CN1163339C - 橡胶厚制品硫化变温加热的方法及其智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及橡胶厚制品的硫化，具体是指橡胶厚制品硫化变温加热的方法及其智能控制系统。改传统的恒温加热为变温加热，加热程序是：首先将模外加热介质温度定为高于原硫化工艺温度，当制品表层达该温度时，将外温也降至原硫化工艺温度，保持该温度至制品内部升温最慢部位的硫化值达到正硫化值时，关闭外热源。改传统的实测表面温度判断正硫化为实测制品表层温度计算预测制品内部温度判断正硫化。用本法硫化均匀性好，提高了生产效率和产品使用性能。

Description

橡胶厚制品硫化变温加热的方法及其智能控制系统

技术领域

本发明涉及橡胶厚制品硫化，具体是指适用于橡胶厚制品硫化的轮胎双模定型硫化机、硫化机、大型硫化缸等硫化设备的硫化加热方法及其控制系统。

背景技术

目前，橡胶厚制品的硫化加热过程及其控制技术无论是一般硫化设备还是较为先进的双模定型硫化机，都采用恒温(蒸汽、过热水)加热，通过实测制品外表面温度控制正硫化。具体做法是：先在厚制品(轮胎)各部位安装测温点，检测轮胎在外温恒温条件下，各测温点的温度变化，然后根据等效硫化法，计算出各部位测温点的硫化程度，当到某一时刻，各部位测温点均达正硫化，轮胎的各项性能也较好，则将上述工艺条件定为生产工艺规程。然后在实际生产中根据这个制定的生产工艺规程，控制外温、硫化时间等。橡胶厚制品恒温加热、实测制品外温控制正硫化法的主要缺点是：无论厚制品(例如轮胎)硫化工艺如何先进，其各部位的硫化程度差别仍然很大。由于上述生产工艺规程中，把各部位测温点均达正硫化的时刻，作为硫化结束的时刻。那么有的部分刚达正硫化，而有的部分已达到正硫化的2～3倍，甚至更高。因此实际厚制品在硫化过程中各部位硫化程度很不均匀。用这种实测外温来计算正硫化和等效硫化的硫化程度与实际硫化程度有很大的误差。这样不仅大大影响生产效率和产品使用性能的提高，而且导致耗能大、生产成本高。为了防止硫化程度不均匀性过大，一般制品越厚选择的加热外温越低。这样做硫化程度相对均匀些，但是影响了设备生产效率的发挥。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种橡胶厚制品硫化变温加热的方法和实现该方法的自动化装置。实现橡胶厚制品的各部位均匀硫化以提高生产效率和产品使用性能，并且降低能耗和降低产品成本。

本发明的目的是通过以下措施来实现的：

橡胶厚制品硫化变温加热的方法包括：

(1)变温加热

a)加热介质：过热水、蒸汽及微波；

b)加热程序：首先将外温加热至大于原硫化工艺温度小于180℃，系统通过不断检测制品表层温度，计算出制品表层的硫化值，当该硫化值达到制品正硫化值的70％～100％时，降低外部加热介质温度至加热该温度与此时制品表层温度一致，系统继续不断检测制品表层温度，同时根据制品的传热模型推导出制品内部温度，再计算出制品内部的硫化值，当内部升温最慢部位的硫化值也达到制品正硫化值的70％～100％时，关闭热源并延长10～30分钟，使制品内部升温最慢部位达正硫化值时结束硫化；

(2)用实测橡胶厚制品表层温度，计算预测制品内部温度，判断正硫化：

a)改造模具，安装测温传感器，测量制品表层温度；

b)根据测得的表层温度及用传热学和有限元法统计回归得出制品传热数学模型，推算出制品内部温度；

c)再由推算出的内部温度，算出制品各点硫化值，智能控制装置通过计算出的正硫化值与制品所需的正硫化值对比分析，得出变温参数。

橡胶厚制品硫化变温加热的方法是通过一个智能控制系统来实现的：智能控制系统是由：机箱、显示器、键盘、软盘驱动器、485总线开关量模块、485总线热电偶输入模块、485总线模拟量输入模块、485总线模拟量输出模块、开关电源、双绞线、RS232/485隔离转换器、586工控主板、硬盘组成。其连接关系为：显示器、键盘固定在机箱表面，开关电源、586工控主板、硬盘、软盘驱动器、RS232/485隔离转换器安装在机箱内，硬盘、软盘驱动器分别通过标准扁平电缆接在586工控主板上的IDE口与FLOPPY DISK口，RS232/485隔离转换器接在586工控主板的RS232串行口上，RS232/485隔离转换器对外扩展出485总线，485总线开关量模块、485总线热电偶输入模块、485总线模拟量输入模块、485总线模拟量输出模块安装在现场控制柜内并通过双绞线与RS232/485隔离转换器相连。硫化机现场的测温热电偶将检测到的制品表面温度及硫化罐内温、外温信号输入到485总线热电偶输入模块，硫化机现场的开关信息输入到485总线开关量模块，硫化机现场的水蒸气压力信息输入到485总线模拟量输入模块，485总线模拟量输出模块与硫化机现场的压力控制阀连接。智能控制系统首先通过485总线热电偶输入模块、485总线开关量模块、485总线模拟量输出模块、485总线模拟量输入模块，采用恒温恒压对不同制品做正硫化值的计算，得出不同制品所需的正硫化值及其工艺规程(时间、温度)建立不同制品原工艺规程数据库。其次智能控制系统通过485总线上的485总线开关量模块、485总线模拟量输出模块，对不同制品的初始内温、外温进行控制。再次智能控制系统通过485总线上的485总线热电偶输入模块，不断检测制品的表面温度，根据表面温度通过有限元的方法统计回归计算出制品的传热模型、推算出制品内部温度，并计算出制品此时的硫化值。智能控制系统通过计算出的硫化值与制品所需的正硫化值对比分析后，得出内外变温参数，通过485总线开关量模块、485总线模拟量输出模块对制品硫化进行变温智能控制。

本发明与现有技术相比具有如下突出的优点：

1、改传统的外温恒温加热为变温加热，开始硫化时采用较高温度，即稍高于传统硫化法工艺温度，这样既可强化传热、缩短硫化时间提高效率；硫化中期降低温度，后期关闭热源可防止橡胶表层的过硫化，改善橡胶各部位硫化程度的不均匀性，并充分利用了橡胶厚制品的反应热，使制品升温最慢部位达正硫化，这样既提高了制品质量，又节约了能源消耗。

2、改现有技术的实测制品表面温度计算判断正硫化为实测橡胶厚制品表层温度，计算预测制品内部温度判断正硫化，克服了现有技术中用延长硫化时间来避免制品内部升温最慢的部位未正硫化而影响产品质量的弊端，解决了制品过硫化问题。使硫化过程中，橡胶厚制品各部位硫化程度均匀性好。

3、本法实现了计算机智能控制，能使每一件产品硫化程度基本一致，每一件产品的硫化变温历程都心中有数，克服了现有技术只能根据加热外温判断产生的误差。

4、本智能控制装置，配件均有市售，操作简便、可靠性好。

5、采用本法缩短了硫化时间(10％以上)，确保了产品质量，降低了生产成本。

附图说明

图1为橡胶厚制品硫化变温加热智能控制系统的结构示意图正视图；

图2为橡胶厚制品硫化变温加热智能控制系统的结构示意图俯视图；

图3为橡胶厚制品硫化变温加热智能控制系统的逻辑方框图；

图4为橡胶厚制品硫化变温加热智能控制系统工作流程图。

通过下面的实施例及其附图对本发明作进一步的详述：

具体实施方式

实施例1：

橡胶厚制品硫化变温加热的方法是通过如图1、2所示的智能控制系统来实现的。现以轮胎双模定型硫化机为例：

如图1所示双模定型硫化机智能控制系统是由机箱1、显示器2、键盘3、软盘驱动器4及485总线开关量模块5、485总线热电偶输入模块6、485总线模拟量输入模块7、485总线模拟量输出模块8、开关电源9、双绞线10、RS232/485隔离转换器11、586工控主板12、硬盘13组成。其连接关系为：显示器2、键盘3固定在机箱1正面，开关电源9、586工控主板12、硬盘13、软盘驱动器4、RS232/485隔离转换器11安装在机箱1内，硬盘13、软盘驱动器4分别通过标准扁平电缆连接在586工控主板12的RS232串行口上，RS232/485隔离转换器11对外扩展出485总线，485总线开关量模块5、485总线热电偶输入模块6、485总线模拟量输入模块7、485总线模拟量输出模块8安装在现场控制柜内并通过双绞线10与RS232/485隔离转换器11相连。

可选型配件：

(1)机箱：自制

(2)586工控主板：可选ADVANTECH公司的ACS-6176

(3)7寸CRT显示器：可选威达公司的MK-VM07

(4)键盘：威达公司KB-30 80键小键盘

(5)RS232/485隔离转换器：可选威达公司的7520

(6)485总线开关量模块：可选威达公司的7053、7042

(7)485总线热电偶输入模块：可选威达公司的7018

(8)485总线模拟量输入模块：可选威达公司的7017

(9)485总线模拟量输出模块：可选威达公司的7024

(10)硬盘：可选昆腾6.4G

(11)软盘驱动器：可选SONY1.44软驱

(12)双绞线：普通双绞线

(13)开关电源：可选威达公司的ACE-828M

实测橡胶厚制品表层温度是通过改造模具，在模具上安装测温传感器，测量橡胶制品表层温度。而制品内部某些点温度，如内部升温最慢的部位，轮胎的胎肩深1/2处，由传热学和有限元方法建立的数学模型进行预测、预测与试验实测相差±2℃。根据实测表层温度和预测内部温度。运用等效硫化方法计算判断是否达到正硫化，才结束硫化加热。结合图3叙述工艺过程和智能控制过程：硫化机现场的测温热电偶将检测到的轮胎表面温度及硫化罐内温、外温信号输入到485总线热电偶输入模块6，硫化机现场的开关信息输入到485总线开关量模块5，硫化机现场的水蒸气压力信息输入到485总线模拟量输入模块7，485总线模拟量输出模块8与硫化机现场的压力控制阀连接。

智能控制装置首先通过485总线热电偶输入模块6、485总线开关量模块5、485总线模拟量输出模块8、485总线模拟量输入模块7，采用恒温恒压对不同制品做正硫化计算，得出不同制品所需的正硫化值，定出制品的工艺规程。并建立不同制品原工艺规程数据库。其次智能控制系统通过485总线上的485总线开关量模块5、485总线模拟量输出模块8，对不同制品的初始内温、外温进行控制。再次智能控制系统通过485总线上的485总线热电偶输入模块6，不断检测制品的表层温度，根据表层温度通过由有限元的方法推导出制品传热数学模型、推算出制品内部温度，并计算出制品此时的硫化值。智能控制系统通过计算出的硫化值与制品所需的硫化值对比分析后，得出内外变温参数，通过485总线开关量模块5、485总线模拟量输出模块8对制品硫化进行变温智能控制。结合图4介绍具体控制过程如下：通过键盘3输入生产班组、操作员、轮胎品种本实施例品种为900斜交胎、生产数量后，将轮胎胎胚放入定型硫化机下半模具上，启动定型机构定型，并关闭上半模至定型结束。按下键盘3上的工作确认按扭，控制系统首先取出900斜交胎的正硫化时的工艺规程(时间、温度)，再通过RS232/485隔离转换器11、双绞线10、485总线开关量模块5、485总线模拟量输出模块8，开始对轮胎胎胚进行内侧与外侧的加热过程，将170℃过热水注入胎胚内侧的胶囊中加热内侧，将蒸汽170℃通入硫化机的轮胎金属模具外加热外侧。不断检测制品表面温度，按表面温度计算出硫化值，当经过15分钟后，制品表层达到正硫化的80％，通过485总线开关量模块5、485总线模拟量输出模块8将加温蒸汽降为150℃，系统继续不断检测制品表层温度，并根据数学模型推导出制品的内部温度。且计算出内部的硫化值保持20分钟后，当内部升温最慢部位的硫化值达正硫化值的90％后，关闭蒸汽和过热水，20分钟后，通过485总线开关量模块5打开内侧加温排水阀及外侧加温排水阀，当制品内部升温最慢部位的正硫化时结束硫化过程。

实施例2：

所用硫化变温加热智能控制系统同实施例1。

半钢轻卡胎胚进行内侧与外侧的加热过程，将160℃过热水注入胎胚内侧的胶囊中加热内侧，将160℃的蒸汽通入硫化机的轮胎金属模具外加热外侧。系统不断检测制品表面温度，并按表面温度计算出硫化值，当经过13分钟后，制品表层达到140℃，达正硫化的85％，通过485总线开关量模块5、485总线模拟量输出模块8将外侧加温蒸汽降为140℃；系统继续不断检测制品表层温度并根据数学模型推导出制品的内部温度，保持20分钟后，将外侧加温蒸汽降为110℃或关闭蒸汽，充分利用制品内部的反应热，使制品内部升温最慢部位达正硫化值时即15分钟后，通过485总线开关量模块5打开内侧加温排水阀及外侧加温排水阀，结束硫化过程。

其他工艺过程均同实施例1。

实施例3：

所用硫化变温加热智能控制系统同实施例1。

首先将橡胶板材进行微波预热至接近180℃后，将制品装入模具内，输入班组、操作员和品种。开始对制品进行加热过程，将制品加热介质蒸汽调至180℃，系统不断检测制品表面温度，并按表面温度计算出硫化值，经过18分钟后，制品表层达到160℃，达正硫化值的90％后，通过485总线开关量模块5、485总线模拟量输出模块8将加温蒸汽降为160℃，系统继续不断检测制品表层温度并根据数学模型推导出制品内部温度，保持25分钟后，将加温蒸汽降为130℃，或关闭蒸汽，充分利用制品内部的反应热，使制品内部升温最慢部位达正硫化值即30分钟后，通过485总线开关量模块5打开加温排水阀，结束硫化过程。

其他工艺过程均同实施例1。

Claims (2)

1、橡胶厚制品硫化变温加热的方法，包括蒸汽、过热水加热、实测制品表面温度，其特征在于它包括：

(1)变温加热：

a)加热介质：过热水、蒸汽及微波；

b)加热程序：首先将外温加热至大于原硫化工艺温度小于180℃，系统通过不断检测制品表层温度，计算出制品表层的硫化值，当该硫化值达到制品正硫化值的70～100％时，降低外部加热介质温度至该温度与此时制品表层温度一致，系统继续不断检测制品表层温度，同时根据制品的传热模型推导出制品内部温度，再计算出制品内部的硫化值，当内部升温最慢部位的硫化值也达到制品正硫化值的70％～100％时，关闭热源并延长10～30分钟，使制品内部升温最慢部位达正硫化值时结束硫化；

(2)用实测橡胶厚制品表层温度，计算预测制品内部温度，判断正硫化；

a)改造模具，安装测温传感器，测量制品表层温度；

b)根据测得的表层温度及用传热学和有限元法统计回归得出制品传热数学模型，推算出制品内部温度；

c)再由计算出的内部温度，算出制品各点正硫化值，智能控制装置通过计算出的正硫化值与制品所需的正硫化值对比分析，得出变温参数。

2、一种实现权利要求1所述的方法的智能控制系统，其特征在于，它包括：机箱(1)、显示器(2)、键盘(3)、软盘驱动器(4)及485总线开关量模块(5)、485总线热电偶输入模块(6)、485总线模拟量输入模块(7)、485总线模拟量输出模块(8)、开关电源(9)、双绞线(10)、RS232/485隔离转换器(11)、586工控主板(12)、硬盘组成(13)；其连接关系为：显示器(2)、键盘(3)固定在机箱(1)表面，开关电源(9)、586工控主板(12)、硬盘(13)、软盘驱动器(4)、RS232/485隔离转换器(11)、安装在机箱(1)内，硬盘(13)、软盘驱动器(4)分别通过标准扁平电缆连接在586工控主板(12)上的IDE口与FLOPPY DISK口，RS232/485隔离转换器(11)接在586工控主板的RS232串行口上，RS232/485隔离转换器(11)对外扩展出485总线，485总线开关模块(5)、485总线热电偶输入模块(6)、485总线模拟量输入模块(7)、485总线模拟量输出模块(8)安装在现场控制柜内并通过双绞线(10)与RS232/485隔离转换器(11)相连；硫化机现场的测温热电偶将检测到的制品表面温度及硫化罐内温、外温信号输入到485总线热电偶输入模块(6)，硫化机现场的开关信息输入到485总线开关量模块(5)，硫化机现场的水蒸汽压力信息输入到485总线模拟量输入模块(7)，485总线模拟量输出模块(8)与硫化机现场的压力控制阀连接。

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