港口起重機專用移動電纜的國產化

孫正華

(上海南洋電材有限公司，上海201615)

0 引言

隨著經濟全球化趨勢的日益確立，以及世界大宗商品的貿易仍主要依賴港口的格局日益強化，世界各地港口的興建催生了港口機械的現代化建設。其中高品位、優質的港口起重機專用電纜(簡稱港機電纜)無疑擔任了極其重要的角色。由于港口起重機的工作狀態和操作頻繁決定了與之配套的電纜必須具備卓越的機械性、柔性，以及抗頻繁彎曲和卷繞的特性。在這一領域中，知名品牌的國外進口電纜長期以來一直主導著我國的高端港機電纜市場。這類進口電纜憑借著優異的品質特性和相對較長的使用壽命，使電纜具備了較高附加值，他們的產品幾乎籠斷著我國港機專用電纜市場。從而使得國內電纜制造業希望盡快打破這一技術、價格籠斷，奪回市場定價權成為必然的趨勢。

1 港口起重機專用電纜

所謂港口起重機專用電纜，是根據這些特殊起重機各部的工作狀態以及供電、數據信號傳輸等要求而配備的各種專用電纜。如適用于龍門式橋吊主電源供電的移動收放型盤卷電纜;懸掛于起重機橫樑的拖令電纜(也稱窗簾式電纜)以及安裝于坦克鏈裝置中的拖鏈電纜(也稱拖拽電纜、高柔性電纜);隨起重機吊具上下頻繁收放的蓄纜筐式電纜等等。

目前供應此類電纜的國外品牌有德國的TKD KABEL，依格斯(igus)及纜普電纜(Lappkabel)等。他們所制造的這些電纜已經在港口起重機上應用很久，并有較好的業績，具有相當高知名度，如igus制造的Chainflex高柔性電纜可根據現場應用的電纜移動行程、彎曲半徑和加速度等工作參數，推算出電纜的使用壽命;拖鏈電纜的設計壽命可達500萬次彎曲循環。

2 嚴酷的工作環境需要高柔性電纜

港口起重機的工作環境條件可謂相當惡劣且嚴酷。首先用于起重機各部的電纜差不多全部暴露于日光的紫外線下，還有晝夜的絕對溫差;位于海邊的港口機械還要長期承受鹽霧的侵蝕。其次是由于起重機工作時的頻繁移動，電纜必須經受高強度的機械應力的持續施加。鑒于以上工作條件，首先聯想到的是電纜應具有高柔韌性和高機械性。為了防止電纜在頻繁彎曲、卷繞狀態下的打扭、開裂、斷芯等常見的機械損傷，柔性電纜需要的還不僅僅只是柔韌性，還必須具備在外力作用下電纜結構的穩定性、零位移性。因為電纜在移動狀態下保持結構穩定性與電纜的使用壽命息息相關。而且從另一個角度來說，起重機電纜的使用壽命或可成為評判其品質優劣的唯一尺度。

3 港口起重機專用移動電纜國產化工作的要點

3.1 柔性電纜的材料

所有港口起重機電纜外護套材料都必須具備戶外抗紫外線的材料特性，除此之外，由于使用場合和特點的不同，材料選擇上也有所不同，以下按不同電纜分別進行說明:

(1)低、中、高壓卷盤電力電纜(0.6/1 kV，3.6/6 kV以及6/10 kV級)。卷盤電纜一般都以乙丙或高壓乙丙橡皮混合物作為電纜絕緣層。之所以采用乙丙則是因為乙丙橡皮具備高絕緣性和耐濕性。護套采用氯丁橡膠或聚氨酯(TPU)。由于卷盤電纜經盤具卷繞收集，從而對盤架產生巨大的摩擦，所以一般會優先選擇TPU作為電纜的外護套。除此之外，芳綸紗的編織加強對于卷盤電纜而言也是必不可少的。這些電纜隨起重機吊車的移動而收放，經橋架被提升至收集盤架，其經受的引張力大且往復次數頻繁。芳綸紗不僅可以對電纜本體形成增強保護，還可以提高電纜的柔韌性。根據不同的功能要求，卷盤電纜還可以復合攜帶光纖用于系統通信。

(2)蓄纜筐式吊具電纜。這是一種用于起重機吊具的專用電纜，隨吊具的上下升降而收放。蓄纜方式采用直落式蓄纜筐盤繞收集。電纜的絕緣、護套基本類似于卷盤電力電纜。該電纜的特點是采用了抗風防晃技術，即在電纜內部加入鉛珠鏈防風配重元件，以適度增加電纜的自重，以確保電纜工作時保持垂墜度。鉛珠鏈經錦綸紗連續編織加套處理，以便形成為電纜絕緣線芯的隔離層，從而減少金屬對絕緣的直接摩擦。

(3)拖令系統(動力/控制)柔性電纜。拖令電纜也俗稱“窗簾式”移動電纜。為確保電纜的柔性，一般會采用尼龍加強芯。電纜的絕緣采用乙丙橡皮混合物，考慮到該系統電纜的抗風和耐氣候性，護套材料采用強抗UV型氯丁橡皮混合物。派生的拖令通信電纜，往往采用鍍錫銅絲編織屏蔽結構。

(4)拖鏈用(動力/控制)電纜。其各部分材料與拖令電纜基本雷同。對于數據信號傳輸的拖鏈光纜，則增加了玻璃纖維增強樹脂(FRP)強芯，以確保對光纖的拉伸和彎曲的保護。光纖優先采用光波導光纖。由于電纜被置于鏈式限止裝置中，故電纜的外護套需采用TPU耐磨混合物。

3.2 結構設計、制造工藝的選擇和改進

除上述材料外，柔性電纜的結構設計、制造工藝對最終造就高品質、長壽命的移動電纜也是至關重要的。眾所周知，移動型電纜特別是處于頻繁彎曲、反復卷繞的工作狀態下，是非常容易造成多芯電纜的線芯打扭、曲折，造成局部機械應力集中，使金屬產生疲勞，使聚合體產生應力開裂而最終導致電纜斷芯或絕緣、護套損壞而失效。為避免這一常見的近乎常識性的失效模式的產生，人們發現對于多芯或多元件復合電纜而言，其結構設計必須以電纜整體緊密結合為好。具體來說，在電纜的結構設計時力求使電纜在處于彎曲或移動狀態時纜芯與纜芯之間，纜芯與護套之間，護套與加強芯之間盡可能地保持貼合匹配、結合緊密，避免不穩定的結構使之產生相對移動或滑動。為實現這一目的，柔性電纜的纜芯盡可能采用正規層絞結構。如纜芯元件必須兼有異結構組合，那么應仔細、恰當地使用填充芯或填充元件，使纜芯間無任何空隙，輔以擠出式內護層以確保纜芯緊密、護套均勻貼合。填充芯或填充元件的材質應均勻，尺寸應一致，必要時采用成型填充元件，如三芯電纜的中心空隙用三角鞍形橡膠條進行填充，這是一種比較可靠的防變形結構。

至于制造工藝，柔性電纜的要點在于纜芯的成纜工藝。一個好的成纜工藝能夠極大地降低電纜在使用過程中產生斷芯的概率。

成纜工藝的要點即必須保持纜芯內部所有芯線以及組合元件張力的一致，排除任何芯線可能由于成纜時張力不均所產生的內應力存在。如果某芯線或某元件存在這樣一種內應力，那么就會對日后電纜的正常使用產生很大的隱患。因為電纜在頻繁彎曲、卷繞狀態下，局部的內應力會慢慢向某點集中積壓，造成拐點、折角最后造成金屬疲勞而斷裂。

經解剖斷芯電纜樣品，發現某些纜芯存在局部扭曲、芯線錯位，以及某些芯線因伸長而打扭等現象。這些現象告訴我們，保持纜芯張力均勻一致是一項很重要的防斷芯的工藝控制措施。此外，正確選配成纜壓模也是成纜過程中必須精細控制的工藝手段，過緊的壓模也會造成纜芯的張力不均。有時為了控制纜芯外徑，往往希望借助壓模來壓縮外徑尺寸，但這無疑是一種錯誤方法。

成纜的另一個要點是空隙填充。對于一般電纜而言，經擠壓式擠出后，邊隙填充的充填率大約在70%～80%之間。這時候護套厚度會出現鋸齒狀不均勻的情況，盡管可能對護套的平均厚度不會產生多大影響，但當電纜受外力產生彎曲時，護套的不均勻性會對纜芯造成不規則擠壓，容易使纜芯產生錯位。其次不緊實的填充所留下的局部空隙更是為纜芯位移提供了結構上的條件。所以成纜時，原則上應采用精細填充的方式，即精確計算結構空隙的空間，然后根據結構空間選配尺寸精確的填充材料。填充材料有錦綸絲加強型橡皮填充條或尼龍填充芯等。

港口起重機電纜一般都采用內外雙層護套，護套的擠出必須緊實，尤其是內護套。在內護套擠出時應加大模具的向心壓力，以保證擠出緊密、結實。

4 高柔性電纜的安裝敷設

高柔性電纜的使用壽命在很大程度上還同電纜的安裝操作和敷設狀態有密切的關系。在這里不詳細討論港口起重機電纜安裝的操作規程，但作為這類電纜的制造商或供應商，必須對柔性電纜的安裝作出告誡性說明，如電纜安裝前的下料過程和預退扭過程。在一般情況下成品電纜都是以盤裝交付使用的，那么為了在下料過程中不使電纜產生內應力，則必須使用盤具專用支架進行轉動式下料，而不是靜止的無退扭的拖拽式下料作業，后者必然會使電纜扭曲而產生內應力。其次，安裝敷設前的預退扭處理也極為重要。所謂退扭就是將電纜的一端靜止懸掛超過8 h，使其在自然垂體狀態下糾正自身可能存在的由外力造成的扭曲變形。

綜上所述，無論是支架轉動下料還是退扭預處理，其目的只有一個.那就是盡可能地保證在安裝和使用前讓柔性電纜消除內應力，使電纜在日后的使用中不留下造成變形的隱患。

5 結束語

上述已介紹了港口起重機專用電纜的特性及這類電纜在港機中所處的重要地位。由于這類電纜的需求正隨著港口機械的發展而日益擴大，國產化自主開發已成為必然的趨勢。經過對電纜材料和制造工藝的分析探究，高柔性移動電纜的完全國產化已是可以實現的。從電纜材料國產化程度到對照目前我國現有的電纜制造設備和工藝手段，無一不說明當前的客觀條件都為港口起重機電纜國產化這一課題的實現提供了基礎。隨著電纜制造業工程技術人員的大膽實踐，完全有理由相信，國產化電纜全面替代進口電纜的日子已經不遠了。

［1］陳慧平.柔性電纜——移動電纜［EB/OL］.http://dxdl.tede.cn/2009/08/1250737379149846.h/2009-08-20/2010-01-20.

［2］陸偉.拖鏈電纜［EB/OL］.http://www.newmaker.com/art_32737.html/2009-03-02/2010-01-20.