绞制不仅包括导体的绞合、束合,还包括绝缘线芯的绞合(成缆),也包含了缆芯元件的绞合,基于此,文中仅阐述和讨论导体的绞合与束合,即导体绞制。
一、导体绞制概述
导体绞制是指将若干根相同直径或不同直径的单线,按一定的方向和一定的规则绞合在一起,成为一个整体的绞合线芯。由于采用单根导线时不易弯曲,柔软性差,给生产、运输、安装、敷设和使用都带来了困难;二是单根导线截面大,涡流损耗大,影响输电效果。采用导体绞制形式有效避免了这些问题的产生。
绞合的导线直接作为电线使用时,称为裸绞线,如钢芯铝绞线;如果是用作绝缘电线电缆的导体,则称为绞合线芯。
1、导体绞制的特点
1.1柔软性好
由于电线电缆在不同场合下使用,载流量不相同,导线截面也有大有小,随着导线截面增大,导线直径也随之增大,使导线弯曲发生困难,如果采用多根小直径的单线绞合起来,就可以提高导线的弯曲能力,便于电线电缆的加工制造和安装敷设。
1.2稳定性好
多根单线按一定方向和一定规则绞合起来的绞合线芯,由于在绞线中每一根单线的位置均轮流处在绞线上部的伸长区和绞线下部的压缩区,当绞线两端向下弯曲时,每根单线受到的伸长力和压缩力均相等,单线不会产生伸长和压缩,绞线也不会发生变形。假如多根单线不是绞合而是平行组合成线束,那么当线束弯曲时,上面的单线会嵌入线束中,下面的单线也由于长度改变而向线束中心压缩,这样就改变了线束的形状。
1.3可靠性好
用单线做电线电缆的导体,易受材料的不均匀性或制造中产生的缺陷而影响单根导电线芯的可靠性,用多根单线绞合的线芯,这样的缺陷就得以分散,不会集中到导线的某一点上,导线的可靠性要强得多,这种情况在导线的接头处尤为明显。
1.4强度高
同样截面大小的单线与多根绞线相比较,绞线的强度比同截面的单线强度要高。
2、导体绞制形式
导体绞制包括了导体的绞合和束合,其绞制形式主要分为正规绞合和不正规绞合(束丝)两种。
正规绞合可分为正规同心式单线绞合和正规同心式股线绞合(复绞)两种。正规同心式单线绞合又可分为普通绞线(铜、铝绞线)和组合绞线(钢芯铝绞线)两种。
2.1正规同心式单线绞合
2.1.1普通绞线
用同一直径的单线,按同心圆的方式,一层一层地有规则地绞合,每一层的绞向都相反,它们的中心层通常是一根单线或2~5根相同直径的单线绞合成的线芯,在它们的上面再绞上一层或几层单线。
2.1.2组合绞线
组合绞线的代表产品为架空输电线路用的钢芯铝绞线,它是由相同直径、不同材料或不同直径、不同材料的单线绞制而成。2.1.3正规同心式股线绞合(复绞线)
复绞线是由多股普通绞线或束线进行正规同心式绞合的绞线。复绞线的绞合方向一般与股线的绞合方向相反。
2.2不正规的单线绞合(束线)
束线是由多根单线以同一绞向不按绞合规律一起绞合而成的绞线,各单线之间的位置相互不固定,束线的外形也很难保持圆形。
由于束线的绞合全部是向一个方向,与普通绞线一层左向、一层右向的绞合不同,所以束线比普通绞线更柔软。
二、束线与绞线
1.1束线的特点
束线属于不规则绞合,由多根单线按同一绞向一起绞合而成,束线中各单线位置是不固定的,所以7根以上单线组成的束线,其外形很难保持圆整;再由于束线中各单线均向一个方向扭绞,在弯曲时,各单线之间滑动余量很大,抗弯曲力小,所以束线的弯曲性能好,对于需要柔软的电线电缆产品,大都采用束线芯。
1.2束线的重量计算
计算束线重量的公式为:
kmkgKZdW/42ρπ=
式中:W-束线重量;kg/km
d-束线中单线直径;mm
Z-束线中单线数量;
ρ-导体的密度(铜导体为8.89g/cm3);
K-束线的绞入系数(1.~1.)。
2、绞线计算中常用的基本参数
2.1绞线节距h
绞线中的单线绕绞线中心转一圈的轴向长度称为绞线节距。绞线中的单线与绞线径向之间有一个夹角(锐角)hα,称为绞入角。绞线节距、绞线横截面圆周hDπ(为绞线直径)和绞线一个节距单线展开长构成一个直角三角形。如图1DL
图1正规绞合单线展开图
2.2节径比m
节径比是绞线节距长度与绞线外径之比,用表示,即:hDmDhm=
节径比是绞线的重要参数之一。节径比大、即绞入角大,反映了绞合程度小;反之则绞合程度大。节径比小的导线,绞合较紧,结构比较稳定,导体弯曲性好、柔软,即允许弯曲α
半径小;但生产速度慢。节径比过小时,绞线中单线还会产生局部拱起,影响绞线的稳定性,因此,同心绞合的成品绞线都规定节径比不小于10。绞制导体时,最外层的节径比应最小,向里层逐渐增大。
2.3绞入系数λ和绞入率k
在绞线的一个节距中,单线展开长度要比一个节距长度要长,绞入系数Lhλ就是在绞线的一个节距中,单线展开长度与绞线节距的比值,Lhλ是大于1的数值。而单线展开长度与节距之差值与节距之比,以百分率表示时称为绞入率,用表示,即:k绞入系数αλsin1h==L
绞入率%)1(%×=×=λhhLk
绞入率越大,即绞制同样长度的单线,需要用较长的线,其主要用于生产材料和材料用量的计算。k
综上所述,节径比,绞入率k等都是绞线工艺的重要参数,它们关系到绞线的质量,关系到产品的稳定性,强度,电阻以及材料消耗和生产率等。m
3、导体绞制的绞向及绞合规律
3.1绞合方向
绞线方向分为右向和左向,具体判别方法是:摊开手掌(掌心正对自己),让四指平行于绞线的轴向,若伸开的右手大拇指方向与单线的斜出方向一致,绞向就是右向,也就是Z向;若伸开的左手大拇指方向与单线的斜出方向一致,绞向就是左向,也就是S向。如图2
a)右向(Z向)b)左向(S向)
图2绞线方向判断图
3.2绞合规律
同心式正规绞合除各层绞向相反外,在中心层单线根数固定的情况下,每层单线的根数也是固定的。
铝绞线和钢芯铝线最外层绞向为右向,电气装备用电线电缆和电力电缆用的铜铝导电线芯最外层绞向为左向。
除中心层为1根单线是例外情况,其余中心层为2~5根单线的同心式正规绞合,最常用的是中心层为1根、3根、4根结构,中心层为2根或5根的结构是不稳定结构,中心层为1根的结构最稳定,有最大的填充系数。
根据计算,同心式绞合每层单线根数永远比其相邻的内层多6.28根,取其整数,即永远是多6根,不论层数有多少,也不论中心层根数是2~5根中任何一种情况,均符合这个绞合规律,唯一例外情况是当中心层为1根时,其第1层绞线的单线数是6根,比中心层1根单线只多出5根。表1列出了中心单线根数不同时的绞线外径、各层单线根数及绞线总数的计算公式。表1绞线的计算公式
4、关于退扭绞合和不退扭绞合
导体绞制有两种方法,退扭绞合和不退扭绞合。
退扭绞合是装有放线盘的线盘架借助其上的特殊装置(退扭装置)在机器旋转时,使放线盘始终保持水平位置,在绞线时,单线只受挠曲作用,而不发生扭转作用。
不退扭绞合是装有放线盘的线盘架固定于绞笼上,当绞笼每旋转一转(°),放线盘跟着转一转,单线或绝缘线芯也扭转°。
退扭绞合常用于不紧压的绞合线芯,绞线中的单线没有扭转内应力,绞线结构稳定。不退扭绞合则多用于紧压圆形线芯和扇形线芯。
5、关于紧压异型导体
硬结构导体可分为紧压和非紧压两种,而紧压导体在50mm2以上时,可以做成紧压异型结构,紧压后的导体表面光滑,电场更均匀,也可减少外径,节约产品制造成本,而高压电缆必须为紧压圆型结构。公司所生产的紧压异型导体有半圆形、扇形(90°、°、°)、瓦楞形。
三、导体绞制设备
绞制设备的组成基本相同,除了主机外均有放线、牵引、收线、传动系统和控制系统等,文中对绞制设备的组成将不作详细的阐述。公司有绞制设备12台,管绞机3台(/6、/8、
/6),框绞机2台(/12+18+24、/6+12+18+24),叉绞机1台(/12+18),束丝机6台(、、各两台)。绞线机的规格以机组中放置被绞单线的放线盘数量和放线盘的侧板外径来表示,如/6型管绞机表示可装6个mm直径的线盘。按正规绞合的原则,后段比前段多装6个放线盘,例如6+12+18+24的四段式可装60个放线盘。由于束线是以收线部分起主要作用,束丝机的类型,按收线部分形式来命名,如束丝机,表示其收线盘的侧板外径为mm。
由于双牵引机构分线可靠,绞线无滑动,无损伤绞线的表面,所以使用较广泛,公司绞线机(管绞、叉绞、框绞)均采用双轮牵引。
1、管绞机
管绞机是退扭的高速绞线机,被广泛应用于铜、铝丝和钢芯铝绞线的绞制生产中,管绞机的规格和型号是按放线盘的数量和放线盘的直径来区分的,公司所用管绞机有6盘和8盘两种,放线盘的直径有mm、mm两个规格。管绞机主要由放线架、绞线笼体、模座、计米器、牵引轮、收排线架组成。管绞机的摇篮架沿机组轴线一字排列,外面是可以左右旋转的管状筒体,筒体壁上开有装卸线盘的窗口。
管绞机在绞制过程中,由于放线盘不发生旋转,单线从放线盘中放出后,经导轮,管壁至并线模处,随着管体的回转,单线并不绕自身的轴线转动,不产生单线扭转的情况,所以管绞机的绞制过程属于退扭绞合。
由于仅是筒体旋转,重量轻,旋转半径小,因此可达到很高的转速,缺点是机组旋转体较长。
公司的3台管绞机一般用于生产标称截面为10mm2、16mm2、25mm2、35mm2的线(见表2),/6管绞机也可生产4mm2/7/1.5mm的线,可以管绞机生产的是小截面的线。当筒体旋转一转,绞芯产生一个节距。
管绞机节距计算公式:
0nvh×=
式中:-绞合节距(mm)h
v-出线速度(m/min)
n-绞笼转速(r/min)
表2公司绞线设备所产常规导体
2、叉绞机
叉绞机属不退扭装置,适用于对单线略有变形无影响的产品用导体。其绞笼部分是由叉形架和空心轴构成,每个叉形架上可装置三个放线盘,叉形架交错排列以缩小放线长度和占地面积,由于叉绞的绞笼结构紧凑,放线盘贴近旋转空心轴,没有笼绞机的浮动摇篮部分,转动惯性小,所以可以提高转速,生产率比较高。
公司叉绞机只有/12+18一台,其常用于生产标称截面为35mm2、50mm2、70mm2、95mm2、mm2的线(见表2)。
3、框绞机
框绞机由绞体、并线模座、压型模座、计米器、牵引装置、收排线架和电气控制柜组成。绞体由绞体变速箱和绞笼组成。绞体变速箱是用来获得不同的绞笼速度,并和牵引变速箱配合获得不同的节距。绞体变速箱主轴即为绞机主轴,使整个机架的刚度大幅度提高,满足绞机高速旋转的要求。变速箱内置齿轮泵,使所有齿轮和轴承得到良好的润滑。绞笼分别由6盘、12盘、18盘、24盘框架构成。框架与前后绞盘和中间支承组成绞笼主体,其可正转、反转,以满足不同的生产需求。前绞盘亦是制动盘,采用气动盘片式夹钳刹车装置。绞笼出线端均装有接触断线自动发讯装置。
框绞机的线盘分装在垂直布局的四个框架上,中心轴不受线盘重量负荷,线盘在绞笼圆周方向成90°角分布,每组以一字型排列方式排列,绞笼回转半径小,其转速比相同规格的笼绞机提高一倍,绞笼也不用托轮,而是在两端用大轴承座支承,设备噪音小,线盘可单个上下,也可整体上下,由气动或电动夹紧,操作方便,缩短辅助时间,且有利于实现机械化和自动化上下线盘。单线放线张力用气动张力控制,可自动调节。缺点是不可退扭。
公司有/12+18+24、/6+12+18+24两台框绞机,框绞机生产的线有50mm2、70mm2、95mm2、mm2、mm2、mm2、mm2、mm2、mm2,框绞机生产的线有mm2、mm2、mm2、mm2、mm2、mm2、mm2、mm2、mm2(见表2)。
4、束丝机
要求单线直径很细,制成的导线特别柔软的绞合,不能采用上述的各种绞线机,只能采用束丝机。多个单线的放线盘分层、分排地放在固定支架上,一起通过分线板进入束合和收线盘的主机中。由回转体旋转使单线产生扭绞。由于束线机运转动作
均在收线部分,变速机均安装在转动的栏架里,地点受到限制,这就决定了束线机只能制成一个绞向、规格较小的产品。按收线盘外径的大小,可分为型、型、型、型、0型等。
束丝机由张力放线架、摇篮、保护罩、线篮升降装置和电气控制装置等组成。摇篮装于回转弓内,支撑在两根主轴上,由摇篮板、摇篮箱、牵引轮、排线、收线盘、支持装置组成。动力由主电机通过三角皮带传到主轴,再经换向齿轮传到排线、牵引和收线。线盘升降装置为一升降托盘,采用油压系统控制升或降,用于装卸收线盘。机器调速采用变频调速器,可以实现恒转距无级调速。
束丝机用于生产小截面的软绞线芯,公司有束丝机6台,、、各两台,分别生产1.5mm2、4mm2、10mm2及以下的线。公司束丝机常规生产线有0.5mm2、0.75mm2、1mm2、1.5mm2、2.5mm2、4mm2、6mm2、10mm2,进线直径主要有0.2mm、0.25mm、0.3mm、0.4mm、0.43mm、0.52mm、0.68mm。如果束制线作为复绞的股线,其绞向为右向。
5、束丝机和绞线机的比较
束丝机和绞线机是用于生产绞合线芯和裸绞线的两种主要设备,不论是束线机还是绞线机,都包含了两种运动,一是使所有单线围绕设备的中心轴作旋转运动,另一是使绞合导体作直线运动。这两种运动的组合,就使一组单线成为具有一定节距和绞向的束线或绞线。
束线机和绞线机的不同之处在于:绞线机上单线围绕设备中心轴的旋转运动,是在进入并线模之前完成的。绞线经过并线模后仅作直线运动,收线盘只起到把绞线绕在盘子上的作用。而束线机上单线围绕设备中心轴的旋转运动和束线的直线运动,都是在单线进入并线模之后同时进行的,即收线盘使束线同时作旋转和前进的两种运动,因而单线的放线盘可以安放在固定位置上。绞线机是放线部分常起主要作用,而束线机则是
以收线部分起主要作用。
四、绞线模具
公司所用绞线模具有木模、钨钢模、钻石模和压型模具等。木模用硬梨木作成哈夫式,生产中使用很方便,但寿命较短。钨钢模采用优质硬质合金模芯,具有硬度高,导热性好,摩擦系数小等特点。相比于其它模具,钻石模具有无可比拟的优越性,用其生产的绞线表面非常光滑。压型轮对各种规格形状的绞线起紧压作用,可生产出半圆形、扇形、瓦楞形等异型结构导体。五、产品质量
1、绞线质量要求
绞线节距、尺寸应符合工艺规定;导体不允许整体焊接。允许单线焊接或是冷压接线,接头应修理平整、光滑、任意两个接头间的距离应大于mm。压型线必须在压型模前接头;导线表面应光洁,无油污、毛刺、划伤等有损绝缘的缺陷;导体在存放和搬运过程中,应防止氧化变色、污染、碰撞及机械损伤。
2、影响绞线质量的主要因素
2.1单丝质量
单丝质量好坏直接影响到产品质量,因此要求单线表面光洁,不得有三角口、裂纹、夹杂物及其它有害的缺陷和机械损伤,还要求尺寸要圆整并符合线径公差规定,不允许有拉细现象,并且在线盘上要排列整齐。
2.2加工工艺
绞合时产生的废品,其主要表现形式为:单线扭绞过度,在内层或外层中有单线断裂,单线或绞线表面起翘或擦伤,单线跳线或个别拱出,不符合绞线结构要求。
2.3生产管理
在放线盘的运输中应避免由于磕碰而引起的机械损伤。铜、铝线存放地点应避免腐蚀介质和潮湿空气的侵袭,镀锡铜线在绞合中要注意保护锡层不受损伤。总之,在生产、运输及堆放的各个环节都应引起重视,来确保绞线产品的质量。
3、不合格品的产生原因及消除方法
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