CN111965340A - 一种汽车轮胎橡胶老化耗氧量的测量台架及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种橡胶老化耗氧量的测量台架及测试方法，包括反应系统、测试系统、抽空给氧系统、温控系统、补氧排氧系统、电控系统。其中反应系统，包括反应腔和对比腔，反应腔用于放置橡胶样本与氧气进行反应，对比腔用于实验参照。反应腔和对比腔均放置在温控系统中，使其处于实验规定的温度下，来模拟不同的实验条件。所述反应腔和对比腔与测试系统和补氧排氧系统相连通，根据测试系统的压力变化，由补氧排氧系统向反应腔补氧，所补氧气量即为橡胶样本的耗氧量。补氧排氧系统与电控系统相连接，由电控系统输出耗氧量曲线。本发明基于差压法，实现橡胶老化耗氧量的测量。
Description
技术领域
本发明涉及测量工装技术领域，尤其涉及一种汽车轮胎橡胶老化耗氧量的测量台架及测试方法。
背景技术
轮胎的老化是一种客观存在、潜在危害巨大而又不易引起普遍重视的现象，每年发生的交通事故不计其数，其中不乏由于轮胎老化引起的。
轮胎老化是指随着轮胎在使用过程中因材料性能下降导致轮胎整体性能变差的现象。从宏观上看，轮胎表面出现裂纹、鼓包、脱层等；从微观上看就是一些化学反应，主要发生在橡胶分子及与其键接的化合物上，尤其在不同材料粘合层间、端点部位、应力集中点等。
引起轮胎老化的原因可分为外因和内因。内因主要为高分子材料本身结构上的弱点,如化学组成、分子链结构；添加剂如抗氧剂等对材料的影响。外因主要为气候环境，例如氧气和臭氧的作用，温度和相对湿度的影响。橡胶或橡胶制品在贮存或使用过程中，因同时受到热和空气中氧的作用而发生老化的现象称为热氧老化。热氧老化是各种橡胶制品每时每刻都在发生的老化，是造成橡胶损坏的主要原因。为此，测量轮胎橡胶的耗氧量对轮胎老化的研究至关重要。但是由于橡胶的耗氧量极少，目前国内并没有可靠的设备或仪器能用来测量橡胶老化过程中的耗氧量。
发明内容
针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种汽车轮胎橡胶耗氧量测量台架，基于差压法，实现胶料耗氧量的获取。该装置可高效、准确地得到橡胶胶料的耗氧量，有助于进一步研究轮胎橡胶的老化性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种汽车轮胎橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，包括反应系统、测试系统、抽空给氧系统、温控系统、补氧排氧系统、电控系统，
所述补氧排氧系统包括补氧装置、补氧控制装置、补氧对比装置、排氧装置，所述补氧装置由补氧控制装置控制补氧，所述补氧对比装置与排氧装置相连；
所述反应系统位于温控系统的保温箱内，包括反应腔、对比腔，所述反应腔与补氧装置相连通；所述对比腔与补氧对比装置相连通；
所述抽空给氧系统包括真空泵、氧气罐，真空泵、氧气罐分别通过管道与反应腔、对比腔相连；
所述测试系统包括第一压力传感器和第二压力传感器、压差传感器，第一压力传感器、第二压力传感器分别用于检测反应腔、对比腔内的气体压力，压差传感器根据第一压力传感器、第二压力传感器监测实验过程中由于胶料发生氧化反应导致的反应腔和对比腔之间的压力差；
所述电控系统与补氧控制装置、抽空给氧系统、测试系统相连，根据工作流程抽空给氧系统的工作，根据测试系统测得的压力差变化数据通过补氧控制装置控制补氧装置向反应系统补充氧气，电控系统根据补氧装置向反应腔所补充的氧气量输出耗氧量关于时间的曲线。
进一步地，所述反应系统、补氧排氧系统均为多个。
进一步地，所述真空泵、氧气罐与反应系统之间设置二位三通电磁阀，所述二位三通电磁阀与电控系统连接，由电控系统控制实现真空泵、氧气罐与反应系统之间的通断。
进一步地，所述补氧装置、补氧对比装置均为活塞杆气缸结构；所述补氧控制装置由依次连接的伺服电机、减速机和电动缸组成，所述伺服电机与电控系统连接，由电控系统控制伺服电机。
进一步地，补氧对比装置与排氧装置之间设有手阀和电磁阀，当所充入的氧气大于实验所要求的氧气量，则通过控制电磁阀来进行排气。
进一步地，补氧装置、补氧对比装置与反应腔、对比腔之间分别具有一个手阀。
进一步地，所述补氧装置、补氧对比装置、反应腔和对比腔均为不锈钢材质；联通管道液位不锈钢材质。
基于所述的橡胶老化耗氧量测量台架的测量方法，其特征在于，
首先将橡胶料放入反应腔，通过真空泵用于将整个密闭系统抽成真空，氧气罐向系统中充入氧气，使反应腔与对比腔、补氧装置与补氧对比装置的氧气压力相等；关闭补氧装置与反应腔、补氧对比装置与对比腔之间的阀门，启动温控系统，使保温箱内的温度达到实验温度；第一压力传感器、第二压力传感器分别检测反应腔、对比腔内的气体压力，压差传感器根据第一压力传感器、第二压力传感器监测实验过程中由于胶料发生氧化反应导致的反应腔和对比腔之间的压力差；电控系统根据测试系统测得的压力差通过补氧控制装置控制补氧装置向反应腔补充氧气，同时电控系统根据补氧装置所补充的氧气量输出耗氧量关于时间的曲线。
进一步地，所述电控系统根据补氧装置所补充的氧气量输出耗氧量关于时间的曲线的过程中，考虑补氧对比装置中的氧气量在实验过程中的变化，消除补氧装置自身氧化的耗氧量。
进一步地，氧气罐向系统中充入氧气后，通过排氧装置调控补氧装置与补氧对比装置中氧气量的一致。
本发明的有益效果：
1)本发明的汽车轮胎橡胶耗氧量测量台架基于差压法的原理设计，由压差传感器测量反应腔和对比腔之间的压力差，通过补氧控制装置来进行补氧，所补氧气的量即为橡胶所消耗的量。压力传感器保证了反应腔和对比腔之间的压力平衡；压差传感器的高精度提高了测量结果的准确性。
2)本发明能够使反应腔和对比腔处于恒定的温度和压力下，可用于模拟实际的环境条件，提高了实验的可靠性。
3)本发明有两个工位，可以同时测量两组轮胎胶料，能够高效、准确地测量橡胶的耗氧量，大大节约了时间和成本。
4)本发明的反应系统各元件之间均为卡套连接，能够保证良好的密封性；本发明中的各种腔体、管路均使用不锈钢316材质，具有优异的的抗氧化性能，能够保证实验的准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明所述汽车轮胎橡胶耗氧量测量台架的原理图。
图2为所述补氧排氧系统的结构示意图。
图3为本发明所述汽车轮胎橡胶耗氧量测量台架的总体结构示意图。
图4为所述反应系统的结构示意图。
图5为反应腔的结构示意图。
图6为补氧装置的结构示意图。
附图标记：
1、排氧装置；2、电磁阀；3、手阀；4、二位三通电磁阀；5、补氧对比装置；6、补氧装置；7、第一压力传感器；8、压差传感器；9、第二压力传感器；10、伺服电机；11、减速机；12、电动缸；13、支撑机构；14、保温箱；15、真空泵；16、氧气罐；17、L型板；18、反应腔；19、对比腔；20、反应腔螺钉；21、反应腔法兰盖；22、反应腔法兰；23、反应腔腔体；24、补氧装置螺钉；25、补氧装置法兰盖；26、补氧装置法兰；27、补氧装置腔体；28、补氧装置活塞杆。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明所述的轮胎橡胶耗氧量测量台架，如图1所示，包括反应系统、测试系统、抽空给氧系统、温控系统、补氧排氧系统、电控系统。其中，真空泵15、氧气罐和二位三通电磁阀4组成抽空给氧系统；保温箱组成温控系统；反应腔、对比腔及相连接的不锈钢管组成反应系统；补氧装置6、补氧对比装置5、排氧装置和补氧控制装置组成补氧排氧系统；压力传感器、压差传感器8组成测试系统。
如图3所示，抽空给氧系统、补氧排氧系统均装在支撑机构13上。所述支撑机构13由方形管钢和矩形钢管焊接而成，共分为三层；最上面一侧层放置第一个工位，中间层放置第二个工位，最下面层放置真空泵15、氧气罐16。
如图2所示，所述补氧排氧系统包括补氧装置6、补氧控制装置、补氧对比装置5、排氧装置1，所述补氧装置6由补氧控制装置控制补氧，所述补氧对比装置5与排氧装置1相连。所述反应系统位于温控系统的保温箱14内，包括反应腔18、对比腔19，所述反应腔与补氧装置6相连通；所述对比腔19与补氧对比装置5相连通。
反应腔和对比腔均由不锈钢制成，反应腔中用于放置胶料，对比腔用于做参照，且反应腔和对比腔均放置于保温箱14中，保温箱14用于控制反应腔和测试腔所处的环境温度，来模拟不同的实验条件。
补氧装置6与反应腔之间通过规格为6mm*1.5mm的不锈钢管进行连接，补氧对比装置5与对比腔之间通过规格为6mm*1.5mm的不锈钢管进行连接。在实验前往密闭系统充入氧气时打开补氧装置6与反应腔、补氧对比装置5与对比腔之间的手阀3，实验过程中需关闭手阀3以隔断两装置。
所述抽空给氧系统包括真空泵15、氧气罐16，真空泵15、氧气罐16分别通过管道与反应腔18、对比腔19相连。
真空泵15用于将整个密闭系统抽成真空，以去除原系统中可能存在的空气或其他气体，防止对实验结果造成影响；氧气罐16用于往系统中充入氧气；真空泵15和氧气罐16通过二位三通电磁阀4来控制与整个系统的通断，实现抽空给氧功能。真空泵15、氧气罐16和二位三通电磁阀4之间通过规格为6mm*1.5mm的不锈钢管连接，接头连接方式为卡套连接。二位三通电磁阀4的第三个接口与密闭系统连接，二位三通电磁阀与反应系统之间添加一个手阀3来提高整个系统的密封性。该手阀3与补氧对比装置5相连接。
补氧装置6和补氧对比装置5均由不锈钢制成，补氧装置6为活塞杆结构，用于储存氧气，并在必要时向反应腔中补充氧气；补氧对比装置5用于做参照，以避免氧气与不锈钢反应所造成的影响。补氧装置6与补氧控制装置连接，补氧控制装置由伺服电机、减速机和电动缸12组成。补氧对比装置5与排氧装置1连接，之间添加一个手阀3和一个电磁阀2，手阀3用于提高密闭系统的密封性，电磁阀2用于控制是否需要排气，当所充入的氧气大于实验所要求的氧气量，则通过控制电磁阀2来进行排气。
所述测试系统包括第一压力传感器7和第二压力传感器9、压差传感器8，第一压力传感器7、第二压力传感器9分别用于检测反应腔18、对比腔19内的气体压力，压差传感器8根据第一压力传感器7、第二压力传感器9监测实验过程中由于胶料发生氧化反应导致的反应腔18和对比腔19之间的压力差。
在实验前使得反应腔和对比腔里所充入的氧气量保持一致。压差传感器8与第一压力传感器7、第二压力传感器9相连接，来监测实验过程中由于胶料发生氧化反应的反应腔和对比腔之间的压力差。
压差传感器8将差压信号发送到电控系统，电控系统根据差压信号控制补氧控制装置，使补氧装置发生动作，适时对反应腔进行补氧，所补充的氧气量即为胶料所消耗的氧气量。补氧控制装置、压力传感器和压差传感器8均与电控系统相连接，由电控系统获取的信息。所述电控系统根据工作流程抽空给氧系统的工作，根据测试系统测得的压力差变化数据通过补氧控制装置控制补氧装置6向反应系统补充氧气，电控系统根据补氧装置6向反应腔18所补充的氧气量输出耗氧量关于时间的曲线。
如图4和图5所示，所述反应腔18包括反应腔腔体23、法兰22、法兰盖21、螺钉20及氟橡胶密封圈。反应腔18和对比腔19由L型板17固定在温箱14侧壁。反应腔法兰22与反应腔腔体23之间为焊接连接，反应腔法兰22与反应腔法兰盖21之间为螺钉连接，反应腔法兰22与反应腔法兰盖21之间通过氟橡胶密封圈进行密封。对比腔19与反应腔18结构相同。反应腔18用于放置测试胶料样本与氧气进行反应，对比腔用于实验参照。反应腔18和对比腔19均放置在温箱中，使其处于实验规定的温度下，来模拟不同的实验条件。
如图6所示，补氧装置6包括补氧装置腔体27、补氧装置活塞杆28、氟橡胶密封圈、补氧装置法兰26、补氧装置法兰盖25、补氧装置螺钉24。补氧装置腔体27一端与补氧装置法兰26通过焊接连接，补氧装置腔体27另一端与补氧装置法兰26通过螺纹连接。补氧装置法兰26与补氧装置法兰盖25之间为螺钉连接，补氧装置法兰盖25与支撑机构13为螺钉连接。补氧控制装置包括伺服电机10、减速机11和电动缸12，电动缸轴与补氧装置活塞杆28之间通过螺纹连接，电动缸轴与补氧装置活塞杆28之间通过锁紧螺母进行锁紧。由电动缸12的直线运动推动活塞杆28运动，从而进行补氧操作。
所述反应腔18和对比腔19与第一压力传感器7、第二压力传感器9连接，用于测量反应腔18和对比腔19之间的压力，来确保在实验前反应腔18和对比腔19所充入的氧气量保持一致。第一压力传感器7、第二压力传感器9再与压差传感器8相连接，来监测实验过程中由于胶料发生氧化反应的反应腔18和对比腔19之间的压力差。压差传感器8将差压信号发送到补氧控制装置，补氧控制装置根据差压信号推动活塞杆，适时对反应腔18进行补氧，所补充的氧气量即为胶料所消耗的氧气量。补氧控制装置、第一压力传感器7、第二压力传感器9和压差传感器8均与电控系统相连接，由电控系统获取的信息，绘制出胶料耗氧量关于时间的曲线。
本发明的工作原理：该台架由反应系统、测试系统、抽空给氧系统、温控系统、补氧排氧系统、电控系统组成。首先对整个系统进行抽空给氧。由二位三通电磁阀4打开真空泵与反应系统之间的通路，对整个系统进行抽真空。当系统达到规定真空度后，由二位三通电磁阀4关闭真空泵15和反应系统之间的管路，打开氧气罐与反应系统之间的管路，通过第一压力传感器和第二压力传感器所检测系统内的压力，关闭氧气罐与反应系统之间的管路，实现抽空给氧功能。给氧过多时，通过补氧排氧系统中的排氧装置1排出多余氧气。所述反应系统放置在温控系统中，处于恒定的温度和压力下，来满足不同的实验条件。所述测试系统中的第一压力传感器与反应腔连通，第二压力传感器与对比腔连通，检测反应腔和对比腔之间的压力平衡。第一压力传感器和第二压力传感器与压差传感器连通，再与反应系统连通，测量反应腔和对比腔之间的压力差。所述压差传感器与电控系统连接，电控系统感知压差信号。电控系统与补氧排氧系统中的补氧控制装置连接，补氧控制装置根据压力差信号，控制补氧装置6向反应腔中进行补氧，所补氧气量即为橡胶所消耗氧气量。
本装置，除了可以测量0～1MPa、0～180℃下汽车轮胎橡胶的耗氧量以外，还可以用来测量其它橡胶的耗氧量，也可以用来测量其它材料的耗氧量。
本装置所采用的纯氧环境，目的是为了加速胶料的氧化过程以缩短实验时间。而且目前存在技术手段，纯氧环境下的实验结果对真实环境下轮胎的氧化同样具有参考价值。还可以设置不同的氧气压力来模拟不同轮胎真实情况下的胎压。
所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种汽车轮胎橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，包括反应系统、测试系统、抽空给氧系统、温控系统、补氧排氧系统、电控系统，
所述补氧排氧系统包括补氧装置(6)、补氧控制装置、补氧对比装置(5)、排氧装置(1)，所述补氧装置(6)由补氧控制装置控制补氧，所述补氧对比装置(5)与排氧装置(1)相连；
所述反应系统位于温控系统的保温箱内，包括反应腔(18)、对比腔(19)，所述反应腔与补氧装置(6)相连通；所述对比腔(19)与补氧对比装置(5)相连通；
所述抽空给氧系统包括真空泵(15)、氧气罐(16)，真空泵(15)、氧气罐(16)分别通过管道与反应腔(18)、对比腔(19)相连；
所述测试系统包括第一压力传感器(7)和第二压力传感器(9)、压差传感器(8)，第一压力传感器(7)、第二压力传感器(9)分别用于检测反应腔(18)、对比腔(19)内的气体压力，压差传感器(8)根据第一压力传感器(7)、第二压力传感器(9)监测实验过程中由于胶料发生氧化反应导致的反应腔(18)和对比腔(19)之间的压力差；
所述电控系统与补氧控制装置、抽空给氧系统、测试系统相连，根据工作流程抽空给氧系统的工作，根据测试系统测得的压力差变化数据通过补氧控制装置控制补氧装置(6)向反应系统补充氧气，电控系统根据补氧装置(6)向反应腔(18)所补充的氧气量输出耗氧量关于时间的曲线。
2.根据权利要求1所述的橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，所述反应系统、补氧排氧系统均为多个。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，所述真空泵(15)、氧气罐(16)与反应系统之间设置二位三通电磁阀(4)，所述二位三通电磁阀(4)与电控系统连接，由电控系统控制实现真空泵(15)、氧气罐(16)与反应系统之间的通断。
4.根据权利要求3所述的橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，所述补氧装置(6)、补氧对比装置(5)均为活塞杆气缸结构；所述补氧控制装置由依次连接的伺服电机(10)、减速机(11)和电动缸(12)组成，所述伺服电机(10)与电控系统连接，由电控系统控制伺服电机(10)。
5.根据权利要求4所述的橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，补氧对比装置(5)与排氧装置(1)之间设有手阀(3)和电磁阀(2)，当所充入的氧气大于实验所要求的氧气量，则通过控制电磁阀(2)来进行排气。
6.根据权利要求5所述的橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，补氧装置(6)、补氧对比装置(5)与反应腔、对比腔之间分别具有一个手阀(3)。
7.根据权利要求5所述的橡胶老化耗氧量的测量台架，其特征在于，所述补氧装置(6)、补氧对比装置(5)、反应腔(18)和对比腔(19)均为不锈钢材质；联通管道液位不锈钢材质。
8.基于权利要求1所述的橡胶老化耗氧量的测量台架的测量方法，其特征在于，
首先将橡胶料放入反应腔，通过真空泵(15)用于将整个密闭系统抽成真空，氧气罐(16)向系统中充入氧气，使反应腔与对比腔、补氧装置(6)与补氧对比装置(5)的氧气压力相等；关闭补氧装置(6)与反应腔、补氧对比装置(5)与对比腔之间的阀门，启动温控系统，使保温箱内的温度达到实验温度；第一压力传感器(7)、第二压力传感器(9)分别检测反应腔(18)、对比腔(19)内的气体压力，压差传感器(8)根据第一压力传感器(7)、第二压力传感器(9)监测实验过程中由于胶料发生氧化反应导致的反应腔(18)和对比腔(19)之间的压力差；电控系统根据测试系统测得的压力差通过补氧控制装置控制补氧装置(6)向反应腔(18)补充氧气，同时电控系统根据补氧装置(6)所补充的氧气量输出耗氧量关于时间的曲线。
9.根据权利要求8所述的橡胶老化耗氧量的测量台架的测量方法，其特征在于，所述电控系统根据补氧装置(6)所补充的氧气量输出耗氧量关于时间的曲线的过程中，考虑补氧对比装置(5)中的氧气量在实验过程中的变化，消除补氧装置(6)自身氧化的耗氧量。
10.根据权利要求8所述的橡胶老化耗氧量的测量台架的测量方法，其特征在于，氧气罐(16)向系统中充入氧气后，通过排氧装置(1)调控补氧装置(6)与补氧对比装置(5)中氧气量的一致。
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