一种智慧能源掘进机用中压拖曳电缆及生产工艺的制作方法

本发明涉及一种智慧能源掘进机用中压拖曳电缆及生产工艺。

背景技术：

随着国内城市道交通、铁路、公路、水利和市政工程等建设事业的高速度增长，我国掘进机械也迎来了飞速的发展。我国掘进机械行业已经成为国内高端装备制造业和战略性新兴产业重点支持发展产业。掘进机是用于开凿平直地下巷道的机器，该机器运行时会产生高机械应力且动作灵活复杂，因此对电缆的拖拽性能和抗拉性能要求很高。传统的中压拖曳电缆采用钢丝作为加强芯，中性缆芯编织在动力缆芯外，电缆的硬度非常大，影响电缆的弯曲性能，因此需要进行改进。中性缆芯设置在动力缆芯边隙且与动力缆芯相切，不仅能够将电缆运行时产生的感应电流导入大地，同时又不增加电缆外径，电缆结构紧凑圆整且柔软度高，但是由于中性缆芯导体外径小，抗拉强度低，在使用的过程中非常容易拉断而导致电缆失效，因此中性缆芯导体中加入铜箔丝来增加导体的强度。中压拖拽电缆护套采用氯丁橡胶，氯丁橡胶具有优异的弹性和抗弯曲性能，但是在高机械应力作用下也容易断裂，因此需要对电缆结构进行改进，电缆成缆后编织纤维加强层，氯丁橡胶挤压到纤维加强层中形成复合材料，有效的提高护套的抗拉性能和拖拽性能。

技术实现要素：

本发明的第一个目的是提供一种智慧能源掘进机用中压拖曳电缆。

实现本发明第一个目的的技术方案是一种智慧能源掘进机用中压拖曳电缆，由内到外依次为缆芯、边隙填充、第二半导电尼龙带、纤维编织加强层和护套；所述缆芯包括3根动力缆芯和3根中性缆芯，3根中性缆芯设置在两根动力缆芯之间且与动力缆芯相切；所述边隙填充填充在动力缆芯、中性缆芯和第二半导电尼龙带之间；所述中性缆芯由内之外依次包括铜箔丝绞合导体、中性缆芯铜导体、第二半导电屏蔽层。

所述铜箔丝绞合导体包括12根铜箔丝，每根铜箔丝的丝径为0.2mm，绞合节距不小于20mm，每根铜箔丝采用2根铜箔螺旋绕包在KEVLAR纤维线上。

所述动力缆芯由内之外依次包括动力缆芯铜导体、第一半导电尼龙带、第一半导电屏蔽层、乙丙橡胶绝缘和绝缘屏蔽。

所述绝缘屏蔽采用可剥离半导电材料；所述边隙填充为6个橡皮条；所述纤维编织加强层采用聚酰胺纤维编织；所述护套采用氯丁橡胶。

所述动力缆芯铜导体的截面积为35mm²，铜导线为276根，丝径为0.40mm，绞合节距不小于125mm；所述第一半导电尼龙带的厚度为0.1mm，宽度为15mm，搭盖率为20％～30％；所述第一半导电屏蔽层的厚度为0.8mm；所述乙丙橡胶绝缘的厚度为3.4mm；所述绝缘屏蔽的厚度为0.8mm；所述铜箔丝绞合导体包括12根铜箔丝，每根铜箔丝的丝径为0.2mm，绞合节距不小于20mm；所述中性缆芯铜导体为32根，丝径为0.4mm，绞合节距不小于40mm；第二半导电屏蔽层的厚度为1.0mm；所述纤维编织加强层为聚酰胺纤维编织，每束聚酰胺纤维的外径为0.20mm，锭数为32，每锭共8束，编织节距不大于95mm；所述边隙填充采用的橡皮条的外径为4.5mm；所述第二半导电尼龙带的厚度为0.1mm，宽度为20mm，搭盖率为20％～30％；所述护套厚度为2.5mm。

本发明的第二个目的是提供一种智慧能源掘进机用中压拖曳电缆的生产工艺。

实现本发明第二个目的的技术方案是一种智慧能源掘进机用中压拖曳电缆的生产工艺，包含以下步骤：

步骤一：确定电缆结构；

步骤二：制备动力缆芯：动力缆芯铜导体的截面积为35mm²，采用276根丝径为0.40mm的铜导线按照绞合节距不小于125mm进行绞合；在动力缆芯铜导体外绕包第一半导电尼龙带，第一半导电尼龙带的搭盖率为20％～30％；采用三层共挤连续硫化工艺的方式在第一半导电尼龙带外挤出第一半导电屏蔽层、乙丙橡胶绝缘和绝缘屏蔽；

步骤三：制备中性缆芯：选用2根铜箔螺旋绕包在KEVLAR纤维线上制成丝径为0.2mm铜箔丝，采用12根丝径为0.2mm铜箔丝，按照绞合节距不小于20mm绞合得到铜箔丝绞合导体；采用32根丝径为0.4mm的铜导体，按照绞合节距不小于40mm绞合得到中性缆芯铜导体；在中性缆芯铜导体外挤出厚度为1.0mm的第二半导电屏蔽层；

步骤四：将3根中性缆芯设置在3根动力缆芯边隙且与动力缆芯相切排列成缆，边隙填充橡皮条，成缆节距为420～480mm，得到缆芯；

步骤五：在缆芯外按照20％～30％的搭盖率绕包厚度为0.1mm，宽度为20mm的第二半导电尼龙带；

步骤六：在第二半导电尼龙带外编织纤维编织加强层，聚酰胺纤维每束的外径为0.20mm，锭数为32，每锭共8束，节距不大于95mm；

步骤七：在纤维编织加强层外挤包厚度为2.5mm的护套。

所述步骤一中的三层共挤连续硫化工艺中，根据第一半导电屏蔽层、乙丙橡胶绝缘和绝缘屏蔽三种材料的门尼粘度及硫化曲线设计挤出温度和硫化工艺，采用60挤橡机生产第一半导电屏蔽层，机身温度为100℃～110℃；采用150挤橡机生产乙丙橡胶绝缘，机身温度为90℃～100℃；采用90挤橡机生产绝缘屏蔽，机身温度为90℃～100℃；三层共挤时机头温度设定为100℃～110℃；挤出胶料表观均匀光滑，生产速度为7～8m/min，气压为6～7bar。

所述步骤一中的三层共挤连续硫化工艺中，采用X-RAY在线监测第一半导电屏蔽层、乙丙橡胶绝缘和绝缘屏蔽的厚度，确保第一半导电屏蔽层的厚度为0.8mm、乙丙橡胶绝缘的厚度为3.4mm和绝缘屏蔽的厚度为0.8mm。

所述步骤七中挤包采用的模具的模芯的角度为60°，模套的承线距离为20mm的挤压式模具。

所述步骤七中，根据护套材料的门尼粘度和硫化曲线设计挤出温度和硫化工艺；采用120挤橡机生产护套，机身温度为90℃～100℃；三层共挤时机头温度设定为100℃～110℃；挤出胶料表观均匀光滑，生产速度为4～5m/min，气压为6～7bar。

采用上述技术方案，本发明专利具有以下有益结果：

(1)本发明电缆中性缆芯导体中心加入了铜箔丝绞合导体，铜箔丝中的KEVLAR纤维线具有强度高、柔软性好和低蠕变等特性，有效的提高了中性缆芯的抗拉强度。

(2)本发明电缆的3根中性缆芯设置在动力缆芯边隙且与动力缆芯相切，电缆结构紧凑，外观圆整，缆芯受力均匀，有效的提高了拖拽性能和抗拉性能。

(3)本发明电缆采用的专用挤压式模具提高了挤出压力和定形距离，能够将护套材料渗入到纤维编织加强层的间隙中，护套与纤维编织加强层组成一个整体有效的提高了电缆的拖拽性能，使得生产出来的电缆具有结构紧凑，外观圆整，拖拽性能和抗拉性能优异等特性。

(4)本发明电缆的缆芯包括3根动力缆芯和3根中性缆芯，中性缆芯替代了传统的铜丝编织屏蔽层，将3根中性缆芯设置在两根动力缆芯之间且与动力缆芯相切，中性缆芯不仅可以将动力缆芯运行中产生的感应电流导入大地，且减小了电缆的外径、降低了电缆硬度和提高了电缆的圆整度。

(5)本发明电缆在护套内设置了纤维编织加强层，聚酰胺纤维编织具有强度高、柔软性好和低蠕变等特性，有效的提高了电缆的柔软度和抗拉强度。

(6)本发明电缆采用三层共挤连续硫化的方式生产第一半导电屏蔽层、乙丙橡胶绝缘和绝缘屏蔽，有效的避免了绝缘接触污染物和吸潮，同时对三层共挤的挤出温度、硫化温度、速度设定范围，确保由本发明的工艺生产的电缆通过了21kV 5min的耐压试验，10.4kV局部放电不大于5pC。

(7)本发明电缆采用X-RAY在线监测第一半导电屏蔽层、乙丙橡胶绝缘和绝缘屏蔽的厚度，能够精确的控制每一层的厚度和偏心度，能够在满足结构尺寸的基础上有效的降低电缆外径，提高电缆的柔软度。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明的电缆结构示意图、图2为模芯结构示意图、图3为模套结构示意图。

附图中标号为：缆芯1、动力缆芯11、动力缆芯铜导体11-1、第一半导电尼龙带11-2、第一半导电屏蔽层11-3、乙丙橡胶绝缘11-4、绝缘屏蔽11-5、中性缆芯12、铜箔丝12-1、中性缆芯铜导体12-2、第二半导电屏蔽层12-3、边隙填充2、第二半导电尼龙带3、纤维编织加强层4、护套5、模芯角度6、承线距离7。

具体实施方式

(实施例1)

见图1，本实施例的一种智慧能源掘进机用中压拖曳电缆，由内到外依次为缆芯1、边隙填充2、第二半导电尼龙带3、纤维编织加强层4和护套5；缆芯1包括3根动力缆芯11和3根中性缆芯12，3根中性缆芯12设置在动力缆芯11边隙且与动力缆芯11相切；边隙填充2材料为橡皮条，包括6个填充于动力缆芯与和中性缆芯之间的边隙填充；动力缆芯11由内之外依次包括动力缆芯铜导体11-1、第一半导电尼龙带11-2、第一半导电屏蔽层11-3、乙丙橡胶绝缘11-4和绝缘屏蔽11-5；绝缘屏蔽11-5采用可剥离半导电料；中性缆芯12由内之外依次包括铜箔丝绞合导体12-1、中性缆芯铜导体12-2、第二半导电屏蔽层12-3；铜箔丝绞合导体12-1包括12根铜箔丝，每根铜箔丝的丝径为0.2mm，绞合节距不小于20mm，每根铜箔丝采用2根铜箔螺旋绕包在KEVLAR纤维线上；纤维编织加强层4是采用聚酰胺纤维编织；动力缆芯铜导体111的截面积为35mm²，铜导线的根数为276，丝径为0.40mm，绞合节距不小于125mm；第一半导电尼龙带11-2的厚度为0.1mm，宽度为15mm，搭盖率为20％～30％；第一半导电屏蔽层11-3的厚度为0.8mm、乙丙橡胶绝缘11-4的厚度为3.4mm；绝缘屏蔽11-5的厚度为0.8mm；铜箔丝绞合导体12-1包括12根铜箔丝，每根铜箔丝的丝径为0.2mm，绞合节距不小于20mm；中性缆芯铜导体12-2的根数32，丝径为0.4mm，绞合节距不小于40mm；第二半导电屏蔽层12-3的厚度为1.0mm；纤维编织加强层4为聚酰胺纤维编织，聚酰胺纤维每束的外径为0.20mm，锭数为32，每锭共8束，节距不大于95mm；边隙填充2材料为橡皮条，橡皮条的外径为4.5mm；第二半导电尼龙带3的厚度为0.1mm，宽度为20mm，搭盖率为20％～30％；护套5厚度为2.5mm；护套5采用氯丁橡胶。

生产工艺，包含以下步骤：

步骤一：确定电缆结构如附图1所示；

步骤一：确定如权利要求5所述的电缆结构；

步骤二：制备动力缆芯11：动力缆芯铜导体11-1的截面积为35mm²，采用276根丝径为0.40mm的铜导线按照绞合节距不小于125mm进行绞合；在动力缆芯铜导体11-1外绕包第一半导电尼龙带11-2，第一半导电尼龙带11-2的搭盖率为20％～30％；采用三层共挤连续硫化工艺的方式在第一半导电尼龙带11-2外挤出第一半导电屏蔽层11-3、乙丙橡胶绝缘11-4和绝缘屏蔽11-5；根据第一半导电屏蔽层11-3、乙丙橡胶绝缘11-4和绝缘屏蔽11-5三种材料的门尼粘度及硫化曲线设计挤出温度和硫化工艺，采用60挤橡机生产第一半导电屏蔽层11-3，机身温度为100℃～110℃；采用150挤橡机生产乙丙橡胶绝缘11-4，机身温度为90℃～100℃；采用90挤橡机生产绝缘屏蔽11-5，机身温度为90℃～100℃；三层共挤时机头温度设定为100℃～110℃；挤出胶料表观均匀光滑，生产速度为7～8m/min，气压为6～7bar；采用X-RAY在线监测第一半导电屏蔽层11-3、乙丙橡胶绝缘11-4和绝缘屏蔽11-5的厚度，确保第一半导电屏蔽层11-3的厚度为0.8mm、乙丙橡胶绝缘11-4的厚度为3.4mm和绝缘屏蔽11-5的厚度为0.8mm；

步骤三：制备中性缆芯12：选用2根铜箔螺旋绕包在KEVLAR纤维线上制成丝径为0.2mm铜箔丝，采用12根丝径为0.2mm铜箔丝，按照绞合节距不小于20mm绞合得到铜箔丝绞合导体12-1；采用32根丝径为0.4mm的铜导体，按照绞合节距不小于40mm绞合得到中性缆芯铜导体12-2；在中性缆芯铜导体12-2外挤出厚度为1.0mm的第二半导电屏蔽层12-3；

步骤四：将3根中性缆芯12设置在3根动力缆芯11边隙且与动力缆芯11相切排列成缆，边隙填充橡皮条，成缆节距为420～480mm，得到缆芯1；

步骤五：在缆芯1外按照20％～30％的搭盖率绕包厚度为0.1mm，宽度为20mm的第二半导电尼龙带3；

步骤六：在第二半导电尼龙带3外编织纤维编织加强层4，聚酰胺纤维每束的外径为0.20mm，锭数为32，每锭共8束，节距不大于95mm；

步骤七：在纤维编织加强层4外挤包厚度为2.5mm的护套5。如图2和图3所示，挤包模具的模芯角度6为60°，模套的承线距离7为20mm的挤压式模具。增大模芯角度可以增加挤出压力，保证护套和纤维编织加强层粘合的更好，提高电缆的抗拉性能。承线距离是指电缆护套挤出后在模套中定形的这段距离，这个距离增加能够让定形的时间更长，压力更大。根据护套5材料的门尼粘度和硫化曲线设计挤出温度和硫化工艺；采用120挤橡机生产护套5，机身温度为90℃～100℃；三层共挤时机头温度设定为100℃～110℃；挤出胶料表观均匀光滑，生产速度为4～5m/min，气压为6～7bar。

以上所述的具体实施例，对本发明专利的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。