采煤机电缆中控制线芯使用寿命的改善

廉 果， 董振园， 牛方辉

(江苏亨通电力电缆有限公司，江苏苏州215234)

0 引言

由于中国经济增长对能源的需求，加之政府在能源产业价格管制方面的政策导向，凸显了煤炭在中国能源结构中的重要性，也加速了煤炭采掘业的发展。事实上，除了煤炭采掘业本身，为之配套的煤矿装备制造业的振兴计划也逐步展开，其发展也得到了行业的重点支持。因此，加快煤矿装备制造业技术创新与结构调整迫在眉睫。

目前为采煤机配套的采煤机橡套软电缆中控制线芯易断芯、使用寿命短的问题，是制约采煤机生产效率的关键因素。采煤机电缆中的控制线芯主要起到信号监控的作用，在电缆运行过程中因受到频繁弯曲、拉伸等多种机械应力作用，易导致控制线芯的断裂，控制线芯一旦断芯，将失去监控保护作用，并造成设备停止运转，严重影响了用户的使用，给用户造成很大损失。

因此，采煤机电缆控制线芯易断芯、使用寿命短的问题一直是困扰煤炭行业和线缆企业的难题，虽然煤炭行业标准对控制线芯所用材料做了专门规定，但没有从根本上得到解决。我公司针对这一问题，对电缆控制线芯的结构和生产工艺进行了改进，解决了这一难题，延长了采煤机电缆的使用寿命。

1 采煤机电缆使用状况及分析

针对采煤机橡套软电缆中的控制线芯易断芯的问题，经实地观察采煤机橡套软电缆的使用环境和使用方法，发现使用过程中电缆局部弯曲半径远远小于标准规定的电缆弯曲半径，电缆长期频繁地受到弯曲、拉伸、机械外力冲击的复合应力作用，并且控制线芯导体截面远远小于采煤机电缆动力线芯的导体截面，导致控制线芯易断芯。

经过多次的考察和取样分析，在保持采煤机橡套软电缆现有结构基本不变的情况下，需减少控制线芯所受的弯曲应力，增加控制线芯的柔软性、抗拉强度、相对滑移性和抗弯曲能力，可以在一定程度上延长采煤机电缆的使用寿命。

增加控制线芯抗弯曲的能力可以采用增大截面和提高线芯的柔韧性，事实上受电缆外径限制，增大截面积是不可能的，从配电角度考虑也是浪费的，而加入抗弯曲线材增加线芯抗拉强度是可行的。

2 改进措施

2.1 增加控制线芯的柔软性

根据煤炭部标准MT 818—2009《煤矿用电缆》的要求，控制线芯一般为三芯或三芯以上，须成缆后作为第四线芯和其他三根动力线芯再一起绞合成缆，因此控制线芯导体的柔软性和成缆节径比直接影响着电缆的柔软性。在控制线芯导体截面不变的条件下，减小控制线芯用导体的单丝直径，增加导体单丝根数，并采用复绞结构，从而增加控制线芯导体的柔软性和强度;其次成缆节径比越小，则缆芯柔软性越好;另外可在控制线芯成缆时中心放置一根截面较大的橡皮垫芯，同时采用较小的成缆节径比，这样采煤机电缆在使用过程中控制线芯易于弯曲伸缩，使施加于控制线芯上的力能因橡皮垫芯的弹性和控制线芯的柔软性而得以缓冲，有效地解决了控制线芯弯曲断芯的问题。

2.2 增加控制线芯导体的强度

在导体截面不变的情况下，为提高采煤机电缆控制线芯导体的强度，在导体中可加入有较高强度的纤维丝或高碳细钢丝，并采用复绞结构，从而提高导体的抗拉和抗弯曲性能。对于加强件而言，关键性能就是其最小拉断力。钢丝的抗拉强度一般为1300 MPa以上，其1%伸长时应力也在1200 MPa左右，远远大于铜的抗拉强度(约200 MPa)，而伸长率约3%，又远远小于铜线芯的伸长率(15%以上);纤维丝材料则具有伸长率小(约4% ～5%)、抗拉强度大(约2500 MPa)、不延燃等优点。因此，在电缆中放置加强件，当电缆受到外力拉伸时，首先承力的是加强件，只要加强件不被拉断，电缆中铜线芯等其它元件就不会受损而保持正常工作。

如铜丝与加强件一起束绞，在工艺实现上会出现一些问题，因为钢丝的硬度比铜丝硬，柔韧性比铜丝差，在和铜丝的束绞过程中，会出现钢丝紧而铜丝松的蛇形状现象;而纤维丝作为加强件和铜丝一起束绞则反之，造成使用过程中铜丝比纤维丝先受力，失去加强效果。所以钢丝或纤维丝作为加强件时需要多根绞合后使用，以增加加强件的柔韧性和抗弯曲性能，并放置于中心位置与铜丝一起绞合。电缆的结构图见图1。

图1 采煤机电缆加强型控制线芯结构图

2.3 增加控制线芯间的相对滑移性

采煤机橡套软电缆在使用过程中，因为频繁弯曲和拉伸会使控制线芯来回移动，在移动过程中受到的阻力越大，越易导致其断芯。为了保证在电缆弯曲、拉伸过程中，控制线芯具有相对的滑移性，以保证应力的及时分散和均匀，我们先在单根控制线芯外均匀涂敷滑石粉，然后绕包一层耐高温滑移带，控制线芯成缆后，再绕包一层聚酯膜或加强无纺布，使控制线芯在受力时能够得到一定的缓冲，从而延长控制线芯的使用寿命。

3 结束语

控制线芯经过设计和工艺改进，减小导体的单丝直径和成缆节径比，增加线芯的柔软性;在控制线芯中加入加强件，可使采煤机电缆受到弯曲和拉伸作用时，大部分力作用在加强件上，减少铜导体的受力，降低控制线芯被拉断的可能性;而在单根控制线芯外涂敷滑石粉和绕包耐高温滑移带，可使控制线芯在受力时能够得到一定的缓冲。综合这一系列的改进措施，可大大提高线芯的柔软性、强度和相对滑移性，使采煤机电缆控制线芯的使用寿命得到根本改善。