CN114061986A - 一种橡胶磨耗测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于橡胶磨耗测试技术领域，具体涉及一种橡胶磨耗测试方法，包括：初次称重、磨耗测试、二次称重和分析试验结果，调节轮、弹簧和微平面结构轮共同保证胶轮与平面摩擦副为圆与平面之间的摩擦，模拟轮胎与地面的摩擦结构，还原轮胎的行驶变化情况，采用不同的驱动方式模拟轮胎的加减速、起步漂移等过程，根据轮胎的用途以及轮胎的使用场景，可对PC—轿车轮胎、LT—轻型载货汽车轮胎、TB—载货汽车及大客车胎、AG—农用车轮胎、OTR—工程车轮胎、ID—工业用车轮胎、AC—飞机轮胎、MC—摩托车轮胎进行不同的函数匹配，以模拟上述轮胎的磨耗工况；同时也可对单一种类的轮胎进行磨耗分析，对同种类的轮胎进行函数匹配，为高性能轮胎研发提供技术支持。

Description

一种橡胶磨耗测试方法
技术领域:
本发明属于橡胶磨耗测试技术领域，具体涉及一种橡胶磨耗测试方法，模拟轮胎在实际行驶中的多种磨耗工况，并进行测试，为高性能轮胎的研发提供技术支持。
背景技术：
橡胶在摩擦的过程中的发热现象会导致表面破坏，最后造成磨耗，橡胶在不同摩擦条件下的磨耗具有不同的特征。轮胎的磨耗是一种复杂的磨耗过程，外在环境因素、路面状态与内生热等因素均对磨耗产生影响。现有的磨耗测试装置以采用GB/T 1689–1998的阿克隆磨耗试验机和采用ISO4649的DIN磨耗试验机为代表，其中，阿克隆试验机的磨耗如图1所示，将标准厚度的胶条通过粘合剂黏贴到金属轮上，然后与砂轮进行摩擦，胶轮带驱动，砂轮不带驱动，砝码加压装置在砂轮上，恒定压力值，实质上为圆胶片胶轮(胶条粘贴到金属轮上)与圆砂轮之间的磨耗，摩擦副为圆与圆之间的接触摩擦，磨耗工况包含主驱动的胶轮与被动驱动的砂轮；例如，中国专利201510189481.X公开的一种胎面胶磨耗测试方法，具体包括以下工艺步骤：(1)试样的制作与固定：将硫化成型的胎面胶折弯成轮胎形状粘到胶轮上，注意粘接时不应受到张力，如果设计的胎面胶长度不能完全包住胶轮而存在有槽口，则用现有技术中阿克隆磨耗试验机固定试样的方法，用一个粘性橡胶条补上槽口使得胎面胶完全包在胶轮上，然后将胶轮套接在胶轮轴上并旋入胶轮挡板加以固定；(2)磨削机构的加荷：尼龙辊对包覆在胶轮上试样的压力由砝码提供，根据杠杆比例关系通过调整挂设在砝码支架上砝码的质量以调节尼龙辊作用在胶轮试样上的荷载力；(3)胶轮的回转：打开控制面板上的电源开关，将磨耗时间调至试验所需时间并按下启动按钮，由Ⅰ号电机通过Ⅰ号减速机控制的胶轮开始运转，由于磨削机构中的尼龙辊与胶轮紧密邻接，尼龙辊在与之等高且有压力接触的试样带动下一起回转；(4)胶轮的偏转：打开角度调节机构的Ⅱ号电机，通过Ⅱ号减速机带动曲柄上的连杆摆动，在连杆的传动作用下，遥杆带动电机座一起摆动，胶轮随固定在电机座上的Ⅰ号电机和Ⅰ号减速机一体式做连续的偏移运动，使包覆在胶轮上的试样与尼龙辊产生相对的滑动以实现试样的磨削；(5)试样颗粒的称量与结果比较：在包覆有试样的胶轮的下方底座上铺设纸张用于收集磨削下来的试样颗粒，在对结果进行比较时，将荷载、转速、磨耗角三个变量中的任意两个变量固定，调整另一个变量的大小并收集磨削下来的颗粒，然后进行分组称量对比，颗粒质量大的耐磨性能差，颗粒质量小的，耐磨性能好。DIN磨耗试验机的磨耗如图2所示，将砂纸黏贴到金属辊上，上侧为模具硫化的标准橡胶圆柱，金属辊带驱动，橡胶圆柱可实现往复移动，砝码加压装置在橡胶圆柱上，恒定压力值，实质上为橡胶圆柱端面与圆柱砂纸(砂纸粘贴到金属圆柱面上)之间的磨耗，摩擦副为面与面之间的接触摩擦，磨耗工况包含主驱动的圆柱砂纸轴与被动驱动的橡胶圆柱，或随动的橡胶圆柱；例如，中国专利201821272767.X公开的一种高精度DIN磨耗试验机，包括试验机本体，所述试验机本体包括底座、工作箱和侧板，所述底座的顶部设置有支撑架，所述支撑架的两端均焊接有滑动块，所述支撑架上固定连接有毛刷，所述工作箱和侧板均焊接在底座的顶部，所述工作箱内通过铆钉安装有电动机二，所述工作箱上设置有组合开关，所述工作箱的后侧焊接有供电箱，所述供电箱内通过铆钉安装有蓄电池，所述供电箱与侧板之间设置有挡板，所述挡板的两端分别与供电箱和侧板的外侧壁相互焊接，所述工作箱和侧板之间设置有支撑杆，所述支撑杆的两端分别与工作箱和侧板的外侧壁相互焊接，所述支撑杆上套设有连接盒，所述连接盒内设置有齿轮，所述连接盒的顶部通过铆钉连接有电动机一，所述电动机一的输出轴穿过连接盒的侧壁与齿轮相互焊接，所述连接盒的底部设置有支撑板，所述支撑板与连接盒之间设置有连接柱、螺栓一和螺栓二，所述连接柱的两端分别焊接在连接盒的底部和支撑板的顶部，所述支撑板上开设有螺孔一和螺孔二，所述螺栓一的一端安装在螺孔一内，所述螺栓二的一端安装在螺孔二内，所述支撑板的底部焊接有固定架，所述固定架的底部设置有滚筒，所述电动机二的输出轴穿过工作箱的侧壁与滚筒的一端相互焊接，所述滚筒的另一端焊接有支撑轴，所述支撑轴的一端通过轴承与侧板相互连接。
轮胎在使用周期中会出现发生工况的变化，耐磨性是衡量轮胎性能比较重要的一个指标，对于不同工况下的轮胎，磨耗的评测方法也不近相同，但是，现有技术中的两种橡胶磨耗试验机的测试工况少，测试方法过于单一，摩擦副均与轮胎的磨耗过程有较大的差别，测试结果不精确。因此，研发设计一种适用于多工况的磨耗测试方法尤为重要。
发明内容：
本发明的目的在于克服现有技术存在的缺点，研发设计的一种橡胶磨耗测试方法，以测试更加贴近轮胎实际行驶中的磨耗工况，提供精确的轮胎磨耗值，为高性能轮胎的开发提供技术支持。
为了实现上述目的，本发明涉及的一种橡胶磨耗测试方法的工艺过程包括：
(1)初次称重
对胶轮干燥后进行称重，并将称重结果输入远程操控系统；
(2)磨耗测试
根据测试地点的气象资料结合使用工况选择摩擦方式，设定胶轮和摩擦带的速度、二者的滑差，测试环境的温度(5～60℃)和湿度(5～90％)，胶轮的内温(室温～300℃)、偏角值、倾角值和周期间隔时间，摩擦介质，测试时间以及行驶里程，测试过程中，将摩擦介质添加到摩擦副表面，模拟路面游离介质的影响；
(3)二次称重
取下胶轮，清理至表面无黏着物质，再次对胶轮干燥后进行称重，并将称重结果输入远程操控系统；
(4)分析试验结果
通过远程操控系统导出试验结果，并进行胶轮的耐磨性分析。
本发明涉及的一种橡胶磨耗测试方法通过胶轮的不同驱动方式模拟加减速过程、匀速行驶过程以及起步、漂移过程的摩擦；加减速行驶时，采用主动摩擦或被动摩擦；匀速行驶时，采用随动摩擦；漂移、起步等状态下，采用被动摩擦。
本发明涉及的一种橡胶磨耗测试方法通过控制行驶的线速度，模拟胶轮在不同行驶速度下的磨耗；通过控制偏角的大小，研究偏角对胶轮磨耗的影响，偏角α是指轮胎胎面中心面与载体前进方向中线竖直面的夹角，为±10°；通过控制倾角的大小，研究倾角对胶轮磨耗的影响，倾角β是指轮胎胎面中心面与水平面之间的夹角，为±2°；通过设定高低温状态，研究温度对胶轮磨耗的影响；通过对平面摩擦副喷洒包括水的介质，研究胶轮在不同的湿滑状态下的磨耗；通过设定不同的均一路面研究路面对胶轮磨耗的影响；通过添加不同的介质，研究不均一路面对胶轮磨耗的影响，当介质为石块时，可研究轮胎耐切割性能。
本发明与现有技术相比，调节轮、弹簧和微平面结构轮共同保证胶轮与平面摩擦副为圆与平面之间的摩擦，模拟轮胎与地面的摩擦结构，还原轮胎的行驶变化情况，采用不同的驱动方式模拟轮胎的加减速、起步漂移等过程，根据轮胎的用途以及轮胎的使用场景，可对PC—轿车轮胎、LT—轻型载货汽车轮胎、TB—载货汽车及大客车胎、AG—农用车轮胎、OTR—工程车轮胎、ID—工业用车轮胎、AC—飞机轮胎、MC—摩托车轮胎进行不同的函数匹配，以模拟上述轮胎的磨耗工况；同时也可对单一种类的轮胎进行磨耗分析，对同种类的轮胎进行函数匹配，为高性能轮胎研发提供技术支持。
附图说明：
图1为本发明背景技术涉及的阿克隆磨耗实验机的磨耗测试原理示意图。
图2为本发明背景技术涉及的DIN磨耗实验机的磨耗测试原理示意图。
图3为本发明涉及的磨耗测试原理示意图。
图4为本发明涉及的胶轮直线行驶(偏角为0°，倾角为90°)的磨耗状态示意图。
图5为本发明涉及的胶轮左偏角行驶的磨耗状态示意图。
图6为本发明涉及的胶轮右偏角行驶的磨耗状态示意图。
图7为本发明涉及的胶轮左偏角加倾角行驶的磨耗状态示意图。
图8为本发明涉及的胶轮右偏角加倾角行驶的磨耗状态示意图。
具体实施方式：
下面通过具体实施例并结合附图进一步说明本发明。
实施例1：
本实施例涉及的橡胶磨耗测试方法在恒温恒湿环境箱中进行，选择山东省青岛市的PC—轿车轮胎中的出租车胎胎面胶作为摩擦对象，分析出租车胎的生性周期，其具体工艺过程包括：
(1)制作胶轮
将橡胶与添加剂小料按照设定的比例混合，通过混炼得到混炼胶，将设定质量的混炼胶置于胶轮制作模具中在设定时间、温度和压力条件下的平板硫化机上硫化，得到测试用的胶轮；
(2)预处理胶轮
对胶轮进行预磨处理，在胶轮的表面打磨漏出新鲜面；
(3)初次称重
将胶轮置于恒温干燥箱中干燥30min，取出进行称重，将称重结果输入远程操控电脑，完成初始数据的采集；
(4)磨耗测试
根据青岛市的气象资料：年平均气温为25.3℃，年平均湿度为73％，结合使用工况：青岛市为丘陵地形，市内路面均为柏油路面，出租车日行驶里程较多，选择被动摩擦方式，即由单独的驱动机构驱动胶轮7，由单独的驱动机构通过驱动轮2驱动摩擦带1，将胶轮7和摩擦带1的速度分别设定为0.8m/s和0.85m/s，二者的滑差设定为0.05m/s，摩擦带1为36号砂带，将恒温恒湿环境箱的温度设定为25.3℃，湿度设定为73％；胶轮7的内温设定为60℃，偏角值设定为时间函数指导值，在横坐标时间t的参数下，偏角从-5°～﹢5°依次循环动作，每10min为一个周期；倾角值设定为时间函数指导值，在横坐标时间t的参数下，倾角从-1.2°～+1.2°依次循环动作，每2min为一个周期，周期间隔为10min，摩擦介质包括游离介质和摩擦带上的均一介质，测试过程中，摩擦带1的张紧力由弹簧3和调节轮4共同配合调节，通过失重称将60目的石英砂颗粒以100g/h的速度添加到由微平面结构轮组6提供的平面摩擦副5的表面，模拟路面游离介质的影响，测试时间为16h，行驶里程为46km；
(5)二次称重
取下胶轮，清理至表面无明显黏着胶粉等物质，再次将胶轮置于恒温干燥箱中干燥30min，取出进行称重，将称重结果输入远程操控电脑，完成二次数据的采集；
(6)分析试验结果
试验结束后，通过远程操控电脑导出试验结果进行胶轮的耐磨性分析。
本实施例涉及的一种橡胶磨耗测试方法通过控制不同的磨耗工况判定胶轮7的耐磨性能，能够进行主动摩擦、随动摩擦和被动摩擦三种方式，实现变载磨耗、变速磨耗、偏角磨耗、倾角磨耗、高低温磨耗、湿滑磨耗、改变摩擦副磨耗、介质添加磨耗以及与以上参数的函数指导磨耗，测试原理如图3所示，摩擦带1由单独的驱动机构通过驱动轮2驱动，摩擦带1的张紧力由弹簧3和调节轮4共同配合调节，平面摩擦副5由微平面结构轮组6提供，胶轮7由单独的驱动机构驱动；摩擦带1的线速度(0～4m/s)可调，规格包括粒径规格，材质规格以及表面附着层的不同规格等，优选40号摩擦带；胶轮7的线速度(0～1m/s)可调，由胶轮制作模具整体硫化成型，包括内侧的金属太阳轮与外侧的橡胶轮，胶轮的规格与轮胎(225/50/R17)的规格成比例，外径为90±0.1mm，宽度为30±0.1mm。

Claims (10)

1.一种橡胶磨耗测试方法，其特征在于，工艺过程包括：
(1)初次称重
对胶轮干燥后进行称重，并将称重结果输入远程操控系统；
(2)磨耗测试
根据测试地点的气象资料结合使用工况选择摩擦方式，设定胶轮和摩擦带的速度、二者的滑差，测试环境的温度和湿度，胶轮的内温、偏角值、倾角值和周期间隔时间，摩擦介质，测试时间以及行驶里程，测试过程中，将摩擦介质添加到摩擦副表面，模拟路面游离介质的影响；
(3)二次称重
取下胶轮，清理至表面无黏着物质，再次对胶轮干燥后进行称重，并将称重结果输入远程操控系统；
(4)分析试验结果
通过远程操控系统导出试验结果，并进行胶轮的耐磨性分析。
2.根据权利要求1所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，测试环境的温度为5～60℃和湿度为5～90％，胶轮的内温为室温～300℃。
3.根据权利要求1或2所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，测试原理为：摩擦带由单独的驱动机构通过驱动轮驱动，摩擦带的张紧力由弹簧和调节轮共同配合调节，平面摩擦副由微平面结构轮组提供，胶轮由单独的驱动机构驱动。。
4.根据权利要求3所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，能够进行主动摩擦、随动摩擦和被动摩擦三种方式，实现变载磨耗、变速磨耗、偏角磨耗、倾角磨耗、高低温磨耗、湿滑磨耗、改变摩擦副磨耗、介质添加磨耗以及与以上参数的函数指导磨耗。
5.根据权利要求3所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，摩擦带的线速度为0～4m/s。
6.根据权利要求5所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，摩擦带为40号摩擦带。
7.根据权利要求3所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，胶轮的线速度为0～1m/s。
8.根据权利要求7所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，胶轮整体硫化成型，外径为90±0.1mm，宽度为30±0.1mm。
9.根据权利要求7或8所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，通过胶轮的不同驱动方式模拟加减速过程、匀速行驶过程以及起步、漂移过程的摩擦；加减速行驶时，采用主动摩擦或被动摩擦；匀速行驶时，采用随动摩擦；漂移、起步等状态下，采用被动摩擦。
10.根据权利要求9所述的橡胶磨耗测试方法，其特征在于，通过控制偏角的大小，研究偏角对胶轮磨耗的影响，偏角为±10°；通过控制倾角的大小，研究倾角对胶轮磨耗的影响，倾角为±2°；通过设定温度的大小，研究温度对胶轮磨耗的影响；通过对平面摩擦副喷洒包括水的介质，研究胶轮在不同的湿滑状态下的磨耗；通过设定不同的均一路面，研究路面对胶轮磨耗的影响；通过添加不同的介质，研究不均一路面对胶轮磨耗的影响，当介质为石块时，能够研究轮胎耐切割性能。
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