大直径水密电缆表皮自动粗化设备开发

大直径水密电缆表皮自动粗化设备开发

徐匡 杨茂祥

（中国船舶集团公司第七一五研究所，杭州，310023）

摘要 水密电缆表皮粗化是其硫化前预处理的重要工序，粗化质量及其一致性将影响后道硫化工序的质量。为提高5mm-100mm大直径、低柔性水密电缆表皮粗化质量，同时提升粗化效率，文章提出了大直径水密电缆表皮自动粗化设备的结构实现方案及电气控制系统的设计，开发了原理样机。通过样机对大直径水密电缆进行粗化，开展硫化后的静水压水密试验。试验结果证明，电缆粗糙度满足硫化要求。

关键词 水密电缆；大直径；表皮粗化；硫化

水密电缆是声纳装备的重要组成部分，是声纳装备在水下探测或测量时接收声信号的传输介质，其一端与连接器连接，另一端与其他部件连接[1]。由于工作环境的特殊性以及使用寿命要求，水密电缆与连接器等部件连接处须通过硫化对其连接处进行水密处理，而硫化工艺所达到的水密效果好坏的重要决定因素为水密电缆表皮粗化质量。目前针对5mm-100mm大直径、低柔性的水密电缆粗化仍采用细锉刀结合砂纸打磨的人工粗化方式，平均一根电缆粗化完成需要3-6min，且粗化深度以及其一致性无法有效保证，该工序已成为生产瓶颈之一。本文结合水密电缆柔性度、粗化直径、粗化长度等因素，提出了一种公转式粗化方法，研制出了大直径水密电缆表皮自动粗化设备。

1技术方案

1.1设计要求

应用场景不同，水密电缆规格不同，所需粗化的直径、长度、深度等也存在差异，因此设备需满足以下设计要求：（1）粗化长度一定范围内可调；（2）粗化直径5mm-100mm可调；（3）粗化深度0.1mm-0.3mm可调，粗化后表面毛糙无反光。

1.2工艺分析

根据长期摸索出的硫化效果与粗化深度的对应关系，水密电缆粗化深度需进行严格控制，粗化深度小硫化粘接不牢；粗化深度大，则在硫化过程中容易对电缆芯线在成损伤，因此在设计粗化设备时，粗话效果的控制应重点考虑。由于生产用的水密电缆直径为5mm-100mm，电缆长度约60cm-120cm，整周粗化时电缆整根旋转难度大，硬扭转容易造成电缆内芯线损伤，因此，需要设计合理可靠的机构完成特定部分的粗化工作。

1.3实现机理选择

考虑到水密电缆在粗化过程中不易旋转，为避免因旋转对电缆造成损伤，同时便于自动粗化动作的实现，设备采用将圆柱形打磨头固定在旋转机构上，水密电缆通过定位机构固定并张紧，在电缆固定张紧状态下，转动旋转机构实现电缆的周向粗化，同时横向移动旋转机构实现电缆轴向粗化。粗化时，通过控制粗化压力、横向移动速度与周向旋转速度可调节粗化深度，通过点至线、线至圆周可完成电缆整周的粗化工作。本文选择该方式作为水密电缆表皮自动粗化设备研发的基础。

1.4设备结构方案设计

基于1.3所述的自动粗化机理，设计设备总体结构，如图1所示，其主要由机架（100）、定位机构（200、300）、横移机构（600）、旋转机构（400）及打磨机构（500）组成[1]；定位机构安装于机架前、后端上部，作用于水密电缆上，确保电缆粗化过程中保持压紧、张紧状态；横移机构固定于机架中间上部，旋转机构固定在横移机构上，打磨机构固定在旋转机构上，三者相互配合完成电缆的整周粗化工作。本章节重点介绍定位机构、旋转机构、打磨机构三大主要组成机构设计思路。

图1设备总体示意图

1.4.1电缆定位机构

为达到良好的粗化效果及效果一致性，水密电缆在粗化过程中需一直处于良好的夹紧固定以及线性张紧状态，因此电缆定位机构在机架前、后两端上部分别设有压紧模块和张紧模块。由于电缆具有一定的弹性，在受到压力后会产生一定的形变量，为确保施加的压紧力保持稳定，不受电缆弹性形变的影响，且压紧固定过程对电缆不造成任何损伤，压紧模块设置有带凹槽的V型下压紧定位块、上压紧定位块及上下运动组件，并采用有杆气缸驱动实现恒力压紧。同时为达到电缆实时处于张紧状态，保证打磨过程中打磨头与电缆之间接触压力过大导致电缆相对压紧模块滑动产生粗化不均现象，定位机构的张紧模块设置有导向机构、弹簧及气缸驱动的预拉力施加组件，实现电缆的弹性张紧。

1.4.2旋转机构
    由于电缆不易旋转，整周粗化仅能通过打磨机构绕电缆公转的方式实现。为满足粗化动作简单、粗化效果稳定、投入成本低等目标，将旋转机构设计为由支撑架、旋转驱动组件及外齿轮中空轴承等组成的中空式旋转机构，便于电缆的安装，避免与通过机架前、后两端上部分定位机构固定张紧的电缆产生运动干涉，实现电缆的周向粗化。

1.4.3打磨机构

打磨机构设计有压紧动力机构、打磨主轴及打磨头，压紧机构通过连接块固定在旋转机构上，带动打磨主轴及打磨头运动。为达到电缆粗化区域无遗漏、打磨均匀、一致性好、打磨宽度可调、适用范围广等设计目标，通过理论及试验分析，打磨机构采用由点至线至圆周的圆柱形打磨方式，同时考虑到每根水密电缆存在的直径公差，其打磨头选择对电缆自身的直径公差适应性更好，更换频率更低的钢丝打磨头。

1.5控制系统设计

控制系统按照硬件构成、软件控制程序等方面进行设计。硬件的构成决定设备控制系统的框架，本设备的控制系统采用小型PLC，伺服电机、气缸等。软件控制程序的编写是控制系统设计的核心任务，本设备根据功能需求设计基于PLC的自动粗化软件[2]，软件分为手动和自动模式，每个模式均许可在界面进行粗化速度、粗化长度等重要基础参数的设置。

2试验验证

为验证设备设计的正确性，试制了原理样机，对50根水密电缆进行了粗化试验，粗化效果如图3所示，目测观察电缆粗化打磨深度均匀、宽度一致，未出现打磨不均及破损现象。并对粗化后的电缆进行硫化，开展静水压试验。经绝缘测试发现，全部电缆绝缘合格，无漏水现象发生。表明使用本设备粗化后的水密电缆粗糙度满足硫化要求。

3总结

本文主要介绍了大直径、低柔性的水密电缆表皮自动粗化设备的结构及电气系统的设计，并用设备样机对50根水密电缆进行粗化试验。试验证明，该设备稳定性好、可靠性强，粗化效果能够满足生产所需，同时能够有效提高粗化效率，减少人力成本。

参考文献：

[1]蒲良贵,陈国定,吴立言.机械设计 [M].北京：高等教育出版社,2013.

[2]潘新民.微型计算机控制技术[M].北京:电子工业出版社,2013.