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电缆制造技术
第一章绞线
绞线是生产裸电线和电缆导电线芯的一种工艺方法,它是以绞合单线绕绞线轴线等角速度旋转和绞线均速前进运动实现的。
第一节绞合原理
一、绞线的形式
1、正规绞合单线以绞线中心线为轴线,分层有序地绞合在其周围,相邻绞层方向相反,中心层可以由单根或几根单线构成,而以中心层为1根的等直径单线为最常见。
这种绞合又称同心层绞
2、非正规绞合
(1)束绞将多根单线以同方向、同节距不分层的扭绞在一起的绞合方式称束绞,其制品称束线,特点是各单线在制品中的相对位置不是固定和有序的。
(2)同心复绞同正规绞合方法是以股线代替正规绞和中的单线,股线可以是绞线,也可以是束线,
(3)特殊绞合不同于上述的一些其他绞和,包括单线非同心层绞的扇型芯和半圆型线芯的绞合;交替变化绞和方向的S-Z绞合;绞线中单线随即排列的交叉绞合及各种型线为单线的绞合等。
二、绞合工艺参数
1、节距绞合中的任意一根单线绕绞线一周,沿绞线轴向移动的距离,称为绞线的节距。
节距是反映绞合程度的参数,在相同的绞线直径下,节距愈小,线钮绞愈重。
用h表示。
2、节径比绞线的节距长度与绞线直径之比。
用m表示。
m=h/D
3、绞合系数在绞线的一个节距长度上,单线展开长度与绞线节距之比。
用λ表示。
λ=L/h。
第二节
1、相邻层根数差△Z=2π≈6.28根,取其整数,层间差为6根。
若中心根为1根,相邻层为6根,相差为5根。
2、极限节径比当螺旋升角降到某一值时,单线间的间隙减少至0,此时的节径比为极限节径比,经计算该理论数值为10.1,实际极限节径比比次值还要小一些。
第二章成缆
成缆是大多数多芯电缆生产的重要工序之一。
由若干绝缘线心或单元组绞合成缆芯的过程称为成缆。
根据待成缆的绝缘线芯的直径,成缆可分成对称成缆和不对称成缆。
对称成缆是指绝缘线芯直径完全相同的成缆,不对称成缆是指绝缘线芯直径不同的成缆。
层间的方向不同时成缆外径较圆整。
成缆的操作除绞合外,还包括了填充和绕包带绝缘、屏蔽带等。
第一节圆形绝缘线芯成缆
一、成缆工艺
为了避免成缆中绝缘线芯受扭转的损害,圆形线芯成缆采用退扭工艺,
二、成缆外径计算
1、三芯等直径绝缘线芯当绝缘线芯直径为d时,缆芯外径为D,则D=2.154d
2、四芯等直径绝缘线芯当绝缘线芯直径为d时,缆芯外径为D,则D=2.414d
3、五芯等直径绝缘线芯当绝缘线芯直径为d时,缆芯外径为D,则D=2.7d
三、填充
绝缘线芯成缆时,其线芯与线芯之间均有一些间隙,特别是二、三、四、五芯成缆时,其内部和外部均有较大间隙,如不用填充材料填充,很难保证成缆后缆芯的圆整度。
填充材料一般用非吸湿性材料,如聚丙烯、玻纤绳等。
圆形线芯对称成缆的填充面积:
二芯电缆侧面部分为2*0.785d
三芯电缆中心部分为0.04d,侧面部分为3*0.417d
四芯电缆中心部分为0.215d,侧面部分为4*0.315d
各式中d为绝缘线芯外径
四、成缆设备
用于成缆的设备称为成缆机。
我国普遍采用的成缆机为:
大截面线芯成缆用的盘式成缆机,可进行三芯和四芯电缆成缆;中小截面线芯成缆用的笼式成缆机,可进行最多七芯电缆成缆。
盘式和笼式成缆机的主要组成是:
绞合部分、包带头、牵引装置、收线装置及传动系统等。
盘式成缆机的绞合部分有大小两个圆盘固定在一个空心轴上,圆盘间有3只可盛放线盘的盘架,放线盘架的轴头上装有退扭齿轮机构。
笼式成缆机的绞合部分与笼式绞线机相同,常有6只盛放线盘的摇篮,退扭机构一般为退扭环。
第二节扇形绝缘线芯成缆
一、成缆工艺
扇形和半圆形线芯应采用不退扭成缆,在成缆中,绝缘线芯在作成缆绞合运动的同时绕其自身轴线旋转,并基本与成缆动作相同步,使扇形的尖角顶点始终位于成缆圆心上,保证了缆心的圆整性。
为减轻成缆中线芯受到的扭转变形,一般节径比为40~80。
二、成缆时绝缘线芯的变形
1、成缆方向和导电线芯的绞合方向相同时,在每个成缆节距上,导电线芯将增加一次扭绞,谓“增扭”。
2、成缆方向和导电线芯的绞合方向相反时,在每个成缆节距上,导电线芯将减少一次扭绞,谓“松扭”。
3、减少线芯变形和绝缘发皱的有效发法是采用预扭绝缘线芯进行成缆,其螺旋节距与该线芯成缆节距相等。
第三节电缆的铠装
电缆铠装是指在包有内垫层的缆心上面间隙螺旋形绕包钢带或钢丝的生产过程。
作用是对电缆进行机械保护和化学保护,以保证电缆安全运行和有足够长的寿命。
所以在铠装前要对钢带进行镀锌或涂防腐漆处理。
钢带宽度和电缆直径对应关系:
铠状前电缆直径mm
钢带宽度mm
<13
13.1~17
17.1~23
23.1~33
33.1~50
〉50
20
25
30
35
45
60
第三章塑料绝缘和护套
电缆的塑料绝缘和护套是采用连续挤压方式进行的。
挤出设备是单螺杆挤出机。
在挤出过程中,装入料斗的塑料借助重力和加料螺旋进入机筒中,由螺旋螺杆的推力作用不断向前前进。
同时塑料受到螺杆的搅拌的挤压作用,并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态,在螺槽中形成均匀连续的料流。
到达机头的料六,经模芯和模套间的环形间隙,挤包于线芯周围,形成连续密实的绝缘或护套层。
整个挤出过程可分成3个阶段,即:
混合、融化和均化,
挤压成型,
冷却和固化。
一.挤出机组的基本组成
塑料挤出机组由主机、辅机和控制系统组成。
1、塑料挤出机塑料挤出机组的主机是挤出机,由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成,
(1)挤压系统挤压系统包括螺杆、机筒、料斗、机头和模具5个部件
1)螺杆是挤出机的最主要的部件,它直接关系到挤出机适应用范围和生产率。
其由高强度、耐热和耐腐蚀分合金钢制成。
2)机筒是一个金属圆筒,一般用耐热、耐压强度较高,坚固耐磨、耐腐蚀的合金钢或内衬合金钢的复合钢管制成。
一般机筒的长度为其直径的15-30倍,以使物料得到充分加热和塑化为原则。
3)料斗通常为锥形容器,其容积至少能容1h的用料。
料斗底部装有截断装置,以便调整和切断料流。
料斗侧面装有视孔和标定计量装置。
根据需要,有的料斗装有抽真空,加热,搅拌或推进装置等,亦有自动加料料斗等。
4)机头和模具机头的作用是将旋转运动的塑料融体转变为平行直线运动,并将融体均匀。
平稳地导入模套中。
并赋予塑料以必要的成型压力。
模芯模套适当配合形成截面不断减小的环形间隙,使融体在线芯的周围形成连续密实的管状包覆层。
机头中的多孔板能使机头和机筒对中定位,并能支撑过滤网和对融体产生反压力。
机头上还装有模具较正和调整装置,能调整和校正模芯模套的同心度。
(2)传动系统传动系统的作用是驱动螺杆,供给螺杆在挤出过程所需的力拒和转速;通常由电动机、减速箱和轴承等组成。
(3)加热与冷却系统加热与冷却是塑料挤出过程能够进行的必要条件。
加热系统由外部加热物料,使之升温,以达到工艺操作所需要的温度。
冷却装置是为了保证塑料在不大于工艺要求的温度范围而设置的。
具体说是为了排除螺杆旋转剪切摩擦产生的多余热量,以避免温度过高使塑料分解或定型困难。
但在加料斗座处的冷却仅是为了加强对固体物料的输送作用。
2、辅机包括:
放线架、冷却水槽、火花机、牵引机、收线装置等。
3、控制系统主要由电器、仪表和执行机构组成。
主要作应是:
控制和调节主辅机的拖动电机,输出符合要求的转速和功率,并能使主辅机协调工作,检测和调节挤出机中的物料的温度、压力、流量;实现对整个机组的控制或自动控制。
第二节塑料绝缘及护套的挤出工艺
一、原材料处理
对原材料处理的最基本要求有以下几点:
1)去处材料中过量的水分
2)去处固体杂质
3)均匀混入各种配合挤
1、干燥水分在挤出过程中转变为水蒸气,在制品中形成许多气泡,不仅影响绝缘和护套的机械性能,还降低绝缘的耐电强度。
所以绝缘(尤其高压电缆的绝缘料)应严格控制其含水量。
2、去处固体杂质为保证电缆产品的电气绝缘性能,必须对原材料中的机械杂质进行严格控制。
并避免挤出过程中混人新的杂质,在机头处装虑网虑除已混入的杂质。
二、挤出工艺
挤出过程的工艺条件对制品的产量和质量影响很大,特别是塑化情况,更能直接影响制品的物理性能和外观,塑化即熔融,决定这一过程的主要因素是温度和剪切作用。
1、温度挤出温度低会使挤出物失去光泽,并出现波纹、不规则破裂等熔体破裂现象。
且从均化断出来的熔体中仍会夹杂有固体物料。
聚乙烯和聚氯乙烯挤出温度:
控温区域
塑料种类
机身
机头
加料段
压缩段
均化段
机头
模套
聚乙烯
60-110
100-130
130-160
170-200
175-205
PVC绝缘料
一般
80-90
90-100
110-120
140-160
160-165
耐热
80-90
130-140
145-155
175-185
180-190
PVC护套料
一般
80-90
130-140
145-155
175-185
180-190
耐热
80-90
130-140
155-165
185-195
190-200
2、螺杆转速一般情况下,提高螺杆转速是实现挤出机提高生产能力的重要手段。
但超常范围增加螺杆转速增加生产速度时,还必须增加温度或采取控制机头压力才能达到目的。
3、模具及调整模芯模套的配合方式有3种,挤压式、挤管式、半挤管式。
挤压式适应于挤出塑料绝缘,优点是挤包的塑料能嵌入线芯或线缆的间隙中,挤包层紧密结实,表面平整;缺点是:
挤出线芯弯曲性能不好,对配模的准确性要求较高。
挤管式适应于塑料护套的挤出,优点是挤包层的厚度均匀,挤出线缆的弯曲性能好,能节省材料,配模简便,能挤包各种形状的线芯,如对扇形线芯挤出绝缘层;缺点是挤包层不紧密,制品表面有线芯或缆芯绞合节距的痕迹。
半挤管式与挤管模具大体相当同,适应于挤包要求包紧力大的护套。
3、牵引为保证产品质量,要求牵引速度均匀稳定,如果牵引速度高于挤出速度可以消除制品离模引起的膨胀,并使制品分子链产生一定程度的轴向取向。
三、冷却
塑料挤包层在离开机头后,应立即进行冷却,否则会在重力作用下发生变形。
聚乙烯等结晶型聚合物的冷却应逐渐降温的温水冷却方式。
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