一种自承式非金属中心管式光缆的研发探讨

一种自承式非金属中心管式光缆的研发探讨刘毅朱文祥高华（成都大唐线缆有限公司成都611731）【摘要】本文阐述了一种自承式非金属中心管光缆研发过程，主要包括产品的结构设计、工艺方案的确定，以及产品试制过程中的工艺要点等，通过对试制的产品检测，结果表明具有良好的产品性能，可使用于现有通信中。关键词：自承式、非金属、结构、工艺、试制1引言2014年6月，国家启动“宽带乡村”工程，主要涉及蒙古自治区、四川省、贵州省、云南省、陕西省、甘肃省六个省份，该工程的总体思路是：围绕转变经济发展方式和全面建成小康社会的总体要求，将宽带建设定位为战略性公共基础设施，更好地发挥政府的引领作用，统筹有线、无线技术手段，突出因地制宜和均衡发展，推动宽带进乡入村，提升应用普及水平，全面支撑经济社会发展。试点工程的目标是：结合“宽带中国”战略实施时间表，选择相关试点省或自治区，每省或自治区选择20个县（区、旗），推进农村地区宽带发展，到2015年，实现95%以上行政村通光缆，农村宽带接入能力达到4M，农村家庭宽带普及率达到30%。这些地区选择开展建设的20个县（区、旗）现有基础设施应符合：乡镇通光缆比例达到100%，行政村通4M及以上速率宽带的比例低于50%。在此工程的推动下，运营商对新型的的光缆的需求量是巨大的。我公司研制新型的自承式非金属中心管式光缆，在使用情况和成本方面有较大优于普通光缆的性能才能得到较大的市场份额。2自承式非金属中心管光缆技术要求目前运营商为了解决短距离传输使用了GYFXTY型非金属的拉远型光缆。但运营商为了降低网络的建设成本提出以下几点要求：1、减少敷设电杆，想在电力电杆上架空使用来解决乡村宽带建设的光缆使用问题，需要解决金属介质带来的触电等一系列问题。2、减少光缆施工费用投入，使用自承式光缆方式。3、为了使用专用的夹具安装夹持，要求自承式的尺寸为2.0mm*1.2mm；3产品结构设计3.1结构设计根据要求，我公司进行了相关的研究和计算，针对要求进行以下光缆设计：针对敷设的环境的要求，光缆采用全介质中心管结构，使用FRP带及FRP杆进行光缆加强，这样能满足体积小、重量轻、与电力电缆并存的要求。FRP带及FRP杆的弹性模量为50Gpa，这样的拉伸是否能满足1500N短期拉力条件下光纤的应变不超过0.15%的标准，是该材料尺寸选择的关键条件，我们通过计算来验证：EwF))(4(max2Fmax：光缆的最大承受张力；Φ：FRP杆的直径；σ：FRP带的厚度；ω：FRP带的宽度；ε：最大应变；Ε：FRP的弹性模量；如果采用Φ3.4mm的FRP杆及0.50mm*10.3mm的FRP带，在1500N的拉力情况下，FRP杆及FRP带的最大应变为：52105.0))3.1050.0(44.3(1500=0.212%如果套管内的余长采用0.1%，光纤的最大应变0.212%-0.1%=0.112%，满足YD/T769-2010《中心管式通信用室外光缆》及YD/T1155-2011《通信用“8”字形自承式室外光缆》标准的要求。而且考虑护套材料对拉伸的贡献，整个光缆的最大应变肯定低于FRP带及FRP杆的应变。因此，此设计应该优于相关标准的要求。考虑到光缆在阻水性能，在套管与FRP带之间采用2根阻水纱作为阻水材料。经过以上设计计算，光缆的套管尺寸采用Φ2.8mm的套管外径，为保证光缆具有满足标准要求的抗侧压能力，套管的厚度采用0.4mm。此次设计根据相关的光缆型号的命名方法，光缆的型号为GYFXTC8F,以下是设计光缆的主要结构参数及示意图。表1设计光缆结构参数项目尺寸FRP直径(mm)3.4±0.1光缆直径(mm)光缆部分6.4±0.2吊线部分5.5±0.2光缆护套壁度(mm)光缆部分1.4±0.2吊线部分1.0±0.2吊带结构尺寸（高度×厚度）(mm)（2.0±0.3）x（1.2±0.3）缆重(kg)70图1设计光缆的结构示意图4生产过程中工艺方案确定4.1套管余长及放线张力控制在实际生产过程中，套管的放线张力根据套管中的光纤芯数不同，采用不同的放线张力。因套管是由FRP带的摩擦带入，而且光缆在出牵引后，会出现回缩情况，所以在套管的生产时适当的减小套塑余长，在护套生产时适当的加大套管的放线张力，并根据不同的机台的实际情况调整不同的放线张力。4.2护套模具的设计在此型号光缆的护套生产过程中，需注意FRP带的成型，因使用的FRP带的厚度比较厚，在过成型模具和模芯后存在一定的反弹，我公司采用的办法是：采用全挤压式模具生产，适当放小光缆部分模芯的尺寸，适当降低护套材料的问题，加大挤塑压力，控制FRP带的间歇。图2模具装配图在生产中，因为采用挤压式模具，光缆部分及FRP杆部分在模芯的过线路径不会按照理论中在模芯孔的中心，在实际设计模具的过程中，适当的调节模芯上两个孔的中心距离来控制护套的偏心，所以模芯孔的中心距会大于模盖孔的中心距。在生产过程中，因为FRP带和FRP杆会对模芯及相关的成型、定径模具产生较大的摩擦，在短时间生产时，对模具的影响不是很明显，但如果需长时间生产，必须要考虑此类情况对模具的磨损。因为模具磨损后对FRP带的成型及护套的偏心情况都有很大的影响。所以在我公司采用在定径和成型模具上增加陶瓷环，使用镶嵌硬质合金的模芯来降低模具磨损，效果比较明显。4.3FRP带及FRP杆放线张力的控制在生产GYFXTC8F光缆时的张力控制要求，要低于在生产GYFXTF光缆的张力控制。在实际生产中，采用FRP杆使用被动放线方式放线，放线张力控制在150N左右。FRP带因为受到拉伸在出牵引后会产生回缩的情况，为降低回缩的情况，适当的减小FRP带的放线张力，以减小FRP带的后回缩情况。5光缆检验结果5.1光缆的传输性能及结构尺寸项目尺寸光缆直径(mm)光缆部分6.5~6.6吊线部分5.3~5.5光缆护套壁度(mm)光缆部分1.2~1.3吊线部分0.9~1.0吊带结构尺寸（高度×厚度）(mm)1.9x1.1常温衰减(dB/km)1310nm0.325~0.3421550nm0.182~0.195缆重(kg)73~755.2光缆机械性能在光缆拉伸性能试验中，测试全部12根光纤，在长期600N拉力下，光纤应变与衰减无明显变化。在短期1500N拉力下，光纤最大应变为0.038%，光纤附加衰减小于0.03dB。力解除后，光纤应变与衰减无明显变化。如图3所示。图3GYFXTC8F型光缆的拉伸试验图形5.3压扁性能在1000N的压力情况下，光缆中的光纤附加衰减最大值在0.03dB以内，这表明在正常的工作状态下，光缆有良好的抗侧压性能。5.4环境性能在光缆温度循环试验中，测试-40℃，+60℃两个温度点，每点恒温时间为12小时，测试全部光纤。试验结果，光纤在-40℃~60℃范围内相对于常温的衰减变化，最大值在0.03dB以内，光缆温度性能良好。6结论经过对该型号光缆的试制后的全性能检测，结果表明，研制开发的自承式非金属中心管式光缆产品结构稳定、工艺方案合理，产品各项性能指标均达到设计要求。而且光缆的有以下特点：全介质光缆，不用接地，不会遭雷击；可以和高压电力电线同路敷设；PE护套具有良好的抗太阳辐射性能；采用“8”字型光缆结构，方便施工敷设；光缆重量轻、外径小敷设方便；光缆柔韧性和抗弯曲能力优良；参考文献1YD/T769-2010中心管式通信用室外光缆2YD/T1155-2011通信用“8”字形自承式室外光缆3王佳龚建良包耀文一种8字型自承式室外光缆的研制2007年光缆电缆学术年会论文集4张金汉吴海波张波新型非金属光缆的设计与制造2007年光缆电缆学术年会论文集作者简介：刘毅，1982年生，电子科技大学毕业，现在成都大唐线缆有限公司光缆车间，从事光缆产品的研发、工艺控制等技术工作。