电缆结构设计和物料用量计算综述.docx

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1、电缆结构设计与物料用量计算 电缆结构设计是把线材各组成部分参数书面化.在设计过程中,主要是根据线材的有关标准,结合本厂的生产能力,尽量满足客户要求.并把结果以书面形式表达出来,为生产提供依据. 物料用量计算是根据设计线材时选用的材料及结构参数,计算出各种材料的用量,为会计部计算成本及仓储发料提供依据. 导体部分有关设计与计算: 导体在结构上有实心及绞线两种,而其成份方面有纯金属.合金.镀层及漆包线等.在设计过程中,对于不同的线材选用这些导体材料时,基于下面几个方面: 1.线材的使用场所及后序加工方式. 2.导体材料的性能:导电率,耐热性.抗张强度.加工性.弹性系数等. 1.导体绞合节距设计:

2、绞线中绞合节距大小一般根据绞合导体线规选取(主要针对UL电子线系列, 电源线,UL444系列,CSA TR-4系列对导体的节距有要求,需根据标准设计),有时为了改善某种性能可选其它的节距.如通信线材为了降衰减选用小节距,为了提供好的弯曲性能选用较小的节距.下面的节距表选择表是针对UL电子线. 美制线规对应截面积及绞线节距 美制线规 标称截面积 最小截面积 节距 30 0.0507 0.0497 68 28 0.0804 0.0790 911 26 0.1280 0.1260 1113 24 0.2050 0.1990 1416 22 0.3240 0.3140 1619 20 0.5190 0

3、.5090 2124 18 0.8230 0.8070 2732 16 1.3100 1.2700 3238 14 2.0800 2.0200 3947 2.多根绞合导体绞合外径计算: 导体绞合采用束绞方式进行,绞合外径采用下面两种方法计算: 方法1: 方法2: d-单根导体的直径 D-绞合后绞合导体外径 N-导体根数 上述两种方法中,方法2比较适合束绞方式导体绞合外径计算：3.导体用量计算: 1.单根导体 2.绞合导体 d-单根导体直径 导体密度 N-导体绞合根数 -导体绞入系数 注:用量计算为单芯时导体用量,当多芯时须考虑芯线绞合时的绞入系数. 4.导体防氧化. 为防止导体氧化, 可在导体

4、绞合时, 加BAT或DOP油（如电源线，透明线）。 押出部分有关的设计与计算: 押出部分包括绝缘押出.内被押出及外被押出,在押出过程中,因对线材要求不同采用押出方式不同.一般情况下,绝缘押出采用挤压式,内护层与外护层采用半挤管式.有时为了满足性能要求采用挤管式.其具体选择方法,参照押出技术. 1.押出料的选择: 设计过程中押出料的选择主要根据胶料的用途、耐温等级、光泽性、软硬度、可塑剂耐迁移性、无毒性能等来选择. 2.押出外径: D2=D+2*T D-押出前外径 D2-押出后外径 T-押出厚度 押出厚度(T)主要根据线材有关标准,结合厂内设备生产能力尽量满足客户要求. 3.胶料用量: 采用不同

5、的押出方式,押出胶料用量计算公式也有不同. 挤管式 挤压式 W=(S成品截面-S缆芯内容物)* -胶料密度. 考虑到线材的公差, 现期线缆企业一般采用下面计算方法. W=3,14159*1.05*T*(2*D+T)* 芯线绞合有关设计与计算: 芯线绞合国内称为成缆，是大多数多芯电缆生产的重要工序之一。由若干绝缘线芯或单元组绞合成缆芯的过程称芯线绞合。其原理类似如导体绞合，芯线绞合的一般工艺参数计算及线芯在绞合过程中的变形与绞线相似。芯线绞合根据绞合绝缘线芯直径是否相同分为对称绞合和不对称绞合。因为芯线在绞合过程中有弯曲变形,有些较粗绝缘芯线在绞合过程采用退扭。如UL2919、CAT.5、IEE

6、E1394、DVI芯线及其它高发泡绝缘芯线。以下分几个方面叙述芯线绞合的工艺参数计算: 1.对绞: 对绞线的等效外径: D=1.65d或1.71d (软质用1.65d,硬质用1.71d),sometimes D=1.86d 复对绞线等效外径 D=2.6d 多对数绞线等效外径 对绞节距. 根据对绞组对数,芯线外径选取. 2. 多芯绞合: 绞合外径当芯线根数不多时,按正规绞合计算.见下表. 芯线排列方式及芯线绞合外径计算可根据下表: 芯数 芯线排列 外径比(M=D/d) 中芯空隙面积Xd2 外层空隙面积Xd2 2 2 2 0 1.571 3 3 2.154 0.04 1.248 4 4 2.414

7、 0.215 1.22 5 5 2.7 0.543 1.259 6 6 3 1.025 1.329 7 1+6 3 0 1.329 8 1+7 3.3 0 1.39 9 1+8 3.7 0 1.679 10 2+8 4 0 2.276 11 3+8 4.154 0.04 2.593 12 3+9 4.154 0.04 2.039 13 4+9 4.414 0.215 2.553 14 4+10 4.414 0.215 2.025 15 5+10 4.7 0.543 2.578 16 5+11 4.7 0.543 2.071 17 6+11 5 1.025 2.641 18 6+12 5 1.0

8、25 2.137 19 1+6+12 5 0 2.137 20 1+6+13 5.154 0 1.944 21 1+7+13 5.3 0 2.257 22 1+8+13 5.7 0 4.442 23 2+8+13 6 0 3.598 24 2+8+14 6 0 2.975 25 3+8+14 6.154 0.04 3.285 26 3+9+14 6.154 0.04 3.285 27 3+9+15 6.154 0.04 2.801 28 4+9+15 6.414 0.215 3.282 29 4+9+16 6.414 0.215 2.806 30 4+10+16 6.414 0.215 2.8

9、06 31 5+10+16 6.7 0.543 3.319 32 5+11+16 6.7 0.543 3.319 33 5+11+17 6.7 0.543 2.864 34 6+11+17 7 1.025 3.398 35 6+12+17 7 1.025 3.398 36 6+12+18 7 1.025 2.927 37 1+6+12+18 7 0 2.927 38 1+7+12+18 7.3 0 3.458 39 2+6+12+18 8 0 4.705 40 2+7+12+19 8 0 4.254 41 2+7+13+19 8 0 4.254 42 2+8+13+19 8 0 4.254 4

10、4 2+8+14+20 8 0 3.774 45 3+8+14+20 8.154 0.04 4.042 48 3+9+15+21 8.154 0.04 2.867 当芯线根数较多并线径较小的情况下,可按束绞近似计算(导体绞合外径计算公式) 绞合节距 一般绞合节距取绞合外径的1520倍.有时为了改善线材性能,可选择合适的节距.如为了改善线材的弯曲性能降低绞合节距.USB电缆为了减小芯线变形,采用大节距. 3. 有关绞合中的基圆直径.节圆直径.绞合外径 基圆直径:对于某一绞线层,绞线前芯线直径称基圆直径. 节圆直径:单线绞合在直径为D0的圆柱体上,以单线轴线至绞线轴线的距离为半径的圆为节圆,其直径

11、为节圆直径. 绞合外径:该层绞线的外接圆直径为绞线外径. 图中对于第三层绞合: 基圆直径为D0(即第二层(1+6)绞合的绞合外径) 节圆直径为D D=D0+d 绞合外径为D D=D+d 4.绞入系数: 芯线绞合的绞入系数为1+(圆周率X绞合外径/绞合节距)的二次方. D-绞合外径. H-绞合节距. 在绞线过程中,对于多芯并芯线分层的情况,虽然为束绞,各层芯线绞入系数并不相同.为了保守起见,增大安全系数,并且减化计算,所以在上述绞入系数的计算中D采用芯线绞合的绞合外径(理论上,各层的绞合系数应为节圆直径代入上式计算). 斜包有关的设计与计算 斜包在线材中主要起屏蔽作用，有时作为同轴电缆的外导体。

12、 屏蔽目的是将外界干挠消除，对于同轴电缆，由于有屏蔽层而使阻抗得以匹配,降低信号或传输能量之损失。 从屏蔽效果来讲，斜包不如编织，其屏蔽效果具有方向性，弯曲时屏蔽特性发生变化但其具有完成外径小、线材柔软、价格也比较低特点。适用于低频屏蔽。以下从几个方面叙述斜包结构设计: 1.斜包的铜线根数近似计算: 整数部分 D-斜包前外径. d-斜包铜线的直径. 如果是二、三芯绞合，绞合后不圆整，D(斜包前)外径为等效外径。 此设计中的D斜包前外径，相当绞线中基圆直径。从理论计算上讲,要达到100%斜包D应采用节圆直径，但为了防止有时因节距选取较少及其它因素而产生过满(容易起股)。所以D采用斜包前外径(基圆

13、直径)。在实际生产中，因斜包铜丝一般为0.10mm、0.12mm的细线，其值在上述计算中忽略影响不大。采用上面公式计算，其斜包满度可达90%以上，对线材的性能影响很少。 2.斜包节距的选择: 斜包节距根据斜包前外径大小选择，一般按下面优化节距选取(此优化节距考虑到成本、附着力、外观等方面，并通过长时间生产验证)。 成品外径 斜包节距 d1.0mm 15.5mm左右 1.0=d1.2mm 18mm左右 1.2=d2.0mm 22mm左右 2.0=d2.2mm 25mm左右 2.2=d2.4mm 27mm左右 2.4=d3.0mm 32mm左右 3.0=d3.5mm 36mm左右 3.绞入系数:

14、斜包的绞入系数为1+(圆周率X斜包后外径/斜包节距)的二次方. D-斜包后外径. H-斜包节距. 4.斜包铜线的用量: d-斜包导体直径 斜包导体密度 N-斜包导体根数 -斜包导体绞入系数 5.斜包方向选择. 斜包一般采用与成缆的反方向：斜包线材生产过程中，斜包铜丝与斜包前线材转动方向相反，如果斜包方向与成缆方向相同时，斜包过程中会先把成缆线材先反扭，使线材松散，以致斜包易出现不良。 不过采用反方向斜包线材相对较硬，弯曲性能差。对于那些成缆芯线少,芯线线径较大，没有隔离层的线材只能采用与成缆反方向。 6.斜包线材外被押出: 斜包线材在外被押出前需通过倒轴， 防止断丝在过押出眼模时引起断线 编织

15、有关的设计与计算 编织与斜包相似，在线材中主要起屏蔽作用，防止外界电场与磁埸的影响，提高线材的干挠防卫度，与斜包、铝箔相比具有以下特点： 1.屏蔽无方向性. 2.高频屏蔽特性良好,适用于高频屏蔽. 3.通过多层屏蔽,屏蔽效果可达100%. 4.弯曲时屏蔽特性无变化. 1.编织有关的计算公式: 编织角正切: 编织系数: 编织密度: 编织用量: h-编织节距. d-编织单线直径. a-编织半绽子数. n-编织并线根数. 编织角 2.编织各参数的确定: 1.根据缆芯外径大小，及编织密度大小选定编织机类型(16锭或24锭高低速编织机) 2.选定适应编织机的编织单根铜线(镀锡或裸铜线0.08mm,0.1

16、0mm, .12mm)。 3.密度M.编织角度.节距H的确定. 注:每锭中的根数应在3-9根的范围内，因为根数少编织易断线，而根数太多使得编织层同层内的铜线重叠，编织角度通常在50-70的范围内，为提高生产效率则编织角度去接近70的值，由上述公式预算各参数，采用凑算法确定的适当的编织根数、编织角度、编织节距、编织密度。计算部分中的编织计算便是采用上述公式，采用枚举法计算得出 其它结构设计与计算: 在线缆设计中，有时为了改善线材质量需加入其它的材料。为了使线材圆整，在芯线绞合时加入填充物；为了防止导体氧化在导体绞合时表面涂B.T.A为了改善线材附着力绝缘押出时在导体表面涂DOP或硅油，外被押出时

17、在芯线表面拖滑石粉或云母粉。下面根据其作用不同分类叙述: 1.填充物设计与计算: 填充物主要有棉纱线和PP绳，设计时主要根据填充空隙大小、线材性能要求及材使用场所，选择填充棉纱、PP绳或其它。填充物根数计算 N=(S空隙/S单根填物)整数部分填充物用量 W=单根重量*N* -为芯线绞合的绞入系数. 2.隔离层的设计与计算: 隔离材料的选择：纸带在线材中只起分隔作用；铝箔在线材中有分隔作用与屏蔽作用。当线材只需分隔开时，选用纸带；否则选用铝箔。有时在一些高性能的通信线中隔离层采用无纺布或发泡PP带(如SISC) 工艺方式 在分隔层的制造过程中,为了节约工时,可根据情况采用绕包.拖包.纵包三种不同

18、方式.(注绕包.拖包时角度=40-60;纵包时角度=90). 物料用量 n-为隔离层数. t-为隔离带厚度. -为隔离材料密度. k-为隔离带重叠率. 3.有关的绞入率计算: m-为节径比. h-为节距. d-线材的绞合外径.说明1:上面的绞入系数计算都为一个工序的计算,在实际计算物量时,应考虑整个个生产过程,所以总的绞入系数可能为多个工序的绞入系数的乘积. 说明2: 设计计算时应取节距范围的下限值,以在定额中争取最大之绞入系数(而生产中采用接近最大之节距值,则既利于提高效率,又可减低正常生产中的材料消耗). 电线的基本结构及相应生产设备 1.1结构: 单绝缘电线如 图所示,为最简单的电线结构

19、,也是其它复杂结构电线的基本组成单位,只要将导体通过押出机挤上一层绝缘或护套材料即可完成. 1.2.生产设备: 双绞机(导体绞合)+押出机. 2.1.结构: 此种结构较前一种复杂,由多根单绝缘电线按一定排列方式及绞距绞合在一起,形式多样,绞合结构中还有绞合单元(对绞)等,外面押出一层护套. 2.2.生产设备: 双绞机(导体绞合,对绞,小线径少根数芯线绞合)+单绞机+押出机. 3.1.结构: 此种结构是在单绝缘线或绞合线外表面均匀绕包上一层铜丝,外面押出一层内护套或外护套. 3.2.生产设备: 双绞机(导体绞合,对绞,)/单绞机+斜包机+押出机 4.1.结构: 此类线是在单绝缘芯线或绞合芯线外面

20、用编织机包覆上一层铜丝或其它材料,再进行外被押出作业,此类线多数在编织层和芯线层间有铝箔或绞合导体(地线). 4.2.生产设备: 双绞机(导体绞合)+单绞机+编织机+押出机 电线所用源材料及半成品 电线所用源材料及半成品 电线所用源材料及半成品 押出设备组成 押出设备组成 第二节：放线架 功能：用来放置芯线或导体轴,并能使轴完成旋转运动从而可连续释放芯线或导体的装置. 类型：放线架按给线方式分为主动式放线架和被动式放线架,前者有电机传动,可主动使轴旋转,或轴不转而通过一转盘拋线;后者无任何动力装置,轴旋转的动力完全来自引取箱中引取机的牵引力。 操作要点：（一）放线架与所用轴型要匹配,严禁使用不

21、匹配轴型放线;（二）放线架上各紧固装置要打紧,确保放线轴被锁紧;（三）放线张力要调节适中,保持放线的张力稳定;（四）旋转盘式放线架的转盘速度每过一段时间就需调整,增加转速; 被动放线架 无轴放线架 主动放线架 雙頭被動式放線架： 1：型 式：雙頭給線架，帶張力剎車及斷線自動停機裝置。 2：適合線軸：(提供下列尺寸)外径筒径内孔外宽内宽400500630主动動式放線架： 1：適合線軸：(煩請提供下列尺寸)外径筒径内孔外宽内宽3004005002：給線速度：MAX550M/min 3：頂軸方式：氣動紮緊式、孔徑配合，不同線軸更換頂心套 4：動 力：7.5HP交流電機 5：制 動：氣動碟式刹車 6：

22、張力控制：機械杠杆檢出自動調節 7：斷線檢出：限位元接觸檢出，斷線停機裝置 8：裝卸方式：手動油壓千斤頂 押出设备组成 操作要點：（一）導體必須繞滿預熱器導輪的所有溝槽,且繞線不能交叉;其他預熱器只要能保證預熱效果可視實際情況繞線; （二）對於可同步運行的預熱器只需設定預熱溫度;（三）非同步運行的預熱器在線速變化時必須隨之調節加熱電流或電壓,以保持工藝規定的溫度; （四）非同步運行預熱器在斷線時必須立即關掉其電源開關或按下“STOP”鍵; 預熱器技术规格 1：適用範圍：0.33.0mm 2：預熱範圍：0-120度 3：最高線速度：600M/MIN 4：電源單相220VAC/50HZ，功率5KW

23、 5：整機採用全進口配件：臺灣陽明的電流、電壓表、天得的控制開關，日本進口繼電器，台 灣30ASCR電子調整預熱溫度、過載、短路自動保護。 6：採用電器連動原理，與押出機引出機進行電器連接，跟隨引出機速度改變預熱溫度。 押出设备组成 第五节：押出主機及主控面板 1：主机 功能：將膠料以一定的速度押出,完成電線的成型工作. 類別：押出主機按其螺杆直徑的大小分為不同的機型,如90mm, 80mm，70mm，65mm，50mm等,規格大者,表示其對膠料的押出能力大,一般用于電線外護套的押出,小規格押出機多用于一次絕緣芯線的生產. 操作要点：（一）清潔螺杆時需用軟銅刷,嚴禁用鋒利器具接觸螺杆表面電鍍層

24、;（二）上蜂巢板時應使用膠錘,嚴禁用鐵器敲打;（三）過濾網目要疏密配合使用,以三張為標準用量;（四）嚴禁用力敲擊押出機頭;（五）：調模完成後需將各調模螺絲鎖緊;（六）從外模套上拆卸眼模時,需用銅棒墊好後再用錘子敲擊;（七）清機時需保護好機頭及機頸的加熱系統,嚴禁損坏加熱片; 2：吸料及干燥器: 功能：自動吸料及干燥膠料,對押出機實行連續不間斷供料. 類型：本廠使用均為熱風烘干型,據其所配合的押出機的大小而有不同容 量之分。 操作要点：（一）干燥溫度一般設定在80;（二）料斗中的料盡量保持吸滿狀態,這樣干燥效果較好;（三）料斗的蓋需關緊,吸料器的過濾網要定期清潔; 3：主機控制板: 功能:完成押

25、出工藝參數的設定及對整條生產線的控制. 類型:主機控制板除其表面各開關及儀表的排列方式或型號略有不同外,其它沒有什麼大的差別. 操作要点：（一）溫度控制表參數的設定溫度;（二）嚴禁用帶水的手或其它利器操作溫度表;（三）主要控制開關及按鈕功能說明: 押出機的主控制板主要有二種,一種是完全用手動旋鈕設置的控制方式,另一種是先進一些的有記憶能力的按鈕設置方式,且有LED顯示板顯示設定值和實際機器輸出值:（四）機器運轉時隨時注意控制板上各儀表的工作狀態,不正常時要反映給班長.（五）側箱上的紅色緊急按鈕在危急情況下使用,一般性急停機不得使用. 押出主机技术规格： 1.最大押出量：60/hr（50機）、1

26、10/hr（65機）、130/hr（70機）、250/hr（90機） 2.螺桿螺筒參數： A.直徑：螺桿50mm、65mm、70mm、90mm。 B.材料：38CrMoAlA，表面滲氮處理，硬度HV935以上。 C.長徑比：26:1。 D.轉速範圍：10110rpm。 3.減速箱： 硬齒面斜齒圓柱齒輪減速箱，選用20CrMn材料，氮化熱處理，齒面經過磨齒加工，噪 音低於75分貝，機油離心潤滑。 4.加料： A.分離式全自動吸料機，吸料量300/hr。 B.直結式料斗乾燥機，容量25KG/50KG，無量報警。 5.加熱及冷卻： A. 電熱使用380V/50HZ，螺筒3段/4段/5段電熱，鑄鋁加熱

27、1.5KW/2.2KW. B. 冷卻方式：高壓離心式風車3台/4台/5台 C. 溫度控制：进口溫控表+繼電器控制 6.機頭及模具： A：採用新型的U7免對眼機頭，裝卸模具靈活方便，鑄鋁加熱，帶注條孔。 B：機頭夾：鑄鋁加熱。 C：可調偏心機頭 7.拖動： 主機採用15HP（50機）、25HP（65機）、30HP（70機）、50HP（50機）馬達+进口變頻器。 押出设备组成 第六节：印字机与火花机 印字機: 功能:完成對電線表面的印字及標識工作. 類型:分為油墨印字機和非油墨印字機,前者使用油墨對電線進行印字作業,原理同報紙的印刷，後者對電線印字時不需使用油墨,直接在電線表面印出凹凸的文字或標識

28、,原理如同刻圖章, 操作要点：（一）印字機工作時要將其蓋片蓋好,以防止油墨飛濺;（二）刮片壓力要調節適中,以能將油墨刮淨為標準,嚴禁施加過大壓力;（三）嚴禁用利器接觸印字輪表面;（四）嚴禁使壓輪接觸印字輪表面;（五）隨時注意線材印字顏色深淺的變化,以調節油墨濃度. 火花機: 功能:檢查押出電線是否存在絕緣缺陷. 類型:火花機分為高頻火花機和工頻火花機二種,前者珠鏈式電極每秒鐘提供3000次的施加高壓,適于對高速生產線種的檢查,後者珠鏈式電極每秒鐘提供50次施加高電壓,用于押出線速較慢的線材檢查。 操作要点:（一）線材一定要從珠鏈式電極中間穿過,珠鏈必須將線材包裹;（二）火花機工作時嚴禁以任何方

29、式接觸其電極;（三）火花機鳴叫時表明電線絕緣有缺陷,必須將此段線材拉出來報廢;（四）施加電壓值嚴格規定設置. 印字机与火花机技术规格高速印字機 超高速動力攪拌印字機，印字美觀清晰，印字最高速度500M/MIN。 高頻火花試驗機： 1：測試電纜範圍：0-25mm，建議使用：0-12mm 2: 電壓範圍：1-15kv 3：最高線速度：1000M/MIN 4：輸出頻率：3KHZ 工頻火花機 A：高靈敏度之火花試驗機 B：擊穿靈敏度為0.667mA C：檢測電壓為115KV 押出设备组成 模具的介绍与使用 押出设备组成 押出机机头各部分组成及其功能本公司生産U7，U14免對眼機頭及可調偏心機頭 押出生产调模方法 第十二节：電線生產常見問題的處理方法 第十二节：電線生產常見問題的處理方法 第十二节：電線生產常見問題的處理方法 第十二节：電線生產常見問題的處理方法 第十二节：電線生產常見問題的處理方法 第十二节：電線生產常見問題的處理方法