CN102445413B - 一种橡胶钢丝粘合性能的动态测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于橡胶钢丝粘合性能检测技术领域，涉及一种橡胶轮胎行业动态测量的多试件加载技术设备和方法，适用于在运动过程中对径向反复受载的橡胶钢丝复合体进行动态测量，预测轮胎行驶过程中橡胶钢丝粘合力强度的疲劳寿命，真实反映轮胎在行驶过程中橡胶钢丝间粘合强度的变化情况，预测钢丝在变载荷作用下的实际使用寿命，对其他径向受载的试样进行变载荷加载，可同时单次对多个试样进行受力，减少试验次数，缩短试验周期，提高效率，降低成本，通过调节磁力座在工作台的位置和螺帽的长度，调节加载范围，其装置的总体结构新颖，造价低，使用寿命长，动态测量原理可靠，数据科学合理，分析与计算准确。

Description

一种橡胶钢丝粘合性能的动态测量方法

技术领域：

本发明属于橡胶钢丝粘合性能检测技术领域，涉及一种橡胶轮胎行业动态测量的多试件加载技术设备，特别是一种橡胶钢丝粘合性能的动态测量方法，适用于在运动过程中对径向反复受载的橡胶钢丝复合体进行动态测量，可以预测轮胎行驶过程中橡胶钢丝粘合力强度的疲劳寿命。

背景技术：

目前，汽车工业的迅猛发展对子午线轮胎的安全性、舒适性和经济性等方面的要求不断提高，进而对其骨架材料-钢丝帘线提出了更高要求，特别是对橡胶钢丝粘合强度的要求，橡胶钢丝粘合强度对轮胎的使用寿命、耐久性及安全性有着至关重要的现实意义。现有的对橡胶钢丝粘合强度性能测试方法主要是EC法和ASTM法，测量原理是用计算机控制拉力试验机实现静态测量，拉力试验机可将安装好的一个试样在一定的抽出力作用下将橡胶与钢丝分离开，通过测量钢丝表面的覆胶量，利用计算机测试系统对拉伸时速度、位移等因素进行控制，同时，测试系统还可根据测试结果测剥离区受力的最大值、最小值等数据，该方法操作简单，周期很短，对操作人员没有技术要求，可根据不同的测量目的选择不同的试验机，故机器的选择余地比较大，而且利用计算机能较清楚的体现测得数据的变化情况，便于寻找规律；但是，该方法只局限于在静止状态下的静态测量，而轮胎在行驶过程中钢丝所受的载荷不单是轴向力，更为重要的是地面对轮胎施加的交变横向载荷，故仅用单纯拉力机进行拉伸测试不能真实的反映轮胎在行驶过程中橡胶与钢丝间的载荷变化情况，也不能准确测得橡胶钢丝粘合强度与时间和载荷的内在关系。

目前，对橡胶与钢丝粘合性能的动态测量方法主要还有亨利实验法、波兹南工业大学法和超声波法，该三种方法能够施加循环变载荷，特别是波兹南法能测得动态和静态的数据进行比较，应用性更强，现有的这些方法只是实验性研究，虽然能在一定程度上反应橡胶钢丝的粘合情况，但在技术和结构上存在一定缺陷，主要是测量原理复杂，测试设备价格高，测量准确性差，操作难以控制，不利于现场普遍推广使用。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，寻求设计提供一种可以单次同时对多试样施加变载荷的橡胶钢丝粘合性能动态测量方法，该方法能真实反映轮胎在行驶过程中橡胶钢丝间粘合强度的变化情况，预测钢丝在变载荷作用下的实际使用寿命，还可对其他径向受载的试样进行变载荷加载，其装卸方便，易于操作和数据收集，同时单次对多个试样进行受力，可减少试验次数，缩短试验周期，提高效率，降低成本，通过调节夹具在工作台的位置和螺帽的长度，使加载的范围更广，应用性更强。

为了实现上述目的，本发明的主体结构包括上工作台、立柱、调节螺丝、导柱、螺栓、磁力座、下工作台、凸轮、支撑装置、螺纹孔、上盖板、下盖板、推杆、弹簧和螺帽；上、下对应结构的两个直径相等的圆形上、下工作台的材料为碳素钢，在上、下工作台的表面均匀分布制有以上、下工作台的中心为圆心向四周均匀发散的锥形孔；上工作台的两端制有两个垂直于工作台平面的立柱，立柱两圆心之间的距离小于上、下工作台的直径，每个立柱外侧处开有沿立柱的轴线方向均匀分布的螺纹孔与调节螺丝配合；立柱中间段处外套式制有导柱，导柱由左右两个环形圆柱组成，两个导柱的圆心间的距离等于立柱两圆心的距离，导柱的内径大于立柱的外径，导柱与立柱相配合，并通过调节螺丝调节导柱与立柱的相对高度，从而调节上工作台的高度；在每个导柱的外侧制有沿导柱的轴线方向按立柱上螺纹孔相同尺寸均匀布置的圆孔，其孔径大于螺纹孔径，防止摩擦；立柱插入导柱的内筒中，将立柱上的螺纹孔与导柱上的一个孔相对齐，用调节螺丝将两者固定起来，从而调节上、下工作台的间距；，在磁力座的底端中心位置制有锥形凸起，与上工作台上的锥形孔相配合，利用磁力将磁力座固定在上工作台上，磁力座的上端由两个夹板组成，试件放在两夹板之间，利用螺栓将两个夹板夹紧，达到固定试样的作用；凸轮的外轮廓根据正弦函数曲线进行绘制，凸轮上均匀布置制有四个相同形状的外轮廓曲线；横架在两个导柱之间的支撑装置包括上盖板、下盖板、推杆、弹簧和螺帽，上盖板的底侧周向均匀布置制有半圆形的凹槽，凹槽的数量与试样的数量相同；下盖板结构为将上盖板嵌入的圆筒型，圆筒的内径大于上盖板的外径，便于装卸，圆筒内侧底部布置制有与上盖板上的同样形状和大小的半圆形的凹槽，上盖板和下盖板配合起来形成一个完整的圆形孔腔，其端部分别制有一个圆形孔，其直径大于导柱的外径，便于安装，在下盖板的外侧开有侧孔，侧孔的直径等于导柱外侧孔径，圆形孔、导柱上的圆孔和立柱的螺纹孔三者中心线重合，由调节螺丝固定为一体；推杆的一端为半球形，与凸轮接触，另一端开制有螺纹，在靠近半球形的一侧制有圆形凸台，圆形凸台的直径小于上盖板上的凹槽的直径，便于推杆在上、下盖板围成的孔腔中往复运动，同时减少磨损；螺帽的一端为螺纹孔与推杆一端的螺纹相配合，螺帽的另一端为平面。

本发明实现对被测橡胶钢丝试件的横向加载的方法并对被测多试件进行变载变频；先采用复合式凸轮结构，凸轮运行一周对同一试件加载多次，实现多次加载的功效；凸轮外轮廓根据正弦函数进行绘制，凸轮对试件加载时，使得外轮廓上的不同点引起试件不同的变形程度，由于凸轮轮廓的连续性，使得试件的加载过程为动态且连续的加载过程；或采用复合式曲柄滑块机构，利用曲柄的旋转带动滑块的直线往复运动，实现对同一被测试件的多次加载功效；变频的实现是通过改变电机的型号实现，电机转速的变化使凸轮在单位时间内转动次数变化，改变单位时间内试件的受载次数；实现变载变频，或通过更换不同的凸轮外轮廓，使得试件受载力发生变化，进而试件的变形发生变化；或通过调整试件的位置，试件距离凸轮的远近影响试件的受载力大小；或根据实验的需要在工作台上更换试件的数量；其具体实现动态测量方法的步骤包括：

(1)、先将六个及以上的磁力座均匀放置在下工作台上，磁力座的按钮处于水平的没有磁力位置，磁力座的底端的锥形凸起与下工作台的锥形孔相配合，放置好后将按钮顺时针拧90°，将磁力座利用电磁力固定在下工作台上；

(2)、安装相同数量并位置对应的磁力座在上工作台上，磁力座的位置与下工作台的位置对应一致，具体安装方法同步骤(1)；

(3)、将上工作台下调，使其与下工作台的垂直距离小于试件的长度，以方便试件的加紧；将上工作台两侧立柱上的螺栓拧出，使上工作台能够沿着立柱上下移动，达到要求的位置后将螺栓拧入到相对应的螺纹槽中，将上工作台固定到所要求的位置；

(4)、将被测试件加紧在上下工作台之间，将磁力座上面的螺栓拧松形成缝隙，以便放进试件即可；将试件的一端放进下工作台的磁力座螺栓拧松后形成的缝隙中，再将螺栓拧紧将试件加紧；试件的另一端加紧在与该磁力座垂直位置的上工作台上，使试件在加紧后处于竖直方向；

(5)、调节上工作台的方位，使试件伸直，方法与步骤(3)相同，不同的是将上工作台向上移动到所要求的位置；

(6)、对试件进行加载实验，先启动电机，利用电机的输出轴带动凸轮进行匀速旋转运动，凸轮的外轮廓是按照正弦规律绘制，与凸轮相接触的推杆沿着凸轮的外轮廓实现往复运动，从而将凸轮的旋转运动变为推杆的直线运动；试件在受最大载荷时与垂直距离的最大偏差为4mm，试件的运动轨迹为半正弦波形，其横向坐标由电机的转速决定，转速越高，试件往复运动的次数越多，单位时间内的抛物线越集中；上述步骤完成后即可实现对被测试件的粘合性能的动态测量。

本发明的动态测量是通过对钢丝循环加载，近似的模拟轮胎在行驶过程中带束层部位的钢丝受载情况，通过加载次数的不同，得出橡胶与钢丝的粘合强度破坏程度，从而分析并计算出其变化规律，为后续研究提供性能参数。

本发明与现有技术相比，一是根据工作台上不同锥形孔的位置，定位试件的位置同时根据实验要求调节试件的数量，灵活性高；二是夹具底座采用磁力座，装拆方便，夹紧力大，定位准确；三是凸轮在基圆上有4个相同的外轮廓线，凸轮旋转一周，每个试样受力4次，节省时间，提高效率；四是多试样同时受载成为可能，同时半球头的设计可以减轻摩擦，平滑面的设计可防止打滑，通过调节螺帽的长短来调节试样在工作台上的位置，提高装置的利用率，扩大应用的范围，实用性增强；其装置的总体结构新颖，造价低，使用寿命长，动态测量原理可靠，数据科学合理，分析与计算准确，可有效实现对橡胶钢丝混合结构体的粘合性能的动态测量。

附图说明：

图1为本发明的总体结构原理示意图。

图2为本发明支撑装置的结构原理示意图。

具体实施方式：

下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步详细说明。

实施例：

本实施例的主体结构包括上工作台1、立柱2、调节螺丝3、导柱4、螺栓5、磁力座6、下工作台7、凸轮8、支撑装置9、螺纹孔10、上盖板11、下盖板12、推杆13、弹簧14和螺帽15；上、下对应结构的两个直径相等的圆形上、下工作台1和7的材料为碳素钢，在上、下工作台1和7的表面均匀分布制有以上、下工作台1和7的中心为圆心向四周均匀发散的锥形孔；上工作台1的两端制有两个垂直于工作台平面的立柱2，立柱2两圆心之间的距离小于上、下工作台1和7的直径，每个立柱2外侧处开有沿立柱2的轴线方向均匀分布的螺纹孔10与调节螺丝3配合；立柱2中间段处外套式制有导柱4，导柱4由左右两个环形圆柱组成，两个导柱的圆心间的距离等于立柱两圆心的距离，导柱4的内径大于立柱2的外径，导柱4与立柱2相配合，并通过调节螺丝3调节导柱4与立柱2的相对高度，从而调节上工作台1的高度；在每个导柱4的外侧制有沿导柱4的轴线方向按立柱2上螺纹孔相同尺寸均匀布置的圆孔，其孔径大于螺纹孔径，防止摩擦；立柱2插入导柱4的内筒中，将立柱2上的螺纹孔10与导柱4上的一个孔相对齐，用调节螺丝3将两者固定起来，从而调节上、下工作台1和7的间距；，在磁力座6的底端中心位置制有锥形凸起，与上工作台1上的锥形孔相配合，利用磁力将磁力座6固定在上工作台1上，磁力座6的上端由两个夹板组成，试件放在两夹板之间，利用螺栓5将两个夹板夹紧，达到固定试样的作用；凸轮8的外轮廓根据正弦函数曲线进行绘制，凸轮8上均匀布置制有四个相同形状的外轮廓曲线；横架在两个导柱4之间的支撑装置9包括上盖板11、下盖板12、推杆13、弹簧14和螺帽15，上盖板11的底侧周向均匀布置制有半圆形的凹槽16，凹槽16的数量与试样的数量相同；下盖板12结构为将上盖板11嵌入的圆筒型，圆筒的内径大于上盖板11的外径，便于装卸，圆筒内侧底部布置制有与上盖板11上的同样形状和大小的半圆形的凹槽16，上盖板11和下盖板12配合起来形成一个完整的圆形孔腔，其端部分别制有一个圆形孔17，其直径大于导柱4的外径，便于安装，在下盖板12的外侧开有侧孔18，侧孔18的直径等于导柱4外侧孔径，圆形孔17、导柱4上的圆孔和立柱2的螺纹孔10三者中心线重合，由调节螺丝3固定为一体；推杆13的一端为半球形，与凸轮8接触，另一端开制有螺纹，在靠近半球形的一侧制有圆形凸台，圆形凸台的直径小于上盖板11上的凹槽16的直径，便于推杆13在上、下盖板11和12围成的孔腔中往复运动，同时减少磨损；螺帽15的一端为螺纹孔与推杆13一端的螺纹相配合，螺帽15的另一端为平面。

本实施例的上工作台1为圆形，在其表面均匀布置锥形孔，外侧端竖向制有二个实心立柱2，立柱2的外侧沿圆柱的轴线方向开有均匀分布的多个螺纹孔10；下工作台7的直径、材料、锥形孔的数量和形状与上工作台1相同，在下工作台7的中心部位开有一个圆孔，便于凸轮8的安装；磁力座6旋转90°，利用磁力将上工作台1与磁力座6加紧，磁力座6的底端中心部位设计有锥形凸起，利用凸起与上工作台1上的锥形孔相配合来准确定位工件的位置；导柱4为圆环柱，在下工作台7的两侧竖向布置，导柱4的圆心距离与立柱2圆心间距离相等，上工作台1沿导柱4能够上下移动，在导柱4的圆环外侧各开有沿轴线方向均匀布置的多个孔，孔的间距与立柱2上螺纹的间距相等，且直径大于螺纹的直径，便于将立柱2在导柱4的孔内上下移动，将孔与立柱2上的螺纹孔10相对齐，利用调节螺栓3将上工作台1与导柱4固定，变换上下工作台间距；下盖板12的支架部分的圆环外侧开有与导柱4上的孔径相同的孔，利用螺栓将下盖板12、导柱4和上工作台1连接，根据工件的长短调节上、下工作台的高度以满足设计要求，下盖板12的中间部位下凹，在其上部均匀布置有半圆形凹槽16，凹槽16数量与两个工作台上锥形孔的周向数量一致；上盖板11的底部设计的凹槽数量与大小和下盖板12的相同，安装时上、下盖板配合形成圆形的空腔，便于安放推杆13和弹簧14，上下结构分开的设计方便推杆13和弹簧14的装夹和拆卸；推杆13的作用是将凸轮8的旋转运动转为直线运动，往复作用于试件，其结构一端为半球形，与凸轮8相接触，另一端有螺纹与螺帽15相配合，中间设计成圆形凸台，其直径比上下盖板间形成的圆形空腔直径小，防止推杆13往复运动时产生摩擦；弹簧14安放在上下盖板形成的空腔中，一端与靠近螺纹线的空腔壁连接，另一端与圆形凸台壁连接，在实验时利用弹簧14受压后的反弹力将推杆13恢复到原位，为下一次受力做好准备；螺帽15的一端为平面，将作用力传递给试件，平面设计可防止试件在受力时发生受力偏差而旋转，达不到要求的效果；螺帽15的另一端有螺纹孔，螺纹孔与推杆13的螺纹相配合，可以多设计几个长度不同的螺帽，根据试件的位置不同，选择不同长度的螺帽达到实验要求；凸轮8的高度和支撑装置9的高度与试件中心高度对齐，凸轮8的外轮廓采用正弦函数曲线绘制，在凸轮8上均匀分布四个相同的轮廓曲线，实验时凸轮8转一圈，试件会完成四个周期运动。

本实施例动态测量实验的过程和运行方法是：由电机驱动凸轮8旋转，推杆13的半球部位与凸轮8相接触，将凸轮8的旋转运动变为水平直线运动，带动推杆13运动，将支撑装置9中的弹簧14压紧，同时螺帽15对试件施加径向作用力，当凸轮8转到轮廓最大位置时，推杆13对试件的夹力最大，试件的变形量也最大，随着凸轮8转动，推杆13在弹簧14的作用下慢慢恢复到原来的位置，等待下一次施力；根据试件长度的要求，通过变换上工作台1的立柱2中螺纹孔的位置、支撑装置9的高度满足实验要求；或通过变换螺帽15的长度和磁力座6在上下工作台上的位置，调节试件在工作台的相对位置，同时还能根据实验要求变换试件的数量，其操作简单，方便快捷，效率高。

Claims (2)

1.一种橡胶钢丝粘合性能的动态测量方法，其特征在于实现对被测橡胶钢丝试件的横向加载并对被测多试件进行变载变频时，采用动态测量装置，装置的主体结构包括上工作台、立柱、调节螺丝、导柱、螺栓、磁力座、下工作台、凸轮、支撑装置；上、下对应结构的两个直径相等的圆形上、下工作台的材料为碳素钢，在上、下工作台的表面均匀分布制有以上、下工作台的中心为圆心向四周均匀发散的锥形孔；上工作台的两端制有两个垂直于上工作台平面的立柱，立柱两圆心之间的距离小于上、下工作台的直径，每个立柱外侧处开有沿立柱的轴线方向均匀分布的螺纹孔与调节螺丝配合；立柱中间段处外套式制有导柱，导柱由左右两个环形圆柱组成，两个导柱的圆心间的距离等于立柱两圆心的距离，导柱的内径大于立柱的外径，导柱与立柱相配合，并通过调节螺丝调节导柱与立柱的相对高度，从而调节上工作台的高度；在每个导柱的外侧制有沿导柱的轴线方向按立柱上螺纹孔相同尺寸均匀布置的圆孔，其孔径大于螺纹孔径，防止摩擦；立柱插入导柱的内筒中，将立柱上的螺纹孔与导柱上的一个圆孔相对齐，用调节螺丝将两者固定起来，从而调节上、下工作台的间距；在磁力座的底端中心位置制有锥形凸起，与上工作台上的锥形孔相配合，利用磁力将磁力座固定在上工作台上，磁力座的上端由两个夹板组成，试件放在两夹板之间，利用螺栓将两个夹板夹紧，达到固定试件的作用；凸轮的外轮廓根据正弦函数曲线进行绘制，凸轮上均匀布置制有四个相同形状的外轮廓曲线；横架在两个导柱之间的支撑装置包括上盖板、下盖板、推杆、弹簧和螺帽，上盖板的底侧周向均匀布置制有半圆形的凹槽，凹槽的数量与试件的数量相同；下盖板结构为将上盖板嵌入的圆筒型，圆筒的内径大于上盖板的外径，便于装卸，圆筒内侧底部布置制有与上盖板上的同样形状和大小的半圆形的凹槽，上盖板和下盖板配合起来形成一个完整的圆形孔腔，其端部分别制有一个圆形孔，其直径大于导柱的外径，便于安装，在下盖板的外侧开有侧孔，侧孔的直径等于导柱外侧的圆孔孔径；推杆的一端为半球形，与凸轮接触，另一端开制有螺纹，在靠近半球形的一侧制有圆形凸台，圆形凸台的直径小于上盖板上的凹槽的直径，便于推杆在上、下盖板围成的孔腔中往复运动，同时减少磨损；螺帽的一端为螺纹孔与推杆一端的螺纹相配合，螺帽的另一端为平面；先采用复合式凸轮结构，凸轮运行一周对同一试件加载多次，实现多次加载的功效；凸轮外轮廓根据正弦函数进行绘制，凸轮对试件加载时，使得外轮廓上的不同点引起试件不同的变形程度，由于凸轮轮廓的连续性，使得试件的加载过程为动态且连续的加载过程；或采用复合式曲柄滑块机构，利用曲柄的旋转带动滑块的直线往复运动，实现对同一被测试件的多次加载功效；变频的实现是通过改变电机的型号实现，电机转速的变化使凸轮在单位时间内转动次数变化，改变单位时间内试件的受载次数；实现变载变频，或通过更换不同的凸轮外轮廓，使得试件受载力发生变化，进而试件的变形发生变化；或通过调整试件的位置，试件距离凸轮的远近影响试件的受载力大小；或根据实验的需要在工作台上更换试件的数量；其具体的测量步骤包括：

（1）、先将六个磁力座均匀放置在下工作台上，磁力座处于水平的没有磁力位置，磁力座的底端的锥形凸起与下工作台的锥形孔相配合，放置好后将按钮顺时针拧90°，将磁力座利用电磁力固定在下工作台上；

（2）、安装相同数量的磁力座在上工作台上，磁力座的位置与下工作台的位置对应一致，具体安装方法同步骤（1）；

（3）、将上工作台下调，使其与下工作台的垂直距离小于试件的长度，以便试件的加紧；将上工作台两侧立柱上的调节螺丝拧出，使上工作台能够沿着立柱上下移动，达到要求的位置后将调节螺丝拧入到相对应的螺纹孔中，将上工作台固定到所要求的位置；

（4）、将被测试件加紧在上下工作台之间，将磁力座上面的螺栓拧松形成缝隙，以便放进试件；将试件的一端放进下工作台的磁力座螺栓拧松后形成的缝隙中，再将螺栓拧紧将试件加紧；试件的另一端加紧在与该磁力座垂直位置的上工作台上，使试件在加紧后处于竖直方向；

（5）、调节上工作台的方位，使试件伸直，方法与步骤（3）相同，不同的是将上工作台向上移动到所要求的位置；

（6）、对试件进行加载实验，先启动电机，利用电机的输出轴带动凸轮进行匀速旋转运动，凸轮的外轮廓按照正弦规律绘制，与凸轮相接触的推杆沿着凸轮的外轮廓实现往复运动，将凸轮的旋转运动变为推杆的直线运动；试件在受最大载荷时与垂直距离的最大偏差为4mm，试件的运动轨迹为半正弦波形，其横向坐标由电机的转速决定，转速越高，试件往复运动的次数越多，单位时间内的抛物线越集中；上述步骤完成后即可实现对被测试件的粘合性能的动态测量。

2.根据权利要求1所述的橡胶钢丝粘合性能的动态测量方法，其特征在于通过对钢丝循环加载，模拟轮胎在行驶过程中带束层部位的钢丝受载情况，通过加载次数的不同，得出橡胶与钢丝的粘合强度破坏程度，从而分析并计算出其变化规律，为后续研究提供性能参数。

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