煤礦用高采煤機(jī)電纜加強(qiáng)控制線芯的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

楊云東

摘要：隨著采煤技術(shù)的發(fā)展，大型煤機(jī)設(shè)備應(yīng)用越來越廣泛。采煤機(jī)多采用電纜供電方式，但在實(shí)際應(yīng)用中，由于電纜線傳輸功率大、外徑粗、距離長等特點(diǎn)，在使用過程中極易出現(xiàn)控制線芯斷芯等情況，一旦出現(xiàn)此類問題，將會(huì)嚴(yán)重阻礙采煤效率，并存在極大的安全隱患。為此，本文在全面了解采煤機(jī)電纜控制線芯斷芯原因的基礎(chǔ)上，針對(duì)當(dāng)前實(shí)際情況，提出了改進(jìn)方案，以期延長電纜控制線芯使用壽命。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī);電纜;控制線芯;斷芯

引言

當(dāng)前，我國煤炭行業(yè)所使用的采煤機(jī)軟電纜存在一定缺陷，比如控制線芯易斷芯、使用壽命不長等等，由于此類問題無法有效解決，將會(huì)嚴(yán)重制約采煤機(jī)生產(chǎn)效率。在采煤機(jī)電纜當(dāng)中，控制線芯的主要作用為監(jiān)控信號(hào)。然而，在電纜運(yùn)行環(huán)節(jié)在頻繁彎曲、拉伸等多種機(jī)械應(yīng)力的影響，很容易出現(xiàn)控制線芯斷裂問題，一旦控制線芯斷裂，則監(jiān)控保護(hù)作用也會(huì)隨之消失，甚至?xí)l(fā)設(shè)備故障，無法轉(zhuǎn)動(dòng)，給用戶帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

一、采煤機(jī)電纜控制線芯斷芯的主要原因

通過大量實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致采煤機(jī)電纜線芯斷芯的原因很多，主要包括以下幾點(diǎn)：

第一，采煤機(jī)軟電纜在使用時(shí)彎曲半徑在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求以下，易斷芯;

第二，電纜在長期、頻繁過度彎曲、拉伸等兩種以上應(yīng)力的復(fù)合作用下，易斷芯;

第三，絞合銅導(dǎo)體具有較小彈性，受拉作用下，很容易出現(xiàn)拉伸變形情況，一旦拉力消除，則無法恢復(fù)，加之，控制線芯導(dǎo)體截面比電纜主線芯導(dǎo)體截面小很多，因此，極易出現(xiàn)斷芯問題。

第四，電纜線芯的加工至關(guān)重要， 如果加工工藝控制不當(dāng)就會(huì)造成電纜質(zhì)量出現(xiàn)問題。例如在電纜的加工當(dāng)中， 要進(jìn)行電纜的拉絲或者淬火處理， 以提高電纜的抗拉程度， 但是如果溫度控制不當(dāng)， 就會(huì)造成電纜線芯銅單絲的氧化過度， 從而造成其材質(zhì)變脆， 再者在電纜擠絕緣后的硫化過程中， 如果進(jìn)入水分或者絕緣材料高溫釋放出酸性物質(zhì)， 也會(huì)造成內(nèi)部銅絲的腐蝕， 從而影響了其斷裂伸長率， 也降低了導(dǎo)體的耐彎曲性能。

二、采煤機(jī)電纜加強(qiáng)控制線芯設(shè)計(jì)思路

基于以往研究成果，通過多次考察和取樣分析，在不改變采煤機(jī)軟電纜結(jié)構(gòu)的前提下，得出通過三方面改進(jìn)設(shè)計(jì)，便能很大程度上抑制電纜控制線芯斷芯，延長采煤機(jī)電纜的使用壽命。即①降低控制線芯所受彎曲應(yīng)力;②加大控制線芯導(dǎo)體強(qiáng)度;③增加控制線芯間的相對(duì)滑移性。

一般情況下，降低控制線芯所受彎曲應(yīng)力可采用兩種方式，其一，增大截面積;其二，增加控制線芯的柔軟性，但就實(shí)際情況來講，由于電纜外徑等因素的制約，很難實(shí)現(xiàn)增大截面積。不僅如此，從配電角度出發(fā)，采用增大截面積同樣是不可行的，浪費(fèi)資源。因此，本文在降低控制線芯所受彎曲應(yīng)力時(shí)，采用了加大控制線芯柔軟性的方法。

三、采煤機(jī)電纜加強(qiáng)控制線芯設(shè)計(jì)改進(jìn)措施

1、加大控制線芯柔軟性

按照煤礦用電纜相關(guān)規(guī)定要求，控制線芯截面不能低于2.5m㎡，芯數(shù)不能低于3芯。也就是說，控制線芯一般在3芯或者3芯以上，待成纜之后，可作為第四線芯和其他3根動(dòng)力線芯進(jìn)行絞合成纜，由此可見，電纜柔軟性主要受控制線芯導(dǎo)體的柔軟性及成纜節(jié)徑比的影響。

在控制線芯導(dǎo)體截面不變的情況下，為了增大控制線芯導(dǎo)體的柔軟性，可通過減小控制線芯導(dǎo)體的單絲直徑，及增加導(dǎo)體單絲根數(shù)，并采取復(fù)絞結(jié)構(gòu)的方式達(dá)到這一目的。此外，成纜節(jié)徑比也會(huì)影響控制線芯導(dǎo)體的柔軟性，當(dāng)成纜節(jié)徑比較小的情況下，將會(huì)增加控制線芯導(dǎo)體的柔軟性。同時(shí)，在控制線芯成纜后，可將一根較大截面的橡皮墊芯設(shè)于中心處，并利用較低的成纜節(jié)徑比，這樣在使用采煤機(jī)的過程中，便能靈活控制電纜控制線芯的彎曲伸縮程度，減少控制線芯彎曲斷芯的機(jī)率。

2、提高控制線芯導(dǎo)體的強(qiáng)度

在控制線芯導(dǎo)體截面不變的條件下，可將高強(qiáng)度纖維絲等材料摻加于導(dǎo)體，并通過復(fù)絞結(jié)構(gòu)的方式，進(jìn)一步提升采煤機(jī)電纜控制線芯導(dǎo)體的抗拉性能和強(qiáng)度。在采煤機(jī)電纜當(dāng)中，于加強(qiáng)件而言，其關(guān)鍵在于如何控制最小拉斷力。一般來講，鋼絲抗拉強(qiáng)度≥1300MPa，其1%伸長時(shí)，應(yīng)力也可達(dá)到1200 MPa左右，相比銅的抗拉強(qiáng)度，要多出6倍以上。此外，纖維絲材料也具有伸長率小、抗拉強(qiáng)度大等優(yōu)勢(shì)。因此，將加強(qiáng)件設(shè)于電纜內(nèi)，當(dāng)受到外力拉伸時(shí)，首當(dāng)其沖的承力部件，便是加強(qiáng)件，在此階段，只要保證加強(qiáng)件抗拉強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)，且不會(huì)被拉斷，那么，就不會(huì)損壞電纜內(nèi)的其他元件（也包括加強(qiáng)控制線芯），就能保證采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

當(dāng)鋼絲和加強(qiáng)件束絞在一起時(shí)，將會(huì)遇到一些難題，比如，在硬度方面，銅絲比鋼絲軟，也就是說，鋼絲的柔軟性較差。若兩者一起束絞，勢(shì)必會(huì)出現(xiàn)兩者松緊不一現(xiàn)象。但是作為加強(qiáng)件的纖維絲，則正好與鋼絲相反，當(dāng)纖維絲和銅絲一起束絞時(shí)，纖維絲比鋼絲受力晚，此時(shí)很難發(fā)揮其加強(qiáng)功效。因此，作為加強(qiáng)件，無論是鋼絲，亦或是纖維絲，都需要多根絞合之后才能使用，從而提升加強(qiáng)件的柔軟性和抗彎拉能力。

3、增強(qiáng)控制線芯間的相對(duì)滑移性

在采煤機(jī)電纜使用環(huán)節(jié)，由于彎曲、拉伸次數(shù)多，控制線芯也將隨之來回移動(dòng)，在這一過程中，電纜控制線芯將受到一定阻力，當(dāng)阻力越大時(shí)，則越容易出現(xiàn)控制線芯斷芯問題。因此，想要避免斷芯，就必須保證在彎曲、拉伸過程中，電纜控制線芯具有相對(duì)滑移性，保證應(yīng)力可以迅速分散，且不會(huì)出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象。為了有效解決此類問題，需按以下步驟操作：

（1）將滑石粉均勻涂抹到單根控制線芯外側(cè);

（2）在其外側(cè)包裹纏繞一層耐高溫滑移帶;

（3）待控制線芯成纜之后，再次包裹一層加強(qiáng)無紡布。

通過這種方式，當(dāng)受到外力時(shí)，控制線芯可以得到一定緩沖，避免受力過度。

四、結(jié)束語

綜上所述，煤炭是我國最重要的能源物質(zhì)。我國富煤貧油少氣的能源格局，以及人們對(duì)核電安全的不確定。使得煤炭在社會(huì)發(fā)展中起著不可替代的作用。采煤機(jī)是煤礦開采的基礎(chǔ)設(shè)備，是最重要的機(jī)電設(shè)備之一。采煤機(jī)故障將嚴(yán)重的影響礦井的生產(chǎn)效率。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，采煤機(jī)電纜故障占總故障率的18%，占比很大，不容忽視。控制線芯斷芯是采煤機(jī)電纜常見故障之一，當(dāng)控制線芯斷裂，則其監(jiān)控保護(hù)作用也會(huì)隨之消失，甚至?xí)l(fā)設(shè)備故障，給用戶帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。為此，如何解決易斷芯、使用壽命短等問題至關(guān)重要。通過加大控制線芯柔軟性、提高控制線芯導(dǎo)體的強(qiáng)度及增強(qiáng)控制線芯間的相對(duì)滑移性等改進(jìn)措施，使得采煤機(jī)電纜控制線芯使用性能大大增強(qiáng)， 不僅有效解決了斷芯等問題， 而且提高了采煤機(jī)電纜的安全性和可靠性。

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