曹振鵬

摘? 要：多芯多功能綜合電纜組件的設(shè)計(jì)制造需要根據(jù)實(shí)際的應(yīng)用預(yù)期進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足電氣傳輸?shù)男枨?、機(jī)械工作環(huán)境的需求，及周遭環(huán)境的影響等，再根據(jù)這些需求和影響在結(jié)構(gòu)上科學(xué)的設(shè)計(jì)，結(jié)合多芯電纜的自身特點(diǎn)，在技術(shù)原理的支持下，進(jìn)行驗(yàn)證符合性，最終確定得到需求的多芯多功能綜合電纜組件。結(jié)構(gòu)合理設(shè)計(jì)、技術(shù)理論支撐、應(yīng)用驗(yàn)證等閉環(huán)形成過程，得到一款設(shè)計(jì)較為合理的多芯多功能綜合電纜組件。

關(guān)鍵詞：單芯電纜? 多芯電纜? 設(shè)計(jì)制造方法? 多功能綜合電纜組件

中圖分類號(hào)：TJ510.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）10（c）-0047-03

Abstract： The design and manufacture of multi-core and multi-functional integrated cable assembly needs to be designed according to the actual application expectation， to meet the requirements of electrical transmission， mechanical working environment， and the surrounding environment. Then， according to these requirements and influences， the scientific design in structure， combined with the characteristics of multi-core cable， under the support of technical principles， is used to verify the compliance. Finally， the required multi-core and multi-functional cable assembly is determined. A reasonable design of multi-core and multi-functional cable assembly is obtained through the closed-loop forming process of reasonable structure design， technical theory support and application verification.

Key Words： Single core cable; Multi core cable; Design and manufacturing method; Multi functional integrated cable assembly

多芯電纜是由一根以上的絕緣線芯組成的電纜，被廣泛應(yīng)用在電子產(chǎn)品中，逐漸代替單芯電纜。導(dǎo)體中存在交流電或者交變電磁場，導(dǎo)致導(dǎo)體內(nèi)的電流分布不均，電流會(huì)聚集在外面的薄層，隨著電流密度不斷增大，內(nèi)部的電流變小。依據(jù)導(dǎo)體的電阻增加，損耗功率變大，二者呈現(xiàn)正相關(guān)變化。這是趨膚效應(yīng)，單芯電纜存在的最大缺點(diǎn)之一，多芯電纜的出現(xiàn)極大的減少了趨膚效應(yīng)的效果，進(jìn)而降低了路線的損耗。多芯電纜使得電力傳輸過程中，減少了電量的損耗，極大的提高了電力的傳輸效率和使用效率。多芯電纜的設(shè)計(jì)制作是非常嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?，需要從理論支撐，到科學(xué)設(shè)計(jì)，再進(jìn)行驗(yàn)證合理性，通過各個(gè)影響因素效果評(píng)估，最終得到可以實(shí)際應(yīng)用的多芯電纜。

1? 多芯多功能綜合電纜組件的設(shè)計(jì)方案

1.1 多芯電纜的總體規(guī)劃

基于設(shè)計(jì)一款盡量滿足電氣傳輸、機(jī)械工作環(huán)境需求的多芯纜線要滿足的要求為：包含各種功能的組成，依據(jù)傳輸?shù)墓δ苓M(jìn)行設(shè)計(jì)，分多個(gè)子纜組成的多芯纜線組件，電源纜線專門提供電力傳輸，低頻傳輸采用絞線實(shí)現(xiàn)，中高頻率傳輸采用射頻同軸線。纜線的總長度要大于36m，纜線的直徑要控制在0.5cm以內(nèi)，主要是考慮到傳輸效率、空間、柔韌性、使用壽命等。同時(shí)滿足耐側(cè)壓、保持力、反復(fù)彎曲、抗扭曲、高溫、低溫、抗腐蝕的特性，以達(dá)到多芯多功能綜合電纜組件的實(shí)用性。多芯纜線結(jié)構(gòu)包括三條主要子纜線分別為：高頻纜線、中頻纜線、電源纜線，子纜排布為纜線外徑內(nèi)切三個(gè)圓的布局，以增強(qiáng)其穩(wěn)定性，保證纜線的各個(gè)特定。剩余結(jié)構(gòu)采用屏蔽對(duì)絞線作為剩余空間子纜填充，以保證纜線整體的形狀。

1.2 高頻纜線的結(jié)構(gòu)

結(jié)構(gòu)組成為：高頻傳輸線;2*0.3mm2對(duì)絞線（直流電阻小于等于100Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V）;中心對(duì)絞線護(hù)套采用聚氨酯材料包裹，內(nèi)附凱夫拉增強(qiáng)層，高頻纜線外層為不銹鋼波紋鎧管外護(hù)套。高頻纜線采用低耗電纜，需要在應(yīng)用過程中能夠承受拉力，凱夫拉增強(qiáng)層保證在受到外力時(shí)，內(nèi)部的對(duì)絞線采用多對(duì)組成，在護(hù)套的作用下形成規(guī)則圖形，增強(qiáng)承受力。高頻傳輸線排布在中心對(duì)絞線的外層，防止護(hù)套和增強(qiáng)層影響其形狀和工作效率。保證高頻纜線傳輸效率的同時(shí)，從結(jié)構(gòu)布局上保證其抗拉力，避免纜線之間的擠壓產(chǎn)生的形變，導(dǎo)致性能打折扣，在護(hù)套和增強(qiáng)層的保護(hù)下，減少徑向壓力的副作用。

1.3 中頻纜線的結(jié)構(gòu)

中頻纜線的機(jī)構(gòu)組成為：中心為2×0.3mm2對(duì)絞線（直流電阻小于等于100Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V）護(hù)套依然采取聚氨酯，內(nèi)附凱夫拉增強(qiáng)層;外層為中頻傳輸線和2×0.3mm2對(duì)絞線排布而成，中頻纜線采用不銹鋼波紋鎧管外護(hù)套，整體外形與高頻、電源纜線結(jié)構(gòu)保持一致。中頻傳輸線絕緣電阻大于等于1000MΩ，介質(zhì)耐壓AC，頻率范圍為100MHz～1.6GHz，電壓駐波比小于等于1.31，衰減小于等于0.6bB/m，群時(shí)延小于等于8ns。結(jié)構(gòu)組成充分發(fā)揮中頻纜線傳輸效率的同時(shí)，保證結(jié)構(gòu)不受到其它因素干擾，影響其正常工作的效率。

1.4 電源纜線的結(jié)構(gòu)

主體結(jié)構(gòu)包括：1mm2接地線（直流電阻小于等于20Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V）;2mm2接地線（直流電阻小于等于10Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V）;2×2㎜2電源線（直流電阻小于等于10Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V）;4mm2電源線（直流電阻小于等于5Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V）;3×2mm2電源線（直流電阻小于等于10Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V）;中心部2×0.3mm2對(duì)絞線（直流電阻小于等于100Ω/KM，絕緣電阻大于等于500MΩ，介質(zhì)耐電壓AC500V），護(hù)套采用聚氨酯材料的，內(nèi)附凱夫拉增強(qiáng)層，整個(gè)外層采用不銹鋼波紋鎧管外護(hù)套。電源纜線整體結(jié)構(gòu)與高頻、中頻纜線保持一致，以保證穩(wěn)定性。

2? 技術(shù)難題攻關(guān)

2.1 多芯多功能綜合電纜組件的使用壽命

若保證2000次以上的使用壽命，將多芯電纜組件纏成圓形放置到箱內(nèi)，多芯電纜收到扭曲力的作用，高頻傳輸纜線無法承受扭曲力性能受到嚴(yán)重影響，其使用壽命受到限制。改進(jìn)方法為：將組件結(jié)構(gòu)采用螺旋纏繞的方式進(jìn)行排布，可以增加承受扭曲力的能力。采用不銹鋼波紋鎧管強(qiáng)化外層防護(hù)，增加其抗扭曲力，增加了纜線的柔韌性使其反復(fù)彎曲可以達(dá)到2000次以上，可以達(dá)到5000次以上，極大的提高了多芯電纜組件的使用壽命。此外，為了保護(hù)多芯電纜組件彎曲度使得電纜內(nèi)部免受損壞影響功能，不銹鋼波紋鎧管能夠有效的限制彎曲度在安全的范圍內(nèi)，保護(hù)多芯電纜組件的完整性。最后，多芯電纜組件內(nèi)部構(gòu)件是相互擠壓的，會(huì)產(chǎn)生側(cè)壓力，破壞各個(gè)構(gòu)件的功能完整性。

2.2 多芯電纜組件與其他組件的連接

多芯電纜組件自身重量比較大，與其他組件連接時(shí)造成不穩(wěn)定因素，如何保證多芯電纜能夠穩(wěn)定連接下正常的起到傳輸?shù)墓δ埽枰O(shè)計(jì)電纜連接器來固定多芯電纜與其他組件，連接器作用原理主要是，內(nèi)部的灌膠承力套與多芯電纜凱夫拉增強(qiáng)層連接起來，其余電纜組件穿過連接器孔洞。在受到力的作用時(shí)，凱夫拉增強(qiáng)層會(huì)抵消大部分的作用力，保護(hù)多芯電纜功能正常。這解決了多芯電纜自身重力造成的不穩(wěn)定因素，避免在移動(dòng)過程中受到的自身外力情況下破壞多芯電纜組件。

3? 多芯電纜的制作及測試

3.1 核對(duì)設(shè)計(jì)圖紙合理性

根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙對(duì)電纜結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，各個(gè)結(jié)構(gòu)要件的規(guī)格進(jìn)行確定，截取合適的長度，根據(jù)實(shí)際的需求確定截取長度。過程中要注意電纜與連接體之間的準(zhǔn)確距離，在實(shí)際制作過程中確定準(zhǔn)確距離是十分重要的，可以避免因長度問題無法連接成功。設(shè)計(jì)圖紙是根據(jù)需求環(huán)境來設(shè)計(jì)的參數(shù)，這些參數(shù)是閾值，所以在使用數(shù)據(jù)時(shí)盡量選取中間的數(shù)值，這樣在測試過程中如果發(fā)現(xiàn)問題，可以調(diào)整數(shù)據(jù)確定問題源頭，具體改進(jìn)時(shí)有合理的操作空間。此外，在準(zhǔn)備材料時(shí)，要嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案進(jìn)行準(zhǔn)備，材料會(huì)決定多芯電纜的構(gòu)件功能屬性，比如，直流電阻、絕緣電阻、介質(zhì)耐電壓等，這些都是測試過程中主要測試的數(shù)據(jù)。

3.2 電纜的技術(shù)處理

截取完成之后要確定連接器可以通過電纜，根據(jù)連接器的長短進(jìn)行電纜表層剝除，在絕緣層上，保護(hù)多芯的芯線不受到外力的破壞。如果無法穿過連接器，把絕緣層切開再行穿線。屏蔽層處理的過程中，如果難度過于大，可以采取單芯線與電連接器的外殼連接。過程中要注意剝除的尺寸，保證與電連接器連接時(shí)不傷到外面的芯線，以免影響正常的功能。

3.3 電纜芯線的處理

對(duì)芯線進(jìn)行處理過程中，電纜芯線被剝除要根據(jù)連接器中的焊杯的長度確定芯線絕緣表皮的長度，盡量使用剝線鉗，能夠保證導(dǎo)線的完整性。完畢后對(duì)芯線進(jìn)行完整性檢查，確保芯線的完整性和光澤度。過程中仍需要確保各個(gè)參數(shù)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，電纜芯線是十分脆弱的，在剝除過程中如果損害到芯線就需要重新進(jìn)行電纜芯線的處理，造成制造效率下降。

3.4 多芯電纜的焊接處理

以上過程完成后，焊接是電纜制作的核心步驟，焊接前要充分檢查各個(gè)連接和組件部位是否按照標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)備完成。芯線放在焊杯中，要按照焊接的工藝順序進(jìn)行，焊接時(shí)間控制在5s以內(nèi)。焊接完成后，未達(dá)到預(yù)期效果的，要進(jìn)行二次焊接，而后用無水酒精清洗并風(fēng)干，焊接完成。

3.5 多芯電纜的測試

制作完成的多芯多功能綜合電纜組件在電氣要求、機(jī)械環(huán)境下、周遭環(huán)境下進(jìn)行測試，測試結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、護(hù)套的設(shè)計(jì)及其組件功能是否滿足設(shè)計(jì)要求。在測試過程中，如果出現(xiàn)與預(yù)期要求不符的地方，需要根據(jù)問題部位進(jìn)行反推，找到造成問題的原因，并對(duì)問題進(jìn)行修復(fù)，如果問題影響全局的設(shè)計(jì)，需要逐一更正。測試過程是對(duì)多芯電纜設(shè)計(jì)制造方法的修正與完善，要盡量找到問題和缺陷，使多芯電纜的各種特性符合預(yù)期要求，最終需要反復(fù)測試，得到相對(duì)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)脑O(shè)計(jì)方法。

4? 結(jié)語

多芯多功能綜合電纜在實(shí)際應(yīng)用中越來越多，根據(jù)實(shí)際的使用場景選擇技術(shù)理論支撐并提出設(shè)計(jì)要求，根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，要符合實(shí)際應(yīng)用的場景特點(diǎn)，通過個(gè)別技術(shù)攻關(guān)解決難以解決的問題點(diǎn)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹圃旃に囃瓿芍圃?，?duì)制造的產(chǎn)品進(jìn)行測試，評(píng)估多芯電纜的符合性，最終完善多芯電纜的設(shè)計(jì)，達(dá)到能夠應(yīng)用到實(shí)際場景中的要求。文章通過以上過程對(duì)多芯多功能綜合電纜進(jìn)行設(shè)計(jì)制造，過程中不斷對(duì)方法進(jìn)行改進(jìn)，使其完成適應(yīng)實(shí)際場景的應(yīng)用，更加科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)氐玫筋A(yù)期的產(chǎn)品。

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