屏蔽型(SUTP)六类对称数字通信电缆的开发1

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屏蔽型（SUTP）六 类对称数字通信电缆的开发

摘要

随着信息化发展的进程，人们对数字、声音、图像等信息传输速度的更高要求，网速越来越成为困扰人们的一大因素。在光纤还没有到达桌面以前，六类布线系统以其高带宽和廉价的经济性能，作为替代产品越来越受到人们的认可。在今后一段时间内，六类布线系统还将占有统治地位。然而其不稳定的传输性能以及人们对保密性能的渴望，造就了新的屏蔽系统的发展。正是社会的需要，推动了布线世界的改革步伐。

屏蔽系统，具有优异的电磁兼容性（EMC）和保密性，因此也就更具有发展潜力，也是近几年布线系统的发展方向。本文紧跟时代潮流，结合所学专业，成功开发了屏蔽型（SUTP）六类对称数字通信电缆，作为对自己四年所学的一个总结。

本文首先结合所学知识，参考前人的技术成果，以及在工厂的实际考察，确定了其宏观结构，利用通信电缆的有关原理，对其结构进行了大量细致的计算，最终又通过数次试产和测试，对其结构进行了细节上的调整和改进，直到产品的性能完全符合六类对称数字通信电缆的行业标准。本文从设计、计算、生产和测试几个部分作了大量细致的阐述，并附有一些简图，以便读者能更好的理解作者的思想。

关键词 屏蔽；六类；对称数字通信电缆

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The exploitation about balanced category six cable of shielding type(SUTP)

Abstract

With the process of informationization development, people, to such the requiring higher of transmission speed of information as the figure , sound , picture ,etc., the network speed becomes a great factor of perplexing people more and more. Before the optic fibre has not reached the tabletop yet, six kinds of wiring system are with its high bandwidth and low-priced economic performance , approved of more and more substitute products by people. In a period of time to come, six kinds of wiring system will also occupy the dominant position. But its unstable transmission performance and people's aspiration of secret performance , have brought up the development of the new shielding system. It is exactly a need of the society, promote the reform paces of the world of connecting up.

Shielding system, electromagnetic compatibility (EMC ) and privacy with excellence, so have development potentiality even more, it is the developing direction of the wiring system in recent years too. This text follows the tendency of the day closely, combine the specialities studied , has succeeded in developing balanced category six cables of shielding type (SUTP ), as a summaries studied of four years to oneself.

This text combines the knowledge studied at first, consult forefathers' technological achievement , and the actual investigation in the factory, confirm its macrostructure, utilize relevant principles of the communication cable , has carried on a large amount of careful calculation to its structure, and test through several trial production finally, carry on adjustment and improvement on the detail to its structure, until the performance of the products totally accords with the sector standards of six kinds of symmetrical digital communication cables . - II -

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This text has done a large amount of careful exposition from designing, calculating, producing and testing , enclose some sketch , so that the thought of author can be understanded better by readers.

Keywords shield; cat 6; balanced category cable

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目录

摘要 .................................................................................................................. I Abstract ........................................................................................................... II

第1章 绪论 .................................................................................................... 1 1.1 六类布线标准的意义 ............................................................................... 1 1.2 预言未来六类布线发展趋势 ................................................................... 2 1.3 屏蔽基本原理 ......................................................................................... 3 第2章 理论设计 ............................................................................................ 5 2.1 绝缘线芯的确定 ....................................................................................... 5 2.1.1 导电线芯的确定 ................................................................................ 5 2.1.2 绝缘厚度的确定 ................................................................................ 5 2.2 芯线对绞 ................................................................................................... 8 2.2.1 对绞节距的选择 ................................................................................ 8 2.2.2 退扭选择 ............................................................................................ 8 2.3 单绞成缆 ................................................................................................... 9 2.3.1 填充骨架 ............................................................................................ 9 2.3.2 聚酯带 .............................................................................................. 10 2.3.3 屏蔽层 .............................................................................................. 10 2.3.4 地线 .................................................................................................. 10 2.4 外护层挤出 ............................................................................................. 11 第3章 理论计算 .......................................................................................... 12 3.1 导电线芯的计算 ..................................................................................... 12 3.2 绝缘线芯的确定 ..................................................................................... 12 3.3 绞合节距的选择 ..................................................................................... 12 3.4 绞入系数的计算 ..................................................................................... 13 3.4.1 对绞线对绞入系数的计算 .............................................................. 13 3.4.2 单绞成缆绞入系数的计算 .............................................................. 14 3.5 复合介电常数的计算 ............................................................................. 14 3.6 电缆的电容 ............................................................................................. 15 3.7 电缆的特性阻抗 ..................................................................................... 16 3.8 电缆的衰减 ............................................................................................. 18 3.9 电缆结构改进后的计算 ......................................................................... 19 第4章 工艺流程 .......................................................................................... 22 4.1 高速串联生产线生产绝缘芯线 ............................................................. 22 4.1.1 拉丝单元 .......................................................................................... 23 - IV -

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4.1.2 软化单元 .......................................................................................... 23 4.1.3 挤塑单元 .......................................................................................... 25 4.1.4 检测单元 .......................................................................................... 28 4.1.5 收线单元 .......................................................................................... 28 4.2 CT500-Ⅱ型退扭机和高精度对绞机完成芯线对绞 ............................. 28 4.3 YD630单绞机成缆 ................................................................................. 29 4.4 CB-φ65护套挤出机挤出外护层 ............................................................ 30 第5章 样品试制 .......................................................................................... 31 5.1 绝缘芯线的生产 ..................................................................................... 31 5.2 芯线对绞 ................................................................................................. 31 5.3 单绞成缆 ................................................................................................. 31 5.4 外护层挤出 ............................................................................................. 31 第6章 样品测试 .......................................................................................... 33 6.1 测试设备 ................................................................................................. 33 6.1.1 测试方案 .......................................................................................... 33 6.1.2 测试设备的性能与测试结果的关系 .............................................. 33 6.2 测试人员的技术水准与测试结果的关系 ............................................. 36 结论 ................................................................................................................ 39 致谢 ................................................................................................................ 41 参考文献 ........................................................................................................ 42 附录 ................................................................................................................ 43

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对特性阻抗来说，导电线芯直径不能太小（低频下不易符合），因此可增大绝缘厚度，但是成本会增大，而且绝缘直径不能大于1.10mm，否则将插不下水晶头[1]。

2a?d?Q(x)]?10?4 (亨/公里) （公式2-3） 2. L??[4lnd式中 ??总的绞合系 数距毫离米 ） a?回路两导线中心间（ d?导电线芯直 径Kd的特定函数，K?21.3f?10?3 Q(x)?为x?2图2-2 电感关系曲线

由图2-2可知

L 随线间距离a的增加而增大 随导电线芯直径的d增加而减小 随频率f的增加而略微减小

图2-3 电缆的特性曲线与频率的关系

3、100Ω电缆的电气特性虽没有对电感作单独规定，但特性阻抗与L

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有关。可以综合考虑L、C，以确定导电线芯和绝缘外径。 Zc?L （公式2-4） C由图2-3可知

Zc会随f的增加而减小，因为f↑,L↓,C不变。在高频时，如250Hz，若Zc能满足最小值要求,即大于85Ω，则Zc就能满足性能要求。 若Zc值偏小，则可以增大L或减小C即增加线间距离a

Zc 值偏大，则可以减小L或增大C即增大导电线芯直径d 4、100?电缆的衰减1～250MHz

0.020 ??1.808?f?0.017?f?fRCGL （公式2-5） ?2L2CdPG(x)()2a]?R(全)（欧/公里）（公式2-6） R?R0[1?F(x)?d21?H(x)()adPG(x)()2a]的10%左右 R（全）为R0[1?F(x)?d1?H(x)()2a G?G~??Cta?n （西/公里） （公式2-7）

8000(欧公里） R0??? （公式2-8） 2?d式中 R0?回路直流电阻 值 d?导电线芯直径（毫 米距毫离米 ） a?回路两导线中心间（系此数选值1为 P?各种四线组的修正，

Kd,K????为涡流系数 x?2 F(x)、G(x)、H(x)均为x的特定函数

由此可见，?的计算比较复杂，在设计中，只能以点带面确定某些频率点的值[1] 。

综上所述，要确定导电线芯，绝缘线芯直径，必须综合考虑电容、特性阻抗、衰减等性能指标，要使它们都符合六类标准规定的最低要求，并有一定的安全裕度，必须综合考虑导电线芯、绝缘线芯的直径，调整各自的直径，使各个指标有最好的表现值。

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在整个网络线的生产过程中，绝缘芯线挤出的质量好坏，将是影响产品性能指标的关键因素，导体的公差控制，绝缘层的均匀性，线径的稳定性都是需要进行严格的参数控制。由此，我们还是运用原来用于生产五类，超五类的设备，永雄机械制造厂生产的TEL96-1型绝缘线芯高速串联生产线。该机型集导体拉丝，软化，连续退火，挤塑，冷却，在线检测和自动收线换轴为一体的工艺连续化，控制自动化，运行高速化的串联生产设备。该设备吸收了国内外同行在同类产品中的优点，是具有一定的高技术内涵的新型产品。为保证稳定的使用性能，改设备主要零部件全部采用了进口元件，另外还配置了英国的BETA公司的XY双向C型在线测试仪，使芯线的线径能在高速运转情况下，确保线径在工艺要求的范围内，其导体，芯线线径均可控制在?0.003mm的公差范围内，这可满足六类网络线对线径公差的要求，另外，考虑进口芯线眼模的配套性，芯线挤出机头我们单独采用了奥地利UNITEK进口机头（全世界最为先进的挤出机头）与进口的斯米克模具进行配套，这样将原有设备的性能更加提高了一个层次。对于设备的具体介绍和操作将在后面详细论述。

2.2 芯线对绞

2.2.1 对绞节距的选择

在电缆制造过程中，将绝缘线芯绞合成线组的目的，除了保持回路传输参数稳定，增加电缆的弯曲性能外，还可减少电缆组间的电磁耦合，亦即减少了组间串音。线对绞合节距的稳定性以及线对与线对的节距比的稳定性至关重要。为了满足局域网对近端串音衰减的要求，对绞节距当然越小越好，其典型值为17—20—25—30mm或16—18—20—22mm，甚至可以为10—12—14—16mm。对绞节距一般为8～20mm。

2.2.2 退扭选择

六类绝缘线芯宜采用退扭的方法，因这对六类数据电缆产品特性阻抗

图2-4 绝缘线芯已退扭的特性阻抗 图2-5 绝缘线芯未退扭的特性阻抗 的影响是明显的，采用退扭后的电缆其特性阻抗与频率的变化曲线更趋于平缓[13]。 如图2-4，2-5所示：

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绝缘芯线的对绞工艺也是一个重要的工艺控制环节，通过对同行所采用的设备进行调查分析，结合本公司多年的电线设备加工能力，最后我们确定自行设计生产CT500-Ⅱ型高精度对绞机，放线装置采用了变频调速控制放线张力，而收线张力则采用了地惯量高灵敏度电磁粉末离合器控制，张力均匀，绝缘变形小等特点。从实践经验来看，该机型能适合网络线的对绞工艺要求。具体介绍也在后面论述。

2.3 单绞成缆

所谓成缆，就是把四组绞合线对以一定的节距绞和起来，中间填以填充条，外面包裹有屏蔽层和聚酯带，以便于下一工序挤外护层护套之用。无填充骨架结构电缆成缆节距一般在80～120mm之间，而有填充骨架结构电缆成缆节距一般在120～160mm之间。因为成缆节距太大，电缆弯曲性能变差，电缆安装或受力后传输性能容易变化；成缆节距太小，容易引起衰减、阻抗超标。关于成缆方向，业内人士意见不一，有采用成缆方向与绞对方向相同的，也有采用反向的。同向可能造成绝缘芯线相互挤压变形，从而影响电气性能。反向，容易造成退扭，使绞对节距不稳定而影响特性阻抗、回波损耗等指标。具体应视生产设备、绝缘材料、对绞节距和成缆节距而定。在实际生产中，我们采用同向的生产方式。

2.3.1 填充骨架

加填充骨架相对于无填充骨架的优点如下：

1. 可以使电缆中的4对线对在生产及使用过程中长期地处于比较

稳定的状态，并使成品外观比较圆整。

2. 与非骨架相比，电气性能上有明显的优势。成品电缆的串音衰

减性能，特别是远端串音衰减有较明显的提高。图2-6~2-9是在相同对绞节距及成缆节距的情况下，两种结构的六类数据电缆产品在整箱（305米）测试时，产品性能方面的比较。

图2-6 非骨架式六类电缆近端串音 图2-7 骨架式六类电缆近端串音

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图2-8 非骨架式六类电缆远端串音 图2-9 骨架式六类电缆远端串音

3. 电气性能稳定 然而其也有一定的缺点：

1. 外径增加，成本增大。 2. 柔软度差，施工困难。 3. 生产较难。

当然这些与其对电缆性能方面所做出的贡献相比是可以忽略的，所以在六类线中我们都加入填充骨架，一般选用十字形，使四对线分布在十字填充架的四个空间中，使结构稳定[13]。

2.3.2 聚酯带

聚酯带分内外两层，采用拖包工艺。内层主要作用是包紧四组绞线对，外层主要作用是包紧铝箔屏蔽层，使护套外观圆整，无波纹。通常情况下，其厚度在0.020mm左右，而宽度视电缆粗细具体选择，一般以包紧而且有25%的重叠率为准。

2.3.3 屏蔽层

屏蔽原理在前面已经说过，是利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理，有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其他设备的工作。其厚度应大于0.038mm。

2.3.4 地线

为确保有效性，屏蔽必须在电子上从端到端是连续的，并且正确接地。所以地线应与屏蔽层金属面相接触，以使屏蔽层安全接地。

对绞芯线成缆用设备的选择，也是在设备选型过程中要考虑的一个主要问题，要保证芯线在成缆过程中导体和绝缘不被拉细，应必须配置电动放线装置，我公司采用新技公司生产的电脑绞距单绞机。该机型采用电脑输入各工艺参数，可进行参数自动跟踪，显示产量统计，故障报警。成缆节距稳定，同时配置有绕包、拖包装置，来完成屏蔽层的包覆。单绞机的使用也将在后面论述

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式中： Ds2?a2??2Ds?a22?d2?d1?d??a2??d2?d1?d?2?a22?3d1?d??a2? ?3d1?d?2?a22?3?1.025?0.585??1.0252??3?1.025?0.585?2?1.02525.1494757.250725?0.7102?因此，电容

?2a?36ln????d?1.16945?1.78706?10?6??2?1.025?36ln??0.7102??0.585?2.0898?10?6 ?

32.82388?0.06367?10?6?FKm??6.367?nF100m?C???r?10?6标准规定0.5 mm规格的六类缆电容最大值为5.6nF/100m，显然计算值超出了此范围，正如此前所说，要减小电容，就必须减小导电线芯直径或增大线间距离，因此调整后的结构为导电线芯直径为0.57 mm，绝缘厚度为0.25 mm。

3.7 电缆的特性阻抗

由公式2-3可知，电感L的计算公式为：

2a?d?? L???4ln?Q?x???10?4

d??式中：?、a、d与电容公式中的规定一致 Q?x?的计算公式在高频下为：

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Q?x??式中:

22 xkd 2而 k?21.3f?10?3

x?因此，取f?2.5?108Hz时

k?21.3f?10?3 ?21.3?2.5?108?10?3

?336.78257kdx?2336.78257?0.585 ?

2?98.508922Q?x??x22 ?

98.5089?0.0287则

2a?d??L???4ln?Q?x???10?4d??2?1.025?0.585???0.0287??10?4 ?1.16945??4ln0.585???4.32778?10?4?HKm?电缆特性阻抗为：

Zc?LC4.32778?10?4 ?

0.06367?10?6?82.445???标准规定，六类数据缆特性阻抗为85?15?，计算值显然略小，要增大其值，有两个方法，一减小电容值，这也可说明当初电容值为什么偏大而要改变结构。二就是增大电感，如前所述，可以通过增大线间距离或减小导

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电线芯的直径来完成。这与减小电容的方式相同，可见调整方式是正确的。

3.8 电缆的衰减

在高频下,电缆的电导相对较小，因此在计算衰减时可以忽略不计，这样可以大大减少计算量，但是计算结果也就相对的不精确。 由公式2-4可知，衰减的计算公式可以简化为：

RC 2L式中：电容、电感在前面已经计算出来

由公式2-5可知，R为对称电缆的回路有效电阻：

2??d??PG?x??????a???R?全? R?R0?1?F?x??2??d??1?H?x??????a???式中：在高频下

2x?3F?x??42?98.5089?3 ?

4?34.07292x?1G?x??82?98.5089?1 ?

8?17.28641?32x?522??H?x?????4?2x?1x??1?32?98.5089?522?? ????4?2?98.5089?198.5089???0.7393 ??- 18 -

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2??d??PG?x??????a??的10％ 而取R?全?为R0?1?F?x??2??d??1?H?x??????a???R0为回路直流电阻

8000R0????d28000? ?1.16945?0.017241 2??0.585??Km??150.02812??0.585??17.2864?????1.025???R?1.1?150.0281??1?34.0729?2??0.585??

1?0.7393?????1.025?????7012.1127??Km?所以，

RC??2L7012.11270.06367?10?6?24.32778?10?4 ?42.5259?NKm?

8.686?42.5259?10?100?36.938?dB100m?标准规定，六类数据缆在高频250MHz时的衰减值最大为32.8dB/100m，显然计算值已超出了规定范围，要减小衰减，可以减小电容或增大电感，这又和前面的分析不谋而合，因此确定最先试算的结构有点偏大，而改进后的结构能否满足标准规定，还要进一步计算后才能得出结论。

3.9 电缆结构改进后的计算

改进后的结构为导电线芯直径0.57 mm，绝缘厚度为0.25 mm，则绝缘直径为1.07 mm。

由于计算过程一致，因此不再详细论述，公式中的所有符号和上面的意义一致，只写出步骤和结果。

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???1.0248Ks??1??1.07?11???1.0457

Ks??1??1.07?13???1.0329Ks??1??1.07?9???1.0675K??1??1.414213??2D?L??T??Ks1?1??1.07?15?212231224122122DD122?1.0036

??Ks1Ks2Ks3Ks4KD?1.15549

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从以上计算可知，电容和特性阻抗都能满足六类缆的性能要求，说明调整后的结构是合理的，但是要确定最终的结构，还要看其衰减能否满足性能指标。

同样是在f?2.5?10?8Hz的情况下，

k?336.78x?95.98312x?3?33.1800342x?1G?x???16.8481?32x?522?H?x??????0.738924?2x?1x?8000R0????156.3417?d22??d??PG?x??????a???6289??Km?R?1.1R0?1?F?x??.135982???d?1?H?x????????a???F?x??RC ?36.647?NKm??31.83?dB100m?2L经计算，其衰减值小于标准规定的最大衰减值，说明改进后的结构完全否和六类缆的技术指标，可以用于试产，如果测试结果和计算值一致，则可以由于量产，如果不符，还要看具体的测试结果变好了，还是变坏了。因为计算值和测试值不符是很正常的，所以最后的结果还要等测试结果出来以后才能下结论。

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第4章 工艺流程

产品能否开发成功与设备和工艺有直接关系，因为要把理论变成现实还需要一个过程，设备性能直接关系到产品的质量，而工艺直接决定着设备性能的表现。所以要对设备有一个了解,清楚每台设备的优缺点，并掌握生产工艺，以便在生产过程中加以控制，使设备发挥其最大优势，以利于理论的完全实现。下面将对各工序用生产设备和其工艺特点作一具体介绍。

4.1 高速串联生产线生产绝缘芯线

近些年来，我国电缆制造行业陆续从国外引进了数百条高速绝缘芯线生产线，并已相继投入生产，大大提高了我国铜芯通信电缆的制造水平，产生了很好的经济效益。

由于这些引进生产线具有高速（最大线速2500m/min）、连续（拉丝、软化、挤塑连续完成）、自动控制（绝缘外径、电容、绝缘破损检测、系统张力、收线上下盘）等特点，给操作和维护带来了很高的要求。

下面我将结合本公司的实际生产情况对高速绝缘芯线生产线的特点及操作要点作一些分析和介绍。

这类生产线型号各有不同，但基本结构大体相同，下面以我公司引进的高速串联线为例进行介绍。整个生产线按功能分，由五个单元加一个主操作柜所组成[3]。如图4-1所示： 高放线架吹干器盛线筒(1)拉丝机拉丝单元导体预热软张化力机摆(2)轮预热机辅助张力机软化单元主主辅操挤作出盘机(3)挤塑单元冷却水槽牵引机高压测试器(4)收线单元检测单元外径测试器张收力线摆机轮(5)图4-1 高速绝缘芯线串联生产线 具体的每个单元组成部分如下：

拉丝单元：两个铜杆盛放筒、高放线架、17模中型拉丝机。

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软化单元：导体预热、软化机、张力摆轮。 挤塑单元：预热机、辅助张力机、辅助挤出机、主挤出机、冷却水槽

（喷淋式）、牵引机（带喷淋，最大速度2000m/min）。

检测单元：水中电容测试器、高压测试器（火花机）、绝缘外径测试

器（光电式，X、Y双向）我司采用的BETA测试仪。

收线单元：张力摆轮、收线机（A、B盘自动切换上下盘） 下面就将每个具体单元作详细介绍：

4.1.1 拉丝单元

绝缘芯线的铜导体由铜杆拉制而成。为满足高速、连续生产，铜杆应是经过软化、具有圆整截面、质量均匀一致、无杂质的无（低）氧铜杆。铜杆的直径根据拉丝机模数和铜导体直径而定。?

我们的拉丝机是17模的，铜杆直径可以是2.5或2.6mm（铜导体直径为0.40~0.80mm），1.8mm(铜导体直径为0.32mm)。?

在正常情况下，导体从拉丝机出口模出来后，直到制成电缆成品，它的直径变化大约为10‰，考虑到容差，；拉丝机的出口模孔径原则上应配成比导体标称直径大8‰左右。但是若整个电缆生产线性能良好，附加额外张力很小的话，从节约原材料考虑，可将出口模孔径配的小些（应不影响电缆成品的电气性能）。?

拉丝机出口模与进口模之间各模的孔径间隔以尽可能减少铜导体在拉制过程中所受张力为原则。?

拉丝模应全是钻石模，出口模孔径不圆度在2‰之内。?

拉丝润滑液又称乳浊液，它的作用有三个：润滑，减少铜丝与拉丝模的磨擦；滤铜屑，将在拉丝过程中产生的铜屑滤去，以免堵塞拉丝模；降温，通过润滑液的循环，将拉丝时产生的热量带走。?

拉丝润滑液的浓度应控制在5~7%，温度控制在40~50℃，供应量应适度，否则将引起断线频繁，导体变色、变细等。?

4.1.2 软化单元?

如图4-2所示，软化单元由五个导轮，三个电极轮，二个吹干器及一个张力摆轮所组成。

电极轮1与2之间为导体预热段，对于高速连续软化来讲，导体预热是必须的。预热段长度可调（有些生产线是固定的）。预热段长度长，铜丝软化难；反之，软化易。一般以导体直径0.60mm为界，当导体直径大于0.60mm时，应适当缩短导轮2与3之间的距离。

在电极轮2与3之间，右侧为软化段，即退火。左侧及下部为冷却段。软化段采用加压产生热量的方法软化，有些生产线也采用高压蒸汽完

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预热段吹干器3吹干模(1)4冷却段电极轮 2吹干器(2)5软化段张力摆轮张力平衡砝码电极轮 112电极轮 3点动装置 图4-2 软化机示意图

成，冷却段充满冷却水。这里是软化的关键，有几个问题应予重视。

1. 退火电压一般控制在28～32V，如果采用蒸汽方法来退火，蒸

气压力应控制在29.4～49.0kPa(3～5N/cm2)，供应量适度。 2. 冷却水温度应控制在40～50℃，供应量要足，不能含有空气。

尤其是电极轮3，它也是充满水的，在它的转动轴处有一水封，要经常检查，以防漏气。

根据经验，软化用的冷却水最好是软水，呈中性；水中也可加些防氧化剂，目的是提高铜丝的长期抗氧化能力。

吹干装置有一个带孔的吹干模和两个稍大一些的吹干器组成。它们的作用是将从拉丝单元带来的润滑液（很少）及软化水（较多）全部吹掉。吹干用的压缩空气应供应充足，吹干模配置要恰当。

如图4-3所示，张力摆轮主要是通过一个同步传感器来调节拉丝机、软化机与牵引机之间的同步的，它以牵引速度为基准，根据张力摆轮受导线张力而摆动的位置来随时微调拉丝机和软化机的送线速度。张力摆轮上有一个平衡砝码，砝码向B调节时张力减小，砝码向A调节时张力加大。 由于拉丝机与软化机合用一个驱动电机，它们是通过机械传动来实现同步的。一般在启动和停止时，总是用机械或电气的方法使拉丝机先起后停，软化机后起先停，以免导体受到过大的张力。

软化电压和电流是软化单元最重要的参数 根据电阻公式及欧姆定理有

R??Ls (公式4-1)

I?VR (公式4-2)

由公式4-1可知，因电极轮2与电极轮3的相对位置固定，故L为常

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数，导体截面S为变量,，则： S↓→R↑→I↓；S↑→R↓→I↑

图4-3 软化机张力摆轮

因工艺控制是调节电压的，故可将V看成是自变量，V看成是因变量，于是只要根据导体S的不同来分别设定V即可。在大多数引进生产线上除了给出软化电压指示外，还给出电极轮1与2的预热分流电流和电极轮2与3的软化电流指示。最高软化电压为60V,软化电流为600A。软化电流所产生的热量Q为：

2Q?0.24IRt (公式4-3)

由公式4-3可知，虽然在软化时调节的是电压，但因电流I，导体电

阻R，牵引速度（决定通电时间t）都是变量，故电压值的选择不是固定的，应根据所要求的软化后的导体质量来选择。主要应考虑导体直径，延伸率及不氧化。

由于高速生产线都设计成缓启动（经过一段时间才能到达设定速度），所以软化机只是在一定速度以上才开始上电。最高速度高的生产线大约在速度达到500mmin时加压；最高速度稍低的生产线大约在速度达到350mmin时加压。

4.1.3 挤塑单元

挤塑单元的功能是在导体上挤包绝缘。导线绝缘是确定电缆一次参数的关键因素之一，所以挤塑单元是整个生产线的核心。现将绝缘材料和挤塑单元中的各个设备依次分述如下：

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由于户外电缆的市场需求量大,故高速绝缘芯线生产线大多用来生产户外电缆；户外电缆没有阻燃要求，一般都用电气、机械物理性能较好的聚烯烃作绝缘材料。聚烯烃绝缘料主要有低密度聚乙烯（LDPE），中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯(PP)。这几种绝缘料都具有良好的电气特性，但在与防水石油膏的相容性和耐高温方面高密度聚乙烯较低密度聚乙烯更优；聚丙烯因其价格较贵，使用较少，一般用于抗高温场合，它的另一缺陷是低温时较脆。

图4-4 预热机与辅助张力机结构示意图

图4-4给出了预热机与辅助张力机的结构示意图。

预热机有时称为再热机或芯线预热机，以区别于软化机的导体预热。与软化机不同的是这里采用感应电流对铜导体进行预热，它的作用是使铜导体具有一定的温度，以利绝缘在高速挤包情况下，仍对铜导体有良好的附着性。从理论上讲挤实心结构的绝缘时铜导体温度应为140～150℃。 与预热机配合工作的还有一台热风机（在辅助张力机下），它由一个循环水系统和风机组成，当环境温度很低时，循环水通过电加热，由风机将热风吹向辅助张立机上已预热过的导体，以保持它的温度；反之风机将温度适宜的风吹向辅助张力机。

辅助张力机的作用是减少导体的脉动，维持一个最利于挤包绝缘的张力。铜导体在主导轮与导轮5之间至少要绕三圈，这样就有足够的长度来让辅助张力机对铜导体的张力进行调整。调整原理是：当张力合适时，主

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导轮转速与导体线速相对应；当张力过大时主导轮转速略大于对应的导体线速；当张力太小时（脉动显著）主导轮转速略小于对应的导体线速。如此导体便能获得合适的张力和最小的脉动去接受绝缘挤包。

预热机和辅助张力机操作简便，但它们是绝缘挤包良好的重要条件，在操作中应勤加观察，否则将成为绝缘偏心，剥离强度偏低，导体拉细等的重要原因。

挤出机包括主、辅机。主机出机能挤包实心或泡沫绝缘；当需挤包泡沫/实心皮绝缘时，主挤出机挤内层的泡沫绝缘，辅助挤出机挤外层的实心皮绝缘。虽然挤出机的结构和工作原理与普通挤出机基本相同，但模具采用了不调偏结构，主、辅助可同时工作；绝缘颜色是通过色比计在本色料中添加色母粒来实现，这些都给制造技术提出了新的要求。

挤出模由模套、内模、外模、模套紧固螺母、外模紧固螺母及铜线导向螺母等组成；若主、辅机同时工作(挤泡沫/实心皮绝缘)，模套需换成有专用连接头的，另外还要加一个分流模。内外模为主件，余为附件。内外模的制造精度极高，内模采用镶嵌式，在头部嵌入一钻石材料制成的“子弹头”，外模采用钨钢材料制成。在装模时应在各部件的接触面上涂抹二硫化钼油，以便换规格时调换模具。

色比计是用来控制色母粒的供料速度的。通常本色绝缘料的供料速度是给定的，只要合理设定色比计值，就能使本色料和色母料以一定的比例向挤出机供料，从而得到符合工艺要求的有色绝缘。供料比正确与否，以绝缘芯线的绝缘颜色是否符合工艺要求为准。

一般主挤出机分六段控制温度，螺杆筒四段（C1～C4），十字机头一段(CH),模头一段(D)；辅助挤出机分四段控制温度，螺杆筒三段（C1ˊ～C3ˊ）,连接头一段（Dˊ）。挤出机的温度设定实践性很强，以挤包绝缘塑化良好，剥离强度、外径、电容符合工艺要求为目标，以环境温度、材料品质、挤出机性能为条件，从进料口开始到摸头，由低到高，形成一种合理的温度梯度。

高速生产线的冷却水槽比较长，短了绝缘冷却不足，会造成热缩率过大和偏心等情况。在引进生产线中，有的冷却水是直接射到绝缘芯线上的，对绝缘芯线阻力较大；有的冷却水是喷雾状的，对绝缘芯线阻力较小。在挤包实心绝缘时影响尚不大，在挤包泡沫或泡沫/实心皮绝缘时冷却水阻力大了会造成偏心，甚至影响发泡的均匀性和绝缘外径的一致性。 对于刚从熔融状态凝成半固态的绝缘来讲最好是缓慢冷却，因此在水槽的前三分之一段冷却水宜用温水，温度在60℃左右，如果采用的是低密度聚乙烯（LDPE），则可不用温水。

牵引机同时也是计米器，它以一定的速度牵引绝缘好的芯线，并将绝缘芯线送向收线单元；另外通过电路记下牵引轮转过的圈数并乘以牵引轮周长，最后将绝缘芯线的长度显示在主操作柜的计米显示仪上（计米是实

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时的）。在牵引机后设有吹干器（用风机吹风），将绝缘芯线上从水槽中带出的水全部吹干，以免影响高压测试和外径测量。

4.1.4 检测单元

检测单元由高压测试器、绝缘外经测试器、电容纪录仪等组成。高压测试器安装在牵引机之后，用来检测绝缘破损（针孔）并予以计数。检测电压一般设在2～6千伏左右。若工厂车间内空气含尘量高，或绝缘料中含有杂质，或导体上有乳浊液或其它物质的残留物，高压往往加不上或出现假象击穿，这点亟待研究解决。

外径测试器安装在高压测试器之后，它是一个光电设备，在绝缘芯线的径向对其外径作双向（X向、Y向；X与Y互成直角）测量。在主操作柜的外径控制仪上得到X向、Y向及X、Y向的平均值等三个绝缘芯线的外径读数，平时读出的是平均值。在外径控制仪上可测定标称和允许正、负偏差值，当外径超差时，能控制主挤出机螺杆转速来进行校正。

记录仪一般安装在生产线的末端，也有安装在主操作柜上的，它根据外经测试器和电容测试器供给的信号，用记录器把外径及电容曲线记录在记录纸上，可作生产档案，以便查考或在产生质量问题时进行分析。

4.1.5 收线单元

双盘自动收线装置对绝缘芯线生产线来讲，无疑是一个重大突破，因为有了它，实现了自动换盘，才得以有今天2500m/min的高速度。由于高度自动化，操作比较简便，但维护难度较大。

对日常生产来讲要注意三点：一是变形的工具盘无论如何不能用；二是合理选择排线节距；三是合理选择排线位置和宽度。这些看似微不足道，但一旦发生问题，不仅影响产品质量，还可能损坏设备，不可掉以轻心。

4.2 CT500-Ⅱ型退扭机和高精度对绞机完成芯线对绞

如图4-5所示，左侧为退扭机，下方为电动升降台，可方便操作人员换盘。退扭率采用无级可调方式退扭，退扭范围在0—50%，绞弓最大转速1500转/分，退扭最大速度3000转/分。右侧为对绞机。之所以称之为对绞机，是因为绞弓旋转一周，完成两个节距。其绞弓最大转速为2200转/分，扭绞最大速度为4400转/分。可以正绞和反绞，其节距选择是通过采用不同齿轮的配比来完成的。其原理是，保持齿轮回转速度不变，改变齿轮大小，使其收线速度改变，从而改变节距值。齿轮越大，收线速度越快，节距越大。其优点是节距值稳定、精确，缺点是如果要改变节距值，就必须变换齿轮，工序比较麻烦。当然也有采用电气方法来改变节距值的，例如采用稀土宽调速电机或直流电机来改变转速，从而改变节距。优

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点是控制方便，缺点是如果电压不稳定，会使绞合节距不稳定，从而影响电缆性能。 退扭机退扭绞弓放线盘对绞机收线盘对绞绞弓升降台图4-5 退扭机和对绞机结构示意图 4.3 YD630单绞机成缆

如图4-6所示，单绞机的主要作用是把对绞线对绞合，并加以聚酯带，屏蔽层，以便下一工序外护层的挤出。之所以称之为单绞机，是因为其旋转一周，完成一个节距。其最高转速为600转/分，最大绞合线径为10mm，可以完成正反两种绞合方式，采用气动增压式刹车装置，变频调速，采用PLC及人机界面（触摸屏）进行行动控制，主要运行参数自动显示。其绞合节距范围在120mm—160mm之间。绞距的大小与绞线质量有

外层聚酯带铝箔屏蔽十字填充条内层聚酯带电控箱控制面板收线箱图4-6 单绞机结构示意图

很大的关系，过大的绞距会产生松散的绞线，严重的会产生绞线不圆，甚

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至“跳线”从而导致后道工序押出的质量低下，合理的绞距应该是绞合线径的15~20倍。升降台是装上或卸下线盘用，用按钮控制电机正反转可使升降台上升或下降。升降台的底板可以轻灵的左、右滑动，这样当线盘孔要进出顶头就会很省力。但是要对准、进入空盘前要预先把该活动底板移向右侧。当要接卸满盘前，则要预先移向左侧，升降台下降到底后把线盘取出。要特别注意空盘装好后升降台必须下降到底后才能关门後开机。线盘拔肖装在右边顶头上，用作带动线盘旋转而收线，必须安装好后用螺母固定方可开机使用。收线张力的大小，是通过调节装在操作面板上旋转按钮来实现，张力的大小与绞线线径有关。线径越大收线张力越大。原则上在能保证收线的前提下收线张力尽可能小为宜。收线张力是通过气压来实现的，其值一定要合适。放线张力是用放线架上入线轴摩擦盘与摩擦皮带松紧调节来实现。原则上是小线小张力，大线大张力。张力过大容易断线，张力过小则绞线不均。特别注意所有支线张力都要接近一致，否则，容易出现绞线不圆和“跳线”现象。开机、停机时速度宜用调速旋钮来操纵，务使转速缓慢地升速和缓慢的降速，这样各有关不同质量和惯性矩的转动部件容易达到同步变速，也就是不容易发生因开车和停车而导致断线和松线，同时也能延长机器寿命。

4.4 CB-φ65护套挤出机挤出外护层

电缆的护套是通过连续挤压方式挤出的。挤出设备是单螺杆挤出机。在挤出过程中，装入料斗中的塑料借助重力进入机筒中，由旋转螺杆的推力作用不断向前推进，同时塑料受到螺杆的搅拌和挤压作用，并且在机筒的外热及塑料与设备之间的剪切摩擦热的作用下转变为粘流态，在螺槽中形成均匀连续的料流，到达机头的料流，经模芯和模套间的环形间隙，挤包于线芯周围，形成连续密实的护套层。塑料挤出机组由主机、辅机和控制系统组成。主机是挤出机，由挤压系统、传动系统和加热冷却系统组成。辅机主要有放线架、冷却水槽、印字轮、火花检验器、牵引机、收线储线器、收线装置等。控制系统主要有电器、仪表和执行机构组成，其主要作用是：控制和调节主辅机的拖动电机，输出符合工艺要求的转速和功率，并能使主辅机协调工作；检测和调节挤出机中的物料的温度、压力、流量；实现对整个机组的控制或自动控制。挤出机螺杆直径为65mm，长径比为25，转速为20—120转/分，采用铸铝加热方式，机身五段，机颈一段，机头一段。机头为可调偏结构，附模具一套。冷却水槽长十米，最大牵引速度300米/分。双轮式牵引，一为主动，一为被动。

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