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1、三律螺旋申纟缆的研发设计卢占海，陈伟文上海三律电气有限公司）螺旋电缆材料选择螺旋电缆可分为导线，绝 缘层和护套层三部份。导 线和绝缘层的功能主如果 传输电信号，别离选用镀银铜多股绞线和特殊高温材料。线 缆的弹性和拉伸紧缩 力与护套层有关。比较两种常常利用护套材料。1，聚酯弹性体的强度,柔软性,耐热老化性能优良,长期工作温度可达 135 摄氏度，低温柔软性好，玩去模量随温度降低的变坏下，抗紫外辐照能力良好。2，ETFE 有较高的机械强度，长期工作温度可达 200 摄氏度， 可薄壁挤出，从而减轻电缆的尺寸和重量，抗紫外辐照性能极佳， 抗老化和耐原子氧能力优良。对两种材料的护套进行了对比实验分析，发
2、觉多次反复拉伸后 ETFE 护 套 的弹 性维 持性 能 优于 聚氨酯 弹 性体 。 另外 若护套 层 材料 与 绝 缘层 相 同，则 可同 时 定型 优化 工艺 ，因 此选 择 ETFE 为 护 套材 料。螺旋电缆的结构设计螺旋电缆采用螺旋状外形实验拉伸与紧缩运动，类比圆柱螺旋 弹 簧 对 其 进 行 定 性 分 析 ，按 照 机 械 设 计 原 理 ，圆 柱 螺 旋 弹 簧 载 荷 知 足关系P噜I.式中：P为螺旋负载，G为材料剪切弹性模量，d为线缆外径， D 为螺旋中经， 为螺旋单圈型变量。螺旋电缆可与其类比。当材料， 螺旋内径已知时， 线缆外径和单圈型变量是影响拉伸 紧缩力的主要因数，
3、且线缆外径越小，螺 旋圈数就越多（螺旋段长 度 不 变 的 条 件 下 ），单 圈 型 变 量 就 越 小 ，故 控 制 成 品 线 缆 外 径 是 关 键。为避免芯线错位破坏结构致使电缆不能回答， 在知足载流量要 求条件下，财局减少芯线种类，多层规则排列的方式，有效控制电缆外径，提供了其圆整性和结构的稳固性，内部结构如图所示第一层第二层第三层第四层图1嵯旋陀缆内祢结构设计螺旋电缆外形时， 按照电缆回答高度范围及电缆外径取 值，合 理设计螺旋环圈数；多 层绞合时末节距成缆，每层成缆后均 绕包 F4 薄膜， 起分隔保护作用， 使结构更稳固， 采用绝缘层与护 套层材料同时定型的工艺手腕， 增加电缆
4、弹性， 增强伸缩性能。螺旋电缆设计外形如图 2 所示尹用円J OOOmTn尽2 蛭旋Ml纜（井圈狀态卅卜形按照利用需求，对螺旋电缆整束成缆状态的载荷进行设计计 算。取 d = 10mm， D = 60mm，入=60mm， G =（经验数据）， 计算可得螺旋电缆 P=。 在实际产品的常温性能测试中测得拉伸力 约为， 紧缩力为， 且电缆中导线均为各自持续， 别离导通， 彼此绝 缘， 知足拉伸力合紧缩力要求。当电缆的导线成束时，电流通过导线将产生较大温升，对导线 载流量进行了靠得住性设计，一束导线中每根导线的最大电流 J - N)/2S,1 N 15,式中：Isw为单唯一根导线的最大电流，N为一束导
5、线的导线 数， 结果可得成缆状态下的载流量为,知足的利用要求。 螺旋电缆的生产制造螺旋电缆的生产制造工艺流程如图11悝 能 测试3八* 所示。其中，定型直接关系电缆的综合性能，为关键工艺，定型温度和时刻需精准控制，温度太高 时刻太长会使电缆芯线出现粘连，温度太低，时刻太短会造成电缆 定型不足， 弹性较差。 另外， 定型时的温度均匀性亦超级重要， 定 型温度不均会造成电缆内部应力不均衡，从而致使结构，形状的转 变。螺旋电缆性能实验材料蠕变实验螺旋电缆在轨拉伸停留时刻有特殊要求。 固体材料在应力作用 下的时刻超过材料的最终松弛时刻时，会出现形变不可恢复的蠕变 现象，可能造成电缆不能正常回缩，同时蠕
6、变变形量随恒定拉力作 历时刻的增加而增大， 随温度增高而增加。 为此， 分析了 常温 23 度和高温 45 度下高温材料的蠕变特性。进行单轴拉伸性能实验， 所得常温合高温下第一， 二屈服点的 应力及应变值见表第-屈眼点第二屈服点应力/用卩巴应变/(%应力/MPh应变扭痴常温2. 1015. 67ICL翕1 (J. 302. 3714.按照材料实验取得的特征数据， 构建有限元模型， 分析电缆被 拉伸至必然长度时的应力，用于后续蠕变实验。有限元分析采用高 温材料空心护套圆柱形螺旋弹簧的三折线弹塑性本构模型，如图所 示。虽然实心电缆拉伸所需作使劲应比仅计算空心护套时偏大，但 护套与内部结构之间为非持
7、续性连接，彼此约束作用较小，因此忽略 了 内 部 结 构 的 影 响 ，以 为 采 用 空 心 护 套 模 型 进 行 应 力 分 析 时 合 理95 H) 15202530应变/呦W5弹塑性本构模塑对护套两头进行水平加载拉伸至极限位置长度，计算常温，高 温环境下拉伸进程中的拉力值及材料的应力散布。所得为拉力-变 形曲线如图 6 所示。护套的 VON MISES 应力值见表 2，相应的应力云如图所示。 由表 2 可知，高温材料护套拉伸至极限位置的应力在常温和高温下不同较小，均值约，肯定后续蠕变实验应力变形/tTiiTl在常温及高温下对高温材料进行了短周期(1d )和长周期(14D )的蠕变及恢
8、复实验。实验进程为加载恒载1d或14d卸载恒 载 1d。 实验 测得的 应 变量 见 表周期囁变试验门).| wr?4/( % f回复试验，1蚁开嫌时踣東时幵媳时銷東时筈1 37L2L 7431 1. 08d斤262(1 d)阳归 O uni1 0 93J 皿 131弘202故間期1I.1 mua sis14 162U 570&. 24.0丨 4 d)高温1.価泪小26l 681加202周期囁变试验门).| wr?4/( % f回复试验，1蚁开嫌时踣東时幵媳时銷東时理周期筈1 37L2L 7431 1. 08d斤262(1 d)1 0 93J 皿 131弘202故間期席温a sis14 162
9、U 570&. 24.0丨 4 d)高温1.価泪小26l 681加202实验结果表明，在常温和高温下短周期及长周期的蠕变实验后 高温材料仍可回答。不会出现蠕变断裂。因此，常温和高温线高温 材料的最终松弛时刻均大于I4d。知足螺旋电缆拉伸后正常回缩的 利用要求。伸缩性能实验宀二选用io根螺旋电缆八mm试样，进行高低温条件下的 拉伸实验，研究电缆在不同位置的最长停留时刻及拉伸一按时刻后 可否正常回答。 实验结果见表 4实验结果表明，螺旋电缆在对接位置，极限位置的最长停留时 刻 别 离 为 4d， 120min， 知 足 24h 和 1h 的 利 用 要求 。原文出自：上海三律电气有限公司官网螺旋电缆的设计研制：螺旋电缆：
