CN107945965B - 高安全性应答器数据传输电缆及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高安全性应答器数据传输电缆，包括缆芯，所述缆芯包括有绝缘线芯、吸震气囊管和消防管，该绝缘线芯、吸震气囊管和消防管埋设于填充绳中，在缆芯上从内向外依次包覆有缓冲包带层、阻燃内护套、屏蔽层和外护套。其制造方法包括如下步骤：⑴分段拉丝；⑵铜丝退火；⑶铜丝清洗；⑷铜丝绞合；⑸线芯校圆；⑹线芯预热；⑺线芯挤塑；⑻绝缘线芯冷却；⑼绝缘线芯绞合；⑽并合功能管；⑾并合填充绳；⑿绕包缓冲包带层；⒀挤包内护套；⒁编织屏蔽层；⒂挤包外护层；⒃冷却电缆。本发明不仅具有良好的减震吸震功能，以保证缆芯结构稳定，而且能及时扑灭火警，保证电缆的安全可靠运行。
Description
技术领域
本发明涉及轨道交通用数据信息传输电缆，尤其涉及用于道旁点式数据处理器和地面电子单元信号控制设备的数据传输电缆。本发明还涉及该数据传输电缆的制备方法。
背景技术
应答器数据传输电缆是应用于列车控制系统中轨道电路点式应答器系统，连接点式应答器与地面电子单元信号控制设备的电缆，主要应用于时速在200km以上的电气化铁路的点式应答器系统。随着轨道交通事业的蓬勃发展，尤其是高速电气化铁路、城市轨道交通的兴起，铁路列车流量迅速增加，列车行车安全成为重中之重的工作，作为控制列车行车安全的中枢神经之一的应答器数据传输电缆有着举足轻重的作用。
连接点式应答器和地面电子单元的应答器数据传输电缆由于具有特殊的敷设环境和位置，因而对电缆的结构及性能也就有特殊的要求。地面电子单元是安装于轨旁室内的数据采集与处理单元，由于室内各种设备和电缆云集一处，室内空间狭小且闭塞，各种电缆之间磁场和信号相互干扰，长期工作处于工作状态的线芯发热，再加上难以避免的油污和潮湿，以及列车经过时的剧烈震动，因此要求连接室内电子单元控制设备的应答器数据传输电缆不仅具有良好的抗震性能、弯曲性能、抗强电磁干扰能力，而且具有高阻燃性和迅速灭火功能，以确保应答器数据信号的实时、准确和高安全、可靠地进行传输。
应答器数据传输电缆的数据传输可靠性的高低，除了与线路传输衰减常数和直流电阻有关外，还应减少信息传输的串音，提高抗干扰能力，而这些指标又与数据电缆的结构密切相关联。同时应答器数据传输电缆不仅工作环境复杂，而且往往与电力电缆等各种工作设备相邻，容易出现电缆发热或火警，一旦发生火警如不能及时扑灭火焰，数据传输电缆中用于传输数据的电缆线芯就会受到严重的威胁，甚至导致信号传输中断，这将给列车运行带来严重的安全问题。
现有的应答器数据传输电缆仍借用铁道行业标准《铁路信号电缆》进行生产制造，该电缆缆芯均由导体直径为1.0mm聚乙烯绝缘对绞线组或星形四线组构成，再在缆芯外挤包外护套等结构而构成，由于应答器数据电缆敷设环境较为复杂，在实际敷设中很容易形成折弯和挤压而发生线芯的变形错位，使对线组中的绝缘单线相互位置和节距等结构发生改变，继而影响电缆传输电气性能，带来数据传输的安全性和可靠性的下降；而且应答器数据传输电缆发生火灾时不能及时阻止火警漫延，更会给数据传输电缆带来致命的破坏。
发明内容
针对现有技术所存在的上述不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种高安全性应答器数据传输电缆，不仅具有良好的减震吸震功能，以保证缆芯结构稳定，而且能及时扑灭火警，保证电缆的安全可靠运行；本发明另一所要解决的技术问题是提供一种制造高安全性应答器数据传输电缆的方法。
为了解决上述技术问题，本发明的高安全性应答器数据传输电缆，包括缆芯，所述缆芯包括有绝缘线芯、吸震气囊管和消防管，该绝缘线芯、吸震气囊管和消防管埋设于填充绳中，在缆芯上从内向外依次包覆有缓冲包带层、阻燃内护套、屏蔽层和外护套。
本发明的一种优先实施方式，所述绝缘线芯包括若干相互绞合的线芯导体，在相互绞合的线芯导体上包覆有绝缘层。
本发明的一种优先实施方式，所述吸震气囊管为高弹性橡胶管，所述消防管为橡胶软管。
本发明的一种优先实施方式，所述缓冲包带层由发泡聚丙烯绝缘带绕包而成；所述阻燃内护套由低烟无卤阻燃材料挤包而成；所述屏蔽层为网状编织屏蔽层；所述外护套为线性低密度聚乙烯护套挤包层。
本发明制造上述高安全性应答器数据传输电缆的方法，该制造方法包括如下步骤：
⑴分段拉丝：采用具有多个拉丝模的拉丝机将φ8.00mm的铜杆拉制成直径为0.2mm的铜丝；
⑵铜丝退火：对φ0.2mm的铜丝进行连续退火，铜丝退火速度1500m/min—1550m/min，退火温度530℃—560℃，铜丝伸长率20%—25%之间；
⑶铜丝清洗：对退火后的铜丝采用超声波清洗后进行吹干，以去除清洗液和毛刺；
⑷铜丝绞合：将24根直径为0.2mm的铜丝按（3+9+12）的结构绞合成线芯导体束，线芯导体束的绞合节距与其外径比为14—17倍；
⑸线芯校圆：对线芯导体束进行校圆，使线芯导体束的圆整度大于99.7%；
⑹线芯预热：对校圆后的线芯导体束进行预热，预加热的线芯导体束长度为1m，预热温度为100℃—115℃。
⑺线芯挤塑：在预热的线芯导体束上挤包内绝缘层和外绝缘层而形成绝缘线芯，内绝缘层的厚度为0.1mm，外绝缘层的厚度为0.5mm，挤包速度为500 m/min；
⑻绝缘线芯冷却：对绝缘线芯进行分段冷却，先进行空气冷却，空气冷却温度为60℃—65℃，冷却长度为1m；再进行温水冷却，温水冷却温度为40℃—45℃，冷却长度为1.5m；然后进行常温水槽冷却至室温；
⑼绝缘线芯绞合：将两根绝缘线芯进行绞合，两根绝缘线芯绞合节距与其外径比为40—45倍；
⑽并合功能管：将吸震气囊管和消防管两根功能管沿长度方向平行地与绞合绝缘线芯并合；
⑾并合填充绳：将填充绳与绞合绝缘线芯、吸震气囊管和消防管进行并合而形成缆芯；
⑿绕包缓冲包带层：将发泡聚丙烯绝缘带绕包到缆芯上而形成缓冲包带层，发泡聚丙烯绝缘带厚度为0.2mm；
⒀挤包内护套：在缓冲包带层上挤包低烟无卤阻燃材料而形成阻燃内护套，阻燃内护套厚度为1.0mm；
⒁编织屏蔽层：在阻燃内护套上用软铜丝编织网状的屏蔽层，软铜丝直径为0.1mm，网状编织屏蔽层的编织密度为60%；
⒂挤包外护层：在屏蔽层上挤包线性低密度聚乙烯材料而形成外护套，外护套厚度为1.2mm；
⒃冷却电缆：将挤包后的外护套送入冷却水槽进行冷却，并在冷却后的电缆外护套表面喷涂派瑞林涂料而形成电缆成品。
进一步地，所述分段拉丝是先通过10个拉丝模将8.0mm的铜杆拉制成直径为2.0mm的细铜杆，再将直径2.0mm的铜杆经19个拉丝模拉制成直径为0.2mm的铜丝。
进一步地，所述线芯校圆采用纳米涂层模具进行校圆。
进一步地，所述吸震气囊管为高弹性橡胶管，使用时吸震气囊管中充入氮气或惰性气体。
进一步地，所述消防管为橡胶软管，使用时消防管中充入二氧化碳。
进一步地，所述填充绳为电缆阻燃填充绳。
在本发明中，由于电缆缆芯中设置有吸震气囊管，吸震气囊管具有很好的弹性和柔性，能够有效地起到吸收和减缓来自电缆外界的震动和冲击而对电缆结构的影响和破坏；充满气压的吸震气囊管也使得电缆在敷设折弯时能保持电缆有足够的弯曲弧度，避免对绝缘线芯结构的影响，同时带压的吸震气囊管也使得电缆变得更加圆整，因此该电缆缆芯中的吸震气囊管能够有效地保证电缆结构的稳定，使应答器数据传输电缆保持稳定的高传输频率和传输频宽，实现应答器信号的安全、可靠传输；该结构也增强了电缆的机械强度。又由于在电缆缆芯中设置有消防管，当发生火警时，火焰一旦烧及缆芯的消防管，消防管中的二氧化碳等消防剂从管中喷出而扑灭火焰，阻止火焰的继续漫延，既有效地保护了电缆缆芯中用于传输应答数据信号绝缘线芯的安全，保证数据的安全可靠传输，也避免火焰对相邻其他电缆的破坏，具有较高的安全保障；同时消防管中的灭火剂具有较高的热容，能够降低和稳定电缆缆芯的温升，既能避免高温升所带来的电缆老化，又可减少火警事故的发生。还由于在电缆缆芯外包覆有阻燃内护套和屏蔽层，进一步增强了电缆的阻燃效果和电缆的屏蔽性能，保证电缆电气性能的稳定可靠，既增强了电缆抵抗外界电磁干扰的能力，又有效控制电缆本身的电磁辐射。本发明高安全性应答器数据传输电缆还通过制造工序步骤和工艺参数的优选，确保电缆的合理结构和高质量，有效地保证了传输电缆优异的电气性能，特别适用于高速轨道交通的数据信号传输需要。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明高安全性应答器数据传输电缆一种具体实施方式的截面结构示意图。
图中，1—绝缘线芯、11—线芯导体、12—绝缘层；2—填充绳；3—吸震气囊管；4—缓冲包带层；5—阻燃内护套；6—屏蔽层；7—外护套；8—消防管。
具体实施方式
如图1所示的高安全性应答器数据传输电缆，该传输电缆的缆芯包括有绝缘线芯1、吸震气囊管3和消防管8，该绝缘线芯1、吸震气囊管3和消防管8均埋设于填充绳2中；在缆芯外从内向外依次包覆有缓冲包带层4、阻燃内护层5、屏蔽层6和外护套7。绝缘线芯1包括由24根直径为0.2mm的铜丝相互绞合而成的线芯导体11，24根直径为0.2mm的铜丝按（3+9+12）的结构形成排列成同心结构的铜丝导体束，在线芯导体11挤包有绝缘层12，该绝缘层12为双层绝缘层，它包括有厚度为0.1mm的内层绝缘层和厚度为0.5mm的外层绝缘层。吸震气囊管3是一根沿电缆长度方向布置的高弹性橡胶管，电缆使用时高弹性橡胶管中充入带有一定压力的氮气，也可以充入惰性气体，以使得高弹性橡胶管形成管状气囊结构，既具有减震吸震效果，又使得电缆结构更加圆整。消防管8为一根沿电缆长度方向布置的橡胶软管，在该橡胶软管中充入二氧化碳，当然也可以是其它灭火剂。填充绳2采用电缆用阻燃填充绳；缓冲包带层4为发泡聚丙烯绝缘带绕包带层，其厚度为0.2mm；阻燃内护套5由低烟无卤阻燃材料挤包而成，其厚度为1.0mm；屏蔽层6是由直径为0.1mm的软铜丝编织而成的网状编织屏蔽层，其密度为60%；外护套7是以线性低密度聚乙烯材料而挤包成的，外护套的厚度为1.2mm。
本发明用于制造上述高安全性应答器数据传输电缆的方法包括以下步骤：
⑴分段拉丝：采用具有多个拉丝模的拉丝机将φ8.00mm的铜杆拉制成直径为0.2mm的铜丝；首先将直径为8.0mm的铜杆通过一组10个拉丝模（拉丝模圆形孔径依次为：7.5mm、6.7 mm、5.9 mm、5.32 mm、4.74 mm、4.22 mm、3.76 mm、3.35 mm、2.99 mm、2.66 mm、2.37 mm、2.12 mm）拉制成直径为2.0mm的细铜杆；再用一组19个拉丝模（拉丝模圆形孔径依次为：1.85mm、1.65 mm、1.47 mm、1.312mm、1.169mm、1.04 mm、0.928 mm、0.827 mm、0.737mm、0.657 mm、0.586 mm、0.522 mm、、0.465mm、0.41mm、0.369 mm、0.329mm、0.293mm、0.26mm、0.208mm）将直径为2.0mm的铜线拉制成直径为0.2mm的圆铜丝。为保证圆铜丝的圆整性和光洁度，最后一道拉丝模拉丝模的孔径为0.208 mm±0.002mm。
⑵铜丝退火：采用接触式电阻连续退火工艺对0.2mm铜丝进行退火，铜丝退火速度保持在1500m/min—1550m/min，，退火温度为530℃—560℃，从而保持铜丝的伸长率在20%—25%之间，使其具有良好的机械性能。
⑶铜丝清洗：为保证成品电缆的性能，在铜丝退火冷却过程之后，对铜丝进行清洗和除毛刺，采用超声波清洗后进行热风吹干，以去除铜丝上存在少量拉丝液和钝化剂残留以及细小毛刺。
⑷铜丝绞合：将经过退火清洗处理后的24根直径为0.2mm的软圆铜丝按（3+9+12）结构形式排列成同心圆形状，开启绞制设备将24根直径为0.2mm的软圆铜丝同心绞合成线芯导体束，线芯导体束的绞合节距与其外径的比值控制在14-17倍之间，保持绞合节距的均匀性以及导体外观的圆整性。
⑸线芯校圆：采用圆整度（圆整度计算方法：1减去模具最大孔径与最小孔径之差除以最大孔径再乘以100%）不小于99.9%的纳米涂层模具对正在绞合的线芯导体束进行校圆处理，校圆纳米涂层模具内孔径是绞合铜导体的外径的96.5%，校圆后的绞合铜导体圆整度不小于99.7%，这样可以保证绝缘线芯的绝缘层与铜导体的同心度（同心度计算方法：1减去绝缘最大厚度与最小厚度之差与绝缘最大厚度与最小厚度之和的比值）达到99%以上。
⑹线芯预热：在校圆后的线芯导体束上挤塑，首先对校圆后的线芯导体束进行预热，预热温度设置为100℃—115℃，预加热的线芯导体束长度为1m。在对铜质线芯导体束进行预热的同时，将即将挤包到导体上的外层绝缘材料TPE混合物和内层绝缘材料低密度聚乙烯分别加入到挤塑机的储料箱中，对挤塑机的各区进行加热。
⑺线芯挤塑：为保证绝缘层与线芯导体束铜导体具有一定的粘附力，本产品采用的双层绝缘工艺，在预热的线芯导体束上挤包内绝缘层和外绝缘层而形成绝缘线芯，内层绝缘厚度为0.1mm，外层绝缘厚度为0.5mm，设定线芯导体束铜导体前行速度为500 m/min，即挤包速度为500 m/min，调节螺杆运行速度，保持绝缘材料连续不断地包覆在铜导体上，绝缘厚度达到设定要求。挤塑机一至五区加热温度分别设定为： 116℃、136℃、156℃、180℃、200℃，机颈和机头温度设定为220℃。
⑻绝缘线芯冷却：采用分段冷却方式对绝缘线芯进行分段冷却，这样做的好处是防止绝缘层冷却速度过快导致绝缘层开裂。冷却时，先进行空气冷却，空气冷却温度为60℃—65℃，冷却长度为1m；再进行温水冷却，温水冷却温度为40℃—45℃，冷却长度为1.5m；然后进行常温水槽冷却至室温。
⑼绝缘线芯绞合：在绞合成缆芯时，将两根绝缘线芯分别绕在两组导轮上，采用完全退扭技术对绝缘线芯进行退扭，每组导轮由两个导轮组成，导轮上设有U形槽，U形槽的底部宽度为绝缘线芯外径的1.5倍，绞合设备运行时，两根绝缘线芯不发生扭结变形，从而起到保护绝缘层和铜导体作用，使绝缘线芯保持柔顺性。两根绝缘线芯绞合节距与其外径比为40—45倍。绞合成缆芯过程中，通过恒张力控制系统，将所测量放线张力的实际值与给定张力值相比较，将偏差反馈给控制系统，产生控制作用，使实际张力与给定张力相等，在生产过程中线盘自身的重量会越来越小，控制系统会不断地对张力偏差作出调节，使线盘获得一个恒定涨紧力，从而保证绞合中绝缘线芯具有良好的对称性，也能保证绝缘线芯的绝缘层和导体不会被拉伸变形。
⑽并合功能管：将两根具有减震、消防功能的吸震气囊管和消防管沿长度方向平行地与绞合绝缘线芯并合。吸震气囊管为高弹性橡胶管，使用时吸震气囊管中充入氮气或惰性气体。所述消防管为橡胶软管，使用时消防管中充入水或二氧化碳。
⑾并合填充绳：将填充绳与绞合绝缘线芯、吸震气囊管和消防管进行并合而形成缆芯；填充绳采用电缆用阻燃填充绳。考虑到缆芯的圆整性，阻燃填充绳只填在绝缘线芯间隙中，不影响绝缘线芯在缆芯中的位置，目的是保持绝缘线芯在缆芯中位置的稳定性。
⑿绕包缓冲包带层：在缆芯外设有缓冲包带层，缓冲包带层采用一种具有泡孔的发泡聚丙烯绝缘带围绕缆芯绕包，发泡聚丙烯绝缘带厚度为0.2mm，绕包的发泡聚丙烯绝缘带边缘相互重叠，重叠量为带宽的20%。缓冲包带层具有对外界挤压力和冲击力缓释作用，能够很好地保护缆芯。
⒀挤包内护套：将低烟无卤阻燃护套材料加热塑化（各加热区温度设定为90℃、108℃、124℃、140℃、160℃，机颈和机头温度设定为162℃），通过一组挤塑模具（包括模芯和模套）将塑化后的低烟无卤阻燃护套材料连续挤包到缓冲包带层外，形成阻燃内护套，设定阻燃内护套标称厚度为1.0mm，调节挤塑机速度，使内护套厚度达到1.0mm,保持挤塑机挤出速度与收线速度均匀，从而保证内护套厚度均匀。
⒁编织屏蔽层：采用24锭编织屏蔽机在阻燃内护套上用软铜丝编织网状的屏蔽层，屏蔽层采用的编织丝是直径为0.1mm软圆纯铜丝，网状编织屏蔽层的编织密度为60%。
⒂挤包外护层：采用挤塑设备，在屏蔽层上挤包线性低密度聚乙烯材料而形成外护套，外护套厚度为1.2mm；挤塑设备各加热区温度设定为90℃、108℃、124℃、140℃、154℃，机颈和机头温度设定为155℃，保持挤塑机挤出速度与收线速度均匀，从而保证外护套厚度均匀。挤塑机各加热塑化温度，不允许有持续升温和降温现象，使其具有的耐磨性能、拉伸性能、撕裂性能、屈折性能、低温性能和气密性等。
⒃冷却电缆：将挤包后的外护套送入冷却水槽进行冷却，对冷却后的外护套喷涂派瑞林纳米涂料，采用气压推送技术，将派瑞林纳米涂料通过圆柱形密闭式内喷淋体从360度方向喷涂到外护套上，保持推送气压稳定，使派瑞林纳米涂料均匀不间断地喷涂在电缆外护套上，使外护套上均匀覆盖一层派瑞林纳米涂层，以形成电缆成品。
Claims (7)
1.一种高安全性应答器数据传输电缆，包括缆芯，其特征在于：所述缆芯包括有绝缘线芯(1)、吸震气囊管(3)和消防管(8)，该绝缘线芯(1)、吸震气囊管(3)和消防管(8)埋设于填充绳(2)中，所述吸震气囊管为高弹性橡胶管，使用时吸震气囊管中充入氮气或惰性气体；所述消防管为橡胶软管，使用时消防管中充入二氧化碳；在缆芯上从内向外依次包覆有缓冲包带层(4)、阻燃内护套(5)、屏蔽层(6)和外护套(7)。
2.根据权利要求1所述的高安全性应答器数据传输电缆，其特征在于：所述绝缘线芯(1)包括若干相互绞合的线芯导体(11)，在相互绞合的线芯导体(11)上包覆有绝缘层(12)。
3.根据权利要求1所述的高安全性应答器数据传输电缆，其特征在于：所述缓冲包带层(4)由发泡聚丙烯绝缘带绕包而成；所述阻燃内护套(5)由低烟无卤阻燃材料挤包而成；所述屏蔽层(6)为网状编织屏蔽层；所述外护套(7)为线性低密度聚乙烯护套挤包层。
4.一种制造权利要求1所述高安全性应答器数据传输电缆的方法，其特征在于：该制造方法包括如下步骤：
(1)分段拉丝：采用具有多个拉丝模的拉丝机将φ8.00mm的铜杆拉制成直径为0.2mm的铜丝；
(2)铜丝退火：对φ0.2mm的铜丝进行连续退火，铜丝退火速度1500m/min—1550m/min，退火温度530℃—560℃，铜丝伸长率20％—25％之间；
(3)铜丝清洗：对退火后的铜丝采用超声波清洗后进行吹干，以去除清洗液和毛刺；
(4)铜丝绞合：将24根直径为0.2mm的铜丝按3+9+12的结构绞合成线芯导体束，线芯导体束的绞合节距与其外径比为14—17倍；
(5)线芯校圆：对线芯导体束进行校圆，使线芯导体束的圆整度大于99.7％；
(6)线芯预热：对校圆后的线芯导体束进行预热，预加热的线芯导体束长度为1m，预热温度为100℃—115℃；
(7)线芯挤塑：在预热的线芯导体束上挤包内绝缘层和外绝缘层而形成绝缘线芯，内绝缘层的厚度为0.1mm，外绝缘层的厚度为0.5mm，挤包速度为500m/min；
(8)绝缘线芯冷却：对绝缘线芯进行分段冷却，先进行空气冷却，
空气冷却温度为60℃—65℃，冷却长度为1m；再进行温水冷却，
温水冷却温度为40℃—45℃，冷却长度为1.5m；然后进行常温水槽冷却至室温；
(9)绝缘线芯绞合：将两根绝缘线芯进行绞合，两根绝缘线芯绞合节距与其外径比为40—45倍；
(10)并合功能管：将吸震气囊管和消防管两根功能管沿长度方向平行地与绞合绝缘线芯并合；
(11)并合填充绳：将填充绳与绞合绝缘线芯、吸震气囊管和消防管进行并合而形成缆芯；
(12)绕包缓冲包带层：将发泡聚丙烯绝缘带绕包到缆芯上而形成缓冲包带层，发泡聚丙烯绝缘带厚度为0.2mm；
(13)挤包内护套：在缓冲包带层上挤包低烟无卤阻燃材料而形成阻燃内护套，阻燃内护套厚度为1.0mm；
(14)编织屏蔽层：在阻燃内护套上用软铜丝编织网状的屏蔽层，
软铜丝直径为0.1mm，网状编织屏蔽层的编织密度为60％；
(15)挤包外护层：在屏蔽层上挤包线性低密度聚乙烯材料而形成外护套，外护套厚度为1.2mm；
(16)冷却电缆：将挤包后的外护套送入冷却水槽进行冷却，并在冷却后的电缆外护套表面喷涂派瑞林涂料而形成电缆成品。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述分段拉丝是先通过10个拉丝模将8.0mm的铜杆拉制成直径为2.0mm的细铜杆，再将直径2.0mm的铜杆经19个拉丝模拉制成直径为0.2mm的铜丝。
6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述线芯校圆采用纳米涂层模具进行校圆。
7.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于：所述填充绳为电缆阻燃填充绳。
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