采煤機(jī)電纜中控制線芯使用壽命的改善

廉 果， 董振園， 牛方輝

(江蘇亨通電力電纜有限公司，江蘇蘇州215234)

0 引言

由于中國經(jīng)濟(jì)增長對能源的需求，加之政府在能源產(chǎn)業(yè)價格管制方面的政策導(dǎo)向，凸顯了煤炭在中國能源結(jié)構(gòu)中的重要性，也加速了煤炭采掘業(yè)的發(fā)展。事實上，除了煤炭采掘業(yè)本身，為之配套的煤礦裝備制造業(yè)的振興計劃也逐步展開，其發(fā)展也得到了行業(yè)的重點支持。因此，加快煤礦裝備制造業(yè)技術(shù)創(chuàng)新與結(jié)構(gòu)調(diào)整迫在眉睫。

目前為采煤機(jī)配套的采煤機(jī)橡套軟電纜中控制線芯易斷芯、使用壽命短的問題，是制約采煤機(jī)生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素。采煤機(jī)電纜中的控制線芯主要起到信號監(jiān)控的作用，在電纜運行過程中因受到頻繁彎曲、拉伸等多種機(jī)械應(yīng)力作用，易導(dǎo)致控制線芯的斷裂，控制線芯一旦斷芯，將失去監(jiān)控保護(hù)作用，并造成設(shè)備停止運轉(zhuǎn)，嚴(yán)重影響了用戶的使用，給用戶造成很大損失。

因此，采煤機(jī)電纜控制線芯易斷芯、使用壽命短的問題一直是困擾煤炭行業(yè)和線纜企業(yè)的難題，雖然煤炭行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)對控制線芯所用材料做了專門規(guī)定，但沒有從根本上得到解決。我公司針對這一問題，對電纜控制線芯的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改進(jìn)，解決了這一難題，延長了采煤機(jī)電纜的使用壽命。

1 采煤機(jī)電纜使用狀況及分析

針對采煤機(jī)橡套軟電纜中的控制線芯易斷芯的問題，經(jīng)實地觀察采煤機(jī)橡套軟電纜的使用環(huán)境和使用方法，發(fā)現(xiàn)使用過程中電纜局部彎曲半徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的電纜彎曲半徑，電纜長期頻繁地受到彎曲、拉伸、機(jī)械外力沖擊的復(fù)合應(yīng)力作用，并且控制線芯導(dǎo)體截面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采煤機(jī)電纜動力線芯的導(dǎo)體截面，導(dǎo)致控制線芯易斷芯。

經(jīng)過多次的考察和取樣分析，在保持采煤機(jī)橡套軟電纜現(xiàn)有結(jié)構(gòu)基本不變的情況下，需減少控制線芯所受的彎曲應(yīng)力，增加控制線芯的柔軟性、抗拉強(qiáng)度、相對滑移性和抗彎曲能力，可以在一定程度上延長采煤機(jī)電纜的使用壽命。

增加控制線芯抗彎曲的能力可以采用增大截面和提高線芯的柔韌性，事實上受電纜外徑限制，增大截面積是不可能的，從配電角度考慮也是浪費的，而加入抗彎曲線材增加線芯抗拉強(qiáng)度是可行的。

2 改進(jìn)措施

2.1 增加控制線芯的柔軟性

根據(jù)煤炭部標(biāo)準(zhǔn)MT 818—2009《煤礦用電纜》的要求，控制線芯一般為三芯或三芯以上，須成纜后作為第四線芯和其他三根動力線芯再一起絞合成纜，因此控制線芯導(dǎo)體的柔軟性和成纜節(jié)徑比直接影響著電纜的柔軟性。在控制線芯導(dǎo)體截面不變的條件下，減小控制線芯用導(dǎo)體的單絲直徑，增加導(dǎo)體單絲根數(shù)，并采用復(fù)絞結(jié)構(gòu)，從而增加控制線芯導(dǎo)體的柔軟性和強(qiáng)度;其次成纜節(jié)徑比越小，則纜芯柔軟性越好;另外可在控制線芯成纜時中心放置一根截面較大的橡皮墊芯，同時采用較小的成纜節(jié)徑比，這樣采煤機(jī)電纜在使用過程中控制線芯易于彎曲伸縮，使施加于控制線芯上的力能因橡皮墊芯的彈性和控制線芯的柔軟性而得以緩沖，有效地解決了控制線芯彎曲斷芯的問題。

2.2 增加控制線芯導(dǎo)體的強(qiáng)度

在導(dǎo)體截面不變的情況下，為提高采煤機(jī)電纜控制線芯導(dǎo)體的強(qiáng)度，在導(dǎo)體中可加入有較高強(qiáng)度的纖維絲或高碳細(xì)鋼絲，并采用復(fù)絞結(jié)構(gòu)，從而提高導(dǎo)體的抗拉和抗彎曲性能。對于加強(qiáng)件而言，關(guān)鍵性能就是其最小拉斷力。鋼絲的抗拉強(qiáng)度一般為1300 MPa以上，其1%伸長時應(yīng)力也在1200 MPa左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅的抗拉強(qiáng)度(約200 MPa)，而伸長率約3%，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于銅線芯的伸長率(15%以上);纖維絲材料則具有伸長率小(約4% ～5%)、抗拉強(qiáng)度大(約2500 MPa)、不延燃等優(yōu)點。因此，在電纜中放置加強(qiáng)件，當(dāng)電纜受到外力拉伸時，首先承力的是加強(qiáng)件，只要加強(qiáng)件不被拉斷，電纜中銅線芯等其它元件就不會受損而保持正常工作。

如銅絲與加強(qiáng)件一起束絞，在工藝實現(xiàn)上會出現(xiàn)一些問題，因為鋼絲的硬度比銅絲硬，柔韌性比銅絲差，在和銅絲的束絞過程中，會出現(xiàn)鋼絲緊而銅絲松的蛇形狀現(xiàn)象;而纖維絲作為加強(qiáng)件和銅絲一起束絞則反之，造成使用過程中銅絲比纖維絲先受力，失去加強(qiáng)效果。所以鋼絲或纖維絲作為加強(qiáng)件時需要多根絞合后使用，以增加加強(qiáng)件的柔韌性和抗彎曲性能，并放置于中心位置與銅絲一起絞合。電纜的結(jié)構(gòu)圖見圖1。

圖1 采煤機(jī)電纜加強(qiáng)型控制線芯結(jié)構(gòu)圖

2.3 增加控制線芯間的相對滑移性

采煤機(jī)橡套軟電纜在使用過程中，因為頻繁彎曲和拉伸會使控制線芯來回移動，在移動過程中受到的阻力越大，越易導(dǎo)致其斷芯。為了保證在電纜彎曲、拉伸過程中，控制線芯具有相對的滑移性，以保證應(yīng)力的及時分散和均勻，我們先在單根控制線芯外均勻涂敷滑石粉，然后繞包一層耐高溫滑移帶，控制線芯成纜后，再繞包一層聚酯膜或加強(qiáng)無紡布，使控制線芯在受力時能夠得到一定的緩沖，從而延長控制線芯的使用壽命。

3 結(jié)束語

控制線芯經(jīng)過設(shè)計和工藝改進(jìn)，減小導(dǎo)體的單絲直徑和成纜節(jié)徑比，增加線芯的柔軟性;在控制線芯中加入加強(qiáng)件，可使采煤機(jī)電纜受到彎曲和拉伸作用時，大部分力作用在加強(qiáng)件上，減少銅導(dǎo)體的受力，降低控制線芯被拉斷的可能性;而在單根控制線芯外涂敷滑石粉和繞包耐高溫滑移帶，可使控制線芯在受力時能夠得到一定的緩沖。綜合這一系列的改進(jìn)措施，可大大提高線芯的柔軟性、強(qiáng)度和相對滑移性，使采煤機(jī)電纜控制線芯的使用壽命得到根本改善。