屏蔽型SUTP六类对称数字通信电缆的开发.doc

屏蔽型（SUTP）六 类对称数字通信电缆的开发摘要随着信息化发展的进程，人们对数字、声音、图像等信息传输速度的更高要求，网速越来越成为困扰人们的一大因素。在光纤还没有到达桌面以前，六类布线系统以其高带宽和廉价的经济性能，作为替代产品越来越受到人们的认可。在今后一段时间内，六类布线系统还将占有统治地位。然而其不稳定的传输性能以及人们对保密性能的渴望，造就了新的屏蔽系统的发展。正是社会的需要，推动了布线世界的改革步伐。 屏蔽系统，具有优异的电磁兼容性（EMC）和保密性，因此也就更具有发展潜力，也是近几年布线系统的发展方向。本文紧跟时代潮流，结合所学专业，成功开发了屏蔽型（SUTP）六类对称数字通信电缆，作为对自己四年所学的一个总结。本文首先结合所学知识，参考前人的技术成果，以及在工厂的实际考察，确定了其宏观结构，利用通信电缆的有关原理，对其结构进行了大量细致的计算，最终又通过数次试产和测试，对其结构进行了细节上的调整和改进，直到产品的性能完全符合六类对称数字通信电缆的行业标准。本文从设计、计算、生产和测试几个部分作了大量细致的阐述，并附有一些简图，以便读者能更好的理解作者的思想。关键词屏蔽；六类；对称数字通信电缆The exploitation about balanced category six cable of shielding type(SUTP)AbstractWith the process of informationization development, people, to such the requiring higher of transmission speed of information as the figure , sound , picture ,etc., the network speed becomes a great factor of perplexing people more and more. Before the optic fibre has not reached the tabletop yet, six kinds of wiring system are with its high bandwidth and low-priced economic performance , approved of more and more substitute products by people. In a period of time to come, six kinds of wiring system will also occupy the dominant position. But its unstable transmission performance and peoples aspiration of secret performance , have brought up the development of the new shielding system. It is exactly a need of the society, promote the reform paces of the world of connecting up.Shielding system, electromagnetic compatibility (EMC ) and privacy with excellence, so have development potentiality even more, it is the developing direction of the wiring system in recent years too. This text follows the tendency of the day closely, combine the specialities studied , has succeeded in developing balanced category six cables of shielding type (SUTP ), as a summaries studied of four years to oneself.This text combines the knowledge studied at first, consult forefathers technological achievement , and the actual investigation in the factory, confirm its macrostructure, utilize relevant principles of the communication cable , has carried on a large amount of careful calculation to its structure, and test through several trial production finally, carry on adjustment and improvement on the detail to its structure, until the performance of the products totally accords with the sector standards of six kinds of symmetrical digital communication cables . This text has done a large amount of careful exposition from designing, calculating, producing and testing , enclose some sketch , so that the thought of author can be understanded better by readers.Keywordsshield; cat 6; balanced category cable不要删除行尾的分节符，此行不会被打印目录摘要IAbstractII第1章 绪论11.1 六类布线标准的意义11.2 预言未来六类布线发展趋势21.3 屏蔽基本原理3第2章 理论设计52.1 绝缘线芯的确定52.1.1 导电线芯的确定52.1.2 绝缘厚度的确定52.2 芯线对绞82.2.1 对绞节距的选择82.2.2 退扭选择82.3 单绞成缆92.3.1 填充骨架92.3.2 聚酯带102.3.3 屏蔽层102.3.4 地线102.4 外护层挤出11第3章 理论计算123.1 导电线芯的计算123.2 绝缘线芯的确定123.3 绞合节距的选择123.4 绞入系数的计算133.4.1 对绞线对绞入系数的计算133.4.2 单绞成缆绞入系数的计算143.5 复合介电常数的计算143.6 电缆的电容153.7 电缆的特性阻抗163.8 电缆的衰减183.9 电缆结构改进后的计算19第4章 工艺流程224.1 高速串联生产线生产绝缘芯线224.1.1 拉丝单元234.1.2 软化单元234.1.3 挤塑单元254.1.4 检测单元284.1.5 收线单元284.2 CT500-型退扭机和高精度对绞机完成芯线对绞284.3 YD630单绞机成缆294.4 CB-65护套挤出机挤出外护层30第5章 样品试制315.1 绝缘芯线的生产315.2 芯线对绞315.3 单绞成缆315.4 外护层挤出31第6章 样品测试336.1 测试设备336.1.1 测试方案336.1.2 测试设备的性能与测试结果的关系336.2 测试人员的技术水准与测试结果的关系36结论39致谢41参考文献42附录43千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“Abstract”这一行后加一空行第1章 绪论经过漫长的5年等待,2002年6月,在美国通信工业协会(TIA)TR-42委员会的会议上,正式通过了六类布线标准,这个分类标准将成为TIA/EIA-568B标准的附录,它将被正式命名为TIA/EIA-568b.2-1。这是工业史上的最大胜利。六类标准的出台，极大推动了电信工业的发展，许多原来对六类布线有疑虑的用户和应用开发商现在可以放心大胆的安装六类布线系统了。 六类布线与超五类布线相比所带来的好处是显而易见的。随着新的以太网传输标准的推出，应用到桌面的高速网络需求日益增长。采用高带宽的六类布线系统，可以大大减少在网络设备端的投资，包括网卡和交换机等。因此就适应未来网络发展的总体经济效益而言，六类布线比超五类只略贵一点。预计到2005年，六类布线市场占有率将达到70%。尽管网络的发展日新月异，但就网络建设来说，千兆网络即将成为网络建设的普遍需求时，作为网络的骨架，六类标准的推出可以说是及时雨，为建设基于千兆以太网的企业新一代网络在物理层打下了坚实的基础。 1.1 六类布线标准的意义Cat6双绞线布线标准的正式推出，对布线厂商、系统集成商、测试服务提供商及用户都有非常重大的意义。对于布线厂商们来说，六类正式标准的发布让大家少了一些争议。自从六类布线系统正式进入市场，布线厂商纷纷推出自己的Cat6布线系统，而对于六类标准的争议不断见诸报端，大家仁者见仁，智者见智，不断将自己在六类布线产品上的先进技术与理念传递给大家，为布线标准的发展和制订做出了积极的贡献。但各厂商的线缆、连接器的技术参数互不兼容，测试的适配器和测试标准更是五花八门、各有千秋。在一些招标项目中由于标准的不统一，人为造成了许多暗箱操作的机会。即使在公开公正的招投标项目中中标，依然免不了被人置疑。正是因为没有一个正式的、统一的标准，才造成了布线市场如此的不统一与不和谐。一个正式的标准，可以起到大浪淘沙的作用，把布线行业中不规范的市场行为降到最低4。 对于集成商来说，六类标准的推出，给了集成商一个新的机会。尽管网络集成行业仍然是一个朝阳行业，但越来越透明的价格，越来越低的利润，越来越残酷的竞争使大部分普及型的网络建设早已无利可图，而高端应用的集成虽然能够获取应得的利润，但其对产品、技术的要求和用户的认知度有更高的要求，一个没有正式标准的系统如何让用户接受也是一个非常艰难的工作，更不用说各种将来未知的服务了。一个正式的标准令集成商们松了一口气，再也不用为向用户解释草案标准而苦恼了。 对于用户来说，六类正式标准的推出吹散了大家心中的迷茫，自从六类布线系统正式出现在市场上，无数不满足于五类、超五类布线系统的用户，希望能够应用六类系统，以满足千兆网络的需求，而四年来的各种六类草案却令许多用户望而却步，网络技术的飞速发展让任何一种技术都不敢在正式的标准出来之前而成为主流，就象当年的100VGAnyLan一样，当先进的技术不能成为主流产品时，必然被淘汰，非主流产品即无法得到产品技术的升级保证，更无法保证自己的投资。尽管TIA568B标准属于美洲标准，但在网络建设维护方面无论是技术还是理念都以美洲标准为依据的亚洲来说，这个标准能够满足90%以上的中国用户的需求。追求品质的用户不再犹豫，他们不需要再面对各种标准草案、各种六类技术而无法抉择，他们只要问一句能否通过TIA六类标准的测试，Draft标准之间的区别与我何干。 对于一个新建设的布线系统来说，现场认证测试是一个最重要的环节，它将确认这个布线系统能否提供设计上的性能要求，所以正式标准中的现场测试指标就更为重要。对于安恒公司这样的长期专注于布线现场测试技术和服务的公司来说，没有一个正式的标准作为依据是测试时遇到的最大问题，尽管用户并不理解为什么有了六类产品，而测试却只能用草案标准，即使测试人员向用户解释六类草案几乎是当时最先进的测试标准，但他们依然对不同的厂商使用不同的标准表示质疑，直到美国福禄克网络公司正式推出永久链路适配器的布线测试解决方案，才使这一矛盾有所缓解。尽管目前六类布线系统的测试依然有厂商之分，但永久链路测试适配器的推出已经满足了大部分厂商的兼容性问题。六类正式标准的发布让测试服务人员面对用户时少了许多尴尬与难堪。 六类正式标准的推出，用户将不再犹豫，六类布线系统建设会更多。六类正式标准的推出也打消了一些劣质产品的以次充好的机会，合格的、符合标准的六类布线系统也会更多；六类正式标准的推出也会给安恒公司这样专业的测试服务公司带来新的机会与发展，重要的是六类正式标准的推出会使国内网络建设的发展和应用产生一个新的增长点。路宽了，好车还会少吗？1.2 预言未来六类布线发展趋势1、 六类必将代替超五类布线系统，在未来LAN中占主导地位六类布线与超五类布线相比所带来的好处是显而易见的。随着新的以太网传输标准1000BASE-TX的推出，应用到桌面的高速网络需求日益增长。采用高带宽的六类布线系统,可以大大减少在网络设备端的投资，包括网卡和交换机等。因此就适应未来网络发展的总体经济效益而言，六类布线比超五类只略贵一点。预计到2005年，六类布线市场占有率将达到70%。2、 六类-中国电子政务的基石 中国电子政务建设的目的是建立一个满足国际竞争力的、统一的计算机信息网络，为各级政府提供宽带、高速、安全、便捷的多媒体交换平台，主要功能包括：数据、视频、语音、多媒体通信、视频会议、数据共享、安全防护等功能，满足多媒体网络通信的要求。六类布线的使命正是为电子政务构建了一个安全、稳定、高效的信息传输平台，是中国加入WTO与国际接轨的高速传送带。 3、 中国企业信息化的永久保证。（六类布线，一劳永逸的网络布线系统。）21世纪的中国企业信息化正处于严重饥渴状态。 从企业办公自动化、企业ERP管理到企业的信息化基础建设，无一不向国际企业看齐，因为不久的将来，中国将成为全球最重要的经济商业大国之一。有远见的企业将选择一套具有高容量的真正六类布线系统，以满足企业未来20年的扩展应用。 4、 满足外国企业在中国的投资保障国际化企业走全球一体化道路。中国加入WTO后，大量外国企业在中国投资建厂，他们需要的是一套安全、稳定可靠的六类布线系统6。1.3 屏蔽基本原理以前,国内的用户大都采用非屏蔽布线系统，但在欧洲，大多数的最终用户会选择屏蔽布线系统。尤其是在德国，大约95%的安装是屏蔽系统，而另外的5%为光纤。而在最新发布的北美布线TIA/EIA-568-B标准中，屏蔽电缆和非屏蔽电缆同时被作为水平布线的推荐媒介，从而结束了北美没有屏蔽系统的历史。 传统的UTP电缆是通过芯线的双绞来达到EMC性能的，这意味着EMC首先被UTP电缆所接收,随后才被抵消。但是，随着频率的提高，UTP的EMC性能将会下降。经过测量发现，将电缆双绞只能满足大约30MHz的EMC性能，对于频率更高的电磁干扰双绞线将无能为力。更糟的是，UTP电缆周围的金属、隐蔽的“地”、施工中的牵拉、弯曲等等情况都会破坏其平衡特性，从而降低EMC性能。事实上，我们安装电缆是通常会将它穿入金属导管、塑料导管或者其他有着不同接地阻抗的保护中。所以，要获得持久不变的对地性能，只有一个解决方案：在所有芯线外加多一层铝箔进行接地。铝箔为脆弱的双绞芯线增加了保护，同时为UTP电缆人为的创造了一个平衡环境。这意味着基于SUTP电缆的屏蔽解决方案是独立于环境的，即与环境无关。屏蔽布线技术始于欧洲，不同于双绞的平衡抵消原理，SUTP是在普通四对非屏蔽双绞线的外面加多一层或两层铝箔，利用金属对电磁波的反射、吸收及趋肤效应原理（所谓趋肤效应是指电流在导体截面的分布随频率的升高而趋于导体表面分布，频率越高，趋肤深度越小，即频率越高，电磁波的穿透能力越弱），有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其他设备的工作。实验表明，频率超过5MHz的电磁波只能透过38m厚的铝箔。如果让屏蔽层的厚度超过3m，如我们采用一层65m厚度的铝箔拖包,使能够透过屏蔽层进入电缆内部的电磁干扰的频率主要在5MHz以下，而对于5MHz以下的低频干扰可应用双绞的原理有效的抵消。 电磁兼容性(EMC)，是指电子设备或网络系统具有一定的抵抗电磁干扰的能力，同时不能产生过量的电磁辐射。也就是说，要求该设备或网络系统能够在比较恶劣的电磁环境中正常工作，同时又不能辐射过量的电磁波干扰周围其它设备及网络的正常工作7。目前，屏蔽布线系统已经为越来越多的用户所认识，它在电磁兼容方面的良好性能也正在为越来越多的人所认可。所以，市场上的屏蔽布线产品已不只局限于欧洲产品，越来越多的厂商提供屏蔽布线产品。同时，我们中国越来越多的用户，尤其是涉及到保密要求和辐设强烈的项目，比如，在某些恶劣的电磁环境中（如工厂，设备中心，电站），或对抗干扰和保密性要求高（如政府机关，军事设施，银行及金融机构），开始关注和使用屏蔽系统，甚至是六类屏蔽系统。随着信息化发展的进程，铜缆制造工艺水平的不断提升，以及信息化发展对数字、声音、图像等信息传输速度的更高要求，在今后一段时间，六类缆将以其更高的传输带宽逐步成为布线市场上的主流产品，而六类屏蔽线将以其卓越的性能，尤其是其保密性，将成为未来线缆产品的主导。因此六类屏蔽系统具有广阔的发展前景。很多生产商都希望抓住这次契机，努力扩大生产，提高知名度，为公司的生存提供更可靠的保障，而加入了这一产品的竞争中。我公司为了将来的可持续发展，并在即将到来的布线革命中占有一席之地，也加入了开发六类缆屏蔽系统的行列，我有幸参与了这一产品的开发，并把它作为我的毕业设计记录下来。第2章 理论设计2.1 绝缘线芯的确定2.1.1 导电线芯的确定导电线芯的大小直接影响到导体的特性阻抗，考虑到生产成本，参见行业标准规定，单根导体0.5mm线材直流电阻最大值为9.50/100m (中华人民共和国通信行业标准YD/T 10192001)，根据导体直流电阻计算公式： （公式2-1）确定导体规格。2.1.2 绝缘厚度的确定1. （法/公里） （公式2-2）式中 图2-1 电容与导电线芯直径d和线间距离a的关系曲线由图2-1可知，要减小电容c有两个办法：1) 减小导电线芯直径d2) 增大线间距离a，即增大绝缘厚度对特性阻抗来说，导电线芯直径不能太小（低频下不易符合），因此可增大绝缘厚度，但是成本会增大，而且绝缘直径不能大于1.10mm，否则将插不下水晶头1。2. (亨/公里) （公式2-3）式中 图2-2 电感关系曲线由图2-2可知L 随线间距离a的增加而增大随导电线芯直径的d增加而减小随频率f的增加而略微减小图2-3 电缆的特性曲线与频率的关系3、100电缆的电气特性虽没有对电感作单独规定，但特性阻抗与L有关。可以综合考虑L、C，以确定导电线芯和绝缘外径。 （公式2-4）由图2-3可知Zc会随f的增加而减小，因为f,L,C不变。在高频时，如250Hz，若Zc能满足最小值要求,即大于85，则Zc就能满足性能要求。若Zc值偏小，则可以增大L或减小C即增加线间距离aZc 值偏大，则可以减小L或增大C即增大导电线芯直径d4、100电缆的衰减1250MHz （公式2-5）（欧/公里）（公式2-6）R（全）为的10%左右 （西/公里） （公式2-7） （公式2-8）式中 由此可见，的计算比较复杂，在设计中，只能以点带面确定某些频率点的值1 。综上所述，要确定导电线芯，绝缘线芯直径，必须综合考虑电容、特性阻抗、衰减等性能指标，要使它们都符合六类标准规定的最低要求，并有一定的安全裕度，必须综合考虑导电线芯、绝缘线芯的直径，调整各自的直径，使各个指标有最好的表现值。 在整个网络线的生产过程中，绝缘芯线挤出的质量好坏，将是影响产品性能指标的关键因素，导体的公差控制，绝缘层的均匀性，线径的稳定性都是需要进行严格的参数控制。由此，我们还是运用原来用于生产五类，超五类的设备，永雄机械制造厂生产的TEL96-1型绝缘线芯高速串联生产线。该机型集导体拉丝，软化，连续退火，挤塑，冷却，在线检测和自动收线换轴为一体的工艺连续化，控制自动化，运行高速化的串联生产设备。该设备吸收了国内外同行在同类产品中的优点，是具有一定的高技术内涵的新型产品。为保证稳定的使用性能，改设备主要零部件全部采用了进口元件，另外还配置了英国的BETA公司的XY双向C型在线测试仪，使芯线的线径能在高速运转情况下，确保线径在工艺要求的范围内，其导体，芯线线径均可控制在的公差范围内，这可满足六类网络线对线径公差的要求，另外，考虑进口芯线眼模的配套性，芯线挤出机头我们单独采用了奥地利UNITEK进口机头（全世界最为先进的挤出机头）与进口的斯米克模具进行配套，这样将原有设备的性能更加提高了一个层次。对于设备的具体介绍和操作将在后面详细论述。2.2 芯线对绞2.2.1 对绞节距的选择 在电缆制造过程中，将绝缘线芯绞合成线组的目的，除了保持回路传输参数稳定，增加电缆的弯曲性能外，还可减少电缆组间的电磁耦合，亦即减少了组间串音。线对绞合节距的稳定性以及线对与线对的节距比的稳定性至关重要。为了满足局域网对近端串音衰减的要求，对绞节距当然越小越好，其典型值为17202530mm或16182022mm，甚至可以为10121416mm。对绞节距一般为820mm。2.2.2 退扭选择六类绝缘线芯宜采用退扭的方法，因这对六类数据电缆产品特性阻抗 图2-4 绝缘线芯已退扭的特性阻抗 图2-5 绝缘线芯未退扭的特性阻抗的影响是明显的，采用退扭后的电缆其特性阻抗与频率的变化曲线更趋于平缓13。 如图2-4，2-5所示： 绝缘芯线的对绞工艺也是一个重要的工艺控制环节，通过对同行所采用的设备进行调查分析，结合本公司多年的电线设备加工能力，最后我们确定自行设计生产CT500-型高精度对绞机，放线装置采用了变频调速控制放线张力，而收线张力则采用了地惯量高灵敏度电磁粉末离合器控制，张力均匀，绝缘变形小等特点。从实践经验来看，该机型能适合网络线的对绞工艺要求。具体介绍也在后面论述。2.3 单绞成缆 所谓成缆，就是把四组绞合线对以一定的节距绞和起来，中间填以填充条，外面包裹有屏蔽层和聚酯带，以便于下一工序挤外护层护套之用。无填充骨架结构电缆成缆节距一般在80120mm之间，而有填充骨架结构电缆成缆节距一般在120160mm之间。因为成缆节距太大，电缆弯曲性能变差，电缆安装或受力后传输性能容易变化；成缆节距太小，容易引起衰减、阻抗超标。关于成缆方向，业内人士意见不一，有采用成缆方向与绞对方向相同的，也有采用反向的。同向可能造成绝缘芯线相互挤压变形，从而影响电气性能。反向，容易造成退扭，使绞对节距不稳定而影响特性阻抗、回波损耗等指标。具体应视生产设备、绝缘材料、对绞节距和成缆节距而定。在实际生产中，我们采用同向的生产方式。2.3.1 填充骨架加填充骨架相对于无填充骨架的优点如下：1. 可以使电缆中的4对线对在生产及使用过程中长期地处于比较稳定的状态，并使成品外观比较圆整。2. 与非骨架相比，电气性能上有明显的优势。成品电缆的串音衰减性能，特别是远端串音衰减有较明显的提高。图2-62-9是在相同对绞节距及成缆节距的情况下，两种结构的六类数据电缆产品在整箱（305米）测试时，产品性能方面的比较。 图2-6 非骨架式六类电缆近端串音 图2-7 骨架式六类电缆近端串音 图2-8 非骨架式六类电缆远端串音 图2-9 骨架式六类电缆远端串音3. 电气性能稳定然而其也有一定的缺点：1. 外径增加，成本增大。2. 柔软度差，施工困难。3. 生产较难。当然这些与其对电缆性能方面所做出的贡献相比是可以忽略的，所以在六类线中我们都加入填充骨架，一般选用十字形，使四对线分布在十字填充架的四个空间中，使结构稳定13。2.3.2 聚酯带聚酯带分内外两层，采用拖包工艺。内层主要作用是包紧四组绞线对，外层主要作用是包紧铝箔屏蔽层，使护套外观圆整，无波纹。通常情况下，其厚度在0.020mm左右，而宽度视电缆粗细具体选择，一般以包紧而且有25%的重叠率为准。2.3.3 屏蔽层屏蔽原理在前面已经说过，是利用金属对电磁波的反射、吸收和趋肤效应原理，有效的防止外部电磁干扰进入电缆，同时也阻止内部信号辐射出去，干扰其他设备的工作。其厚度应大于0.038mm。2.3.4 地线 为确保有效性，屏蔽必须在电子上从端到端是连续的，并且正确接地。所以地线应与屏蔽层金属面相接触，以使屏蔽层安全接地。对绞芯线成缆用设备的选择，也是在设备选型过程中要考虑的一个主要问题，要保证芯线在成缆过程中导体和绝缘不被拉细，应必须配置电动放线装置，我公司采用新技公司生产的电脑绞距单绞机。该机型采用电脑输入各工艺参数，可进行参数自动跟踪，显示产量统计，故障报警。成缆节距稳定，同时配置有绕包、拖包装置，来完成屏蔽层的包覆。单绞机的使用也将在后面论述2.4 外护层挤出 电缆护层是电缆的重要组成部分之一。护层质量的好坏，选用的是否图2-10 电缆截面图适当，直接影响电缆的使用寿命。电缆的护层对电缆起着机械保护，防止化学腐蚀，防潮和防止水浸入等作用。因此要求护层具有良好的密封性。实际生产中，我们采用PVC材料，特殊情况下，我们也用LOSH（低烟无卤）料来挤包护层，但价格较贵，只在特殊场合下使用。外护层挤出机也将在后面统一论述。这些就是开发新产品的理论基础，然而这些远远不能满足实际生产的需要，在开发过程中也遇到了很多问题，这在以后的论述中会逐步涉及到，不过产品的大致结构已经能够确定，如图2-10所示。虽然还不能最后确定线缆的规格，但有了结构以后，剩下的工作就是怎么确定这每个部分的大小，这些需要通过反复计算，论证，生产，测试，改良，以下我们将要让这个设想变为现实，当然这需要一个过程，下面我们来分别讨论。 第3章 理论计算3.1 导电线芯的计算由公式2-1可知100电缆的电气特性规定了0.5mm的单根导体直流电阻最大值为9.50/100m，软铜电阻率为=0.017241m/m小于给定值0.5mm因此，理论上只要直径大于0.5mm就可以满足性能要求，但是从开发五类线的经验可知，线径越大，越有利于衰减，而且特性阻抗也能比较接近于标准值。而且五类线的规格一般确定在0.515-0.520之间。又因为在同等条件下，六类线比五类线要求高的多，所以，六类线的导体直径一般应大于这个数值，先选用0.585mm试算。3.2 绝缘线芯的确定绝缘线芯的确定比较复杂，也是采用试算的方法。首先确定其绝缘厚度为0.22mm，则绝缘线径为：至于所设定的导体直径、绝缘直径能否满足性能的需要，还要看最后确定的线材的电容、电感、衰减等参数能否满足六类缆性能指标，而作相应的调整。3.3 绞合节距的选择 绞和节距的确定是一个重点，也是一个难点，它直接关系到线缆成品的一个重要指标，近端串音衰减，从以往生产经验来看，最容易出现差错的地方就是近端串音。首先选用了一组推荐节距，10121416，这是一组标准的五类缆节距，从而也就注定了开发的失败。结果证明，其效果与六类缆要求相去甚远，在此不再赘述。从而我们改进了节距值，其值如下：编号 颜色 节距（mm） 绞向A 蓝白间蓝 15 SB 橙白间橙 11 SC 绿白间绿 13 SD 棕白间棕 9 S成缆节距确定为140mm，在规定范围100160mm之间。3.4 绞入系数的计算3.4.1 对绞线对绞入系数的计算对绞线对绞入系数计算公式14为： 式中：D为单根绝缘线芯的直径 Ts为对绞线对的绞制节距因此，对于各绞线对:蓝白间蓝，S=15mm橙白间橙，S=11mm 绿白间绿，S=13mm 棕白间棕，S=9mm 3.4.2 单绞成缆绞入系数的计算成缆绞入系数的计算公式14为： 式中：D 为单根绝缘线芯的直径 L 为十字填充条骨架的叶片厚度，为0.35mm TD 为成缆节距，为140mm即： 因此，总的绞入系数为 3.5 复合介电常数的计算图3-1 电线电缆横截面视图绝缘体横截面积1，即图中八个小同心圆中空白面积电缆中空气的横截面积，即图中大阴影面积，为十字填充条面积 则，绝缘与空气的复合介电常数为 外护层横截面积为，即最外层圆环面积 所以，总的复合介电常数为 3.6 电缆的电容由公式2-2可知，电缆电容的计算公式为： 式中： 因此，电容 标准规定0.5 mm规格的六类缆电容最大值为5.6nF/100m，显然计算值超出了此范围，正如此前所说，要减小电容，就必须减小导电线芯直径或增大线间距离，因此调整后的结构为导电线芯直径为0.57 mm，绝缘厚度为0.25 mm。3.7 电缆的特性阻抗由公式2-3可知，电感L的计算公式为： 式中：与电容公式中的规定一致 的计算公式在高频下为： 式中: 而 因此，取时 则 电缆特性阻抗为： 标准规定，六类数据缆特性阻抗为，计算值显然略小，要增大其值，有两个方法，一减小电容值，这也可说明当初电容值为什么偏大而要改变结构。二就是增大电感，如前所述，可以通过增大线间距离或减小导电线芯的直径来完成。这与减小电容的方式相同，可见调整方式是正确的。3.8 电缆的衰减 在高频下,电缆的电导相对较小，因此在计算衰减时可以忽略不计，这样可以大大减少计算量，但是计算结果也就相对的不精确。由公式2-4可知，衰减的计算公式可以简化为： 式中：电容、电感在前面已经计算出来由公式2-5可知，为对称电缆的回路有效电阻： 式中：在高频下 而取为的10为回路直流电阻 所以， 标准规定，六类数据缆在高频250MHz时的衰减值最大为32.8dB/100m，显然计算值已超出了规定范围，要减小衰减，可以减小电容或增大电感，这又和前面的分析不谋而合，因此确定最先试算的结构有点偏大，而改进后的结构能否满足标准规定，还要进一步计算后才能得出结论。3.9 电缆结构改进后的计算改进后的结构为导电线芯直径0.57 mm，绝缘厚度为0.25 mm，则绝缘直径为1.07 mm。由于计算过程一致，因此不再详细论述，公式中的所有符号和上面的意义一致，只写出步骤和结果。 从以上计算可知，电容和特性阻抗都能满足六类缆的性能要求，说明调整后的结构是合理的，但是要确定最终的结构，还要看其衰减能否满足性能指标。同样是在的情况下，经计算，其衰减值小于标准规定的最大衰减值，说明改进后的结构完全否和六类缆的技术指标，可以用于试产，如果测试结果和计算值一致，则可以由于量产，如果不符，还要看具体的测试结果变好了，还是变坏了。因为计算值和测试值不符是很正常的，所以最后的结果还要等测试结果出来以后才能下结论。第4章 工艺流程 产品能否开发成功与设备和工艺有直接关系，因为要把理论变成现实还需要一个过程，设备性能直接关系到产品的质量，而工艺直接决定着设备性能的表现。所以要对设备有一个了解,清楚每台设备的优缺点，并掌握生产工艺，以便在生产过程中加以控制，使设备发挥其最大优势，以利于理论的完全实现。下面将对各工序用生产设备和其工艺特点作一具体介绍。4.1 高速串联生产线生产绝缘芯线 近些年来，我国电缆制造行业陆续从国外引进了数百条高速绝缘芯线生产线，并已相继投入生产，大大提高了我国铜芯通信电缆的制造水平，产生了很好的经济效益。 由于这些引进生产线具有高速（最大线速2500m/min）、连续（拉丝、软化、挤塑连续完成）、自动控制（绝缘外径、电容、绝缘破损检测、系统张力、收线上下盘）等特点，给操作和维护带来了很高的要求。 下面我将结合本公司的实际生产情况对高速绝缘芯线生产线的特点及操作要点作一些分析和介绍。 这类生产线型号各有不同，但基本结构大体相同，下面以我公司引进的高速串联线为例进行介绍。整个生产线按功能分，由五个单元加一个主操作柜所组成3。如图4-1所示：图4-1 高速绝缘芯线串联生产线具体的每个单元组成部分如下：拉丝单元：两个铜杆盛放筒、高放线架、17模中型拉丝机。软化单元：导体预热、软化机、张力摆轮。挤塑单元：预热机、辅助张力机、辅助挤出机、主挤出机、冷却水槽（喷淋式）、牵引机（带喷淋，最大速度2000m/min）。检测单元：水中电容测试器、高压测试器（火花机）、绝缘外径测试器（光电式，X、Y双向）我司采用的BETA测试仪。收线单元：张力摆轮、收线机（A、B盘自动切换上下盘）下面就将每个具体单元作详细介绍：4.1.1 拉丝单元绝缘芯线的铜导体由铜杆拉制而成。为满足高速、连续生产，铜杆应是经过软化、具有圆整截面、质量均匀一致、无杂质的无（低）氧铜杆。铜杆的直径根据拉丝机模数和铜导体直径而定。我们的拉丝机是17模的，铜杆直径可以是2.5或2.6mm（铜导体直径为0.400.80mm），1.8mm(铜导体直径为0.32mm)。在正常情况下，导体从拉丝机出口模出来后，直到制成电缆成品，它的直径变化大约为10，考虑到容差，；拉丝机的出口模孔径原则上应配成比导体标称直径大8左右。但是若整个电缆生产线性能良好，附加额外张力很小的话，从节约原材料考虑，可将出口模孔径配的小些（应不影响电缆成品的电气性能）。拉丝机出口模与进口模之间各模的孔径间隔以尽可能减少铜导体在拉制过程中所受张力为原则。拉丝模应全是钻石模，出口模孔径不圆度在2之内。拉丝润滑液又称乳浊液，它的作用有三个：润滑，减少铜丝与拉丝模的磨擦；滤铜屑，将在拉丝过程中产生的铜屑滤去，以免堵塞拉丝模；降温，通过润滑液的循环，将拉丝时产生的热量带走。拉丝润滑液的浓度应控制在57%，温度控制在4050，供应量应适度，否则将引起断线频繁，导体变色、变细等。4.1.2 软化单元如图4-2所示，软化单元由五个导轮，三个电极轮，二个吹干器及一个张力摆轮所组成。电极轮1与2之间为导体预热段，对于高速连续软化来讲，导体预热是必须的。预热段长度可调（有些生产线是固定的）。预热段长度长，铜丝软化难；反之，软化易。一般以导体直径0.60mm为界，当导体直径大于0.60mm时，应适当缩短导轮2与3之间的距离。在电极轮2与3之间，右侧为软化段，即退火。左侧及下部为冷却段。软化段采用加压产生热量的方法软化，有些生产线也采用高压蒸汽完图4-2 软化机示意图成，冷却段充满冷却水。这里是软化的关键，有几个问题应予重视。1. 退火电压一般控制在2832V，如果采用蒸汽方法来退火，蒸气压力应控制在29.449.0kPa(35N/cm2)，供应量适度。2. 冷却水温度应控制在4050，供应量要足，不能含有空气。尤其是电极轮3，它也是充满水的，在它的转动轴处有一水封，要经常检查，以防漏气。根据经验，软化用的冷却水最好是软水，呈中性；水中也可加些防氧化剂，目的是提高铜丝的长期抗氧化能力。吹干装置有一个带孔的吹干模和两个稍大一些的吹干器组成。它们的作用是将从拉丝单元带来的润滑液（很少）及软化水（较多）全部吹掉。吹干用的压缩空气应供应充足，吹干模配置要恰当。如图4-3所示，张力摆轮主要是通过一个同步传感器来调节拉丝机、软化机与牵引机之间的同步的，它以牵引速度为基准，根据张力摆轮受导线张力而摆动的位置来随时微调拉丝机和软化机的送线速度。张力摆轮上有一个平衡砝码，砝码向B调节时张力减小，砝码向A调节时张力加大。由于拉丝机与软化机合用一个驱动电机，它们是通过机械传动来实现同步的。一般在启动和停止时，总是用机械或电气的方法使拉丝机先起后停，软化机后起先停，以免导体受到过大的张力。软化电压和电流是软化单元最重要的参数根据电阻公式及欧姆定理有 (公式4-1) (公式4-2)由公式4-1可知，因电极轮2与电极轮3的相对位置固定，故L为常数，导体截面S为变量,，则：SRI；SRI图4-3 软化机张力摆轮因工艺控制是调节电压的，故可将V看成是自变量，V看成是因变量，于是只要根据导体S的不同来分别设定V即可。在大多数引进生产线上除了给出软化电压指示外，还给出电极轮1与2的预热分流电流和电极轮2与3的软化电流指示。最高软化电压为60V,软化电流为600A。软化电流所产生的热量Q为： (公式4-3)由公式4-3可知，虽然在软化时调节的是电压，但因电流I，导体电阻R，牵引速度（决定通电时间t）都是变量，故电压值的选择不是固定的，应根据所要求的软化后的导体质量来选择。主要应考虑导体直径，延伸率及不氧化。由于高速生产线都设计成缓启动（经过一段时间才能到达设定速度），所以软化机只是在一定速度以上才开始上电。最高速度高的生产线大约在速度达到时加压；最高速度稍低的生产线大约在速度达到时加压。4.1.3 挤塑单元挤塑单元的功能是在导体上挤包绝缘。导线绝缘是确定电缆一次参数的关键因素之一，所以挤塑单元是整个生产线的核心。现将绝缘材料和挤塑单元中的各个设备依次分述如下：由于户外电缆的市场需求量大,故高速绝缘芯线生产线大多用来生产户外电缆；户外电缆没有阻燃要求，一般都用电气、机械物理性能较好的聚烯烃作绝缘材料。聚烯烃绝缘料主要有低密度聚乙烯（LDPE），中密度聚乙烯(MDPE)，高密度聚乙烯（HDPE）和聚丙烯(PP)。这几种绝缘料都具有良好的电气特性，但在与防水石油膏的相容性和耐高温方面高密度聚乙烯较低密度聚乙烯更优；聚丙烯因其价格较贵，使用较少，一般用于抗高温场合，它的另一缺陷是低温时较脆。 图4-4 预热机与辅助张力机结构示意图图4-4给出了预热机与辅助张力机的结构示意图。预热机有时称为再热机或芯线预热机，以区别于软化机的导体预热。与软化机不同的是这里采用感应电流对铜导体进行预热，它的作用是使铜导体具有一定的温度，以利绝缘在高速挤包情况下，仍对铜导体有良好的附着性。从理论上讲挤实心结构的绝缘时铜导体温度应为140150。与预热机配合工作的还有一台热风机（在辅助张力机下），它由一个循环水系统和风机组成，当环境温度很低时，循环水通过电加热，由风机将热风吹向辅助张立机上已预热过的导体，以保持它的温度；反之风机将温度适宜的风吹向辅助张力机。辅助张力机的作用是减少导体的脉动，维持一个最利于挤包绝缘的张力。铜导体在主导轮与导轮5之间至少要绕三圈，这样就有足够的长度来让辅助张力机对铜导体的张力进行调整。调整原理是：当张力合适时，主导轮转速与导体线速相对应；当张力过大时主导轮转速略大于对应的导体线速；当张力太小时（脉动显著）主导轮转速略小于对应的导体线速。如此导体便能获得合适的张力和最小的脉动去接受绝缘挤包。预热机和辅助张力机操作简便，但它们是绝缘挤包良好的重要条件，在操作中应勤加观察，否则将成为绝缘偏心，剥离强度偏低，导体拉细等的重要原因。挤出机包括主、辅机。主机出机能挤包实心或泡沫绝缘；当需挤包泡沫/实心皮绝缘时，主挤出机挤内层的泡沫绝缘，辅助挤出机挤外层的实心皮绝缘。虽然挤出机的结构和工作原理与普通挤出机基本相同，但模具采用了不调偏结构，主、辅助可同时工作；绝缘颜色是通过色比计在本色料中添加色母粒来实现，这些都给制造技术提出了新的要求。挤出模由模套、内模、外模、模套紧固螺母、外模紧固螺母及铜线导向螺母等组成；若主、辅机