CN105246662B - 硫化控制方法及硫化控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种硫化控制方法及系统，其虽然使用简易分析模型，但是却可避免硫化不充分且缩短硫化时间，可立即获得最佳硫化时间。硫化生胎G前运用输入装置6将指定种类的硫化影响因素X的数据Xi输入运算装置2，使用输入的数据Xi，并利用贯穿硫化限制部的轮胎剖面一维热传导模型，算出轮胎剖面的温度分布的经时变化，根据该计算结果立即算出硫化时间Tc，计算该硫化时间Tc时，根据输入的个别硫化影响因素X的数据Xi缩短根据各硫化影响因素X所设定的安全时间Ts。
Description
技术领域
本发明涉及一种硫化控制方法及硫化控制系统，更详细而言，涉及一种硫化控制方法及硫化控制系统，其虽然使用简易分析模型，但是却可避免硫化不充分且缩短硫化时间，可立即获得最佳硫化时间。
背景技术
制造轮胎时，对使用未硫化橡胶成型的生胎硫化指定时间。通常硫化时间以未硫化橡胶(橡胶组合物)的发泡点时间为基准决定。发泡点时间是指，为了将加压下硫化的橡胶组合物脱模后使硫化工序结束，在恢复到大气压的时间点在橡胶组合物内部产生气泡后再消除气泡所需的最短时间。在成型工序和硫化工序中会产生各种偏差，因此考虑到这些偏差，以轮胎硫化限制部中的与未硫化橡胶发泡点时间对应的等效硫化度为基准，规定达到该等效硫化度的轮胎的发泡点时间，再加上指定安全时间以免硫化不充分，从而设定硫化时间。另一方面，如果硫化时间变长，则生产效率降低，并且因硫化过度会对橡胶物性产生不良影响。因此，要求避免硫化不充分，且尽量缩短硫化时间。
例如，已提出一种控制系统，其事先获取各个轮胎的最佳硫化时间，进行以该最佳硫化时间硫化的控制，从而消除因硫化过度导致轮胎性能降低的情况，以高效率获得均匀的轮胎(参照专利文献1)。具体而言，在专利文献1的控制系统中，根据对硫化时间造成影响的多种特性值的基准值算出基准硫化时间。然后，测量每个硫化轮胎的各特性值获得测量值，将该测量值与各基准值比较后求出差值，以与该差值相当的硫化时间补正基准硫化时间算出实际硫化时的硫化时间。然而，为了补正后算出硫化时间，需要事先通过实验或FEM计算掌握各特性值对硫化时间造成的影响度。而且，必须按每个不同的轮胎规格掌握该影响度，因此需要大量的作业工时，需要建立庞大的数据库。
此外，为了掌握轮胎硫化工序中的热传导状态，还使用了三维热传导和硫化反应度分析模型。然而，为了建立三维分析模型，需要高度技术和时间。此外，还存在分析时的计算需要大量时间，无法立即获得最佳硫化时间的问题。
现有技术文献
专利文献
【专利文献1】日本专利特开2007-98756号公报
发明内容
发明拟解决的问题
本发明的目的在于提供一种硫化控制方法及硫化控制系统，其虽然使用简易分析模型，但是却可避免硫化不充分且缩短硫化时间，可立即获得最佳硫化时间。
技术方案
为达成上述目的，本发明的硫化控制方法算出硫化时间，所述硫化时间包含根据影响硫化时间的硫化影响因素所设定的安全时间，以该算出的硫化时间硫化生胎，其特征在于，硫化生胎前将指定种类的硫化影响因素的数据输入运算装置，使用输入的所述数据，运用所述运算装置，并利用贯穿所述生胎硫化限制部的轮胎剖面一维热传导模型，算出轮胎剖面的温度分布的经时变化，根据该计算结果立即算出硫化时间，计算该硫化时间时，根据输入的个别硫化影响因素的数据缩短根据各硫化影响因素所设定的所述安全时间。
本发明的硫化控制系统具备运算装置，所述运算装置算出硫化时间，所述硫化时间包含根据影响硫化时间的硫化影响因素所设定的安全时间，以该算出的硫化时间硫化生胎，其特征在于，所述硫化控制系统采用如下结构，所述运算装置设有输入装置，所述输入装置储存贯穿硫化生胎硫化限制部的轮胎剖面一维热传导模型，并且在硫化生胎前将指定种类的硫化影响因素的数据输入所述运算装置，使用运用该输入装置输入的所述数据，利用所述一维热传导模型，算出轮胎剖面的温度分布的经时变化，根据该计算结果立即算出硫化时间，计算该硫化时间时，根据运用所述输入装置输入的个别硫化影响因素的数据缩短根据各硫化影响因素所设定的所述安全时间。
有益效果
根据本发明，使用简易一维热传导模型作为用于算出硫化时间的分析模型，因此可降低建立分析模型所需的工时，分析所需的计算也可短时间完成。而且，因硫化向生胎施加的热是从高温部位传导到低温部位的简单行为，瞬时热量不会对硫化时间造成很大影响，与所施加热量相应的化学反应累积会对硫化时间造成巨大影响。因此，即便不使用三维FEM模型等复杂分析模型，也可通过贯穿硫化限制部的一维热传导模型立即高精度地算出最佳硫化时间。此外，计算硫化时间时，以与输入的个别硫化影响因素的例如与分散相应的重要性成正比的方式，缩短根据各硫化影响因素所设定的安全时间，因此可避免硫化不充分且合理地缩短硫化时间。
附图说明
图1是举例说明本发明的硫化控制系统整体概要的说明图。
图2是硫化轮胎的子午线半剖面图。
图3是建立本发明所使用轮胎剖面一维热传导模型的说明图。
具体实施方式
下面根据图示的实施方式对本发明的硫化控制方法及硫化控制系统进行说明。
如图1所示的本发明的硫化控制系统1具备：运算装置2；以及，输入装置6，所述输入装置6将影响硫化时间的指定种类的硫化影响因素X的数据Xi输入运算装置2。该运算装置2连接有控制硫化装置5的硫化控制装置7。该实施方式中，运算装置2与监视器3一起配置在中央管理室4中。输入装置6、硫化控制装置7与硫化装置5一起配置在位于与中央管理室4的不同场所的硫化工厂8。配置在硫化工厂8的输入装置6及硫化控制装置7与配置在中央管理室4的运算装置2通过无线或有线的通信线路9连接。
运算装置2算出硫化时间Tc，所述硫化时间Tc包含根据各种硫化影响因素X所设定的安全时间Ts。该运算装置2储存贯穿硫化充气轮胎T(生胎G)硫化限制部的轮胎剖面一维热传导模型10。此外，还储存用于计算未硫化橡胶(橡胶组合物)等效硫化度的数据等。另外，硫化限制部是指硫化最慢的部位，通常是轮胎中央部、轮胎胎肩部或轮胎胎圈部附近，根据各轮胎可能已知。
图2举例说明硫化充气轮胎T的状态。充气轮胎T具备：环状胎面部11a，所述胎面部11a沿轮胎周向延伸；一对侧壁部11b，所述侧壁部11b配置在胎面部11a的两侧；以及，一对胎圈部13，所述胎圈部13配置在这些侧壁部11b的轮胎径向内侧。一对胎圈部13间架设有帘布层12，帘布层12的内周侧配置有内衬层11c。帘布层12包含沿轮胎径向延伸的多条增强帘线，围绕配置在各胎圈部13的胎圈芯13a，从轮胎内侧向外侧折回。胎圈芯13a的外周上配置有由剖面为三角形的橡胶组合物组成的胎边芯。胎面部11a的帘布层12的外周侧埋设有多个带束层14。带束层14包含与轮胎周向倾斜的多条增强帘线，且增强帘线在层间相互交叉配置。胎面部11a、侧壁部11b及内衬层11c的大部分由橡胶组合物形成。该轮胎内部结构是充气轮胎的代表性示例，但是并不限定于此。
该充气轮胎T硫化生胎G制造而成，所述生胎G配置在构成硫化装置5的硫化模具5a的内部。硫化时因热媒膨胀的硫化胶囊5b按压生胎G的内周面(内衬层11c)且对其施加热量。伴随该情况，形成生胎G的外周面被按压在硫化模具5a上的状态，从硫化模具5a对生胎G的外周面施加热量。因此，硫化限制部(硫化最慢的部分)大致位于距生胎G的外周面及内周面两者最远的位置。
硫化该充气轮胎T时，本发明中，使用如图3所示建立的轮胎剖面一维热传导模型10，算出最佳硫化时间Tc，以该算出的硫化时间Tc对生胎G进行硫化。图3中用箭头RL表示轮胎半径方向。
该一维热传导模型10贯穿硫化限制部PA，将在轮胎剖面上从硫化限制部中心P向下至轮胎的内周面及外周面的各垂线连接后构成。硫化限制部中心P可根据经验或实验的剖面(二维)温度计算的任意一个设定。图中的符号P1是轮胎外周侧热源，符号P2是轮胎内周侧热源，分别设定温度边界条件。
使用一维热传导模型10算出硫化时间Tc时，施加边界条件及初始条件，掌握贯穿硫化限制部PA的轮胎一维剖面的温度分布的经时变化。因此，运用输入装置6输入所需指定种类的硫化影响因素X的数据Xi，从而向一维热传导模型10施加边界条件及初始条件。指定种类的硫化影响因素X使用如下因素：例如，生胎G的硫化前温度、生胎G的硫化限制部位的厚度、与硫化限制部位对应的轮胎的胎面图案宽度及槽深、构成生胎G的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度及发泡点时间、硫化模具5a的硫化前温度、以及硫化胶囊5b的硫化前温度等。硫化影响因素X的数据Xi在各工序中还可利用作为管理数据等获取的数据。因此，可减少新获取数据Xi的工时。
使用运用输入装置6输入的数据Xi，在一维热传导模型10中，例如使用差分法计算轮胎剖面的经时温度，并算出温度分布的经时变化。然后，使用该算出的温度分布的经时变化的数据，利用阿雷尼厄斯的反应速率公式计算轮胎剖面的经时等效硫化度，算出硫化度分布的经时变化。然后，根据掌握的硫化度分布的经时变化的数据与未硫化橡胶的发泡点时间，算出硫化生胎G的发泡点时间Tb。轮胎剖面的温度分布的经时变化、硫化度分布的经时变化等数据可显示在监视器3中进行确认。
硫化时所设定的硫化时间Tc为算出的发泡点时间Tb加上根据各种硫化影响因素X的代表值所设定的安全时间Ts(Ts＝ΣTsi)。即，硫化时间Tc＝Tb+Ts。本发明中，算出硫化时间Tc时，减去该安全时间Ts内的仅根据运用输入装置6输入的个别硫化影响因素X的数据Xi所设定的安全时间Tsi。即，运用输入装置6输入的硫化影响因素X的数据Xi在算出发泡点时间Tb时已考虑，因此不需要仅根据该硫化影响因素X所设定的安全时间Tsi。因此，将该不需要的安全时间Tsi从作为基准的安全时间Ts中减去。所以，可缩短硫化生胎G时所设定的硫化时间Tc。
算出的硫化时间Tc通过通信线路9输入硫化控制装置7。硫化控制装置7控制硫化装置5以硫化时间Tc硫化生胎G。
因硫化向生胎G施加的热只从高温部位传导到低温部位，瞬时热量不会对硫化时间造成很大影响，基于所施加热量的化学反应累积会对硫化时间造成巨大影响。因此，即便不使用三维模型等复杂分析模型，也可通过一维热传导模型10高精度地算出最佳硫化时间Tc。因此，虽然使用简易一维热传导模型10，但是却可避免硫化不充分且缩短硫化时间。
此外，使用一维热传导模型10作为分析模型，因此不需要复杂大量的计算，计算时间大幅缩短。因此，可通过运算装置2立即算出最佳硫化时间Tc。还可减少建立分析模型所需的工时。
本发明例如硫化相同规格的轮胎时运用在每个批次，算出最佳硫化时间Tc。或者，还可对每个硫化轮胎运用本发明。
使用一维热传导模型10计算时，例如，使用硫化模具5a的硫化前温度、硫化胶囊5b的硫化前温度及生胎G的硫化前温度作为输入运算装置6的硫化影响因素X的数据Xi。硫化模具5a的硫化前温度反映在一维热传导模型10的轮胎半径方向RL的其中一侧的边界条件中。硫化胶囊5b的硫化前温度反映在一维热传导模型10的轮胎半径向RL的另一侧的边界条件中。生胎G的硫化前温度反映在初始条件中。因此，可高精度地简单算出温度分布的经时变化及硫化度分布的经时变化、乃至最佳硫化时间Tc。
还可使用生胎G的硫化限制部位(包含硫化限制部位附近)的厚度及构成生胎G的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度作为输入运算装置6的硫化影响因素X的数据Xi。此时，生胎G的硫化限制部位的厚度反映在一维热传导模型10的两端长度中(例如轮胎半径方向RL的长度)。构成生胎G的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度反映在根据轮胎剖面的温度分布的经时变化算出硫化时间时的等效硫化度的达到基准中。即，反映在等效硫化度的计算基准中且硫化速度慢的未硫化橡胶设定为只要温度不会更高则等效硫化度不会提升。因此，可高精度地简单算出温度分布的经时变化及硫化度分布的经时变化、乃至最佳硫化时间Tc。
为了使用一维热传导模型10以高精度掌握轮胎剖面的温度分布的经时变化，优选至少使用生胎G的硫化前温度、生胎G的硫化限制部位的厚度、与硫化限制部位对应的轮胎的胎面图案宽度及槽深、构成生胎G的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度及发泡点时间、硫化模具5a的硫化前温度、硫化胶囊5b的硫化前温度作为输入运算装置6的硫化影响因素X的数据Xi。
然而，构成生胎G的带束层14、胎圈芯13a等金属构件与橡胶组合物相比，热传导性非常优异。此外，根据胎面图案，热传导性可能大幅增加。因此，根据金属构件或胎面图案，轮胎实际尺寸的一维热传导模型10中，还会发生无法与实际生胎G热传导性相吻合的情况。此时，事先掌握金属构件或胎面图案对热传导性所造成影响的大小，根据该影响的大小调节一维热传导模型半径方向RL的长度，使其与实测热传导相符合。因此，可建立简易分析模型，而不会损害计算结果的精度。
如该实施方式所示，如果将输入装置6配置在硫化生胎G的硫化工厂8，将运算装置2配置在与硫化工厂8不同的场所，则可在配置运算装置2的场所(中央管理室4)集中控制硫化信息，因此便于管理硫化信息。例如，将配置在中央管理室4的运算装置2作为集线器，通过通信线路9连接该运算装置2与配置在各硫化工厂8的多个输入装置6。不仅可将运算装置2与输入装置6配置在相同国家内，硫化工厂8位于其他国家时，也可通过通信线路9连接配置在国内的运算装置2与配置在其他国家的输入装置6。
符号说明
1 硫化控制系统
2 运算装置
3 监视器
4 中央管理室
5 硫化装置
5a 硫化模具
5b 硫化胶囊
6 输入装置
7 硫化控制装置
8 硫化工厂
9 通信线路
10 一维热传导模型
11a 胎面部
11b 侧壁部
11c 内衬层
12 帘布层
13 胎圈部
13a 胎圈芯
14 带束层
G 生胎
T 硫化轮胎
Claims (10)
1.一种硫化控制方法，其算出硫化时间，所述硫化时间包含根据影响硫化时间的硫化影响因素所设定的安全时间，以该算出的硫化时间硫化生胎，其特征在于，
硫化生胎前将指定种类的硫化影响因素的数据输入运算装置，使用输入的所述数据，运用所述运算装置，并利用贯穿所述生胎硫化限制部的轮胎剖面一维热传导模型，算出轮胎剖面的温度分布的经时变化，根据该计算结果立即算出硫化时间，计算该硫化时间时，根据输入的个别硫化影响因素的数据缩短根据各硫化影响因素所设定的所述安全时间。
2.如权利要求1所述的硫化控制方法，其中，使用硫化模具的硫化前温度、硫化胶囊的硫化前温度及所述生胎的硫化前温度作为输入所述运算装置的硫化影响因素的数据，使所述硫化模具的硫化前温度与硫化胶囊的硫化前温度分别反映在所述一维热传导模型的轮胎半径方向的边界条件中，使所述生胎的硫化前温度反映在所述一维热传导模型的初始条件中。
3.如权利要求1所述的硫化控制方法，其中，至少使用所述生胎的硫化前温度、所述生胎的硫化限制部位的厚度、与所述硫化限制部位对应的轮胎的胎面图案宽度及槽深、构成所述生胎的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度及发泡点时间、硫化模具的硫化前温度、硫化胶囊的硫化前温度作为输入所述运算装置的硫化影响因素的数据，使所述生胎的硫化限制部位的厚度反映在所述一维热传导模型的两端长度中，使构成所述生胎的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度反映在根据所述轮胎剖面的温度分布的经时变化算出硫化时间时的等效硫化度的达到基准中。
4.如权利要求2所述的硫化控制方法，其中，至少使用所述生胎的硫化前温度、所述生胎的硫化限制部位的厚度、与所述硫化限制部位对应的轮胎的胎面图案宽度及槽深、构成所述生胎的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度及发泡点时间、硫化模具的硫化前温度、硫化胶囊的硫化前温度作为输入所述运算装置的硫化影响因素的数据，使所述生胎的硫化限制部位的厚度反映在所述一维热传导模型的两端长度中，使构成所述生胎的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度反映在根据所述轮胎剖面的温度分布的经时变化算出硫化时间时的等效硫化度的达到基准中。
5.如权利要求1～4中任一项所述的硫化控制方法，其中，根据构成所述生胎的金属构件或胎面图案对热传导造成影响的大小，调节所述一维热传导模型的轮胎半径方向的长度，使其与实测热传导相符合。
6.如权利要求1～4中任一项所述的硫化控制方法，其中，将输入所述硫化影响因素的数据的输入装置配置在硫化所述生胎的工厂，将所述运算装置配置在与所述工厂不同的场所。
7.如权利要求5所述的硫化控制方法，其中，将输入所述硫化影响因素的数据的输入装置配置在硫化所述生胎的工厂，将所述运算装置配置在与所述工厂不同的场所。
8.一种硫化控制系统，其具备运算装置，所述运算装置算出硫化时间，所述硫化时间包含根据影响硫化时间的硫化影响因素所设定的安全时间，以该算出的硫化时间硫化生胎，其特征在于，
所述硫化控制系统采用如下结构，所述运算装置设有输入装置，所述输入装置储存贯穿硫化生胎硫化限制部的轮胎剖面一维热传导模型，并且在硫化生胎前将指定种类的硫化影响因素的数据输入所述运算装置，使用运用该输入装置输入的所述数据，利用所述一维热传导模型，算出轮胎剖面的温度分布的经时变化，根据该计算结果立即算出硫化时间，计算该硫化时间时，根据运用所述输入装置输入的个别硫化影响因素的数据缩短根据各硫化影响因素所设定的所述安全时间。
9.如权利要求8所述的硫化控制系统，其中，输入所述运算装置的硫化影响因素的数据至少是所述生胎的硫化前温度、所述生胎的硫化限制部位的厚度、与所述硫化限制部位对应的轮胎的胎面图案宽度及槽深、构成所述生胎的硫化限制部位的未硫化橡胶的硫化速度及发泡点时间、硫化模具的硫化前温度、以及硫化胶囊的硫化前温度。
10.如权利要求8或9所述的硫化控制系统，其中，将所述输入装置配置在硫化所述生胎的工厂，将所述运算装置配置在与所述工厂不同的场所。
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