采煤機(jī)電纜中控制線(xiàn)芯使用壽命的改善

廉 果， 董振園， 牛方輝

(江蘇亨通電力電纜有限公司，江蘇蘇州215234)

0 引言

由于中國(guó)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)對(duì)能源的需求，加之政府在能源產(chǎn)業(yè)價(jià)格管制方面的政策導(dǎo)向，凸顯了煤炭在中國(guó)能源結(jié)構(gòu)中的重要性，也加速了煤炭采掘業(yè)的發(fā)展。事實(shí)上，除了煤炭采掘業(yè)本身，為之配套的煤礦裝備制造業(yè)的振興計(jì)劃也逐步展開(kāi)，其發(fā)展也得到了行業(yè)的重點(diǎn)支持。因此，加快煤礦裝備制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)調(diào)整迫在眉睫。

目前為采煤機(jī)配套的采煤機(jī)橡套軟電纜中控制線(xiàn)芯易斷芯、使用壽命短的問(wèn)題，是制約采煤機(jī)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。采煤機(jī)電纜中的控制線(xiàn)芯主要起到信號(hào)監(jiān)控的作用，在電纜運(yùn)行過(guò)程中因受到頻繁彎曲、拉伸等多種機(jī)械應(yīng)力作用，易導(dǎo)致控制線(xiàn)芯的斷裂，控制線(xiàn)芯一旦斷芯，將失去監(jiān)控保護(hù)作用，并造成設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響了用戶(hù)的使用，給用戶(hù)造成很大損失。

因此，采煤機(jī)電纜控制線(xiàn)芯易斷芯、使用壽命短的問(wèn)題一直是困擾煤炭行業(yè)和線(xiàn)纜企業(yè)的難題，雖然煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)控制線(xiàn)芯所用材料做了專(zhuān)門(mén)規(guī)定，但沒(méi)有從根本上得到解決。我公司針對(duì)這一問(wèn)題，對(duì)電纜控制線(xiàn)芯的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，解決了這一難題，延長(zhǎng)了采煤機(jī)電纜的使用壽命。

1 采煤機(jī)電纜使用狀況及分析

針對(duì)采煤機(jī)橡套軟電纜中的控制線(xiàn)芯易斷芯的問(wèn)題，經(jīng)實(shí)地觀察采煤機(jī)橡套軟電纜的使用環(huán)境和使用方法，發(fā)現(xiàn)使用過(guò)程中電纜局部彎曲半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電纜彎曲半徑，電纜長(zhǎng)期頻繁地受到彎曲、拉伸、機(jī)械外力沖擊的復(fù)合應(yīng)力作用，并且控制線(xiàn)芯導(dǎo)體截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采煤機(jī)電纜動(dòng)力線(xiàn)芯的導(dǎo)體截面，導(dǎo)致控制線(xiàn)芯易斷芯。

經(jīng)過(guò)多次的考察和取樣分析，在保持采煤機(jī)橡套軟電纜現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基本不變的情況下，需減少控制線(xiàn)芯所受的彎曲應(yīng)力，增加控制線(xiàn)芯的柔軟性、抗拉強(qiáng)度、相對(duì)滑移性和抗彎曲能力，可以在一定程度上延長(zhǎng)采煤機(jī)電纜的使用壽命。

增加控制線(xiàn)芯抗彎曲的能力可以采用增大截面和提高線(xiàn)芯的柔韌性，事實(shí)上受電纜外徑限制，增大截面積是不可能的，從配電角度考慮也是浪費(fèi)的，而加入抗彎曲線(xiàn)材增加線(xiàn)芯抗拉強(qiáng)度是可行的。

2 改進(jìn)措施

2.1 增加控制線(xiàn)芯的柔軟性

根據(jù)煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT 818—2009《煤礦用電纜》的要求，控制線(xiàn)芯一般為三芯或三芯以上，須成纜后作為第四線(xiàn)芯和其他三根動(dòng)力線(xiàn)芯再一起絞合成纜，因此控制線(xiàn)芯導(dǎo)體的柔軟性和成纜節(jié)徑比直接影響著電纜的柔軟性。在控制線(xiàn)芯導(dǎo)體截面不變的條件下，減小控制線(xiàn)芯用導(dǎo)體的單絲直徑，增加導(dǎo)體單絲根數(shù)，并采用復(fù)絞結(jié)構(gòu)，從而增加控制線(xiàn)芯導(dǎo)體的柔軟性和強(qiáng)度;其次成纜節(jié)徑比越小，則纜芯柔軟性越好;另外可在控制線(xiàn)芯成纜時(shí)中心放置一根截面較大的橡皮墊芯，同時(shí)采用較小的成纜節(jié)徑比，這樣采煤機(jī)電纜在使用過(guò)程中控制線(xiàn)芯易于彎曲伸縮，使施加于控制線(xiàn)芯上的力能因橡皮墊芯的彈性和控制線(xiàn)芯的柔軟性而得以緩沖，有效地解決了控制線(xiàn)芯彎曲斷芯的問(wèn)題。

2.2 增加控制線(xiàn)芯導(dǎo)體的強(qiáng)度

在導(dǎo)體截面不變的情況下，為提高采煤機(jī)電纜控制線(xiàn)芯導(dǎo)體的強(qiáng)度，在導(dǎo)體中可加入有較高強(qiáng)度的纖維絲或高碳細(xì)鋼絲，并采用復(fù)絞結(jié)構(gòu)，從而提高導(dǎo)體的抗拉和抗彎曲性能。對(duì)于加強(qiáng)件而言，關(guān)鍵性能就是其最小拉斷力。鋼絲的抗拉強(qiáng)度一般為1300 MPa以上，其1%伸長(zhǎng)時(shí)應(yīng)力也在1200 MPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅的抗拉強(qiáng)度(約200 MPa)，而伸長(zhǎng)率約3%，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅線(xiàn)芯的伸長(zhǎng)率(15%以上);纖維絲材料則具有伸長(zhǎng)率小(約4% ～5%)、抗拉強(qiáng)度大(約2500 MPa)、不延燃等優(yōu)點(diǎn)。因此，在電纜中放置加強(qiáng)件，當(dāng)電纜受到外力拉伸時(shí)，首先承力的是加強(qiáng)件，只要加強(qiáng)件不被拉斷，電纜中銅線(xiàn)芯等其它元件就不會(huì)受損而保持正常工作。

如銅絲與加強(qiáng)件一起束絞，在工藝實(shí)現(xiàn)上會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題，因?yàn)殇摻z的硬度比銅絲硬，柔韌性比銅絲差，在和銅絲的束絞過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)鋼絲緊而銅絲松的蛇形狀現(xiàn)象;而纖維絲作為加強(qiáng)件和銅絲一起束絞則反之，造成使用過(guò)程中銅絲比纖維絲先受力，失去加強(qiáng)效果。所以鋼絲或纖維絲作為加強(qiáng)件時(shí)需要多根絞合后使用，以增加加強(qiáng)件的柔韌性和抗彎曲性能，并放置于中心位置與銅絲一起絞合。電纜的結(jié)構(gòu)圖見(jiàn)圖1。

圖1 采煤機(jī)電纜加強(qiáng)型控制線(xiàn)芯結(jié)構(gòu)圖

2.3 增加控制線(xiàn)芯間的相對(duì)滑移性

采煤機(jī)橡套軟電纜在使用過(guò)程中，因?yàn)轭l繁彎曲和拉伸會(huì)使控制線(xiàn)芯來(lái)回移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)程中受到的阻力越大，越易導(dǎo)致其斷芯。為了保證在電纜彎曲、拉伸過(guò)程中，控制線(xiàn)芯具有相對(duì)的滑移性，以保證應(yīng)力的及時(shí)分散和均勻，我們先在單根控制線(xiàn)芯外均勻涂敷滑石粉，然后繞包一層耐高溫滑移帶，控制線(xiàn)芯成纜后，再繞包一層聚酯膜或加強(qiáng)無(wú)紡布，使控制線(xiàn)芯在受力時(shí)能夠得到一定的緩沖，從而延長(zhǎng)控制線(xiàn)芯的使用壽命。

3 結(jié)束語(yǔ)

控制線(xiàn)芯經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)和工藝改進(jìn)，減小導(dǎo)體的單絲直徑和成纜節(jié)徑比，增加線(xiàn)芯的柔軟性;在控制線(xiàn)芯中加入加強(qiáng)件，可使采煤機(jī)電纜受到彎曲和拉伸作用時(shí)，大部分力作用在加強(qiáng)件上，減少銅導(dǎo)體的受力，降低控制線(xiàn)芯被拉斷的可能性;而在單根控制線(xiàn)芯外涂敷滑石粉和繞包耐高溫滑移帶，可使控制線(xiàn)芯在受力時(shí)能夠得到一定的緩沖。綜合這一系列的改進(jìn)措施，可大大提高線(xiàn)芯的柔軟性、強(qiáng)度和相對(duì)滑移性，使采煤機(jī)電纜控制線(xiàn)芯的使用壽命得到根本改善。