內屏蔽鐵路數字信號電纜銅屏蔽單元組生產工藝控制要點

翟明生，李 江

(天水鐵路電纜有限責任公司，甘肅 天水741000)

0 引言

隨著中國經濟的飛速發展，我國的鐵路建設規模和速度正在日益擴大和提升，與此同時，日臻完善的中國高鐵技術裝備在海外市場的拓展步伐也明顯加快，這對鐵路建設所涉及的各個領域都是一個嚴峻的考驗，考驗的不僅是各項工程的推進速度，更重要的是在整個鐵路建設過程中各個環節及部位的工程質量安全。而對于鐵路建設必不可少且承載信號傳遞及能量傳輸的電線電纜來說，可以說是鐵路運營控制系統的神經中樞，其可靠性、安全性應該作為電線電纜生產廠家生產流程控制的重中之重。

目前，內屏蔽鐵路數字信號電纜由于其傳輸信號的穩定性和優良的抗干擾性能，在數字信號傳輸上具有明顯優勢，因此在整個鐵路建設的電纜用量中占有很高比例，由于其結構的特殊性，與普通型鐵路信號電纜相比，內屏蔽鐵路數字信號電纜在生產過程中各個環節的工藝控制上難度相對較大，而對于屏蔽組單元來說，其質量的均勻性及穩定性直接決定著整根電纜的總體性能。如何在生產制造過程中更好地控制其屏蔽單元組的產品質量，是電纜制造工藝控制的核心內容。對此，本文將針對產品特點，分別從設備、產品結構、關鍵控制點以及產品的均勻性控制等方面進行重點闡述。

1 銅屏蔽單元組結構

內屏蔽鐵路數字信號電纜纜芯是由若干屏蔽單元組組成，每個屏蔽單元組由四根皮—泡—皮物理發泡絕緣單線星形絞制而成。在四線組外縱包聚丙烯(PP)帶、軋紋銅帶、縱放泄流導體和繞包有色PP帶，通過銅屏蔽生產線一次加工后組合而成一個屏蔽組單元，結構如圖1所示。由于工藝相對復雜，因而在整個銅屏蔽工序的生產制造過程中，對每一種材料的完整包覆和每一個操作環節的有效控制是本工序質量控制的難點所在。

2 生產設備

圖1 屏蔽組示意圖

內屏蔽縱包生產線是我公司自行研發、制造的銅帶縱包生產線，整條生產線主要包括:放線裝置、銅帶軋紋機、縱包臺、繞包頭、控制柜、牽引和收線裝置，如圖2所示。此設備放線為雙盤放線，一盤放泄流導體，另一盤放半成品四線組，附帶有張力控制系統;軋紋機前端有銅帶放帶軸，軋紋機的作用是將銅帶進行橫向軋紋，使之在卷繞彎曲的時候有較好的彎曲性能，不至于產生較大褶皺及翹邊，此部位帶有速度自動反饋裝置，它根據生產線主速度隨時對軋紋機轉速進行調整;縱包臺上安裝的組合喇叭模具將網紋帶與軋紋銅帶依次縱向包裹在四線組外，附上泄流導體后再經繞包頭的PP帶包裹，圓整的銅屏蔽組經過牽引輪后收到力矩電機控制的收線盤上。

圖2 內屏蔽縱包生產線示意圖

3 生產控制難點

在日常生產過程中，容易出現的問題是:泄流導體即泄流線斷線不易發現，造成單元組部分長度上出現結構缺失;其次，由于網紋帶在起車及接續過程中容易出現斷裂或打折，從而影響網紋帶的連續性及完整性;還有，縱包銅帶的軋紋及合縫的均勻性也會影響整個產品的質量穩定性和可靠性。

4 工藝控制要點

4.1 泄流線的可靠性控制

泄流線作為傳導干擾電磁場感應電流的附件之一，其完整連續性在屏蔽組單元內顯得十分重要，而在實際生產過程中，由于上道工序排線質量及放線角度的波動容易出現拉斷情況，在此時如果沒有及時停車處理的話，將有部分產品出現結構缺失造成產品不合格，為了使操作人員能夠及時發現斷線情況，我們自行設計制作了泄流線報警裝置，工作原理如圖3所示。

圖3 報警裝置工作原理示意圖

此報警裝置是從控制柜引出一個直流24 V電源，由報警燈及報警信號采集點形成一個閉合回路。正常工作時為常開狀態，當泄流線斷裂時，搭在泄流線上方的自由擺桿將由于自重開始下落，使擺桿后端的觸點A與機殼內部的觸點B閉合，從而觸發警燈開始工作，同時與生產線主機進行連鎖控制，使得一旦報警就自動停車，極大地方便了作業人員操作，很大程度上提高了產品質量管控的可靠性及工序合格率，報警裝置實物圖見圖4。

4.2 網紋帶的連續性與完整性控制

網紋帶是屏蔽組單元內部最接近絕緣線芯的一層保護層，它將較弱的絕緣線芯與金屬屏蔽層隔離開來，在防止金屬層刺傷絕緣的同時也增加了線芯抵抗外力的緩沖能力，以便更好地保護屏蔽組單元絕緣單線。

網紋帶在生產過程中由于接續質量及模具問題容易出現斷裂或打折情況，很容易造成成品高壓測試不過關或者給產品留下安全隱患。針對此問題，我們在縱包模具的設計上結合銅帶合縫問題做了調整，增加了其成型可靠性，同時對操作人員經過多次培訓并要求高級工以上資格人員進行作業，其次在作業指導書中對換帶時降低車速以及粘接方法都做了詳細規定。通過對以上措施的實施，將人為因素和設備保障有效地結合起來，最大程度上保證了網紋帶的連續性以及穩定可靠地縱包成型。

圖4 報警裝置實物圖

4.3 銅帶軋紋及合縫控制

銅帶軋紋的均勻一致性對銅帶縱包成型起著關鍵作用。銅帶有時會在生產過程中的退火環節出現問題，導致銅帶因散熱不均勻在放帶過程中出現粘連情況，銅帶局部單位長度上的伸長率不穩定也會造成放帶張力出現波動或者使銅帶走向發生變化;而對軋紋機來說，由于長時間使用對銅帶有一個最佳咬合點，當銅帶走向發生變化的時候，銅帶進入軋紋機時的位置將會偏離其最佳咬合點，經軋紋后會出現翹邊或者軋紋深度不均勻的情況，隨即導致在經過縱包模具時出現銅帶合縫翹邊或帶邊打折情況，同樣造成產品不合格或安全隱患。

針對此問題，我們首先要做到的一個至關重要的環節就是嚴格規范銅帶的進貨檢驗，確保銅帶質量符合規定技術要求;其次要將軋紋機的軋紋深度調整至一個最佳范圍，當咬合口出現較大磨損時必須及時更換軋紋輥，以免產生不必要的損失;最后還要結合網紋帶成型規律對銅帶縱包模具進行每班檢查，防止因出現磨損而導致類似銅帶翹邊情況發生。

5 改進控制要點后電氣性能的提升

為了控制成品各項電氣性能指標，應當在銅屏蔽環節就進行檢測，以便當某項參數偏離時能夠及時發現并進行調整，為此本工序產品下車后需對某些電氣性能參數進行測試，如對地電容不平衡系數ea1、ea2(0.8～1.0 kHz)，電容耦合系數K1(0.8～1.0 kHz)等，檢測儀器為QS35電容耦合測試儀，參數定義及測試結果換算公式為:

(1)電容不平衡

式中:ea1為四線組單元第一實路對地電容不平衡值;ea2為四線組單元第二實路對地電容不平衡值;C10、C20、C30、C40分別為四線組單元線芯1、2、3、4對地間的部分電容。

測量結果換算公式為:

式中:ea(1－2)為每公里制造長度上電纜線對對外來地的電容不平衡值(pF/km);ea(1－2)X為被測電纜實測長度上電纜線對對外來地的電容不平衡測量值(pF);L0為產品標準中規定指標時確定的標準制造長度(m);LX為被測電纜長度(m)。

(2)電容耦合系數

式中:C13、C24、C14、C23為星絞四線組內第一實回路(1和2導線)對第二實回路(3和4導線)的線間電容。

測量結果換算公式為:

式中:K1為每公里制造長度上電纜線對間的電容耦合系數值(pF/km);K1X為被測電纜實測長度上電纜線對間的電容耦合系數測量值(pF)。

根據對外來地電容不平衡的測試原理分析，縱包銅帶包覆軋紋的均勻性和外徑的均勻性將會影響銅屏蔽組的ea值。通過以上控制措施的實施，從大量的測試數據統計發現，電氣性能參數有了很大的改善，ea值較改進前平均每公里降低了86 pF，同時K1值也由原來比較離散、波動較大變得相對集中、穩定。

6 控制過程注意事項

為防止產品在整個生產過程中出現意外損傷，操作人員的自檢和互檢過程顯得非常重要。銅帶屏蔽工序的生產過程中線芯容易受傷的是放線、收線裝盤和下線推線環節，這些環節需要規范作業，防止各種損傷情況發生，認真履行自檢互檢職責，當發生損傷時及時采取措施，避免引起后續更大質量損失。

需要特別注意的是放線張力不宜過大或過小，防止拉傷或由于松動跳出導輪刮傷;收線盤要選取合適大小的以及內表面光滑平整的工具盤，上盤前要仔細檢查，避免工具盤有碰傷或裂縫導致擠傷合格的半成品，再者防止工具盤裝線太滿。一般情況下盤邊要留出50 mm的間隙，防止在運整過程中碰傷表面。

7 結束語

雖然內屏蔽鐵路數字信號電纜的銅帶屏蔽生產工序只是整個產品生產流程的一個局部環節，但它的工藝控制對產品的整體質量起著舉足輕重的作用。除了以上談到的幾點控制手段以外，電纜的每個單元組在生產過程中各部位的張力、尺寸控制的均勻性、一致性也直接影響著成品電纜電氣參數的穩定性。我公司通過對包括銅屏蔽組生產單元以及其它各道工序產品生產工藝的不斷改進和完善，使產品質量控制手段和質量保證能力得到了極大的改進和提升，內屏蔽鐵路數字信號電纜的產品制造工藝日趨成熟，從而使其質量得到了切實的保障。

［1］劉耀南，邱昌容主編.電氣絕緣測試技術(第2版)［M］.北京:機械工業出版社，1994.

［2］GB 5441.3—1985通信電纜試驗方法 電容耦合及對地電容不平衡試驗［S］.