CN113635581A - 一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置和轮胎智能设计装备 - Google Patents

Abstract

本申请涉及轮胎智能制造领域，尤其涉及一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置和轮胎智能设计装备。一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，该装置包括硫化模具，在硫化模具中通孔，通孔内设置有压力传感器，压力传感器的压力敏感元件对应轮胎各部位设置；所述的轮胎各部位包括以下部位中的1个或多个：①成品胎冠部材料由薄变厚及由厚变薄的拐点处；②成品胎使用时，胎侧曲挠最大处；③模具各部件组装时的拼接处。该装置在硫化模具不同部位安装压力传感器，通过压力传感器来反映模具受到的压力，从而达到监测轮胎受力的目的。

Description

一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置和轮胎智能设 计装备

技术领域

本申请涉及轮胎智能制造领域，尤其涉及一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置和轮胎智能设计装备。

背景技术

目前，无论从国家及行业战略发展层面，还是从轮胎行业自身生存发展层面，作为传统的劳动、资金、资源三密集型产业，轮胎业都迫切需要进行智能化的升级改造，大力研发生产高技术含量、高附加值、高品质的轮胎产品，提高生产效率，增加企业效益，提升核心竞争力，智能制造模式势在必行。

轮胎行业大洗牌的竞争格局下，“智能制造”并非简单集成一堆电脑、机器人、机械手，而是企业的创新驱动研发投入、自动化、信息化、智能化的生产效率、环保方面的投入，以及营销模式的布局、售后服务跟踪等核心要素的迭代更新。互联网信息技术与轮胎制造业纵深交融，实现生产要素数字化、网络化，生产过程知识自动化，以知识驱动生产过程，旨在简化管理，提升品质，降本增效，绿色环保。有案例表明，生产线实现智能化后，全工艺流程生产时间相比传统生产方式缩短近三分一，生产效率显著提升，用工规模大大精简，人均产值和工业增加值翻倍。

轮胎“智能制造”不仅包括轮胎的智能轮胎、智能生产，还包括了轮胎智能设计，在轮胎设计过程中根据使用及设计要求，成品轮胎各部位材料分布不同，但轮胎在实际生产时，各部位硫化压力均采用同一参数。不同材料分布在同一硫化压力条件下硫化出的成品胎胶料性能必然会有所差异。

有研究王鹏，苏正涛，赖亮庆等.硫化压力对橡胶/金属热硫化粘接剥离强度的影响[J]. 航空材料学报,2016,1(36):69-74.表明硫化压力对橡胶力学性能有较大影响。随着硫化压力变化，胶料的撕裂强度也随之发生变化。分析原因为：随着硫化压力的改变，橡胶大分子链距离、交联密度也发生变化。即橡胶大分子链之间的平均距离改变导致单、双硫键变化，多硫键出现反向变化，最终导致硫化橡胶的撕裂强度随之改变。

在硫化时间和温度一致的情况下，为保证轮胎各部位胶料硫化后撕裂强度等力学性能一致，应根据各部位胶料厚度制定对应的定点硫化压力。为实现上述方案，就必须能够对各部位进行硫化压力实时监测；进一步检测获得数据可以经过计算机处理，通过建立压力数据与轮胎各部位包括材料、尺寸参数以及硫化工艺参数的关系，进而模拟轮胎设计结果，以达到轮胎性能最优化。目前市场上没有一种专门针对轮胎各部位压力的定点测试设备。

发明内容

为了解决上述的技术问题，本申请的目的是提供一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，该装置在硫化模具不同部位安装压力传感器，通过压力传感器来反映模具受到的压力，从而达到监测轮胎受力的目的。

为了实现上述的目的，本申请采用了以下的技术方案：

一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，该装置包括硫化模具，在硫化模具中通孔，通孔内设置有压力传感器，压力传感器的压力敏感元件对应轮胎各部位设置；所述的轮胎各部位包括以下部位中的1个或多个：

①成品胎冠部材料由薄变厚及由厚变薄的拐点处；

②成品胎使用时，胎侧曲挠最大处；

③模具各部件组装时的拼接处。

作为优选，所述的压力敏感元件与轮胎各部位接触的端面为弧面或平面。

作为优选，所述的轮胎各部位包括胎冠部、胎肩部、胎侧部和趾口部中的1个或2个或 3个或4个；胎冠部包括胎面部、花纹顶部和花纹根部中的1个或2个或3个；胎侧部包括靠近分型面部、最大断面宽部中的1个或2个。

作为优选，胎冠部位包括胎面部、花纹顶部、左花纹根部和右花纹根部；胎面部设置一个压力传感器，并在花纹顶部、左花纹根部和右花纹根部分别设置一个压力传感器。

作为优选，花纹顶部、左花纹根部和右花纹根部设置的压力传感器分别位于三个截面上。

作为优选，花纹顶部的压力传感器穿过花纹模块设置，左花纹根部和右花纹根部的压力传感器的端面位于花纹模块的两侧。

作为优选，胎面部的压力传感器设置一个，胎肩部的压力传感器设置两个，分别位于模具两侧胎肩部；胎面部、胎肩部的压力传感器位于同一截面上。

作为优选，胎面部的压力传感器往一侧位移避开胎面正中间的花纹；胎肩部的压力传感器分别往两侧位移。

作为优选，靠近分型面部、最大断面宽部和趾口部的压力传感器均设置两个，两个相同部位的压力传感器分别位于模具两侧；并且靠近分型面部、最大断面宽部和趾口部的压力传感器位于同一截面上。

进一步，本申请还公开了一种轮胎优化设计的设备，该设备包括所述的硫化装置，连接所述压力传感器的数据传输单元和连接数据传输单元的数据接收存储器以及处理器；所述的处理器对压力传感器采集获得的压力数据进行处理；并通过建立压力数据与轮胎各部位包括材料、尺寸参数以及硫化工艺参数的关系，进而模拟轮胎设计结果，以达到轮胎性能最优化。

一种基于大数据对轮胎进行优化设计的系统，其特征在于，该系统包括所述的硫化装置，连接所述压力传感器的数据传输单元和连接数据传输单元的数据接收存储器以及大数据处理中心；所述的大数据处理中心对压力传感器采集获得的压力数据进行处理；并通过建立压力数据与轮胎各部位包括材料、尺寸参数以及硫化工艺参数的关系，进而模拟轮胎设计结果，以达到轮胎性能最优化。

本申请的测试原理如下：轮胎硫化过程主要分为冲压阶段、正硫化保压阶段、冷却降压阶段。冲压阶段，泵机对轮胎内型腔的胶囊注入压力，该压力传递到轮胎，使轮胎胶料紧贴到模具内表面。胎胚外表面形状与模具内表面形状不完全匹配，所以在冲压阶段轮胎胶料会发生流动，不同部位的受压情况也不尽相同。正硫化保压阶段，轮胎受到的压力基本保持不变，但因泵机本身的结构特点，压力会有轻微变化，导致轮胎受压也会有波动。冷却卸压阶段，由于橡胶本身是一种弹性材料，在卸压过程中，轮胎不同部位受压情况也不一样。轮胎各部位胶料的受压情况不能直接测量，但轮胎受到的压力F和模具受到的压力F’是作用力和反作用力的关系，二者大小相等，方向相反。因此可以通过模具受到的压力来表征轮胎的受压情况。因此，本申请在模具不同部位安装压力传感装置，通过压力传感装置来反映模具受到的压力，从而达到监测轮胎受力的目的。胎胚将自身受到的压力传递到模具内表面，使模具内表面受压，该压力与胎胚受到的压力大小相等。为避免传感器之间、传感器与排气孔及活字块之间互相干涉，所有传感器均需周向错开，并避开排气孔及活字块。

本申请由于采用了上述的技术方案，在硫化模具不同部位安装压力传感器，通过压力传感器来反映模具受到的压力，从而达到监测轮胎受力的目的。进一步，本申请可以所述的测试方法获得的压力数据进行处理，并通过建立压力数据与轮胎各部位包括材料、尺寸参数以及硫化工艺参数的关系，进而模拟轮胎设计结果，以达到轮胎性能最优化。

附图说明

图1为成品轮胎的截面示意图。

图2为本申请硫化装置的结构示意图。

图3为图1中A部放大图。

图4为图1中B部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本申请的具体实施方式做一个详细的说明。

一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，该装置包括硫化模具，在硫化模具中通孔，通孔内设置有压力传感器，压力传感器的压力敏感元件对应轮胎各部位设置，压力传感器压力敏感元件与轮胎各部位接触的端面为弧面或平面。如图1所示，所述的轮胎各部位包括胎冠部1、胎肩部2、胎侧部3和趾口部4。

如图2所示，胎冠部1位包括胎面部11、花纹顶部12、左花纹根部13和右花纹根部14；胎面部11设置一个压力传感器，并在花纹顶部12、左花纹根部13和右花纹根部14分别设置一个压力传感器。花纹顶部12、左花纹根部13和右花纹根部14设置的压力传感器分别位于三个截面上。胎面部11的压力传感器设置一个，胎肩部2的压力传感器设置两个，分别位于模具两侧胎肩部2；胎面部11、胎肩部2的压力传感器位于同一截面上。胎面部11的压力传感器往一侧位移避开胎面正中间的花纹；胎肩部2的压力传感器分别往两侧位移。胎侧部 3包括靠近分型面部15、最大断面宽部16，靠近分型面部15、最大断面宽部16和趾口部4 的压力传感器均设置两个，两个相同部位的压力传感器分别位于模具两侧；并且靠近分型面部15、最大断面宽部16和趾口部4的压力传感器位于同一截面上。

以下以一种12.00R20规格的全钢子午线轮胎进行数据采集分析并计算各部位粘结破坏力为例来说明本申请的效果。

实施例1

利用本申请所述测试方法，以12.00R20规格为例进行测试分析。硫化压力为2.5MPa，硫化温度为170℃，硫化时间为50min，进行数据采集分析并计算各部位粘结破坏力。

实施例2

利用本申请所述测试方法，以12.00R20规格为例进行测试分析。硫化压力为2.0MPa，硫化温度为170℃，硫化时间为50min，进行数据采集分析并计算各部位粘结破坏力。

实施例3

利用本申请所述测试方法，以12.00R20规格为例进行测试分析。硫化压力为1.5MPa，硫化温度为170℃，硫化时间为50min，进行数据采集分析并计算各部位粘结破坏力。

实施例4

利用本申请所述测试方法，以12.00R20规格为例进行测试分析。硫化压力为1.0MPa，硫化温度为170℃，硫化时间为50min，进行数据采集分析并计算各部位粘结破坏力。

通过上述实例数据对比分析，发现硫化温度和时间一样的情况下，实施例1中轮胎各部位胶料的粘结破坏力最大，胶料抗撕裂能力最强，符合拟合方程。

以上为对本申请实施例的描述，通过对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的。本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施列，而是要符合与本文所公开的原理和新颖点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，该装置包括硫化模具，在硫化模具中通孔，通孔内设置有压力传感器，压力传感器的压力敏感元件对应轮胎各部位设置；所述的轮胎各部位包括以下部位中的1个或多个：

①成品胎冠部材料由薄变厚及由厚变薄的拐点处；

②成品胎使用时，胎侧曲挠最大处；

③模具各部件组装时的拼接处。

2.根据权利要求1所述的一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，压力敏感元件与轮胎各部位接触的端面为弧面或平面。

3.根据权利要求1所述的一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，所述的轮胎各部位包括胎冠部、胎肩部、胎侧部和趾口部中的1个或2个或3个或4个；胎冠部包括胎面部、花纹顶部和花纹根部中的1个或2个或3个；胎侧部包括靠近分型面部、最大断面宽部中的1个或2个。

4.根据权利要求3所述的一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，胎冠部位包括胎面部、花纹顶部、左花纹根部和右花纹根部；胎面部设置一个压力传感器，并在花纹顶部、左花纹根部和右花纹根部分别设置一个压力传感器；优选，花纹顶部、左花纹根部和右花纹根部设置的压力传感器分别位于三个截面上。

5.根据权利要求4所述的一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，花纹顶部的压力传感器穿过花纹模块设置，左花纹根部和右花纹根部的压力传感器的端面位于花纹模块的两侧。

6.根据权利要求3所述的一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，胎面部的压力传感器设置一个，胎肩部的压力传感器设置两个，分别位于模具两侧胎肩部；胎面部、胎肩部的压力传感器位于同一截面上。

7.根据权利要求6所述的一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，胎面部的压力传感器往一侧位移避开胎面正中间的花纹；胎肩部的压力传感器分别往两侧位移。

8.根据权利要求3所述的一种轮胎硫化过程中定点采集压力的硫化装置，其特征在于，靠近分型面部、最大断面宽部和趾口部的压力传感器均设置两个，两个相同部位的压力传感器分别位于模具两侧；并且靠近分型面部、最大断面宽部和趾口部的压力传感器位于同一截面上。

9.一种轮胎优化设计的设备，其特征在于，该设备包括权利要求1-8任意一项权利要求所述的硫化装置，连接所述压力传感器的数据传输单元和连接数据传输单元的数据接收存储器以及处理器；所述的处理器对压力传感器采集获得的压力数据进行处理；并通过建立压力数据与轮胎各部位包括材料、尺寸参数以及硫化工艺参数的关系，进而模拟轮胎设计结果，以达到轮胎性能最优化。

10.一种基于大数据对轮胎进行优化设计的系统，其特征在于，该系统包括权利要求1-8任意一项权利要求所述的硫化装置，连接所述压力传感器的数据传输单元和连接数据传输单元的数据接收存储器以及大数据处理中心；所述的大数据处理中心对压力传感器采集获得的压力数据进行处理；并通过建立压力数据与轮胎各部位包括材料、尺寸参数以及硫化工艺参数的关系，进而模拟轮胎设计结果，以达到轮胎性能最优化。

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