一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构的制作方法

1.本实用新型涉及一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构，属于高压电缆制造技术领域。


背景技术：

2.随着社会对电力的依赖程度不断提高和城市建设的美化需要，城区电缆化率逐年上涨，伴随着电缆运行难度逐渐加大。10kv中压配电网是最常见、应用最广泛的配网系统。由于高压电缆制造工艺的限制，无接头制造的长度最大为10km。需要将单根电缆接头进行处理，多根电缆拼接在一起实现超远距离传输。
3.而在电缆接续处，由于有电缆本体绝缘和附加绝缘这两种不同的绝缘材料，其电场分布与电缆本体不一样，使同层绝缘上相邻两点之间产生一定的电位差，即轴向场强，也就是轴向应力。将靠近导体连接端的绝缘切削呈锥形面，即反应力锥，然后包缠增绕绝缘，增绕绝缘两端形成应力锥面。改变绝缘表面的电位分布，起到了均匀电场的作用，保证接头安全。
4.为减少电缆接头处电场应力集中，对反应力锥的成型要求比较高：一是最佳的反应力锥形状为标准复对数曲面，二是要求切削后的表面光滑。人工徒手使用玻璃片切削，形成的反应力锥质量参差不一，而且费时费力，难以标准化。市面上其他辅助剥切装置，操作繁琐，效率不高，智能化程度低，作业标准无法量化。
5.因此，亟需设计一种可用于能够解决上述需求的电缆反应力锥切削装置的新型切削刀具结构。


技术实现要素：

6.为了解决现有技术所存在的上述问题，本实用新型提供了一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构。
7.本实用新型的技术方案如下：
8.一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构，包括法兰底盘，所述法兰底盘中部具有电缆穿行开孔，所述法兰底盘外侧壁上转动安装有外齿轮环，所述法兰底盘的法兰面上转动安装有外六角调节柱，所述外六角调节柱上具有与所述齿轮环啮合传动的直齿柱，还包括隔板，所述隔板周边环向阵列开设有三组径向滑槽，所述径向滑槽内均分别滑动安装有刀具安装架，所述齿轮环和刀具安装架之间设置有平面螺纹传动结构，所述刀具安装架上均分别安装有切削刀具，所述切削刀具包括与所述刀具安装架固定安装的刀柄以及用于接触电缆主绝缘层实现切削的刀身，所述刀身的刃边理想轮廓为一段标准复对数曲线，所述刀具安装架贴近装置中心一侧安装有滚动轮。
9.其中，所述刀身与电缆穿行方向之间为30
°
夹角。
10.其中，所述标准复对数曲线表示为：
[0011][0012]
式中，u
di
为设计电压(kv)，er为终端增强绝缘处线芯场强(kv)，rc为电缆导体屏蔽半径(mm)，rj为增绕绝缘半径(mm)，x、y为曲线的轴向及径向坐标。
[0013]
本实用新型具有如下有益效果：
[0014]
本实用新型一种配网10kv电缆主绝缘层反应力锥切削装置采用了基于标准复对数曲线三叶成型刀设计，克服了电缆刚性不足所造成的切削不同心问题，同时确保切削的反应力锥面处于最佳的形状，能够实现最优的曲面成型形状和低表面粗糙度。
附图说明
[0015]
图1为本实用新型整体外观透视结构示意图一；
[0016]
图2为本实用新型整体外观透视结构示意图二；
[0017]
图3为本实用新型电缆固定机构结构示意图；
[0018]
图4为本实用新型刀具进给机构部分结构示意图一；
[0019]
图5为本实用新型刀具进给机构部分结构示意图二；
[0020]
图6为本实用新型刀具进给机构部分截面结构示意图；
[0021]
图7为本实用新型刀具进给机构部分俯视结构示意图；
[0022]
图8为本实用新型传动机构结构示意图；
[0023]
图9为本实用新型切削刀具结构示意图；
[0024]
图10为本实用新型平面螺纹凸脊结构示意图；
[0025]
图11为图10的a-a向截面结构示意图；
[0026]
图12为本实用新型应力锥形状示意图；
[0027]
图13为本实用新型应力锥长度最小值曲线示意图。
具体实施方式
[0028]
下面结合附图和具体实施例来对本实用新型进行详细的说明。
[0029]
参见图1-3，一种配网10kv电缆主绝缘层反应力锥切削装置，包括装置外壳1，装置外壳1内一端固定安装有电缆固定机构2，装置外壳1内另一端设置有刀具进给机构3，刀具进给机构3通过轴承4与装置外壳1内壁转动安装，装置外壳1外侧安装有电动驱动机构5，电动驱动机构5通过传动机构6与刀具进给机构3传动连接。
[0030]
具体的，如图1-2，装置外壳1两端分别设置有电缆进口和电缆出口，用于电缆穿行，装置外壳1的外壁设置有辅助把手7，用于手持装置，方便手持操作。
[0031]
具体的，如图3，电缆固定机构2包括可拆卸嵌套于装置外壳1端面内的电缆约束套筒21，电缆约束套筒21端面具有限位法兰结构，电缆约束套筒21内孔用于穿行电缆，电缆约束套筒21具有多种规格，不同规格区别在内孔尺寸不同，内孔尺寸范围包括50-400mm2，装置用于加工不同大小电缆时，替换不同规格尺寸的电缆约束套筒21即可，电缆约束套筒21
内孔与电缆外壁贴合，切削过程中电缆与电缆约束套筒21不会相对旋转，没有摩擦；对比此前设计，传动部分与电缆直接接触，在切削过程中，二者由于摩擦产生大量的热，影响切削；现有设计增加电缆约束套筒21，避免摩擦发热问题，且更换更加灵活方便。电缆约束套筒21主要由前端外圆部分限制刀具的进给，当刀具进给到与外壁贴合时，无法前进，此时就是其电缆切削的最佳位置。具体的电缆固定机构2在后文中陈述。
[0032]
具体的，如图8，传动机构6包括驱动轮61、传动带62以及从动轮63，驱动轮61和从动轮63通过传动带62传动连接，驱动轮61安装于电动驱动机构5的输出端，从动轮63内圈通过轴承4与装置外壳1内壁转动安装，其中，电动驱动机构5可优选为手电钻设备，具有把手结构，可与辅助把手7，用于手持装置，方便手持操作。
[0033]
具体的，如图3-7，刀具进给机构3包括固定安装于从动轮63侧面上的法兰底盘31，法兰底盘31中部具有电缆穿行开孔，法兰底盘31外侧壁上转动安装有外齿轮环32，法兰底盘31的法兰面上转动安装有外六角调节柱310，外六角调节柱310上具有与齿轮环32啮合传动的直齿柱33，装置外壳1内腔中部固定设置有隔板11，隔板11中部具有电缆穿行开孔，隔板11周边环向阵列开设有三组径向滑槽34，径向滑槽34内均分别滑动安装有刀具安装架35，刀具安装架35上均分别安装有切削刀具36，齿轮环32的端面上设置有平面螺纹凸脊37，刀具安装架35的底面设置有与平面螺旋凸脊37相配合的牙弧凸脊38；工作时，通过手动采用扳手旋转外六角调节柱310外端带动直齿柱33转动，直齿柱33带动外齿轮环32转动，进而利用平面螺旋凸脊37与牙弧凸脊38之间的啮合传动，带动三组刀具安装架35向径向中心或外缘移动，进而实现切削刀具36的进退进给调节，刀具安装架35贴近装置中心一侧安装有滚动轮39，滚动轮39与电缆约束套筒21外壁抵接，起到限位作用，同时利用滚动摩擦减小摩擦阻力和磨损。
[0034]
进一步的，由于10kv电缆规格不同和不同厂家生产工艺不同，不同规格的电缆直径也不尽相同，所以此装置在设计时需满足刀具可前后调节，以满足切削不同规格的电缆。
[0035]
平面螺纹凸脊37曲线应具备的条件是：
[0036]
当平面螺纹凸脊37转动任意角度后，三个刀架在盘梯工字槽内沿半径方向的位移量应是相等(要求平面螺纹凸脊37曲线的等进性)；
[0037]
当平面螺纹凸脊37旋转一周后，三个刀架在盘梯工字槽内沿半径方向的位移量应恰好等于平面螺纹凸脊37曲线(螺旋线)的螺距。而牙弧凸脊38为等距分布，则不仅在任何位置都可以与平面螺纹凸脊37保持啮合，且保证牙爪上位于平面螺纹凸脊37间隔牙弧都能与平面螺纹凸脊37平面螺旋各全同时啮合，故平面螺纹凸脊37平面螺旋的螺距必须保持等值(要求平面螺纹凸脊37曲线的等距性)；
[0038]
通过参考相关资料，设定平面螺纹螺距s＝6，如图10-11所示；
[0039]
平面螺纹凸脊37渐开线基圆半径的确定：
[0040]
a＝s/2π
[0041]
式中：a为渐开线基圆半径(毫米)；
[0042]
平面螺纹凸脊37渐开线参数方程：
[0043][0044]
[0045]
式中：为滚动角；
[0046]
平面螺纹凸脊37渐开螺旋线外呼的最大曲率半径和内弧的最小曲率半径的确定：
[0047]
ρ
max
＝r
外
[0048]
式中：ρ
max
为平面螺纹凸脊37渐开螺旋外呼的最大曲率半径(毫米)；
[0049]r外
为平面螺纹凸脊37外圆半径(毫米)；
[0050]
ρ
min
＝r
内
[0051]
式中：ρ
min
为平面螺纹凸脊37渐开螺旋内弧的最小曲率半径(毫米)；
[0052]r内
为平面螺纹凸脊37内孔半径(毫米)；
[0053]
牙弧凸脊38所有大、小弧半径的确定：
[0054]
为了防止牙弧凸脊38与平面螺纹凸脊37渐开螺旋内、外弧边缘的不良接触和楔紧现象的产生，对牙弧凸脊38的大、小弧半径作如下选择；
[0055]
牙弧凸脊38大弧半径，须满足不等式：
[0056][0057]
式中：r
大
为牙弧凸脊38所有大弧半径(毫米)；
[0058]
牙弧凸脊38小弧半径，须满足不等式：
[0059][0060]
式中：r
小
为牙弧凸脊38所有小弧半径(毫米)；
[0061]
考虑加工工艺因素以及传动精度等诸多因素，牙弧凸脊38所有大、小弧半径最后确定为：
[0062][0063][0064]
经计算得大弧半径为48mm，小弧半径为25mm。
[0065]
进一步的，所述刀身(362)的刃边理想轮廓为一段标准复对数曲线，所述曲线表示为：
[0066][0067]
式中，u
di
为设计电压(kv)，er为终端增强绝缘处线芯场强(kv)，rc为电缆导体屏蔽半径(mm)，rj为增绕绝缘半径(mm)，x、y为曲线的轴向及径向坐标；
[0068]
且所述切削刀具(36)包括与所述刀具安装架(35)固定安装的刀柄(361)以及用于接触电缆主绝缘层实现切削的刀身(362)，所述刀身(362)与电缆穿行方向之间为30
°
夹角。
[0069]
具体为：在电缆中间接头线芯割断处，有个应力集中的问题。我们知道，电缆中同一断面上有不同绝缘材料组成时，其电场强度的分布与绝缘材料的介电常数s有关，因此，在接续管附近，由于有电缆本体绝缘和附加绝缘这两种不同的绝缘材料，其电场分布与电
缆本体不一样，使同层绝缘上相邻两点之间产生一定的电位差，即轴向场强，也就是轴向应力。为了改善这一部分的电场分布，需将电缆本体绝缘切削成像“铅笔头”一样，其作用与应力锥相仿，也是起均匀电场的作用。这个像“铅笔头”一样的锥形曲线恰好与应力锥曲线反方向，所以称之为“反应力锥”。
[0070]
制作热缩型中间接头时，绝缘端部必须削成锥体，即制成反应力锥，同时必须将锥面用砂带、抛光，这也是应力控制的措施。因为锥面的长度远大于绝缘端部直角边的长度，故而沿着锥面的切向场强远小于绝缘直角边的切向场强，沿锥面击穿的可能性大大降低，从而提高了接头的性能。
[0071]
为了设计符合复对数曲线面的刀具，必须清楚应力锥曲线的设计原理。
[0072]
应力锥原理：环氧增强式结构；
[0073]
该终端增绕绝缘厚度，一般由线芯处场强为电缆本体线芯处场强的45％-46％来确定。
[0074]
线芯处场强为：
[0075][0076]
式中，u
di
为设计电压(kv)；er为终端增强绝缘处线芯场强(kv)；rc为电缆导体屏蔽半径(mm)；rj为增绕绝缘半径(mm)；
[0077]
由上式得到：
[0078][0079]
增绕绝缘的厚度为：
[0080][0081]
式中ri为电缆绝缘半径；
[0082]
金属护套末端从电缆绝缘外径过渡到增绕绝缘外径的过渡段(应力锥)，如果处理不好，往往在该处容易发生轴向场强过大而产生击穿，因此它的形状及长度是按其表面的轴向场强等于或小于其允许最大轴向场强来设计的。对于增绕绝缘的介电系数与电缆绝缘介电系数相同的条件下，即增绕绝缘不分阶，应力锥各点轴向场强相等的方程式为
[0083][0084]
应力锥的理想最短长度为
[0085][0086]
式中x，y—应力锥的轴向及径向坐标
[0087]et
—轴向设计场强，对充油电缆及钢管充油电缆；一般油纸取1.0-2.0kv/mm，它的数值大小取决于结构形式、安装工艺方法、施工人员的技术水平。在径向场强高的场合，采用现场手工绕包制作接头，施工人员技术水平不高情况下，轴向场强通常取低一些；反之可以取高一些水平。
[0088]
如图12所示，事实上除了预制件由机床加工成型的是这种对数曲线的理论应力锥外，为了施工方便，现场施工时一般用折线来取代这种理想曲线。那时各段直线上各点轴向场强不是一个常数，而是随y增大而减小。用一根直线代替理想曲线ab所得应力锥太长，一般用两根或者两根以上直线来取代。在图3-7中最大场强只可能在a点及c点，令a点以及c点轴向场强等于允许轴向设计场强e，这时应力锥长度l
′k应为：
[0089][0090]
式中ry——c点的半径
[0091]
要取得l
′k最小值，将式对ry进行微分，并令dl
′k/dry＝0就可以得到。为了计算方便，绘制了系列曲线，如图所示，从图中可以根据相关数据求出最佳以满足上述微分条件，使得两条折现所组成的应力锥总长度为最小。
[0092]
l
′k最小值曲线图如图13所示；在图13中：
[0093][0094][0095][0096]
式中δn＝r
j-r
[0097]
在应用图3-8时，应按上式求出式n1、n2，再从图中查出相应的k值，再根据上式求出最佳ry。一般情况下，n1＝1.25～2.5，l
′k长度应lk的120％～150％。
[0098]
依据上述设计方法带入相应数值，得出相应复对数曲线，通过将曲线函数带入至相应三维建模软件，得到切削刀具(36)示意图如图9所示；
[0099]
考虑到切削材料为交联聚乙烯，其具有良好的可加工性，硬度不高，且具有一定的弹性，故此次我们选用的刀具材料需要一定的硬度，并韧性要足够的好，故此次选用刀具材料为65mn。
[0100]
如图9所示，刀具切削的角度此次设计为30
°
，是综合考虑交联聚乙烯的材料特制以及机械性能决定的。
[0101]
基于上述装置实施例，本实用新型哈提供一种配网10kv电缆主绝缘层反应力锥切削装置的使用方法，包括以下步骤：
[0102]
1)将电缆在外部固定好；
[0103]
2)为反应锥切削装置更换待加工电缆所对应的的电缆约束套筒；
[0104]
3)使用对应工具扭动装置上方外露的外六角调节柱，使刀具安装架上的限位轴承正好顶住电缆约束套筒外壁；
[0105]
4)把电缆伸进电缆约束套筒内，使其正好顶住切削刀具；
[0106]
5)启动电动驱动机构开始旋转以进行切削；
[0107]
6)推动装置缓缓前进完成反应力锥的切削。
[0108]
以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构，其特征在于：包括法兰底盘(31)，所述法兰底盘(31)中部具有电缆穿行开孔，所述法兰底盘(31)外侧壁上转动安装有外齿轮环(32)，所述法兰底盘(31)的法兰面上转动安装有外六角调节柱(310)，所述外六角调节柱(310)上具有与所述齿轮环(32)啮合传动的直齿柱(33)，还包括隔板(11)，所述隔板(11)周边环向阵列开设有三组径向滑槽(34)，所述径向滑槽(34)内均分别滑动安装有刀具安装架(35)，所述齿轮环(32)和刀具安装架(35)之间设置有平面螺纹传动结构，所述刀具安装架(35)上均分别安装有切削刀具(36)，所述切削刀具(36)包括与所述刀具安装架(35)固定安装的刀柄(361)以及用于接触电缆主绝缘层实现切削的刀身(362)，所述刀身(362)的刃边理想轮廓为一段标准复对数曲线，所述刀具安装架(35)贴近装置中心一侧安装有滚动轮(39)。2.如权利要求1所述的一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构，其特征在于：所述刀身(362)与电缆穿行方向之间为30
°
夹角。3.如权利要求1所述的一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构，其特征在于：所述标准复对数曲线表示为：式中，u
di
为设计电压(kv)，e
r
为终端增强绝缘处线芯场强(kv)，r
c
为电缆导体屏蔽半径(mm)，r
j
为增绕绝缘半径(mm)，x、y为曲线的轴向及径向坐标。

技术总结
本实用新型涉及高压电缆制造技术领域的一种电缆反应力锥切削装置的切削刀具结构，包括法兰底盘，法兰底盘外侧壁上转动安装有外齿轮环，法兰底盘的法兰面上转动安装有外六角调节柱和直齿柱，还包括隔板，隔板周边环向阵列安装有三组刀具安装架和切削刀具，刀具安装架上均分别安装有切削刀具，切削刀具包括与刀具安装架固定安装的刀柄以及用于接触电缆主绝缘层实现切削的刀身，刀身的刃边理想轮廓为一段标准复对数曲线，采用了基于标准复对数曲线三叶成型刀设计，克服了电缆刚性不足所造成的切削不同心问题，同时确保切削的反应力锥面处于最佳的形状，能够实现最优的曲面成型形状和低表面粗糙度。低表面粗糙度。低表面粗糙度。


技术研发人员：傅伟聪 江思杰 陈清乐 江翰锋 许远 李元华 兰观福 陈隽 李雅利 梁涛涛 王安龙 周宗波
受保护的技术使用者：国网福建省电力有限公司
技术研发日：2023.01.31
技术公布日：2023/7/20