ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ОБМОТОЧНЫЕ ПРОВОДА С ВОЛОКНИСТОЙ ИЗОЛЯЦИЕЙ
Глава седьмая
ТЕОРИЯ ОБМОТКИ И ОПЛЕТКИ ПРОВОДОВ
7-5. ОСОБЕННОСТИ ОБМОТКИ ПРОВОДОВ ПРЯМОУГОЛЬНЫХ СЕЧЕНИЙ
При обмотке проводов прямоугольных сечений волокном, обладающим достаточной упругостью, например стекловолокном, можно полагать, что на нити, идущие вдоль широкой стороны провода, на ребра действуют две пары сил: М1 и М2, которые изгибают прядку так, как это показано на рис. 7-7.
Если принять M1=M2, то величина угла θ определится уравнением
(7-27)
где Е — модуль упругости; J — момент инерции прядки. Этот угол увеличивается с ростом l и М1, а последняя величина тем больше, чем меньше радиус закругления.
Рис. 7-7. Изгибание упругих нитей на ребро.
Ниже будет показано, что при обмотке проводов прямоугольных сечений давление прядки на провод на ребрах и узкой стороне больше, чем на широкой стороне и может достигать при малых радиусах закруглений значительной величины, так как чем меньше радиус закругления, тем больше величина этого давления. Поэтому при обмотке такими материалами, как стекловолокно, в местах закруглений с очень малым радиусом при изгибах возможны повреждения и разрывы элементарных волокон. В связи с этим установление оптимальных радиусов закруглений и надлежащее их выполнение имеют большое значение для качества вышеуказанных проводов.
Толщина изоляции на узкой стороне проводов прямоугольных сечений получается меньше, чем на широкой стороне. Это явление прежде всего объясняется большим давлением нитей на узкой стороне и ребрах и их большим расплющиванием, что не имеет места на широкой стороне.
Кроме того, при изолировании проводов прямоугольных сечений в первый момент получается несколько неустойчивая обмотка. Это происходит по следующей причине: в процессе обмотки отношение числа оборотов обмотчика п к скорости движения провода ν постоянно, т. е.
Обмотка будет равномерной, если доли шага обмотки распределятся пропорционально длинам сторон обматываемой прямоугольной проволоки. В действительности эти доли пропорциональны дугам АВ и BD (рис. 7-8), а не сторонам АВ и BD.
Рис. 7-8. Стороны прямоугольной проволоки и дуги, их охватывающие.
В самом деле, рассмотрим для наглядности обмотку очень тонкого прямоугольного провода, т. е. такой случай, когда ширина стороны BDстремится к нулю. В этом случае
Таким образом, шаг обмотки распределится по периметру прямоугольного провода примерно так, как это показано на рис. 7-9. Чем больше будет отношение длин сторон провода, тем большей будет разница в углах подъема прядки по сторонам. Учитывая, что на узкой стороне прядка находится в более сжатом состоянии, на широкой стороне нити будут стремиться располагаться под тем же углом, что и на узкой стороне, благодаря чему появятся некоторое смещение нитей и увеличение толщины обмотки по широкой стороне. Поэтому увеличение толщины изоляции будет тем больше, чем больше отношение длин сторон сечения прямоугольной проволоки.
Вопрос о целесообразности и возможности изменения радиусов закругления краев проволоки прямоугольных сечений изложен выше.
7-6. ОСОБЕННОСТИ ОБМОТКИ ПРОВОДОВ СТЕКЛОВОЛОКНОМ
Применяемое стекловолокно по своей конструкции является двухнитным (так называемое волокно в два сложения, ГОСТ 8325-61).
Рис. 7-9. Первоначальное распределение шага обмотки по периметру прямоугольной проволоки.
Долгое время одиночные нити скручивались из 100 элементарных волокон диаметром 5—7 мкм с числом круток 160—180 на 1 м, а затем две такие нити скручивались между собой с числом круток 160—200 на 1 м. Такое стекловолокно дает увеличение диаметра при двойной обмотке круглых проводов в пределах 0,23—0,33 мм, а у проводов прямоугольных сечений размеры изолированного провода возрастают на 0,27—0,40 мм.
Снижение толщины стекловолокнистой изоляции является весьма существенным, так как, с одной стороны, это соответствует пожеланиям электромашиностроительных заводов, а с другой, дает значительный экономический эффект за счет сокращения расхода стекловолокна.
Работами ВНИИКП показано, что снижение толщины стекловолокнистой изоляции возможно за счет следующих мероприятий: а) применения стекловолокна в два сложения с пониженным числом круток одиночных нитей; б) уменьшения диаметра элементарных волокон в стекловолокне в два сложения с 5—7 до 3,5—4,5 мкм;
в) применения стекловолокна в одно сложение с оптимальными числом элементарных волокон и величины крутки.
Рис. 7-10. Конструкция двухнитного стекловолокна.
Конструкция двухнитного волокна приведена на рис. 7-10. Если принять, что элементарные волокна в одиночной нити расположены концентрическими слоями, то для наружного слоя волокон угол наклона βнар определится из соотношения
(7-28)
где D — диаметр нити; d — диаметр элементарного волокна; h — шаг крутки.
При одном и том же шаге крутки угол наклона внутренних элементарных волокон βвн будет уменьшаться от периферии к центру, а именно:
(7-29)
Для элементарных волокон, расположенных в центре одиночной нити,
Возьмем отрезок одиночной нити длиной h (рис. 7-10). В процессе его скрутки с другим таким же образцом верхние концы волокон переместятся относительно положения нижних концов на некоторое расстояние АВ. Для наружных волокон
, для внутренних
=
Относительная величина этих перемещений для одиночной нити приведена на рис. 7-110.
Скрутка одиночных нитей между собой обычно производится враскрутку, как это показано на рис. 7-40. Очевидно, что при таком направлении скрутки волокна раскручиваются, причем степень раскрутки зависит от величин шагов крутки одиночных нитей и скрутки двух нитей. Этот процесс отличается от простого раскручивания одиночных нитей. Простое раскручивание волокон происходит вокруг оси одиночной нити, а при скрутке двух нитей — вокруг оси, проходящей через точку О2 (рис. 7-11).
Рассмотренное выше смещение волокон после скрутки двух нитей будет равно геометрической сумме смещений при прядении одиночной нити и скрутке двух нитей. Лишь на линии ВОО2 (рис. 7-11) указанные смещения лежат в одной плоскости, поэтому здесь будет иметь место алгебраическое сложение.
Таким образом, очевидно, что как изменение числа круток при прядении одиночной нити, так и изменение шага при скручивании двух нитей должны сказываться на настильности нити (способности к большему расплющиванию при наложении на провод).
Проведенной ВНИИКП и ВНИИСПВ работой установлена целесообразность применения стекловолокна с числом круток одиночных нитей, а также при скрутке двух нитей около 100 на 1 м, что позволило повысить настильность стекловолокна и снизить толщину изоляции для круглых проводов примерно на 0,02 мм. Дальнейшее существенное уменьшение толщины изоляции (на 0,08—0,09 мм для круглых проводов и на 0,08—0,11 мм для прямоугольных) достигнуто за счет снижения диаметра элементарных волокон до 4,0—4,6 и 3,0—3,5 мкм (стекловолокно метрических номеров 300/2 и 550/2).
До последнего времени в кабельной промышленности применяется исключительно двухнитное волокно. Считается, что однонитное волокно вследствие повышенной упругости элементарных волокон будет деформироваться, образовывать «восьмерки» и т. д. Работой, проводившейся во ВНИИКП, установлена возможность применения однонитного волокна. Это мероприятие имеет большое практическое значение, так как, с одной стороны, оно дает возможность получить значительную экономию стекловолокна, с другой — упраздняется трудоемкая операция скрутки двух нитей, что должно соответственно снизить стоимость стекловолокна.
Рис. 7-12. Развертка на плоскость одного повива пасмы из волокнистых материалов.
При растяжении скрученной нити одновременно с уменьшением ее диаметра создается радиальное сдавливание элементарных волокон (см. § 7-4), причем чем больше будет это сдавливание, тем меньше будет сплющиваемость (настильность) этого волокна при обмотке проводов.
Чем больше будет угол φ (и соответственно меньше угол β), тем больше будет настильность стекловолокна. При малом числе круток наблюдается значительное снижение разрывной прочности стекловолокна, что необходимо учитывать при установлении оптимального числа круток. Экспериментальной работой, проведенной во ВНИИКП, установлено, что для однонитного стекловолокна, состоящего из 100 элементарных волокон, оптимальное число круток — 60±40 на 1 м.
Такое стекловолокно целесообразно применять для обмотки проводов диаметром 0,2—1,0 мм. Обмотка проводов более крупных сечений таким стекловолокном затруднительна, так как потребовалось бы трощение стекловолокна в прядь из большого количества нитей, недопустимого для наших тростильных машин. Поэтому для таких проводов целесообразно применение стекловолокна из 150 элементарных волокон с оптимальным числом круток 50±10 на 1 м.
Трудности, связанные с трощением большого количества нитей в одно сложение, могут быть исключены путем обмотки с двух бобин, помещаемых на удлиненном шпинделе обмотчика; при этом можно улучшить условия раскладки пасмы стекловолокна на проводе.
