內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜銅屏蔽單元組生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)

翟明生，李 江

(天水鐵路電纜有限責(zé)任公司，甘肅 天水741000)

0 引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，我國(guó)的鐵路建設(shè)規(guī)模和速度正在日益擴(kuò)大和提升，與此同時(shí)，日臻完善的中國(guó)高鐵技術(shù)裝備在海外市場(chǎng)的拓展步伐也明顯加快，這對(duì)鐵路建設(shè)所涉及的各個(gè)領(lǐng)域都是一個(gè)嚴(yán)峻的考驗(yàn)，考驗(yàn)的不僅是各項(xiàng)工程的推進(jìn)速度，更重要的是在整個(gè)鐵路建設(shè)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)及部位的工程質(zhì)量安全。而對(duì)于鐵路建設(shè)必不可少且承載信號(hào)傳遞及能量傳輸?shù)碾娋€電纜來(lái)說(shuō)，可以說(shuō)是鐵路運(yùn)營(yíng)控制系統(tǒng)的神經(jīng)中樞，其可靠性、安全性應(yīng)該作為電線電纜生產(chǎn)廠家生產(chǎn)流程控制的重中之重。

目前，內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜由于其傳輸信號(hào)的穩(wěn)定性和優(yōu)良的抗干擾性能，在數(shù)字信號(hào)傳輸上具有明顯優(yōu)勢(shì)，因此在整個(gè)鐵路建設(shè)的電纜用量中占有很高比例，由于其結(jié)構(gòu)的特殊性，與普通型鐵路信號(hào)電纜相比，內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜在生產(chǎn)過(guò)程中各個(gè)環(huán)節(jié)的工藝控制上難度相對(duì)較大，而對(duì)于屏蔽組單元來(lái)說(shuō)，其質(zhì)量的均勻性及穩(wěn)定性直接決定著整根電纜的總體性能。如何在生產(chǎn)制造過(guò)程中更好地控制其屏蔽單元組的產(chǎn)品質(zhì)量，是電纜制造工藝控制的核心內(nèi)容。對(duì)此，本文將針對(duì)產(chǎn)品特點(diǎn)，分別從設(shè)備、產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵控制點(diǎn)以及產(chǎn)品的均勻性控制等方面進(jìn)行重點(diǎn)闡述。

1 銅屏蔽單元組結(jié)構(gòu)

內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜纜芯是由若干屏蔽單元組組成，每個(gè)屏蔽單元組由四根皮—泡—皮物理發(fā)泡絕緣單線星形絞制而成。在四線組外縱包聚丙烯(PP)帶、軋紋銅帶、縱放泄流導(dǎo)體和繞包有色PP帶，通過(guò)銅屏蔽生產(chǎn)線一次加工后組合而成一個(gè)屏蔽組單元，結(jié)構(gòu)如圖1所示。由于工藝相對(duì)復(fù)雜，因而在整個(gè)銅屏蔽工序的生產(chǎn)制造過(guò)程中，對(duì)每一種材料的完整包覆和每一個(gè)操作環(huán)節(jié)的有效控制是本工序質(zhì)量控制的難點(diǎn)所在。

2 生產(chǎn)設(shè)備

圖1 屏蔽組示意圖

內(nèi)屏蔽縱包生產(chǎn)線是我公司自行研發(fā)、制造的銅帶縱包生產(chǎn)線，整條生產(chǎn)線主要包括:放線裝置、銅帶軋紋機(jī)、縱包臺(tái)、繞包頭、控制柜、牽引和收線裝置，如圖2所示。此設(shè)備放線為雙盤(pán)放線，一盤(pán)放泄流導(dǎo)體，另一盤(pán)放半成品四線組，附帶有張力控制系統(tǒng);軋紋機(jī)前端有銅帶放帶軸，軋紋機(jī)的作用是將銅帶進(jìn)行橫向軋紋，使之在卷繞彎曲的時(shí)候有較好的彎曲性能，不至于產(chǎn)生較大褶皺及翹邊，此部位帶有速度自動(dòng)反饋裝置，它根據(jù)生產(chǎn)線主速度隨時(shí)對(duì)軋紋機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)整;縱包臺(tái)上安裝的組合喇叭模具將網(wǎng)紋帶與軋紋銅帶依次縱向包裹在四線組外，附上泄流導(dǎo)體后再經(jīng)繞包頭的PP帶包裹，圓整的銅屏蔽組經(jīng)過(guò)牽引輪后收到力矩電機(jī)控制的收線盤(pán)上。

圖2 內(nèi)屏蔽縱包生產(chǎn)線示意圖

3 生產(chǎn)控制難點(diǎn)

在日常生產(chǎn)過(guò)程中，容易出現(xiàn)的問(wèn)題是:泄流導(dǎo)體即泄流線斷線不易發(fā)現(xiàn)，造成單元組部分長(zhǎng)度上出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺失;其次，由于網(wǎng)紋帶在起車及接續(xù)過(guò)程中容易出現(xiàn)斷裂或打折，從而影響網(wǎng)紋帶的連續(xù)性及完整性;還有，縱包銅帶的軋紋及合縫的均勻性也會(huì)影響整個(gè)產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性和可靠性。

4 工藝控制要點(diǎn)

4.1 泄流線的可靠性控制

泄流線作為傳導(dǎo)干擾電磁場(chǎng)感應(yīng)電流的附件之一，其完整連續(xù)性在屏蔽組單元內(nèi)顯得十分重要，而在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于上道工序排線質(zhì)量及放線角度的波動(dòng)容易出現(xiàn)拉斷情況，在此時(shí)如果沒(méi)有及時(shí)停車處理的話，將有部分產(chǎn)品出現(xiàn)結(jié)構(gòu)缺失造成產(chǎn)品不合格，為了使操作人員能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)斷線情況，我們自行設(shè)計(jì)制作了泄流線報(bào)警裝置，工作原理如圖3所示。

圖3 報(bào)警裝置工作原理示意圖

此報(bào)警裝置是從控制柜引出一個(gè)直流24 V電源，由報(bào)警燈及報(bào)警信號(hào)采集點(diǎn)形成一個(gè)閉合回路。正常工作時(shí)為常開(kāi)狀態(tài)，當(dāng)泄流線斷裂時(shí)，搭在泄流線上方的自由擺桿將由于自重開(kāi)始下落，使擺桿后端的觸點(diǎn)A與機(jī)殼內(nèi)部的觸點(diǎn)B閉合，從而觸發(fā)警燈開(kāi)始工作，同時(shí)與生產(chǎn)線主機(jī)進(jìn)行連鎖控制，使得一旦報(bào)警就自動(dòng)停車，極大地方便了作業(yè)人員操作，很大程度上提高了產(chǎn)品質(zhì)量管控的可靠性及工序合格率，報(bào)警裝置實(shí)物圖見(jiàn)圖4。

4.2 網(wǎng)紋帶的連續(xù)性與完整性控制

網(wǎng)紋帶是屏蔽組單元內(nèi)部最接近絕緣線芯的一層保護(hù)層，它將較弱的絕緣線芯與金屬屏蔽層隔離開(kāi)來(lái)，在防止金屬層刺傷絕緣的同時(shí)也增加了線芯抵抗外力的緩沖能力，以便更好地保護(hù)屏蔽組單元絕緣單線。

網(wǎng)紋帶在生產(chǎn)過(guò)程中由于接續(xù)質(zhì)量及模具問(wèn)題容易出現(xiàn)斷裂或打折情況，很容易造成成品高壓測(cè)試不過(guò)關(guān)或者給產(chǎn)品留下安全隱患。針對(duì)此問(wèn)題，我們?cè)诳v包模具的設(shè)計(jì)上結(jié)合銅帶合縫問(wèn)題做了調(diào)整，增加了其成型可靠性，同時(shí)對(duì)操作人員經(jīng)過(guò)多次培訓(xùn)并要求高級(jí)工以上資格人員進(jìn)行作業(yè)，其次在作業(yè)指導(dǎo)書(shū)中對(duì)換帶時(shí)降低車速以及粘接方法都做了詳細(xì)規(guī)定。通過(guò)對(duì)以上措施的實(shí)施，將人為因素和設(shè)備保障有效地結(jié)合起來(lái)，最大程度上保證了網(wǎng)紋帶的連續(xù)性以及穩(wěn)定可靠地縱包成型。

圖4 報(bào)警裝置實(shí)物圖

4.3 銅帶軋紋及合縫控制

銅帶軋紋的均勻一致性對(duì)銅帶縱包成型起著關(guān)鍵作用。銅帶有時(shí)會(huì)在生產(chǎn)過(guò)程中的退火環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，導(dǎo)致銅帶因散熱不均勻在放帶過(guò)程中出現(xiàn)粘連情況，銅帶局部單位長(zhǎng)度上的伸長(zhǎng)率不穩(wěn)定也會(huì)造成放帶張力出現(xiàn)波動(dòng)或者使銅帶走向發(fā)生變化;而對(duì)軋紋機(jī)來(lái)說(shuō)，由于長(zhǎng)時(shí)間使用對(duì)銅帶有一個(gè)最佳咬合點(diǎn)，當(dāng)銅帶走向發(fā)生變化的時(shí)候，銅帶進(jìn)入軋紋機(jī)時(shí)的位置將會(huì)偏離其最佳咬合點(diǎn)，經(jīng)軋紋后會(huì)出現(xiàn)翹邊或者軋紋深度不均勻的情況，隨即導(dǎo)致在經(jīng)過(guò)縱包模具時(shí)出現(xiàn)銅帶合縫翹邊或帶邊打折情況，同樣造成產(chǎn)品不合格或安全隱患。

針對(duì)此問(wèn)題，我們首先要做到的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)就是嚴(yán)格規(guī)范銅帶的進(jìn)貨檢驗(yàn)，確保銅帶質(zhì)量符合規(guī)定技術(shù)要求;其次要將軋紋機(jī)的軋紋深度調(diào)整至一個(gè)最佳范圍，當(dāng)咬合口出現(xiàn)較大磨損時(shí)必須及時(shí)更換軋紋輥，以免產(chǎn)生不必要的損失;最后還要結(jié)合網(wǎng)紋帶成型規(guī)律對(duì)銅帶縱包模具進(jìn)行每班檢查，防止因出現(xiàn)磨損而導(dǎo)致類似銅帶翹邊情況發(fā)生。

5 改進(jìn)控制要點(diǎn)后電氣性能的提升

為了控制成品各項(xiàng)電氣性能指標(biāo)，應(yīng)當(dāng)在銅屏蔽環(huán)節(jié)就進(jìn)行檢測(cè)，以便當(dāng)某項(xiàng)參數(shù)偏離時(shí)能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行調(diào)整，為此本工序產(chǎn)品下車后需對(duì)某些電氣性能參數(shù)進(jìn)行測(cè)試，如對(duì)地電容不平衡系數(shù)ea1、ea2(0.8～1.0 kHz)，電容耦合系數(shù)K1(0.8～1.0 kHz)等，檢測(cè)儀器為QS35電容耦合測(cè)試儀，參數(shù)定義及測(cè)試結(jié)果換算公式為:

(1)電容不平衡

式中:ea1為四線組單元第一實(shí)路對(duì)地電容不平衡值;ea2為四線組單元第二實(shí)路對(duì)地電容不平衡值;C10、C20、C30、C40分別為四線組單元線芯1、2、3、4對(duì)地間的部分電容。

測(cè)量結(jié)果換算公式為:

式中:ea(1－2)為每公里制造長(zhǎng)度上電纜線對(duì)對(duì)外來(lái)地的電容不平衡值(pF/km);ea(1－2)X為被測(cè)電纜實(shí)測(cè)長(zhǎng)度上電纜線對(duì)對(duì)外來(lái)地的電容不平衡測(cè)量值(pF);L0為產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定指標(biāo)時(shí)確定的標(biāo)準(zhǔn)制造長(zhǎng)度(m);LX為被測(cè)電纜長(zhǎng)度(m)。

(2)電容耦合系數(shù)

式中:C13、C24、C14、C23為星絞四線組內(nèi)第一實(shí)回路(1和2導(dǎo)線)對(duì)第二實(shí)回路(3和4導(dǎo)線)的線間電容。

測(cè)量結(jié)果換算公式為:

式中:K1為每公里制造長(zhǎng)度上電纜線對(duì)間的電容耦合系數(shù)值(pF/km);K1X為被測(cè)電纜實(shí)測(cè)長(zhǎng)度上電纜線對(duì)間的電容耦合系數(shù)測(cè)量值(pF)。

根據(jù)對(duì)外來(lái)地電容不平衡的測(cè)試原理分析，縱包銅帶包覆軋紋的均勻性和外徑的均勻性將會(huì)影響銅屏蔽組的ea值。通過(guò)以上控制措施的實(shí)施，從大量的測(cè)試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，電氣性能參數(shù)有了很大的改善，ea值較改進(jìn)前平均每公里降低了86 pF，同時(shí)K1值也由原來(lái)比較離散、波動(dòng)較大變得相對(duì)集中、穩(wěn)定。

6 控制過(guò)程注意事項(xiàng)

為防止產(chǎn)品在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中出現(xiàn)意外損傷，操作人員的自檢和互檢過(guò)程顯得非常重要。銅帶屏蔽工序的生產(chǎn)過(guò)程中線芯容易受傷的是放線、收線裝盤(pán)和下線推線環(huán)節(jié)，這些環(huán)節(jié)需要規(guī)范作業(yè)，防止各種損傷情況發(fā)生，認(rèn)真履行自檢互檢職責(zé)，當(dāng)發(fā)生損傷時(shí)及時(shí)采取措施，避免引起后續(xù)更大質(zhì)量損失。

需要特別注意的是放線張力不宜過(guò)大或過(guò)小，防止拉傷或由于松動(dòng)跳出導(dǎo)輪刮傷;收線盤(pán)要選取合適大小的以及內(nèi)表面光滑平整的工具盤(pán)，上盤(pán)前要仔細(xì)檢查，避免工具盤(pán)有碰傷或裂縫導(dǎo)致擠傷合格的半成品，再者防止工具盤(pán)裝線太滿。一般情況下盤(pán)邊要留出50 mm的間隙，防止在運(yùn)整過(guò)程中碰傷表面。

7 結(jié)束語(yǔ)

雖然內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的銅帶屏蔽生產(chǎn)工序只是整個(gè)產(chǎn)品生產(chǎn)流程的一個(gè)局部環(huán)節(jié)，但它的工藝控制對(duì)產(chǎn)品的整體質(zhì)量起著舉足輕重的作用。除了以上談到的幾點(diǎn)控制手段以外，電纜的每個(gè)單元組在生產(chǎn)過(guò)程中各部位的張力、尺寸控制的均勻性、一致性也直接影響著成品電纜電氣參數(shù)的穩(wěn)定性。我公司通過(guò)對(duì)包括銅屏蔽組生產(chǎn)單元以及其它各道工序產(chǎn)品生產(chǎn)工藝的不斷改進(jìn)和完善，使產(chǎn)品質(zhì)量控制手段和質(zhì)量保證能力得到了極大的改進(jìn)和提升，內(nèi)屏蔽鐵路數(shù)字信號(hào)電纜的產(chǎn)品制造工藝日趨成熟，從而使其質(zhì)量得到了切實(shí)的保障。

［1］劉耀南，邱昌容主編.電氣絕緣測(cè)試技術(shù)(第2版)［M］.北京:機(jī)械工業(yè)出版社，1994.

［2］GB 5441.3—1985通信電纜試驗(yàn)方法 電容耦合及對(duì)地電容不平衡試驗(yàn)［S］.