Открутка и подкрутка жил, виды крутильного оборудования и их особенности
Открутка — это технологический процесс, при котором катушка с заготовкой совершает оборот в обратном направлении относительно крутильного элемента машины за один цикл работы. Это необходимо для снижения внутренних напряжений в проволоке, возникающих при скрутке токопроводящих жил (ТПЖ). Без открутки проволока может деформироваться, увеличивается активное сопротивление, возникают потери, возможны разрывы или выбивание проволоки из повива. Для выполнения открутки используются два типа механизмов: кривошипно-эксцентриковый и планетарный.
Кривошипно-эксцентриковый механизм — это устройство, предназначенное для выполнения открутки проволоки в процессе скрутки токопроводящих жил (ТПЖ). Он состоит из нескольких ключевых элементов: откручивающего кольца, кривошипов и люлек.
Откручивающее кольцо расположено за крутильной частью машины. Его ось находится ниже оси основного крутильного механизма, что создает эксцентричное смещение. Кривошипы шарнирно соединены с откручивающим кольцом и осями люлек. При этом само откручивающее кольцо не имеет физической оси вращения — оно закреплено на кривошипах, которые обеспечивают его подвижность.
Когда крутильная часть машины начинает вращаться, кривошипы удерживают люльки в фиксированном положении. Это достигается за счет того, что кривошипы компенсируют вращение крутильного элемента, не позволяя люлькам смещаться. В результате люльки с катушками перемещаются в пространстве параллельно своим исходным положениям, а проволока, вращаясь вокруг оси скручиваемой заготовки, не закручивается вокруг себя.
Процесс перемещения катушки с заготовкой выглядит следующим образом: за один полный оборот крутильной части катушка поворачивается вокруг оси люльки на 360° в направлении, противоположном вращению крутильного механизма. Это движение обеспечивает компенсацию внутренних напряжений, возникающих при скрутке проволоки, и предотвращает её деформацию.
Планетарный механизм открутки состоит из стационарной центральной шестерни, паразитной шестерни и шестерни люльки. Центральная шестерня неподвижна, её ось совпадает с осью клети. Паразитная шестерня, установленная на крутильном механизме, вращается по часовой стрелке при вращении клети. Это движение передается шестерне люльки, заставляя её вращаться против часовой стрелки. В результате люлька с катушкой совершает оборот на 360° в обратном направлении, компенсируя внутренние напряжения в проволоке.
Если убрать паразитную шестерню, открутка прекращается, и механизм переходит в режим раскрутки. Это позволяет гибко управлять процессом скрутки в зависимости от технологических требований.
Открутка поизводится только на машинах клетьевого типа.
Подкрутка — это технологическая операция, совмещающая уплотнение и скручивание токопроводящей жилы (ТПЖ) вокруг своей оси. Шаг подкрутки соответствует шагу последующей общей скрутки, что исключает внутренние напряжения и обеспечивает стабильность структуры кабеля. Подкрутка выполняется на крутильных машинах, оснащенных подкручивающим устройством, которое объединено с уплотняющими вальцами. Вальцы вращаются не только вокруг своей оси, но и вокруг оси скручиваемой жилы. Это позволяет минимизировать внутренние напряжения в жиле, делая её устойчивой при общей скрутке.
Клетьевая планетарная машина скрутки (название из-за планетарного устройства открутки).
Клетьевые машины скрутки оснащены планетарным механизмом открутки. Крутильная часть представляет собой клеть из металлических колец (дисков), закрепленных на полом валу. Люльки с катушками устанавливаются между дисками. Контроль натяжения осуществляется двумя способами: механическим и магнитным.
Механическое торможение: регулируется с помощью тормозной ленты и пружины. При сжатии пружины увеличивается площадь соприкосновения ленты с тормозным диском, что усиливает трение и натяжение. Этот метод применяется для крупных сечений, где вероятность обрыва проволоки при сильном натяжении минимальна. Однако для корректировки натяжения требуется остановка машины.
Магнитная муфта: натяжение регулируется автоматически и снижается по мере опустошения катушки. Управление осуществляется через сенсорную панель, что позволяет корректировать натяжение без остановки линии. Этот метод используется для малых сечений, где риск обрыва и вытяжки проволоки высок.
Если в центре скручиваемого изделия находится одна или несколько заготовок, катушки с этими заготовками устанавливаются на отдатчиках перед машиной.
Клетьевые машины считаются наиболее универсальными среди крутильного оборудования. Они позволяют выполнять повивную скрутку как с откруткой, так и без неё, а также накладывать проволочную защиту на кабели. Однако у них есть недостатки: низкая скорость работы, крупные габариты и сложность замены катушек. Для установки и снятия катушек требуется дополнительное оборудование, такое как кран-балка или тельфер, что увеличивает время настройки. Низкая скорость вращения клетей обусловлена большим весом катушек и их удаленностью от оси клети, а также наличием откручивающего устройства.
Эти машины активно используются в процессе общей скрутки (система 1+6+12+18), где открутка необходима для предотвращения деформации изоляции. Без открутки жила дополнительно скручивается вокруг своей оси, что может вызвать морщины или вмятины на изоляционном слое, особенно при работе с жилами крупного сечения и толстой изоляцией.
Жесткорамные машины скрутки
Жесткорамные машины представляют собой упрощенную версию клетьевых, без устройства открутки. Это делает их конструкцию более компактной и увеличивает скорость скрутки, так как катушки с заготовкой размещаются ближе к оси вращения. Эти машины предназначены для скручивания уплотненных круглых и секторных жил силовых кабелей, а также для наложения проволочной брони. Стандартная конструкция включает систему 6+12+18+24+30.
Каждая клеть оснащена боковым автоматическим загрузочным устройством, что значительно сокращает время заправки машины по сравнению с клетьевыми аналогами. Контроль натяжения осуществляется механическим (тормозная лента) или пневматическим способом.
Пневматическое торможение: натяжение регулируется через сенсорный экран в зависимости от диаметра проволоки и материала заготовки. Давление воздуха изменяется пропорционально срабатыванию катушки, поддерживая постоянное натяжение.
Подача сжатого воздуха может осуществляться двумя способами:
- через расширительный бак, установленный на каждый ряд катушек. Перед запуском линии оператор заполняет бак воздухом, а в процессе работы давление постепенно снижается. Для заправки баллона необходимо остановить линию.
- с помощью ротационной пневматической муфты, которая передает воздух от общего расширительного баллона к вращающейся клети.
Жесткорамные машины могут быть укомплектованы подкручивающим устройством, совмещенным с уплотняющими вальцами. Подкрутка играет ключевую роль в формировании круглого сердечника, что важно для производства качественной кабельно-проводниковой продукции.
Таким образом, клетьевые машины подходят для сложных операций с откруткой, а жесткорамные — для быстрой скрутки уплотненных жил и бронирования кабелей.
Уплотнение токопроводящей жилы (ТПЖ)
Уплотнение ТПЖ — это технологическая операция, направленная на уменьшение массы и габаритов кабельно-проводниковой продукции. Она выполняется на этапе скрутки с использованием уплотняющих вальцов (роликов) или калибров. Узел уплотнения расположен после калибра в линии скрутки. Процесс выполняется на этапе скрутки с использованием уплотняющих вальцов (роликов) или калибров, расположенных в узле уплотнения после калибра. Размеры вальцов и калибров подбираются в зависимости от материала жилы (медь, алюминий), её качества и конструктивных параметров, таких как количество повивов и шаг скрутки.
В процессе уплотнения жила проходит через вальцы или калибры, которые формируют её геометрию и плотность. Для круглых жил используются вальцы овального и круглого профиля, а для секторных — вальцы с соответствующим профилем. Закругление краёв секторных жил (радиус ≥ 1 мм) снижает концентрацию электрического поля, предотвращая пробои изоляции.
Результатом уплотнения является уменьшение диаметра жилы на 20–25%, повышение плотности структуры и улучшение эксплуатационных свойств кабеля. Это делает продукцию более компактной, легкой и устойчивой к нагрузкам, что особенно важно для современных энергетических систем. Таким образом, уплотнение ТПЖ — это ключевой этап производства, обеспечивающий высокое качество и надежность кабельно-проводниковой продукции.
Схематическое изображение уплотнённых ТПЖ:
Уплотнение круглой ТПЖ.
Круглая неуплотненная скрученная ТПЖ в среднем проходит через четыре пары вальцов:
- первая вертикальная пара вальцов овального профиля
- вторая горизонтальная пара вальцов овального профиля
-третья вертикальная и четвертая горизонтальная пара вальцов круглого профиля
Для расчета размера секторной ТПЖ необходимы следующие данные:
радиус закругления ребра сектора r, толщина фазной изоляции Δиз, сечение жилы S, угол сектора β (угол сегментного ТПЖ равен 180°)
Задаем приближенное значение R
R=√S
Вычисляем угол γ:
Определяем a
a=(R-r)sinγ
Вычисляем сечение S_р
Сравниваем рассчитанное значение S_р с заданным S, изменяем R на некоторую небольшую величину и повторяем расчет до тех пор, пока S_р не будет равно S.
Вычисляем высоту h:
Вычисляем ширину b сектора
Секторная неуплотненная скрученная ТПЖ в среднем проходит через четыре пары вальцов:
- первая вертикальная пара вальцов секторного профиля
- вторая горизонтальная пара вальцов секторного профиля
- третья вертикальная и четвертая горизонтальная пара вальцов секторного профиля
В состав линии скрутки входят следующие элементы:
- центральное отдающее устройство (при необходимости);
- крутильная часть со встроенными отдающими устройствами;
- распределительная розетка (для пространственной ориентации заготовки);
- калибродержатель (для установки калибра или уплотняющей волоки);
- узел уплотнения (с уплотняющими вальцами);
- тяговое устройство с счётчиком метража (колесного или гусеничного типа);
- приёмное устройство (пинольного, осевого, колонного или портального типа).