某大学线缆剥皮实验测试设备.docx

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某大学线缆剥皮实验测试设备

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某大学线缆剥皮实验测试设备

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前言

橡胶工业从19世纪开始快速发展，橡胶制品进入工业化已有200多年历史，作为橡胶制品的电缆被广泛应用中国电线电缆行业正处于快速发展增长期。

但是对橡胶制品的加工即橡胶机械的发展就显得尤为重要，橡胶工业生产的技术水平取决与橡胶机械的发展水平。

机械工业肩负着为国民经济各个部门提供装备的重要任务。

机械工业的生产水平是一个国家现代化建设的重要标志之一。

国家的工业。

农业。

国防和科学技术的现代化程度都与机械工业的发展息息相关，人们之所以要广泛使用机器是由于机器即能承担人力所不能或不便进行的工作，又能够比人工生产改善产品的质量，能够大大提高劳动生产率和改善劳动条件。

同时，不论是集中进行大量生产，还是多品种，小批量生产，都是使用机械才便于实现产品的标准化，系列化和通用化，实现产品生产的高度机械化，电气化，自动化。

因此，大量设计制造和广泛使用各种各样的机器是国民经济发展，加速我国社会主义现代化建设的一个重要内容。

而近几年中国橡胶行业迅速发展，尤其是轮胎，电缆等行业，因为橡胶是以许多所不可比拟的突出性能而较早的受到人们的重视并广泛使用的高分子材料之一。

橡胶最宝贵的高弹性是其最具有使用价值并明显与其他原材料的重要特性之一。

另外橡胶还具有高度的电气绝缘性，低导热性，优良的气，水密性，某些特种橡胶还有耐化学腐蚀，耐高低温，耐油等特殊性能。

所以以橡胶为主的原材料而制成几万种橡胶产品被广泛的应用于现代工业，农业，交通运输业，国防工业，尖端科学技术及人们生活所需用品等各方面。

作为电缆行业，已近是当今社会的必需品。

大量的使用电缆，有必要对生产出来的电缆进行各种检验测试，来保证产品的可靠性，安全性，稳定性等但是加工出来的电缆是需要进行各种的实验研究，从而确定电缆的使用性能，才可投入市场，目前市场上有许多电缆剥皮机相关的种种产品，针对企业的实验测试，及科研方面，我结合电缆剥皮机和橡胶制品性能实验机的结构特点，设计一台电缆自动剥皮设备，可以很好的解决企业的实验测试缺陷，无需人工动手将电缆先剥皮后制片实验的繁琐步骤。

此装置是为了从内导电体中剥离电缆的绝缘体，从而对外层包胶进行压制出实验需要的形状。

目前国内有很多电缆剥皮机，但这些产品大多是为了回收利用电缆里的金属丝而设计的，对外层的包胶就破坏掉了，为了不破坏外层的包胶，而得到测试所需要的外层包胶，就需要设计一台电缆扒线机构。

电缆自动剥皮试验机有以下特点：

（1）可以自动连续供料：

（2）自动剥皮，再将电缆的内芯和外包橡胶层分离；（3）连续压片，将分离出来的外层线皮展平后压出实验需要的形状。

所以电缆自动剥皮试验机的开发应用大大解决了学校里手工操作的繁琐，规范了实验材料的均一型，为实验数据的稳定提供保障。

本课题主要设计一台电缆自动剥皮试验机的结构。

其主要有六部分组成

（1）牵引机构

（2）同步分离装置（3）展平机构（4）同步抽丝装置（5）实验压片机构（6）传送机构。

1概述

1.1应用和特点

电缆自动剥皮实验设备是一种将电缆的内芯和外层包胶分离，将包胶层展平后再将展平的胶料进行切割，做成实验测试需要的结构形式。

1.2电缆的现状与展望

1.2.1电缆发展现状

电线电缆有五大类产品：

电力电缆、裸线、通信电缆与光缆、绕组线、电气装备用电线电缆。

它们是输送电能、传递信息和制造各种电机、电器、仪表所不可缺少的基础器材,是未来电气化、信息化社会中必要的基础产品。

电线电缆制造业是国民经济中最大的配套行业,其产品必须满足各使用领域的技术性能和价格性能比要求,满足人民生活水平不断提高的要求。

其发展具有超前于应用领域发展的必要性。

电线电缆制造业作为配套行业，是各产业（尤其是基础性产业）的基础，其产品广泛应用于能源、交通、通信、汽车以及石油化工等基础性产业，其发展受国际、国内宏观经济状况、国家经济政策、产业政策走向以及各相关行业发展动态的影响。

因此，与国民经济的发展密切相关。

1.2.2中国电线电缆行业现状与问题

20世纪90年代以来，中国电线电缆沐浴着国民经济快速稳步向前发展的东风，飞速发展，被誉为城市“神经”和“血管”的电线电缆行业，肩负着为各行各业国民经济支柱行业配套的职能，业已成长为我国机械行业中位置仅次于汽车的第二大产业，而且我国是一个巨大而且还在不断成长壮大的市场，中国人口是世界人口的五分之一，但电缆产业的产值仅占世界电缆产业的15%左右，这个巨大的市场还有许多的发展空间和空白点，有待于开发。

“十问题。

目前一五”期间，按国民经济的发展速度年递增7%～8%计算，电线电缆行业发展速度将与国民经济的发展速度持平，预计在8.5%左右。

从宏观上看，整个中国电线电缆行业正处于快速发展增长期。

在中国电缆行业快速发展的同时，电线电缆行业又开始面临着新的，电线电缆行业产品品种满足率和国内市场占有率均超过90%，全行业生产能力已大大超过市场需求。

总量过剩、有效供给不足、结构性矛盾突出、投入产出低、科技创新薄弱等问题日益严峻，开始严重阻碍电线电缆行业的健康发展。

电线电缆用铜量约占全国铜消费量的60～70%，各类电线电缆产品的用铜量大致为：

电力电缆约占20～30%，电气装备用电线电缆约占28～30%，绕组线约占26～29%，，通信电缆约占5～7%，其他电缆约占4～5%。

1.2.3电缆自动剥皮试验机的现状

在我国目前对电缆自动剥皮实验机的设计和研究还很少，仅限于专利的理论分析，目前还为投入市场使用，不过有很多电缆剥皮的小型机器，例如在回收废旧电线电缆方面，山东省莱州市珍珠镇八里庄兴昌五金工厂开发的废旧电线，电缆自动薄皮加工已投入市场。

但针对电缆外包层的实验研究方面及剥皮设备于一体的目前还为开发。

1.3结构组成

1.3.1电缆自动剥皮实验机

一台电缆自动剥皮实验机的主要结构有：

牵引机构，同步分离装置，展平机构，同步抽丝装置，实验压片机构，传送机构等系统组成。

一、牵引机构

牵引机构是实现将电缆自动引入电缆分离装置，在牵引时保证电缆的匀速运动，不可出现爬行。

如果爬行的话会给后来的实验压片结构造成压片不均匀等一系列麻烦。

牵引机构主要由一个V型轮和一个鼓型轮对电缆进行挤压并转动从而产生摩擦力使电缆向前输送。

牵引机构的V型轮由下面的分离装置提供动力，而分离装置又由电动机提供动力，牵引机构的鼓型轮是可以上下移动的，这样就可以实时对电缆进行压紧，而又不会压的太紧而影响整体抽丝工作。

由于加工出来的电缆不可能非常标准，有直径误差，有了可以上下移动的结构不但可以保护外包层还可以保护电机，移动的动力有弹簧所提供。

二、同步分离装置

同步分离装置主要作用是

（1）抽丝的速度与牵引装置速度保持同步

（2）将内芯分离出来。

抽丝的速度与牵引装置速度保持同步是一个难点，若不同步的话会带来很多麻烦，例如抽丝的速度高于同步输送速度的话，会导致金属丝拉力越来越紧，金属丝可能会被拉断，从而机器无法正常工作，若未被抽丝的电缆继续向前输送的话会破坏展平器；若抽丝速度低于同步输送速度的话对于内芯的回收处理带来麻烦，而且加重了刀片的负荷，因为当电缆的外包层与内芯都被拉紧时外包层才可以绷紧，这对刀片划开电缆有好处。

所以保持同步是关键问题，为此选择同步带轮作为保持同步的稳定性。

三、展平机构

展平机构顾名思义就是将划开的电缆外包层进行展平，为后续的实验压片提供有力条件。

由于刚被抽丝的电缆时橡胶材料，有一定的弹性，所以很有必要对外包层进行展平，为了可以使更多种类的电缆进行展平，将展平器的头部，（即靠近分离装置的一端）设计成直径为2mm的接近圆形的头部，这样可以使电缆轻松通过展平器，免除的电缆的对中，及减小摩擦等优点。

展平器的工作部分是需要进行加硬处理，由于展平器的工作部分与电缆外包层是接触摩擦，时间长了会磨损展平器的工作部分，可以将展平器的工作部分进行淬火处理，必要时可以尽心渗碳等处理。

四、同步抽丝装置

同步抽丝装置是该机器比较重要的结构，由上齿条，下齿条，齿轮，押轮等组成，同步抽丝装置由于由上下齿条及齿轮之间的配合提高的电缆夹持的精度，可以调整由于电缆的加工粗细不一而解决了难夹持的特点，两个押轮处同一水平面，又齿轮齿条的拉簧产生挤压动力，保证电缆了的固定，为刀片对电缆的切割提供有力条件。

两个夹持轮设计成凹形，两个进行挤压时提供了水平面的定位外还保证电缆上下移动的限定，保证电缆只有两个自由度，而两轮凹面是粗糙的有限定了电缆转动的自由度，所以使电缆被顺利切割提供条件。

齿轮齿条是机械传动的重要传动之一，形式很多，应用广泛，传递的功率可达数十万千瓦，圆周速度可达200m/s.其传动的主要特点有：

效率高在常用机械传动中以齿轮的传动效率最高。

结构紧凑在同样的使用条件下，齿轮传动需要的空间很小。

工作可靠，寿命长设计制造合理，使用维护良好的齿轮工作十分可靠，寿命长达一，二十年，这也是其他传动所不能比拟的。

传动比稳定传动比稳定往往是对传动性能的基本要求。

齿轮获得广泛应用，也是由于具有这个特点。

五、实验压片机构

实验压片机构和普通压片机构相似，为提高自动化程度，使展平的胶料顺利进入如压片试验机而设计了进料导向板

如图：

可以为实验压片机压片的准确性提供保障。

同时两边又分别添加了两个进料导向机构，压片前个进料导向机构，不仅可以导向还可以进一步对胶料进行展。

平实验压片机构就是为要检验的材料提供原材料，将已经展平的外包层的胶料进行压片制出实验要求的形状，如需改变压片形状，只需更换压头即可。

实验压片机由液压缸，液压杆，导向杆，固定板，压头等组成。

如图：

六、传送机构

传送机构主要有：

一个凸轮，三个可以移动的凹轮。

动力装置由中间的凹轮提供，外包层由一个小型90度导向装置进入首先第一个凸轮与凹轮对外包层压紧及展平和输送，然后就是第二个凸轮与中间的凹轮接触，进行再起压平和输送，最后是第三个凸轮与其压紧展平输送，传送机构的主要作用就是传送和展平，因为橡胶材料的弹性记忆，所以需要多次进行展平，高温可以提高展平的效率，但是此处不可以高温，因为后续工作是压片要保证材料的原始状态，所以只能添加次装置进行多次压紧展平，三个凸轮设计成可以移动的，由3个滑板和一个定板相互间隙配合组成，这样设计可以保证3个凸轮的相对位置，压紧是由弹簧提供动力，选择合适压力的弹簧，来对外包层压紧展平。

七、其他辅助装置

（1）刀片结构，刀片结构是扒线的刀具，参考国外的资料，大都都用固定的刀片作为切割工具，但是橡胶对刀头的磨损是非常严重的，这样就需要频繁的更换刀头，不仅不能提高工作效率，还浪费刀头。

此次设计的刀头是圆盘形状的，随电缆的移动，刀在圆周运动，增大了接触面积，减少了刀头的损耗。

不用频繁的更换刀具，为提高工作效率发挥很大空间。

具体如图：

（2）押轮结构

由于电缆被切割的时候会对电缆产生向上的压力，由于橡胶材料的弹性性质，会使电缆压缩并向上移动，而无法完成对电缆的切割，所以添加这个押轮结构是很有必要的，押轮和齿轮齿条的押轮结构相互配合加强电缆的空间位置，从而顺利完成电缆的切割，押轮的最佳形状应该是凹槽型的圆盘押轮，如图

1.4电缆剥皮工艺过程

工艺过程为：

将所要对进行外包层实验测试的电缆引入电缆剥皮机的牵引机构（之前通过一个V形槽轮）然后再由牵引机构引入到同步抽丝装置（即刀片之前）然后就可以启动电机，有同步牵引机构提供动力慢慢将电缆输送。

在导向机构，因为有弹簧调节装置，可以自动调节对电缆的压力，导向机构动力来源于同步带轮。

然后进入抽丝装置，两个水平的凹形押轮将电缆固定，下面有刀片（滚刀）将进来的电缆进行切割，等电缆大约被切割100mm左右将电缆内芯取出，继续切割，到一定长度后，将内芯通过V形槽轮，再引入同步分离装置，由于电缆内芯制作精度比较高，同步抽丝装置没有调节装置，可以节省各方面的消耗，同步分离装置的动力来源于电机，同步分离装置与同步抽丝装置是同步的，此处问题已在结构说明中解释。

另一端外包层需要人工引入到展平器，展平器将外包层展平后再人工引入至传送机构，多次辅助展平导向后就可以自动输送到实验压片机构进行压片，制出检验需要的材料。

整个工艺过程分为三个阶段：

1）分离：

将电缆的内芯和外包层进行分离。

2）展平：

展平第一次主要是通过展平器进行展平，由于橡胶材料弹性记忆，再由传送机构进行进一步展平。

3）实验压片：

对以分离出来的外包层进行压片制出检验需要的材料。

2电缆自动剥皮试验机的具体结构及设计思路

2.1牵引机构

2.1.1牵引机构的作用

（1）牵引机构是实现将电缆自动引入电缆分离装置。

（2）牵引机构可以固定电缆5个自由度，使电缆只需向前输送。

2.1.2牵引机构的设计要求

牵引机构必须和分离装置保持同步运行，为此将牵引机构的凹轮传动部分设计成同步带轮与分离装置同步运行。

2.1.3牵引机构的组成。

牵引机构由七部分组成：

凸轮：

牵引机构需要将电缆夹持住并牵引，为实现良好的稳定性，设计成凹凸轮夹持方式，可以增大与电缆的接触面积，根据电缆的直径范围设计凸轮宽度及大小。

凹轮：

与凸轮配合实现牵引。

轴承：

所设计轴直径为25mm,应为轴承只受径向力作用，所以选用深沟球轴承

轴承座：

为自动调节夹持电缆的力度，设计成弹簧调节的可滑动轴承座。

弹簧

支架

弹簧端盖：

为限定弹簧自由度，端盖设计一凹槽

牵引机构如图

2.2同步分离装置

2.2.1同步分离装置的作用

（1）同步分离装置主要作用是

（1）抽丝的速度与牵引装置速度保持同步

（2）将内芯分离出来。

2.2.2牵引机构的设计要求

与牵引机构保持同步是关键，同样是一个凹形轮和一个凸形轮相互配合分离出电缆的内芯。

为防止轮与内芯之间打滑，可以使相互配合的轮表面打横向的纹。

以提高分离的效率。

2.2.3同步分离装置的组成

同步分离装置由六部分组成：

凸轮：

其作用与牵引机构的凸轮基本类似。

凹轮

轴承

支架1

支架2

同步轮

具体结构尺寸如图

2.3展平机构

2.3.1展平机构的作用

（1）展平机构将划开的电缆外包层进行展平。

2.3.2展平机构的设计要求

展平机构需要顺利的将已划来的电缆展平，所以前端需要体积较小的圆形端，当划开的电缆慢慢通过展平器是，此时展平器慢慢将电缆内径扩大，因为电缆已被切开，所以电缆会被慢慢展平。

展平器的结构组成

2.2.3展平机构的结构

（1）展平器

（2）展平器支杆

具体尺寸如图：

2.4、同步抽丝装置

2.4.1同步抽丝装置的作用

（1）固定电缆，空间位置。

（2）将电缆外包层切开，把内芯和外包层分离。

2.4.2同步抽丝装置的设计要求

同步抽丝装置首先需要固定电缆的空间位置，才可为电缆的切割提供必要条件，由此设计了两个凹形轮，通过齿轮齿条及弹簧来提供压紧力，两个凹形轮相对夹紧电缆。

这样就可以固定电缆的空间位置，为使电缆不转动，两个凹形轮内壁可以加工横纹，提高摩擦力。

刀片位置在两个凹轮相切的位置，如果这样的话刀对电缆切割时必使电缆有弹性形变，为防止弹性形变，刀片的对顶端由添加了一个轮叫押轮，这样就可以防止电缆的形变。

刀片设计成圆盘形的，可以提高刀片的强度，由于圆盘形刀头，可以延长刀片的使用寿命。

2.4.3同步抽丝结构的结构

齿轮齿条

押轮

具体尺寸如图

2.5实验压片结构

2.5.1实验压片结构的作用：

将展平的外层包胶制出检验需要的形状，一般为工字型材料

2.5.2实验压片结构的组成：

（1）液压缸：

提供压力。

（2）导向杆：

防止底座转动。

（3）底座：

固定压头。

（4）压头，根据检验所需可以装配不同规格的压头。

本图设计的是实验室做抗拉强度试验所用压头。

具体如图

导向装置：

为展平的胶料准确的进入压头的正下方。

导向装置也可辅助展平外包层胶。

所以设计成平轮，此结构几乎没有轴向力所以轴承选用深沟球轴承

如图

2.6传送机构

2.6.1传送机构的作用：

（1）多次展平外包层胶。

（2）将展平的外包层准确输入到压片机构

26.2传送机构的设计要求

根据外包层展开来的宽度，确定轮的宽度。

由于电缆生产的精度问题，为更好的压紧，展平电缆，三个凹轮都使用可移动轴承座来固定。

不但保护的装置，还保护的电缆的外包层。

为后续的压片检验减少不必要的影响。

2.6.3传送机构的结构

（1）中心凸轮

（2）三个凹轮

（3）可移动轴承座

（4）导向机构

（5）支架

具体如图：

但是有个问题，如何使刚刚被展平的电缆顺利进入此传送机构呢？

由此有必要设计一个送料导向机构，根据被展开电缆的宽度，及电缆外包层的软的特点，设计如图的导向输入结构：

2.7机架

2.7.1机架的作用：

作为机械结构安装的平台，有必要设计一台简单而又稳定的机架，来确保各个几台固定的位置。

机架的设计：

机架目的就是固定作用，所以机架的设计要求第一就是其稳定性，和可用性，为提高机架刚度，大部分用圆形钢材制作，焊接起来。

机架的结构具体如图：

下面加装的两个板是用来安装电动机和电缆内芯分离装置的，被分离电缆的内芯就是由桌面上的圆孔送到内芯分离装置的。

3电缆自动剥皮设备的设计

根据设计的该机器加工电缆展平后的宽度是16mm-20mm

可加工电缆直径大约在5mm-6mm之间，根据经验及简单的实验操作，刀片在切割此直径范围内的力大约在70N以内一般在40N，所以抽丝的拉力先设定为150N；弹簧压力取50N左右，在根据装置的体积，所以导向机构的轮边缘受力为100N，轮的直设计在了74mm.

轮受的转矩:

得T=0.37N*

与轮连接的轴入下图：

3.1轴的受力分析：

按弯扭合成强度条件计算，

做出轴的弯矩

F1+F2=F3

150F1=F2*43

F3*150=F2*193综合此3方程得：

F1=43NF3=193NM=28.95

=0

、=28.95

轴的扭矩图：

T=0.37Nm

（3）校核轴的强度

已知轴的弯矩和扭矩后，可针对某些危险截面（即弯矩和扭矩大而周径肯能不足的截面）做弯扭校核计算。

按第三强度理论，计算应力

通常由弯矩所产生的弯应力是对称循环变应力，而由于扭矩所产生的扭转切应力则常常是不对称的循环变应力。

了考虑两者循环特性不同的影响，引入折合系数计算应力则为

式中的弯曲应力为对称循环变应力。

当扭转切应力为静止时，取=3；当扭转切应力为脉动循环变应力时，取=0.6；弯曲应力为，扭转切应力为，将和代入式则轴的弯扭合成强度条件为

式中：

——轴的计算应力，；

M——轴所承受的弯矩，；

T——轴所承受的扭矩，

W——轴的抗弯截面系数，;

——对称循环变应力时轴的许用弯曲应力，其值按机械设计373页表15—4选用。

综上所诉，所计算的=0.024远远小于，所以轴的强度满足要求。

3.2刀架的设计

3.2.1刀片的设计

以前一般的电缆剥皮刀：

一种电线电缆剥皮刀，属刀具类。

它在现有裁纸刀的基础上，在下面增加一限定片，上设计有深浅不一的几个凹口。

其箭头状的外壳端头一边设计成Ｖ字形凹槽，利用刀片与限定片配合，可进行电缆线的横向剥皮，用Ｖ字形凹槽及刀尖，可进行电缆线的纵向剥皮，并可作为刀用。

电缆剥皮刀具有结构简单，剥皮深浅可控制、操作方便等特点。

剪断剥皮工具：

圆口大剪，，链条式剪刀，断线剪，钢线大剪，电缆剥皮刀，链条式剪刀，液压剪刀齿轮式剪刀，电缆剪，整体式油压切刀，手握式电缆切断钳

而我采用的刀片设计成圆盘形状的可以延长刀片的使用寿命，刀片安装在齿轮齿条的结构中。

因为只有在此位置电缆的空间位置被固定。

，与两个电缆押轮相切的位置这不仅有以上刀片的优点，延长寿命是关键，应为要连续大量的工作。

3.3轴承的选用：

轴承所受载荷的大小、方向和性质，是选择轴承类型的主要依据。

载荷较小，应优先选用球轴承；纯轴向载荷，一般选推力轴承；纯径向载荷，一般选深沟球轴承；轴向载荷较大时，可选用接触角较大的角接触球轴承或圆锥滚子轴承，或选用向心轴承和推力轴承组合在一起的结构，分别承担径向和轴向载荷。

本机械结构所选用轴承都为深沟球，型号如下：

3.4键的选用及校核：

键是一种标准零件，通常用来实现轴与轮毂之间的周向固定以传递转矩，有的能实现轴上零件的轴向固定或轴向滑动的导向。

键连接主要有：

平键连接，半圆键连接，楔键连接，和切向键连接。

键的选择：

键的选择有类型选择和尺寸选择两方面。

键的类型应根据连接的结构特点，使用要求和工作条件来选择;键的尺寸要符合标准的规格和强度要求来取定。

键的主要尺寸为其截面尺寸（一般以键宽bXh来表示）与长度L。

键的截面积尺寸bXh按轴的直径d由标准中选定。

键的长度L一般可按轮毂的长度来定。

普通平键和普通楔键的主要尺寸键下表。

重要的键连接在选出键的类型和尺寸后，还应进行强度校核计算。

综上所述，本机械所选的键类型为普通平键，尺寸为4X4，键的长度为16mm。

假定载荷在键的工作面上均匀分布，普通平键连接的强度条件为

式中：

T——传递的转矩；

k——键与轮毂键槽的接触高度，k=0.5h,此处h为键的高度，mm

l——键的工作长度，mm圆头平键l=L-b,平头平键l=L,这里的键为公称长度，mm;b为键的宽度，mm;

d——轴的直径，mm;

——键，轴，轮毂三者中最弱材料的许用挤压应力，。

根据以上公式T=0.37；k=2;l=16;d=23;查表为40，

小于符合受力要求。

4

6总结

1）查阅资料，学习与课题相关的知识,了解好多机械结构与情况。

2）对国内外电缆的发展情况有一定的了解。

3）对电缆剥皮设备进行设计，包括相关零部件的设计和标准件的选用；

4）绘制电缆剥皮实验测试装置二维装配图及相关零件图；

5）绘制电缆剥皮实验测试装置的三维装配图及相关零件图，并对所绘制装配图进行三维装配；

6）撰写论文，包括电缆剥皮实验设备结构组成，运行原理，结构的对比结构选优等，零部件设计和重要部件的校核。