CN116619801B - 一种硫化装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种硫化装置，包括硫化胶囊和中心机构，中心机构连接到硫化胶囊，并且包括延伸穿过硫化胶囊的中心杆；定位在硫化胶囊中的加热单元；以及循环装置，该循环装置定位在硫化胶囊中，其中，中心机构还包括热扩散装置，该热扩散装置定位在加热单元上并由加热单元进行加热，并且带动硫化胶囊中的介质流经热扩散装置，使得介质被加热，热扩散装置包括围绕中心杆设置的阶梯部分，阶梯部分由多层阶梯件组成并且沿着多层阶梯件中的至少一层阶梯件的周向方向设有介质接触部。介质接触部从由开口、孔和槽组成的组中选择。通过在热扩散装置内部开设孔，进一步增加了热扩散装置与加热介质的接触面积，提高了散热效果。

Description

一种硫化装置

技术领域

本发明涉及轮胎硫化设备技术领域，具体地涉及一种具有热扩散装置的硫化装置。

背景技术

在工业生产中，通常会采用硫化方式以提高某些材料的整体硬度。

以轮胎为例，通过轮胎成型工艺所得到的生胎是具有粘弹性的可塑性橡胶，易变形、强度较低，无使用价值，因此在成型工艺后，需要对生胎，具体地是对外胎进行硫化工艺。通过硫化，使可塑性橡胶固化，变成有使用价值的高弹性橡胶。

目前，硫化工艺采用模型加压方式进行。一种常规的轮胎硫化工艺采用饱和蒸汽和氮气相结合的方式。具体过程为将胎坯置于密封的硫化胶囊与硫化模具之间，向硫化胶囊中通入饱和蒸汽以提供硫化需要的热量，再通入高压氮气提供硫化时需要的压力，以完成轮胎内侧的硫化，获得具有良好强度与弹性的轮胎。

然而，这种方式会产生如下问题：蒸汽遇冷会发生冷凝，产生冷凝水囤积在硫化胶囊下方导致硫化胶囊上下温差大，进而导致轮胎硫化不完全的缺陷。

为了解决这个问题，目前正逐渐采用在胶囊内部设置电加热元件，通过电加热方式对轮胎内侧进行硫化的方法，通常还设置有循环装置，利用循环装置使胶囊内部加热介质流动，以更好的进行热量传递，使胶囊内部温度分布均匀。

然而，目前其加热元件的外径通常不超过胶囊上下刚性夹持件的直径，以防止取放轮胎时胶囊形状变化损坏加热元件。这一制约使得电加热元件与加热介质接触面积较小，热量传散效率低，升温速度慢，达到预定温度需要消耗的能源高。

因此，期望提供一种硫化装置，能够解决上述问题中的至少一些。

发明内容

为了解决采用内部电加热的硫化装置升温速度慢的问题，本发明设计了一种硫化装置，该硫化装置中的加热元件产生热量经热扩散装置进行传导，并且热扩散装置通过增加外表面面积增加了与加热介质接触的散热面积，提高热量交换效率，获得了良好传热效果。

具体地，该硫化装置包括硫化胶囊和中心机构，中心机构连接到硫化胶囊，并且包括：延伸穿过硫化胶囊的中心杆；定位在硫化胶囊中的加热单元；热扩散装置，该热扩散装置定位在加热单元上，并由加热单元进行加热；以及循环装置，该循环装置定位在硫化胶囊中，并构造成带动硫化胶囊中的介质流经热扩散装置，使得介质被加热，其中，热扩散装置包括围绕中心杆设置的阶梯部分，阶梯部分由多层阶梯件组成，并且沿着多层阶梯件中的至少一层阶梯件的周向方向设有介质接触部。介质接触部从由开口、孔和槽组成的组中选择。通过在热扩散装置内部开设孔，进一步增加了热扩散装置与加热介质的接触面积，提高了散热效果。同时，介质流经热扩散装置，有向两侧扩散的趋势，起到一定导流作用。

在本发明的一种实施例中，阶梯件集成在一起，以形成一体的阶梯部分。这种一体式部分能够更方便地进行装配和拆卸。

优选地，介质接触部包括轴向孔，这些轴向孔轴向贯穿阶梯部分，以使介质能够通过轴向孔到达阶梯部分的更多区域。

进一步地，热扩散装置包括基部，基部支承阶梯部分，并具有用于接收由加热单元传递的热量的底表面。在轴向孔贯穿阶梯部分的情况下，设置基部可以保证加热单元对热扩散装置的热传导效果不受影响。

在一种示例中，沿着阶梯部分中的至少一层阶梯件的周向方向开设径向槽，以扩大热交换面积。进一步地，在开设有径向槽和轴向孔的阶梯件上，径向槽中的每一个与对应的一个轴向孔相互贯通。

在另一种示例中，沿着阶梯部分中的至少一层阶梯件的周向方向开设径向孔，以扩大热交换面积。进一步地，在开设有径向孔和轴向孔的阶梯件中，径向孔中的每一个与对应的一个轴向孔相互贯通。

优选地，至少一层阶梯件中的每一层阶梯件中的对应轴向孔沿径向方向对准，以形成轴向孔排，并且其中，沿着阶梯件中的最下层阶梯件的周向方向开设径向通孔，使得径向通孔中的每一个沿径向方向贯穿对应的轴向孔排。这些径向通孔使得介质更容易在轴向孔之间流过，进一步增加了热扩散装置与加热介质的接触面积，提高了散热效果。

在本发明的另一种实施例中，阶梯件作为单独的部件沿轴向方向布置，以形成阶梯部分。

进一步地，阶梯件彼此间隔开地设置，并且相邻的阶梯件通过固定块连接。这使得阶梯件之间留出了空隙，有利于加热介质从空隙中进入，以经过阶梯部分更多的区域。

可选地，孔是轴向开口，这些轴向开口沿径向方向不对准，介质进入层间，上一进风口对准下一层实体，以防止加热介质直接穿过轴向开口而不经过其余区域。

在本发明的实施例中，热扩散装置由铝、铜等导热系数高的材料制成，或者在加热单元是电磁感应加热元件的情况下由铁磁性材料制成，或者由上述材料的组合制成。

所描述的硫化装置的额外特征和优点将在下文的详细描述中陈述，并且通过下文对于本领域技术人员显然或者从通过实践本文所描述的实施例而被本领域技术人员认识到，这些描述包括下文的详细描述以及附图。

附图说明

参考以上目的，本发明的技术特征在下面的权利要求中清楚地描述，并且其优点从以下参照附图的详细描述中显而易见，附图以示例方式示出了本发明的优选实施例，而不限制本发明构思的范围。

图1示出了根据本发明的一种实施例的硫化装置的剖视图；

图2示出了图1的硫化装置的热扩散装置的示意图；

图3示出了图2的热扩散装置的部分A的放大图；

图4示出了图2的热扩散装置的部分B的放大图；

图5示出了图1的硫化装置的热扩散装置的剖视图；

图6示出了根据本发明的另一种实施例的硫化装置的热扩散装置的示意图；

图7示出了图6的热扩散装置的部分C的放大图。

附图标记：

1 硫化装置

100 硫化胶囊

200 中心机构

201 中心机构底座

202 中心杆

203 支撑环筒

204 加热单元

205 循环装置

206 转筒

207 加热底座

210 热扩散装置

211 阶梯部分

212 阶梯件

213 基部

214 轴向孔

215 径向槽

216 径向通孔

217 固定块

218 轴向开口

300 夹持装置

301 上夹持组件

302 下夹持组件

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。

本文中所使用的有关方位的术语“上”、“下”、“左”、“右”等是根据图1中所示的方位来进行描述的。

本文中所使用的术语“轴向”是指沿着中心杆的长度的方向，“径向”是指垂直于中心杆的中心轴线的方向，并且“周向”是指围绕中心杆的方向。应当注意的是，“轴向”、“径向”所指的方向并不是绝对的，而是可以偏离一定角度，例如±10度。

为方便起见，在以下描述中，相同或相似的元件采用相同的附图标记。

图1是根据本发明的一种实施例的硫化装置1的剖视图。硫化装置1可以主要包括轮胎模具（未示出）、硫化胶囊100、中心机构200以及夹持装置300等。

轮胎模具可以为活络轮胎模具或两半式轮胎模具，具有可开合设置，其内部可以封围形成模具腔体。硫化胶囊100可以是中空薄壁橡胶制品，该硫化胶囊100可以收拢以便于放置到未硫化生胎内部或者从经硫化的轮胎中取出。该硫化胶囊100可以扩张以便与轮胎模具配合，以共同限定硫化腔室。

中心机构200可以主要包括中心机构底座201、中心杆202、支撑环筒203、加热单元204、循环装置205、转筒206以及驱动部件（未示出，例如电动机）等。

中心机构底座201可以设置在轮胎模具的内侧，用于支承相应的旋转部件（例如轴承及转筒等），并且提供用于使加热介质（例如氮气等）进入或离开硫化胶囊100的气体通道。中心机构底座201可以设有中心开口，支撑环筒203可以与该中心开口配合以支承中心机构底座201。

中心杆202延伸穿过中心机构底座201中的该中心开口，并且能够上下移动。中心杆202的上端借助夹持装置300固定到硫化胶囊100，以随着中心杆202的上下移动，使得硫化胶囊100能够收拢或者扩张。

支撑环筒203用于支承中心机构200的各部分，并且其中空部分用于中心杆202以及可能的旋转传动部件（例如转筒等）穿过。

加热单元204可以设置在硫化胶囊100中，并且对加热介质进行加热。在本实施例中，加热单元204设置在中心机构底座201之上，例如可以设置在加热底座207上，加热底座207与中心机构底座201密封配合。加热单元204可以包括例如线圈，线圈布置为单层或多层螺旋状。可选地，在加热单元204的至少底部处可以设置有导磁部件，以起到屏蔽及收束磁感线的作用，从而防止加热单元204对下方铁磁性零件与硫化装置的中心机构进行额外的加热。

参照图1，硫化装置1还包括定位在硫化胶囊100中的热扩散装置210。热扩散装置210构造成在加热单元204上并向下压紧加热单元204，并由加热单元204进行加热。热扩散装置210可以经由例如螺纹连接固定于加热底座207。形成热扩散装置210的材料可以是诸如铝、铜等导热系数高的材料，使得加热单元204的热量经由热扩散装置210快速传导；或者，形成热扩散装置210的材料选用铁磁性材料，加热单元对应地选用电磁感应加热元件，感应元件通过涡流直接加热热扩散装置210；或者，热扩散装置210由两种不同材质组成，其底部材质为铁磁性材料，其余为铝、铜等导热系数高的材料。

参照图2，热扩散装置210具有圆锥塔型结构，其中心沿轴线开有通孔，用于与硫化装置1的中心机构200连接。具体地，热扩散装置210包括围绕中心杆202设置的阶梯部分211，阶梯部分211由五层阶梯件212组成。这些阶梯件212是环形的，并且优选地从下往上，阶梯件212的直径减小，使得热扩散装置210具有渐缩的形状，由此介质流经热扩散装置210，有向两侧扩散的趋势，起到一定导流作用，提升介质循环效果。但应当理解，热扩散装置210也可以具有其它形状。应当理解，在该实施例中，阶梯部分211由五层阶梯件212组成，但是阶梯件的数量并非是限制性的，并且在其它实施例中，阶梯件的层数可以更多或者更少，例如一层、两层、三层、四层、六层、七层、八层、九层或更多。阶梯件212的周缘可以是环形、锯齿形或波浪形。

在本实施例中，阶梯件212集成在一起，以形成一体的阶梯部分211。这种一体式的阶梯部分211能够更方便地进行装配和拆卸。可选地，热扩散装置210包括基部213，该基部213支承阶梯部分211，并具有用于接收由加热单元传递的热量的底表面。阶梯部分211可以与基部213形成为一体，或者可以装配到基部213上。

为了进一步增加与硫化胶囊100内的介质的热交换面积，本发明的实施例将阶梯部分211设计为具有孔或槽的结构。具体地，在该实施例中，沿着阶梯件212中的至少一层阶梯件的周向方向设有介质接触部，以使更多介质接触阶梯件212，这些介质接触部可以从由开口、孔和槽组成的组中选择。优选地，阶梯件212中的每一层都设有介质接触部。优选地，介质接触部包括轴向孔214（即基本上沿着中心杆202的长度方向的孔），这些轴向孔214周向地均匀分布在阶梯件212中的每一层上，并且轴向贯穿阶梯部分211。优选地，如图2所示，轴向孔214不贯穿基部213，并且基部213也不设置孔或槽，因为基部213接近加热单元204，接收加热单元204传递的热量，因此改造基部213可能会影响加热单元204的热传导效果；或者加热单元204为电磁线圈，通过感应涡流使热扩散装置210直接生热，此时设置孔或槽会影响感应生热效果。

进一步地，如图3所示，可以沿着阶梯部分211中的阶梯件212中的至少一层阶梯件的周向方向开设径向槽215，使得在开设有径向槽215和轴向孔214的阶梯件上，径向槽215与对应的一个轴向孔214相互贯通。径向槽215可以是例如半圆形的。在本实施例中，阶梯件212中的每一层阶梯件都开设有径向槽215，因此，在阶梯件212上，每个径向槽215都与对应的一个轴向孔214相互贯通。径向槽215的设计进一步扩大了阶梯部分211与加热介质的热交换面积。

在替代实施例中，可以沿着阶梯部分211中的至少一层阶梯件212的周向方向开设径向孔，使得在开设有径向孔和轴向孔214的阶梯件中，径向孔与对应的一个轴向孔214相互贯通。

更进一步地，如图4所示，可以沿着阶梯件212中的最下层阶梯件的周向方向开设径向通孔216，使得径向通孔216中的每一个沿径向方向贯穿至少一个轴向孔214。在所示的优选实施例中，参照图2，并附加地参照图5，阶梯件212中的每一层阶梯件中的对应轴向孔214沿径向方向对准，以形成一排轴向孔214，并且沿着阶梯件212中的最下层阶梯件的周向方向开设有径向通孔216，使得径向通孔216中的每一个沿径向方向贯穿对应的一排轴向孔214。这些径向通孔216使得介质更容易在轴向孔214之间流过，进一步增加了热扩散装置210与加热介质的接触面积，提高了散热效果。

返回参照图1，循环装置205可以邻近加热单元204和热扩散装置210布置。优选地，如图所示，循环装置205、热扩散装置210和加热单元204沿着中心机构的中心杆202的长度方向围绕中心杆202向下顺序地设置，具体地，加热单元204设置在中心机构底座201之上，热扩散装置210设置在加热单元204之上，并且循环装置205设置在热扩散装置210上方。该循环装置205可以被附图中未示出的驱动部件驱动旋转，以带动硫化胶囊100中的介质流经被加热单元204加热的热扩散装置210，使得介质被加热，从而提升硫化胶囊100中的温度，并且被加热的介质被循环装置205搅动，使得介质的温度在硫化胶囊100的内部均匀化。优选地，热扩散装置210的最大外径接近或略大于循环装置205的外径，并且热扩散装置210的最小外径小于循环装置205的外径，使得循环装置能带动介质充分经过热扩散装置210，保证良好的散热效果。循环装置205例如可以是叶轮、风扇等。旋转驱动部件例如可以是电动机，并且包括定子和转子，其中转子直接或者间接地联接到循环装置205。

在本实施例中，循环装置205、热扩散装置210和加热单元204沿着中心机构的中心杆202的长度方向围绕中心杆202向下顺序地设置，具体地，加热单元204设置在中心机构底座201之上，热扩散装置210设置在加热单元204之上，并且循环装置205设置在热扩散装置210上方。

转筒206可以布置在中心杆202外侧，并且驱动地联接到循环装置205。如图1所示，转筒206的第一端（例如其上端）可以联接到循环装置205的旋转轴。转筒206的中间部分可以延伸穿过中心机构底座201的中心开口和支撑环筒203的中空部分。转筒206的未示出的第二端（即下端）可以联接到旋转驱动部件，例如直接连接到电动机或马达的输出轴，或者经由变速箱等变速机构间接地联接到电动机或马达的输出轴。

夹持装置300可以包括上夹持组件301和下夹持组件302，上夹持组件301和下夹持组件302可以分别夹持硫化胶囊100的上夹缘和下夹缘，其中下夹持组件302可以密封地固定在中心机构底座201的外侧，并且上夹持组件301在中心机构200的顶部处固定到中心杆202的上端。

根据本发明的另一种实施例，硫化装置1主要包括轮胎模具（未示出）、硫化胶囊100、中心机构200以及夹持装置300等。中心机构200包括中心机构底座201、中心杆202、支撑环筒203、加热单元204、循环装置205、转筒206以及加热底座207等。这些部件与上文中所描述的部件相同，因此下文不再赘述。

硫化装置还包括定位在硫化胶囊100中的热扩散装置210。优选地，循环装置205、热扩散装置210和加热单元204沿着中心机构的中心杆202的长度方向围绕中心杆202向下顺序地设置，具体地，加热单元204设置在中心机构底座201之上，热扩散装置210设置在加热单元204之上，并且循环装置205设置在热扩散装置210上方。

在本实施例中，热扩散装置210可以经由例如螺纹连接固定于加热底座207。形成热扩散装置210的材料可以是诸如铝、铜等导热系数高的材料，使得加热单元204的热量经由热扩散装置210快速传导；或者，形成热扩散装置210的材料选用铁磁性材料，加热单元对应地选用电磁感应加热元件，感应元件通过涡流直接加热热扩散装置210；或者，热扩散装置210由两种不同材质组成，其底部材质为铁磁性材料，其余为铝、铜等导热系数高的材料。

在本实施例中，热扩散装置210具有圆锥塔型结构，其中心沿轴线开有通孔，用于与硫化装置的中心机构连接。具体地，热扩散装置210包括围绕中心杆设置的阶梯部分211，阶梯部分211由九层阶梯件212组成。这些阶梯件212是环形的，并且优选地从下往上，阶梯件212的直径减小，使得热扩散装置210具有渐缩的形状，由此介质流经热扩散装置210，有向两侧扩散的趋势，起到一定导流作用，提升介质循环效果。应当理解，在该实施例中，虽然阶梯部分211由九层阶梯件212组成，但是阶梯件的数量并非是限制性的，并且在其它实施例中，阶梯件的层数可以更多或者更少。阶梯件212的周缘可以是环形、锯齿形或波浪形。

参照图6-7，阶梯件212是单独成型的阶梯件，其沿轴向方向布置，以形成阶梯部分211。优选地，阶梯件212彼此间隔开地设置，并且相邻的阶梯件212通过固定块217连接。这种设计使得阶梯件212之间留出了空隙，有利于加热介质从空隙中进入，经过阶梯部分211更多的区域，从而扩大了与阶梯部分211的热交换面积。

同样地，在该实施例中，沿着阶梯件212中的至少一层阶梯件的周向方向开设介质接触部。优选地，如图所示，阶梯件212中的每一层都开设有轴向开口218，这些轴向开口218沿着各层阶梯件212周向方向均匀地分布并贯穿所分布的阶梯件212。与前述实施例不同的是，在本实施例中，每层阶梯件212中的轴向开口218可以沿径向方向不对准，即略微错开一些角度，使得加热介质不会直接穿过多个轴向开口218而不经过其余区域，这有利于热交换面积的增加。

因此，本实施例采用了轴向开口218和阶梯件212之间的间隙来有助于加热介质在热扩散装置210中的流动，以进一步增加热扩散装置210与加热介质的接触面积，提高了散热效果。注意，本实施例中的热扩散装置210仅开设有轴向开口218，但这是基于阶梯件212的布置方式来开设的，并且所要开设的孔或开口的类型和形状可以根据阶梯件212的布置改变，例如，阶梯件212可以是沿径向方向布置的具有不同高度的筒状件，而不是如上所述的沿轴向方向布置具有不同直径的环状件，其间采用诸如固定块之类的部件连接。在筒状件的情况下，可以在筒状件上开设径向开口。

根据本发明的还一种实施例，硫化装置包括与上述类似的由胶囊和中心机构组成的腔室壳体、加热单元、循环装置和驱动部件。该硫化装置还包括热扩散装置，该热扩散装置为片状、栅格状或直管、绕管式。形成该热扩散装置的材质可选用铝制及复合材料、钢制及复合材料或其它散热性较好的金属性材料，使得热扩散装置传热性好、结构面积大。

本发明的硫化装置具有如下优点：

1、热扩散装置210通过增加外表面面积以及设计成具有轴向孔214、径向槽215和径向通孔216的结构的方式，有效增大了与加热介质的接触面积，提高传热效率，升温速度快，达到预定温度时间缩短，能耗降低；

2、可广泛应用于电加热硫化机或蒸汽加热硫化机的改造，适用范围广；

3、热扩散装置210的大小可根据空间设计，可操作性强。

虽然以上结合了较佳实施例对本发明的结构进行了说明，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，上述示例仅是用来说明的，而不能作为对本发明的限制。因此，可以对本发明进行修改和变型，这些修改和变型都将落在本申请所附权利要求书所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种硫化装置，所述硫化装置包括：

硫化胶囊，以及

中心机构，所述中心机构连接到所述硫化胶囊，所述中心机构包括：

中心杆，所述中心杆延伸穿过所述硫化胶囊；

加热单元，所述加热单元定位在所述硫化胶囊中；

以及

循环装置，所述循环装置定位在所述硫化胶囊中，

其特征在于，所述中心机构还包括：

热扩散装置，所述热扩散装置定位在所述加热单元上，并由所述加热单元进行加热，

其中，所述循环装置构造成带动所述硫化胶囊中的介质流经所述热扩散装置，使得介质被加热，

其中，所述循环装置、所述热扩散装置和所述加热单元沿着所述中心机构的中心杆的长度方向围绕中心杆向下顺序地设置，

其中，所述热扩散装置具有从下往上渐缩的形状，

其中，所述热扩散装置包括围绕中心杆设置的阶梯部分，所述阶梯部分由多层阶梯件组成，并且其中，沿着所述多层阶梯件中的至少一层阶梯件的周向方向设有介质接触部，以及

其中，所述介质接触部从由孔和槽组成的组中选择。

2.如权利要求1所述的硫化装置，其特征在于，

所述阶梯件集成在一起，以形成一体的所述阶梯部分。

3.如权利要求1所述的硫化装置，其特征在于，

所述介质接触部包括轴向孔，所述轴向孔轴向贯穿所述阶梯部分。

4.如权利要求3所述的硫化装置，其特征在于，

所述热扩散装置包括基部，所述基部支承所述阶梯部分，并具有用于接收由所述加热单元传递的热量的底表面。

5.如权利要求3所述的硫化装置，其特征在于，

沿着所述阶梯部分中的至少一层阶梯件的周向方向开设径向槽。

6.如权利要求5所述的硫化装置，其特征在于，

在开设有所述径向槽和所述轴向孔的阶梯件上，所述径向槽中的每一个与对应的一个轴向孔相互贯通。

7. 如权利要求3所述的硫化装置，其特征在于，

沿着所述阶梯部分中的至少一层阶梯件的周向方向开设有径向孔，以及

其中，在开设有所述径向孔和所述轴向孔的阶梯件中，所述径向孔中的每一个与对应的一个轴向孔相互贯通。

8.如权利要求3所述的硫化装置，其特征在于，

沿着所述阶梯件中的最下层阶梯件的周向方向开设径向通孔，使得所述径向通孔中的每一个沿径向方向贯穿所述轴向孔中的至少一个。

9.如权利要求1所述的硫化装置，其特征在于，

所述阶梯件沿轴向方向布置，以形成所述阶梯部分，其中，所述阶梯件彼此间隔开地设置，并且相邻的阶梯件通过固定块连接。

10.如权利要求9所述的硫化装置，其特征在于，

所述介质接触部是轴向开口，其中，所述轴向开口沿径向方向不对准。