СПОСОБ СКРУТКИ СЕРДЕЧНИКА МНОГОЖИЛЬНЫХ КАБЕЛЕЙ СВЯЗИ, УСТРОЙСТВО ДЛЯ СКРУТКИ И МНОГОЖИЛЬНЫЙ КАБЕЛЬ СВЯЗИ
TWISTING METHOD OF CORE OF MULTI-STRAND COMMUNICATION CABLES, TWISTING DEVICE, AND MULTI-STRAND COMMUNICATION CABLE

Изобретение относится к кабельной технике, а именно к производству многожильных кабелей связи, сигнализации, информатики и передачи данных и их конструкциям.
Многожильные кабели связи, сигнализации, информатики и передачи данных (далее обобщенно - кабели связи) имеют следующую конструкцию: несколько однопроволочных или многопроволочных (скрученных из нескольких проволок) токопроводящих жил, изолированных диэлектриком, предварительно скрученных в группы из двух или трех, или четырех жил, группы скручиваются в сердечник, поверх которого накладывают поясную изоляцию, экструдированную или выполненную из полимерных пленок, металлический или металлополимерный экран и влагозащитную оболочку. В сердечник может быть введен гидрофобный заполнитель или водоблокирующие элементы. Возможно подвесное исполнение с встроенным в влагозащитную оболочку или в сердечник кабеля тросом. Или бронированный кабель с защитными покровами, накладываемыми поверх влагозащитной оболочки, например, по ГОСТ 7006-72.
Первоначально скрутку в сердечник производили повивным способом, когда скрученные на отдельной машине пары или тройки, или четверки (далее - группы) на специальной катушке устанавливали в так называемый фонарь машины общей скрутки. Группы в сердечник накладывались концентрическими повивами, причем с каждого фонаря - в отдельный повив. Но такие машины фонарного типа имели очень небольшую линейную скорость скрутки и ограниченную длину кабеля, зависящую от длины группы, помещающейся на отдающей катушке.
С целью повышения линейной скорости скрутки и увеличения длины готового изделия был осуществлен переход к пучковой скрутке сердечника, для чего использовались промежуточные, так называемые элементарные пучки, в которые скручивались группы. Сердечник скручивался из элементарных пучков повивной скруткой. Достоинством такого способа скрутки является более высокая линейная скорость скрутки сердечника и большая длина готового сердечника кабеля. Большая длина получалась за счет того, что элементарные пучки принимались на технологическую тару большой вместимости, а в машинах скрутки сердечника из элементарных пучков вращались не объемные отдающие устройства, как это было в машинах фонарного типа, а относительно более компактные приемные устройства.
Однако у кабелей пучковой скрутки появился новый недостаток. Электрические параметры групп, такие как: электрическое сопротивление токопроводящих жил, рабочая емкость, коэффициент затухания и другие в элементарных пучках внешнего повива значительно отличаются от аналогичных параметров групп элементарных пучков, размещенных в центральном повиве.
Рассмотрим схематическое изображение устройства для скрутки сердечника многожильного кабеля из элементарных пучков, представленного на фиг.1. (Производство кабелей и проводов. Под ред. Н.И.Белоруссова и И.Б.Пешкова. М., Энергоиздат, 1981 г.). На фиг.1 представлено устройство для скрутки одного из распространенных сердечников, состоящее из 25 групп, сгруппированных в семь элементарных пучков: в трех пучках скручено по три группы, в четырех - по четыре.
Устройство для скрутки сердечника из элементарных пучков, изображенное на фиг.1, состоит из неподвижного отдающего устройства 1, включающего семь стоек с барабанами 2, и элементарные пучки 3, перемещающиеся по направляющим приспособлениям (не показаны), неподвижной распределительной розетки 4, неподвижного калибра 5, лентообмотчика 6, тягового 7 и приемного 8 устройств, помещенных в двух синхронно вращающихся или спаренных клетях 9 и 10 соответственно.
Элементарные пучки 3, сходящие с отдающих барабанов 2, проходят через глазки отверстий в массивной неподвижной распределительной розетке 4 и калибр 5, после чего обматываются полимерными лентами с помощью лентообмотчика 6.
Точка наложения полимерных лент находится непосредственно перед входом кабеля в тяговое устройство.
Сердечник, обмотанный лентами, поступает в гусеничное тяговое устройство 7, вращающееся вокруг оси скрутки, и далее на приемный барабан 8, также вращающийся вокруг этой оси. Вращение клети 10, в которой расположено приемное устройство 8, происходит с той же частотой (синхронно) и в том же направлении, что и вращение клети 9 с тяговым устройством 7. Скрутка элементарных пучков 3 в сердечник происходит на участке между неподвижным калибром 5 и вращающимся вокруг оси скрутки тяговым устройством 7 ближе к неподвижному калибру 5.
Рассмотрим отдельно прохождение элементарных пучков 3 через неподвижную распределительную розетку 4, которую будем называть пассивной розеткой, изображенной на фиг.2.
Неподвижная розетка состоит из основания 11, непосредственно розетки 12 с семью керамическими глазками с центральными отверстиями 13. Основание 11 служит для закрепления розетки в машине и может быть любым. Розетка 12 может быть выполнена в виде любой плоской фигуры и служит для закрепления глазков 13 в пространстве. Керамические глазки 13 служат для фиксации в пространстве точки прохождения элементарных пучков во избежание их перепутывания. Глазки изготавливают из керамики с полированной внутренней поверхностью отверстия во избежание истирания изоляции токопроводящих жил при прохождении через отверстие.
Прохождение элементарного пучка через отверстие распределительной розетки однозначно фиксирует его положение в повиве сердечника: пучок, проходящий через центральное отверстие, однозначно попадает в центральный повив, пучок, проходящий через одно из периферийных отверстий, однозначно попадает в следующий повив.
Длина токопроводящих жил групп, расположенных в элементарном пучке в центральном повиве, увеличивается только за счет скрутки групп в элементарный пучок. А длина токопроводящих жил групп, расположенных в элементарных пучках следующего повива, увеличивается кроме того еще и за счет скрутки пучков вокруг центрального повива. Реально разница между длинами токопроводящих жил центрального и следующего повивов составляет несколько процентов. В ряде случаев, для таких параметров, как: электрическое сопротивление токопроводящих жил, рабочая емкость, коэффициент затухания такое расхождение оказывается недопустимым. Для устранения этого недостатка необходимо изменить способ скрутки сердечника с целью обеспечения примерного равенства длин токопроводящих жил независимого от того, в каком элементарном пучке они расположены, то есть достичь равенства длин элементарных пучков.
Технической задачей изобретения является создание способа скрутки сердечника многожильного кабеля из элементарных пучков, обеспечивающего одинаковую длину элементарных пучков в готовом кабеле, устройства скрутки элементарных пучков, обеспечивающего одинаковую длину элементарных пучков в готовом кабеле и многожильного кабеля связи с сердечником пучковой скрутки, в котором элементарные пучки имеют одинаковую длину.
Техническая задача решается тем, что предлагается способ скрутки сердечника многожильного кабеля связи из элементарных пучков, при котором элементарные пучки регулярно меняют свое местоположение в повивах сердечника и в итоге получается, что длины всех элементарных пучков оказываются равны между собой.
Осуществление способа скрутки сердечника из элементарных пучков, обеспечивающего равенство длин элементарных пучков в готовом кабеле, производится с помощью устройства, представленного на фиг.3. Устройство для скрутки сердечника из элементарных пучков с равной длиной в готовом кабеле состоит из отдающего устройства 1, включающего измеритель длины 14, семь стоек с барабанами 2 и элементарные пучки 3, перемещающиеся по направляющим приспособлениям (на показаны), активной распределительной розетки 15, неподвижного калибра 5, лентообмотчика 6, тягового 7 и приемного 8 устройств, помещенных в двух синхронно вращающихся или спаренных клетях 9 и 10 соответственно.
Схематическое изображение активной распределительной розетки 15 представлено на фиг.4. (Данная розетка предназначена для скрутки сердечника с 25 группами, объединенными по три группы - в три элементарных пучка и по четыре группы - в четыре элементарных пучка).
Активная распределительная розетка 15 состоит из основания 11, непосредственно розетки 12, семи керамических глазков 13, закрепленных в держателе с ушками 18, исполнительного устройства 16 и управляющего устройства 20.
Управляющее устройство 20 по определенному закону дает указание исполнительным устройствам 16 произвести смену мест глазков 13 в розетке 12. Закон может быть, например, таким: очередному держателю вывести глазок из центра, предыдущему по направлению скрутки по часовой стрелке ввести свой глазок в центр розетки 12.
В управляющем устройстве 20 должна быть предусмотрена клавиатура для расчета и ввода кратной длины.
Исполнительное устройство 16 может быть преобразователем любой поступающей энергии в механическую энергию поступательного движения. Например, исполнительное устройство 16 может быть выполнено в виде электродвигателя. Передача вращения на шток 17 может осуществляться любым известным видом передач, например зубчатой. Для осуществления поступательного движения конец штока может быть изготовлен с винтовой нарезкой и проходить через стационарно закрепленную шайбу с соответствующей нарезкой. Конец штока может быть жестко соединен с внутренним кольцом шарикоподшипника, а внешнее кольцо жестко соединено с держателем 18 глазка 13.
Другим типом исполнительного устройства 16 может являться электромагнит. При этом верхняя часть штока 17 должна изготавливаться из магнитного материала, а так как при этом будут отсутствовать вращательные движения, то наличие нарезки на штоке 17 не требуется. Закрепление штока 17 с держателем 18 глазка 13 в этом случае может быть жестким.
Процесс скрутки сердечника из элементарных пучков производится следующим образом.
Оператор заправляет элементарные пучки 3 в устройство скрутки, проводя их последовательно от отдающих барабанов 2 через активную распределительную розетку 15, неподвижный калибр 5, лентообмотчик 6, тяговое устройство 7 и закрепляя на барабане приемного устройства 8 или перед тяговым устройством 7, соединяя со специальным заправочным тросом так называемым шомполом, проведенным через тянущее устройство 7 и закрепленным на барабане приемного устройства 8.
Зная длину сердечника, требуемую по заданию, оператор с помощью клавиатуры вводит в управляющее устройство 20 значение кратной длины, являющейся результатом деления заданной длины сердечника на количество элементарных пучков в отдающем устройстве 1 и в сердечнике изготавливаемого кабеля. Оператор вводит также начальную длину в измеритель длины 14, равную расстоянию между измерителем длины 14 и неподвижным калибром 5.
Затем оператор включает устройство скрутки сердечника из элементарных пучков и скручиваемый сердечник поступает на барабан приемного устройства 8.
Измеритель длины 14 измеряет текущую длину элементарного пучка и транслирует значение по соединительным проводам в управляющее устройство 20. Управляющее устройство 20 контролирует текущее значение длины (конкретное значение устанавливается в зависимости от линейной скорости скрутки), дает указание исполнительным устройствам 16 в соответствии с установленным законом произвести смену позиций глазков 13.
После смены позиций глазков 13 в центральном повиве будет находиться следующий элементарный пучок.
В готовом кабеле каждый пучок будет состоять из суммы двух длин: при прохождении по центральному повиву и при прохождении по внешнему повиву. Так как длины прохождения по центральному повиву у всех элементарных пучков одинаковы, то одинаковы и длины прохождения по внешнему повиву, а значит, одинаковы суммарные длины, что и требовалось получить при решении поставленной технической задачи.
Сердечник может иметь более двух повивов, при этом технология скрутки сохраняется, но будет более сложным закон перемещения глазков 13.
Многожильный кабель связи состоит из изолированных полимером токопроводящих жил, скрученных в группы из двух или трех, или четырех изолированных жил, группы скручены в элементарные пучки, а элементарные пучки в сердечник, и влагозащитной полимерной оболочки, наложенной поверх сердечника. Кабель отличается от известных тем, что при скрутке сердечника из элементарных пучков используется устройство, обеспечивающее смену мест в повивах элементарными пучками, прохождение каждым элементарным пучком в центральном повиве одинаковую длину и одинаковой длины всех элементарных пучков.
В качестве токопроводящих жил могут использоваться любые проводниковые материалы, конкретный выбор обуславливается условиями применения. Так, для обеспечения минимального коэффициента затухания применяют однопроволочные мягкие медные токопроводящие жилы, при необходимости пайки в вводных устройствах - однопроволочные медные луженые, для обеспечения гибкости - многопроволочные, скрученные из нескольких мягких медных проволок, для обеспечения гибкости с пайкой в вводных устройствах - многопроволочные, скрученные из нескольких медных луженых проволок, для обеспечения разрывной прочности - однопроволочные из биметаллической (сталемедной) проволоки, для обеспечения разрывной прочности и гибкости - многопроволочные скрученные из нескольких биметаллических (сталемедных) проволок.
В кабеле может использоваться изоляция токопроводящих жил из любого полимерного материала, применяемого в кабельной технике, конкретный выбор обуславливается условиями применения. Так, для обеспечения минимального коэффициента затухания применяют полиолефиновую изоляцию - полиэтилен, полипропилен, их сополимеры и композиции, для обеспечения пожаробезопасности разного уровня - поливинилхлоридный пластикат, специальный поливинилхлоридный пластикат с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 30, безгалогенную полимерную композицию с кислородным индексом не менее 35.
С целью защиты от взаимных влияний в сердечнике на одну и более групп может быть наложен групповой металлический электрический экран.
С целью предотвращения распространения влаги по сердечнику воздушные полости в сердечнике заполняют вязким гидрофобным заполнителем или полимерным заполнителем.
С целью придания формы сердечнику на него накладывают поясную изоляцию из полимерных лент с перекрытием продольно или обмоткой по спирали.
Для защиты от внешних электромагнитных влияний под влагозащитной оболочкой прокладывают металлический электрический экран.
Влагозащитная оболочка может изготавливаться из любых полимерных материалов, применяемых в кабельной технике, конкретный выбор обуславливается условиями применения. Так, для прокладки в грунт или на воздухе под непосредственным воздействием солнечных лучей применяют влагозащитную оболочку из светостабилизированного полиэтилена, при прокладке внутри помещений для обеспечения пожаробезопасности разного уровня применяют влагозащитную оболочку из поливинилхлоридного пластиката, специального поливинилхлоридного пластиката с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 30, безгалогенной полимерной композиции с кислородным индексом не менее 35.
Для подвески кабелей вдоль заборов, по стенам зданий и на опорах связи в центр сердечника кабеля или встраиваемым в оболочку закладывают трос из металла или прочных синтетических нитей. Если трос закладывают в центр сердечника, то элементарные пучки ложатся в несколько следующих повивов.
Для защиты сердечника трос, закладываемый в центр сердечника, покрывают любым полимерным материалом.
Для защиты от грызунов и механических воздействий кабелей, прокладываемых в кабельной канализации, уличных коробах, каналах и непосредственно в грунт должна быть предусмотрена броня из круглых стальных проволок, накладываемых в виде оплетки или повивом, или из стальных лент, накладываемых обмоткой по спирали с перекрытием, или из стальной, ламинированной полимером ленты накладываемой продольно с предварительным гофрированием.
Поверх брони для защиты ее от воздействия воды накладывают влагозащитный шланг из любого полимера, применяемого в кабельной промышленности, конкретный выбор обуславливается условиями применения. Так, для прокладки в кабельной канализации, уличных коробах, каналах и непосредственно в грунт, для подвески на заборах, опорах связи и вдоль стен зданий применяют светостабилизированный полиэтилен, для прокладки в помещениях, в промышленных коробах и каналов на территории предприятий в зависимости от обеспечиваемого уровня пожарной безопасности применяют поливинилхлоридный пластикат, специальный поливинилхлоридный пластикат с пониженным дымогазовыделением и кислородным индексом не менее 30, безгалогенную полимерную композицию с кислородным индексом не менее 35.
С целью предотвращения распространения влаги под броней при нарушении влагозащитного шланга, вдоль оболочки под броней прокладывают водоблокирующий материал в виде лент продольно или обмоткой по спирали.
Технология изготовления многожильного кабеля связи включает следующие операции.
Медные проволоки для токопроводящих жил изготавливаются из медной проволоки «катанки», как правило, диаметром 8 мм методом волочения. В зависимости от диаметра готовой проволоки могут использоваться следующие операции: грубое и среднее волочение или грубое, среднее и тонкое волочение.
Для обеспечения мягкости проволоку подвергают отжигу в специальных печах отжига или на проход на операции волочения. Для получения луженых проволок отжиг не требуется. Лужение производится горячим способом, в результате чего проволока становится мягкой.
Гибкие многопроволочные токопроводящие жилы скручиваются из необходимого количества проволок на крутильных машинах сигарного, рамочного или фонарного типов.
Биметаллические проволоки и другие проводниковые материалы покупают готовые. Полимерная изоляция, как правило, наносится на экструзионных линиях.
Скрутка изолированных жил в группу (пару или тройку, или четверку) производится на машинах рамочного типа. Скрутка элементарных групп в элементарный пучок производится на машинах фонарного типа. Более прогрессивным является применение машин совмещенной скрутки, которые за один проход скручивают жилы в группы и группы в элементарный пучок.
Скрутка сердечника из элементарных пучков осуществляется на традиционной машине пучковой скрутки, в которой пассивная распределительная розетка 4 заменена активной распределительной розеткой 15, а на одном из пучков установлен измеритель длины 14, подключенный соединительными проводами к управляющему устройству 20 активной распределительной розетки 15.
Наложение вязкого гидрофобного заполнителя производится непосредственно в скрученный сердечник под давлением на проход, как правило, в совмещении с последующими операциями. Если на сердечник после этого накладывают поясную изоляцию из полимерных лент, то поверх нее так же наносят слой вязкого гидрофобного заполнителя.
Полимерный заполнитель накладывают на экструзионных линиях.
Поясную изоляцию из полимерных лент накладывают методом обмотки по спирали с перекрытием на обмоточных машинах или продольно с перекрытием с применением дополнительно нитеобмотчика или лентообмотчика для скрепления пучком нитей или узкой пластмассовой лентой по спирали соответственно.
Электрический экран, накладываемый на отдельные группы или на сердечник, может выполняться в виде оплетки или обмотки из мягких медных или медных луженых проволок, в виде сплошного слоя металлополимерной ленты, накладываемой обмоткой по спирали с перекрытием или продольно с перекрытием, или комбинированным, состоящим из двух слоев, первый слой, обычно продольно с перекрытием, выполняется из металлополимерной ленты металлом кверху, а второй слой - оплетка или обмотка из мягких медных или медных луженых проволок. Если металл первого слоя медь, то оплетка выполняется из мягких медных проволок, если алюминий, то оплетка выполняется из медных луженых проволок во избежание коррозии.
Поверх экрана групп, как правило, накладывают поясную изоляцию из полимерных лент обмоткой по спирали.
Электрический экран в виде оплетки или обмотки накладывается на оплеточных или обмоточных машинах соответственно. Предварительно возможна тростка (объединение) проволок в пучки на тростильных машинах.
Электрический экран из металлополимерной ленты накладывается обмоткой по спирали с перекрытием на обмоточных машинах или продольно с перекрытием на операции наложения влагозащитной оболочки. Экран накладывается металлом внутрь, а под него подпускают медную луженую дренажную проволоку.
При изготовлении комбинированного экрана металлополимерную ленту подпускают продольно с перекрытием металлическим слоем кверху под оплетку или обмотку на оплеточной или обмоточной машине соответственно.
Влагозащитную оболочку и влагозащитный шланг накладывают преимущественно на экструзионных линиях.
Если трос изготавливается встраиваемым в оболочку, то оболочка наносится одновременно на подаваемые параллельно сердечник в поясной изоляции и экране и трос на экструзионной линии. Полимерная изоляция на трос накладывается также на экструзионной линии. Трос в сердечник закладывается в центр на операции скрутки сердечника из элементарных пучков.
Водоблокирующий слой накладывается преимущественно водоблокирующей лентой обмоткой по спирали на обмоточной машине.
Броня из круглых стальных оцинкованных проволок накладывается в виде оплетки или обмотки на оплеточных или бронировочных машинах, из стальных лент - обмоткой по спирали с перекрытием на лентообмоточных бронировочных машинах. При использовании ламинированных стальных лент броню накладывают продольно с использованием специальной гофрирующей и свертывающей установки совместно с наложением влагозащитного шланга.
Для подтверждения достигнутого результата было изготовлено два многожильных кабеля связи, содержащие по 25 пар в сердечнике.
Первый, длиной 1150 м, был изготовлен полностью по традиционной технологии, при этом в устройстве скрутки сердечника из элементарных пучков использовалась пассивная распределительная розетка, однозначно фиксировавшая местоположение каждого элементарного пучка по повивам по всей длине кабеля.
Второй, длиной 1200 м, был изготовлен по традиционной технологии, за исключением операции скрутки сердечника из элементарных пучков. В устройстве скрутки сердечника из элементарных пучков были использованы активная распределительная розетка и измеритель длины на одном из элементарных пучков, обеспечивших реализацию скрутки сердечника по данному изобретению. Через каждые 150 м элементарный пучок центрального повива заменялся предыдущим за ним по направлению скрутки, в результате чего длины каждого элементарного пучка в центре были одинаковы и равны 150 м, а также были равны длины, заложенные в следующем повиве, а следовательно, были примерно равны длины всех элементарных пучков.
На измерительной установке «AESA CORTAILLOD» были произведены измерения коэффициента затухания обоих кабелей.
Результаты измерений коэффициента затухания в зависимости от частоты, приведенные к 1 км длины и температуре 20°С кабеля, изготовленного полностью по традиционной технологии, представлены на графике фиг.5, кабеля, сердечник которого скручен по способу, являющемуся сутью данного изобретения, представлен на графике фиг.6.
Как видно на графике фиг.5, имеются две четко выраженные группы кривых: одна (нижняя) соответствует результатам измерения коэффициента затухания в парах, находящихся в элементарном пучке центрального повива (значение коэффициента затухания для них явно ниже, чем у остальных), и другая - соответствующая результатам измерений коэффициента затухания в парах остальных элементарных пучков верхнего повива.
На графике фиг.6 видно, что все кривые лежат достаточно кучно и в среднем, ниже, чем вторая группа кривых фиг.5. Это говорит о том, что длины элементарных пучков кабеля, сердечник которого скручен по способу, изложенному в данном изобретении, одинаковы между собой и немного меньше, чем длины пучков, лежащих в верхнем повиве традиционного кабеля, что подтверждает достигнутый результат.