CN107428036B - 用于生产磨削弹性体的方法和设备 - Google Patents

用于生产磨削弹性体的方法和设备 Download PDF

Info

Publication number
CN107428036B
CN107428036B CN201480081027.6A CN201480081027A CN107428036B CN 107428036 B CN107428036 B CN 107428036B CN 201480081027 A CN201480081027 A CN 201480081027A CN 107428036 B CN107428036 B CN 107428036B
Authority
CN
China
Prior art keywords
grinding
nozzles
nozzle
pressure
feed rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201480081027.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN107428036A (zh
Inventor
哲尔吉·莫尔多万
加博尔·科什贾尔
费伦茨·哲尔吉·科什贾尔
安塔尔·恰科
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hungarojet Ipari Es Szolgaltato Kft
Original Assignee
Hungarojet Ipari Es Szolgaltato Kft
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hungarojet Ipari Es Szolgaltato Kft filed Critical Hungarojet Ipari Es Szolgaltato Kft
Publication of CN107428036A publication Critical patent/CN107428036A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN107428036B publication Critical patent/CN107428036B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B02C19/061—Jet mills of the cylindrical type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B02C19/063—Jet mills of the toroidal type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B02C19/065—Jet mills of the opposed-jet type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B02—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING; PREPARATORY TREATMENT OF GRAIN FOR MILLING
    • B02C—CRUSHING, PULVERISING, OR DISINTEGRATING IN GENERAL; MILLING GRAIN
    • B02C19/00—Other disintegrating devices or methods
    • B02C19/06—Jet mills
    • B02C19/068—Jet mills of the fluidised-bed type
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/02—Separating plastics from other materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • B29B17/0404—Disintegrating plastics, e.g. by milling to powder
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • B29B17/0412—Disintegrating plastics, e.g. by milling to large particles, e.g. beads, granules, flakes, slices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29B—PREPARATION OR PRETREATMENT OF THE MATERIAL TO BE SHAPED; MAKING GRANULES OR PREFORMS; RECOVERY OF PLASTICS OR OTHER CONSTITUENTS OF WASTE MATERIAL CONTAINING PLASTICS
    • B29B17/00—Recovery of plastics or other constituents of waste material containing plastics
    • B29B17/04—Disintegrating plastics, e.g. by milling
    • B29B2017/0424—Specific disintegrating techniques; devices therefor
    • B29B2017/0428—Jets of high pressure fluid
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29K—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES B29B, B29C OR B29D, RELATING TO MOULDING MATERIALS OR TO MATERIALS FOR MOULDS, REINFORCEMENTS, FILLERS OR PREFORMED PARTS, e.g. INSERTS
    • B29K2021/00—Use of unspecified rubbers as moulding material
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2030/00—Pneumatic or solid tyres or parts thereof
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/62—Plastics recycling; Rubber recycling

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Disintegrating Or Milling (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Separation, Recovery Or Treatment Of Waste Materials Containing Plastics (AREA)

Abstract

本发明是一种用于生产磨削弹性体的方法，包括以下步骤：将来自至少一个喷嘴的液体射流引导至相对于该至少一个喷嘴的排放方向沿至少部分横向的方向移动的弹性材料上。在根据本发明的方法中，引导至弹性材料上的液体射流具有650巴至135巴的压力，并且使弹性材料相对于该至少一个喷嘴移动，使得在适于破裂弹性材料的表面的第一阶段中，弹性材料在受到液体射流的冲击时在与排放方向横向的方向上具有10mm/s至20mm/s的第一向前进料速率，并且使得在破裂表面后的第二阶段中，弹性材料具有相比于第一向前进料速率降低35‑65％的第二向前进料速率。此外，本发明还是一种用于生产磨削弹性体的设备。

Description

用于生产磨削弹性体的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种用于生产磨削弹性体(研磨弹性体，milled elastomer)的方法和设备。
背景技术
根据行业经验，尽管普遍努力地进行回收，但是所用轮胎的直接回收(即，所用轮胎的橡胶材料的入料重复利用)并没有以决定性速率增加。其中一个主要原因在于，仅通过很少的回收公司使得能够获得如下高纯度的颗粒(磨削材料)：其几乎不含金属、合成纤维和其他污染物，并且通过常规机械磨削生产，而且颗粒具有直接再使用所需的小粒径(即，在大多数情况下具有在400微米之下的粒径)。另一原因在于，广泛应用的机械磨削过程涉及磨削整个轮胎，使所得的橡胶颗粒是混合材料物质，因为其将包含生产轮胎所应用的所有种类的橡胶，而且取决于用于磨削过程的汽车和卡车轮胎的比例，其还将具有不同的组成。
在本领域已知的方法中，与混合的机械生产的橡胶碎屑的适用性相关的问题试图通过使机械生产的碎屑经受不同的化学和机械处理来解决。相应地，已知若干种不同的用于生产用于橡胶行业的再生材料的方法。然而，应用这些方法涉及额外的成本，并且在很多情况下，证明了这些方法是不经济的。
这些问题有助于高压液体射流轮胎磨削的行业领域的发展，并因此存在适于生产橡胶碎屑的若干设备。在经济方面，许多这些设备和方法都是不利的，这是因为生产的橡胶碎屑的尺寸不均匀以及它们的高比能量需求。
在WO 2009/129906 A1中，公开了一种用于水射流破裂(分解)材料的方法和设备。所公开系统的目的包括：除了加工一般应用大小的轮胎以外，还应用超高压(超过6000巴)水射流磨削超大轮胎、橡胶履带、传送带和缆绳的弹性材料。该文档不利地缺少对所采用方法的能量相关影响的讨论，包括由磨削热的产生造成的问题，在该文档建议的压力范围内，磨削热是尤其显著的现象。此外，该文档没有公开在磨削期间适当固定和支撑各种工件，并且也没有讨论所生产的碎屑浆的脱水和最终产品的干燥。
根据WO 2009/068874 A1的技术概念比上文详述的方案更复杂，除了描述不同轮胎类型的液体射流处理以外，还提供了一种用于对碎屑浆脱水并干燥最终产品的提议。该申请的目的也包括处理超大(尤其是所谓的非公路用)轮胎。然而，这些轮胎中的很大一部分并不完全是钢帘线子午线类型(但是它们可以在胎面下的加固物中包括钢帘线)。根据该文档，与橡胶材料一起，轮胎的胎体的合成纤维含量也由高压水射流磨削，取决于纤维的材料(聚酰胺、聚酯、芳香聚酰胺等)，合成纤维的移除可能造成不同的问题。在待用作回收材料的轮胎碎屑中，合成纤维污染物的存在是极其不利的。此外，该文档未详细描述用于处理轮胎的方法。该文档中公开的方法具有其他缺点，即，在方法的多个步骤中均涉及磨削材料(研磨材料)的使用，对于将磨削材料从橡胶材料中移除，目前没有已知的有效行业方案。除此以外，根据该文档的方案不利地未提及磨削过程期间通过热发生的能量损失问题。
除了对行业技术方案的综合描述，在WO 2010/023548 A1中还公开了某些磨削设备的构造示意图。该文档也未涉及磨削过程的能量效率以及磨削期间热发生的问题，但这些影响在该文档中指定的压力范围(在3000巴之上)内是非常显著的。
如可以看出的，已知方案重复出现的缺陷在于，它们无法处理磨削过程的能量相关情况，或者处理深度不够。在高压水射流磨削期间，液体射流冲击待磨削表面具有非常显著的动能，这基本上由液体射流的速度引起。根据文献资料，该速度在2000巴的压力下为630m/s，而在3000巴的压力下，其可以达到780m/s。
与上述引用的方案相比，在WO 2008/084267 A1中，公开了对高压(超高压)液体射流磨削过程的理论讨论。根据该文档，根据高压射流代表的动能以及待磨削弹性体的所谓的撕裂能来检查磨削过程的能量相关情况。
在WO 2010/007455 A2中公开了一种能够进行超高压液体射流磨削过程的设备。根据该文档的设备允许在一个共同轴上安装两个轮胎。在磨削过程期间，可以从磨削空间的外部驱动携带轮胎的轴。应用从内部支撑轮胎的胎面的机构将轮胎固定至轴。
在WO 01/53053 A1、CN 202498654U、GB 2 339 708 A、DE 196 48 551 A1、CN200988284Y和CN 101224609A以及匈牙利专利申请P 11 00429和P 12 00305中也公开了高压水射流磨削过程(工艺)。根据匈牙利专利申请号P 11 00429，在方法的过程期间，工作流体与生产的碎屑分离，在回收工作流体之前，通过专门方案从工作流体中回收工艺热。
大部分已知方案都具有以下共同的缺点：在磨削过程期间生成大量的热，这造成急剧加热含由工艺产生的橡胶碎屑的工作水浆。使这种流体再冷却涉及两种不用方式的能量浪费。首先，浪费加热液体射流所需的能量，其次，随后需要再冷却加热的液体，这也需要额外的能量。
因此，已知方案未解决的最重要的问题之一是，对于以经济的方式生产碎屑弹性体，必须减少能量需求，因此也必须减少工艺的能量消耗。鉴于上面引用的已知方案，因此产生了下述需要：提供一种用于生产磨削弹性体的方法和设备，通过该方法和设备，可以更经济、更高效地且以比已知方案低的能量需求来生产磨削弹性体，优选地，均匀、细粒的磨削弹性体。
发明内容
本发明的主要目的是提供一种在最大的可能程度上没有现有技术方案的缺点的用于生产磨削弹性体的方法和设备。
本发明的另一目的在于，提供一种方法，应用该方法可以更经济、更高效地且以比已知方案低的能量消耗来生产具有均匀粒径分布的磨削弹性体，优选地，均匀的橡胶颗粒(碎屑)。
本发明的又一目的在于，与已知方案相比，利用本发明能够降低弹性体的高压液体射流磨削的比能量消耗。本发明的另一目的在于，提供一种能够以行业规模执行根据本发明的方法的用于生产磨削弹性体的设备。
基于来自弹性材料的磨削过程的理论分析的认可，已经提供了本发明的方法，并且基于这些理论考虑开发了用于磨削弹性材料特别是受控磨削轮胎胎面的橡胶层的设备。
通过根据权利要求1的方法和根据权利要求15的设备可以实现本发明的目的。在从属权利要求中限定了本发明的优选实施方案。
附图说明
下文通过实施例参考所附附图描述了本文的优选实施方案，在附图中
图1是示出了弹性材料在受到高压液体射流的冲击下硬化并弹回的瞬态过程的图，
图2是示出了适合于描述弹性材料的沃伊特-开尔文模型的示意图，
图3A是示出了适用于高压液体射流磨削的喷嘴的压力-体积流量(流率)诺模图(列线图)以及确定对应于给定液体流量和喷嘴孔径值的压力值的图，
图3B是示出了适用于高压液体射流磨削的喷嘴的压力-体积流量诺模图以及确定对应于给定压力和喷嘴孔径值的液体流量值的图，
图4是示出了根据本发明的设备的适于磨削四个轮胎的这种实施方案的立体正投影图，
图5是示出了本发明设备的实施方案所包括的两排喷嘴的立体正投影图，
图6是示出了适用于本发明设备的轮胎安装轴的立体正投影图，安装轴设置在支撑架上，
图7是示出了根据本发明的设备的实施方案的轮胎固定机构的立体正投影图，
图8是示出了打开状态的包括驱动单元并适于将根据本发明的设备的轮胎安装轴与支撑轴固定在一起的支撑机构的立体正投影图，
图9是示出了处于闭合状态的根据图8的支撑机构的立体正投影图，
图10A是示出了适用于根据本发明的方法和设备的两排喷嘴的可能布置的示意图，
图10B示意性地示出了根据图10A的布置中液体射流的力矢量，以及
图11是示出了适用于根据本发明的方法和设备的两排喷嘴的另一可能布置的示意图。
具体实施方式
弹性材料的(超)高压水射流磨削的实践中一种已知的现象是，在磨削过程期间会产生大量的热，证实热本身会加热包括磨削弹性体的浆(浆料)。该现象引起的缺点可以总结如下：
-在磨削过程期间，磨削液体射流的动能的一部分被转化为热，即，该部分的能量不进行磨削工作，因此，这是浪费的能量。
-磨削液体的急剧加热引起液体的蒸发损失增加。在磨削过程结束后，在打开磨削设备时，待再循环用于随后的磨削程序的水量减少了蒸发的量。再供应工作水涉及额外的成本。
-必须冷却与水浆分离的加热工作水。该冷却过程也需要能量，因此引起额外的能量损失。冷却工作水是有必要的，这是因为与含弹性体的浆分离的水会被回收用于随后的磨削程序，而且高压泵仅可以由相对低温的水(具有通常在大约30℃之下的温度)供给。
根据该行业分支的实践已知下述事实：从实用性的角度考虑，为了大量生产磨削弹性体，必须在应用于磨削的压力下供应大量的水。优选地应用容积式活塞泵来实现这一点。也可以利用升压泵来产生应用于磨削的高压水平，但这些泵只能实现显著较低的质量流量，因此，更不用说以经济的方式适用于工业量的磨削材料。
为了理解加热现象的机制，下文更详细地分析了磨削过程。
液体射流磨削的过程基本上具有三个主要阶段(级)。在已知的方法中，在所有三个阶段期间采用相同的磨削参数，即，在已知的方法期间使磨削参数(例如向前进料速率)保持不变。磨削阶段的意思是指高压液体射流优选地沿待磨削的表面经过一次，但是单个磨削阶段还可以包括多次经过待磨削的整个表面。磨削过程的三个主要阶段可以描述如下：
-在磨削过程的第一阶段中，液体射流的动能主要用于破裂固体弹性材料(通常为橡胶)的表面。即使弹性材料是轮胎并且其胎面表面具有图案，其也被视为固体的，这是因为图案的橡胶材料本身是固体的。在通常使用的已知设备中，在该阶段分离相对低数量的颗粒，同时碎屑浆被显著加热，甚至相对于磨削水的温度加热了20-25℃。由于轮胎表面在该阶段被破裂，因此射流通常只经过待磨削的表面一次。
-在第二阶段，其中进行现在已破裂的轮胎表面的实际磨削，液体射流的磨削效果是较有效的，这体现在提取较大数量的橡胶碎屑(例如，投入轮胎的单次转动)。在该第二阶段，碎屑浆加热至较小的程度，从而仅分析该阶段，浆的温度增加大约5-15℃。
-磨削过程的第三阶段是可选的；其例如在橡胶轮胎的情况下应用于清洗胎面表面。例如，在具有钢帘线胎体的轮胎的情况下，轮胎胎面的材料被分离并向下磨削至钢帘线加固帘布层，即，残余橡胶材料在该阶段被磨削。在该阶段中，碎屑浆的加热梯度也相对低，通常不超过5-15℃。
基于已知过程中获得的关于热产生获得的经验，我们认识到更有效地利用液体射流的动能的关键因素之一在于，更有效地利用用于破裂弹性材料的表面的第一磨削阶段的参数。基于这一认识，我们集中分析了第一磨削阶段，并且因此检查了高压液体射流进入弹性体的条件，如下文详细所述。
通过分析我们的成果，我们认识到，有利的是还考虑到弹性材料的非牛顿流体特性来检查磨削过程。
在弹性体中，剪切应力很大程度上还取决于力效应的动力学。在该情况下，证实了在高速穿透的开始，弹性材料显示出比材料的初始(内在)硬度大得多的瞬态硬度。瞬态硬度的速率取决于冲击速度。
因此，在高压以及如上所述的高速液体射流的影响下，在穿透的开始，通常是几微秒的时间段，弹性材料经历非常显著的瞬态硬化，这引起弹性体的抗张强度和撕裂能量的瞬态增加。当液体射流冲击硬化的材料时，相比于冲击非硬化的表面，其动能的较大部分被转化为热。随着液体射流穿透材料，其动能减少，而弹性体的抗张特性逐渐回到其初始状态，即，代表材料的变形响应的函数呈现降低。
图1的图(实线曲线)可以表征工艺的过程。图中指示的附图标记在下文解释。
图1中所示的函数对应于由定性显示弹性体的粘弹性行为的沃伊特-开尔文机械模型获得的时间曲线图。在图2中示出了该模型。在该模型中，弹性材料的具有弹性模量E的弹性用弹簧表示，而其粘性性质用具有粘度系数η的阻尼器表示，所述阻尼器与弹簧平行连接。
该模型的应力等式如下：
σ＝Εε+ηdε/dt
其中
-σ是弹性体经受的应力，
-E是弹性体的模量特性(在该模型中，对应的参数为弹簧常数)，
-ε是弹性体的相对变形参数，并且
-η是粘度因子(因数)，即，该模型中阻尼器的阻尼效应。
在应力σ在磨削射流穿透材料的时刻出现的情况下，表达该方程的变形，获得了以下等式
ε(t)＝σ/Ε(1-ε-t/τ)
该公式描述了在图2所示的液体射流的穿透时间σ期间变形参数的值的增加。在该公式中，τ是表达为粘度因子η与弹性模量E的比率的延迟时间(滞后时间)，即，该参数代表弹性体的粘弹性。如图1所示，τ的值由起点处开始的变形激增曲线的切线确定。
描述穿透时间σ过去后发生的松弛过程(即，曲线的下降部分，图中以实线描绘)的等式如下：
ε(t)＝σ/Ε(1-e–δ/τ)e-(t-δ)/τ
图1中的虚线表示在激增过程后没有穿透能量损失造成的松弛的情况下，持续时间为σ的激增过程会如何继续。
可能以非常麻烦的方式针对整块材料在数量上解出描述弹性材料的行为的等式，因为该模型仅能够代表单个聚合物链段的行为。为了确切描述给定集合的分子的行为，必须使模型成倍增加，因此，该方案可以被描述为互连集合的沃伊特-开尔文模型(为了更确切的描述，必须添加其他模型分量(部分))。因此，通过将该组分量的单个方案相加获得确切的结果。
考虑到下述事实：大部分弹性体具有很大程度上不均匀的结构，即，系统中包括的单个分子组的特性不同，并且难以各自确定，分析还对有限元法的应用造成了相当复杂的问题。弹性体中出现的随机结构故障的位置的不确定性对建模造成了进一步限制。
但是，该模型适合于定性表征弹性材料在受到液体射流的冲击时的行为，并对过程的第一阶段中产生的大量的热提供定性解释。
在磨削射流的穿透意在表明对问题的确切数学描述的情况下，能量分析的复杂性的上述说明需要更宽范围的调查。缺少足够深度的理论说明以及仅具有有限范围的实践经验，该问题的分析方案目前似乎是不可行的。因此，还为了准备更深的理论研究，在下文调查了考虑到上文描述的弹性材料的行为，如何应用高压液体射流减少材料提取的比能量消耗，即，如何能使材料提取过程更节约能量。
如由之前的分析以及WO 2008/084267 A1已知的，对于液体射流磨削过程期间材料的提取，需要施加超过弹性材料的撕裂能量的动能。液体射流的动能基本上由能量传递介质的质量和速度确定。
在已知的液体射流磨削方法中，通常液体射流的速度的增加被视为确定磨削效率的关键因素，可以通过增加应用于分离材料的液体的压力来提供速度的增加。在大部分上述引用的专利文件中，均针对液体射流限定了极宽的压力范围。如实践经验所表明的，在大多数情况下，应用这些范围的中上部分(大约3000巴)。
然而，如由上述公式可以看出的，已知方案中应用的高压值以及产生的高液体射流速度导致弹性材料的强度的显著瞬态增加。换言之，材料经历局部、瞬态硬化，这具有双重副作用。一方面，液体射流不能穿透高瞬态强度弹性体至期望的深度(并因此在该阶段仅可以移除少量的材料)，并且在另一方面，射流能量的大部分作为热损失而浪费丢失。
根据本发明，我们认识到为了使弹性体的瞬间硬化在较低的强度水平时出现(分析上来说，为了使其强度响应函数优选地变平)，即，为了使弹性体的硬化较低，在适于破裂弹性材料的第一阶段期间应降低液体射流的速度，即，降低磨削压力。本发明的这种认识与提高磨削效率的基础在于增加磨削压力的行业实践形成对比。然而，为了维持能量平衡，必须如下文所示增加穿透材料的介质的质量，同时减小压力，使得能够达到材料移除所需的动能(即，超过临界撕裂能量的能量水平)。
由于基本上确定进行材料的磨削的液体射流的直径的参数是应用于发射液体射流的喷嘴的孔径，因此体积流量取决于该参数。基于上述瞬态现象的调查，可以证实为了减少一单元(单位)的移除材料的比能量消耗，必须增加喷嘴的直径，同时减小磨削压力。
但是必须强调的是，除了物理特性以外，在确定喷嘴直径和对应压力值的优选范围时还必须考虑到经济考虑因素。
我们的实践经验还证实了增加磨削喷嘴的孔尺寸(即，增加体积流量，从而增加磨削流体的质量流量)比仅对较小的孔尺寸增加压力导致更有利的磨削特性，甚至还结合降低的磨削压力。然而，增加磨削体积流量的经济限制是高压泵的投资和操作成本及其辅助系统，这是因为高压、高体积流量泵的操作需要高动力(功率)驱动引擎。
压力水平适合于本文所描述的磨削技术的泵的投资成本和动力需求对选择满足期望磨削效率水平的泵设置了上限。
除了测试对应压力和体积流量关系以外，我们的实践测试还结合了经济的考虑因素，使我们认识到在目前广泛应用的这种喷嘴类型(尤其是用于磨削橡胶材料)的情况下，在本发明的优选实施方案中，优选的喷嘴直径-压力值配对如下：
-喷嘴直径：直径在0.4mm至0.6mm之间的喷嘴(英制单位：在0.016”至0.024”之间)
-压力：在850巴至1150巴之间(英制单位：在12300psi至16700psi之间)
其中，较高的压力值对应较低的喷嘴直径，而较低的压力值对应较高的喷嘴直径。
包括一个或多个高压泵和一个或多个磨削设备的磨削系统的基础设计考虑在于，泵以所需的压力供应的液体的体积流量必须与磨削喷嘴的数量相协调。为此，必须知道每个喷嘴随压力和孔径变化的体积流量。对于该信息，通常可以从喷嘴的制造商处获得某些制造商的数据。
通过对比泵和喷嘴的体积流量，可以确定待应用的喷嘴的数量，这是用于设置磨削设备的大小的基础数据。下文描述了被设计成用于由此确定的体积流量的示例性轮胎胎面磨削设备的概念设计。
对应于给定磨削条件的实际喷嘴直径-压力配对高度取决于待磨削弹性体的强度特性。关于我们的经验，取决于制造商为优化轮胎的材料(更特别地，胎面的材料)的特性而考虑到的哪些操作条件，轮胎材料可能非常不同。考虑到上述理论背景和我们的实践经验，可以制定下述一般原则：在较软的橡胶材料的情况下，可以应用较高的压力值和较小直径的喷嘴，而对于较硬、更耐磨的材料，应该应用较低的磨削压力值和较高的喷嘴直径。
可以根据如下选择对应于给定喷嘴直径的压力值：如上所解释的，高压排量活塞泵具有几乎恒定的体积流量。在应用于本技术的压力范围内应忽略液体的压缩。仅可以应用端点反馈控制，即，通过修改由喷嘴的孔尺寸确定的排放端口的流量，来修改这些泵的压力条件。在较大的排放部分(区段)面积值的情况下，可以减小端点压力(即，实际磨削压力)，其中体积流量(并且因此质量流量)变得较高。
对于应用于同一磨削设备的具有不同强度特性的磨削橡胶材料，方便地设置了不同的压力-体积流量配对，优选地通过修改应用喷嘴的孔尺寸来设置。鉴于上述事实，修改喷嘴的孔尺寸实质上进行了泵的反馈控制。
对于给定喷嘴类型的参数，图3A和图3B示出了该控制程序。在图上，x轴上(以条状)示出了由喷嘴发射的磨削流体的磨削压力，而y轴上示出了属于不同孔尺寸的体积流量(单位：公升/分钟)。基于制造商的喷嘴孔径600-550-500-450-400微米的数据来建立这些曲线。
此处必须注意的是，仅一些喷嘴制造商规定了使用工厂测量数据的对应于给定喷嘴直径和压力值的体积流量值，但并未以表格形式。然而，如果制造商的数据以图3A、图3B所示的诺模图形式绘制，则这些数据可以用于以显著更优选的方式确定磨削参数。无法使用制造商的表格简单地理解将在下文中呈现的关系，因此必须首先针对400-600微米的优先孔尺寸范围以及650-1350巴的压力范围建立图3A、图3B中所示的曲线。
根据图3A和图3B优选地可以以两种不同的方式使用生成的诺模图。根据图3A所示的第一种使用诺模图的方式，适用于基于现成的或基于实践考虑(诸如其驱动动力需求)选择的高压泵的体积流量磨削不同硬度的弹性体的磨削压力值。在图3A所示的实施方案中，因此，对至少一个喷嘴的喷嘴类型建立了压力-体积流量诺模图，并且对于给定体积流量，通过压力-体积流量诺模图基于该至少一个喷嘴的孔径可以在650-1350巴的范围内确定液体射流的压力。
可以使用图3B所示诺模图的第二种方式用于确定对应于先前限定的磨削压力值的不同喷嘴体积流量值。在图3B所示的实施方案中，因此，对至少一个喷嘴的喷嘴类型建立了压力-体积流量诺模图，并且对于选自650-1350巴范围的给定液体射流压力，通过压力-体积流量诺模图基于该至少一个喷嘴的孔径可以确定液体射流的体积流量。
图3A旨在确定对应于现成的或基于其动力消耗选择的高压泵的体积流量的喷嘴压力值。通过首先确定单个喷嘴的体积流量，使用给定高压泵的体积流量值以及应用喷嘴的数量，然后以确定的体积流量值绘制垂直于y轴的水平线，并将喷嘴的特性曲线与诺模图中包括的不同孔交叉，可以确定压力值。通过取x轴上每个交叉点的估测，获得使用给定喷嘴能达到的磨削压力值。当然，如果喷嘴具有相同的孔径，则该方法提供一个磨削头中所有喷嘴的确切磨削压力值。
图3B所示的诺模图的其他使用优选地应用于确定磨削所需的体积流量，并从而提供选择高压泵的帮助。在先前确定了优选应用于磨削给定弹性材料(如，轮胎胎面的橡胶层)的磨削压力的情况下，以给定压力值绘制了垂直于x轴的线，其与代表不同喷嘴孔尺寸的特性曲线交叉。通过取y上每个交叉点的估测，获得了对应于不同喷嘴孔尺寸的体积流量值。通过将选择的体积流量值乘以一个或多个磨削设备中应用的喷嘴的数量，获得了用于达到所需磨削压力所采用的泵的体积流量。
必须注意的是，在上述方法中，忽略了设备的内部压力损失以及其高压供应线的内部压力损失。本领域技术人员可以容易地确定这些内部压力损失。
如由线性对准的射流磨削技术已知的是，面向待磨削表面的射流优选地以预定频率振动。根据我们的实践经验，根据本发明应用的优选地与压力值以及后文将描述的向前进料速率在650-850 1/min的范围内，其中较高值和较低值分别对应于较硬结构材料和较软结构材料。该至少一个喷嘴方便地沿垂直于弹性材料的行进方向以及排放方向振动。振动频率的确切值取决于待磨削的橡胶材料的实际密度，并且可以根据测试磨削运行的结果确定。
重点要强调的是，虽然关于线性对准的射流磨削技术介绍了下文将描述的根据本发明的我们的方法及其对应设备，但图3A和3B所示的诺模图以及其用于选择有利磨削喷嘴孔尺寸的应用也可以适用于提高旋转头射流磨削技术的磨削效率。
上文描述了磨削过程的三个主要阶段，即，表面破裂阶段(第一阶段)、所谓的生产磨削阶段(第二阶段)以及残余材料移除阶段(第三阶段)。在待磨削的轮胎胎面的材料的情况下，每个阶段优选地需要轮胎的单次转动。如下文所述，还可以对第三阶段限定优选的磨削参数，但对于过程的效率，是在第三阶段也应用与第二阶段相同的参数还是应用相比于第二阶段修改的参数值是较次要的。
结合确定阶段的不同功能，我们还认识到，除了预定的基础磨削参数(在磨削操作期间不可修改或难以修改)以外，在不同阶段的过程中应用的向前进料速率也起重要作用。术语‘向前进料速率’用于指进行磨削的喷嘴组和待磨削的弹性材料的相对运动的速度。在线性布置的喷嘴的情况下，相对运动沿着与这排喷嘴的振动方向垂直的方向，而在旋转头磨削的情况下，沿着与待磨削表面平行的任何方向。从磨削过程的方面来看，向前运动是由磨削射流(即，喷嘴)进行的还是由工件本身进行的还是这二者以预定的速度差移动没有区别。
可以认识到，除了预设的基础磨削参数(诸如磨削压力和振动频率)以外，不同阶段期间应用的振动流体射流的向前进料速率也具有重要性，这是因为在太高的向前进料速率的情况下，磨削射流穿透进入材料的时间较短，而太低的向前进料速率会引起磨削射流在给定位置停留太长的时间，从而导致能量浪费。
根据上述考虑，用于生产磨削弹性体的本发明方法执行如下。在根据本发明的方法的过程中，将来自至少一个喷嘴的具有650-1350巴压力的液体射流引导至沿相对于该至少一个喷嘴的排放方向至少部分横向的方向移动的弹性材料上。利用液体射流的撕裂效应，磨削的弹性体与弹性材料的表面分离，即，通过液体射流由弹性材料上产生了磨削的弹性体。磨削的弹性体的颗粒基本上通过液体射流从弹性材料上撕下。对于弹性体至少部分地沿相对于该至少一个喷嘴的排放方向横向的方向移动这一特征，意思是其运动具有垂直于排放方向的分量，即，待由液体射流破裂的表面不与其平行。
根据上文，还可以应用线性地布置成一个挨一个的多于一个的喷嘴或在旋转头中布置的一个或多个喷嘴来执行本发明的方法。
在根据本发明的方法的过程中，弹性材料相对于该至少一个喷嘴以下述方式移动，使得在用于破裂弹性材料的表面的第一阶段中，弹性材料在受到液体射流的冲击时在与排放方向横向的方向上具有10mm/s至20mm/s的第一向前进料速率，并且使得在破裂材料的表面后的第二阶段中，弹性材料具有相比于第一向前进料速率降低35-65％的第二向前进料速率。
在旋转头磨削的情况下，磨削过程的每个阶段中应用的‘向前进料速率’是指旋转磨削头的旋转轴与待处理工件旋转的相对前进速度。
从磨削效果的方面来看，弹性材料垂直于液体射流的速度的分量起着最重要的作用，并从而详细说明了根据本发明的方法，并且在下文中，该速度分量还将被视为向前进料速率。因此，通过轮胎情况的示例，向前进料速率是轮胎的圆周速度。
根据上文，在本发明方法的优选实施方案中，具有850–1150巴的压力的液体射流被引导至弹性材料上。
在适于破裂弹性材料的表面的第一阶段，生产性磨削是有限的，这是因为在该阶段期间，磨削射流进行待磨削表面的破裂。我们的实验得出以下结论：在本发明方法的优选实施方案中，待应用在第一阶段中的向前进料速率应当优选地在12.5–17.5mm/s的范围内，特别优选地在14.2–15.8mm/s的范围内。在这些向前进料速率值的情况下，优选地应用在0.4mm至0.6mm之间的喷嘴直径和/或在850巴至1150巴之间的压力值。相应地，通过落入根据本发明的压力范围(650巴至1350巴之间)的磨削压力值，还可以应用指定的优选喷嘴直径范围(在0.4mm至0.6mm之间)。
因此，在第一阶段，应当尤其避免过多的热产生。为了实现这一点，相比于已知方案，在本发明方法的整个过程期间应用降低的磨削压力，并且除此以外，优选地增加喷嘴孔径，以使得液体射流具有超过临界撕裂能量的动能。除了上述布置以外，在第一阶段，将向前进料速率设置为相对高的值，使得液体射流在刚刚经受弹性材料的磨削的表面区域停留相对短的时间，使得尽量不使表面硬化，即，在表面的破裂期间产生最小的可能热量。在我们的实验中，我们认识到，对于上述指定的压力值，在过程的第一阶段期间，向前进料速率应优选地在10–20mm/s的范围内(将待磨削的弹性材料的硬度考虑在内，即，对较硬的弹性材料应选择较低的值，而对较软的材料应选择较高的值)，使得第一阶段后将表面破裂至所需程度与尽可能产生有限热量之间保持平衡。
我们的实验还表明，第一向前进料速率的最佳值在14.2–15.8mm/s的范围内。该范围对于广泛应用的具有平均硬度的轮胎也是有利的。我们的实验已经指出，在第一阶段，利用该参数，热产生，即工作流体的温度的上升可以降低至大约5–15℃，约等于在其他阶段测得的值。重点要注意，用于产生第一向前进料速率(超过第二阶段中应用的向前进料速率)所需的额外能量相对于通过改变过程阶段之间的向前进料速率(即，通过防止磨削液体加热)可以节省的能量是可以忽略不计的。
在第一阶段后，在第二“生产性磨削”阶段，这排磨削射流相对于待磨削的弹性材料较慢地向前移动。在第二阶段应用该降低的向前进料速率(由于在已部分破裂的表面中，相比于第一阶段出现的表面硬化，硬化现象发生的程度显著较少)，利用相同的液体射流压力可以实现比第一阶段更深的磨削穿透。在第二阶段中应用的向前进料速率比第一向前进料速率降低35-65％，优选地降低大约50％，并因此落入5–10mm/s的范围。我们的实验已经表明，在第二阶段，方便的是，为了实现最高的可能每转提取速率，向前进料速率设置得越小越好。除此以外，与第一向前进料速率类似，确定第二向前进料速率也随待磨削弹性体的硬度变化，即，较高的第二向前进料速率值(例如，接近指定范围的上限值的值)将对应于较高的第一向前进料速率。然而，如果第一向前进料速率选自指定范围中的较低值，则第二向前进料速率也将选自5–10mm/s范围中的较低值。因此，根据上文所述，在每种情况下，第一阶段和第二阶段之间应用35–65％的向前进料速率减少，优选地大约50％。
然而，应用太低的磨削速度也是不利的，这是因为在液体射流在给定区域停留太长时间的情况下，液体射流可以穿透弹性材料的较深层(在特定情况下，甚至穿透进入支撑层)，这可能导致工作流体的温度增加。因此，可以对第二阶段建立最佳速度范围，其中，可以以特别优选的方式在最大程度上防止上述两种不利影响。在我们的实验中我们发现，根据上文，第二向前进料速率方便地选自6.5–8.5mm/s的范围。
因此，在生产性磨削的阶段(第二阶段)，方便的是应用较低的向前进料速率，这是因为这样可以通过应用不变的磨削压力值实现较深地穿透进入已破裂的表面(并因此实现较高的材料移除)。同时，该排液体射流的振动速率保持与第一阶段中的振动速率相同。应用太低的向前进料速率也是不优选的，这是因为在太长的液体射流暴露时间的情况下，磨削射流穿透进入材料的较深层，并损失非常多的能量使得其能量将不再超过弹性体的撕裂能量，并因此将变得不能磨削较低的层。
应用上述指定的缩小的速度范围，在根据本发明的方法的实施方案中，通过将第一向前进料速率优选地降低45–55％特别优选地降低大约50％来获得应用在第二阶段的第二向前进料速率。
根据上文所述，在第二阶段，可能应用的喷嘴振动的速率以及应用的流体压力值与第一阶段相同。从技术角度来看，相对简单的是改变阶段之间的向前进料速率，但在操作期间改变磨削压力或修改喷嘴孔径将会非常不切实际。
在第三阶段，所谓的“清洁”阶段，液体射流应用于移除存在的有限程度的残余材料。对于该操作，可以应用第三向前进料速率，该第三向前进料速率大于第二向前进料速率，因此第三阶段的第三向前进料速率(第二阶段后应用)选自与第一进料速率类似的范围(10–20mm/s)。在第三阶段，优选的向前进料速率范围还为12.5–17.5mm/s，而特别优选的速度范围为14.2–15.8mm/s。与上文所述类似，可能应用的至少一个喷嘴的振动的速率以及最初设置的磨削压力值与之前相同。
在磨削层厚度磨损为16mm或以下的平均轮胎胎面的情况下，过程的第一阶段将进行一转，第二阶段可以在2-3转内完成，而第三阶段将需要轮胎的单次转动。当待磨削弹性材料(如，橡胶)的较厚层时，完成第二阶段所需的转动的数量每3mm的额外层厚度增加一次。
阶段至阶段的向前进料速率的改变能够通过控制磨削设备来实现。对于磨削轮胎，这意味着设备的控制单元每次在开始新阶段时切换至下一阶段的向前进料速率。
本发明的某些实施方案涉及一种适于执行上述本发明方法即用于生产磨削弹性体的设备。因此，根据本发明的设备可以应用于执行本发明的方法，即，设备的设计可以被设置尺寸，并且可以按照根据本发明的方法来控制设备的操作。相应地，根据本发明的设备优选地包括这样的控制系统，使得除了适于控制设备的基础功能，还能编程并存储实施两种或多种向前进料速率的控制包，这意味着通过控制设备，可以实现两种或多种不同的向前进料速率。
根据本发明的设备包括：包括磨削空间以及优选地还包括碎屑浆容器的壳体；适于将轮胎(优选地四个轮胎)安装在磨削空间中的轮胎安装轴；适于支撑并转动轮胎安装轴的驱动单元；以及当轮胎固定至轮胎安装轴时能够沿着轮胎的圆周定位的至少一个喷嘴。每个喷嘴都能发射具有例如在如上指定范围内的压力的液体射流，即，在650-1350巴之间，但如果这样要求，则设备既能够以低于该压力的压力水平进行磨削又能够以高于该压力的压力水平进行磨削。
安装四个轮胎也是有利的，这是因为当同时磨削四个轮胎时，设备可以比能够同时磨削两个轮胎的设备更有效率地操作。然而，安装多于四个轮胎会对轴移动和平衡造成问题，而且从设备的构造方面来看，同时磨削这种数量的轮胎是有问题的。除了适于在其端部驱动轮胎安装轴的驱动单元以外，根据本发明的设备还包括适于固定轮胎安装轴并允许通过释放固定来移除轮胎安装轴的支撑机构。
图4示出了根据本发明的设备的实施方案。将在下文描述的设备优选地尤其适用于移除并磨削钢帘线子午线类型的多用途车辆的胎面部分的材料，但所示实施方案可以有利地适用于磨削其他类型的或其他环状主体的轮胎(例如，实心轮胎)的胎面的弹性材料。
设备可以提供高压液体射流(通常为水射流)与待磨削工件的相对运动的系统，该系统使进入工件的液体射流移除具有预定的均匀粒径分布的工件细碎屑。
优选地通过使在发射射流的平面内线性布置的一组液体射流振动并且同时使工件在这排具有预定向前进料速率的磨削射流的前方移动来实现这一点。在轮胎的情况下，对工件应用向前进料速率对应于以特定角速度转动轮胎。
在图4中示出了设备的本实施方案的一般外观和主要结构部件，而在图5至图9中示出了设备的本实施方案的某些部件。
图4示出了用于生产磨削弹性体的设备，包括壳体10。在壳体10的中间布置有适于液体射流磨削头组件12的两侧对称振荡的振动驱动设备18。夹固的磨削头组件12被安装在由振动驱动设备18驱动的振动轴19上。通过布置在顶部的进料隆起部15将高压磨削水供给到设备中，由此，通过柔性软管17向磨削头组件12供应水。在操作期间，设备的工作空间被适于由气压缸22移动的可倾斜机器盖20覆盖。产生的含水橡胶碎屑浆收集在布置在设备的下部的浆容器24中。
另外如图4所示，在根据本发明的方法和设备中，优选地应用一排线性布置的喷嘴。
能够安装多个轮胎14的轮胎安装轴26在打开状态中提升进入/离开机器盖20，优选地应用升降架。在本实施方案中，轮胎14通过由剪式机构47紧固的支撑块44固定。在图7中示出了包括剪式机构47和支撑块44的轮胎固定机构16的细节。轮胎安装轴26位于具有两侧驱动辊的驱动支撑机构28上，并且轮胎安装轴26由驱动单元30驱动。在图8至图9中示出了支撑机构28的细节。
在本实施方案中，由轮胎14的大小确定的轮胎安装轴26和磨削头组件12之间的距离可以通过应用轮胎操作的主轴机构32来调节。轮胎安装轴26固定在支撑机构28上并根据上文在操作期间由固定在其向下位置的支架(托架)34固定。在图8和图9中分别示出了处于降低和上升位置的支架34。
可以通过使磨削头组件12中的磨削头36加倍来提高磨削过程的效率，优选地以图5所示的方式，将磨削头36布置在彼此上方。相应地，在根据本发明的设备的实施方案中，可以应用包括布置成彼此平行的第一排喷嘴和第二排喷嘴的两排喷嘴。现在参考图10A、图10B和图11，下文详述了应用两排喷嘴的优点。两排喷嘴优选地还可以应用于根据本发明的方法的目的。
如图5所示，两排喷嘴具有相同的构造。图5示出了磨削头组件的喷嘴38。磨削头组件12通过夹具固定至振动轴19。可以通过夹具的紧固螺栓来调节磨削头组件12(相对于水平面)的轴向位置和倾斜角度。通过紧固螺栓可以将磨削头组件12固定在期望的角度位置。
为了提高磨削生产性，设备的本实施方案适于同时处理四个轮胎14，从而可以显著减少计算用于单个轮胎14的机器设置时间。通过将两个轮胎安装轴26分配用于根据本发明的单个设备，在磨削安装在装入设备的轮胎安装轴26上的轮胎期间，可以将已处理的轮胎从放置在适合的支撑架43上的另一轮胎安装轴26上移除，并且待在下一次磨削运行期间磨削的四个轮胎也可以安装在其上。图6示出了固定至支撑架43的轮胎安装轴26。同一支撑架43可以应用于在将四个轮胎装入设备之前对其进行清洁(清洗)。需要对轮胎进行清洗，以提供所需化学纯度的磨削弹性体最终产品。为了确保设备的未中断的装载和卸载，需要两个支撑架43：携带已处理轮胎的轮胎安装轴26在从设备中移除后由空的支撑架43接收，而准备进行处理的轮胎安装轴26可以从另一支撑架43装入设备。可以通过应用夹具46和联锁杆48将轮胎安装轴26固定至支撑架43。
优选地利用轮胎14的钢帘线胎体的内部强度将轮胎14安装至轮胎安装轴26，这允许通过轮胎的胎圈轮辋安装轮胎14。此处必须注意，我们的实验发现没有钢帘线加固结构的轮胎足够坚固，可以以图4和图6所示方式安装在轮胎安装轴26上。为了将轮胎14固定在设备中，应用图7所示的轮胎固定机构16，足以将适当成型的支撑块44抵靠在使用剪式机构47的轮胎的颈圈。
通过可以由手动操作的螺栓主轴机构驱动的剪式机构47或者以图7所示的方式应用气压缸50来移动支撑块44。在应用气动紧固的情况下，保压容器是轮胎安装轴26本身，通过设置在如图6所示的轴两端的进料隆起部45向该保压容器供给压力空气。
通过轮胎安装轴26的转动来提供轮胎14的磨削向前移动(向前进料)。通过支撑机构28的驱动辊来转动轮胎安装轴26。轴的转动速度范围被确定为使得其允许达到上述关于本发明的方法指定的向前进料速度。
在图8、图9中示出了固定并驱动轮胎安装轴26的方式。由于在轮胎安装轴26转动时出现显著的力矩，因此优选地应用由驱动单元54驱动的多个链轮环链传动装置56来驱动轴。在图8中示出了夹具34的打开位置，其中轴可以从设备中移除或插入设备。如图所示，在该位置轮胎安装轴26可以容易地插入支撑机构28。图9示出了在磨削操作期间应用的夹具34的闭合位置。
适于驱动轮胎安装轴26的支撑机构28的另一功能是调节待磨削的轮胎表面与磨削头组件12之间的距离。除了其他原因，需要距离的可调节性，主要是因为利用不同的磨削参数，相比于之前应用的喷嘴，磨削喷嘴的最佳操作点可能不同，因此当更换喷嘴时，还有必要调节操作距离。
通过由包括显示器的轮状物32驱动的主轴机构来设置初始距离。除此以外，可以方便地应用机器辅助的主轴机构以补偿由表面橡胶层的厚度减少造成的磨削头组件12与待磨削表面之间的距离增加。
另外如图5所示的布置在彼此下方的磨削头36可以以两种不同的方式设置：
-在相同的加工位置瞄准上磨削射流和下磨削射流，即，由第一排喷嘴发射的一系列液体射流的冲击和由第二排喷嘴发射的一系列液体射流的冲击指向待磨削弹性材料的同一区域，或者
-在不同的加工位置瞄准上磨削射流和下磨削射流，即，由第一排喷嘴发射的一系列液体射流的冲击和由第二排喷嘴发射的一系列液体射流的冲击指向待磨削弹性材料中彼此不同的区域。
在图10A中示出了其中第一排喷嘴60a和第二排喷嘴60b瞄准待磨削轮胎58的同一区域的构造。使从第一排喷嘴和第二排喷嘴发射的上磨削射流和下磨削射流指向同一待磨削区域似乎是用于集中液体射流的磨削动力的明显方案。在上磨削头和下磨削头以协调方式移动时，通过使上磨削射流和下磨削射流指向同一机加工线，结合了射流的影响，并因此在理论上可以实现更强的磨削效果。然而在实践中，由于下述原因，磨削效果并未加倍。
在图10B中示出了瞄准工件的同一区域的磨削射流的力向量。
如图10A所示，用Lv表示第一排喷嘴60a与第二排喷嘴60b的振动轴线的中心点之间的竖直距离，并且用Lh表示连接轴线的中线与磨削射流的冲击点之间的水平距离。根据图10A所示的布置，可以得到上磨削射流和下磨削射流的相应力向量Ff和Fa之间的关系(如图10B所示)。
以图10B所示的方式，力向量可以破裂为垂直于入射切线的分量Fm和与其平行的分量Fp。由于在本实施方案中，上力向量和下力向量具有相同的大小并且轴向对称，因此与入射切线平行的分量Ffp和Fap如图10B所示彼此抵消。仅由垂直于入射切线的分量Ffm和Fam进行有效的磨削工作，这些分量需要小于原始向量的大小。因此，对磨削操作有效的力向量的大小小于上向量和下向量的标量值的总和。
由于构造原因，Lv和Lh是预定的并且几乎相等，但取决于实际应用于磨削的喷嘴的有效磨削距离，它们的比例可以在小的程度上与此不同。由于通过该布置确定的三角关系，这意味着不管加倍的磨削射流强度，实现了仅为初始磨削力的1.7–1.8倍的磨削力。
然而实践经验表明，基于磨削力的该值，磨削效果的强度比预期的甚至更小。对此，原因之一是与布置无关：脉冲磨削压力的有效平均值(脉冲由应用的高压泵的操作行为引起)大约比最大压力值低8–10％。该现象进一步降低了磨削效果。
然而，降低磨削效率的最强反效果是上文所述的弹性材料的粘弹性行为，即，可能在根据本发明的方法的第一阶段出现的硬化。基于我们的实践经验可以确认，不管其中两个喷嘴排均具有相同的冲击点的“双排”磨削构造提供的加倍能量摄取，磨削操作的效率比单排磨削最多高25–30％，尤其是在适于破裂弹性材料的表面的第一阶段。这主要是由两个液体射流同时作用于弹性材料的加强硬化效果引起的。
在我们的实验期间，我们认识到在上磨削射流与下磨削射流不瞄准同一冲击点的情况下磨削效率显著提高。因此，上磨削射流和下磨削射流在不同的时刻冲击橡胶材料，意味着射流的瞬态硬化效果没有加倍。
用于实现期望的磨削效果(即用于防止硬化效果加倍)的可能方案是将上磨削头和下磨削头以喷嘴之间距离的一半错开布置，使得磨削射流的水平位置之间的差异等于喷嘴间距离的一半。换言之，第一排喷嘴中的每个喷嘴均应精确地布置在第二排的两个喷嘴之间的中间，喷嘴沿两条平行线布置。因此，在本实施方案中，彼此平行的第一排和第二排喷嘴以喷嘴之间距离的一半错开布置。
根据另一更优选的方案，应用相位移使上磨削头和下磨削头即第一排和第二排喷嘴振动。这种振动相位移理想地等于喷嘴间距离的一半，这意味着例如在通过转动驱动装置实现磨削头振动的情况下，需要具有相间位移为90°的较低驱动相和较高驱动相。因此，在一种实施方案中，以相比于彼此呈90°的相位移使第一排和第二排喷嘴振动。然而，还可以想到磨削射流之间的其他优选相位移值。
还能够想到下述实施方案，其中第一排喷嘴的一系列液体射流的冲击与第二排喷嘴的一系列液体射流的冲击指向弹性材料的不同区域，同时
-第一排喷嘴和第二排喷嘴以喷嘴间距离的一半彼此平行错开布置，或者
-第一排喷嘴和第二排喷嘴以相比于彼此呈90°的相位移振动。
在第一排喷嘴和第二排喷嘴不指向弹性材料的同一区域的情况下，这些措施是有利的，例如如果由第一排喷嘴和第二排喷嘴发射的液体射流在弹性材料处冲击邻近的区域。在这种情况下，可以通过应用上述措施来减少硬化的效果。
在另一中可能的构造中，如图11所示，上磨削射流和下磨削射流指向不同的加工位置(第一排喷嘴和第二排喷嘴瞄准弹性材料中彼此不同的区域)。相比于其中射流瞄准单个点的构造，磨削头的较低的倾斜角度允许冲击方向上的较高磨削分量，即，降低了该构造中磨削射流向量的切线分量。最优选的方向是当磨削向量没有切线分量时垂直于冲击点(图中也示出了)处切线的方向。
除了系统控制的一般要求以外，在应用于根据本发明的方法和设备的控制装置的设计期间还考虑到下述特殊事项。
应用于以受控方式移除小尺寸材料颗粒的高压液体射流磨削的重点要求是液体射流应在工件上方以恒定的速度移动，使得液体射流仅穿入弹性材料至有限的程度(而不是穿透弹性材料)，从而从表面上仅撕下小尺寸部分。如实践经验表明，为了提供足够均匀的粒径分布，必须调节若干技术参数，优选地彼此独立地调节。应用转动磨削头而不是上述线性布置的振动液体射流的磨削技术的基本缺点之一在于，为了以足够高的速度转动磨削头，需要给定且相对高的压力值，这对其他技术参数造成了限制。旋转头磨削的另一缺点在于增加的磨削压力造成粘弹性橡胶材料的冲击硬化增强，这引起较高的比能量损失。
涉及也应用于根据本发明的设备的线性布置的且优选地振动磨削头的磨削技术具有下述显著优点：可以完全彼此独立地控制磨削参数，诸如工件的向前进料、磨削射流的运动以及磨削压力。
通过控制设备能够实现的直接控制干预是修改磨削射流的振动频率并改变工件的向前进料速率(即，在我们的情况下，改变待磨削轮胎的角速度)。通过以上述方式选择喷嘴孔径值可以控制磨削压力。
增加振动频率基本上是粒径朝较小颗粒粒径的方向转变，因此，较高的频率范围的应用是更优选的。实际的上限由机械部件的设计和材料质量确定。上述关于本发明的考虑事项可以总结为下述要求：为了充分地设置运动参数，需要控制属于磨削过程的“破裂”、“生产”和“清洁”阶段的参数。
考虑到上述事项，控制方法应方便地符合磨削过程的不同阶段的不同动力要求。为了实现这一点，控制方法应基本上允许在操作期间将向前进料速率调节为对应于不同磨削阶段的不同值，同时维持磨削射流压力和振动频率。对应于磨削过程的每个阶段的向前进料速率值已在上文指定。
在磨削过程中，材料颗粒持续从弹性材料上移除，这造成机加工的表面离磨削喷嘴的最佳操作点越来越远。如实际经验表明的，即使在仅几毫米的差异的情况下也是不利的，这(特别是在磨削较厚的橡胶层时)意味着，在后续阶段之间不调整喷嘴距离的情况下，会降低磨削效率。通过使该至少一个喷嘴与工作表面之间的距离保持在容差范围内，例如，通过使利用发动机的轮胎安装轴支撑架向前，方便地对此进行补偿，这可以以同步的方式与其他运动参数一起控制。
上述本发明的方法和设备可以应用于磨削弹性材料，尤其是用于更经济地并以提高的能量效率磨削成型为转动主体(例如，轮胎)的弹性材料的胎面表面。通过可以同时在设备中布置多个(优选地四个)轮胎的特征以及上述包括的用于提高设备的经济性的其他特征使装置更高效。
当然，本发明不限于上文详细描述的优选实施方案，但在由权利要求书确定的保护范围内可以有其他变形、修改和开发。

Claims (16)

1.一种用于生产磨削弹性体的方法，包括以下步骤：
-将来自至少一个喷嘴(38)的液体射流引导至相对于所述至少一个喷嘴(38)的排放方向沿至少部分横向的方向移动的弹性材料上，
其特征在于
-引导至所述弹性材料上的所述液体射流具有650巴至1350巴的压力，并且
-使所述弹性材料相对于所述至少一个喷嘴(38)移动，使得在适于破裂所述弹性材料的表面的第一阶段中，所述弹性材料在受到所述液体射流的冲击时在相对于所述排放方向横向的方向上具有10mm/s至20mm/s的第一向前进料速率，并且在破裂所述表面后的第二阶段中，所述弹性材料具有与所述第一向前进料速率相比降低35-65％的第二向前进料速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述至少一个喷嘴(38)具有在0.4mm至0.6mm之间的孔径。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，针对所述至少一个喷嘴(38)的喷嘴类型建立压力-体积流量诺模图，并且对于给定的体积流量，通过所述压力-体积流量诺模图基于所述至少一个喷嘴(38)的孔径在650巴至1350巴的范围内确定所述液体射流的压力。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，针对所述至少一个喷嘴(38)的喷嘴类型建立压力-体积流量诺模图，并且对于选自650巴至1350巴范围的给定液体射流压力，通过所述压力-体积流量诺模图基于所述至少一个喷嘴(38)的孔径来确定所述液体射流的体积流量。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第一向前进料速率在12.5mm/s至17.5mm/s之间。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一向前进料速率在14.2mm/s至15.8mm/s之间。
7.根据权利要求1或权利要求2所述的方法，其特征在于，所述第二向前进料速率在6.5mm/s至8.5mm/s之间。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述第二向前进料速率在7.1mm/s至7.9mm/s之间。
9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将具有850巴至1150巴的压力的液体射流引导至所述弹性材料上。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，应用包括线性布置的喷嘴(38)的一排喷嘴(60a、60b)。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，应用包括彼此平行布置的第一排喷嘴(60a)和第二排喷嘴(60b)的两排喷嘴。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述方法的过程中，将由所述第一排喷嘴(60a)发射的一系列所述液体射流的冲击和由所述第二排喷嘴(60b)发射的一系列所述液体射流的冲击引导至所述弹性材料的相同区域。
13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，在所述方法的过程中，将由所述第一排喷嘴发射的一系列所述液体射流的冲击和由所述第二排喷嘴发射的一系列所述液体射流的冲击引导至所述弹性材料的彼此不同的区域。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其特征在于，将彼此平行的所述第一排喷嘴和所述第二排喷嘴以喷嘴之间距离的一半错开布置。
15.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其特征在于，使所述第一排喷嘴和所述第二排喷嘴以相比于彼此90°的相位移振动。
16.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第二阶段之后，在适于磨削残余材料的第三阶段中，从与所述第一向前进料速率相同的范围内选择向前进料速率。
CN201480081027.6A 2014-12-05 2014-12-05 用于生产磨削弹性体的方法和设备 Active CN107428036B (zh)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/HU2014/000120 WO2016087884A1 (en) 2014-12-05 2014-12-05 Method and apparatus for producing milled elastomer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN107428036A CN107428036A (zh) 2017-12-01
CN107428036B true CN107428036B (zh) 2020-04-17

Family

ID=52633315

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201480081027.6A Active CN107428036B (zh) 2014-12-05 2014-12-05 用于生产磨削弹性体的方法和设备

Country Status (15)

Country Link
US (1) US10532361B2 (zh)
EP (2) EP3159128B1 (zh)
JP (1) JP6379222B2 (zh)
KR (1) KR101928967B1 (zh)
CN (1) CN107428036B (zh)
AU (1) AU2014413083B2 (zh)
BR (1) BR112016027715B1 (zh)
CA (1) CA2947245C (zh)
EA (1) EA033718B1 (zh)
ES (1) ES2681832T3 (zh)
HK (1) HK1247159A1 (zh)
HU (2) HUE039642T2 (zh)
PL (1) PL3134243T3 (zh)
WO (1) WO2016087884A1 (zh)
ZA (1) ZA201607315B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK3582941T3 (da) * 2017-02-14 2021-06-21 PNEUS JET RECYCLING Srl Dækdisintegreringsanordning
US11213829B2 (en) * 2018-10-12 2022-01-04 Disa Technologies, Inc. High slurry density hydraulic disassociation system
GB201913685D0 (en) * 2019-09-23 2019-11-06 Burgess Consulting Ltd Device for supporting a product

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005046758A (ja) * 2003-07-30 2005-02-24 Daifuku Kogyo Kk ゴムタイヤ破砕装置及びその方法
CN200988284Y (zh) * 2006-09-21 2007-12-12 陈波 基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置
CN201113342Y (zh) * 2007-06-25 2008-09-10 黄可楼 电力输电设备的防鸟装置
WO2010007455A2 (en) * 2008-07-17 2010-01-21 Moldovan Gyoergy Equipment for controllable fine milling of tires and other elastic materials with ultra-high pressure liquid jet process
CN102581987A (zh) * 2012-03-23 2012-07-18 安徽理工大学 水射流回收废旧子午线轮胎的粉碎机
CN103079785A (zh) * 2010-08-20 2013-05-01 株式会社普利司通 轮胎的处理方法及轮胎处理装置
CN104029313A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 武汉大学 一种新型水射流切割轮胎的装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US925670A (en) * 1905-03-15 1909-06-22 Herbert Walker Composition for oxidizing and purifying explosion-gases.
SU925670A1 (ru) * 1980-10-04 1982-05-07 Днепропетровский Ордена Трудового Красного Знамени Металлургический Институт Способ измельчени изношенных резиновых изделий
US5115983A (en) * 1990-07-07 1992-05-26 D & R Recyclers, Inc. Process for recycling vehicle tires
WO1992015438A1 (en) * 1991-03-05 1992-09-17 Richard Anthony Keers Waste tyre disposal recycling
RU2114731C1 (ru) * 1993-11-04 1998-07-10 Владимир Анатольевич Байкалов Устройство для водоструйной разделки резиновых шин
DE19648551A1 (de) * 1996-11-23 1998-05-28 Gerd Rudolf Meilke Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Gummipulver
GB2339708A (en) 1998-07-16 2000-02-09 William John Berry Tyre recycling apparatus
HUP0000131A2 (hu) 2000-01-14 2003-02-28 Regum Kft. Eljárás többkomponensű elasztikus hulladékok, főként használt gumiabroncsok alkotórészeinek szelektív visszanyerésére, valamint berendezés gumiliszt előállítására az eljárás megvalósításához
CN100453287C (zh) 2006-09-21 2009-01-21 陈波 基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的方法及装置
HUP0700019A2 (en) 2007-01-10 2008-09-29 Laszlo Baliko Method for regulable fine-milling of elastomers by high pressure water jet
GB0723303D0 (en) 2007-11-28 2008-01-09 Aquablast Ltd Method of and apparatus for reducing a vehicle tyre into components for re-use and recycling
CN101224609A (zh) 2007-12-03 2008-07-23 刘威衢 砂悬浮液应用于高压喷射废轮胎制备橡胶粉的方法及装置
CN201175973Y (zh) * 2008-01-30 2009-01-07 天津市通洁高压泵制造有限公司 用废轮胎制备胶粉的设备
EP2328733A1 (en) 2008-04-24 2011-06-08 Swissjet Technology Sa Process for the continuous cycle recycling of materials contained in products coupled to other materials by disintegration through water jets at high/ultrahigh pressure and products obtained in this way
IT1390993B1 (it) 2008-08-29 2011-10-27 Verri Impianto di riciclaggio pneumatici
ITMI20081680A1 (it) * 2008-09-23 2010-03-24 Steel Works S R L Procedimento e relativa apparecchiatura per la demolizione di pneumatici
CN201960682U (zh) * 2011-01-28 2011-09-07 合肥通用机械研究院 三方位同步水射流废旧轮胎粉碎机
HUP1100429A2 (en) 2011-08-12 2013-04-29 Sandor Dr Vekony Process and installation for production of microporous elastic particles
CN202498654U (zh) 2012-03-23 2012-10-24 安徽理工大学 水射流回收废旧子午线轮胎的粉碎机
HUP1200305A2 (en) 2012-05-22 2013-11-28 W Jet Technology Kft Equipment for removing track of used rubber tyre by squirt

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005046758A (ja) * 2003-07-30 2005-02-24 Daifuku Kogyo Kk ゴムタイヤ破砕装置及びその方法
CN200988284Y (zh) * 2006-09-21 2007-12-12 陈波 基于水射流技术的利用废旧轮胎制备橡胶粉的装置
CN201113342Y (zh) * 2007-06-25 2008-09-10 黄可楼 电力输电设备的防鸟装置
WO2010007455A2 (en) * 2008-07-17 2010-01-21 Moldovan Gyoergy Equipment for controllable fine milling of tires and other elastic materials with ultra-high pressure liquid jet process
CN103079785A (zh) * 2010-08-20 2013-05-01 株式会社普利司通 轮胎的处理方法及轮胎处理装置
CN102581987A (zh) * 2012-03-23 2012-07-18 安徽理工大学 水射流回收废旧子午线轮胎的粉碎机
CN104029313A (zh) * 2014-06-26 2014-09-10 武汉大学 一种新型水射流切割轮胎的装置

Also Published As

Publication number Publication date
CA2947245C (en) 2020-07-21
JP6379222B2 (ja) 2018-08-22
US20170080604A1 (en) 2017-03-23
HUE039642T2 (hu) 2019-01-28
HUE038687T2 (hu) 2018-11-28
KR101928967B1 (ko) 2019-03-12
EA033718B1 (ru) 2019-11-19
KR20170010370A (ko) 2017-01-31
CN107428036A (zh) 2017-12-01
US10532361B2 (en) 2020-01-14
JP2017519624A (ja) 2017-07-20
EP3159128B1 (en) 2018-05-02
BR112016027715B1 (pt) 2021-08-17
EP3134243B1 (en) 2018-05-09
AU2014413083A8 (en) 2017-01-05
AU2014413083B2 (en) 2018-07-19
EP3159128A1 (en) 2017-04-26
WO2016087884A1 (en) 2016-06-09
CA2947245A1 (en) 2016-06-09
EP3134243A1 (en) 2017-03-01
AU2014413083A1 (en) 2016-11-24
HK1247159A1 (zh) 2018-09-21
ES2681832T3 (es) 2018-09-17
ZA201607315B (en) 2017-11-29
EA201790107A1 (ru) 2017-09-29
PL3134243T3 (pl) 2018-10-31
BR112016027715A2 (pt) 2017-08-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107428036B (zh) 用于生产磨削弹性体的方法和设备
US6273787B1 (en) Abrasive polishing method, apparatus and composition
US11607757B2 (en) Machining system, apparatus and method
US20200406423A1 (en) Part processing and cleaning apparatus and method of same
KR20100072270A (ko) 차량 타이어의 처리 방법, 장치 및 시스템
CN1085840A (zh) 钢板的磨削方法及其磨削装置
CN111231393A (zh) 一种切磨一体机及轮胎翻新的方法
JP2012508138A (ja) 車両用タイヤを加工するための方法、装置、およびシステム、ならびに車両用タイヤ
JP2000052248A (ja) ショットピーニング方法およびその装置並びに得られる機械部品
WO2006094157A2 (en) Orbital polishing apparatus and method
JPH0557615A (ja) 放電加工変質層の除去方法
CN112264876A (zh) 一种特种工程塑料制品加工处理系统
KR20110093806A (ko) 차량 타이어를 처리하는 방법, 장치 및 시스템과, 차량 타이어
CN106985077B (zh) 一种基于射流的表面强化设备及方法
CN103071776A (zh) 一种汽车轮毂的挤压铸造生产工艺
CN210232700U (zh) 一种电机轴用喷砂送料装置
CA2519460A1 (en) Abrasive polishing method, apparatus and composition
WO2007073230A1 (en) Material disintegrating method and a device for carrying out said method
KR20030058971A (ko) 입자성 연마제 분사식 금속표면처리장치
KR200324273Y1 (ko) 입자성 연마제 분사식 금속표면처리장치
CN201214213Y (zh) 一种带筛选装置的研磨机
JP2001198784A (ja) 光学素子の研削・研磨加工方法
JPH09254032A (ja) 内周刃の超音波ドレッシング方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
REG Reference to a national code

Ref country code: HK

Ref legal event code: DE

Ref document number: 1247159

Country of ref document: HK

GR01 Patent grant
GR01 Patent grant