高柔性拖链电缆设计与测试

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  [摘 要]本文详细地阐述了高柔性拖链电缆从铜导体、绝缘、填充、护套等材料选型,结构设计和工艺控制,测试设计,通过以上的方法可以设计制造出满足终端客户使用需求的电缆。
  [关键词]拖链电缆 材料选型 工艺控制 测试设计
  中图分类号:TM726.4 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)40-0028-01
  1.引言
  近年来随着我国工业自动化的发展,在自动化机械,如:数控机床、机器人,机械手臂,仓储设备,消防系统,起重机,数控机床和冶金工业等等,在这些机器设备中移动部件会使用到电线电缆传输数据和电力供应,对配套电缆的要求也提出了更高、更专一的要求;那么a这就需要耐弯折、耐环境的高性能电缆。此类电线电缆在使用功能上要求既能传输电力又能传输控制信号,集电力和控制信号传输为一缆,在电气性能上,要求电力传输可靠性和控制信号指令准确性,特别是在不断往复移动的地方,需要电缆结构稳定合理,柔软、抗弯折、抗拉、耐环境强等。
  本文着重阐述高柔性拖链电缆的材料选用、结构设计、关键工序及工艺工点、性能测试。
  2.材料选用
  电缆主要由导体、绝缘、填充、屏蔽层及外护套构成,其中填充和屏蔽层为可选择性方式。
  2.1 导体
  对于导体均采用99.9%无氧铜(OFC),导体的机械和物理性能需符合GB/T3956-2008第6类导体、GB/T3953-2009标准要求。选用0.08mm-0.16mm单丝直径的裸铜做绞合导体;其性能:
  1)抗拉强度。精确到1N/mm?
  单丝直径的抗拉强度和伸长率根据以上两公式计算,需要选用伸长率要高于标准10%以上,
  抗张强度高于标准5%以上的铜导体。
  绝 缘
  电气性能是选择绝缘材料首要考虑的因素,因为绝缘层的主要作用是电绝缘。但是由于柔性电缆的额定电压多在1KV以下,所以在材料选定之后,在设计绝缘厚度时,电性能一般不是主要考虑的因素。高柔性拖链电缆是需要运用在作不断往复运动的机械上,绝缘层会受到拉、压、弯、扭、切割等机械应力,所以需按力学性能来设计绝缘厚度,同时再考虑生产工艺上的可行性和长期老化的因素。选用TPE(Thermoplastic Elastomer)用为绝缘材料,是非常适合柔性电缆的材料;TPE具有环保无毒安全,手感柔软,耐候性,抗疲劳性和耐温性,加工性能优越;根据实际经验数据和试验数据,绝缘厚度可设计如图1,物理力学性能见表1。绝缘的颜色可以参考标准IEC 60173或根据实际需要配色。
  2.2 填充
  为了让电线的圆整性以及增强电线抗拉强度等相关性能,在芯线结构中添加填充材料,可选用棉线或是阻燃PP绳、尼龙丝等材料,绕包带可选用超薄型无纺布或阻燃PTFE带(聚四氟乙烯)等材料,特别在柔性和阻燃性上PTFE的性能表现非常好;填充材料的具体用量根据实际需要决定。
  2.3 屏蔽层
  当线缆需要带屏蔽时,在绝缘外编织一层金属丝,其目的是减少外界电磁场对绝缘电线内电流干拢;同时也避免绝缘芯线内电流产生的电磁场对外界的影响经。编织覆盖率≥80%,具体计算公式可以参考标准JB/T8734-2012。从线缆线径和柔软度以及生产工艺上考虑选用?0.12镀锡铜编织结构作金属屏蔽。
  2.4 护套
  电缆护套是电缆的核心组成部分之一,其质量的好坏、选用是否适当,将直接影响拖链电缆的使用寿命。因此,合理选料、正确设计、精心制造护套,具有非常重要的意义。对于高柔性拖链电缆的使用特性、安装环境用无卤与阻燃PUR(聚氨酯弹性体)材料作为外护套。PUR耐油性能优异,韧性好,耐磨,耐寒(耐低温),耐水解,耐老化,耐酸碱,耐气候,使用寿命长,抗紫外线等许多优异的功能,适用于环境极其恶劣场合。
  护套厚度设计与计算:
  Δ=aD+b
  式中 Δ-护套标称厚度(mm),计算至小数后一位;
  D-绝缘芯线成缆后绞合外径;
  a和b-常数,a取值0.03, b取值0.6;
  护套材料PUR特性见表3
  3.结束语
  目前我司以成功研制多种规格、多种型号,符合不同设备需求的柔性拖链电缆,使我们对材料的选择、结构的设计、模具的选配、工艺参数的设定,以及产品的检测等都有了较深的认识,为后续的研制积累了大量宝贵经验。
  参考文献
  [1] 王春江,等电线电缆手册:第1册[M]2版。北京:机械工业出版社,2004.
  [2] 王卫东,等电缆工艺技术原理及应用第1版。北京:机械工业出版社,2011.
  [3] 郭红霞,等电线电缆材料-结构.性能.应用第1版。北京:机械工业出版社,2012.
  [4] GB/T3956-2008,电缆的导体.
  [5] GB/T3953-2009,电工圆铜线
  作者简介
  夏兴治(1979-),男,重庆人,工程师.
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