qiáng)度。
材料選用
1、導(dǎo)體材料。對(duì)于承載型卷筒電纜而言，需防止電纜在使用中出現(xiàn)導(dǎo)體斷芯現(xiàn)象，影響電纜的正常運(yùn)行。導(dǎo)體材料選用優(yōu)質(zhì)退火無(wú)氧銅，符合GB /T 3956 標(biāo)準(zhǔn)要求的第 6 種鍍錫軟導(dǎo)體，導(dǎo)體表面鍍層均勻、光亮，無(wú)氧化和毛刺等。
2、絕緣材料。絕緣材料采用符合 IEC 60092-351 的乙丙橡膠混合物，但抗張強(qiáng)度應(yīng)不小于 6. 5MPa。乙丙橡膠混合物具有卓越的電絕緣性能、優(yōu)良的耐熱老化性、優(yōu)異的耐寒性、較好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐臭氧和耐候性，并且無(wú)毒無(wú)臭。
3、承載芯。承載芯采用符合 YB /T 5004 的 A級(jí)鋅層鍍鋅鋼絞線，抗拉強(qiáng)度 1 370 MPa，絞合緊密，絞合節(jié)徑比不大于 14 倍，鋼絞線抗拉強(qiáng)度大。
4、承載芯隔離層。單獨(dú)設(shè)置的承載芯的機(jī)械性能完全區(qū)別于導(dǎo)體和絕緣等材料，為了防止承載芯直接與絕緣接觸，在承載芯外設(shè)置一層隔離層，隔離層選用與絕緣同質(zhì)的材料，通過(guò)材料的一致性來(lái)減少電纜使用過(guò)程中承載芯及隔離層對(duì)絕緣的損傷。
5、內(nèi)、外護(hù)套。卷筒電纜應(yīng)用場(chǎng)合廣，電纜護(hù)層既要具有高強(qiáng)度、高抗撕、阻燃、耐酸、耐油等性能，還要具有耐低溫性能。故此按 DIN VDE 0207Teil 21 中 5GM5 為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，對(duì)高強(qiáng)度氯丁橡膠護(hù)套的配方進(jìn)行了開發(fā)攻關(guān)，橡膠材料選用氯丁橡膠為基料，對(duì)硫化、防護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)填充等體系進(jìn)行研究和改進(jìn)。硫化體系不僅能改善膠料的交聯(lián)性、耐熱性，降低壓縮永久變形，還能提高膠料和纖維的粘合強(qiáng)度，且可以防止膠料在加工過(guò)程中焦燒; 防護(hù)體系使膠料具有優(yōu)良的耐久性，包括耐自然老化和加速老化性能; 補(bǔ)強(qiáng)填充體系提高膠料的抗撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，還可改善膠料的加工性能和擠出外觀。通過(guò)對(duì)硫化、防護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)填充等體系的研究和改進(jìn)，優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，使加工后的護(hù)套滿足阻燃、耐油、耐磨、耐彎曲和耐低溫等性能要求，提高電纜的機(jī)械性能和耐環(huán)境性能。通過(guò)采用正交設(shè)計(jì)方法，最終得到高強(qiáng)度氯丁橡膠外護(hù)套優(yōu)化配方。
6、編織加強(qiáng)層。在提高內(nèi)外護(hù)套抗張強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度和改善耐候性的基礎(chǔ)上，在內(nèi)外護(hù)套之間再增設(shè)一層加強(qiáng)層，進(jìn)一步增強(qiáng)電纜護(hù)層的綜合機(jī)械性能。加強(qiáng)層采用杜邦尼龍 66 纖維編織層，纖維具有耐高溫、高抗拉、高磨度、耐沖擊和耐化學(xué)劑等性能。
作者：生長(zhǎng)飛， 彭旺全， 軒娜紅
根據(jù)上述要求，對(duì)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)定型
由于電纜的使用環(huán)境復(fù)雜，要求承載力大、頻繁卷繞、保證使用年限等，因此設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮以下問(wèn)題:
1、 導(dǎo)體截面的選擇。電纜芯數(shù)為 19 芯，載流量大于 10 A，電纜成品外徑小于 35 mm，參考《電線電纜載流量》中表 3-3-1，考慮電纜組群的降低因數(shù)，導(dǎo)體截面選取 1. 5 mm2 即可滿足要求。由于卷筒電纜頻繁卷繞會(huì)引起溫升過(guò)高，載流量安全裕度小，最終確定導(dǎo)體截面選用2.5mm²，按橡膠絕緣和護(hù)套的電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，初步計(jì)算規(guī)格為19×2.5mm²的成品電纜外徑約為 27 mm。
2、電纜的承載強(qiáng)度。通過(guò)對(duì)使用場(chǎng)合的測(cè)試和理論計(jì)算，電纜的承拉力大于 6000 N，卷筒電纜頻繁卷放、拖曳，長(zhǎng)期受力不均衡，因此電纜的承載設(shè)計(jì)尤為重要?！镀鹬貦C(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)》第五章“起重機(jī)電氣設(shè)備”中的第三節(jié)“電線和電纜”指出: 移動(dòng)供電用軟電纜的線芯拉斷力可按 137 ～ 157 N /mm2 計(jì)算，即 2. 5 mm2 的絕緣線芯可承受 342. 5 ～ 392. 5 N的拉力，規(guī)格為 19×2.5mm²的卷筒電纜可承受6 507. 5 ～ 7 457. 5 N 的拉力。但多芯電纜在實(shí)際使用中由于受力不均容易造成部分絕緣線芯因受力過(guò)大而拉斷，因此多芯電纜不能作為承載芯來(lái)計(jì)算承載強(qiáng)度。
市場(chǎng)上部分卷筒電纜為提高承載強(qiáng)度，電纜每芯銅導(dǎo)體的中心層直接采用鍍鋅鋼絲或鋼絞線作為承載芯，但鋼絲與銅絲的力學(xué)性能差異太大，電纜頻繁卷放時(shí)鋼絲應(yīng)力會(huì)很快造成銅絲磨損、斷股，故這種結(jié)構(gòu)不合理。最終確認(rèn)選用符合 YB /T 5004 的型號(hào)規(guī)格為1 × 7-3. 0-1370-A 的鍍鋅鋼絞線作為承載芯，鋼絞線最小破斷拉力為 6 920 N。
3、 護(hù)套的抗開裂性能。卷筒電纜長(zhǎng)期處于卷放、拖曳、擠壓等工作狀態(tài)，工作環(huán)境惡劣，電纜的護(hù)套容易損傷、破裂，失去保護(hù)作用，最終導(dǎo)致電纜報(bào)廢，縮短電纜的使用壽命，因此護(hù)套的加工設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵，需重點(diǎn)優(yōu)化護(hù)套結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)卷筒電纜使用場(chǎng)合的分析，參照其他橡膠電纜產(chǎn)品結(jié)構(gòu)及使用效果，采取“內(nèi)外護(hù)套 + 編織加強(qiáng)層”的綜合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以滿足護(hù)套的抗開裂性能，增強(qiáng)護(hù)套和電纜的整體強(qiáng)度。
材料選用
1、導(dǎo)體材料。對(duì)于承載型卷筒電纜而言，需防止電纜在使用中出現(xiàn)導(dǎo)體斷芯現(xiàn)象，影響電纜的正常運(yùn)行。導(dǎo)體材料選用優(yōu)質(zhì)退火無(wú)氧銅，符合GB /T 3956 標(biāo)準(zhǔn)要求的第 6 種鍍錫軟導(dǎo)體，導(dǎo)體表面鍍層均勻、光亮，無(wú)氧化和毛刺等。
2、絕緣材料。絕緣材料采用符合 IEC 60092-351 的乙丙橡膠混合物，但抗張強(qiáng)度應(yīng)不小于 6. 5MPa。乙丙橡膠混合物具有卓越的電絕緣性能、優(yōu)良的耐熱老化性、優(yōu)異的耐寒性、較好的化學(xué)穩(wěn)定性、耐臭氧和耐候性，并且無(wú)毒無(wú)臭。
3、承載芯。承載芯采用符合 YB /T 5004 的 A級(jí)鋅層鍍鋅鋼絞線，抗拉強(qiáng)度 1 370 MPa，絞合緊密，絞合節(jié)徑比不大于 14 倍，鋼絞線抗拉強(qiáng)度大。
4、承載芯隔離層。單獨(dú)設(shè)置的承載芯的機(jī)械性能完全區(qū)別于導(dǎo)體和絕緣等材料，為了防止承載芯直接與絕緣接觸，在承載芯外設(shè)置一層隔離層，隔離層選用與絕緣同質(zhì)的材料，通過(guò)材料的一致性來(lái)減少電纜使用過(guò)程中承載芯及隔離層對(duì)絕緣的損傷。
5、內(nèi)、外護(hù)套。卷筒電纜應(yīng)用場(chǎng)合廣，電纜護(hù)層既要具有高強(qiáng)度、高抗撕、阻燃、耐酸、耐油等性能，還要具有耐低溫性能。故此按 DIN VDE 0207Teil 21 中 5GM5 為設(shè)計(jì)基準(zhǔn)，對(duì)高強(qiáng)度氯丁橡膠護(hù)套的配方進(jìn)行了開發(fā)攻關(guān)，橡膠材料選用氯丁橡膠為基料，對(duì)硫化、防護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)填充等體系進(jìn)行研究和改進(jìn)。硫化體系不僅能改善膠料的交聯(lián)性、耐熱性，降低壓縮永久變形，還能提高膠料和纖維的粘合強(qiáng)度，且可以防止膠料在加工過(guò)程中焦燒; 防護(hù)體系使膠料具有優(yōu)良的耐久性，包括耐自然老化和加速老化性能; 補(bǔ)強(qiáng)填充體系提高膠料的抗撕裂強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度，還可改善膠料的加工性能和擠出外觀。通過(guò)對(duì)硫化、防護(hù)和補(bǔ)強(qiáng)填充等體系的研究和改進(jìn)，優(yōu)化配方設(shè)計(jì)，使加工后的護(hù)套滿足阻燃、耐油、耐磨、耐彎曲和耐低溫等性能要求，提高電纜的機(jī)械性能和耐環(huán)境性能。通過(guò)采用正交設(shè)計(jì)方法，最終得到高強(qiáng)度氯丁橡膠外護(hù)套優(yōu)化配方。
6、編織加強(qiáng)層。在提高內(nèi)外護(hù)套抗張強(qiáng)度、抗撕裂強(qiáng)度和改善耐候性的基礎(chǔ)上，在內(nèi)外護(hù)套之間再增設(shè)一層加強(qiáng)層，進(jìn)一步增強(qiáng)電纜護(hù)層的綜合機(jī)械性能。加強(qiáng)層采用杜邦尼龍 66 纖維編織層，纖維具有耐高溫、高抗拉、高磨度、耐沖擊和耐化學(xué)劑等性能。
作者：生長(zhǎng)飛， 彭旺全， 軒娜紅
此文關(guān)鍵字：上海電纜廠家
