CN104047845A - 齿轮泵寿命预测方法及橡胶挤出装置 - Google Patents

Abstract

检测齿轮（28）的转数（R）和从齿轮泵（14）挤出的橡胶的排出量（Q），根据检测出的转数（R）及橡胶的排出量（Q），计算齿轮（28）每转一圈从齿轮泵（14）挤出的橡胶的排出量的实测值（T1）与理论值（T）间的排出效率（η＝（T1/T））。根据算出的排出效率（η）来预测齿轮泵（14）的寿命。

Description

齿轮泵寿命预测方法及橡胶挤出装置

技术领域

本发明涉及一种齿轮泵寿命预测方法及橡胶挤出装置。

背景技术

有时将带状橡胶条缠绕在旋转的成形鼓上，形成橡胶部件。带状橡胶条通过将利用挤出机混炼的橡胶从接头向外部挤出成形。

在这样的橡胶条成形中，为了使从接头挤出的橡胶的排出量固定，使橡胶条的截面形状均匀，有时使用在挤出机与接头之间设置齿轮泵的橡胶挤出装置。

发明内容

（一）要解决的技术问题

齿轮泵经长期使用，存放在箱子内的齿轮磨损，供给接头的橡胶量变得不固定，由接头挤出的橡胶的排出量发生变化。特别是齿轮泵在从停止状态到橡胶条成形刚开始这样的齿轮加速时所挤出的橡胶排出量容易发生变化。

因此，如果不能得到所期望的性能，则更换或修理齿轮泵，但为了配合齿轮泵的更换或修理的时间而调整生产计划，或者为了通过在适当的时期筹备齿轮泵的更换部件，提高橡胶挤出装置的生产效率，期待预测齿轮泵的寿命，预测更换时间。

可是，在日本专利公开平成8-216230号公报中公开了下述的方法，其是在具备供给部、混炼部及计量部的混炼挤出机中，检测在供给部、混炼部及计量部上产生的振动，并通过进行该振动的波形分析来监视混炼挤出机的运转状态，预测异常发生的方法。

但是，在该文献中，根据混炼挤出机的运转状态中产生的振动来预测异常的发生，并没有提及齿轮泵的排出量。此外，根据振动的预测适用于混炼挤出机上发生的龟裂等疲劳破坏的预测，但不适用于齿轮泵的磨损这种逐渐进行的异常的预测。

此外，在日本实用新型公开平成4-73526号公报、日本专利公开平成6-26710号公报以及日本专利第4103036号公报中，公开了检测齿轮泵的转数与从齿轮泵挤出的排出量。但是，这些文献记载了调整齿轮的转速，以使齿轮泵的排出量固定，而并没有给出关于预测齿轮泵寿命的启发。

（二）技术方案

本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的是提供一种能够预想齿轮泵寿命的齿轮泵寿命预测方法及橡胶挤出装置。

本发明的齿轮泵寿命预测方法如下：检测齿轮泵上相互啮合旋转的一对齿轮的转数和从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量，根据检测出的转数和橡胶排出量，算出所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的实测值T1与所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的理论值T之间的比率（T1/T），根据算出的所述比率（T1/T），预测所述齿轮泵的寿命。

本发明的橡胶挤出装置具备具有相互啮合旋转的一对齿轮的齿轮泵、将橡胶供给所述齿轮泵的挤出机、将从所述齿轮泵挤出的橡胶排到外部的接头，在该橡胶挤出装置中，具备转数检测部、排出量检测部、计算部及预测部，所述转数检测部检测所述齿轮的转数，所述排出量检测部检测从所述齿轮泵挤出的橡胶的排出量，所述计算部根据所述转数检测部的检测值与所述排出量检测部的检测值，算出所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的实测值T1与所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的理论值T之间的比率（T1/T），所述预测部根据由所述计算部算出的所述比率（T1/T），预测所述齿轮泵的寿命。

作为本发明的优选方式，也可以为如下所述：将所述齿轮泵从运转开始时至当前时间点所算出的所述比率（T1/T）与计算的时间点的运转量进行关联并存储，算出表示存储的所述比率（T1/T）与计算的时间点的运转量之间的关系的近似函数，并根据算出的所述近似函数来预测所述齿轮泵的寿命。

此外，作为其他方式，所述齿轮的转数也可以根据用所述齿轮旋转的时间对所述齿轮的转数进行积分而得到的积分值来计算。进而，作为其他的方式，也可以为如下所述：检测供给所述齿轮泵的橡胶的压力，在检测出的橡胶的压力大于基准值的情况下，检测所述齿轮的转数和从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量。

（三）有益效果

根据本发明，能够预想齿轮泵的寿命，能够配合齿轮泵的更换或修理的时间而调整生产计划，或者在适当的时期筹备齿轮泵的更换部件，能够提高橡胶挤出装置的生产效率。

附图说明

图1是表示第一实施方式的橡胶挤出装置的模式图。

图2是表示图1的橡胶挤出装置的控制部的方框图。

图3是表示图1的橡胶挤出装置动作刚开始后的齿轮泵出口侧的压力与齿轮的转速的图。

图4是表示预测齿轮泵寿命的步骤的流程图。

图5是表示齿轮泵的运转量与排出效率η之间关系的图。

图6是表示第二实施方式的橡胶挤出装置的模式图。

具体实施方式

（第一实施方式）

以下参照附图说明本发明的第一实施方式。

图1是表示本实施方式的橡胶挤出装置10的模式图，图2是表示橡胶挤出装置10的控制构成的方框图。该橡胶挤出装置10是通过将橡胶条S供给旋转的成形鼓D上，在成形鼓D的外周面上使作为橡胶部件的充气轮胎成形的装置，其具备挤出机12、齿轮泵14、接头16、排出量检测部17及控制部18。另外，在本实施方式中，对橡胶挤出装置10对充气轮胎进行成形的情况进行示例，但本发明能够用于各种橡胶部件的成形。

挤出机12具有圆筒形的柱体20，与柱体20的供给口连接的料斗22，将橡胶混炼并送出至前端侧（即齿轮泵14侧）的螺杆24和使螺杆24旋转的马达26。挤出机12通过由控制部18控制的马达26使螺杆24旋转，一边将从料斗22供给柱体20内部的橡胶进行混炼，一边供给齿轮泵14的入口侧。

齿轮泵14具备一对齿轮28和箱子32，所述一对齿轮28连接在挤出机12的挤出方向前端侧，相互啮合旋转，所述箱子32设置有存放一对齿轮28的齿轮室30。

一对齿轮28分别由马达34旋转驱动，他们的转数由控制部18来控制。另外，为方便图示，一对齿轮28在图1的上下方向上排列，但实际在平面方向（齿轮28的旋转轴为图1的上下的方向）上排列配置。

箱子32在齿轮室30与挤出机12之间设置入口侧腔室36，在齿轮室30与接头16之间设置出口侧腔室38。齿轮泵14在一对齿轮28的啮合脱离时，从挤出机12供给入口侧腔室36的橡胶进入齿槽28a，并通过齿轮28的旋转送出至出口侧腔室38。

在齿轮泵14的入口侧腔室36上设置有压力传感器40，检测入口侧腔室36内的压力，也就是检测从挤出机12供给齿轮泵14的橡胶的压力。压力传感器40将检测出的入口侧腔室36内的压力输出至控制部18。

此外，在齿轮泵14的出口侧腔室38上设置有压力传感器42，检测出口侧腔室38内的压力，也就是检测齿轮泵14送出的橡胶的压力。压力传感器42将检测出的出口侧腔室38内的压力输出至控制部18。

接头16设置有与橡胶条S的截面形状相对应的形状的排出口44，其将从齿轮泵14送出的橡胶从排出口44排到外部，连续地进行带状的橡胶条S的挤出成形。

另外，从接头16挤出的橡胶条S根据在成形鼓D的外周面成形的橡胶部件，能够采用各种尺寸。此外，橡胶条S的截面形状不限于特定的形状，根据完成的截面形状，能够采用例如三角形、月牙形、圆形或矩形等各种且优选的形状。

排出量检测部17构成为，包括检测在后述的检查运转时从接头16的排出口44挤出的橡胶（检查用橡胶条St）重量的重量计，并将检测出的检查用橡胶条St的重量（排出量）输出至控制部18。

控制部18构成为，包括微型计算机及存储器，如图2所示，输入从压力传感器40输入的入口侧腔室36内的压力、从压力传感器42输入的出口侧腔室38内的压力、排出量检测部17检测出的检查用橡胶条St的重量（排出量）Q及来自键盘等输入部19的信号。

此外，控制部18作为运转量取得部、转数检测部、计算部及预测部而发挥作用，所述运转量取得部取得橡胶挤出装置10的运转量，所述转数检测部检测齿轮28的转数，所述计算部算出齿轮每转一圈从齿轮泵14挤出的橡胶的排出量的实测值T1相对理论值T的比率η（＝T1/T，以下称为排出效率η），所述预测部根据排出效率η来预测齿轮泵14的寿命。

这样的控制部18根据来自压力传感器40、42及排出量检测部17的输入，控制对螺杆24进行旋转驱动的马达26和对一对齿轮28进行旋转驱动的马达34，进行使供给成形鼓D的橡胶条S连续地进行成形的通常运转及用来预测齿轮泵14的寿命的检查运转。

在通常运转中，控制部18控制挤出机12的马达26使螺杆24旋转。接着，如果由压力传感器40检测出的入口侧腔室36内的压力达到指定压力以上，控制部18控制马达34使停止中的齿轮28旋转。由此，齿轮泵14将出口侧腔室38内的橡胶送出至接头16，并从排出口44连续地使带状的橡胶条S挤出成形。然后，如果已挤出所希望长度的橡胶条S，控制部18停止马达34而中止橡胶条S的成形。

如果进行上述通常运转，控制部18从新的齿轮泵14的运转开始时间点开始累计橡胶挤出装置10运转的天数，将该累计值作为橡胶挤出装置10的运转量存储。另外，作为运转量，除了如上所述的累计橡胶挤出装置10的运转天数以外，控制部18也可以将例如从齿轮泵14运转开始的时间点至当前时间点的橡胶挤出装置10的实际运转时间、齿轮泵14的齿轮28的转数（从齿轮泵14运转开始的时间点至当前时间点的齿轮28旋转次数的累计值）或轮胎的生产个数等的累计值作为运转量存储。

另外，如图3所示，在齿轮28从停止的状态到刚开始旋转后的齿轮28加速时，出口侧腔室38内的压力容易骤变，齿轮泵14及接头16容易承受载荷。此外，在从旋转中的状态到停止的齿轮28减速时，出口侧腔室38内的压力也容易骤变，齿轮泵14及接头16容易承受载荷。因此，在齿轮28加速时及减速时，控制部18控制马达34调节齿轮28的转速，以使由压力传感器42检测出的出口侧腔室38内的压力满足预先制定的条件。

此外，控制部18按照图4所示的步骤进行检查运转。首先，控制部18判断由压力传感器40检测出的入口侧腔室36内的压力是否达到指定压力（基准值）以上（步骤S1）。

在由压力传感器40检测出的压力为指定压力以下的情况下，控制部18控制挤出机12的马达26使螺杆24旋转，将柱体20内部的橡胶供给齿轮泵14的入口侧腔室36，之后，回到步骤S1（步骤S2）。

在由压力传感器40检测出的压力大于指定压力的情况下，控制部18控制马达34使齿轮泵14的齿轮28旋转，将出口侧腔室38内的橡胶送出至接头16，从排出口44使检查用橡胶条St挤出成形（步骤S3）。

在步骤S3中，在使检查用橡胶条St挤出成形的情况下，齿轮28的转速能够任意地设定，但优选设定为与使橡胶条S成形的通常运转相同的转速，例如，可以使齿轮28在5秒内从停止的状态加速至50rpm，以50rpm旋转20秒后，在2秒内从50rpm停止。

此外，控制部18在检查运转中（即齿轮28旋转的时间）检测齿轮泵14的齿轮28旋转的次数（转数）R（步骤S4）。具体地，控制部18每隔指定的采样时间（例如0.2秒）逐次检测马达34的转速，根据该检测结果检测在检查运转中齿轮28旋转的次数R。例如，也可以根据在各采样时间检测出的马达34的转速，使用正交分类法，算出用齿轮28旋转的时间对齿轮28的转速进行积分的积分值，根据该积分值来检测齿轮28的转数R。

接着，排出量检测部17检测在检查运转中从接头16的排出口44挤出的检查用橡胶条St的重量，并将该检测结果作为在检查运转中从齿轮泵14挤出的橡胶排出量Q输入至控制部18（步骤S5）。

如果从排出量检测部17输入排出量Q，则控制部18根据检查运转中的齿轮28的转数R及检查运转中的排出量Q，通过下式（1）算出齿轮28每转一圈从齿轮泵14挤出的橡胶的排出量的实测值T1，同时，算出齿轮28每转一圈从齿轮泵14挤出的橡胶的排出量的实测值T1相对排出量的理论值T的排出效率η（＝T1/T）。

若就根据齿轮泵14的齿轮28及齿轮室30的形状来决定的齿轮容量（体积）C和供给齿轮泵14的橡胶的密度ρ来说，能够通过下式（2）算出齿轮28每转一圈从齿轮泵14挤出的橡胶的排出量的理论值T，因此能够根据检查运转中的排出量Q、齿轮容量C、齿轮28的转数R、橡胶密度ρ，通过下式（3）算出排出效率η（步骤S6）。另外，齿轮容量C及橡胶的密度ρ可以通过输入部19适当设定。

T1＝Q/R   式（1）

T＝C×ρ   式（2）

η＝T1/T＝Q/（R×C×ρ）   式（3）

控制部18将算出的排出效率η与在算出排出效率η的时间点控制部18所存储的齿轮泵14的运转量进行关联并存储（步骤S7）。

上述检查运转在从新的齿轮泵14运转开始直至更换或修理齿轮泵14的期间，当橡胶挤出装置10的运转量达到指定量时或者在包含橡胶挤出装置10的设备的保养时等不进行通常运转的任意时机进行多次。

接着，控制部18如图5所示例，算出表示直至目前进行的检查运转中所得到的排出效率η与齿轮泵14的运转量之间关系的近似函数F，根据算出的近似函数来计算排出效率η达到指定基准值ηth以下时的齿轮泵14的运转量。控制部18将排出效率η达到指定基准值ηth以下时的齿轮泵14的运转量作为齿轮泵14的更换或修理时期，由此来预测齿轮泵14的寿命（步骤S8）。

另外，作为表示排出效率η与齿轮泵14的运转量之间关系的近似函数F，可以为直线函数、曲线函数的任意函数。此外，排出效率η的基准值ηth可以从输入部19适当地进行设定。

在如上所述的本实施方式中，通过根据排出效率η来预测齿轮泵14的寿命，能够准确地预测齿轮泵14的寿命。所述排出效率η是齿轮28每转一圈从齿轮泵14挤出的橡胶的排出量的实测值T1与理论值T的比率。

也就是说，齿轮泵14随着使用，齿轮28磨损，齿轮28与箱子32的齿轮室30间的缝隙增大。该缝隙越大，在齿轮泵14倒流的橡胶量越增加，从齿轮泵14排出的橡胶量减少，因此能够根据排出效率η推测齿轮28的磨损量，能够准确预测齿轮泵14的寿命。

此外，在本实施方式中，由于用于预测齿轮泵14寿命的排出效率η是将从齿轮泵14挤出的橡胶排出量换算成齿轮28每转一圈排出量，因此，例如像在根据出口侧腔室38的压力来调整齿轮28的转速的情况下，即使齿轮28的旋转为不稳定的状态，也能够进行检查运转。

因此，在根据每单位时间挤出的橡胶量来预测齿轮泵14的寿命的情况下，必须直至齿轮28的旋转稳定，由齿轮泵14送出橡胶之后，进行用来预测寿命的运转，但在本实施方式中，由于无须为进行上述检查运转而使齿轮28旋转稳定，能够阻止产生无用的橡胶，同时还能够在任意条件下进行检查运转。而且，通过在与使橡胶条S挤出成形的通常运转时相同的条件下进行检查运转，能够进行可靠性高的齿轮泵寿命的预测。

此外，在本实施方式中，由于从新的齿轮泵14运转开始之后直至目前进行的多次检查运转，根据得到的多个表示排出效率η与齿轮泵14的运转量之间关系的近似函数，来预测齿轮泵14的寿命，因此能够进一步提高齿轮泵寿命预测的可靠性。

此外，在本实施方式中，在齿轮泵14的入口侧腔室36内的压力大于指定压力的情况下，使齿轮泵14的齿轮28旋转，使检查用橡胶条St挤出成形，因此能够消除由于填充至入口侧腔室36的橡胶不足而导致的检查不良。

另外，在本实施方式中，对根据检查运转中算出的排出效率η来预测齿轮泵14的寿命的情况进行了说明，但也可以使用算出的排出效率η来补正通常运转时的齿轮28的转速。即，如果随着齿轮泵14的使用，排出效率η下降，由于通常运转时挤出的橡胶量减少，因此也可以较高地设定齿轮14的转速，以填补该橡胶量的减少。

（第二实施方式）

图6是表示第二实施方式的橡胶挤出装置10A的模式图。在该实施方式中，由多台橡胶挤出装置10A构成橡胶部件的制造设备，各橡胶挤出装置10A的控制部18通过通信网络与数据库100及终端102连接。各橡胶挤出装置10A的控制部18取得的齿轮容量C、橡胶密度ρ、排出效率η、齿轮泵14的运转量等信息保存在数据库100中，能够通过通信网络上的终端102阅览这些信息。

在这样的本实施方式中，能够统一地掌握多台橡胶挤出装置10A的各齿轮泵14的寿命，容易管理整个橡胶部件的制造设备。关于第二实施方式，其他的结构及作用效果与第一实施方式相同，说明从略。

（其他实施方式）

在上述实施方式中，说明了根据在多次检查运转中所得到的表示排出效率η与齿轮泵14的运转量之间关系的近似函数来预测齿轮泵14的寿命的情况，但也可以例如，如果检查运转中所得到的排出效率η为指定值以下，判断齿轮泵14的更换或修理的时期已到等，根据在1次检查运转中所得到的排出效率η来预测齿轮泵14的寿命。

以上说明了本发明的实施方式，但这些实施方式作为示例而进行提示，没有限定发明范围的意图。这些实施方式可以以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内，能够进行各种省略、置换及变更。这些实施方式或者其变形包含在发明范围或要旨中，同样，包含在权利要求书所记载的发明及其等同的范围内。

Claims (5)

1.一种预测具有相互啮合旋转的一对齿轮的齿轮泵的寿命的方法，包括以下步骤：

检测所述齿轮的转数和从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量；

根据检测出的转数及橡胶排出量，算出所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的实测值T1与所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的理论值T之间的比率（T1/T）；

根据算出的所述比率（T1/T），来预测所述齿轮泵的寿命。

2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，

将所述齿轮泵从运转开始时至当前时间点所算出的所述比率（T1/T）与算出所述比率（T1/T）的时间点的运转量进行关联并存储；

算出表示存储的所述比率（T1/T）与所述运转量之间关系的近似函数；

根据算出的所述近似函数来预测所述齿轮泵的寿命。

3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述齿轮的转数根据用所述齿轮旋转的时间对所述齿轮的转速进行积分而得到的积分值来算出。

4.根据权利要求1～3中任一项所述方法，其特征在于，

检测供给所述齿轮泵的橡胶的压力；

在检测出的橡胶的压力大于基准值的情况下，检测所述齿轮的转数和从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量。

5.一种橡胶挤出装置，其具备具有相互啮合旋转的一对齿轮的齿轮泵，将橡胶供给所述齿轮泵的挤出机，和将从所述齿轮泵挤出的橡胶排到外部的接头，其特征在于，

具备转数检测部、排出量检测部、计算部及预测部，

所述转数检测部检测所述齿轮的转数，

所述排出量检测部检测从所述齿轮泵挤出的橡胶的排出量，

所述计算部根据所述转数检测部的检测值与所述排出量检测部的检测值，算出所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的实测值T1与所述齿轮每转一圈从所述齿轮泵挤出的橡胶排出量的理论值T之间的比率（T1/T），

所述预测部根据由所述计算部算出的所述比率（T1/T），预测所述齿轮泵的寿命。