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多通道应答器数据传输电缆的设计与制造

 周江   江苏通鼎光电科技有限公司
摘要:本文主要介绍了多通道应答器数据传输电缆的设计与制造,并结合生产实践对电缆的生产过程控制要点进行了阐述。
关键词:多通道  应答器数据传输电缆   设计   制造
0 引言
多通道应答器数据传输电缆主要适用于动车所段工程调车ATP列控系统有源点式应答器与LEU电子单元的连接,传输报文数据信息及电能。目前,我国用于室内环境的编织屏蔽型应答器数据传输电缆主要是1根电缆连接1个LEU,对用于站台内管理多辆动车需要多根电缆造成了施工难度加大,敷设电缆过多,且容易造成室内环境混乱。因此,研发该电缆,可减少室内用应答器数据传输电缆的使用数量,降低工程制造成本,同时节省室内空间成为亟待解决的技术问题。
1、结构设计
多通道应答器数据传输电缆规格为“n×4×1.53或n×2×1.53”(“n”表示具体组数,可根据使用需求进行调整)其特点是要求传输信号容量大,传输频带宽,传输信号距离长。应答器系统是以单片微机为基础,采用数字技术完成数据的发送,接收及处理,并将处理后的信息传送给机车接受设备或车载ATP, 用于车次号传递或列车运行控制,可实现列车与地面的点对点应答。应答器数据传输电缆其电气特点是绝缘电阻高,特性阻抗公差小,线路衰减小,不但要规定一次传输参数还要规定二次传输参数。
作为大容量信号传输电缆,要求在高频下长距离传输信号不失真,这对其电气性能就提出了较高的要求,特别是电缆衰减指标和特性阻抗指标,当线路的衰减越小时,信号的传输距离就会越远。信号的传输距离还受到传播时延的限制,当信号的传播时延大时,信号传到另一端时,会出现信号相互混淆,相互干扰。而影响传播时延的关键因素是线对的对称性和均匀性。另外,为了保证信号在传输过程中能够均匀稳定地传播,不出现信号反射,就必须保证产品的特性阻抗具有很好的均匀性和稳定性。因此,多通道应答器数据传输电缆四线组绞合完后,我们在四线组或对线组外依次设计有内层非吸湿性包带层、泄流导线、铜带轧纹屏蔽层和外层非吸湿性包带层,这样对同一电缆缆芯的不同工作组单独屏蔽,保证电缆各个通道间传输数据时不受信号之间的相互干扰及外界干扰。表1、表2是本公司生产的LEU.BSYL23 7×4×1.53的成品电缆机械物理性能测试结果和电气性能测试结果。
 

   

2  多通道应答器数据传输电缆的电气性能

对于表2规定的指标,直流电阻,工作电容,绝缘电阻和衰减常数、特性阻抗等指标虽然能够设计出来,但对生产过程和生产设备却提出了较高要求,因为影响衰减常数、特性阻抗的因素很多,包括导体直径,绝缘外径,线对的绞合节距以及屏蔽层直径等因素。而该产品要求的特性阻抗公差非常小,只有±5Ω,这样小的公差在国内外的电缆标准中都不曾有过,近年来通信行业用的五类缆,超五类缆等,其特性阻抗的公差为±15Ω,2005年新研制的铁路内屏蔽数字信号电缆,其特性阻抗公差±16Ω,就连各种电脑连接线,精密仪器用的连接线,测试设备用的引线等,其特性阻抗公差也都没有这么严格,为此在工艺设备和原材料方面我们采取措施予以保证。
1.1 绝缘单线的设计
根据本公司技术条件严格的电气性能要求,多通道应答器数据传输电缆的绝缘线芯必须采用高质量的拉丝-绝缘串列线生产的高质量、一致性好的绝缘线芯。多通道应答器数据传输电缆的特性阻抗、绝缘电阻等指标决定了线芯的理想绝缘结构为实芯绝缘层。铜导体绝缘线芯的几何形状及均匀性、铜导线伸长率、铜线与绝缘的粘结程度等都直接影响电缆的衰减、阻抗等指标。表3示出了多通道应答器数据传输电缆绝缘单线的工艺参数设置。

1.2 四线组、对线组的绞合设计
    由于多通道应答器数据传输电缆绝缘单线绝缘外径较粗,我公司现有的QT630型、QM630/500型高速星绞机无法生产,因此,我们采用JC—630/6+12型、JC—630/8+12型高速成缆机进行生产,该设备所特有的固定节距退扭单向绞合,使四线组或对线组结构稳定,对称性好,电容耦合系数达到最佳值。另外,考虑到多通道应答器数据传输电缆对串音指标的严格要求,我们设计的星绞组或对线组绞合节距均小于300mm。
1.3    星绞线组的屏蔽设计
在星绞线组外包覆一层非吸湿性非金属带作为缓冲层保护星绞线组,缓冲层外再纵包轧纹屏蔽带,屏蔽带内侧放置2根标称直径不小于0.4 mm的软圆铜线作为泄流线,屏蔽带外再绕包一层非吸湿性非金属透明或半透明材料将铜带紧密包覆。此设计不但可以使电缆具有良好的屏蔽效果,提高产品的绝缘性能,还能确保产品屏蔽体的圆整性和完整性,满足成品电缆的抗张及抗弯曲性能。屏蔽星绞四线组工艺参数的设置如表4所示。屏蔽星绞四线组横截面结构如图1所示。

1.4  成缆
为确保缆芯圆整、结构紧凑,我们采取的措施是:
(1)   生产对线组时,考虑填充非吸湿性非金属填充物。
(2)   在生产过程中缆芯中所有线组必须保持张力一致。
(3)   成缆节距的设置范围为缆芯外径的35~55。
产品成缆完后,在缆芯外面设计了两层绝缘包带,其作用增加导体对地的绝缘电阻,并且保证产品的特性阻抗不超过公差。
1.5    电缆护层的设计
多通道应答器数据传输电缆的结构分为综合护层和铝护套两种。综合护层和铝护套电缆的外护层设有铠装层和外护套,铠装层采用双层镀锌钢带绕包,外护套采用挤包聚乙烯或无卤低烟阻燃外护套构成,这种结构使该电缆具有良好的防潮性能和良好的电磁屏蔽性能,提高了电缆耐热等级和耐摩擦性能。综合护套和铝护套工艺参数设置如表5所示;铠装工艺参数的设置如表6所示;外护套工艺参数设置如表7所示;图2为多通道应答器数据传输电缆结构示意图。

2、生产过程控制要点
2.1、绝缘单线
(1)绝缘材料在存放、使用过程中应保持干燥、洁净、无污染。生产过程中,应定期检查拉丝模具的磨损情况,并及时更换拉丝出口模,防止出现导体刮伤、拉细等批量不合格。
(2)铜线退火温度与铜线的伸长率相关,退火温度过高,铜线会很软,过低,铜线会很硬。铜线过软或过硬均会导致阻抗不均匀和串音性能恶化,因此,必须对退火电流适时监控,及时调整。另外,铜线的纯度和含氧量与铜线的电导率关系密切,因此,必须使用质量上乘的铜材,同时在生产过程中,力求做到同批次的电缆尽量使用同批进厂的铜线。放铜线人员换铜线前,应仔细查看上一盘铜线的电阻率,保证即将更换的铜线的电阻率与上一盘铜线电阻率差不大于0.0002Ω/m,以确保电缆的环阻差。
(2)在生产过程中,影响导体直径、绝缘外径、同心度、同轴电容的因素时时存在,因此,务必控制好生产线速度、挤出机螺杆转速及预热温度。及时清理拉丝出口模的铜粉,检查模芯模套在机头中的位置等。
2.2、成缆工序
成缆工序生产前,应对放线张力进行调整,放线张力不均匀,会导致缆芯扭曲;张力过大,会将导体拉细,破坏绝缘线芯的绝缘结构;张力过小,线组会从盘具上甩出,造成线组刮伤、压线等,从而影响电缆的电气性能指标。
2.3、星绞线组的屏蔽
屏蔽工序在生产过程中,要定期检查轧纹模具、导向模的磨损情况并及时更换。此外,由于排线不当导致的屏蔽体发生周期或非周期性的弯曲将造成电缆结构的局部畸变,严重的还会使绝缘外径、线芯电容发生突变,从而造成电容耦合、对地电容不平衡、串音、阻抗等性能不合格。因此,在收排屏蔽四线组时要特别小心,必须要做到张力均匀,排列整齐。
2.4、电缆铝护套和综合护套
(1)为防止生产过程中烫伤缆芯,缆芯与铝带之间的间隙必须控制在0.5~1mm;
(2)铝带必须无污染、无氧化,切边应平直、无缺口、无毛刺、接头牢固;缆芯应圆整,缆径无突变;焊接电流的大小应适宜,电流过大会烧伤铝护套及缆芯,过小会形成虚焊,不能满足铝护套的弯曲、扩口及耐气压试验。
2.5、铠装
   铠装工序生产过程中,主要控制项目是钢带的间隙量,且必须保证钢带绕包紧贴、平整、接头牢固。铠装质量不好会影响电缆的屏蔽系数及电缆护层的机械物理性能及和外观质量。
2.6、外护套
外护套工序生产过程中,应严格控制护套厚度和电缆圆整度。
3、结束语
随着客运专线的陆续开工,多通道应答器数据传输电缆市场需求旺盛,但由于制造工艺的复杂,生产技术难度高,因此,生产企业要有效地控制产品质量,必须建立长效的、切实可行的质量控制与管理机制,确保产品质量,降低产品在使用过程中存在的安全隐患及风险,才能为企业的可持续发展奠定基础、为市场提供更优质的产品。
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