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所的各種類型卷筒電纜在實(shí)際使用時的效果，參照國內(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)時必須考慮以下問題:
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引起溫升過高，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。通過對使用場合的測試和理論計(jì)算，電纜的承拉力大于 6000 N，卷筒電纜頻繁卷放、拖曳，長期受力不均衡，因此電纜的承載設(shè)計(jì)尤為重要。《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》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大而拉斷，因此多芯電纜不能作為承載芯來計(jì)算承載強(qiáng)度。
市場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，電纜頻繁卷放時鋼絲應(yīng)力會很快造成銅絲磨損、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)。通過對卷筒電纜使用場合的分析，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，并且無毒無臭。
3、承載芯。承載芯采用符合 YB /T 5004 的 A級鋅層鍍鋅鋼絞線，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，通過材料的一致性來減少電纜使用過程中承載芯及隔離層對絕緣的損傷。
5、內(nèi)、外護(hù)套。卷筒電纜應(yīng)用場合廣，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。通過對硫化、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：生長飛， 彭旺全， 軒娜紅
根據(jù)上述要求，對產(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)時必須考慮以下問題:
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引起溫升過高，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。通過對使用場合的測試和理論計(jì)算，電纜的承拉力大于 6000 N，卷筒電纜頻繁卷放、拖曳，長期受力不均衡，因此電纜的承載設(shè)計(jì)尤為重要。《起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊》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大而拉斷，因此多芯電纜不能作為承載芯來計(jì)算承載強(qiáng)度。
市場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，電纜頻繁卷放時鋼絲應(yīng)力會很快造成銅絲磨損、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)。通過對卷筒電纜使用場合的分析，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，并且無毒無臭。
3、承載芯。承載芯采用符合 YB /T 5004 的 A級鋅層鍍鋅鋼絞線，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，通過材料的一致性來減少電纜使用過程中承載芯及隔離層對絕緣的損傷。
5、內(nèi)、外護(hù)套。卷筒電纜應(yīng)用場合廣，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。通過對硫化、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：生長飛， 彭旺全， 軒娜紅
此文關(guān)鍵字：上海電纜廠家
