光电混装电缆低温环境下曲挠性能测试方法研究

付晓庆，周丽华，张明，陈皓，安静，李骏杰，孙强（西安应用光学研究所，陕西西安，710065）

光电混装电缆低温环境下曲挠性能测试方法研究

付晓庆，周丽华，张明，陈皓，安静，李骏杰，孙强
（西安应用光学研究所，陕西西安，710065）

光电混装电缆低温环境下在桅杆的滑轮组上做动态运动，易发生冻硬、开裂等现象使其曲挠性能下降。因此，自行设计了一套低温弯曲试验装置，通过此装置模拟低温环境下光电混装电缆在桅杆上受外力作用的试验环境，来验证光电混装电缆的曲挠性能是否满足实际要求。设计的低温弯曲试验装置模拟光电混装电缆在桅杆上过滑轮组的运动特点，操作简单，省时省力、试验效率高。

光电混装电缆；曲挠性；光杆传动

0 引言

随着网络带宽需求的飞速增长，光纤通信技术在通信领域得到广泛的应用。目前，光纤质量基本相同，光缆的机械性能就成为衡量产品质量的重要技术指标。

光电混装电缆是将军用铠装光纤整合在电缆内部，实现光电混装形式，该电缆是桅杆的关键配套部件。光电混装电缆安装在升降桅杆内，通过内部导轮引出到外部的滑轮组上，并且需要随桅杆做2000次以上的往复升降运动[1]。该光电混装电缆在桅杆上的使用要求为：在-40℃～+50℃的环境温度内在滑轮组上做动态运动，因此对电缆的导线材质、导线排布、材料应用、防波套的编织特点等方面有极高的要求。由于光电混装电缆截面大，且因护套材料的不同在低温环境下会导致电缆变硬、开裂等现象使其曲挠性变差，导致电缆无法在桅杆上做往复升降运动。所以模拟光电混装电缆低温条件下在桅杆上的运动，对电缆的曲挠性能测试方法的研究是非常有必要的。

1 研制低温曲挠试验装置。

1.1 试验装置组成

根据光电混装电缆在桅杆上的使用环境和运动特点，设计和制作光电混装电缆低温曲挠性能测试试验装置，其结构组成图如图1所示。试验装置由电机、光杆传动机构、控制系统、低温试验箱四部分组成。

其中电机为三相异步电动机，光杆传动机构运行速度可调节且稳定，行程为500mm，运行速度≥0.04m/s。低温试验箱工作温度为-40℃（±2℃）。试验箱内滑轮组安装在带有导轨可调节滑轮距离的成型支架上面，与成型支架一起放置在低温箱内，模拟升降桅杆内滑轮组的安装尺寸和滑轮处于不同位置的运行状态。滑轮组曲挠结构[2]见图1所示低温试验箱内结构图，滑轮直径D=100mm。

图1 试验装置组成图

1.2 试验原理

测试时，将试样电缆一端固定在光杆传动机构的滑块上，另外一端从低温试验箱的出线口绕过试验箱内的滑轮组，电缆末端加挂重砝码。在控制箱的软件控制界面设定需要运行的周期次数及光杆的运行速度。启动运行低温曲挠试验装置，电机带动皮带轮运动从而带动光杆运动，当光杆上的滑块带动电缆从右侧限位运行到左侧限位时，低温试验箱内的电缆从滑轮底部上升到滑轮最高位置，此过程模拟桅杆上升运动。当滑块从左侧限位运动到右侧限位时，电缆在挂重砝码的拉动下从滑轮最高处下降到滑轮最低处，此过程模拟桅杆下降运动。以上运动过程为一个完整的周期，当滑块运动到右侧限位时，控制箱界面的运行次数计数一次，重复以上运动过程，直到完成设定的运行周期次数，程序运行结束。

2 试验部分

2.1 试验设备

试验设备包括立体式低温试验箱、光杆传动装置、滑轮组曲挠装置。立体式低温试验箱温度范围-40℃（±2℃）的，具有可视窗口，能实时监测温度和工作时间。带滑轮组的曲挠支架和和被试电缆组成的滑轮曲挠装置放在低温试验箱内，滑轮直径D=100mm，负重砝码重10kg。

2.2 试验样品从光电混装电缆成品线上截取长度为10米的试样3根，试样两端剥掉绝缘层60mm。3根试样的挂重和直径见表1。

表1 试样电缆的挂重和直径

2.3 试验步骤

把研制好的滑轮组曲挠装置放入低温试验箱中装配好，将第一根试样一端固定在光杆传动装置[3]的滑块上，另一端挂负重砝码并绕过滑轮组。试样的挂重和直径见表1。关好试验箱门，启动电源开关，使低温箱温度降到-40℃（±2℃）并保持6h。降温到-40℃（±2℃）后，在控制机柜中设置模拟桅杆的升降次数为2000次，设定滑块的运行速度为0.06m/s。启动电机，电机带动皮带轮转动，光杆[4]带动滑块开始运动，控制机柜的计数窗口开始计数。光杆上的滑块从触碰右侧限位开始到达光杆左侧限位，再由左侧限位运动到右侧限位为一个周期，计数一次，直到完成预设的试验次数2000次，试验结束。后面两根试样电缆的测试方法同上。

图2 测试流程图

2.4 测试流程图

3 结果与分析

根据规范要求，试验结束后，对直径分别为20.98mm、21.35mm、21.80mm的3根光电混装电缆的试样在挂重砝码不变的情况下进行了测试，其结果如下表2所示。

表2 低温试验后试样检测结果

在-40℃低温环境下，3根光电混装电缆试样在滑轮组上能顺畅运动，未出现卷绕，卡死，冻硬等现象，所以制作的低温曲挠试验装置符合实际产品需求。从表2试验结果看出，试样电缆经过低温曲挠试验后，电缆的外护套表面光滑、平整，无鼓包、开裂现象。弯曲电缆的直段部分，用卡尺测量试样电缆的弯曲直径分别为65mm、78mm、80mm，符合实际使用要求小于100mm。电缆的芯线与屏蔽之间能经受交流50HZ、1500V电压试验5min未击穿，所以低温曲挠试验后，光电混装电缆的曲挠性能良好，光电混装电缆在低温环境下曲挠性能满足实际使用需求，符合在低温环境下在桅杆上运动特点。

4 结束语

本文根据光电混装电缆在桅杆上的运动特点，自行研制一套低温环境下电缆曲挠性能测试系统，通过试验验证了该系统运行稳定、安全可靠、操作简单。更重要的是该测试方法的研究，简化了光电混装电缆在实际使用中的验收过程，为整机产品的低温试验提供了可靠的技术基础，节约了时间和经济成本。

[1]李波，同步式电动升降桅杆结构设计[J].制造业信息化，辽宁铁岭，2014.

[2]蒋静瑚，基于PLC控制的光缆曲挠试验机设计[J].湖南城市学院学报（自然科学版），安徽，2015.

[3]成大先，机械设计手册[M].5版.北京：化学工业出版社，2011.

[4]王阳阳，金刚石砂轮在精密光学加工中的应用技术[J].应用光学，2012.

Research on Torsion performance of Photoelectric conventional cable test methods under low temperature conditions

Fu Xiaoqing,Zhou Lihua,Zhang Ming,Chen Hao,An Jing,Li Junjie,Sun Qiang（Xi，an Institute of Applied Optics，Xi，an Shaanxi，710065）

Under minus 40 degrees Celsius, Photoelectric conventional cable will happen Frozen stiff,cracking phenomenon when dynamic movement on the mast of the block and tackle,resulting in a decline in performance of torsion. Therefore, designed a set of low-temperature bending test device.By this device to simulate Photoelectric conventional cable to the mast by external force test environment ,to test whether Photoelectric conventional cable oerformance meet the practical requirements.The designing of low temperature bending test device,analog Photoelectric conventional cable on the mast the movement characteristics of pulley block. Its operation is simple,save time and effort and high test efficiency.

Photoelectric conventional cable；Performance of torsion；Polished rod drive