室內(nèi)光纜生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與研制

1、    室內(nèi)光纜生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)與研制來源：光纖新聞網(wǎng)作者：朱勁松摘要本文介紹了一種用于生產(chǎn)室內(nèi)光纜的設(shè)備，文中給出了生產(chǎn)線的基本組成及不同配置、主要技術(shù)指標(biāo)、生產(chǎn)工藝流程、關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用前景。關(guān)鍵詞室內(nèi)光纜、緊包光纖、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)線1引言隨著光纖通信事業(yè)的不斷深入發(fā)展，光纖到大樓(FTTB)、光纖到戶(FTTH)、光纖到桌面（FTTD）、局域網(wǎng)（LAN）以及三網(wǎng)合一等多媒體傳輸媒介的發(fā)展，智能建筑業(yè)也將在中國(guó)掀起一股熱潮，室內(nèi)光纜還將在軍事、高來源：光纖新聞網(wǎng) 作者：朱勁松   摘 要 本文介紹了一種用于生產(chǎn)室內(nèi)光纜的設(shè)備，文中給出

2、了生產(chǎn)線的基本組成及不同配置、主要技術(shù)指標(biāo)、生產(chǎn)工藝流程、關(guān)鍵技術(shù)以及應(yīng)用前景。   關(guān)鍵詞 室內(nèi)光纜、緊包光纖、生產(chǎn)工藝、生產(chǎn)線1 引 言   隨著光纖通信事業(yè)的不斷深入發(fā)展，光纖到大樓(FTTB)、光纖到戶(FTTH)、光纖到桌面（FTTD）、局域網(wǎng)（LAN）以及三 網(wǎng)合一等多媒體傳輸媒介的發(fā)展，智能建筑業(yè)也將在中國(guó)掀起一股熱潮，室內(nèi)光纜還將在軍事、高科技領(lǐng)域用來代替五類線，徹底改變五類線的傳輸距離短的歷史， 在未來的6-8年以后，將會(huì)占國(guó)內(nèi)整個(gè)光纖使用市場(chǎng)的50%左右。而室內(nèi)光纜結(jié)構(gòu)與室外光纜有很大的不同，它不僅要具有一定的抗拉強(qiáng)度，還要具有直徑小

3、、 柔軟、易彎曲、便于布放等特點(diǎn)。另外，這種光纜既然是用于室內(nèi)還必須具有一定的安全性能要求，即防火阻燃要求、良好的絕緣性以及抗嚙齒類動(dòng)物（如老鼠等） 撕咬的能力。常見的室內(nèi)光纜結(jié)構(gòu)見圖1、圖2和圖3、圖4。    它們主要由非金屬加強(qiáng)芯元件(FRP)、緊包光纖、芳綸紗（Kevlar）、阻然外護(hù)套組成。其中的FRP非金屬加強(qiáng)芯元件可保證光 纜具有一定的抗拉、抗側(cè)壓機(jī)械強(qiáng)度；芳綸紗一方面使光纜具有更高的抗拉機(jī)械強(qiáng)度，同時(shí)當(dāng)光纜受到外力的沖擊和側(cè)壓時(shí)，可以和緊包光纖的套塑層、阻燃外護(hù)套 一起起緩沖作用，從而保護(hù)了光纖。阻燃外護(hù)套一般采用具有阻燃性能的聚氯乙烯（PVC）和

4、阻燃聚乙烯（ZRPE）材料擠制而成。當(dāng)緊包光纖數(shù)量較多或光纜 外徑較大時(shí)，為了使光纜具有較好的彎曲性能，可以使緊包光纖和芳綸紗在光纜內(nèi)以單螺旋方式絞合在一起。2 生產(chǎn)線的基本組成2.1 生產(chǎn)線組成   室內(nèi)光纜的結(jié)構(gòu)有很多種，一般按外形把它分為圓形和扁平形兩大類。在圓形結(jié)構(gòu)可以采用平拖式、層絞式和單元式。在平拖式結(jié)構(gòu)中，一般 采用緊包光纖，且光纖和非金屬加強(qiáng)構(gòu)件（芳綸紗）在光纜中不絞合，而是直接平放，多用于小芯數(shù)室內(nèi)光纜；層絞式結(jié)構(gòu)也多采用緊包光纖，一般采用SZ方式進(jìn) 行絞合，用于多芯數(shù)室內(nèi)光纜；單元式結(jié)構(gòu)適用于大芯數(shù)室內(nèi)光纜，由多根多芯室內(nèi)光纜繞加強(qiáng)芯絞合而成。扁平形結(jié)構(gòu)

5、多采用光纖帶作纜芯，外面均勻繞包一層芳 綸紗加強(qiáng)件，再擠制外護(hù)套。本文主要討論平拖式和層絞式結(jié)構(gòu)的設(shè)備的研制，它們主要由以下部件組成：FRP非金屬加強(qiáng)芯放線裝置、緊包光纖放線裝置、芳綸 紗放線裝置、擠塑機(jī)及機(jī)頭、水槽及水箱、吹干裝置、線徑測(cè)試儀、噴碼印字機(jī)、牽引裝置、收線張力及收線裝置及電氣控制系統(tǒng)。它們部件組成的主要不同是，在 平拖式結(jié)構(gòu)中，緊包光纖和芳綸紗采用直接平放；在層絞式結(jié)構(gòu)中，緊包光纖和芳綸紗采用旋轉(zhuǎn)放線，為了不使緊包光纖在旋轉(zhuǎn)放線時(shí)被扭斷，緊包光纖放線單元在 旋轉(zhuǎn)放線的同時(shí)應(yīng)退扭。根據(jù)纜的不同結(jié)構(gòu)，也可組成不同的生產(chǎn)線布置。生產(chǎn)線布局見圖5、圖6。1非加強(qiáng)芯放線(FRP);2緊包

6、光纖放線;3芳綸紗放線;4擠塑機(jī)及機(jī)頭;5電氣控制系;6.熱水槽;7.熱水箱;8.冷水槽；9冷水箱.10;吹干裝置;11線徑測(cè)試儀;12.噴碼印字機(jī);13;牽引裝置;14;收線張力;15.收線裝置2.2 各部件的基本結(jié)構(gòu)及原理2.2.1 非金屬加強(qiáng)芯(FRP)放線裝置   此放線裝置與傳統(tǒng)的放線結(jié)構(gòu)相似，采用液壓擺臂式結(jié)構(gòu)，線盤的升降由液壓機(jī)構(gòu)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)，線盤的夾緊采用操作快捷方便的無軸頂尖式機(jī) 構(gòu)；芯線的放線張力由磁粉制動(dòng)器控制，調(diào)整磁粉制動(dòng)器電流大小就可以控制芯線的放線張力。在單芯和兩芯室內(nèi)光纜的結(jié)構(gòu)中不采用此部件，此部件多用于層絞式 結(jié)構(gòu)的室內(nèi)光纜中。2.2.2 緊包光

7、纖放線裝置   在平拖式結(jié)構(gòu)中，由交流變頻電機(jī)通過蝸輪蝸桿減速器驅(qū)動(dòng)放線盤，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)放線；擺臂式張力控制器控制調(diào)整放線電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)張力在 生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定；放線張力的大小通過調(diào)整配重砝碼的大小或其在擺臂上的位置來滿足生產(chǎn)工藝的要求。在層絞式結(jié)構(gòu)中，采用旋轉(zhuǎn)絞籠式放線，由12個(gè)緊包光 纖放線單元、行星退扭機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)絞體、氣動(dòng)剎車裝置等組成；每個(gè)放線單元均為獨(dú)立的主動(dòng)放線單元，每個(gè)放線單元均有一套張力控制系統(tǒng)，通過張力傳感器與電 機(jī)控制器形成獨(dú)立閉環(huán)控制系統(tǒng)，確保每根緊包光纖的張力基本一致。在平拖式結(jié)構(gòu)中，由于緊包光纖不經(jīng)過絞合，所形成的纜較層絞式結(jié)構(gòu)的纜，在彎曲性能上差

8、很多，但旋轉(zhuǎn)絞籠放線的缺點(diǎn)是，放線速度低，成本高。2.2.3 芳綸紗放線裝置   在平拖式結(jié)構(gòu)中，每組芳綸紗通過導(dǎo)向輪導(dǎo)至并線單元，然后通過并線單元進(jìn)入擠出機(jī)機(jī)頭，芳綸紗的張力由機(jī)械摩擦帶式或磁粉制動(dòng)器共同 控制，通過調(diào)整彈簧或磁粉制動(dòng)器電流大小就可以控制的芳綸紗放線張力。在層絞式結(jié)構(gòu)中，采用旋轉(zhuǎn)絞盤式結(jié)構(gòu)，它由24個(gè)芳綸紗筒夾緊單元、張力機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向 裝置、并線模、剎車以裝置及旋轉(zhuǎn)動(dòng)力源等組成，通過機(jī)械張力和磁粉制動(dòng)器兩級(jí)張力來控制芳綸紗的張力，以保證在生產(chǎn)過程中芳綸紗放線張力的變化很小，此種 結(jié)構(gòu)的纜在彎曲性能、抗拉及抗側(cè)壓方面優(yōu)于平拖結(jié)構(gòu)的纜，但旋轉(zhuǎn)絞盤放線的缺點(diǎn)是，放

9、線速度低，成本高。2.2.4 擠塑機(jī)及機(jī)頭   擠塑機(jī)采用SJ45*25,螺桿長(zhǎng)徑比為25：1的擠塑機(jī)，并配有上料裝置、烘干裝置以及色母料混料裝置；機(jī)頭采用十字自定芯機(jī)頭； 溫控系統(tǒng)采用日本島電公司生產(chǎn)的SR73型智能單回路溫度控制儀（自由式輸入，可方便的與任何熱電偶及熱電阻連接），配合先鋒公司的固態(tài)繼電器組成；本系 統(tǒng)具有上、下限報(bào)警，超溫后，自動(dòng)啟動(dòng)風(fēng)機(jī)冷卻等功能。2.2.5 水槽、水箱   生產(chǎn)線配有4m活動(dòng)溫水槽、0.2m2溫水箱和12m冷水槽、冷卻水箱，均采用不銹鋼制作，中間有保溫層，并有水溫自動(dòng)控制系統(tǒng)，控制精度±2。水槽和水箱內(nèi)的

10、熱水或冷水可循環(huán)利用，由此節(jié)約能源和用水量。2.2.6 吹干裝置   吹干裝置采用哈夫式結(jié)構(gòu)，固定在冷卻水槽的最后一個(gè)下水斗上，這樣可保證吹出的水全部流向下水斗內(nèi)，具有吹干效果好、用氣量小和噪聲低的優(yōu)點(diǎn)。2.2.7 線徑測(cè)試儀   外購(gòu)進(jìn)口線徑測(cè)試儀，精度為±0.001mm。2.2.8 噴碼印字機(jī)   外購(gòu)進(jìn)口噴碼印字機(jī)，確保字體清楚耐磨。2.2.9 牽引裝置   輪式壓帶牽引由500mm牽引輪、皮帶壓緊裝置、計(jì)米裝置以及動(dòng)力裝置組成。牽引動(dòng)力由交流變頻電機(jī)通過減速器驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)，氣缸調(diào)節(jié)皮帶的張緊。為確保足

11、夠大的牽引力、光纜在牽引輪上不打滑以及計(jì)米準(zhǔn)確，我們選用進(jìn)口柔軟且耐磨的牽引帶。2.2.10 收線張力控制器   為了實(shí)現(xiàn)收線和牽引的同步，該機(jī)配備了儲(chǔ)線張力控制裝置。該裝置由兩導(dǎo)柱和固定導(dǎo)輪以及滑動(dòng)導(dǎo)輪組成，最大儲(chǔ)線長(zhǎng)度為10米，收線張 力可通過改變配重砝碼的重量自由調(diào)節(jié)，張力范圍在5N50N；通過滑輪的上下滑動(dòng)，可帶動(dòng)電位器的轉(zhuǎn)動(dòng)來控制收線電機(jī)的轉(zhuǎn)速，從而實(shí)現(xiàn)速度的同步。2.2.11.收排線裝置   在單芯和兩芯室內(nèi)光纜的結(jié)構(gòu)中，我們?cè)O(shè)計(jì)了盤走式收排線裝置，線盤頂尖為無軸式，由氣缸將兩頂尖夾緊線盤并成為一個(gè)整體，電機(jī)帶動(dòng)絲 桿旋轉(zhuǎn)使收線盤行走，以實(shí)現(xiàn)

12、收排線，從而避免光纜發(fā)生水平方向的彎曲，并設(shè)計(jì)了張力舞蹈器來控制收線張力，使張力穩(wěn)定可靠。在有非金屬加強(qiáng)芯(FRP)結(jié) 構(gòu)的纜中，由于所需的收線動(dòng)力較大，收線裝置采用液壓擺臂式結(jié)構(gòu)，由收線電機(jī)、減速器、線盤夾緊機(jī)構(gòu)、排線機(jī)構(gòu)以及升降機(jī)構(gòu)組成。2.2.12 電氣控制系統(tǒng)   控制系統(tǒng)采用國(guó)際流行的工業(yè)計(jì)算機(jī)與可編程序控制器相結(jié)合的方式進(jìn)行生產(chǎn)線控制，所有的操作通過對(duì)計(jì)算機(jī)屏幕的操作來實(shí)現(xiàn)的，計(jì)算機(jī) 與西門子S7300系列可編程控制器（PLC）通過RS232C口進(jìn)行串口通訊，所有按鈕操作指令及各個(gè)電機(jī)的給定信號(hào)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理后，發(fā)送到可編 程控制器中執(zhí)行，通過可編程控制器功

13、能模塊分送到生產(chǎn)線各執(zhí)行電路中,從而使各電機(jī)按預(yù)定的邏輯運(yùn)轉(zhuǎn)。為便于操作，工控機(jī)采用臺(tái)灣研化公司的 586/133工業(yè)計(jì)算機(jī)配合17寸大屏幕，使圖形界面顯示效果更好。 生產(chǎn)線既可聯(lián)動(dòng)，又可以單獨(dú)操作,具有各功能顯示、故障報(bào)警、急停、計(jì)算機(jī)直觀顯示工藝參數(shù)等特點(diǎn)。整條生產(chǎn)線自動(dòng)化程度高，操作方便，運(yùn)行穩(wěn)定（如圖 7）。3 生產(chǎn)線主要技術(shù)指標(biāo)   生產(chǎn)線的主要技術(shù)指標(biāo)分別為：生產(chǎn)線速度：120m/min(平拖放線),60 m/min(旋轉(zhuǎn)放線)；非金屬加強(qiáng)芯(FRP)放線張力：1060N ；非金屬加強(qiáng)芯放線盤規(guī)格：630800mm ；緊包光纖直徑：0.600.90mm(緊包光纖

14、)；緊包光纖放線張力：0.5N4N±0.2N；緊包光纖線盤規(guī)格：400mm；芳綸紗筒的尺 寸: 94×290×290mm；芳綸紗張力：0.5N10N±0.05N；軟光纜直徑：38mm±0.05mm；收線張力：550N；收線線盤 規(guī)格：8001250mm；附加損耗: 0.04dB/KM。4 生產(chǎn)工藝流程4.1 工藝流程4.2. 生產(chǎn)流程   此生產(chǎn)流程是指使用本生產(chǎn)線從緊包光纖到室內(nèi)光纜的步驟,首先將阻燃護(hù)套料抽入擠塑機(jī)料斗內(nèi)，把色母料加入色母料混料斗內(nèi)，設(shè)定好擠 塑料烘干溫度以及擠塑機(jī)和機(jī)頭、溫水箱的加熱溫度和冷水箱的溫度，

15、根據(jù)纜的工藝要求分別設(shè)定FRP加強(qiáng)芯張力、緊包光纖、芳綸紗放線張力(以及絞合節(jié) 距)、收線張力的值。達(dá)到設(shè)定的溫度后，將FRP加強(qiáng)芯、緊包光纖、芳綸紗從各自的線盤上拉出，依次穿過各并線模，與牽引線扎緊后，穿過模芯、模套從機(jī)頭 中拉出，將纜芯同擠制外護(hù)套一起經(jīng)過溫水槽、冷水槽、吹干裝置、線徑測(cè)試儀和噴碼印字機(jī)送至牽引裝置上，經(jīng)過收線張力裝置最后把光纜卷繞在收線盤上，控制 系統(tǒng)狀態(tài)設(shè)定為聯(lián)動(dòng)狀態(tài)至此進(jìn)入正常的生產(chǎn)狀態(tài)。到了所需生產(chǎn)段長(zhǎng)后，計(jì)算機(jī)會(huì)給出信號(hào)，結(jié)束整個(gè)生產(chǎn)。5 技術(shù)與工藝的核心5.1 緊包光纖放線張力的控制   因?yàn)榫o包光纖的張力大小、均勻性會(huì)影響光纖的傳輸性能及機(jī)

16、械性能指標(biāo)。在平拖式結(jié)構(gòu)中，通過張力控制器控制及調(diào)整放線電機(jī)的轉(zhuǎn)速，實(shí) 現(xiàn)張力在生產(chǎn)過程中的穩(wěn)定；放線張力的大小通過調(diào)整配重砝碼的大小或其在擺臂上的位置來滿足生產(chǎn)工藝的要求，張力調(diào)整簡(jiǎn)易方便，但不便于在線監(jiān)控。在層絞 式結(jié)構(gòu)中，放出的緊包光纖經(jīng)過與傳感器相連的張力輪，力傳感器將張力信號(hào)送到放線電機(jī)控制器內(nèi)，控制器將這一信號(hào)與設(shè)定張力信號(hào)進(jìn)行比較，如果傳感器信號(hào) 不同于設(shè)定值，控制器將調(diào)整放線電機(jī)驅(qū)動(dòng)線盤的速度，以改變放線的張力與它相適應(yīng)，從而實(shí)現(xiàn)張力的閉環(huán)控制系 統(tǒng)，右面是此裝置簡(jiǎn)易控制圖（如圖8）5.2芳綸紗張力的控制   芳綸紗張力大小以及它們之間張力的均勻性和一致性，

17、也會(huì)嚴(yán)重影響光纜的機(jī)械性能。芳綸紗的張力由機(jī)械摩擦帶式和磁粉制動(dòng)器共同控制， 通過調(diào)整彈簧或磁粉制動(dòng)器電流大小就可以控制的芳綸紗放線張力。經(jīng)過兩級(jí)摩擦阻力，最終使芳綸紗在整個(gè)生產(chǎn)過程中以較小的張力變化量從紗筒中放出。右面是 此裝置簡(jiǎn)易控制圖（如圖9）。圖中1為摩擦帶，2為摩擦輪，3為紗筒，4為磁粉制動(dòng)器，5為導(dǎo)輪組5.3 模具的設(shè)計(jì)   模具的結(jié)構(gòu)對(duì)生產(chǎn)速度、纜的外圓圓整度、表面光潔度以及纜芯是否偏心，都有很大的影響。為避免出現(xiàn)圓錐撕裂、針孔、裂縫、松包等缺 陷，配模系數(shù)的選取在模具的設(shè)計(jì)中占有很重要的地位。首先應(yīng)保證配模系數(shù)符合要求，在實(shí)際生產(chǎn)中，護(hù)套料我們選用阻燃聚氯乙烯（ZPVC），配模系數(shù)一般 在11.1之間；其次，是考慮拉伸比的選取，對(duì)于阻燃聚氯乙烯，一般可在1.25之間,我們常在23之間選取。下面為圓形纜及扁形纜的模具結(jié)構(gòu)示意 簡(jiǎn)圖