港口起重机专用移动电缆的国产化

孙正华

(上海南洋电材有限公司，上海201615)

0 引言

随着经济全球化趋势的日益确立，以及世界大宗商品的贸易仍主要依赖港口的格局日益强化，世界各地港口的兴建催生了港口机械的现代化建设。其中高品位、优质的港口起重机专用电缆(简称港机电缆)无疑担任了极其重要的角色。由于港口起重机的工作状态和操作频繁决定了与之配套的电缆必须具备卓越的机械性、柔性，以及抗频繁弯曲和卷绕的特性。在这一领域中，知名品牌的国外进口电缆长期以来一直主导着我国的高端港机电缆市场。这类进口电缆凭借着优异的品质特性和相对较长的使用寿命，使电缆具备了较高附加值，他们的产品几乎笼断着我国港机专用电缆市场。从而使得国内电缆制造业希望尽快打破这一技术、价格笼断，夺回市场定价权成为必然的趋势。

1 港口起重机专用电缆

所谓港口起重机专用电缆，是根据这些特殊起重机各部的工作状态以及供电、数据信号传输等要求而配备的各种专用电缆。如适用于龙门式桥吊主电源供电的移动收放型盘卷电缆;悬挂于起重机横樑的拖令电缆(也称窗帘式电缆)以及安装于坦克链装置中的拖链电缆(也称拖拽电缆、高柔性电缆);随起重机吊具上下频繁收放的蓄缆筐式电缆等等。

目前供应此类电缆的国外品牌有德国的TKD KABEL，依格斯(igus)及缆普电缆(Lappkabel)等。他们所制造的这些电缆已经在港口起重机上应用很久，并有较好的业绩，具有相当高知名度，如igus制造的Chainflex高柔性电缆可根据现场应用的电缆移动行程、弯曲半径和加速度等工作参数，推算出电缆的使用寿命;拖链电缆的设计寿命可达500万次弯曲循环。

2 严酷的工作环境需要高柔性电缆

港口起重机的工作环境条件可谓相当恶劣且严酷。首先用于起重机各部的电缆差不多全部暴露于日光的紫外线下，还有昼夜的绝对温差;位于海边的港口机械还要长期承受盐雾的侵蚀。其次是由于起重机工作时的频繁移动，电缆必须经受高强度的机械应力的持续施加。鉴于以上工作条件，首先联想到的是电缆应具有高柔韧性和高机械性。为了防止电缆在频繁弯曲、卷绕状态下的打扭、开裂、断芯等常见的机械损伤，柔性电缆需要的还不仅仅只是柔韧性，还必须具备在外力作用下电缆结构的稳定性、零位移性。因为电缆在移动状态下保持结构稳定性与电缆的使用寿命息息相关。而且从另一个角度来说，起重机电缆的使用寿命或可成为评判其品质优劣的唯一尺度。

3 港口起重机专用移动电缆国产化工作的要点

3.1 柔性电缆的材料

所有港口起重机电缆外护套材料都必须具备户外抗紫外线的材料特性，除此之外，由于使用场合和特点的不同，材料选择上也有所不同，以下按不同电缆分别进行说明:

(1)低、中、高压卷盘电力电缆(0.6/1 kV，3.6/6 kV以及6/10 kV级)。卷盘电缆一般都以乙丙或高压乙丙橡皮混合物作为电缆绝缘层。之所以采用乙丙则是因为乙丙橡皮具备高绝缘性和耐湿性。护套采用氯丁橡胶或聚氨酯(TPU)。由于卷盘电缆经盘具卷绕收集，从而对盘架产生巨大的摩擦，所以一般会优先选择TPU作为电缆的外护套。除此之外，芳纶纱的编织加强对于卷盘电缆而言也是必不可少的。这些电缆随起重机吊车的移动而收放，经桥架被提升至收集盘架，其经受的引张力大且往复次数频繁。芳纶纱不仅可以对电缆本体形成增强保护，还可以提高电缆的柔韧性。根据不同的功能要求，卷盘电缆还可以复合携带光纤用于系统通信。

(2)蓄缆筐式吊具电缆。这是一种用于起重机吊具的专用电缆，随吊具的上下升降而收放。蓄缆方式采用直落式蓄缆筐盘绕收集。电缆的绝缘、护套基本类似于卷盘电力电缆。该电缆的特点是采用了抗风防晃技术，即在电缆内部加入铅珠链防风配重元件，以适度增加电缆的自重，以确保电缆工作时保持垂坠度。铅珠链经锦纶纱连续编织加套处理，以便形成为电缆绝缘线芯的隔离层，从而减少金属对绝缘的直接摩擦。

(3)拖令系统(动力/控制)柔性电缆。拖令电缆也俗称“窗帘式”移动电缆。为确保电缆的柔性，一般会采用尼龙加强芯。电缆的绝缘采用乙丙橡皮混合物，考虑到该系统电缆的抗风和耐气候性，护套材料采用强抗UV型氯丁橡皮混合物。派生的拖令通信电缆，往往采用镀锡铜丝编织屏蔽结构。

(4)拖链用(动力/控制)电缆。其各部分材料与拖令电缆基本雷同。对于数据信号传输的拖链光缆，则增加了玻璃纤维增强树脂(FRP)强芯，以确保对光纤的拉伸和弯曲的保护。光纤优先采用光波导光纤。由于电缆被置于链式限止装置中，故电缆的外护套需采用TPU耐磨混合物。

3.2 结构设计、制造工艺的选择和改进

除上述材料外，柔性电缆的结构设计、制造工艺对最终造就高品质、长寿命的移动电缆也是至关重要的。众所周知，移动型电缆特别是处于频繁弯曲、反复卷绕的工作状态下，是非常容易造成多芯电缆的线芯打扭、曲折，造成局部机械应力集中，使金属产生疲劳，使聚合体产生应力开裂而最终导致电缆断芯或绝缘、护套损坏而失效。为避免这一常见的近乎常识性的失效模式的产生，人们发现对于多芯或多元件复合电缆而言，其结构设计必须以电缆整体紧密结合为好。具体来说，在电缆的结构设计时力求使电缆在处于弯曲或移动状态时缆芯与缆芯之间，缆芯与护套之间，护套与加强芯之间尽可能地保持贴合匹配、结合紧密，避免不稳定的结构使之产生相对移动或滑动。为实现这一目的，柔性电缆的缆芯尽可能采用正规层绞结构。如缆芯元件必须兼有异结构组合，那么应仔细、恰当地使用填充芯或填充元件，使缆芯间无任何空隙，辅以挤出式内护层以确保缆芯紧密、护套均匀贴合。填充芯或填充元件的材质应均匀，尺寸应一致，必要时采用成型填充元件，如三芯电缆的中心空隙用三角鞍形橡胶条进行填充，这是一种比较可靠的防变形结构。

至于制造工艺，柔性电缆的要点在于缆芯的成缆工艺。一个好的成缆工艺能够极大地降低电缆在使用过程中产生断芯的概率。

成缆工艺的要点即必须保持缆芯内部所有芯线以及组合元件张力的一致，排除任何芯线可能由于成缆时张力不均所产生的内应力存在。如果某芯线或某元件存在这样一种内应力，那么就会对日后电缆的正常使用产生很大的隐患。因为电缆在频繁弯曲、卷绕状态下，局部的内应力会慢慢向某点集中积压，造成拐点、折角最后造成金属疲劳而断裂。

经解剖断芯电缆样品，发现某些缆芯存在局部扭曲、芯线错位，以及某些芯线因伸长而打扭等现象。这些现象告诉我们，保持缆芯张力均匀一致是一项很重要的防断芯的工艺控制措施。此外，正确选配成缆压模也是成缆过程中必须精细控制的工艺手段，过紧的压模也会造成缆芯的张力不均。有时为了控制缆芯外径，往往希望借助压模来压缩外径尺寸，但这无疑是一种错误方法。

成缆的另一个要点是空隙填充。对于一般电缆而言，经挤压式挤出后，边隙填充的充填率大约在70%～80%之间。这时候护套厚度会出现锯齿状不均匀的情况，尽管可能对护套的平均厚度不会产生多大影响，但当电缆受外力产生弯曲时，护套的不均匀性会对缆芯造成不规则挤压，容易使缆芯产生错位。其次不紧实的填充所留下的局部空隙更是为缆芯位移提供了结构上的条件。所以成缆时，原则上应采用精细填充的方式，即精确计算结构空隙的空间，然后根据结构空间选配尺寸精确的填充材料。填充材料有锦纶丝加强型橡皮填充条或尼龙填充芯等。

港口起重机电缆一般都采用内外双层护套，护套的挤出必须紧实，尤其是内护套。在内护套挤出时应加大模具的向心压力，以保证挤出紧密、结实。

4 高柔性电缆的安装敷设

高柔性电缆的使用寿命在很大程度上还同电缆的安装操作和敷设状态有密切的关系。在这里不详细讨论港口起重机电缆安装的操作规程，但作为这类电缆的制造商或供应商，必须对柔性电缆的安装作出告诫性说明，如电缆安装前的下料过程和预退扭过程。在一般情况下成品电缆都是以盘装交付使用的，那么为了在下料过程中不使电缆产生内应力，则必须使用盘具专用支架进行转动式下料，而不是静止的无退扭的拖拽式下料作业，后者必然会使电缆扭曲而产生内应力。其次，安装敷设前的预退扭处理也极为重要。所谓退扭就是将电缆的一端静止悬挂超过8 h，使其在自然垂体状态下纠正自身可能存在的由外力造成的扭曲变形。

综上所述，无论是支架转动下料还是退扭预处理，其目的只有一个.那就是尽可能地保证在安装和使用前让柔性电缆消除内应力，使电缆在日后的使用中不留下造成变形的隐患。

5 结束语

上述已介绍了港口起重机专用电缆的特性及这类电缆在港机中所处的重要地位。由于这类电缆的需求正随着港口机械的发展而日益扩大，国产化自主开发已成为必然的趋势。经过对电缆材料和制造工艺的分析探究，高柔性移动电缆的完全国产化已是可以实现的。从电缆材料国产化程度到对照目前我国现有的电缆制造设备和工艺手段，无一不说明当前的客观条件都为港口起重机电缆国产化这一课题的实现提供了基础。随着电缆制造业工程技术人员的大胆实践，完全有理由相信，国产化电缆全面替代进口电缆的日子已经不远了。

［1］陈慧平.柔性电缆——移动电缆［EB/OL］.http://dxdl.tede.cn/2009/08/1250737379149846.h/2009-08-20/2010-01-20.

［2］陆伟.拖链电缆［EB/OL］.http://www.newmaker.com/art_32737.html/2009-03-02/2010-01-20.