ストランディングマシンとは何ですか?またその仕組みは何ですか?

撚線機は、複数の個別のワイヤ、導体、またはファイバのより線をねじったり螺旋状にまとめて単一の統一されたケーブル構造にする産業用装置であり、現代のインフラストラクチャにおけるほぼすべての電力ケーブル、通信回線、および特殊ワイヤ ロープの背後にある基礎的な機器です。 家の壁内の電線から数百マイルにわたる高圧送電線、海底光ファイバーケーブルからエレベーターのワイヤーロープに至るまで、これらの製品はすべて、その構造的完全性と電気的性能を精密なエンジニアリングによって実現しています。 撚り機 .

ストランディングマシンとは何ですか?定義とコア機能

撚線機は、複数の個別のワイヤまたはフィラメントを制御された螺旋パターンで撚ることによって結合するように設計された精密製造システムで、同等の断面の単一の単線よりも機械的に強く、より柔軟で、電気的に優れた撚り導体またはケーブルを製造します。

背後にある基本原理 撚り機 方法は簡単です。個々のワイヤ ペイオフ (ボビンまたはスプール) が回転するフレームまたはフライヤーに取り付けられ、機械が稼働すると、これらのフレームが回転することにより、個々のワイヤが中心コアの周りに、または互いの周りにらせん状に配置されます。結果として得られる撚り製品の機械的および電気的特性は、撚り長さ (ピッチ)、ワイヤの数、ワイヤの直径、および撚り形状によって決まります。

撚り線機械は以下の生産に使用されます。

• 銅とアルミニウムのより線導体 電源ケーブルおよび電気配線用
• スチールワイヤーロープ クレーン、エレベーター、吊り橋、海上係留用
• 光ファイバーケーブルコア 電気通信およびデータ伝送用
• 外装ケーブルアセンブリ 海底、鉱山、軍事用途向け
• 特殊導体 架空送電線用ACSR（アルミニウム導体鋼強化）など

撚線機はどのように動作するのですか?段階的なプロセス

撚り機は、回転するペイオフ ボビンから一連のガイド ダイとクロージング ダイを通して個々のワイヤ ストランドを送り込み、制御された張力の下でワイヤ ストランドをまとめて最終的な螺旋形状に撚り合わせます。

ステージ 1: 利益と緊張の制御

個々のワイヤ コイルまたはボビンが機械のペイオフ システムにロードされます。各ボビンは単一のワイヤストランドを供給します。テンション ブレーキまたはアクティブ ダンサー システムは、各ワイヤの張力を一貫して個別に制御し (通常は設定値の ±2% 以内)、より線プロセス中の不均一な撚り、ワイヤの破損、または導体の変形を防ぎます。

ステージ 2: 予備成形とガイド システム

多くの高品質で 撚り機s 、個々のワイヤは、締め型に到達する前に予備成形ツールを通過します。予備成形により、各ワイヤが最終ストランド内で移動する方向にわずかに曲げられ、完成したケーブルの内部応力が軽減され、柔軟性が向上します。ガイド リングとローラーは、閉じる前に各ストランドを正しい角度位置に導きます。

ステージ 3: クロージング ダイ

すべての個々のより線は、最終的なより線導体の外径に合わせたサイズの中央開口部を備えた、精密機械加工された超硬または焼入れ鋼の工具である閉鎖ダイで収束します。閉鎖ダイは、円形、扇形、コンパクト (非常に大きな導体の場合はミリケン構造) など、最終的な断面形状にストランドを圧縮します。

ステージ 4: 巻き取りと巻き取り

完成した撚線導体は閉鎖ダイから出て、キャプスタン駆動の巻き取りシステムによって巻き取りリールまたはドラムに巻き取られます。ストランディングフレームの回転速度と同期した巻き取り速度は、重要な品質パラメータであるストランディングの撚り長さ (ピッチ) を決定します。モダン 撚り機s サーボ駆動の閉ループ制御システムを使用し、生産工程全体にわたって撚り長さの精度を±0.5 mm 以内に維持します。

撚線機の種類: どの設計が貴社の製品に適していますか?

撚線機には、チューブラー、プラネタリー (リジッド)、バウ (スキップ)、バンチング、ドラム撚りという 5 つの主なタイプがあり、それぞれが特定のワイヤ タイプ、生産速度、ケーブル構造に合わせて最適化されています。

1. 管状撚線機

管状 撚り機 ワイヤおよびケーブル業界で最も広く使用されている設計です。個々のワイヤ ボビンは、回転する金属チューブ (「クレードル」または「ケージ」) 内に取り付けられます。チューブが回転すると、ワイヤーが中心要素の周りにらせん状に配置されます。管状機械は、1 層あたり 6 ～ 61 個以上のボビンを処理でき、多層構造を製造できます。ライン速度は 20 ～ 120 m/min が一般的ですが、細線用途では 200 m/min に達する高速モデルもあります。これらは、断面積 1.5 mm² ～ 1,000 mm² の電力ケーブルの銅より線導体の標準的な選択肢です。

2. 遊星（剛体）撚り機

遊星撚り機では、ボビンは回転フレームに取り付けられていますが、遊星歯車システムによって機械フレームに対して回転しない状態に保たれます。つまり、ボビン自体は回転せず、ボビンを搭載するフレームのみが回転します。これにより、完成したストランドの逆撚りが排除されます。これは、スチール ワイヤ ロープの製造、外装ケーブル、および個々のワイヤが元の真っ直ぐな形状を維持する必要がある製品にとって重要です。遊星機械は低速 (通常 5 ～ 30 m/分) ですが、幾何学的に正確で残留応力の低いロープ構造を生成します。

3. 弓（スキップ）撚り機

弓撚り機は、回転する「弓」またはアームを使用して、固定されたペイオフ ボビンからワイヤを運び、中心要素の周りにワイヤを巻き付けます。ペイオフスプールは固定されているため、この設計は、管状機械内で回転させるのが非現実的である非常に大きくて重いリールを処理します。バウ・ストランダーは、鋼線外装、中電圧ケーブル外装、およびその他の厚さのアプリケーションの製造で一般的です。一般的なライン速度は 5 ～ 40 m/min であり、この設計は、ワイヤーの塗布と同時にテープ、フィラー、およびベディング層を塗布するのに自然に適しています。

4. バンチングマシン

バンチング マシン (バンチ ストランダーとも呼ばれる) は、一貫した撚り方向や幾何学的配置を維持せずに、複数の細いワイヤを一緒に撚り合わせます。ワイヤは、単にランダムまたは半ランダムのらせん状に束ねられます。これにより、フレキシブル コード、溶接ケーブル、スピーカー ワイヤー、自動車用ワイヤー ハーネスなどの用途向けに、最も柔軟な撚線導体が生成されます。バンチングマシンは非常に高速 (通常 400 ～ 1,500 RPM のフライヤー速度) で動作し、0.05 mm ～ 0.5 mm の細いワイヤ直径用に設計されています。

5.ドラム撚り機（SZ撚り機）

SZ 撚り機 (振動レイまたはドラム ツイスターとも呼ばれる) は、ペイオフ システム全体を回転させません。代わりに、往復振動を使用してケーブル要素に左右の撚りを交互に加えます。この革新的な設計により、回転質量がないため、非常に高いライン速度 (光ファイバー ルース チューブ ケーブルの場合は最大 500 m/分) でケーブルをより線にすることができます。 SZ 撚り線は光ファイバー ケーブル製造の主要な技術であり、低電圧電力ケーブル、制御ケーブル、データ ケーブルにも使用されています。交互の撚り方向により「SZ」パターンが形成され、完成したケーブルを接続作業中に解けることなく開閉できます。

表：主要撚線機5機種の速度、線径範囲、用途、裏撚り特性の比較。

撚線機の主要な技術パラメータ

撚り機の最も重要な技術パラメータは、撚り長さ (ピッチ)、回転速度、ボビン容量、張力制御精度です。これら 4 つの要素が撚り線製品の最終品質と一貫性を決定します。

撚り長さ（ピッチ）

撚り長さは、1 本のワイヤがらせん状に完全に 1 回転するケーブルに沿った軸方向の距離です。これは、より線ケーブルの製造において最も重要な品質パラメータの 1 つです。より短い撚り長さは、ケーブル長の単位当たりのワイヤ長が長くなるため、より高い電気抵抗を備えたより柔軟なケーブルを生成します。 IEC 60228 などの規格では、さまざまな導体クラスの撚り長さの範囲を指定しています。たとえば、クラス 5 フレキシブル導体の撚り長さは個々のワイヤ直径の 16 倍以下である必要がありますが、クラス 2 より線導体の撚り長さはワイヤ直径の 25 倍まで許容されます。

撚り速度と回転数

ライン速度 (m/min) とクレードル/フライヤーの回転速度 (RPM) によって、レイの長さと生産スループットが決まります。線速度 60 m/min で撚り長さ 50 mm の導体を製造する管状撚線機の場合、クレードルは 1,200 RPM (60 m/min ÷ 0.05 m/rev) で回転する必要があります。最新の高速管状機械は、細線製造において 1,500 ～ 2,000 RPM のクレードル速度に達します。回転を比例的に増加させずにライン速度を増加させると、撚り長さが変化し、ケーブルの電気的および機械的特性が変化します。

ボビンの容量と数

より線機が搭載できるボビンの数とサイズによって、どのようなケーブル構造を製造できるかが直接決まります。 7 ボビン管状機械は 1 6 構造 (1 本の中心ワイヤーと 6 本の外側ワイヤー) を生産します。 61 個のボビンを備えた機械は、1 6 12 18 24 = 61 個のワイヤ導体を含む複雑な多層構造を製造できます。ボビンの直径 (通常は 200 mm ～ 800 mm) によって、生産ごとにどれだけのワイヤを装​​填できるかが決まり、生産効率とボビン交換停止の頻度に直接影響します。

テンションコントロールシステム

張力制御はおそらく現代の最も洗練された側面です。 撚り機 デザイン。各ワイヤは、ボビンの消耗サイクル全体にわたって正しい張力で送られる必要があります。張力が高すぎると、ワイヤが伸びて直径が小さくなります。低すぎると、緩いレイと波の形成が発生します。先進的なマシンは、ダンサー ロール フィードバックを備えたプログラム可能なテンション ブレーキを使用し、ボビンの消耗サイクル全体にわたって個々のワイヤの張力を ±1 ～ 2% 以内に維持します。閉ループ サーボ テンション システムでは、機械コストが 15 ～ 30% 増加しますが、導体抵抗の変動は ±5% から ±1% 未満に減少します。

クロージングダイシステム

締め金型の形状によって、撚り線導体の最終的な形状が決まります。円形の閉鎖ダイは、ほとんどのケーブルで標準的な円形の断面を生成します。セクター ダイは、マルチコア電力ケーブルで使用される台形または D 字型のセクターを生成し、ケーブル直径を最小限に抑えます。コンパクト (または圧縮) 撚りダイスは、導体を公称円形断面の 90 ～ 92% に圧縮し、ケーブル全体の直径を 8 ～ 12% 縮小します。これは、大量のケーブル生産において大幅な材料の節約になります。

主要産業にわたる撚線機のアプリケーション

撚線機は、発電、電気通信、建設、航空宇宙、自動車の各分野にわたって不可欠です。ケーブル、導体、またはワイヤ ロープに依存する産業は、撚線機の出力に直接依存しています。

表: 主要業界にわたる撚り線機械のアプリケーション。製品タイプ、機械構成、主な技術要件を示しています。

撚線機とケーブル接続機: 違いは何ですか?

より線機は個々のワイヤを組み合わせてより線導体を作りますが、ケーブル配線機は複数の絶縁コア、フィラー、およびシールド層を組み立てて完成した多心ケーブルを作ります。この 2 つは連続した生産ステップであり、交換可能な機械ではありません。

この区別は、生産ラインを計画しているケーブル メーカーにとって重要です。撚線機は裸線またはエナメル線で動作します。その出力は後で絶縁される撚線導体です。ケーブル敷設機 (レイアップ機またはケーブル組立機とも呼ばれます) は、絶縁されたコア (各コアにはすでに撚り線が含まれています) を取り出し、それらをフィラー、テープ、スクリーン、およびシースとともに撚り合わせて、完全な多心ケーブルを形成します。

表: 撚線機とケーブル接続機を機能、入出力、およびプロセス段階ごとに並べて比較したもの。

撚り機購入ガイド: 購入前に評価すべき重要な要素

撚り機を選択するには、製品範囲、必要な出力速度、ボビンのサイズと数、自動化レベル、設置面積、アフターサポートの 6 つの重要な要素を評価する必要があります。これらの 1 つでも間違っていると、初日から機械が意図した生産計画を下回る結果になる可能性があります。

1. まず製品ポートフォリオを定義します

特定の機械を評価する前に、生産ラインで処理する必要がある導体サイズ、ワイヤ直径、撚り長さ、より線構造の全範囲をマッピングします。 1.5 ～ 10 mm² の導体用に最適化された機械は、たとえ技術的に能力があったとしても、400 mm² のコンパクト撚線導体を生産するには十分な性能を発揮しません。多くのメーカーがモジュール式を提供しています 撚り機s さまざまなボビンクレードルやクロージングダイシステムを使用して再構成できるため、複数の機械を購入することなく、より幅広い製品範囲をカバーできます。

2. 必要な生産量の計算

毎月必要な導体出力をトンまたはキロメートルで計算し、逆算して必要な最小回線速度と稼働時間を決定します。たとえば、機械稼働率 80% で 25 mm² 撚り線を月 500 km 生産するには、1 日あたり 2 シフトで約 80 m/分のライン速度が必要です。この需要に対応して定格 40 m/min の機械を購入すると、すぐに生産のボトルネックが発生します。

3. 自動化および制御システム

最新の撚り機は、基本的なパラメータ設定から完全に自動化されたレシピ管理、オンライン品質監視、インダストリー 4.0 データ統合に至るまで、PLC ベースの制御システムを備えています。自動レイ長制御、警報システムによるリアルタイム張力監視、ボビン消耗時の自動速度上昇/下降により、手動操作の機械と比較してスクラップ率を 30 ～ 50% 削減できます。高度な自動化による追加の資本コストは、大量生産における材料廃棄物と人件費の削減を通じて、通常 12 ～ 24 か月で回収されます。

4. 設置面積と設置要件

大型導体生産用の 61 個のボビンを備えた管状撚線機は、長さが 15 ～ 25 メートル、重量が 20 ～ 50 トンになる場合があり、基礎ピットと防振を備えた鉄筋コンクリート床が必要です。光ファイバーケーブル用の SZ より線は、非常に高速で生産されますが、回転クレードル質量がないため、設置面積はよりコンパクト (通常は 8 ～ 15 メートル) です。設置要件を過小評価すると、プロジェクトの総コストが 15 ～ 25% 増加する可能性があるため、機械の選択とともに工場のレイアウトとクレーンの能力を計画してください。

5. アフターサポートとスペアパーツの入手可能性

締め金型、テンション ブレーキ パッド、ボビン ベアリング、クレードル ベアリングは、どのような製品でも消耗部品です。 撚り機 。メーカーが地域または地域の部品倉庫を維持し、重大な故障に対する保証された応答時間 (理想的には 48 時間未満) を提供し、試運転パッケージの一部としてオペレーターのトレーニングを提供していることを確認します。ケーブル工場の撚線機のダウンタイムは、生産規模に応じて 1 シフトあたり 5,000 ドルから 50,000 ドルの費用がかかる場合があります。アフターサービスの品質は二の次の考慮事項ではありません。

撚線導体の品質基準と試験

撚線機で製造される撚線導体は、導体クラス、最大抵抗、最小柔軟性、および寸法公差を指定する IEC 60228、ASTM B8、または同等の国家規格を満たしている必要があります。これらの規格への準拠は、ほとんどの規制市場のケーブル製品にとって必須です。

IEC 60228 では、より線導体を柔軟性と構造に基づいて 4 つのクラスに分類しています。

• クラス 1: 固体導体 — 撚線機では製造されません
• クラス 2: 固定設置用のより線導体 — 管状より線、比較的長い撚り長さ
• クラス5: フレキシブル導体 — 細いワイヤ束、短い撚り長さ、フレキシブル コードおよびポータブル機器用
• クラス6: 非常に柔軟な導体 - 溶接ケーブルや柔軟性の高い用途向けの、最も細かいワイヤー束、最短の撚り線

撚線機から出力される撚線導体に対して実行される主な品質テストには、IEC 60228 に準拠した DC 抵抗測定、寸法チェック (OD 測定、真円度)、撚り長さの検証、およびフレキシブル導体クラスの屈曲試験 (破損するまでの曲げサイクル数) が含まれます。

撚線機に関するよくある質問

Q：撚線機と伸線機の違いは何ですか？

伸線機は、単一のワイヤを徐々に小さなダイスに通すことで直径を減らします。太いロッドストックから正確な直径の個々のワイヤを製造します。撚線機は、すでに伸線された複数の個別のワイヤを撚り合わせて撚り線導体にします。 2 台の機械は製造プロセスで順番に使用されます。最初に伸線、2 番目に撚線が行われます。完全な導体生産ラインには通常、ロッドブレークダウンマシン、中間伸線機、細線伸線機、アニーリング装置、そして撚線機が含まれます。

Q: ほとんどの用途において、より線が単線よりも優れているのはなぜですか?

より線は、同じ断面の単線よりも 3 つの重要な点で優れています。まず柔軟性です。より線は金属疲労破壊を起こすことなく繰り返し曲げることができますが、同等の電流容量の単線は比較的数回の屈曲サイクルで亀裂が発生します。第 2 に、AC 回路の通電容量です。表皮効果により、AC 電流は主に導体の外表面に流れます。単位体積あたりの表面積が大きい撚り線導体は、より効率的に AC 電流を流します。そのため、大型の電力ケーブルには常に撚り線が使用されます。第三に、耐障害性: 機械的損傷により 1 本のより線が切れても、導体は引き続き機能しますが、固体導体の断線は完全な故障となります。

Q: より線機は同時に何本のワイヤを処理できますか?

これは機械の設計とサイズに完全に依存します。エントリーレベルの管状撚線機は 7 本のワイヤ (1 6 構造) を処理しますが、大型の産業用機械は多層撚線構造用に 19、37、61、またはそれ以上のボビンを収容します。非常に細いワイヤー用のバンチングマシンは、1 回のパスで 100 本の個々のワイヤーを同時に処理できます。高電圧 DC ケーブルで使用される 2,500 mm² の Milliken 導体などの非常に大きな導体は、最初に複数の撚り線機でサブセグメントを撚り合わせ、次にケーブル配線機でセグメントを最終導体に組み立てることによって製造されます。

Q: 撚線機にはどのようなメンテナンスが必要ですか?

撚線機のメンテナンス スケジュールは、クレードル ベアリングの潤滑 (通常は 500 ～ 1,000 運転時間ごと)、テンション ブレーキ ライニングの検査と交換、ダイスの摩耗監視 (導体の形状を維持するためにボア直径が公称値を 0.1 mm 以上超えた場合はダイスを交換する必要があります)、ベルトとギア ドライブの検査、およびボビン ベアリングの交換を中心としています。 PLC 状態監視機能を備えた最新の機械は、故障が発生する前に振動特徴分析を通じてオペレータにベアリングの摩耗を警告できます。予知保全プログラムは、定期的な間隔のみの保守と比較して、計画外のダウンタイムを 40 ～ 60% 削減します。

Q: より線機は銅だけでなくアルミニウム導体も製造できますか?

はい。撚りの原理は材料に依存しないため、同じ管状または遊星撚り機で銅線とアルミニウム線の両方を処理できます。ただし、セットアップには重要な違いがあります。アルミニウム ワイヤは銅よりも大幅に柔らかく、ガイド コンポーネントによる表面損傷を受けやすいため、より大きな接触半径を備えた滑らかで研磨されたガイド要素が必要です。また、アルミニウムは銅よりも加工硬化しにくいため、ワイヤの伸びを防ぐために張力設定を下げる必要があります (通常は 30 ～ 40%)。 ACSR (アルミニウム導体鋼強化) の製造では、中央スチールコアペイオフシステムを備えたバウストランダーまたは特殊な管状機械を使用して、事前に配置されたスチールコア上にアルミニウムより線を敷設します。

Q: 撚り機におけるバックツイストとは何ですか?なぜそれが重要ですか?

管状撚線機ではボビンがクレードルとともに回転するため、逆撚りが発生します。これは、各ワイヤがケーブル軸の周りで撚られるだけでなく、返済時にそれぞれの軸の周りで逆回転することを意味します。銅導体の場合、逆撚りは通常無害です。ただし、スチール ワイヤ ロープの製造では、逆撚りにより内部応力が発生し、ロープの破断強度が 5 ～ 15% 低下し、荷重がかかるとロープが回転する可能性があります。これは吊り上げ用途にとっては危険な特性です。遊星 (リジッド) 撚り機は、クレードルの回転に対してボビンを逆回転させることで逆撚りを完全に排除します。そのため、ワイヤ ロープおよび外装用途の標準となっています。

結論: より線機が現代のケーブル製造の中心であり続ける理由

撚線機は単なる工場設備ではなく、現代世界のあらゆる電気ネットワーク、通信システム、構造ケーブルの背後にある実現技術です。

フレキシブルな家庭用配線を製造する最も単純な 7 線管状機械から、500 m/分で 1,000 心光ケーブルを製造する最先端の SZ より線まで、あらゆる製品の基本的な使命は、 撚り機 個々のワイヤを、個々のコンポーネントよりも強力で柔軟性があり、電気効率が高い統合された最適化された構造に変換します。

電力インフラ、高速データ ネットワーク、電気自動車、再生可能エネルギー システムに対する世界的な需要が加速し続ける中、撚り機はサプライ チェーンの先頭に位置し、すべてを可能にします。適切なタイプ (チューブラー、プラネタリー、バウ、バンチング、または SZ) を選択し、対象製品範囲、速度、品質基準に合わせて正しく指定することは、ケーブル メーカーが行うエンジニアリング上の最も重要な決定です。正しく設定すれば、この機械は 20 年間以上にわたって、準拠した一貫した製品を何百万メートルも確実に供給します。