CN115101248A - 功能单元线芯及其制造方法、智能复合采煤机电缆 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种功能单元线芯，包括线芯铠装层、金属屏蔽层以及外层包裹有线芯绝缘层的功能线芯导体；线芯铠装层内壁与功能线芯导体外壁之间留有间隙，有利于功能线芯导体在线芯铠装层内以螺旋的方式放置，由此可以使得功能线芯导体相比电缆有一定的余长，该余长可以确保当电缆受拉伸且被拉长的情况下，功能线芯导体可以有一定的余长而确保不受力，从而确保功能线芯导体的抗拉性；当电缆频繁弯曲时，上述间隙的存在，使功能线芯导体有多余的空间可以进行伸缩不被弯折，从而大大提高功能单元线芯整体的耐弯曲性能，实现了铠装层用于频繁弯曲场合的突破。本发明还提供一种功能单元线芯的制造方法以及具有上述功能单元线芯的智能复合采煤机电缆。

Description

功能单元线芯及其制造方法、智能复合采煤机电缆
技术领域
本发明属于电缆技术领域，涉及一种采煤机电缆，特别是涉及一种功能单元线芯及其制造方法、智能复合采煤机电缆。
背景技术
采煤机电缆作为采煤机械的电源连接线，在采煤机工作过程中需要跟随采煤机在采煤工作面上进行频繁的往复弯曲运行，在此过程中电缆会承受拉伸、小半径弯曲、扭转以及抗砸抗挤压等多种机械应力。随着采煤机智能化程度的加深，对电缆的功能要求也越来越高，电缆的结构也由传统的动力+控制的简单结构变成动力+控制+电通信+光通讯等多种功能复合的特种电缆。除动力以外的其他功能都需要由很小的截面积(通常为2.5mm2)或光纤单元来实现，而这些细小线径的功能单元在上述综合机械应力下极其容易损坏，特别是在拉伸时功能单元也会被拉伸，而弯曲时则会产生弯折，数千次拉伸和弯折的作用下就会发生断芯。据不完全统计，国产采煤机电缆大部分使用寿命为3个月至6个月，而进口采煤机电缆也仅仅在9个月至12个月，这里面绝大多数是由于功能单元断芯而导致电缆报废，部分则是由于绝缘层被煤矸石冲砸破损而损坏。一旦采煤机电缆发生故障，更换电缆带来的经济损失会达到数千万。因此开发一款高性能的采煤机复合软电缆具有良好的应用价值与商业前景。
进口电缆具有比国产电缆更长的使用寿命，通常是因为其所用的电缆材料性能更佳，比如绝缘和护套材料的强度超过标准要求50％以上，增大功能单元的外径以提高抗拉和耐弯曲性能，同时使用更先进的生产设备提高线芯之间的应力均衡性，这些方法能够从一定程度上改善电缆品质，但仅仅12个月的使用寿命并未让客户十分满意。
现有的电缆结构通常是功能单元外挤包橡胶护层，在橡胶护层外做金属编织层或缠绕铜丝作为屏蔽层。橡胶护层的作用是给功能单元提供包裹力，并且在经受外径冲砸时也有一定的缓冲作用；屏蔽层的作用是提高功能单元的抗干扰能力，但是由于金属屏蔽层硬度大，不利于功能单元的柔软性，因此它从一定程度上来说对功能单元的耐弯曲性能是不利的，通常没有屏蔽层的电缆会比有屏蔽层的电缆耐弯曲性能提高1.5～2倍左右。然而功能单元又必须得有金属屏蔽层才能确保不受动力单元强电磁场的干扰，从而实现正常控制和通信功能。此外，部分型号电缆为了提高抗砸抗挤压能力设置了钢丝铠装加强层，这种结构确实提高了电缆整体的抗砸抗挤压能力，但是钢丝的使用导致电缆外径粗大且柔软性下降，同时该方案也未能解决功能单元的耐弯曲性能，因此并非是良好的解决方案，距离预期的2年使用寿命依然存在差距。
发明内容
本发明的目的是提供一种功能单元线芯及其制造方法、智能复合采煤机电缆，以解决上述现有电缆结构，如采煤机电缆控制线、通信线及光纤等不耐弯曲的难题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种功能单元线芯，包括：
外层包裹有线芯绝缘层的功能线芯导体；
线芯铠装层，所述线芯铠装层由钢丝在所述功能线芯导体的外层螺旋绕制而成；所述线芯铠装层的内壁与所述功能线芯导体的外壁之间留有间隙，且所述功能线芯导体呈螺旋分布；
金属屏蔽层，所述金属屏蔽层套设于所述线芯铠装层的外层。
可选的，所述线芯铠装层的内壁与所述功能线芯导体的外壁之间的间隙为0.3mm～1mm。
可选的，所述线芯铠装层由扁钢丝螺旋缠绕而成；且所述扁钢丝螺旋缠绕时形成的螺距为0.2mm～0.5mm。
可选的，所述金属屏蔽层由铜丝和纤维编织而成；或者，所述金属屏蔽层由铜丝股线缠绕而成。
可选的，所述功能线芯导体外层的所述线芯绝缘层内包裹有1～7根所述功能线芯导体。
可选的，所述线芯绝缘层内包裹有一根、两根或四根所述功能线芯导体。
可选的，所述金属屏蔽层的内壁与所述线芯铠装层的外壁之间设置有橡胶层或塑料护层；或者，所述金属屏蔽层的内壁直接贴合所述线芯铠装层的外壁。
同时，本发明提出一种基于上述功能单元线芯的制造方法，包括：在所述功能线芯导体外层加工所述线芯铠装层时，所述扁钢丝由缠绕机或编织机纵向拉伸，并在所述功能线芯导体的外层螺旋缠绕，同时采用无张力的形式将所述线芯铠装层中所述扁钢丝以及所述功能线芯导体进行主动放线，以防止所述线芯铠装层中所述扁钢丝的螺距变化；
在所述线芯铠装层外加工所述金属屏蔽层时，将1～6根不加捻纤维纵拖进入所述线芯铠装层与所述金属屏蔽层之间，所述1～6根不加捻纤维间隔分布于所述线芯铠装层的外周，且任意一根所述不加捻纤维均平行于所述线芯铠装层的轴向，以防止所述线芯铠装层的内壁与所述功能线芯导体的外壁之间的间隙变化。
本发明还提出一种智能复合采煤机电缆，包括由内至外依次设置的电缆线芯组合体、电缆铠装层和电缆外保护层，其中，所述电缆线芯组合体包括中心光纤、多根动力线芯和多根如上所述的功能单元线芯，多根所述动力线芯均匀分布于所述中心光纤的外周，且所述中心光纤的外壁与任意一所述动力线芯的外壁均相切；多根所述功能单元线芯均匀分布于多根所述动力线芯的外周，任意相邻两所述动力线芯之间均设置一所述功能单元线芯，且任意一所述功能单元线芯的外壁均和与其相邻的两所述动力线芯的外壁相切；任意一所述功能单元线芯的外壁均与所述电缆铠装层的内壁相切，任意一所述动力线芯的外壁均与所述电缆铠装层的内壁之间留有间隙。
可选的，所述电缆铠装层由扁钢丝螺旋缠绕而成，且扁钢丝螺旋缠绕时形成的螺距为2mm～10mm；
任意一所述动力线芯的外壁与所述电缆铠装层的内壁之间的间隙均为1mm～3mm。
可选的，所述中心光纤包括由内至外依次设置的光纤芯、油膏层、松套管、光纤铠装层和光纤保护层；其中，所述光纤铠装层由扁钢丝螺旋缠绕而成，且扁钢丝螺旋缠绕时形成的螺距为0.1mm～4mm；所述光纤铠装层的内壁与所述松套管的外壁之间留有0.1mm～5mm的间隙，且由所述光纤芯、所述油膏层和所述松套管形成的组合体在所述光纤铠装层内呈螺旋分布。
可选的，所述光纤保护层为纤维编织保护层。
可选的，所述纤维编织保护层中纤维编织角度为45°～80，编织覆盖率大于80％。
可选的，所述电缆外保护层包括由内至外依次设置的内护橡胶套层、纤维编织加强层和外护橡胶套层；其中，所述纤维编织加强层的纤维编织角度为20°～60°。
可选的，所述内护橡胶套层和所述外护橡胶套层均为高性能高分子橡胶复合材料，其强度大于13MPa，抗撕大于6.5N/mm，且兼具耐磨、耐油以及高阻燃性能。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提出的功能单元线芯，设置了由钢丝螺旋绕制而成的线芯铠装层，其可在螺旋铠装机上进行铠装，线芯铠装层的内壁与功能线芯导体的外壁之间留有间隙，该间隙的存在有利于功能线芯导体在线芯铠装层内以轻微螺旋的方式放置，由此可以使得功能线芯导体相比电缆有一定的余长，该余长可以确保当电缆受拉伸且被拉长的情况下，功能线芯导体可以有一定的余长而确保不受力，从而确保其抗拉性；而当电缆频繁弯曲时，由于上述功能线芯导体与线芯铠装层之间间隙的存在，功能线芯导体有多余的空间可以进行伸缩不被弯折，从而大大提高功能单元线芯整体的耐弯曲性能，实现了铠装层用于频繁弯曲场合的突破。
现有技术通常将铠装层设置在外径微小的紧套光纤外，通常铠装后外径为0.5mm～3.5mm，较小的铠装外径有利于保持不锈钢的韧性，从而确保铠装层在后续加工过程中不容易发生变形。由于不锈钢基本没有伸长率，因此铠装结构的产品行业内默认用于固定敷设场合，被认为是不满足可以经受频繁弯曲场合使用要求的。本发明相比以往常规技术，突破性地提出并实现了将铠装层用于频繁弯曲场合使用，但是由于需要将功能单元线芯呈螺旋状设置在线芯铠装层内，导致线芯铠装层外径明显增大(通常为5mm～10mm)，这大大提高了铠装工艺难度以及铠装后续工序制造难度，基于此本发明提出了功能单元线芯的制造方法。考虑到金属屏蔽层为铜丝/纤维编织屏蔽或铜丝股线缠绕屏蔽，所以该道工序生产时线芯铠装层不能受力，这是本发明制造方法(工艺)的难点之一，生产过程中，功能线芯导体及线芯铠装层的放线采用无张力式主动放线，与编织机或缠绕机联动，确保整个生产过程中线芯铠装层不受纵向拉伸作用而导致间隙(即钢丝螺旋螺距)改变；同时在编织机或缠绕机成型点前设置1～6个被动式纤维放线架，在生产过程中将1～6根不加捻纤维纵拖进入线芯铠装层与金属屏蔽层之间，且不加捻纤维必须以与线芯铠装层完全平行的方式存在于线芯铠装层与金属屏蔽层之间，从而起到良好的抗拉性，以防止线芯铠装层与功能线芯导体之间的间隙变动而影响弯曲性能。本发明通过合理的功能单元线芯结构设计以及突破性的加工工艺改造，达到了本发明技术的目的，使得电缆中功能单元的抗拉、抗砸以及耐弯曲性能多倍增加，具有非常显著的技术先进性。
本发明提出的具有上述功能单元线芯的智能复合采煤机电缆，可用作采煤机线缆，其既满足了采煤机电缆所需的动力、控制、电通信以及光通讯功能，同时也保留了功能单元外的金属屏蔽层以满足抗干扰的需求；最为关键的是，本发明创造性的开发了一种钢丝螺旋铠装结构(即线芯铠装层)将功能单元导体包覆中其内，线芯铠装层与功能单元导体之间设置一定的间隙，以满足功能单元导体可以在电缆内部完全自由伸缩活动，不会与电缆一起承受额外的应力，从而达到高性能超长使用寿命的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例所公开的智能复合采煤机电缆的剖面结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的中心光纤的剖面结构示意图。
其中，附图标记为：
100、智能复合采煤机电缆；
1、功能单元线芯；11、功能线芯导体；12、线芯绝缘层；13、线芯铠装层；14、金属屏蔽层；
2、动力线芯；21、动力线导体；22、动力线绝缘层；23、动力线屏蔽层；
3、中心光纤；31、光纤芯；32、油膏层；33、松套管；34、光纤铠装层；
4、电缆铠装层；
5、内护橡胶套层；
6、纤维编织加强层；
7、外护橡胶套层。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的之一是提供一种功能单元线芯，可解决现有电缆结构，如采煤机电缆控制线、通信线及光纤等不耐弯曲、易断芯的难题。
本发明的另一目的还在于提供一种功能单元线芯的制造方法。
本发明的再一目的还在于提供有一种具有上述功能单元线芯的智能复合采煤机电缆，该智能复合采煤机电缆可用于智能化采掘工作面。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例一
本实施例提供一种功能单元线芯1，其包括线芯铠装层13、金属屏蔽层14以及外层包裹有线芯绝缘层12的功能线芯导体11，线芯铠装层13由钢丝在线芯绝缘层12的外层螺旋绕制而成，线芯铠装层13的内壁与线芯绝缘层12的外壁之间留有间隙，以确保包裹有线芯绝缘层12的功能线芯导体11在线芯铠装层13能够呈螺旋分布，此处所述的“螺旋”为轻微扭转螺旋；金属屏蔽层14套设于线芯铠装层13的外层。上述功能单元线芯1中功能线芯导体11可以设置1～7根，比如：当功能线芯导体11设置1根时为单芯结构，当功能线芯导体11设置2根时为两芯结构，且一般为对绞通信线，而当功能线芯导体11设置4根时则为四芯结构。单根功能线芯导体11的截面积优选0.5mm2～2.5mm2，以满足控制和通信的需求。
本实施例中，线芯绝缘层12优选耐高温塑料(如氟塑料、聚酰亚胺等)或乙丙橡胶等。
本实施例中，线芯铠装层13优选由304不锈钢钢丝螺旋铠装而成，不锈钢钢丝的外径依据线径尺寸大小进行选择，优选直径为0.5mm～1.2mm不锈钢圆钢丝，在钢丝压扁机上将其压成厚度为圆钢丝直径1/2的扁钢丝，然后在螺旋铠装机上进行螺旋铠装。优选上述扁钢丝螺旋缠绕时形成的螺距为0.2mm～0.5mm，上述“螺距”即铠装层螺旋之间的间隙，其作用是防止在电缆弯曲过程中线芯铠装层13螺旋之间由于过于紧密导致相互刮擦而致使铠装层断裂。
本实施例中，线芯铠装层13的内壁与线芯绝缘层12的外壁之间的间隙优选控制在0.3mm～1mm。该间隙一般为环形间隙，该间隙的存在有利于功能线芯导体11在线芯铠装层13内以轻微螺旋的方式放置，由此可以使得功能线芯导体11相比电缆有一定的余长，该余长可以确保当电缆受拉伸且被拉长的情况下，功能线芯导体11可以有一定的余长而确保不受力，从而确保其抗拉性；而当电缆频繁弯曲时，由于上述间隙的存在，功能线芯导体11有多余的空间可以进行伸缩不被弯折，大大提高了功能线芯导体11的耐弯曲性能。
本实施例中，金属屏蔽层14的内壁可直接贴合线芯铠装层13的外壁；或者，金属屏蔽层14的内壁与线芯铠装层13的外壁之间设置有橡胶层或塑料护层来满足缓冲或耐弯曲要求。以线芯铠装层13外直接设置金属屏蔽层14为例，金属屏蔽层14可由铜丝和纤维编织而成，或由铜丝股线缠绕而成，由于该道工序生产时线芯铠装层13不能受力，工艺具有难点，通过大量摸索，研究出功能线芯导体11及线芯铠装层13的放线采用无张力式主动放线，与编织机或缠绕机联动，确保整个生产过程中线芯铠装层13不受纵向拉伸作用而导致扁钢丝螺距改变；同时在编织机或缠绕机成型点前设置1～6个被动式纤维放线架，在生产过程中将1～6根不加捻纤维纵拖进入线芯铠装层13与金属屏蔽层14之间，1～6根不加捻纤维间隔分布于线芯铠装层13的外周，且这些纵拖进去的不加捻纤维必须以与线芯铠装层13完全平行的方式存在于线芯铠装层13与金属屏蔽层14之间，从而起到良好的抗拉性，以防止线芯铠装层13内壁与功能线芯导体11外壁之间的间隙变动而影响弯曲性能。在线芯铠装层13与金属屏蔽层14之间设置橡胶或塑料护层来满足缓冲或耐弯曲要求时，生产工艺处理方式与上文一致，在此不再赘述。
由此可见，本实施例提供的功能单元线芯1，实质采用一种边隙功能单元的铠装方案，传统的思路是电缆中的各单元必须被橡胶护层紧密包覆才能有良好的耐弯曲效果，本实施例提出使功能单元导体可以在螺旋铠装层内自由伸缩的方案，给予功能线芯导体足够的空间防止它们在电缆弯曲过程中产生弯折，而当电缆拉伸时细小的功能线芯导体也不会受力损伤。
实施例二
现有技术通常将铠装层设置在外径微小的紧套光纤外，通常铠装后外径为0.5mm～3.5mm，较小的铠装外径有利于保持不锈钢的韧性，从而确保铠装层在后续加工过程中不容易发生变形。由于不锈钢基本没有伸长率，因此铠装结构的产品行业内默认用于固定敷设场合，被认为是不满足可以经受频繁弯曲场合使用要求的。本实施例突破性地提出并实现了将铠装层用于频繁弯曲场合使用，但是由于需要将功能单元线芯呈螺旋状设置在线芯铠装层内，导致线芯铠装层外径明显增大(通常为5mm～10mm)，这大大提高了铠装工艺难度以及铠装后续工序制造难度，基于此本实施例提出一种基于上述实施例一中功能单元线芯1的制造方法，主要包括：
(一)考虑到金属屏蔽层14为铜丝/纤维编织屏蔽或铜丝股线缠绕屏蔽，所以该道工序生产时线芯铠装层13不能受力，这是实施例制造方法(工艺)的难点之一，所以在功能线芯导体11外层加工线芯铠装层13时，扁钢丝由圆钢丝经钢丝压扁机碾压至所需厚度后，由缠绕机或编织机牵引以在功能线芯导体11的外层螺旋缠绕，同时采用无张力的形式将线芯铠装层13中扁钢丝以及功能线芯导体11进行主动放线，确保整个生产过程中线芯铠装层13不受纵向拉伸作用而导致间隙(即钢丝螺旋螺距)改变；
(二)在线芯铠装层13外加工金属屏蔽层14时，将1～6根不加捻纤维纵拖进入线芯铠装层13与金属屏蔽层14之间，1～6根不加捻纤维间隔分布于线芯铠装层13的外周，且任意一根不加捻纤维均平行于线芯铠装层13的轴向，从而起到良好的抗拉性，以防止线芯铠装层13与功能线芯导体11之间的间隙变动而影响弯曲性能。通过合理的功能单元线芯结构设计以及突破性的加工工艺改造，达到了本发明技术的目的，使得电缆中功能单元的抗拉、抗砸以及耐弯曲性能多倍增加，具有非常显著的技术先进性。
实施例三
如图1所示，本实施例提供一种智能复合采煤机电缆100，包括由内至外依次设置的电缆线芯组合体、电缆铠装层4和电缆外保护层，其中，电缆线芯组合体主要由中心光纤3、多根动力线芯2和多根如实施例一所述的功能单元线芯1绞合成缆。多根动力线芯2均匀分布于中心光纤3的外周，且中心光纤3的外壁与任意一动力线芯2的外壁均相切；多根功能单元线芯1均匀分布于多根动力线芯2的外周，任意相邻两动力线芯2之间均设置一功能单元线芯1，且任意一功能单元线芯1的外壁均和与其相邻的两动力线芯2的外壁相切。电缆线芯组合体外的电缆铠装层4是一层不锈钢螺旋铠装层，优选直径2mm～4mm的不锈钢圆钢丝，并将其压扁形成厚度为不锈钢圆钢丝直径1/2的扁钢丝，电缆铠装层4的铠装间隙，即扁钢丝的螺距优选为2mm～10mm。功能单元线芯1成缆后外径应略微凸出在动力线芯2外1mm～3mm，从而满足电缆铠装层4与功能单元线芯1相切而与动力线芯2之间有微小间隙，该微小间隙即1mm～3mm，上述电缆铠装层4与功能单元线芯1相切而与动力线芯2之间存有间隙的设置方案，其作用是当电缆经受冲砸和挤压时，一旦刺破电缆外保护层，可以优先与功能单元线芯1接触，而此时功能单元线芯1外的线芯铠装层13就能起到良好的抗砸抗挤压效果，从而保护动力线绝缘层22免于破损。
本实施例中，动力线芯2主要由动力线导体21、动力线绝缘层22以及动力线屏蔽层23组成。动力线导体21由多根直径不超过0.5mm的镀锡铜丝组成；动力线绝缘层22体积电阻率大于5×1015Ω·cm，强度大于6.5N/mm，具有极小的泄漏电流和局部放电量，降低绝缘击穿概率。动力线屏蔽层23可以是单独的非金属屏蔽，也可以是单独的金属屏蔽，同时也可以是两种屏蔽的组合方式。如图1所示，该动力线屏蔽层23与功能单元线芯铠装层外的金属屏蔽层14需两两相切并共同接地，以满足抗干扰的要求。
本实施例中，中心光纤3包括由内至外依次设置的光纤芯31、油膏层32、松套管33、光纤铠装层34和光纤保护层。中心光纤3由多根单模或多模光纤芯31作为光传输载体，光纤芯数依据需求确定，推荐不超过12根。油膏层32采用油膏作为光纤缓冲材料，光纤芯31埋设于油膏内，在光纤芯31和油膏层32外挤出松套管33，松套管33材质可以为PBT(即聚对苯二甲酸丁二醇酯为主体所构成的一类塑料)、尼龙或氟塑料。紧贴着松套管33外壁的是一层不锈钢螺旋铠装层，即光纤铠装层34，光纤铠装层34的不锈钢材料的型号和尺寸依据中心光纤3的尺寸可调节，推荐宽度1mm～4mm、厚度0.1mm～1mm的扁钢丝，螺旋缠绕时形成的螺距优选为0.1mm～4mm，光纤铠装层34与松套管33之间的间隙为0.1mm～5mm之间，该间隙的存在有利于光纤在光纤铠装层34内以轻微螺旋的方式放置，由此可以使得光纤在电缆中心具有一定的余长，该余长可以确保当电缆受拉伸且被拉长的情况下，光纤可以有一定的余长而确保纤芯不受力，从而确保中心光纤3的抗拉性。同时，不锈钢螺旋铠装层(即光纤铠装层34)能够承受电缆生产过程中各工序产生的侧向压力，保护光纤松套管33不受压变形，从而降低光纤的损耗。光纤铠装层34外的光纤保护层可采用编织芳纶纤维，以保护光纤单元，编织角度优选45°～80°，编织覆盖率大于80％，从而有效提高中心光纤生产过程中的抗拉性。
本实施例中，电缆外保护层包括由内至外依次设置的内护橡胶套层5、纤维编织加强层6和外护橡胶套层7。其中，内护橡胶套层5和外护橡胶套层7均为高性能高分子橡胶复合材料，其强度大于13MPa，抗撕大于6.5N/mm，且兼具耐磨、耐油以及高阻燃性能；纤维编织加强层6可由高强度涤纶纤维或芳纶纤维编织而成，纤维编织角度为20°～60°，该加强层在电缆受力过程中既能提供良好抵抗拉力，同时也具有优异的抗扭特性，提高电缆使用寿命。
由此可见，本实施例提供的智能复合采煤机电缆100为一种高性能复合软电缆，既满足了采煤机电缆所需的动力、控制、电通信以及光通讯功能，同时也保留了功能单元外的金属屏蔽层以满足抗干扰的需求，最为关键的是，本技术方案创造性的开发了一种不锈钢螺旋铠装结构，将功能单元包覆在其内，铠装层与功能单元间设置一定的间隙，以满足功能单元可以在电缆内部完全自由伸缩活动，不会与电缆一起承受额外的应力，从而达到高性能超长使用寿命的目的。其中，中心光纤单元外的螺旋铠装层(即光纤铠装层)，在生产时控制放线速度与铠装成型速度，确保光纤芯能够有一定的余长存在于光纤铠装层内，这样满足当电缆受力拉伸时光纤有足够的余长用于伸缩，防止光纤被拉断。关于缆芯外的柔性铠装方案，目前行业内铠装通常采用钢带联锁铠装，这样只能提供良好的抗砸抗挤压效果，但是高硬度的钢带使得电缆不好弯曲，从而无法满足频繁弯曲场合使用；本实施例提出的电缆铠装层4的螺旋铠装方案，通过良好的间隙匹配，使得电缆具有抗砸抗挤压特性的时候依然拥有良好的耐弯曲效果，满足采煤机的使用需求。
普通的国产电缆在2.5D弯曲半径，30N/mm2负重的弯曲条件下，弯曲寿命不超过8000次就会出现功能单元断芯的情况，进口电缆弯曲寿命大约为20000次左右；采用本实施例的智能复合采煤机电缆100时，同等弯曲条件下，电缆弯曲10万次时即使动力线芯发生断芯，功能单元线芯依然保持良好的结构和通路状态，证明本实施例的智能复合采煤机电缆100具有非常优异的耐弯曲效果。对于抗挤压性能，普通国产电缆受力4～6吨时绝缘就出现开裂导致电缆短路；而采用本实施例的智能复合采煤机电缆100时，电缆抗挤压力达到15～18吨才出现绝缘开裂情况，大大提高了电缆抗砸抗挤压性能。
需要说明的是，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种功能单元线芯，其特征在于，包括：
外层包裹有线芯绝缘层的功能线芯导体；
线芯铠装层，所述线芯铠装层由钢丝在所述功能线芯导体的外层螺旋绕制而成；所述线芯铠装层的内壁与所述功能线芯导体的外壁之间留有间隙，且所述功能线芯导体呈螺旋分布；
金属屏蔽层，所述金属屏蔽层套设于所述线芯铠装层的外层。
2.根据权利要求1所述的功能单元线芯，其特征在于，所述线芯铠装层的内壁与所述功能线芯导体的外壁之间的间隙为0.3mm～1mm。
3.根据权利要求1或2所述的功能单元线芯，其特征在于，所述线芯铠装层由扁钢丝螺旋缠绕而成；且所述扁钢丝螺旋缠绕时形成的螺距为0.2mm～0.5mm。
4.根据权利要求3所述的功能单元线芯，其特征在于，所述金属屏蔽层由铜丝和纤维编织而成；或者，所述金属屏蔽层由铜丝股线缠绕而成。
5.根据权利要求4所述的功能单元线芯，其特征在于，所述金属屏蔽层的内壁与所述线芯铠装层的外壁之间设置有橡胶层或塑料护层；或者，所述金属屏蔽层的内壁直接贴合所述线芯铠装层的外壁。
6.一种基于权利要求3～5任意一项所述功能单元线芯的制造方法，其特征在于，在所述功能线芯导体外层加工所述线芯铠装层时，所述扁钢丝由缠绕机或编织机纵向拉伸，并在所述功能线芯导体的外层螺旋缠绕，同时采用无张力的形式将所述线芯铠装层中所述扁钢丝以及所述功能线芯导体进行主动放线，以防止所述线芯铠装层中所述扁钢丝的螺距变化；
在所述线芯铠装层外加工所述金属屏蔽层时，将1～6根不加捻纤维纵拖进入所述线芯铠装层与所述金属屏蔽层之间，所述1～6根不加捻纤维间隔分布于所述线芯铠装层的外周，且任意一根所述不加捻纤维均平行于所述线芯铠装层的轴向，以防止所述线芯铠装层的内壁与所述功能线芯导体的外壁之间的间隙变化。
7.一种智能复合采煤机电缆，其特征在于，包括由内至外依次设置的电缆线芯组合体、电缆铠装层和电缆外保护层，其中，所述电缆线芯组合体包括中心光纤、多根动力线芯和多根如权利要求4～5任意一项所述的功能单元线芯，多根所述动力线芯均匀分布于所述中心光纤的外周，且所述中心光纤的外壁与任意一所述动力线芯的外壁均相切；多根所述功能单元线芯均匀分布于多根所述动力线芯的外周，任意相邻两所述动力线芯之间均设置一所述功能单元线芯，且任意一所述功能单元线芯的外壁均和与其相邻的两所述动力线芯的外壁相切；任意一所述功能单元线芯的外壁均与所述电缆铠装层的内壁相切，任意一所述动力线芯的外壁均与所述电缆铠装层的内壁之间留有间隙。
8.根据权利要求7所述的智能复合采煤机电缆，其特征在于，所述电缆铠装层由扁钢丝螺旋缠绕而成，且扁钢丝螺旋缠绕时形成的螺距为2mm～10mm；
任意一所述动力线芯的外壁与所述电缆铠装层的内壁之间的间隙均为1mm～3mm。
9.根据权利要求7或8所述的智能复合采煤机电缆，其特征在于，所述中心光纤包括由内至外依次设置的光纤芯、油膏层、松套管、光纤铠装层和光纤保护层；其中，所述光纤铠装层由扁钢丝螺旋缠绕而成，且扁钢丝螺旋缠绕时形成的螺距为0.1mm～4mm；所述光纤铠装层的内壁与所述松套管的外壁之间留有0.1mm～5mm的间隙，且由所述光纤芯、所述油膏层和所述松套管形成的组合体在所述光纤铠装层内呈螺旋分布；
所述光纤保护层为纤维编织保护层。
10.根据权利要求7或8所述的智能复合采煤机电缆，其特征在于，所述电缆外保护层包括由内至外依次设置的内护橡胶套层、纤维编织加强层和外护橡胶套层；其中，所述纤维编织加强层的纤维编织角度为20°～60°。
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