A maszyna do powlekania wtórnego działa na zasadzie ciągłego podawania włókien optycznych z powłoką podstawową przez precyzyjną matrycę wytłaczającą, gdzie stopiony materiał termoplastyczny formowany jest w ochronną rurkę buforową wokół włókien. Proces integruje kontrolę naprężenia włókien, wytłaczanie dwuwarstwowe, wtrysk żelu tiksotropowego, chłodzenie w kąpieli wodnej i monitorowanie wymiarów w czasie rzeczywistym w jedną zsynchronizowaną linię produkcyjną. Gotowy produkt to stabilny wymiarowo bufor typu luźna rurka — podstawowy element konstrukcyjny większości kabli światłowodowych stosowanych w sieciach telekomunikacyjnych na całym świecie.
W praktyce maszyna pobiera gołe włókna ze szpul na jednym końcu, a na drugim dostarcza nawinięte na szpulę, wypełnione żelem rurki buforowe o precyzyjnych wymiarach – a wszystko to przy prędkościach linii sięgających 300 metrów na minutę w wysokowydajnych systemach produkcyjnych. Każdy parametr, od temperatury topnienia po napięcie włókien, jest monitorowany i regulowany w pętli zamkniętej, aby mieć pewność, że każdy metr rury spełnia te same rygorystyczne specyfikacje.
Przed szczegółowym zbadaniem poszczególnych podsystemów warto zrozumieć maszynę jako ciągły, liniowy proces. Materiał i włókno wchodzą górnym końcem i ulegają stopniowej przemianie w miarę przemieszczania się w dół. Sekwencja operacji jest zgodna z następującym logicznym przebiegiem:
Każdy z tych etapów jest od siebie współzależny. Na przykład zmiana prędkości linii na kabestanie wpływa jednocześnie na grubość ścianki rury, EFL włókna, stopień wypełnienia żelem i wydajność chłodzenia — dlatego nowoczesne maszyny opierają się na systemach sterowania w pętli zamkniętej opartych na sterownikach PLC, a nie na ręcznych ustawieniach.
Dokładność pracy maszyny do powlekania wtórnego zaczyna się od jej struktury fizycznej. Rama maszyny jest zbudowana przy użyciu spawania blach stalowych A3 o wysokim napięciu w połączeniu z obróbką stali konstrukcyjnej. Stal A3 (porównywalna z gatunkiem Q235) zapewnia wytrzymałość na rozciąganie na poziomie około 370–500 MPa, doskonałą spawalność i niskie naprężenia szczątkowe po obróbce — wszystkie te podstawowe właściwości ramy, która musi pozostać stabilna wymiarowo pod ciągłymi obciążeniami termicznymi i mechanicznymi.
Rama musi wspierać i wyrównywać wszystkie główne podsystemy – wytłaczarki, koryta chłodzące, kabestan i odbiornik – z dokładnością do ułamków milimetra. Jakiekolwiek wygięcie lub wibracje ramy przekładają się bezpośrednio na zmianę średnicy tuby lub odchylenie położenia włókna wewnątrz tuby. Z tego powodu spawana konstrukcja stalowa jest zwykle odprężana po wyprodukowaniu i precyzyjnie obrobiona na wszystkich krytycznych powierzchniach montażowych przed montażem.
Linia do powlekania wtórnego klasy produkcyjnej zwykle obejmuje Całkowita długość od 15 do 30 metrów , a rama musi zachować wyrównanie na całej tej rozpiętości, nawet gdy cylindry wytłaczarki nagrzewają się do 250–280°C, a rynny chłodzące pracują w temperaturze 15–40°C w sąsiednich strefach. W konstrukcję ramy wbudowano złącza dylatacyjne termiczne i sztywne usztywnienia poprzeczne, aby sprostać tym wymaganiom bez pogarszania dokładności pozycjonowania.
Proces rozpoczyna się na stacji odbiorczej światłowodu, gdzie szpule światłowodu z powłoką pierwotną są montowane na zmotoryzowanych podstawach odbiorczych. Każda szpula może nosić 20 do 25 km włókna i wiele szpul jest ładowanych jednocześnie w celu produkcji rur wielowłóknowych — zazwyczaj 2, 4, 6, 8, 12 lub 24 włókna na tubę.
Napięcie włókien jest jednym z najważniejszych parametrów powłoki wtórnej. Jeśli napięcie jest zbyt wysokie, włókna mogą zostać wstępnie naprężone wewnątrz gotowej rury, powodując zwiększone tłumienie optyczne. Jeśli napięcie jest zbyt niskie, włókna mogą się splątać lub utworzyć nierówne pętle, co prowadzi do defektów geometrii rury. Napięcie robocze jest zwykle ustawiane w zakresie od 30 do 80 gramów na włókno , utrzymywany przez system sprzężenia zwrotnego ramienia tancerza lub wypłatę sterowaną serwomechanizmem z pomiarem napięcia w czasie rzeczywistym.
Włókna są prowadzone przez szereg prowadnic ceramicznych lub ze stali nierdzewnej, które stopniowo zbiegają je w precyzyjny odstęp i układ wymagany na wejściu matrycy wytłaczającej. Prowadnice te są polerowane do chropowatości powierzchni poniżej mikrona, aby uniknąć zarysowania delikatnej powłoki podstawowej na włóknach.
System wytłaczania jest sercem maszyny do powlekania wtórnego. Większość linii produkcyjnych wykorzystuje konfigurację z podwójną wytłaczarką do nakładania materiału rurki buforowej w dwóch odrębnych warstwach. W układzie standardowym wytłaczarka do powlekania wierzchniego jest umieszczona z przodu maszyny, a wytłaczarka do powlekania dolnego jest umieszczona z tyłu. Taki układ pozwala na niezależną kontrolę każdej warstwy pod względem rodzaju materiału, temperatury topnienia i wydajności.
Wytłaczarka do powlekania czołowego dostarcza materiał, który tworzy wewnętrzną powierzchnię rury buforowej – powierzchnię mającą bezpośredni kontakt ze światłowodami i żelem wypełniającym. Warstwa ta musi być chemicznie zgodna ze związkiem żelowym i musi wykazywać bardzo niski skurcz po ochłodzeniu, aby uniknąć wywoływania naprężeń mechanicznych we włóknach. Najczęściej wybieranym materiałem jest PBT (politereftalan butylenu), zapewniający liniowy skurcz formy mniejszy niż 0,5% i zakres temperatur pracy od -40°C do 85°C.
W wytłaczarce do powlekania powierzchni czołowej zazwyczaj wykorzystuje się: Pojedyncza śruba o średnicy 30 mm lub 45 mm o stopniu sprężania od 2,5:1 do 3,5:1, pracującym w temperaturach lufy od 200°C do 270°C. Temperatura strefy dozowania jest najściślej kontrolowana, ponieważ lepkość stopu w matrycy musi mieścić się w wąskim przedziale, aby uzyskać stałą grubość ścianki.
Wytłaczarka dolna nakłada warstwę zewnętrzną ścianki rury buforowej, która określa średnicę zewnętrzną rury i właściwości mechaniczne. Warstwa ta zapewnia wytrzymałość konstrukcyjną potrzebną do splatania kabla — rura musi wytrzymywać nacisk boczny wywierany przez sprzęt do splatania bez zniekształceń i musi zachować swój okrągły przekrój poprzeczny po owinięciu wokół centralnego elementu wzmacniającego.
Grubość warstwy spodniej zazwyczaj mieści się w przedziale od 0,3 mm i 0,9 mm , w zależności od wymagań konstrukcyjnych kabla. W niektórych konfiguracjach materiałem dolnej powłoki może być zmodyfikowany związek PBT z dodatkiem stabilizatorów UV, barwników lub modyfikatorów udarności, co umożliwia identyfikację rurek za pomocą kodów kolorystycznych w konstrukcjach kabli wielorurowych bez konieczności osobnego przejścia barwienia.
Dwa strumienie stopu z wytłaczarki z powłoką czołową i dolną zbiegają się w głowicy matrycy do współwytłaczania, gdzie formują się koncentrycznie wokół wiązki włókien. Głowica matrycy składa się z końcówki prowadzącej włókno, korpusu matrycy z dwoma wlotami stopu i otworu matrycy, który kształtuje zewnętrzną średnicę gotowej rury. Średnica otworu matrycy i długość styku określają średnicę zewnętrzną rury i spadek ciśnienia, który zapewnia stały przepływ stopu.
Koncentryczność matrycy — wyrównanie środka końcówki matrycy ze środkiem otworu matrycy — musi być utrzymana z dokładnością do ±0,02 mm aby zapobiec mimośrodowi ściany. Większość nowoczesnych głowic gwinciarskich zawiera śruby do precyzyjnej regulacji lub mechanizmy centrowania termicznego, które umożliwiają operatorom korygowanie koncentryczności podczas produkcji bez zatrzymywania linii.
Kluczową funkcją procesu powlekania wtórnego jest wypełnienie wnętrza rurki buforowej tiksotropowym związkiem blokującym wodę — powszechnie określanym jako żel wypełniający lub związek zalewający. Żel ten zapobiega przedostawaniu się wody w miejscu przerwania kabla wzdłuż rury i docieraniu do wrażliwych miejsc połączeń lub złączy.
System napełniania żelem składa się z podgrzewanego zbiornika magazynującego, precyzyjnej pompy dozującej (zwykle pompy zębatej lub pompy z progresywną wnęką) oraz cienkiej igły wtryskowej ze stali nierdzewnej, która przechodzi przez końcówkę matrycy i osadza żel bezpośrednio w rurze formującej. Szybkość wtryskiwania żelu musi być dokładnie zsynchronizowana z prędkością linii — zwykle wyrażany jako stosunek objętości na metr — w celu zapewnienia całkowitego wypełnienia bez nadmiaru żelu, który mógłby wytworzyć przeciwciśnienie i zniekształcić układ włókien.
Żel wypełniający utrzymuje się w podwyższonej temperaturze (zwykle 60–80°C) w zbiorniku magazynowym, aby zmniejszyć lepkość podczas pompowania, ale po ochłodzeniu w gotowej tubie żeluje do półstałego stanu tiksotropowego. To połączenie płynności podczas napełniania i stabilności podczas pracy sprawia, że żel tiksotropowy jest standardowym wyborem w przypadku kabli z luźną tubą pracujących w pełnym zakresie temperatur otoczenia od -40°C do 70°C, wymaganym przez większość standardów telekomunikacyjnych.
Zaraz za matrycą wytłaczającą świeżo uformowana rura trafia do układu chłodzenia. Chłodzenie musi być dokładnie kontrolowane — zbyt szybkie hartowanie powoduje naprężenia powierzchniowe i potencjalne pękanie; zbyt wolne chłodzenie powoduje ugięcie lub odkształcenie rury przed całkowitym stwardnieniem, szczególnie przy dużych prędkościach linii.
Układ chłodzenia typowej linii powlekania wtórnego składa się z wielu rynien wodnych ustawionych szeregowo. Pierwsza rynna (najbliżej matrycy) wykorzystuje ciepłą wodę o temp 40–60°C zainicjować stopniowe chłodzenie bez szoku termicznego. Kolejne koryta stopniowo obniżają temperaturę wody – ostatnie koryta zwykle pracują w temperaturze 15–25°C — doprowadzenie rury do stabilnego, całkowicie zestalonego stanu, zanim dotrze do kabestanu.
Całkowita długość koryta chłodzącego wynosi od 6 do 15 metrów w zależności od prędkości linii i grubości ścianki rury. W przypadku linii o szybkości 300 m/min wytwarzającej rurkę o średnicy zewnętrznej 2,0 mm, rura przebywa w układzie chłodzenia tylko około 1,5 do 3 sekund, co oznacza, że gradient temperatury wody w korytach musi być precyzyjnie ustawiony, aby zapewnić odpowiednie zestalenie w tym krótkim oknie.
Każda strefa rynny jest niezależnie kontrolowana temperaturowo poprzez system wody obiegowej z wymiennikiem ciepła. Operatorzy mogą przeglądać i regulować wartość zadaną każdej strefy z centralnego interfejsu HMI, a niektóre zaawansowane systemy obejmują automatyczną kompensację strefy, która dostosowuje natężenie przepływu wody chłodzącej w odpowiedzi na zmiany prędkości linii.
Za korytami chłodzącymi rura przechodzi przez jeden lub więcej bezdotykowych laserowych mierników mikrometrycznych, które w sposób ciągły i w czasie rzeczywistym mierzą jej średnicę zewnętrzną. Wskaźniki te wykorzystują technologię triangulacji laserowej lub skanowania cieni i mogą wykrywać różnice średnic tak małe, jak ±0,001 mm przy pełnej prędkości linii.
Dane pomiarowe OD są wprowadzane z powrotem do systemu sterowania PLC, który automatycznie dostosowuje jedną lub więcej zmiennych procesowych, aby skorygować wszelkie odchylenia od średnicy docelowej:
Ta pętla sprzężenia zwrotnego w zamkniętej pętli zwykle działa z czasem reakcji krótszym niż jedna sekunda, umożliwiając systemowi kompensację zmian lepkości surowca, zmian temperatury otoczenia lub niewielkich wahań mechanicznych bez interwencji operatora. Nowoczesne systemy utrzymują średnicę zewnętrzną rury w zakresie ±0,03 mm od docelowej w całym cyklu produkcyjnym wynoszącym 25 km lub więcej.
Oprócz pomiaru średnicy zewnętrznej, niektóre zaawansowane linie obejmują pomiar mimośrodu (jednolitości grubości ścianki) za pomocą mierników obrotowych lub systemów rentgenowskich oraz wykrywanie położenia światłowodu za pomocą wbudowanych czujników optycznych, które sprawdzają, czy włókna są wyśrodkowane w rurze, a nie przesunięte na bok.
Kabestan jest elementem regulującym prędkość całej linii. Składa się z jednego lub większej liczby napędzanych silnikiem kół lub pasów, które chwytają schłodzoną rurę i przeciągają ją przez maszynę z precyzyjnie kontrolowaną, stałą prędkością. Ponieważ prędkość przeciągarki określa, jak szybko materiał jest wyciągany z matrycy wytłaczającej, bezpośrednio kontroluje zarówno zewnętrzną średnicę rury (poprzez współczynnik wyciągania), jak i nadmiar długości włókien wewnątrz rury.
Nadmiar długości włókna (EFL) definiuje się jako procent, o jaki długość włókna wewnątrz danej długości rury przekracza długość samej rury. Na przykład EFL wynoszący 0,3% oznacza, że na każde 1000 metrów rury światłowód w środku ma 1003 metry długości. Ten niewielki nadmiar włókna jest niezbędny: pozwala kablowi wytrzymać obciążenia rozciągające bez naprężania samych włókien, co zwiększałoby tłumienie optyczne.
EFL jest ustalany na podstawie stosunku prędkości wypłaty światłowodu do prędkości kabestanu:
Wartości EFL dla standardowych kabli z luźną rurką zazwyczaj mieszczą się pomiędzy 0,2% i 0,5% , z węższymi tolerancjami wymaganymi w przypadku kabli przeznaczonych do układania w ziemi bezpośrednio lub do zastosowań podwodnych, gdzie cykle termiczne i obciążenia mechaniczne są poważniejsze.
Wszystkie opisane powyżej podsystemy — napięcie wylotowe, temperatura i prędkość wytłaczarki, prędkość pompy żelu, temperatura wody chłodzącej, sprzężenie zwrotne miernika średnicy zewnętrznej i prędkość obrotowa kabestanu — są koordynowane przez centralny system programowalnego sterownika logicznego (PLC). Operator komunikuje się z systemem za pośrednictwem ekranu dotykowego HMI (interfejs człowiek-maszyna), który wyświetla w czasie rzeczywistym dane procesowe, warunki alarmowe i wykresy trendów.
Kluczowe funkcje sterowania PLC obejmują:
Zaawansowane systemy można również zintegrować z fabrycznymi systemami MES (Manufacturing Execution Systems), aby raportować wielkość produkcji, zużycie materiałów i dane dotyczące jakości w czasie rzeczywistym do oprogramowania do zarządzania zakładem.
Zrozumienie interakcji kluczowych parametrów procesu jest niezbędne dla operatorów, którzy muszą rozwiązywać problemy z jakością lub optymalizować wydajność produkcji. Poniższa tabela podsumowuje najważniejsze zależności parametrów od wyników:
| Parametr procesu | Jeśli za wysoko | Jeśli jest za niski | Zasięg docelowy (typowy) |
|---|---|---|---|
| Temperatura cylindra wytłaczarki | Degradacja polimeru, odbarwienie | Wysokie ciśnienie stopu, chropowatość powierzchni | 200–280°C (PBT) |
| Prędkość linii kabestanu | Cienkie ścianki, zmniejszona średnica zewnętrzna, niski EFL | Gruba ściana, wysokie OD, nadmiar EFL | 40–300 m/min |
| Napięcie wypłaty włókna | Wstępne naprężenie włókna, wzrost tłumienia | Splątanie włókien, deformacja rurki | 30–80 g na włókno |
| Szybkość wtrysku żelu | Przeciwciśnienie, przemieszczenie włókien | Niekompletne wypełnienie, ryzyko wnikania wilgoci | Zsynchronizowany z prędkością linii (ml/m) |
| Temperatura wody chłodzącej | Niecałkowite zestalenie, zwis rurki | Szok termiczny, pękanie powierzchni | 15–60°C (strefy stopniowane) |
| Prędkość obrotowa ślimaka | Przegrzanie, degradacja stopu | Niewystarczająca przepustowość, spadek średnicy zewnętrznej | 10–120 obr./min |
Operatorzy, którzy dogłębnie rozumieją te interakcje, mogą rozwiązać większość odchyleń jakościowych, dostosowując jeden parametr, zamiast wprowadzać wiele zmian jednocześnie – co jest najszybszą drogą do przywrócenia stabilnej produkcji zgodnej ze specyfikacją.
Ostatnim etapem procesu powlekania wtórnego jest nawijanie gotowej rurki buforowej na szpule odbiorcze w celu przechowywania i dalszego przetwarzania. System nawijania musi wywierać kontrolowane, stałe napięcie na rurkę podczas nawijania, aby zapobiec deformacji lub naprężeniom włókien w wyniku nierównomiernego nacisku na szpulę.
Mechanizm poprzeczny na szpuli odbiorczej układa rurę w równe, zachodzące na siebie warstwy na całej szerokości kołnierza szpuli, zapobiegając powstawaniu miejscowych punktów nacisku, które mogłyby wcisnąć ściankę rury i zmienić geometrię włókien wewnątrz. Pojemność szpuli zazwyczaj waha się od 2 km do 25 km gotowej rury w zależności od średnicy rury i rozmiaru szpuli.
Kiedy szpula jest pełna, maszyna dokonuje zmiany szpuli — ręcznie lub automatycznie. Podczas tej krótkiej zmiany odcinek rury, którego nie można nawinąć ani na pełną, ani na nową szpulę, jest zwykle odcinany i odrzucany jako element przejściowy do produkcji. Minimalizacja długości przejścia przez zmianę jest ważnym miernikiem wydajności dla producentów kabli masowych, ponieważ bezpośrednio wpływa na wydajność materiału na szpulę.
Każda ukończona szpula jest opatrzona etykietą z danymi produkcyjnymi – specyfikacją rury, długością szpuli, datą produkcji i protokołem pomiarów średnicy zewnętrznej – i przenoszona do obszaru skręcania, gdzie wiele rur buforowych zostanie zamontowanych wokół centralnego elementu wzmacniającego, tworząc kompletny kabel światłowodowy.
Sekwencja robocza a maszyna do powlekania wtórnego nie ogranicza się do produkcji w stanie ustalonym — fazy rozruchu i wyłączania są równie ważne i wymagają systematycznej uwagi, aby uniknąć wytwarzania złomu i uszkodzenia sprzętu.
Nawet dobrze utrzymane linie do powlekania wtórnego napotykają powtarzające się wyzwania operacyjne. Zrozumienie głównych przyczyn najczęstszych problemów umożliwia zespołom produkcyjnym skuteczne ich rozwiązywanie.
Skontaktuj się z nami
Polecane produkty
Wejdźmy
Dotykać
Yitong Environmental Technology (Nantong) Co., Ltd jest producentem specjalizującym się w sprzęcie do impregnacji.
Skontaktuj się z nami
Phone: +86-19555016088
Email: [email protected]
Add：Na południe od Haiyan Road, na zachód od Nanhai Road, strefa demonstracyjna wspólnego rozwoju rzeki Jangcy i Morza Tongzhou Bay, Jiangsu, Chiny
