电缆填充用松软材料直径测量方法的探讨

摘要：交联聚乙烯绝缘电力电缆的不回整现象，往往是由于电缆填充料聚丙烯网状纤维并股软绳的直径测量误差所造成的。由于该种材料蓬松、柔软、无固定截面形状，因此不能采用常规的直径测量方法。本文介绍一种新的测量方法，在实际应用中收到良好的效果。
1 前言
多年来三芯交联电缆的不圆整问题一直困扰着我们，也是电缆行业的一大难题。究其原因是由于交联电缆填充用聚丙烯网状撕裂纤维并股软绵（简称并股软绵）的直径无法控制，目前行业内无切实可行的并股软绳直径测量方法，以至该材料规格混乱，无法满足使用要求。三芯交联电缆是我厂主导产品，其外观质量问题直接影响我厂的产品和企业形象，及经济效益。因此，解决并股软绳的直径测量问题势在必行。通过长期的实践、摸索、总结，提出了并股软绳直径测量的新方法。把这新方法用于其他电缆填充用的聚丙烯绳及岩棉绳的直径测量，均收到较好的效果。
2 并股软绳直径测量方法现状分析
三条直径相同的线芯两两相切外，且分别与外被层内切，并股软绵占据线芯与护套间的空间，形成曲边扇形。显然，在电缆结构设计中此曲边扇形的面积不难计算，而如何保证并股软绵在使用状态下呈设计要求的截面是个大问题。并股软绵由聚丙烯吹膜撕裂所成的网状纤维多股绞合而成，其外观特征蓬松柔软，横截面形状不规则，不同点的横截面大小不一致。针对并股软绳的这些特征和如何定义其“直径”，又如何来测量呢？ 对此，现行行业采购规范无规定，并股软绳生产厂及电缆厂也都没有对其“直径”给出明确的定义。对其“直径”的测量一般采用如下方法：（1）并股软绳处于自然状态下，用游标卡尺轻卡读数，作为其“直径”；（2）对并股软绳施加轴向张力后，用游标卡尺轻卡读数；（3）沿并股绳外层聚丙烯绳的旋向拧紧，用游标卡尺轻卡读数；（4）测量某长度重量，按生产厂提供的单位长度重量来推算其“直径”。 方法1显然不妥。方法2比方法1略有改进，但不能保证其横截面呈圆形，轻卡的概念无法掌握，因此对其“直径”无法控制。 方法3，沿并股软绳外层聚丙烯绳的旋向拧紧，其外观呈明显的麻花状，各点高低起伏差异较大，无法确定哪里能代表其“直径”。出现这种现象是由于并股软绵相邻两层的旋向相反，沿外层拧紧，相邻的内层就会被旅松，自然会出现外层起包、凹陷的现象。 方法4，在材料密度不变及开网情况相同的条件下，用此方法计算“直径”相对准确，但由于各厂家并股绳材料配方不尽相同，即添加剂的比例不同，其密度在一个较大的范围内变化，另开网情况不同，并股绳软硬有一定差异，且其“直径”究竟是什么概念不清，因此，生产厂家提供的材料标准中规定，以单位长度重量来确定并股软绳的直径的方法的允许偏差为±25％。而我们所需的并股软绵的“直径”每种规格相差2mm，这样的公差是无法区分几种相邻规格的。另方面，若能消除以上各种影响因素，这种方法也很难用于并股软绳生产中的“直径”控制，因很难设想在生产过程中频繁地取其中间的一段来称其重量；在使用中检测，一是较麻烦，二是浪费太大，且无法对其“直径’哇面控制。
3 新的测量方法的提出
基于以上四种方法在实际使用中都不切实可行，因此要控制并股软绳的“直径”，解决三芯交联电缆不圆整的问题，必须走新的路子，采用新的并股软绵直径测量方法。 并股软绳使用多年，其“直径”测量问题一直没有解决，主要是因蓬松柔软、横截面形状不规则；常规使用的直径测量工具是直尺、游标卡尺等；常规的测量方法是直接在测量工具上读数，三者无法有效地结合起来。 并股软绳在交联电缆的横截面中呈曲边扇形，是受到周围物体挤压的结果。这种挤压力的大小与并股软绵自身的“直径”决定了其使用状态下呈曲边扇形的横截面的面积大小。在正常的条件下挤压力为常量。若使用状态相同，并股绳“直径”合适，其横截面的形状和面积就可达到理想状态，即实现电缆填充圆整的目的。 并股软绳的“直径”不能直接测量，是否可设计一个模拟并股软绳使用状态的测量器具，通过某种转换从而间接确定其“直径”呢？由此产生如下方法：制做一个横截面呈凹形的多属楷体，上置一块与矩形槽两竖边始终垂直且可上下移动的压板，压板上施加一确定的力P，在压板下沿槽向放置并股软绳，槽的竖边有刻度标记，这样可根据该状态下并股绳所呈的矩形截面积计算其呈圆形时的直径。但这种方法的缺点一是工具制作较麻烦，更主要的是并股软绳的直径规格范围大，由12～30mm。而测量器具主体上的矩形槽一旦确定就不会改变，这样，制作的测量工具若适合测大规格的就不适用于小规格，反之一样。 通过反复摸索、试验发现，并股软绳虽在自然状态下横截面形状不规则，但在其受到处在同一平面的连续的垂直且指向轴心的等压力的作用下，该横截面的形状趋于圆形。至此，可以给井股软绳的“直径”以明确的定义——在并股软绳受到处在同一平面的连续的垂直且指向轴心的确定的等压力的作用下，该横截面为圆形（近似），此圆形的周长除以圆周率为并股软绳在该处的直径。明确了这一定义后，进而设计了新的测量工具及方法： （1）测量工具。最小刻度为1mm的钢直尺一把，1000g硅码～个，红棉牌尼龙吉他第1 弦一根，即直径为0.7mm尼龙绳一根。 （2）测量方法及步骤 1）尼龙绳一端固定，另一端施加 100O g重的破码，测量尼龙绳上预先作的标记A，B 2）把并股软绳需测直径部分水平放置，使其处于自然松弛状态，用尼龙绳沿并股软绳径向环绕一周，使尼龙绳所在的平面与并股绳测量处的轴线垂直，然后按步骤1）施加张力，并使尼龙绳两端处于铅垂状态，测量A，B间的距离L1。 3）用Lo减去L1，即为所测并股软绳在该处的周长L，从而求得直径D=L/r。这样就可通过一根尼龙绳、一个破码与直尺的使用，完成常规测量不能完成的工作。
4 实验数据的验证及处理
方法确定了，但该方法的测量重复性及测量精度能否满足需要呢？对此做了大量的试验进行验证。试验在各种不同规格的并股软绳上进行。在约1m长的并股软绳上等间隔测量五点，各点作好标记，记录测量周长数据。为了验证测量数据的重复性，对上述各点进行第二、第三次测量。反复分析比较每个数据，并通过更换硅码重量，寻找最佳效果，最后确定采用1000 g硅码。通过试验认为，测量的重复性及精度完全能够满足使用要求。本测量理论上是在同一处进行三次测量，实际在测量过程中并股软绳的内外层不断地串动，不可能在同一处进行三次重复测量。由于并股软绳在某一相邻各点的直径不可能完全相同，测量本身也存在一定的系统误差，因此，同一处的测量结果不完全重复。每个测点的值不同也反映了其本身各处直径的不均匀性，一般在一个不太大的范围内变化。本着既简化测量工作又能满足需要的原则，通过多次试验比较决定，测量在同一并股软绳上进行三次，测点间隔约30 cm，取其中间值作为直径的测量值。
5 实施效果
1996年8月，发生了多起用户投诉我厂交联电缆不圆整事件，并对我厂交联电缆质量持怀疑态度，有的坚决要求退货。为彻底解决这一问题试用了上述的并股软绳直径测量方法（以下简称新方法）。效果一下就显现出来，使三芯交联电缆的外观有了彻底的改变。用新方法对库内各厂家各规格的并股软绳重新筛选分类。发现最典型的事例是某厂家提供的标称直径（mm）为22规格的并股软绳中，在仅剩余的37件的实测直径（mm）就分成16、 18、20、22、24、26六种规格，由此足以看到原并股软绳规格的混乱。用于其他电缆填充的聚丙烯绳及岩锦绳的直径测量同样存在以上的问题，对两者逐步实施新方法，均收到良好的效果。
6 结论
新方法彻底摆脱了常规的用于有固定截面形状的材料的直径测量方法的束缚，使并股软绳等蓬松、柔软的填充材料的直径概念从含混不清到完全明确；直径测量从原来不可操作的定性描述到完全量化的可操作。测量工具简单，方法简便。因此，很好地解决了此类材料规格混乱及用其填充的各种电缆的圆整度差的问题，尤其是三芯交联电缆的圆整度问题。解决了本厂电缆外观质量的大问题，使本厂收到了较好的经济效益。 实践证明，与现采用的各种对松软、无固定截面形状的电缆用填充料的直径的测量方法比较，本新方法较简便，行之有效。

确实实用是个好办法！

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