絞制不僅包括導體的絞合、 束合, 還包括絕緣線芯的絞合 (成 纜),也包含了纜芯元件的絞合,基于此,文中僅闡述和討論 導體的絞合與束合,即導體絞制。

一、導體絞制概述

導體絞制是指將若干根相同直徑或不同直徑的單線, 按一定 的方向和一定的規則絞合在一起,成為一個整體的絞合線芯。由于采用單根導線時不易彎曲,柔軟性差,給生產、運輸、 安裝、敷設和使用都帶來了困難;二是單根導線截面大,渦流 損耗大,影響輸電效果。采用導體絞制形式有效避免了這些問 題的產生。

絞合的導線直接作為電線使用時, 稱為裸絞線, 如鋼芯鋁絞 線;如果是用作絕緣電線電纜的導體,則稱為絞合線芯。

1、導體絞制的特點

1.1柔軟性好

由于電線電纜在不同場合下使用, 載流量不相同, 導線截面 也有大有小,隨著導線截面增大,導線直徑也隨之增大,使導 線彎曲發生困難,如果采用多根小直徑的單線絞合起來,就可 以提高導線的彎曲能力,便于電線電纜的加工制造和安裝敷 設。

1.2穩定性好

多根單線按一定方向和一定規則絞合起來的絞合線芯, 由于 在絞線中每一根單線的位置均輪流處在絞線上部的伸長區和 絞線下部的壓縮區,當絞線兩端向下彎曲時,每根單線受到的 伸長力和壓縮力均相等,單線不會產生伸長和壓縮,絞線也不 會發生變形。假如多根單線不是絞合而是平行組合成線束,那 么當線束彎曲時,上面的單線會嵌入線束中,下面的單線也由 于長度改變而向線束中心壓縮,這樣就改變了線束的形狀。

1.3可靠性好

用單線做電線電纜的導體, 易受材料的不均勻性或制造中產 生的缺陷而影響單根導電線芯的可靠性,用多根單線絞合的線芯,這樣的缺陷就得以分散,不會集中到導線的某一點上,導 線的可靠性要強得多,這種情況在導線的接頭處尤為明顯。

1.4強度高

同樣截面大小的單線與多根絞線相比較, 絞線的強度比同截 面的單線強度要高。

2、導體絞制形式

導體絞制包括了導體的絞合和束合, 其絞制形式主要分為正 規絞合和不正規絞合(束絲)兩種。

正規絞合可分為正規同心式單線絞合和正規同心式股線絞 合 (復絞) 兩種。正規同心式單線絞合又可分為普通絞線 (銅、 鋁絞線)和組合絞線(鋼芯鋁絞線)兩種。

2.1正規同心式單線絞合

2.1.1普通絞線

用同一直徑的單線, 按同心圓的方式, 一層一層地有規則地 絞合,每一層的絞向都相反,它們的中心層通常是一根單線或 2~5根相同直徑的單線絞合成的線芯,在它們的上面再絞上一 層或幾層單線。

2.1.2組合絞線

組合絞線的代表產品為架空輸電線路用的鋼芯鋁絞線, 它是 由相同直徑、 不同材料或不同直徑、 不同材料的單線絞制而成。2.1.3正規同心式股線絞合(復絞線)

復絞線是由多股普通絞線或束線進行正規同心式絞合的絞 線。復絞線的絞合方向一般與股線的絞合方向相反。

2.2不正規的單線絞合(束線)

束線是由多根單線以同一絞向不按絞合規律一起絞合而成 的絞線,各單線之間的位置相互不固定,束線的外形也很難保 持圓形。

由于束線的絞合全部是向一個方向,與普通絞線一層左向、 一層右向的絞合不同,所以束線比普通絞線更柔軟。

二、束線與絞線

1.1束線的特點

束線屬于不規則絞合,由多根單線按同一絞向一起絞合而 成,束線中各單線位置是不固定的,所以 7根以上單線組成的 束線,其外形很難保持圓整;再由于束線中各單線均向一個方 向扭絞,在彎曲時,各單線之間滑動余量很大,抗彎曲力小, 所以束線的彎曲性能好,對于需要柔軟的電線電纜產品,大都 采用束線芯。

1.2束線的重量計算

計算束線重量的公式為:

kmkgKZdW /42ρπ⋅⋅⋅ =

式中:W - 束線重量; kg/km

d- 束線中單線直徑; mm

Z- 束線中單線數量;

ρ- 導體的密度(銅導體為 8.89g/cm3);

K- 束線的絞入系數 (1.006~1.008) 。

2、絞線計算中常用的基本參數

2.1絞線節距 h

絞線中的單線繞絞線中心轉一圈的軸向長度稱為絞線節距。絞 線中的單線與絞線徑向之間有一個夾角(銳角) h α,稱為絞入 角。絞線節距、絞線橫截面圓周 hD π(為絞線直徑)和絞線一 個節距單線展開長構成一個直角三角形。如圖 1 DL

2.2節徑比 m

節徑比是絞線節距長度與絞線外徑之比,用表示,即:hDm D hm=

節徑比是絞線的重要參數之一。節徑比大、即絞入角大,反映 了絞合程度小;反之則絞合程度大。節徑比小的導線,絞合較 緊,結構比較穩定,導體彎曲性好、柔軟,即允許彎曲α

半徑小;但生產速度慢。節徑比過小時,絞線中單線還會產生 局部拱起,影響絞線的穩定性,因此,同心絞合的成品絞線都 規定節徑比不小于 10。絞制導體時,最外層的節徑比應最小, 向里層逐漸增大。

2.3 絞入系數 λ和絞入率 k

在絞線的一個節距中,單線展開長度要比一個節距長度要長, 絞入系數 Lh λ就是在絞線的一個節距中,單線展開長度與絞線 節距的比值, Lh λ是大于 1的數值。而單線展開長度與節距之差 值與節距之比,以百分率表示時稱為絞入率,用表示,即:k 絞入系數 αλsin1h==L

絞入率 %100)1(%100×−=×−=λhhLk

絞入率越大,即絞制同樣長度的單線,需要用較長的線,其主 要用于生產材料和材料用量的計算。k

綜上所述,節徑比,絞入率 k 等都是絞線工藝的重要參數,它 們關系到絞線的質量,關系到產品的穩定性,強度,電阻以及 材料消耗和生產率等。m

3、導體絞制的絞向及絞合規律

3.1絞合方向

絞線方向分為右向和左向, 具體判別方法是:攤開手掌 (掌 心正對自己),讓四指平行于絞線的軸向,若伸開的右手大拇 指方向與單線的斜出方向一致,絞向就是右向,也就是 Z 向; 若伸開的左手大拇指方向與單線的斜出方向一致,絞向就是左 向,也就是 S 向。如圖 2

a)右向(Z 向) b)左向(S 向)

3.2絞合規律

同心式正規絞合除各層絞向相反外, 在中心層單線根數固定 的情況下,每層單線的根數也是固定的。

鋁絞線和鋼芯鋁線最外層絞向為右向, 電氣裝備用電線電纜 和電力電纜用的銅鋁導電線芯最外層絞向為左向。

除中心層為 1根單線是例外情況,其余中心層為 2~5根單線 的同心式正規絞合,最常用的是中心層為 1根、 3根、 4根結構, 中心層為 2根或 5根的結構是不穩定結構,中心層為 1根的結構 最穩定,有最大的填充系數。

根據計算, 同心式絞合每層單線根數永遠比其相鄰的內層多 6.28根,取其整數,即永遠是多 6根,不論層數有多少,也不 論中心層根數是 2~5根中任何一種情況,均符合這個絞合規 律,唯一例外情況是當中心層為 1根時,其第 1層絞線的單線數 是 6根,比中心層 1根單線只多出 5根。表 1列出了中心單線根數 不同時的絞線外徑、各層單線根數及絞線總數的計算公式。表 1 絞線的計算公式

4、關于退扭絞合和不退扭絞合

導體絞制有兩種方法,退扭絞合和不退扭絞合。

退扭絞合是裝有放線盤的線盤架借助其上的特殊裝置 (退扭 裝置) 在機器旋轉時, 使放線盤始終保持水平位置, 在絞線時, 單線只受撓曲作用,而不發生扭轉作用。

不退扭絞合是裝有放線盤的線盤架固定于絞籠上, 當絞籠每 旋轉一轉(360°),放線盤跟著轉一轉,單線或絕緣線芯也 扭轉 360°。

退扭絞合常用于不緊壓的絞合線芯, 絞線中的單線沒有扭轉 內應力,絞線結構穩定。不退扭絞合則多用于緊壓圓形線芯和 扇形線芯。

5、關于緊壓異型導體

硬結構導體可分為緊壓和非緊壓兩種, 而緊壓導體在 50mm 2以上 時,可以做成緊壓異型結構,緊壓后的導體表面光滑,電場更 均勻,也可減少外徑,節約產品制造成本,而高壓電纜必須為 緊壓圓型結構。公司所生產的緊壓異型導體有半圓形、扇形 (90°、 100°、 120°)、瓦楞形。

三、導體絞制設備

絞制設備的組成基本相同, 除了主機外均有放線、 牽引、 收 線、傳動系統和控制系統等,文中對絞制設備的組成將不作詳 細的闡述。公司有絞制設備 12臺,管絞機 3臺(400/6、 400/8、

500/6),框絞機 2臺(500/12+18+24、 630/6+12+18+24),叉 絞機 1臺(500/12+18),束絲機 6臺(400、 500、 630各兩臺)。絞線機的規格以機組中放置被絞單線的放線盤數量和放線 盤的側板外徑來表示,如 400/6型管絞機表示可裝 6個 400mm 直 徑的線盤。按正規絞合的原則,后段比前段多裝 6個放線盤, 例如 6+12+18+24的四段式可裝 60個放線盤。由于束線是以收線 部分起主要作用,束絲機的類型,按收線部分形式來命名,如 630束絲機,表示其收線盤的側板外徑為 630mm 。

由于雙牽引機構分線可靠, 絞線無滑動, 無損傷絞線的表面, 所以使用較廣泛,公司絞線機(管絞、叉絞、框絞)均采用雙 輪牽引。

1、管絞機

管絞機是退扭的高速絞線機, 被廣泛應用于銅、 鋁絲和鋼芯 鋁絞線的絞制生產中,管絞機的規格和型號是按放線盤的數量 和放線盤的直徑來區分的,公司所用管絞機有 6盤和 8盤兩種, 放線盤的直徑有 400mm 、 500mm 兩個規格。管絞機主要由放線架、 絞線籠體、模座、計米器、牽引輪、收排線架組成。管絞機的 搖籃架沿機組軸線一字排列,外面是可以左右旋轉的管狀筒 體,筒體壁上開有裝卸線盤的窗口。

管絞機在絞制過程中, 由于放線盤不發生旋轉, 單線從放線 盤中放出后,經導輪,管壁至并線模處,隨著管體的回轉,單 線并不繞自身的軸線轉動,不產生單線扭轉的情況,所以管絞 機的絞制過程屬于退扭絞合。

由于僅是筒體旋轉, 重量輕, 旋轉半徑小, 因此可達到很高 的轉速,缺點是機組旋轉體較長。

公司的 3臺管絞機一般用于生產標稱截面為 10mm 2、 16mm 2、 25mm 2、 35mm 2的線 (見表 2) , 400/6管絞機也可生產 4mm 2/7/1.5mm的線,可以管絞機生產的是小截面的線。當筒體旋轉一轉,絞 芯產生一個節距。

管絞機節距計算公式:

1000nvh×=

式中:- 絞合節距(mm ) h

v- 出線速度(m/min)

n- 絞籠轉速(r/min)

表 2 公司絞線設備所產常規導體

2、叉絞機

叉絞機屬不退扭裝置, 適用于對單線略有變形無影響的產品 用導體。其絞籠部分是由叉形架和空心軸構成,每個叉形架上 可裝置三個放線盤,叉形架交錯排列以縮小放線長度和占地面 積,由于叉絞的絞籠結構緊湊,放線盤貼近旋轉空心軸,沒有 籠絞機的浮動搖籃部分,轉動慣性小,所以可以提高轉速,生 產率比較高。

公司叉絞機只有 500/12+18一臺,其常用于生產標稱截面為 35mm 2、 50mm 2、 70mm 2、 95mm 2、 120mm 2的線(見表 2)。

3、框絞機

框絞機由絞體、并線模座、壓型模座、計米器、牽引裝置、 收排線架和電氣控制柜組成。絞體由絞體變速箱和絞籠組成。絞體變速箱是用來獲得不同的絞籠速度,并和牽引變速箱配合 獲得不同的節距。絞體變速箱主軸即為絞機主軸,使整個機架 的剛度大幅度提高,滿足絞機高速旋轉的要求。變速箱內置齒 輪泵,使所有齒輪和軸承得到良好的潤滑。絞籠分別由 6盤、 12盤、 18盤、 24盤框架構成。框架與前后絞盤和中間支承組成 絞籠主體,其可正轉、反轉,以滿足不同的生產需求。前絞盤 亦是制動盤,采用氣動盤片式夾鉗剎車裝置。絞籠出線端均裝 有接觸斷線自動發訊裝置。

框絞機的線盤分裝在垂直布局的四個框架上, 中心軸不受線 盤重量負荷,線盤在絞籠圓周方向成 90°角分布,每組以一字 型排列方式排列,絞籠回轉半徑小,其轉速比相同規格的籠絞 機提高一倍,絞籠也不用托輪,而是在兩端用大軸承座支承, 設備噪音小,線盤可單個上下,也可整體上下,由氣動或電動 夾緊,操作方便,縮短輔助時間,且有利于實現機械化和自動 化上下線盤。單線放線張力用氣動張力控制,可自動調節。缺 點是不可退扭。

公司有 500/12+18+24、 630/6+12+18+24兩臺框絞機, 500框絞 機生產的線有 50mm 2、 70 mm2、 95 mm2、 120 mm2、 150 mm2、 185 mm 2、 240 mm 2、 300 mm 2、 400 mm 2, 630框絞機生產的 線有 120 mm2、 150 mm2、 120 mm2、 150 mm2、 185 mm2、 240 mm 2、 300 mm2、 400 mm2、 630 mm2(見表 2)。

4、束絲機

要求單線直徑很細, 制成的導線特別柔軟的絞合, 不能采用 上述的各種絞線機, 只能采用束絲機。多個單線的放線盤分層、 分排地放在固定支架上,一起通過分線板進入束合和收線盤的 主機中。由回轉體旋轉使單線產生扭絞。由于束線機運轉動作

均在收線部分, 變速機均安裝在轉動的欄架里, 地點受到限制, 這就決定了束線機只能制成一個絞向、規格較小的產品。按收 線盤外徑的大小,可分為 200型、 400型、 500型、 630型、 1000型等。

束絲機由張力放線架、 搖籃、 保護罩、 線籃升降裝置和電氣 控制裝置等組成。搖籃裝于回轉弓內,支撐在兩根主軸上,由 搖籃板、搖籃箱、牽引輪、排線、收線盤、支持裝置組成。動 力由主電機通過三角皮帶傳到主軸,再經換向齒輪傳到排線、 牽引和收線。線盤升降裝置為一升降托盤,采用油壓系統控制 升或降,用于裝卸收線盤。機器調速采用變頻調速器,可以實 現恒轉距無級調速。

束絲機用于生產小截面的軟絞線芯, 公司有束絲機 6臺, 400、 500、 630各兩臺,分別生產 1.5mm 2、 4mm 2、 10mm 2及以下的線。公司束絲機常規生產線有 0.5mm 2、 0.75mm 2、 1mm 2、 1.5mm 2、 2.5mm 2、 4mm 2、 6mm 2、 10mm 2,進線直徑主要有 0.2mm 、 0.25mm 、 0.3mm 、 0.4mm 、 0.43mm 、 0.52mm 、 0.68mm 。如果束制線作為復絞的股 線,其絞向為右向。

5、束絲機和絞線機的比較

束絲機和絞線機是用于生產絞合線芯和裸絞線的兩種主要 設備,不論是束線機還是絞線機,都包含了兩種運動,一是使 所有單線圍繞設備的中心軸作旋轉運動,另一是使絞合導體作 直線運動。這兩種運動的組合,就使一組單線成為具有一定節 距和絞向的束線或絞線。

束線機和絞線機的不同之處在于:絞線機上單線圍繞設備中 心軸的旋轉運動,是在進入并線模之前完成的。絞線經過并線 模后僅作直線運動,收線盤只起到把絞線繞在盤子上的作用。而束線機上單線圍繞設備中心軸的旋轉運動和束線的直線運 動,都是在單線進入并線模之后同時進行的,即收線盤使束線 同時作旋轉和前進的兩種運動,因而單線的放線盤可以安放在 固定位置上。絞線機是放線部分常起主要作用,而束線機則是

以收線部分起主要作用。

四、絞線模具

公司所用絞線模具有木模、鎢鋼模、鉆石模和壓型模具等。木 模用硬梨木作成哈夫式,生產中使用很方便,但壽命較短。鎢 鋼模采用優質硬質合金模芯,具有硬度高,導熱性好,摩擦系 數小等特點。相比于其它模具, 鉆石模具有無可比擬的優越性, 用其生產的絞線表面非常光滑。壓型輪對各種規格形狀的絞線 起緊壓作用, 可生產出半圓形、 扇形、 瓦楞形等異型結構導體。五、產品質量

1、絞線質量要求

絞線節距、 尺寸應符合工藝規定; 導體不允許整體焊接。允 許單線焊接或是冷壓接線,接頭應修理平整、光滑、任意兩個 接頭間的距離應大于 300mm 。壓型線必須在壓型模前接頭;導 線表面應光潔,無油污、毛刺、劃傷等有損絕緣的缺陷;導體 在存放和搬運過程中,應防止氧化變色、污染、碰撞及機械損 傷。

2、影響絞線質量的主要因素

2.1單絲質量

單絲質量好壞直接影響到產品質量,因此要求單線表面光潔, 不得有三角口、裂紋、夾雜物及其它有害的缺陷和機械損傷, 還要求尺寸要圓整并符合線徑公差規定,不允許有拉細現象, 并且在線盤上要排列整齊。

2.2加工工藝

絞合時產生的廢品, 其主要表現形式為:單線扭絞過度, 在 內層或外層中有單線斷裂,單線或絞線表面起翹或擦傷,單線 跳線或個別拱出,不符合絞線結構要求。

2.3生產管理

在放線盤的運輸中應避免由于磕碰而引起的機械損傷。銅、 鋁線存放地點應避免腐蝕介質和潮濕空氣的侵襲,鍍錫銅線在 絞合中要注意保護錫層不受損傷。總之,在生產、運輸及堆放 的各個環節都應引起重視,來確保絞線產品的質量。

3、不合格品的產生原因及消除方法

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