光電混裝電纜低溫環境下曲撓性能測試方法研究

付曉慶，周麗華，張明，陳皓，安靜，李駿杰，孫強（西安應用光學研究所，陜西西安，710065）

光電混裝電纜低溫環境下曲撓性能測試方法研究

付曉慶，周麗華，張明，陳皓，安靜，李駿杰，孫強
（西安應用光學研究所，陜西西安，710065）

光電混裝電纜低溫環境下在桅桿的滑輪組上做動態運動，易發生凍硬、開裂等現象使其曲撓性能下降。因此，自行設計了一套低溫彎曲試驗裝置，通過此裝置模擬低溫環境下光電混裝電纜在桅桿上受外力作用的試驗環境，來驗證光電混裝電纜的曲撓性能是否滿足實際要求。設計的低溫彎曲試驗裝置模擬光電混裝電纜在桅桿上過滑輪組的運動特點，操作簡單，省時省力、試驗效率高。

光電混裝電纜；曲撓性；光桿傳動

0 引言

隨著網絡帶寬需求的飛速增長，光纖通信技術在通信領域得到廣泛的應用。目前，光纖質量基本相同，光纜的機械性能就成為衡量產品質量的重要技術指標。

光電混裝電纜是將軍用鎧裝光纖整合在電纜內部，實現光電混裝形式，該電纜是桅桿的關鍵配套部件。光電混裝電纜安裝在升降桅桿內，通過內部導輪引出到外部的滑輪組上，并且需要隨桅桿做2000次以上的往復升降運動[1]。該光電混裝電纜在桅桿上的使用要求為：在-40℃～+50℃的環境溫度內在滑輪組上做動態運動，因此對電纜的導線材質、導線排布、材料應用、防波套的編織特點等方面有極高的要求。由于光電混裝電纜截面大，且因護套材料的不同在低溫環境下會導致電纜變硬、開裂等現象使其曲撓性變差，導致電纜無法在桅桿上做往復升降運動。所以模擬光電混裝電纜低溫條件下在桅桿上的運動，對電纜的曲撓性能測試方法的研究是非常有必要的。

1 研制低溫曲撓試驗裝置。

1.1 試驗裝置組成

根據光電混裝電纜在桅桿上的使用環境和運動特點，設計和制作光電混裝電纜低溫曲撓性能測試試驗裝置，其結構組成圖如圖1所示。試驗裝置由電機、光桿傳動機構、控制系統、低溫試驗箱四部分組成。

其中電機為三相異步電動機，光桿傳動機構運行速度可調節且穩定，行程為500mm，運行速度≥0.04m/s。低溫試驗箱工作溫度為-40℃（±2℃）。試驗箱內滑輪組安裝在帶有導軌可調節滑輪距離的成型支架上面，與成型支架一起放置在低溫箱內，模擬升降桅桿內滑輪組的安裝尺寸和滑輪處于不同位置的運行狀態。滑輪組曲撓結構[2]見圖1所示低溫試驗箱內結構圖，滑輪直徑D=100mm。

圖1 試驗裝置組成圖

1.2 試驗原理

測試時，將試樣電纜一端固定在光桿傳動機構的滑塊上，另外一端從低溫試驗箱的出線口繞過試驗箱內的滑輪組，電纜末端加掛重砝碼。在控制箱的軟件控制界面設定需要運行的周期次數及光桿的運行速度。啟動運行低溫曲撓試驗裝置，電機帶動皮帶輪運動從而帶動光桿運動，當光桿上的滑塊帶動電纜從右側限位運行到左側限位時，低溫試驗箱內的電纜從滑輪底部上升到滑輪最高位置，此過程模擬桅桿上升運動。當滑塊從左側限位運動到右側限位時，電纜在掛重砝碼的拉動下從滑輪最高處下降到滑輪最低處，此過程模擬桅桿下降運動。以上運動過程為一個完整的周期，當滑塊運動到右側限位時，控制箱界面的運行次數計數一次，重復以上運動過程，直到完成設定的運行周期次數，程序運行結束。

2 試驗部分

2.1 試驗設備

試驗設備包括立體式低溫試驗箱、光桿傳動裝置、滑輪組曲撓裝置。立體式低溫試驗箱溫度范圍-40℃（±2℃）的，具有可視窗口，能實時監測溫度和工作時間。帶滑輪組的曲撓支架和和被試電纜組成的滑輪曲撓裝置放在低溫試驗箱內，滑輪直徑D=100mm，負重砝碼重10kg。

2.2 試驗樣品從光電混裝電纜成品線上截取長度為10米的試樣3根，試樣兩端剝掉絕緣層60mm。3根試樣的掛重和直徑見表1。

表1 試樣電纜的掛重和直徑

2.3 試驗步驟

把研制好的滑輪組曲撓裝置放入低溫試驗箱中裝配好，將第一根試樣一端固定在光桿傳動裝置[3]的滑塊上，另一端掛負重砝碼并繞過滑輪組。試樣的掛重和直徑見表1。關好試驗箱門，啟動電源開關，使低溫箱溫度降到-40℃（±2℃）并保持6h。降溫到-40℃（±2℃）后，在控制機柜中設置模擬桅桿的升降次數為2000次，設定滑塊的運行速度為0.06m/s。啟動電機，電機帶動皮帶輪轉動，光桿[4]帶動滑塊開始運動，控制機柜的計數窗口開始計數。光桿上的滑塊從觸碰右側限位開始到達光桿左側限位，再由左側限位運動到右側限位為一個周期，計數一次，直到完成預設的試驗次數2000次，試驗結束。后面兩根試樣電纜的測試方法同上。

圖2 測試流程圖

2.4 測試流程圖

3 結果與分析

根據規范要求，試驗結束后，對直徑分別為20.98mm、21.35mm、21.80mm的3根光電混裝電纜的試樣在掛重砝碼不變的情況下進行了測試，其結果如下表2所示。

表2 低溫試驗后試樣檢測結果

在-40℃低溫環境下，3根光電混裝電纜試樣在滑輪組上能順暢運動，未出現卷繞，卡死，凍硬等現象，所以制作的低溫曲撓試驗裝置符合實際產品需求。從表2試驗結果看出，試樣電纜經過低溫曲撓試驗后，電纜的外護套表面光滑、平整，無鼓包、開裂現象。彎曲電纜的直段部分，用卡尺測量試樣電纜的彎曲直徑分別為65mm、78mm、80mm，符合實際使用要求小于100mm。電纜的芯線與屏蔽之間能經受交流50HZ、1500V電壓試驗5min未擊穿，所以低溫曲撓試驗后，光電混裝電纜的曲撓性能良好，光電混裝電纜在低溫環境下曲撓性能滿足實際使用需求，符合在低溫環境下在桅桿上運動特點。

4 結束語

本文根據光電混裝電纜在桅桿上的運動特點，自行研制一套低溫環境下電纜曲撓性能測試系統，通過試驗驗證了該系統運行穩定、安全可靠、操作簡單。更重要的是該測試方法的研究，簡化了光電混裝電纜在實際使用中的驗收過程，為整機產品的低溫試驗提供了可靠的技術基礎，節約了時間和經濟成本。

[1]李波，同步式電動升降桅桿結構設計[J].制造業信息化，遼寧鐵嶺，2014.

[2]蔣靜瑚，基于PLC控制的光纜曲撓試驗機設計[J].湖南城市學院學報（自然科學版），安徽，2015.

[3]成大先，機械設計手冊[M].5版.北京：化學工業出版社，2011.

[4]王陽陽，金剛石砂輪在精密光學加工中的應用技術[J].應用光學，2012.

Research on Torsion performance of Photoelectric conventional cable test methods under low temperature conditions

Fu Xiaoqing,Zhou Lihua,Zhang Ming,Chen Hao,An Jing,Li Junjie,Sun Qiang（Xi，an Institute of Applied Optics，Xi，an Shaanxi，710065）

Under minus 40 degrees Celsius, Photoelectric conventional cable will happen Frozen stiff,cracking phenomenon when dynamic movement on the mast of the block and tackle,resulting in a decline in performance of torsion. Therefore, designed a set of low-temperature bending test device.By this device to simulate Photoelectric conventional cable to the mast by external force test environment ,to test whether Photoelectric conventional cable oerformance meet the practical requirements.The designing of low temperature bending test device,analog Photoelectric conventional cable on the mast the movement characteristics of pulley block. Its operation is simple,save time and effort and high test efficiency.

Photoelectric conventional cable；Performance of torsion；Polished rod drive