大型煉鋼廠液壓傾翻車用復(fù)合扁電纜的研制及應(yīng)用

   在工業(yè)煉鋼的大型設(shè)備中，液壓傾翻車是浙江至德鋼業(yè)有限公司煉鋼車間內(nèi)鐵水罐扒渣系統(tǒng)的重要組成部分。液壓傾翻車主要依靠電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、風(fēng)冷電機(jī)系統(tǒng)、電磁閥控制系統(tǒng)、溫度繼電器感應(yīng)系統(tǒng)、壓力繼電器感應(yīng)系統(tǒng)及力矩電機(jī)式電纜卷筒系統(tǒng)等協(xié)同配合完成運(yùn)行的，諸多系統(tǒng)的正常運(yùn)行需要通過(guò)電纜傳輸電力和信號(hào)得以實(shí)現(xiàn)。以往為了避免液壓傾翻車各系統(tǒng)之間相互干擾，保證各系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要使用多種不同型號(hào)圓形電纜分別連接，多根粗細(xì)不同的電纜使用起來(lái)不方便，且需要頻繁更換電纜來(lái)保證設(shè)備運(yùn)行，這樣嚴(yán)重制約了生產(chǎn)效率和生產(chǎn)設(shè)備的可靠性。

  為此研制了將多種型號(hào)電纜功能集合于一身的液壓傾翻車用耐高溫防濺扁電纜。該復(fù)合后的扁電纜可實(shí)現(xiàn)電纜的整體收放，使得安裝和維護(hù)更為便利，降低了維護(hù)成本，減輕了電纜維護(hù)人員的工作量，有效地防止了鋼水飛濺對(duì)電纜的燙傷，同時(shí)鎧裝層內(nèi)側(cè)的隔熱層能阻止鋼水溫度傳遞到電纜內(nèi)部，保護(hù)了電纜不受外界溫度的影響。至德鋼業(yè)不銹鋼管廠將詳細(xì)闡述該復(fù)合扁電纜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料選擇、關(guān)鍵工藝控制。

１.技術(shù)性能要求

  客戶使用的液壓傾翻車中含有：電機(jī)１臺(tái)；風(fēng)冷卻器１臺(tái)；直流電磁閥７組，另備用３組；直流溫度繼電器１臺(tái)、壓力繼電器１臺(tái)，均要求為５芯屏蔽電纜，另備用１組；力矩電機(jī)式電纜卷筒用電機(jī)１臺(tái)含２根２芯控制線。該復(fù)合扁電纜的技術(shù)性能要求包括：為了避免液壓傾翻車各系統(tǒng)之間相互干擾（特別是電機(jī)采用變頻器實(shí)現(xiàn)變壓變頻調(diào)速），要求電纜的動(dòng)力傳輸單元和信號(hào)傳輸單元應(yīng)具有一定的抗干擾和抑制干擾功能；電纜置于地面電纜槽內(nèi)，需隨著液壓傾翻車來(lái)回不停的收放，要求電纜需具有一定抗彎曲及耐磨性能；在此過(guò)程中，電纜還需經(jīng)受高溫的考驗(yàn)，一旦有鋼水濺落到電纜表面，其瞬間溫度可達(dá)1000℃，要求電纜需具有防濺（防止鋼水濺落燙壞）功能和整體耐高溫（150℃以上）特性；液壓傾翻車發(fā)生故障會(huì)拉斷電纜，要求電纜還需具有一定的抗拉特性。

２.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇

  在對(duì)該復(fù)合扁電纜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇時(shí)，動(dòng)力傳輸單元（動(dòng)力電纜）參照了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有變頻動(dòng)力電纜的3+3結(jié)構(gòu)，信號(hào)傳輸單元（儀表控制電纜）參照了國(guó)內(nèi)外儀表控制電纜和計(jì)算機(jī)電纜基本結(jié)構(gòu)?？紤]液壓傾翻車使用環(huán)境的特點(diǎn)和設(shè)備對(duì)電纜的性能及加工可操作性要求，將所有的線芯劃分成３組纜芯，即纜芯１—變頻動(dòng)力電纜，纜芯２—電磁閥系統(tǒng)電纜，纜芯３—溫度繼電器、壓力繼電器、力矩電機(jī)式電纜卷筒等系統(tǒng)用電纜。變頻動(dòng)力電纜放置在中間。由于電纜整體寬度較大，該復(fù)合扁電纜兩邊采用圓弧形設(shè)計(jì)。

3. 導(dǎo)體和絕緣

   為了達(dá)到電纜導(dǎo)體抗氧化要求，導(dǎo)體采用鍍錫銅絲；為了使電纜具有一定的抗拉性能，電纜內(nèi)部添加合適的鋼絲繩作為抗拉元件；為了控制電纜的整體寬度，抗拉元件設(shè)置在導(dǎo)體中心；為了達(dá)到電纜柔軟可靠要求，導(dǎo)體采用５類或６類軟結(jié)構(gòu)同心式纏繞或復(fù)絞，纏繞的節(jié)距控制在導(dǎo)體外徑的6～6倍，復(fù)絞節(jié)距控制在導(dǎo)體外徑的10～12倍。

  為了保證電纜能夠在150℃以上高溫環(huán)境下長(zhǎng)期使用，電纜的絕緣及護(hù)套必須選用耐高溫材料。目前電線電纜常用的耐高溫材料主要有硅橡膠和氟塑料。但氟塑料價(jià)格較高，且氟塑料電纜（特別是大截面線芯規(guī)格）在使用一段時(shí)間后易發(fā)生開(kāi)裂，尤其在移動(dòng)場(chǎng)合用時(shí)，經(jīng)過(guò)移動(dòng)彎曲后，電纜易呈現(xiàn)環(huán)狀開(kāi)裂，造成電纜失效。因此，采用硅橡膠作為該復(fù)合扁電纜的絕緣及護(hù)套。由于普通的硅橡膠抗撕裂性能差，因此選擇了高抗撕型硅橡膠（抗拉強(qiáng)度≥8 ＭＰａ，抗撕強(qiáng)度≥7 N／ｍｍ）作為電纜的絕緣及護(hù)套。

4. 屏蔽、護(hù)套和防濺層

   由于電磁閥有７組，備用３組，每組電纜應(yīng)采用對(duì)絞結(jié)構(gòu)。為了減少信號(hào)傳輸時(shí)內(nèi)部線對(duì)之間的干擾，應(yīng)采用不同的絞合節(jié)距進(jìn)行對(duì)絞；為保證電纜信號(hào)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，電磁閥系統(tǒng)電纜應(yīng)有屏蔽層，宜采用分屏蔽＋總屏蔽結(jié)構(gòu)，屏蔽層采用編織形式，屏蔽層單絲采用鍍錫銅絲，編織密度≥80％。

  為了提高電纜的可靠性，防止電纜在收放過(guò)程中出現(xiàn)護(hù)套“鼓包”、線芯與護(hù)套分層等現(xiàn)象，在擠出護(hù)套時(shí)，各纜芯需保留一定間隙，電纜兩邊采用圓弧形設(shè)計(jì)。為了防止電纜被鋼水濺落燙壞，在電纜護(hù)套外編織了一層防濺層，防濺層采用鍍鎳鋼絲，編織密度≥90％。為便于加工，鍍鎳鋼絲選用軟態(tài)。為了防止防濺層磨損護(hù)套，在防濺層與外護(hù)套之間設(shè)置隔離層，一般采用繞包一層無(wú)堿玻璃布方式。

5. 導(dǎo)體絞制工序

  采用在導(dǎo)體中心添加鋼絲繩作為導(dǎo)體的抗拉元件，在絞合時(shí)應(yīng)選用具有退扭功能的設(shè)備，宜采用管絞機(jī)或籠絞機(jī)。導(dǎo)體絞合時(shí)應(yīng)采用正規(guī)絞合形式，鋼絲繩放置在中心，鋼絲繩不能存在接頭，否則會(huì)影響導(dǎo)體的整體抗拉性能。同時(shí)，存放鋼絲的線盤不能太小，否則會(huì)影響電纜的整體長(zhǎng)度。４平方毫米及以上導(dǎo)體宜采用500型管絞機(jī)或籠絞機(jī)；1.0～2.5平方毫米導(dǎo)體宜采用400型纏繞機(jī)。采用纏繞機(jī)加工時(shí)應(yīng)注意股線束合方向與纏繞方向保持一致，否則股線在進(jìn)入模具前會(huì)出現(xiàn)松股現(xiàn)象。

6. 絕緣擠出工序

   采用硅橡膠作為電纜的絕緣和護(hù)套時(shí)，硫化方式主要有擠橡機(jī)－熱烘箱硫化和擠橡機(jī)－硫化管道蒸汽硫化兩種。相對(duì)熱烘箱硫化方式，硫化管道蒸汽硫化方式在線芯經(jīng)過(guò)管道后，其管道壓力可使絕緣層更為密實(shí)，提高絕緣層的物理機(jī)械性能。因此，在產(chǎn)品試制時(shí)，選用了擠橡機(jī)－硫化管道蒸汽硫化方式。此外，在加工過(guò)程中還應(yīng)注意，采用雙二四硫化劑時(shí)，宜控制管道內(nèi)蒸汽壓力≤0.2ＭPa；采用雙二五硫化劑時(shí)，宜控制管道內(nèi)蒸汽壓力≥0.4MPa。

7. 成纜工序

  由于導(dǎo)體中添加了鋼絲繩作為抗拉元件，因此纜芯絞合方向宜與鋼絲繩的絞合方向一致。如纜芯方向與鋼絲繩絞合方向不一致，則會(huì)使得導(dǎo)體產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，從而降低電纜彎曲使用壽命。

8. 護(hù)套擠出

  由于該電纜設(shè)計(jì)的整體外形尺寸已達(dá)101ｍｍ（寬）×42ｍｍ（高），護(hù)套擠出時(shí)出膠量大，因此在產(chǎn)品試制過(guò)程中，通過(guò)增加模芯錐角和模套定徑區(qū)長(zhǎng)度，以適當(dāng)增加擠出壓力，保證擠出后電纜護(hù)套表面平整。由于纜芯是一字排開(kāi)的，且為被動(dòng)放線，因此為確保護(hù)套層厚度及間隙相對(duì)均勻、不偏心，在產(chǎn)品試制中，在纜芯進(jìn)入模具前，應(yīng)適當(dāng)對(duì)纜芯進(jìn)行固定，

防止擠出時(shí)纜芯擺動(dòng)造成偏心。另外，模芯尺寸不能偏大，為防止纜芯在模芯內(nèi)晃動(dòng)影響纜芯間隙均勻性，可在擠出前將纜芯過(guò)一遍模芯，以選取合適尺寸。

  通過(guò)上述產(chǎn)品設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)的控制，浙江至德鋼業(yè)有限公司成功試制了液壓傾翻車用復(fù)合扁電纜。經(jīng)客戶試用，該復(fù)合扁電纜完全符合高溫環(huán)境下的使用要求，同時(shí)解決了導(dǎo)體線芯斷裂、電纜表面易被鋼水濺落燙壞等問(wèn)題，減少了電纜的維護(hù)次數(shù)，降低了電纜維護(hù)人員勞動(dòng)強(qiáng)度。