光電混裝電纜低溫環(huán)境下曲撓性能測試方法研究

付曉慶，周麗華，張明，陳皓，安靜，李駿杰，孫強(qiáng)（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西西安，710065）

光電混裝電纜低溫環(huán)境下曲撓性能測試方法研究

付曉慶，周麗華，張明，陳皓，安靜，李駿杰，孫強(qiáng)
（西安應(yīng)用光學(xué)研究所，陜西西安，710065）

光電混裝電纜低溫環(huán)境下在桅桿的滑輪組上做動態(tài)運(yùn)動，易發(fā)生凍硬、開裂等現(xiàn)象使其曲撓性能下降。因此，自行設(shè)計了一套低溫彎曲試驗裝置，通過此裝置模擬低溫環(huán)境下光電混裝電纜在桅桿上受外力作用的試驗環(huán)境，來驗證光電混裝電纜的曲撓性能是否滿足實際要求。設(shè)計的低溫彎曲試驗裝置模擬光電混裝電纜在桅桿上過滑輪組的運(yùn)動特點(diǎn)，操作簡單，省時省力、試驗效率高。

光電混裝電纜；曲撓性；光桿傳動

0 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)帶寬需求的飛速增長，光纖通信技術(shù)在通信領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。目前，光纖質(zhì)量基本相同，光纜的機(jī)械性能就成為衡量產(chǎn)品質(zhì)量的重要技術(shù)指標(biāo)。

光電混裝電纜是將軍用鎧裝光纖整合在電纜內(nèi)部，實現(xiàn)光電混裝形式，該電纜是桅桿的關(guān)鍵配套部件。光電混裝電纜安裝在升降桅桿內(nèi)，通過內(nèi)部導(dǎo)輪引出到外部的滑輪組上，并且需要隨桅桿做2000次以上的往復(fù)升降運(yùn)動[1]。該光電混裝電纜在桅桿上的使用要求為：在-40℃～+50℃的環(huán)境溫度內(nèi)在滑輪組上做動態(tài)運(yùn)動，因此對電纜的導(dǎo)線材質(zhì)、導(dǎo)線排布、材料應(yīng)用、防波套的編織特點(diǎn)等方面有極高的要求。由于光電混裝電纜截面大，且因護(hù)套材料的不同在低溫環(huán)境下會導(dǎo)致電纜變硬、開裂等現(xiàn)象使其曲撓性變差，導(dǎo)致電纜無法在桅桿上做往復(fù)升降運(yùn)動。所以模擬光電混裝電纜低溫條件下在桅桿上的運(yùn)動，對電纜的曲撓性能測試方法的研究是非常有必要的。

1 研制低溫曲撓試驗裝置。

1.1 試驗裝置組成

根據(jù)光電混裝電纜在桅桿上的使用環(huán)境和運(yùn)動特點(diǎn)，設(shè)計和制作光電混裝電纜低溫曲撓性能測試試驗裝置，其結(jié)構(gòu)組成圖如圖1所示。試驗裝置由電機(jī)、光桿傳動機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、低溫試驗箱四部分組成。

其中電機(jī)為三相異步電動機(jī)，光桿傳動機(jī)構(gòu)運(yùn)行速度可調(diào)節(jié)且穩(wěn)定，行程為500mm，運(yùn)行速度≥0.04m/s。低溫試驗箱工作溫度為-40℃（±2℃）。試驗箱內(nèi)滑輪組安裝在帶有導(dǎo)軌可調(diào)節(jié)滑輪距離的成型支架上面，與成型支架一起放置在低溫箱內(nèi)，模擬升降桅桿內(nèi)滑輪組的安裝尺寸和滑輪處于不同位置的運(yùn)行狀態(tài)?；喗M曲撓結(jié)構(gòu)[2]見圖1所示低溫試驗箱內(nèi)結(jié)構(gòu)圖，滑輪直徑D=100mm。

圖1 試驗裝置組成圖

1.2 試驗原理

測試時，將試樣電纜一端固定在光桿傳動機(jī)構(gòu)的滑塊上，另外一端從低溫試驗箱的出線口繞過試驗箱內(nèi)的滑輪組，電纜末端加掛重砝碼。在控制箱的軟件控制界面設(shè)定需要運(yùn)行的周期次數(shù)及光桿的運(yùn)行速度。啟動運(yùn)行低溫曲撓試驗裝置，電機(jī)帶動皮帶輪運(yùn)動從而帶動光桿運(yùn)動，當(dāng)光桿上的滑塊帶動電纜從右側(cè)限位運(yùn)行到左側(cè)限位時，低溫試驗箱內(nèi)的電纜從滑輪底部上升到滑輪最高位置，此過程模擬桅桿上升運(yùn)動。當(dāng)滑塊從左側(cè)限位運(yùn)動到右側(cè)限位時，電纜在掛重砝碼的拉動下從滑輪最高處下降到滑輪最低處，此過程模擬桅桿下降運(yùn)動。以上運(yùn)動過程為一個完整的周期，當(dāng)滑塊運(yùn)動到右側(cè)限位時，控制箱界面的運(yùn)行次數(shù)計數(shù)一次，重復(fù)以上運(yùn)動過程，直到完成設(shè)定的運(yùn)行周期次數(shù)，程序運(yùn)行結(jié)束。

2 試驗部分

2.1 試驗設(shè)備

試驗設(shè)備包括立體式低溫試驗箱、光桿傳動裝置、滑輪組曲撓裝置。立體式低溫試驗箱溫度范圍-40℃（±2℃）的，具有可視窗口，能實時監(jiān)測溫度和工作時間。帶滑輪組的曲撓支架和和被試電纜組成的滑輪曲撓裝置放在低溫試驗箱內(nèi)，滑輪直徑D=100mm，負(fù)重砝碼重10kg。

2.2 試驗樣品從光電混裝電纜成品線上截取長度為10米的試樣3根，試樣兩端剝掉絕緣層60mm。3根試樣的掛重和直徑見表1。

表1 試樣電纜的掛重和直徑

2.3 試驗步驟

把研制好的滑輪組曲撓裝置放入低溫試驗箱中裝配好，將第一根試樣一端固定在光桿傳動裝置[3]的滑塊上，另一端掛負(fù)重砝碼并繞過滑輪組。試樣的掛重和直徑見表1。關(guān)好試驗箱門，啟動電源開關(guān)，使低溫箱溫度降到-40℃（±2℃）并保持6h。降溫到-40℃（±2℃）后，在控制機(jī)柜中設(shè)置模擬桅桿的升降次數(shù)為2000次，設(shè)定滑塊的運(yùn)行速度為0.06m/s。啟動電機(jī)，電機(jī)帶動皮帶輪轉(zhuǎn)動，光桿[4]帶動滑塊開始運(yùn)動，控制機(jī)柜的計數(shù)窗口開始計數(shù)。光桿上的滑塊從觸碰右側(cè)限位開始到達(dá)光桿左側(cè)限位，再由左側(cè)限位運(yùn)動到右側(cè)限位為一個周期，計數(shù)一次，直到完成預(yù)設(shè)的試驗次數(shù)2000次，試驗結(jié)束。后面兩根試樣電纜的測試方法同上。

圖2 測試流程圖

2.4 測試流程圖

3 結(jié)果與分析

根據(jù)規(guī)范要求，試驗結(jié)束后，對直徑分別為20.98mm、21.35mm、21.80mm的3根光電混裝電纜的試樣在掛重砝碼不變的情況下進(jìn)行了測試，其結(jié)果如下表2所示。

表2 低溫試驗后試樣檢測結(jié)果

在-40℃低溫環(huán)境下，3根光電混裝電纜試樣在滑輪組上能順暢運(yùn)動，未出現(xiàn)卷繞，卡死，凍硬等現(xiàn)象，所以制作的低溫曲撓試驗裝置符合實際產(chǎn)品需求。從表2試驗結(jié)果看出，試樣電纜經(jīng)過低溫曲撓試驗后，電纜的外護(hù)套表面光滑、平整，無鼓包、開裂現(xiàn)象。彎曲電纜的直段部分，用卡尺測量試樣電纜的彎曲直徑分別為65mm、78mm、80mm，符合實際使用要求小于100mm。電纜的芯線與屏蔽之間能經(jīng)受交流50HZ、1500V電壓試驗5min未擊穿，所以低溫曲撓試驗后，光電混裝電纜的曲撓性能良好，光電混裝電纜在低溫環(huán)境下曲撓性能滿足實際使用需求，符合在低溫環(huán)境下在桅桿上運(yùn)動特點(diǎn)。

4 結(jié)束語

本文根據(jù)光電混裝電纜在桅桿上的運(yùn)動特點(diǎn)，自行研制一套低溫環(huán)境下電纜曲撓性能測試系統(tǒng)，通過試驗驗證了該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、安全可靠、操作簡單。更重要的是該測試方法的研究，簡化了光電混裝電纜在實際使用中的驗收過程，為整機(jī)產(chǎn)品的低溫試驗提供了可靠的技術(shù)基礎(chǔ)，節(jié)約了時間和經(jīng)濟(jì)成本。

[1]李波，同步式電動升降桅桿結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].制造業(yè)信息化，遼寧鐵嶺，2014.

[2]蔣靜瑚，基于PLC控制的光纜曲撓試驗機(jī)設(shè)計[J].湖南城市學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），安徽，2015.

[3]成大先，機(jī)械設(shè)計手冊[M].5版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2011.

[4]王陽陽，金剛石砂輪在精密光學(xué)加工中的應(yīng)用技術(shù)[J].應(yīng)用光學(xué)，2012.

Research on Torsion performance of Photoelectric conventional cable test methods under low temperature conditions

Fu Xiaoqing,Zhou Lihua,Zhang Ming,Chen Hao,An Jing,Li Junjie,Sun Qiang（Xi，an Institute of Applied Optics，Xi，an Shaanxi，710065）

Under minus 40 degrees Celsius, Photoelectric conventional cable will happen Frozen stiff,cracking phenomenon when dynamic movement on the mast of the block and tackle,resulting in a decline in performance of torsion. Therefore, designed a set of low-temperature bending test device.By this device to simulate Photoelectric conventional cable to the mast by external force test environment ,to test whether Photoelectric conventional cable oerformance meet the practical requirements.The designing of low temperature bending test device,analog Photoelectric conventional cable on the mast the movement characteristics of pulley block. Its operation is simple,save time and effort and high test efficiency.

Photoelectric conventional cable；Performance of torsion；Polished rod drive