CN114927268A - 一种采煤机用光电复合电缆 - Google Patents

Abstract

本发明涉及光电复合缆技术领域，尤其涉及一种采煤机用光电复合电缆，包括安装套，安装套内设置有接地线，安装套外壁上圆周设置有缓冲架，相邻两个缓冲架之间设置有填充块，填充块上设置有动力线，其中一个填充块上设置有控制线，填充块外侧设置有包覆层，包覆层的内壁上开设有燕尾槽，缓冲架的自由端设置有燕尾块，包覆层外设置有屏蔽层，屏蔽层外设置有护套层，护套层外设置有外护套层，用来解决采煤机在工作时，造成光电复合电缆被频繁的拉扯、弯折和扭曲，容易造成电缆的护套层以及内填充层被破坏，从而造成电缆中的动力线和控制线的损坏，以及产生落石以及碰撞，加剧电缆的破坏，且还会引发电缆导致的安全事故的问题。

Description

一种采煤机用光电复合电缆

技术领域

本发明涉及光电复合缆技术领域，尤其涉及一种采煤机用光电复合电缆。

背景技术

采煤机是一个集机械、电气和液压为一体的大型复杂系统，也是实现煤矿生产机械化和现代化的重要设备之一。采煤机通常在井下、洞中等恶劣工作环境中进行采煤作业，工作人员无法长时间跟随作业，这就要求采煤机具备智能化无人开采作业的功能，要实现无人化开采，必然离不开光电复合型电缆。光电复合缆是指适用于宽带接入网系统中作传输线，是一种新型的接入方式，它集光纤、输电铜线于一体，可以用于宽带接入、设备用电和信号传输，从而实现采煤机的无人化开采。

由于采煤机在工作时，需要不断的移动，在移动过程中，电缆会被频繁的拉扯、弯折和扭曲，在电缆频繁的拉扯、弯折和扭曲过程中，容易造成电缆的护套层以及内填充层被破坏，从而造成电缆中的动力线和控制线的损坏，且在采煤机工作过程中，会产生落石以及碰撞，这样不仅会加剧电缆的破坏，且还会容易引发安全事故。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种采煤机用光电复合电缆，用来解决采煤机在工作时，造成光电复合电缆被频繁的拉扯、弯折和扭曲，容易造成电缆的护套层以及内填充层被破坏，从而造成电缆中的动力线和控制线的损坏，以及产生落石以及碰撞，加剧电缆的破坏，且还会引发电缆导致的安全事故的问题。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种采煤机用光电复合电缆，包括安装套，所述安装套内设置有接地线，所述安装套外壁上圆周设置有缓冲架，所述缓冲架呈弧形，相邻两个所述缓冲架之间设置有填充块，所述填充块上设置有动力线，其中一个所述填充块上设置有控制线，所述填充块外侧设置有包覆层，所述包覆层的内壁上开设有燕尾槽，所述缓冲架的自由端设置有燕尾块，所述燕尾块卡设在燕尾槽内，所述包覆层外设置有屏蔽层，所述屏蔽层外设置有护套层，所述护套层外设置有外护套层。

进一步，所述缓冲架与安装套之间的角度为55-82°，这样设置，加强缓冲架的缓冲性能，避免缓冲架与安装套之间的角度过大或过小，导致缓冲性能降低。

进一步，所述填充块上开设有多个卡槽，所述包覆层的内壁上设置有多个卡块，所述卡块卡设在卡槽内，这样设置，增强填充块与包覆层之间的扭转强度和抗压强度。

进一步，所述动力线包括多根动力线芯，多根所述动力线芯相互绞合，所述动力线芯外包覆有绝缘层，所述绝缘层外包覆有动力线芯屏蔽层，所述动力线芯屏蔽层外包覆有动力线芯护套层，这样设置，使得动力线更加密实，且减小对动力线电力传输的干扰。

进一步，所述控制线包括信号控制线、多根光纤和尼龙绳，所述信号控制线包括控制线芯，所述控制线芯外包覆有控制线绝缘层，所述控制线绝缘层外包覆有控制线护套层，所述光纤包括光纤体和包覆在光纤体外的光纤屏蔽层，所述光纤屏蔽层外包覆有光纤保护层，所述信号控制线和多根光纤围绕尼龙绳相互绞合，所述控制线外挤包有控制线绝缘层，所述控制线绝缘层外包覆有控制线护套层，这样设置，一方面，使控制线能够正常地传输控制信号，另一方面，避免对控制线的信号干扰，又使得控制线拥有良好的综合性能，延长控制线的使用寿命。

进一步，所述填充块采用柔性耐热材料，所述柔性耐热材料包括以下材料：聚氨酯橡胶、乙丙橡胶和填充剂，这样设置，增强对动力线和控制线的保护。

进一步，所述柔性耐热材料的制备包括以下步骤：

S1：将乙丙橡胶置于混料机中，于120-140℃的条件下搅拌10-30min，搅拌过程中加入填充剂和分散剂，搅拌完成后，于100-110℃的条件下，低速搅拌并保温3-5min；

S2：在S1步骤中的乙丙橡胶中加入异戊二烯和聚乙烯弹性体，于120-140℃的条件下继续搅拌5-10min，搅拌完成后加入聚氨酯橡胶，于150-165℃的条件下继续搅拌4-8min，搅拌完成后，转入螺杆挤出机中，挤出、冷却、定型，得到柔性耐热材料。

乙丙橡胶具有耐臭氧、耐热、耐候等耐老化性能优异，具有良好的耐化学品、电绝缘性能、冲击弹性、低温性能、低密度和高填充性及耐热水性和耐水蒸气性，通过先将填充剂填充到乙丙橡胶中，增强乙丙橡胶的电绝缘性能、冲击弹性和耐热性能。

聚氨酯橡胶具有硬度高、强度好、高弹性、高耐磨性、耐撕裂、耐老化、耐臭氧、耐辐射及良好的导电性等优点，通过将聚氨酯橡胶添加到乙丙橡胶中，增强乙丙橡胶的冲击弹性、缓冲性能、耐热性能和耐撕裂性能。

进一步，所述填充剂为改性玄武岩纤维，所述柔性耐热材料含有改性玄武岩16.9-29wt％。

通过控制添加的改性玄武岩纤维的量，一方面增强填充块的柔性、抗扭曲性能和耐热性能，从而提高柔性材料的耐热性能和抗扭曲性能，另一方面，避免添加量过多，影响填充块的柔韧性。

进一步，所述改性玄武岩纤维的制备包括以下步骤：将玄武岩纤维置于稀盐酸溶液中，浸泡5-8H，浸泡完成后，去离子水浸泡12-24H，浸泡完成后，烘干，将玄武岩纤维置于聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物溶液中，于45-70℃的条件下搅拌1-3H，搅拌完成后，取出、干燥，得到改性玄武岩纤维。

通过对玄武岩纤维进行改性处理，增强玄武岩纤维的粘附性能，提高玄武岩纤维在乙丙橡胶和聚氨酯橡胶中的交联性能。

本发明的有益效果：

1、通过在安装套上设置缓冲架，通过缓冲架、动力线、控制线、接地线、填充块、包覆层、屏蔽层、护套层和外护套层，一方面，能够使光电复合电缆能够适应采煤机在恶劣条件下的工作，另一方面，能够增强电缆的弯折性能、扭曲性能、拉伸性能以及抗压性能，避免电缆在工作时，被破坏，影响采煤机的工作；

2、通过对控制线、动力线和缓冲架的合理布局，降低外界因素对电缆的影响，延长电缆的使用寿命；

3、通过对填充块进行复配，增强填充块的柔韧性、扭曲性能和耐热性能，从而提高整个电缆的柔韧性、扭曲性能和耐热性能，增强电缆在复杂环境下使用的安全性。

附图说明

图1是本发明一种采煤机用光电复合电缆的剖视结构示意图；

图2是本发明一种采煤机用光电复合电缆实施例中动力线的结构示意图；

图3是本发明一种采煤机用光电复合电缆实施例中控制线的结构示意图；

其中，安装套1、缓冲架11、燕尾块12、填充块2、卡槽21、包覆层3、燕尾槽31、卡块32、动力线4、动力线芯41、绝缘层42、动力线芯屏蔽层43、动力线芯护套层44、控制线5、尼龙绳51、控制线芯53、控制线绝缘层531、控制线护套层532、光纤体54、光纤屏蔽层541、光纤保护层542、控制线绝缘层55、控制线护套层56、屏蔽层6、护套层7、外护套层8、接地线9、无纺布层91、接地线保护层92。

具体实施方式

以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明：

本申请文件中，填充块2采用柔性耐热材料，柔性耐热材料包括以下材料：聚氨酯橡胶、乙丙橡胶和填充剂，通过对填充块的材料进行复配，增强对动力线和控制线的保护。

实施例1，柔性耐热材料的制备一

填充剂采用改性玄武岩纤维，玄武岩改性的具体步骤如下：将10质量份的玄武岩纤维置于0.1mol/ml的稀盐酸溶液中，浸泡5H，浸泡完成后，去离子水浸泡12H，浸泡完成后，于95℃的条件下烘干1.5H，再将10质量份的玄武岩纤维置于42质量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物溶液中，于45℃的条件下搅拌3H，搅拌完成后，取出、于80℃的条件下干燥2H，得到改性玄武岩纤维。

柔性耐热材料的制备包括以下步骤：

S1预处理：将10质量份的乙丙橡胶置于混料机中，于120℃的条件下搅拌10min，搅拌过程中加入4.4质量份的改性玄武岩纤维和0.8质量份的低分子蜡，搅拌完成后，于100℃的条件下，低速搅拌并保温3min；

S2柔性耐热材料的制备：在经过S1步骤预处理的乙丙橡胶中加入3.2质量份的异戊二烯和6质量份的聚乙烯弹性体，于120℃的条件下继续搅拌5min，搅拌完成后加入1.6质量份的聚氨酯橡胶，于150℃的条件下继续搅拌4min，搅拌完成后，转入螺杆挤出机中，挤出、冷却、定型，得到柔性耐热材料。

如图1-3所示，本实施例中，采用实施例1制备得到的填充块，本发明的一种采煤机用光电复合电缆，包括安装套1，安装套1内设置有接地线9，接地线9外包覆有无纺布层91，无纺布层91的绕包重叠率为20-30％，无纺布层91外包覆有接地线保护层92，用于隔绝接地线9。安装套1外壁上圆周设置有缓冲架11，缓冲架11呈弧形，缓冲架11与安装套1之间的角度为55-82°，通过缓冲架11与安装套1的角度限定，加强缓冲架11的缓冲性能，避免缓冲架11与安装套1之间的角度过大或过小，导致缓冲性能降低。相邻两个缓冲架11之间设置有填充块2，填充块2上设置有动力线4，其中一个填充块2上设置有控制线5，用于保护填充块2内的动力线4和控制线5，避免光电复合电缆在采煤机工作时，由于采煤机的不断运动导致的电缆被频繁拉扯、弯折以及扭曲，使电缆容易被破坏的情况。填充块2外侧设置有包覆层3，包覆层3采用乙丙橡胶材料，增强电缆的弯折性能和耐扭曲性能。包覆层3的内壁上开设有燕尾槽31，缓冲架11的自由端设置有燕尾块12，燕尾块12卡设在燕尾槽31内，使电缆在被扭曲时，一方面，缓冲架11能够卸载一部分扭曲力，减少对动力线4和控制线5的影响，另一方面，能够避免缓冲架11与包覆层3脱离，造成电缆内部松散。包覆层3外设置有屏蔽层6，屏蔽层6采用镀锡铜丝与涤纶丝的混合编织网，不仅能够起到良好的屏蔽效果，降低动力线4之间、动力线4和控制线5之间的相互干扰，也能降低外部环境对动力线4和控制线5的干扰。屏蔽层6外设置有护套层7，护套层7通过挤塑包覆在屏蔽层6上，增强电缆的密实性。护套层7外设置有外护套层8。

填充块2上开设有多个卡槽21，包覆层3的内壁上设置有多个卡块32，卡块32卡设在卡槽21内，通过卡块32和卡槽21的相互配合，增强填充块2与包覆层3之间的耐扭转强度和抗压强度。

动力线4包括多根动力线芯41，多根动力线芯41相互绞合，动力线芯41外包覆有绝缘层42，一方面，用于将动力线芯41紧密包覆，另一方面，用于绝缘。绝缘层42外包覆有动力线芯屏蔽层43，动力线芯屏蔽层43也采用镀锡铜丝与涤纶丝的混合编织网，编织密度大于85％。动力线芯屏蔽层43外包覆有动力线芯护套层44，使得动力线4更加密实，且减小对动力线4之间的相互干扰。

控制线5包括信号控制线、多根光纤和尼龙绳51，信号控制线包括控制线芯53，控制线芯53外包覆有控制线绝缘层531，控制线绝缘层531外包覆有控制线护套层532，控制线护套层532内设置有多根加强钢丝，用于加强控制线5的耐扭曲强度。

光纤包括光纤体54和包覆在光纤体54外的光纤屏蔽层541，光纤屏蔽层541采用无纺布混合铝线绕包而成，绕包重叠率大于30％。光纤屏蔽层541外包覆有光纤保护层542，用于将整个光纤包覆密实，且形成保护。信号控制线和多根光纤围绕尼龙绳51相互绞合，增强控制线5的柔韧性。控制线5外挤包有控制线绝缘层55，控制线绝缘层55外包覆有控制线护套层56，一方面，使控制线5能够正常地传输控制信号，另一方面，避免对控制线5的信号干扰，又使得控制线5拥有良好的综合性能，延长控制线5的使用寿命。

实施例2，柔性耐热材料的制备二

填充剂采用改性玄武岩纤维，玄武岩改性的具体步骤如下：将20质量份的玄武岩纤维置于0.1mol/ml的稀盐酸溶液中，浸泡6.5H，浸泡完成后，去离子水浸泡18H，浸泡完成后，于90℃的条件下烘干2.5H，再将20质量份的玄武岩纤维置于74质量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物溶液中，于55℃的条件下搅拌2H，搅拌完成后，取出、于90℃的条件下干燥1.5H，得到改性玄武岩纤维。

柔性耐热材料的制备包括以下步骤：

S1预处理：将20质量份的乙丙橡胶置于混料机中，于130℃的条件下搅拌20min，搅拌过程中加入11.8质量份的改性玄武岩纤维和2.2质量份的低分子蜡，搅拌完成后，于105℃的条件下，低速搅拌并保温4min；

S2柔性耐热材料的制备：在经过S1步骤预处理的乙丙橡胶中加入5质量份的异戊二烯和10.2质量份的聚乙烯弹性体，于130℃的条件下继续搅拌8min，搅拌完成后加入3.0质量份的聚氨酯橡胶，于158℃的条件下继续搅拌6min，搅拌完成后，转入螺杆挤出机中，挤出、冷却、定型，得到柔性耐热材料。

本实施例中，本发明的一种采煤机用光电复合电缆，采用实施例2制备出的填充块，其余结构与实施例1中的结构相同。

实施例3，柔性耐热材料的制备三

填充剂采用改性玄武岩纤维，玄武岩改性的具体步骤如下：将30质量份的玄武岩纤维置于0.1mol/ml的稀盐酸溶液中，浸泡8H，浸泡完成后，去离子水浸泡24H，浸泡完成后，于90℃的条件下烘干4H，再将30质量份的玄武岩纤维置于106质量份的聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物溶液中，于70℃的条件下搅拌1H，搅拌完成后，取出、于90℃的条件下干燥3H，得到改性玄武岩纤维。

柔性耐热材料的制备包括以下步骤：

S1预处理：将30质量份的乙丙橡胶置于混料机中，于140℃的条件下搅拌30min，搅拌过程中加入27.7质量份的改性玄武岩纤维和6.3质量份的低分子蜡，搅拌完成后，于110℃的条件下，低速搅拌并保温5min；

S2柔性耐热材料的制备：在经过S1步骤预处理的乙丙橡胶中加入8.5质量份的异戊二烯和17.6质量份的聚乙烯弹性体，于130℃的条件下继续搅拌10min，搅拌完成后加入5.4质量份的聚氨酯橡胶，于165℃的条件下继续搅拌8min，搅拌完成后，转入螺杆挤出机中，挤出、冷却、定型，得到柔性耐热材料。

本实施例中，本发明的一种采煤机用光电复合电缆，采用实施例3制备出的填充块，其余结构与实施例1中的结构相同。

实施例4(对比实施例1)，对比实施例1与实施例1-3的不同之处在于：填充块直接采用乙丙橡胶制成。

实施例5(对比实施例2)，对比实施例2与实施例1-3的不同之处在于：光电复合电缆直接用包覆层将动力线和控制线包覆，包覆层外包覆有屏蔽层，屏蔽层外包覆有护套层，护套层外包覆有外护套层。

对实施例1、实施例2、实施例3、实施例4和实施例5制备出的光电复合电缆进行耐弯折性能、耐扭曲性能、物理抗冲击性能和耐电压击穿，并对实施例1-3制备出的柔性耐热材料的耐热性能进行测试，测试结果如下表所示：

通过表1中的测试的结果可知，实施例1-3制备出的光电复合电缆具有良好的耐弯折性能、耐扭曲性能、物理抗冲击性能、耐电压击穿性能，说明本方案中对光纤复合电缆的结构布局合理，能够有效的提高光电复合电缆的耐弯曲性能、扭曲性能和抗冲击性能，同时，通过表1中耐热性能的测试，由于填充块本身具有较好的柔韧性，常温针刺时，本身会下陷2-3mm，通过加热时，对实施例1-3制备出的填充块进行热变形测试时，变形范围与玄武岩纤维的量有正向关系，表明本方案中对填充块的改进，能够进一步增强光电复合电缆的耐电压击穿强度和耐扭曲性能，同时，也能增强电缆的耐热性能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，包括安装套，所述安装套内设置有接地线，所述安装套外壁上圆周设置有缓冲架，所述缓冲架呈弧形，相邻两个所述缓冲架之间设置有填充块，所述填充块上设置有动力线，其中一个所述填充块上设置有控制线，所述填充块外侧设置有包覆层，所述包覆层的内壁上开设有燕尾槽，所述缓冲架的自由端设置有燕尾块，所述燕尾块卡设在燕尾槽内，所述包覆层外设置有屏蔽层，所述屏蔽层外设置有护套层，所述护套层外设置有外护套层。

2.根据权利要求1所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述缓冲架与安装套之间的角度为55-82°。

3.根据权利要求2所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述填充块上开设有多个卡槽，所述包覆层的内壁上设置有多个卡块，所述卡块卡设在卡槽内。

4.根据权利要求3所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述动力线包括多根动力线芯，多根所述动力线芯相互绞合，所述动力线芯外包覆有绝缘层，所述绝缘层外包覆有动力线芯屏蔽层，所述动力线芯屏蔽层外包覆有动力线芯护套层。

5.根据权利要求4所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述控制线包括信号控制线、多根光纤和尼龙绳，所述信号控制线包括控制线芯，所述控制线芯外包覆有控制线绝缘层，所述控制线绝缘层外包覆有控制线护套层，所述光纤包括光纤体和包覆在光纤体外的光纤屏蔽层，所述光纤屏蔽层外包覆有光纤保护层，所述信号控制线和多根光纤围绕尼龙绳相互绞合，所述控制线外挤包有控制线绝缘层，所述控制线绝缘层外包覆有控制线护套层。

6.根据权利要求1所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述填充块采用柔性耐热材料，所述柔性耐热材料包括以下材料：聚氨酯橡胶、乙丙橡胶和填充剂。

7.根据权利要求6所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述柔性耐热材料的制备包括以下步骤：

S1：将乙丙橡胶置于混料机中，于120-140℃的条件下搅拌10-30min，搅拌过程中加入填充剂和分散剂，搅拌完成后，于100-110℃的条件下，低速搅拌并保温3-5min；

S2：在S1步骤中的乙丙橡胶中加入异戊二烯和聚乙烯弹性体，于120-140℃的条件下继续搅拌5-10min，搅拌完成后加入聚氨酯橡胶，于150-165℃的条件下继续搅拌4-8min，搅拌完成后，转入螺杆挤出机中，挤出、冷却、定型，得到柔性耐热材料。

8.根据权利要求7所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述填充剂为改性玄武岩纤维，所述柔性耐热材料含有改性玄武岩16.9-29wt％。

9.根据权利要求8所述的一种采煤机用光电复合电缆，其特征在于，所述改性玄武岩纤维的制备包括以下步骤：将玄武岩纤维置于稀盐酸溶液中，浸泡5-8H，浸泡完成后，去离子水浸泡12-24H，浸泡完成后，烘干，将玄武岩纤维置于聚氧乙烯-聚氧丙烯共聚物溶液中，于45-70℃的条件下搅拌1-3H，搅拌完成后，取出、干燥，得到改性玄武岩纤维。

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