电线电缆绞线工艺.doc

河南机电高等专科学校毕业设计/论文 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绪 论电线电缆用以传输电（磁）能，信息和实现电磁能转换的线材产品 广义的电线电缆亦简称为电缆狭义的电缆是指绝缘电缆它可定义为：由下列部分组成的集合体：一根或多根绝缘线芯，以及它们各自可能具有的包覆层，总保护层及外护层电缆亦可有附加的没有绝缘的导体。电线电缆行业虽然只是一个配套行业，却占据着中国电工行业1/4的产值。它产品种类众多，应用范围十分广泛，涉及到电力、建筑、通信、制造等行业，与国民经济的各个部门都密切相关。电线电缆还被称为国民经济的“动脉”与“神经”，是输送电能、传递信息和制造各种电机、仪器、仪表，实现电磁能量转换所不可缺少的基础性器材，是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。中国经济持续快速的增长，为线缆产品提供了巨大的市场空间，中国市场强烈的诱惑力，使得世界都把目光聚焦于中国市场，在改革开放短短的几十年，中国线缆制造业所形成的庞大生产能力让世界刮目相看。随着中国电力工业、数据通信业、城市轨道交通业、汽车业以及造船等行业规模的不断扩大，对电线电缆的需求也将迅速增长，未来电线电缆业还有巨大的发展潜力。在电线电缆生产中，绞线是裸电线和绝缘电线电缆生产的一个重要环节，是电线电缆生产技术中广为应用的一项基本工艺。因此，绞合导体的质量对电缆产品的影响极为关键，绞线和绞合线芯的质量，主要与生产工艺，设备的选择是否恰当，绞线工艺参数是否合理相关。本文着重介绍了绞线的工艺参数，绞线导体的材料要求，绞合导体常见的质量问题分析和解决方法等方面。 第1章 绞线的意义及分类1.1 绞线的原理当铜线穿过绞线机上的绞弓，由绞弓透过圆周运动方式，使得各单根的铜线螺旋缠绕在一起；绞合铜线为单根铜丝最大用量之处，不同规格不同根数的铜丝按一定的排列顺序和绞距绞合在一起后就变成直径较大的导体，这种绞合后的导体要比相同直径的单根铜丝柔软得多，做出的电线其弯曲性能也较好。单线沿着绞线的方向上每相隔固定距离出现一次，此相隔的固定距离即为绞线的节距（简称绞距）。绞距的另外一个定义是：指被绞合线体沿绞合轴向每旋转360度后其前行的垂直距离，单位为mm，英文为pitch。 1.2 线芯绞制 1.2.1导体的绞合 所谓绞合，就是将若干根相同直径或不同直径的单线，按一定的方向和一定的规则绞合在一起，成为一个整体的绞合线芯。绞合的导线直接作为电线使用时，称为裸绞线，如钢芯铝绞线、铝包钢芯铝绞线等；绞合的导线如用作绝缘电线电缆的导体时，称为绞合线芯，属于绝缘电线电缆的主要组成部分。 1.2.2绝缘线芯的成缆 成缆是由若干根绝缘线芯或单元组按一定的规则进行绞合为成缆线芯的过程。 成缆也是绞合，成缆工艺中除了绞合以外，还包括了成缆填充、包带等工艺。 绞合的导线直接作为电线使用时，称为裸绞线，如铜绞线、铝绞线和钢芯铝绞线等，用于架空输电线路及电气设备的连接线；绞合的导线如用作绝缘电线电缆的导体时，称为导电线芯，是电线电缆的主要组成部分。绞合工艺是裸电线和绝缘电线电缆生产中的一个重要环节，是电线电缆生产技术中应用最为广泛的一个基本工艺。1.3 绞线的分类及用途1.3.1普通绞线：铝绞线（LJ）：优点：导体重量轻，导电性好。用途：应用于受力较小的架空电力线路的配电线。硬铜绞线（TJ）：优点：电气性能优越；用途：架空输电线路。铝合金绞线（LHAJ）：优点：抗拉强度高，导电率较铝绞线低10%。用途：冰川、山区、丘陵等地。铝包钢绞线：优点：抗拉强度高。用途：大跨越线路。组合绞线：钢芯铝绞线（LGJ）：优点：抗拉强度高。用途：架空输电线路，配电线路，重冰区及大跨越输电线路。防腐钢芯铝绞线：优点：防止钢芯腐蚀，提高导线使用寿命。用途：咸水湖、沿海、工矿区及腐蚀气氛严重地区。铝包钢芯铝绞线：优点：防止钢芯腐蚀，提高导线使用寿命。降低线损。单位重量减轻，增大了导线跨距。1.3.2特种绞线：扩径钢芯铝绞线:优点：增加导线外径，节约有色金属，减少电晕损失。用途：高电压输电及高海拔输电。扩径空心导线：优点：具有较大的导线外径，减少电晕损失，节约有色金属。用途：高压变电站。消振及间隙型绞线：优点：各绞层分离，能自身减少振动。用途：多风暴地区。防冰雪绞线：优点：抗冰雪能力强。用途：重冰区地带。铜电刷线：优点：结构稳定，柔软性良好，采用束绞和复绞而成。用途：电机中的引接线。裸铜软绞线：特点：采用股线正规绞合、束绞、无复绞或束绞后按正规绞合复绞等形式。用途：连接电机、电器设备部件。铜编织线：优点：导线柔软。用途：移动电器装备的连接线，也用于汽车，拖拉机蓄电池的连接。镀铝钢芯铝绞线：特点：镀锌钢丝改为镀铝钢丝。增加抗腐蚀性。用途：用于防腐线路。耐候绝缘架空线：特点：在LJ和LGJ绞线表面加绝缘层。用途：线路通过林区和城市使用。导电线芯：特点：大多用油浸纸绝缘和塑料绝缘的电力电缆。硬线芯：用于船用电缆、电力电缆等。软线芯：用于矿用电缆、橡套电缆等。特软电缆：用经常移动的电线电缆线芯及有特殊要求的导电电线电缆。1.4 绞合导线的特点1.4.1柔软性好未经绞合的平行线束在弯曲时，线束外侧单线受拉伸时，线束外侧单线受拉伸，内侧单线受压缩，二者对弯曲产生阻力，在弯曲、拉直的过程中，个单线都受到一次弯曲变形。而绞线在弯曲时，由于每根单线是成螺旋状缠绕在绞线的周线周围，当绞线弯曲时，每根单线同时受到拉伸和压缩，受压缩部位向拉伸部位移动，只需克服单线移动时的摩擦，这个摩擦力比平行线束中单线弯曲产生的阻力小得多。相同规格的绞线，节距越小，绞线弯曲时单线移动距离越短，摩擦力越小，绞线越柔软；相同截面积的绞线，单线根数越多，绞线越柔软。GB/T3956规定相同截面的第一、第二、第五、第六种的单线根数依次增加，其柔软性也依次递增。1.4.2可靠性高单线做电线电缆的导体时，受制造过程产生的缺陷和材料不均匀性影响而降单根导线的可靠性。用多根单线绞合的线芯，缺陷得以分散，导线的可靠性明显提高。这样的情况对于单线接头尤为明显。1.4.3强度大相同截面的单线与单根绞线相比，强度提高。相同材料，线径越细，其抗拉强度越高，因此，由多根细绞线绞合而成的绞线综合拉断力要大于相同截面的单根导线的拉断力。1.4.4稳定性好绞线在弯曲时，每一根单线的位置轮流处在绞线上部伸长区和下部的压缩区，单线不会产生伸长和压缩，也不会发生单线位置的变动。平行线束弯曲时，上面的单线受拉伸而嵌入线束中，下面的的单线由于受压缩而向线束中心压缩，从而使线束形状发生了变化。第2章 绞线工艺2.1 绞线工艺参数2.1.1绞合节距定义：单线沿绞线轴向方向旋转一周所前进的距离。节距比：节距与直径的比值。图21绞线工艺参数计算图由示意图可得出，绞线节距计算公式如下：h=Lsina=pDtga （1-1）L2=(pD)2+h2 （1-2） h绞线节距长度；L一个节距内的单线展开长度；D节圆外径，D=D-d；D绞线外径；d单线外径；a螺旋升角；d1=d/sina绞线节距的测量：纸带法用长度大于节距的纸绷紧在绞线上，用铅笔沿绞线轴平滑过去，可得到一组印痕。印痕的数目应多于测量根数，在其中之一的中点做一标记从与它相邻的一个开始编号，当编号数目等于测量数目时，在最后编号的印痕中点也做一标记，在最后编号的印痕中点也做一标记，测量两个标记中间的距离，这就是该层的绞合节距。 图22绞合节距的测量绞线节距比： m=h/D （1-3） m=h/D=h/(D-d) （1-4）m实际节距比m理论节距比 说明：节距比是绞线的一个重要参数，它的大小同绞线的质量和绞线过程有很重要的关系。 节距比小，绞线就比较柔软，绞合紧密，生产效率低。同时由于绞入率增加，材料消耗增大，绞线单位重量也增大。同时也降低了导线的导电率。 当节距比倍数过大时，制造和使用时容易松股，使绞合不紧密，但是避免了节距过小造成的缺点。绞入系数：是指绞线在一个绞合节距内，单线实际长度与绞线节距长度之比。K=L/h=1+）2 (1-5)K绞入系数；L绞线中每一节距长度的单线展开校直后的长度；h绞线节距长度； m理论节距比。绞入率是指在一个节距内，单线实际长度和绞线节距长度的差值与绞线节距长度之比。l=（L-h）/h100% (1-6)l=绞入率L单线展开长度h绞线长度 绞线中单线长度计算l=KmL (1-7) l单线长度Km平均绞入系数L绞线长度绞线重量的计算G=SLKm (1-8)G绞线重量（kg）S绞线截面积（mm2）L绞线长度（km）Km 平均绞入系数； 所用金属材料密度（铝2.703g/cm3、钢7.80 g/cm3、铜8.89 g/cm3）。电阻的计算 R20=r20KmL/S (1-9) R20温度为20C时，绞线的直流电阻r2020C时单线的电阻系数（Wmm2/m）Km平均绞入系数 L绞线长度（km）S导体的总截面积（mm2）2.1.2绞合方向 同心绞合的相邻层的绞合方向相反多层线都绞合成圆形，当绞线受力时各层产生的转动力矩相互抵消，防止各层单线向一个方向转动而松股，同时也能使绞线产生转动力矩的分力，避免绞线在未拉紧时打卷。对于钢芯铝绞线而言，各层铝线绞合在钢芯上就像一个螺旋线绕在轭铁外，当电流通过铝线时产生磁力线，绞线各层绞向相反，磁力线的方向相反，各层磁力线互相抵消，减少交流阻抗。方向：方向分为左向（S向）和右向（Z向）。 绞合规律：铝绞线和钢芯铝线最外层绞向为右向，电气装备用电线电缆和电力电缆用的铜铝导电线芯最外层绞向为左向。绞线外径的计算：D=D0+2nd (1-10) D0绞线中心层直径 d圆单线直径 n绞层数束线外径的计算：D束=DK D单线直径及根数与束线相同时的同心层绞线外径 K调整系数绞线的填充系数定义：绞线截面与同样外径的单线的截面之比。即空间的利用率。公式：= d2Zkm/D2100% (1-11 ) d绞线中单线直 D绞线外径 Z单线根数 km各层绞线平均绞入系数2.2 线芯的绞合的形式2.2.1 线芯的绞合形式 普通绞线 正规同心式单线绞合 正规绞合 组合绞线 绞线 正规同心式股线绞合（同心复绞） 束绞 非正规绞合 特殊绞合：扇形、瓦型、圆形紧压线芯和型线绞合等正规同心式单线绞合 正规同心式单线绞合就是把单线按正规绞合方式绞合的绞线，正规同心式单线绞合又可分为普通绞线（铜、铝绞线如图23）和组合绞线（钢芯铝绞线如图24）两种。 图24 组合绞线图23 普通绞线 正规同心式股线绞合（复绞线） 由多股普通绞线或束线按正规 绞合的方式绞合而成的绞线，复绞线的绞合方向一般与股线的绞合方向相反。如图25所图25 复绞线 示。 不正规的单线绞合(束丝) 束丝是由多根单线以同一绞向不按绞合规律一起绞合而成的绞线，各线 之间的位置互相不固定，束丝的外形也很难保持圆形。 扇紧压线芯及圆形紧压线芯。2.3 绞合线芯的紧压2.3.1圆形线芯的绞合和紧压1.圆形线芯绞合的要求采用同心式正规绞合除各层绞向相反外，在中心层单线根数固定情况下，每层单线的根数也是固定的，即永远多六根。唯一例外情况是当中心层为1根时，其第一层绞线的单线数是6根，比中心层1根单线只多出5根。圆形线芯的紧压。通过拉拔模拉拔：35mm2及以下的紧压线芯采用一次紧压；50 mm2 及以上的紧圧线芯采用分层紧压。紧压圆形导体的优点：为了提高绞合导体的表面质量，缩小导体直径，减少绞线中单线之间空隙，导体电场均匀性得到提高，增加了高压和超高压电缆的使用可靠性。2.扇形线芯的绞合和紧压：扇形绞合的要求：中心层中心线上的单线应同样排列在扇形线的中心上。滑移要求，即扇形外周的单线应能在中心层上滑移，中心层中侧两边两根单线也能滑动，这样在包绝缘后的扇形线芯，在绞成电缆芯时没有退扭，外周各单线力求环绕扇形线中心有所滑动。一般扇形节距比常采用：外层节距比1012；邻外层节距比1316；内层节距比2025。扇形线芯的紧压：紧压线芯的绞合与压型是连续进行，各单线通过并线模，绞合后即进入压辊成型。扇形线芯的优点：导体采用扇形结构，可以减小电缆的外径。与同规格的圆形电缆相比，扇形芯电缆成缆后的直径要小20%25%，可以节省成缆的填充和包带材料，以及电缆的铠装和护层材料，使扇形芯电缆的成本比圆形芯电缆降低15%20%。2.4 成缆工艺2.4.1 退扭绞合和不退扭绞合 绞线的绞合和电缆的绞合有两种方法，一种为退扭绞合，另一种为不退扭绞合。退扭绞合是装有放线盘的线盘架借助其上的特殊装置（退扭装置）在机器旋转时，使放线盘始终保持水平位置，在绞线或成缆时，单线或绝缘线芯只受挠曲作用，而不发生扭转作用。不退扭绞合是装有放线盘的线盘架固定于绞笼上，当绞笼每旋一转，放线盘跟着转一转，单线或绝缘线芯也扭转。（退扭绞合和不退扭绞合示意图如图26）。退扭绞合常用于不紧压的绞合线芯，绞线中的单线没有扭转内应 力（这种内应力能使绞线有回弹松散的趋向，尤其是由硬单线绞成的架空线），绞线结构稳定。还有圆形的绝缘线芯采用退扭绞合成缆后，线芯没有回弹应力，可以保证成缆图26退扭绞合和不退扭绞合圆整度和成缆直径的准确性。 不退扭绞合则多用于紧压圆形线芯和扇形线芯，由单线本身扭转产生的 应力属于弹性变形，在通过压型轮紧压后，变成了塑性形变，从而消除了原来的扭转应力。对于扇形绝缘线芯的成缆也必要采用不退扭的绞合才能保证成缆后缆芯为圆形。 2.4.2 圆形绝缘线芯的成缆 1. 成缆的意义 成缆过程就是将若干根绝缘线芯按一定规则一定绞向绞合在一 起，组成多芯电缆的过程。成缆工艺除了绞合以外，还包括绝缘线芯间空隙的填充和在成缆后缆芯上包带等过程。成缆时，绝缘线芯的绞合形式采用同心式正规绞合，如果绝缘线芯直径完全相同的成缆，称为对称成缆。如果绝缘线芯直径不相同的成缆称为不对称成缆。为避免成缆过程中绝缘线芯受扭转应力的影响，圆形绝缘线芯的成缆均采用有退扭装置的成缆机或弓形成缆机进行退扭绞合。 2. 成缆方向和节径比 成缆方向一般均为右向（多层绞合成缆的控制电缆，最外层为右向，相邻层间绞向相反）。成缆节径比按各种类型电缆的不同而不同，交联聚乙烯绝缘电缆的圆形线芯因绝缘较硬，成缆节径比较大，一般为 3040；聚氯乙 烯绝缘电缆圆形线芯成缆节径比为 2040；塑料绝缘控制电缆线芯节径比国家标准有规定，不得大于 1620。 3. 成缆包带 为了使成缆后的缆芯不再变形，绝缘线芯在成缆机上，成缆和填充的同时，还需要绕包带层。对于塑料绝缘电缆，其包带层只是起扎紧作用，常采用 12 层的无纺布（也可用其他材料）带用搭盖绕包方式绕包（具体用一层还是两层，以成缆包紧为原则），搭盖大小为带宽的 10%15%，绕包角在25 40 范围内。 2.4.3 扇形绝缘线芯的成缆 1. 扇形线芯的成缆扇形线芯的成缆采用不退扭式。在成缆过程中，扇形绝缘线芯一方面在绞合前进，同时还绕线芯自身旋转，这围绕自身的旋转必须与成缆同步，才能确保扇形线芯的尖角顶点始终对准成缆圆心，保证成缆缆芯的圆整性. 采用不退扭成缆的扇形绝缘线芯必须进行预扭，在成缆机上进行预扭是将扇形绝缘线芯按成缆相反方向进行扭转，使扇形绝缘线芯先有一个反方向的弹性变形，扭转的角度根据成缆节距的大小而定，也由成缆机绞笼上的放线盘到成缆模之间的距离而定，节距小，距离又长要多预扭一些，小截面线芯比大截面线芯要多预扭一些，一般对于在绞笼上扇形绝缘线芯预扭在半圈到三圈的范围内，对预扭不足或预扭过头的绝缘线芯还可通过调整成缆压模架与分线板之间距离来作少量的调节，预扭不足的把模架与分线板之间距离调小一些，预扭过头的把距离调大一些。 2. 扇形线芯成缆的模具及节距 （1）成缆模具：一般采用胶木材料或聚四氟乙烯材料，为了不损伤绝缘，一般不宜采用钢模，常用23道模具，第1道模芯起缆芯的绞合作用，其孔径比成缆外径大13mm，要保证扇形不能翻身；第2道和第3道模具起紧压和定型作用，其孔径比成缆外径小00.5mm左右。 （2）扇形绝缘线芯成缆节距比圆形绝缘线芯大，一般为3080倍。 第3章 绞合导体的材料与半成品3.1 绞合导体的材料和性能 3.2.1.铜铜（铜+银）含量不小于 99.90，熔点为 1083，20时铜的密度等于 8.8910kg/m ，铜的导电性能好，仅次于银居第2 位。20时铜的体积电阻率（）不大于：0.017241.mm2/m（软），0.01777 2/m（硬）。退火后20时铜的体积电阻率（20）根据生产工艺的要求决定。3.2.2.铝铝含量不小于 99.5；熔点为 658.7；20时铝的密度等于2.703103kg/m3 ，20时铝的体积电阻率（20 ）不大于：0.028020.mm2/m（软），0.028264.mm2/m（硬）。退火后 20时铝的体积电阻率（20）根据生产工艺的要求决定。3.2.3.镀锌钢丝 锌锭含锌量不小于 99.85%，20时镀锌钢丝的密度等于 7.78103kg/m3 ，镀层工艺：可热浸涂或电镀工艺涂敷。 镀锌层应牢固地附着在钢丝上，不得开裂或起层到用裸手指能擦掉的程度。用肉眼检查镀锌层上应没有空隙，镀锌层应相当光滑、厚度均匀，并与良好的工业品相符。3.2 成缆用半成品及材料 3.2.1. 塑料绝缘单线 成缆用塑料绝缘单线主要有铜（铝）芯圆形（扇形