CN107945969A - 一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆及其制备方法，该电缆主体部分主要有动力线芯及控制线芯构成，其中包括由动力线导体、动力线绝缘层、隔离层、屏蔽层、隔离层、控制线导体、控制线绝缘、隔离层和护套层以及填芯组成。该电缆在满足轨道交通常规供电系统对电缆特性的要求，如优异的电性能，抗紫外线和低烟无卤阻燃等环保性能外，还具有耐大气老化、抗酸碱油污腐蚀性能，同时实现了动力和控制信号组合，使电缆能够同时进行动力传输和信号控制，实现了“一缆多功”，减少工程施工量，方便了使用。

Description

一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种地铁及轻轨轨道交通用直流牵引电缆及其制备方法，主要应用于地铁及轻轨轨道交通直流1500V及以下新型耐大气老化、抗腐蚀轨道交通直流牵引组合电缆牵引供电系统作动力及控制传输线。
背景技术
21世纪是我国城市轨道交通迅速发展（包括地铁、地面轻轨、高架轻轨）的时期，地铁与其它交通工具相比，具有行车速度快、旅客运送量大、不占用地面空间、环保无尾气排放等特点，是解决目前城市交通拥挤、尾气排放造成空气污染的有效办法。随着城市的快速发展，功能的日益复杂以及人口的急剧增多，建设快速的地下轨道交通网络已刻不容缓。轨道交通1500V及以下直流牵引系统用电缆作为其重要配套产品，已得到了广泛的应用。目前应用于轨道交通系统的直流牵引电缆还存在一些问题，主要表现一方面，为长期耐大气日光老化及抗酸碱油污腐蚀性较差，敷设于隧道外长期暴露于空气中或敷设于存在酸碱油污场合，电缆使用寿命缩短，可靠性降低；另一方，电缆功能单一一般只具有传输动力的功能，不具备信号控制功能，在电缆敷设施工时需要分别敷设动力电缆和控制电缆增加工程的敷设量，另外多种电缆同时使用，占用大量空间。
发明内容
本发明针对现有技术的不足提供一种耐大气老化、抗腐蚀轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，该电缆不但具有常规直流牵引电缆优异的电性能，较高的安全可靠性以及环保性能等，还具有优异的耐日光大气老化，抗酸碱油污腐蚀等性能，满足恶劣工作场合的使用要求，同时电缆中设置有控制线芯，同时能够实现动力和控制信号的共同传输功能。
本发明还公开了一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆的制备方法。
本发明所述的一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，包括设置在电缆中心的动力线芯，所述的动力线芯外依次绕包第一隔离层和第二隔离层，在第一隔离层与第二隔离层之间编织屏蔽层，在第二隔离层外设有控制线芯层，在控制线芯层外绕包第三隔离层，最后在第三隔离层外挤包外护套；所述的控制线芯层由多根控制线芯和至少一个填芯以围成圆的形式组合而成，控制线芯的数量大于填芯的数量，控制线芯的直径与填芯的直径大小相同。
进一步改进，所述的动力线芯由动力线导体以及挤包在动力线导体外的耐热90度的柔性乙丙橡皮绝缘层构成，其中动力线导体采用镀锡铜芯软导体。
进一步改进，所述的控制线芯由控制线导体以及挤包在控制线导体外的耐热90度的柔性乙丙橡皮绝缘层构成，其中，所述的控制线芯导体采用放置芳纶纤维作为加强芯的镀锡铜芯软导体。
进一步改进，所述的动力线芯外的屏蔽层采用镀锡铜丝编织结构，编织密度不小于85%。
进一步改进，所述外护套采用耐温等级达180℃的硅橡胶橡皮混合物材料制成的耐热热固性无卤硅橡胶橡皮弹性体护套。
一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆的制备方法，包括如下步骤：
1）首先，动力线芯导体和控制线芯导体采用符合GB/T3956-2008第5类结构的镀锡铜芯软导体，导体生产经过拉丝—退火—镀锡—束丝—复绞几个阶段，先通过采用束绞的将铜单线形成股线，然后将股线经过复绞方式形成导体，生产过程通过拉丝机、退火机、束丝机和绞线机完成，其中控制线芯在束绞同时加入芳纶线芯加强件一起绞合；
2）通过挤橡连续硫化生产线将绝缘橡皮均匀的挤包在动力线芯导体和控制线芯导体上，然后经密闭的高压蒸汽管道加热连续硫化，再经密闭的高压水冷管道冷却形成动力线芯和控制线芯，对线芯进行冷却固定成形，整个装置采用水、汽平衡，自动控制水、汽压力；生产过程中主要的工艺参数为：挤橡塑化温度：55~85℃，其中加料段为55℃，塑化段为75~85℃左右，蒸汽管段的压力控制在0.9~1.1MPa之间，动力线芯绝缘速度控制在7~11min/m之间，控制线芯绝缘控制10~20min/m之间，依据蒸汽压力和线速度二者进行适当的搭配调整，确保绝缘橡皮得到充分硫化；
3）通过绕包机在动力线芯外绕包采用聚酯带重叠绕包的第一隔离套，搭盖率控制在15%以上；
4）通过高速编织机在第一隔离套外编织镀锡铜丝，丝径在0.20~0.30mm之间，依据不同的规格选用不同的丝径，通过调整并丝根数和编织节距，使编织密度达到85%以上；
5）再通过绕包机在动力线芯外绕包采用聚酯带重叠绕包的第二隔离套，搭盖率控制在15%以上；
6）通过笼绞机将多根控制线芯均匀绞合在第二隔离套外围，线芯表面印有数组编号，以示区别方面接线，绞合节径比空在13~16倍范围内，若控制线芯数量较少，不能完全排列，多余空隙采用与控制线等同外径的填芯设置；
7）多根控制线芯和填芯绞合后表面缠绕加强型无纺布进行扎紧隔离；
8）将混炼胶通过挤橡机均匀包覆在电缆最外层，然后经密闭的高压蒸汽管道加热连续硫化，再经密闭的高压冷却水管道形成外护套，对外护套进行冷却固定成形，整个装置采用水、汽平衡，自动控制水、汽压力；生产过程中主要的工艺参数为：挤橡温度要严格控制，整个挤出过程，机身各段不能加热，还需要不断冷却，确保挤橡温度不超过40℃，以确保硅橡胶不发生先期硫化；线速度控制在7~15min/m之间，依据蒸汽压力和线速度二者进行适当的搭配调整，确保绝缘橡皮得到充分硫化。
进一步改进，步骤2）中所述的绝缘橡皮为采用进口美国陶氏化学牌号为3722P乙丙橡胶和多种配合剂通过密炼机和开炼机进行混炼制成的硫化混合物橡皮，绝缘橡皮主要性能：介电强度达到35kV/mm以上，绝缘体积电阻率达到1×1016Ω·mm以上，抗拉强度达到7.0MPa以上；护套橡皮的主要性能：抗拉强度达到10.0MPa以上，断裂伸长率300%以上，硬度不超过85A。
进一步改进，步骤8）中所述的混炼胶为耐温等级达180℃的硅橡胶橡皮混合物材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明绝缘采用乙丙橡皮弹性体材料，通过连续挤橡及硫化工艺，实现具有优良电性能，同时乙丙橡皮混合物通过高温高压的蒸汽管道，由易于变形的热塑性高分子聚合物变为具有高弹性、较高韧性的热固性高分子聚合物。与交联聚乙烯绝缘电缆相比，电缆绝缘更加柔软，且具有弹性，能够满足于电缆在狭小环境中使用时，承受过度弯曲的要求。同时乙丙橡胶混合物绝缘与交联聚乙烯绝缘相比，具有更好的耐水性，即使有水汽侵入，仍能保持有较高的绝缘电阻。
本发明在电缆中设置了控制线芯，使电缆在传输动力的同时，具有信号的传输，实现了一根电缆同时具有传输动力和信号的功能，满足了轨道交通供电系统多样化的功能需求，避免了需要分别敷设动力电缆和信号电缆，节省了工程施工量和敷设空间。另外，控制线芯导体中设计了芳纶纤维加强芯，防止电缆在过度弯曲使用和敷设时受力过大而导致电缆断芯故障的发生，增加了整个电缆的可靠性。
本发明在动力线芯外面设置了屏蔽层，该屏蔽层采用镀锡铜丝编织，可确保整个电缆的柔韧性，同时编织密度达到85%以上，可有效将动力线芯发射的电磁波进行屏蔽，防止对外围控制线传输产生干扰。
本发明的护套层采用无卤阻燃高抗撕硅橡胶材料，通过连续挤橡及硫化工艺实现由易于变形的热塑性高分子聚合物变为具有高弹性、较高韧性的热固性高分子聚合物。与常规轨道交通电缆护套材料相比，该材料具有优异耐热性能，耐温等级达到180℃以上，同时还有具有良好的耐日光大气老化及耐酸碱油污腐蚀，满足轨道交通电缆部分敷设于隧道外长期暴露于大气中或敷设于存在油污的恶劣工作场合的需要，确保电缆的使用寿命和长期稳定运行。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下通过具体实施方式，并结合附图对发明作进一步说明。
如图1所示，一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，包括设置在电缆中心的动力线芯10，所述的动力线芯由动力线导体1以及挤包在动力线导体外的耐热90度的柔性乙丙橡皮绝缘层2构成，其中动力线导体采用镀锡铜芯软导体；
在动力线芯外依次绕包第一隔离层3和第二隔离层5，在第一隔离层与第二隔离层之间编织屏蔽层4，在第二隔离层外设有控制线芯层，在控制线芯层外绕包第三隔离层8，最后在第三隔离层外挤包采用耐温等级达180℃的硅橡胶橡皮混合物材料制成的耐热热固性无卤硅橡胶橡皮弹性体护套的外护套9；所述的控制线芯层由多根控制线芯11和至少一个填芯以围成圆的形式组合而成，控制线芯的数量大于填芯12的数量，控制线芯的直径与填芯的直径大小相同；所述的控制线芯由控制线导体6以及挤包在控制线导体外的耐热90度的柔性乙丙橡皮绝缘层7构成，其中控制线芯导体采用放置芳纶纤维作为加强芯的镀锡铜芯软导体。
一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆的制备方法，具体步骤如下：
1）首先，动力线芯导体和控制线芯导体采用符合GB/T3956-2008第5类结构的镀锡铜芯软导体，导体生产经过拉丝—退火—镀锡—束丝—复绞几个阶段，先通过采用束绞的将铜单线形成股线，然后将股线经过复绞方式形成导体，生产过程通过拉丝机、退火机、束丝机和绞线机完成，其中控制线芯在束绞同时加入芳纶线芯加强件一起绞合；
2）通过挤橡连续硫化生产线将绝缘橡皮均匀的挤包在动力线芯导体和控制线芯导体上，然后经密闭的高压蒸汽管道加热连续硫化，再经密闭的高压水冷管道冷却形成动力线芯和控制线芯，对线芯进行冷却固定成形，整个装置采用水、汽平衡，自动控制水、汽压力；生产过程中主要的工艺参数为：挤橡塑化温度：55~85℃，其中加料段为55℃，塑化段为75~85℃左右，蒸汽管段的压力控制在0.9~1.1MPa之间，动力线芯绝缘速度控制在7~11min/m之间，控制线芯绝缘控制10~20min/m之间，依据蒸汽压力和线速度二者进行适当的搭配调整，确保绝缘橡皮得到充分硫化；
3）通过绕包机在动力线芯外绕包采用聚酯带重叠绕包的第一隔离套，搭盖率控制在15%以上，绕包层要确保紧密、平服无褶皱、漏包等质量缺陷；
4）通过高速编织机在第一隔离套外编织镀锡铜丝，丝径在0.20~0.30mm之间，依据不同的规格选用不同的丝径，通过调整并丝根数和编织节距，使编织密度达到85%以上；
5）再通过绕包机在动力线芯外绕包采用聚酯带重叠绕包的第二隔离套，搭盖率控制在15%以上，绕包层要确保紧密、平服无褶皱、漏包等质量缺陷；
6）通过笼绞机将多根控制线芯均匀绞合在第二隔离套外围，线芯表面印有数组编号，以示区别方面接线，绞合节径比空在13~16倍范围内，若控制线芯数量较少，不能完全排列，多余空隙采用与控制线等同外径的填芯设置；
7）多根控制线芯和填芯绞合后表面缠绕加强型无纺布进行扎紧隔离；
8）将混炼胶通过挤橡机均匀包覆在电缆最外层，然后经密闭的高压蒸汽管道加热连续硫化，再经密闭的高压冷却水管道形成外护套，对外护套进行冷却固定成形，整个装置采用水、汽平衡，自动控制水、汽压力；生产过程中主要的工艺参数为：挤橡温度要严格控制，整个挤出过程，机身各段不能加热，还需要不断冷却，确保挤橡温度不超过40℃，以确保硅橡胶不发生先期硫化；线速度控制在7~15min/m之间，依据蒸汽压力和线速度二者进行适当的搭配调整，确保绝缘橡皮得到充分硫化。
进一步改进，步骤2）中所述的绝缘橡皮为采用进口美国陶氏化学牌号为3722P乙丙橡胶和多种配合剂通过密炼机和开炼机进行混炼制成的硫化混合物橡皮，绝缘橡皮主要性能：介电强度达到35kV/mm以上，绝缘体积电阻率达到1×1016Ω·mm以上，抗拉强度达到7.0MPa以上；护套橡皮的主要性能：抗拉强度达到10.0MPa以上，断裂伸长率300%以上，硬度不超过85A。
进一步改进，步骤8）中所述的混炼胶为耐温等级达180℃的硅橡胶橡皮混合物材料，通过挤橡连续硫化生产线完成。
以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本本发明原理的前提下，还可以做出若干变型和改进，这些也应视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，其特征在于，包括设置在电缆中心的动力线芯，所述的动力线芯外依次绕包第一隔离层和第二隔离层，在第一隔离层与第二隔离层之间编织屏蔽层，在第二隔离层外设有控制线芯层，在控制线芯层外绕包第三隔离层，最后在第三隔离层外挤包外护套；所述的控制线芯层由多根控制线芯和至少一个填芯以围成圆的形式组合而成，控制线芯的数量大于填芯的数量，控制线芯的直径与填芯的直径大小相同。
2.根据权利要求1所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，其特征在于：所述的动力线芯由动力线导体以及挤包在动力线导体外的耐热90度的柔性乙丙橡皮绝缘层构成。
3.根据权利要求1所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，其特征在于：所述的控制线芯由控制线导体以及挤包在控制线导体外的耐热90度的柔性乙丙橡皮绝缘层构成。
4.根据权利要求1所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，其特征在于：所述动力线导体采用镀锡铜芯软导体。
5.根据权利要求1所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，其特征在于：所述的控制线芯导体采用放置芳纶纤维作为加强芯的镀锡铜芯软导体。
6.根据权利要求1所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，其特征在于：所述的动力线芯外的屏蔽层采用镀锡铜丝编织结构，编织密度不小于85%。
7.根据权利要求1所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆，其特征在于：所述外护套采用耐温等级达180℃的硅橡胶橡皮混合物材料制成的耐热热固性无卤硅橡胶橡皮弹性体护套。
8.一种如权利要求1-7任一所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
1）首先，动力线芯导体和控制线芯导体采用符合GB/T3956-2008第5类结构的镀锡铜芯软导体，导体生产经过拉丝—退火—镀锡—束丝—复绞几个阶段，先通过采用束绞的将铜单线形成股线，然后将股线经过复绞方式形成导体，生产过程通过拉丝机、退火机、束丝机和绞线机完成，其中控制线芯在束绞同时加入芳纶线芯加强件一起绞合；
2）通过挤橡连续硫化生产线将绝缘橡皮均匀的挤包在动力线芯导体和控制线芯导体上，然后经密闭的高压蒸汽管道加热连续硫化，再经密闭的高压水冷管道冷却形成动力线芯和控制线芯，对线芯进行冷却固定成形，整个装置采用水、汽平衡，自动控制水、汽压力；生产过程中主要的工艺参数为：挤橡塑化温度：55~85℃，其中加料段为55℃，塑化段为75~85℃左右，蒸汽管段的压力控制在0.9~1.1MPa之间，动力线芯绝缘速度控制在7~11min/m之间，控制线芯绝缘控制10~20min/m之间，依据蒸汽压力和线速度二者进行适当的搭配调整，确保绝缘橡皮得到充分硫化；
3）通过绕包机在动力线芯外绕包采用聚酯带重叠绕包的第一隔离套，搭盖率控制在15%以上；
4）通过高速编织机在第一隔离套外编织镀锡铜丝，丝径在0.20~0.30mm之间，依据不同的规格选用不同的丝径，通过调整并丝根数和编织节距，使编织密度达到85%以上；
5）再通过绕包机在动力线芯外绕包采用聚酯带重叠绕包的第二隔离套，搭盖率控制在15%以上；
6）通过笼绞机将多根控制线芯均匀绞合在第二隔离套外围，线芯表面印有数组编号，以示区别方面接线，绞合节径比空在13~16倍范围内，若控制线芯数量较少，不能完全排列，多余空隙采用与控制线等同外径的填芯设置；
7）多根控制线芯和填芯绞合后表面缠绕加强型无纺布进行扎紧隔离；
8）将混炼胶通过挤橡机均匀包覆在电缆最外层，然后经密闭的高压蒸汽管道加热连续硫化，再经密闭的高压冷却水管道形成外护套，对外护套进行冷却固定成形，整个装置采用水、汽平衡，自动控制水、汽压力；生产过程中主要的工艺参数为：挤橡温度要严格控制，整个挤出过程，机身各段不能加热，还需要不断冷却，确保挤橡温度不超过40℃，以确保硅橡胶不发生先期硫化；线速度控制在7~15min/m之间，依据蒸汽压力和线速度二者进行适当的搭配调整，确保绝缘橡皮得到充分硫化。
9.根据权利要求8所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆的制备方法，其特征在于：步骤2）中所述的绝缘橡皮为采用进口美国陶氏化学牌号为3722P乙丙橡胶和多种配合剂通过密炼机和开炼机进行混炼制成的硫化混合物橡皮，绝缘橡皮主要性能：介电强度达到35kV/mm以上，绝缘体积电阻率达到1×1016Ω·mm以上，抗拉强度达到7.0MPa以上；护套橡皮的主要性能：抗拉强度达到10.0MPa以上，断裂伸长率300%以上，硬度不超过85A。
10.根据权利要求9所述的轨道交通直流牵引组合柔性软电缆的制备方法，其特征在于：步骤8）中所述的混炼胶为耐温等级达180℃的硅橡胶橡皮混合物材料。
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