CN117484756A - 轮胎微波硫化装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轮胎微波硫化装置，包括：中心机构、胶囊部件、金属模具以及微波馈辐系统。其中，中心机构包括相对设置的第一盘体和第二盘体，第一盘体被构造成能够远离或靠近第二盘体；胶囊部件两侧缘分别连接在第一盘体和第二盘体的周缘，与中心机构形成一个体积可变的密闭空间；金属模具包括可拆卸式连接的第一模具和第二模具，第一模具和第二模具被构造成在连接时形成密闭的金属模腔，金属模腔的位于胶囊部件外侧的空间为轮胎的胎坯的容纳空间；以及微波馈辐系统，包括微波天线、微波隔离窗以及波导关节，其中微波天线伸入密闭空间内，微波隔离窗与微波天线连接安装，波导关节与微波隔离窗连接安装。

Description

轮胎微波硫化装置

技术领域

本发明的一些实施例涉及轮胎硫化技术领域，尤其涉及一种轮胎微波硫化装置。

背景技术

橡胶轮胎作为交通工具的重要部件之一，有着不可替代的作用。橡胶轮胎硫化是轮胎制作的最后一步，也是最重要的一道工序。目前，传统的橡胶轮胎硫化方式都是由外向内导热，热量从被加热物体的外部通过热传导逐渐向轮胎内部扩散。常用的硫化方式主要有过热水压力硫化和高压蒸汽硫化。但无论是过热水压力硫化还是高压蒸汽硫化，普遍存在生产条件控制较为复杂，加热速度慢、效率低，能耗高，生产成本高等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种轮胎微波硫化装置，以期至少能够解决上述提及的技术问题的一部分。为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

作为本发明的一个方面，提供了一种轮胎微波硫化装置，包括：

中心机构，包括相对设置的第一盘体和第二盘体，第一盘体被构造成能够远离或靠近第二盘体；

胶囊部件，两侧缘分别连接在第一盘体和第二盘体的周缘，与中心机构形成一个体积可变的密闭空间；

金属模具，包括可拆卸式连接的第一模具和第二模具，第一模具和第二模具被构造成在连接时形成密闭的金属模腔，金属模腔的位于胶囊部件外侧的空间为胎坯的容纳空间；以及

微波馈辐系统，包括：微波天线，伸入密闭空间，微波天线具有空腔、微波馈口；微波隔离窗，与微波天线连接安装，适用于将微波天线的空腔与外界环境相分隔而形成传输腔，使得来自于外部微波源系统的微波通过传输腔和微波馈口，传输并辐射至金属模腔，以提供胎坯硫化所需热能，以及使得外部气体通过传输腔充入至密闭空间，以提供胎坯硫化的气压；以及

波导关节，与微波隔离窗连接安装，用于带动微波天线旋转，以提高微波对胎坯加热及硫化的均匀性。

可选地，其中，中心机构还包括：

伸缩筒，滑动地套设于微波天线上，并且，伸缩筒的一端穿过第二盘体而固定于第一盘体上；

其中，在伸缩筒沿微波天线滑动的情况下，使得第一盘体远离或靠近第二盘体，并带动胶囊部件伸展或回缩。

可选地，其中，微波隔离窗的驻波比为1～1.2。

可选地，其中，波导关节包括：波导旋转关节，与微波隔离窗连接，适用于驱动微波天线周向转动；波导固定关节，与波导旋转关节活动连接，并且，与微波源系统相连接。

可选地，其中，微波天线上设置有第一进气口，与外部进气设备连接，适用于将来自于外部进气设备的气体输入至微波天线的空腔内。

可选地，其中，伸缩筒和微波天线上设置有相适配的第二进气口，适用于将气体通过第二进气口充入至密闭空间内。

可选地，其中，微波天线为波导缝隙天线。

可选地，其中，波导缝隙天线的缝隙作为微波馈口和/或第三进气口。

可选地，其中，缝隙沿微波天线的轴向分布成多组，每组缝隙沿微波天线的周向均匀分布。

本发明的实施例涉及的轮胎微波硫化装置，通过与微波源系统连接的微波天线，将微波辐射至密闭空间内，使处于金属模腔内的胎坯直接接收微波，将微波能转化为热能而进行加热，同时可以对处于密闭空间内的胶囊部件加热，加热后的胶囊部件通过热传导方式间接向胎坯加热。在直接加热和间接加热共同作用下，使胎坯受热均匀，因此加热迅速，高效节能，大大缩短了橡胶硫化时间，使其加热均匀性更好，硫化质量较高。同时，本发明所涉及的微波硫化装置可以在较短的时间内越过橡胶极易发生粘连的诱导阶段进入预硫阶段，革除了旧工艺过程中使用滑石粉的操作，避免了空气中粉尘含量超标，达到环保要求。

附图说明

图1是本发明实施例中轮胎微波硫化装置硫化过程中的截面图。

图2是本发明实施例中轮胎微波硫化装置硫化前或硫化后的截面图。

上述附图中，附图标记含义具体如下：

1、中心机构

1-1第一盘体、1-2第二盘体

2、微波天线

3、胶囊部件

4、金属模具

4-1第一模具、4-2第二模具、4-3金属模腔

5、密闭空间

6、胎坯

7、伸缩筒

8、微波隔离窗

9、波导关节

9-1波导旋转关节、9-2波导固定关节

10-1第一进气口、10-2第二进气口

11、微波馈口

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。

橡胶轮胎通常基于热传导的方式，例如传统的过热水硫化和高压蒸汽硫化方式进行硫化。由于橡胶的导热性能差，尤其对于橡胶轮胎来说，胎坯很厚，热量要传导到胎坯中心需要较长的时间。通过热传导的方式对轮胎进行加热，容易存在加热不均匀、加热效率低的问题，使得橡胶硫化过程能耗高、加热时间长。本发明改进了热传导的加热方式，采用直接对轮胎进行加热的方式，提高了橡胶硫化的加热效率，并结合间接加热的方式，提高微波加热胎坯的均匀性，以提升橡胶轮胎硫化效率，缩短硫化时长。

具体地，根据本发明的一些实施例，提供了一种轮胎微波硫化装置。图1是本发明实施例中轮胎微波硫化装置硫化过程中的截面图。如图1所示，该轮胎微波硫化装置主要包括：中心机构1、胶囊部件3、金属模具4及微波天线2。其中，中心机构1，包括相对设置的第一盘体1-1和第二盘体1-2，第一盘体1-1被构造成能够远离或靠近第二盘体1-2；胶囊部件3，两侧缘分别连接在第一盘体1-1和第二盘体1-2的周缘，与中心机构1形成一个体积可变的密闭空间5；金属模具4，包括可拆卸式连接的第一模具4-1和第二模具4-2，第一模具4-1和第二模具4-2被构造成在连接时形成密闭的金属模腔4-3，金属模腔4-3的位于胶囊部件3外侧的空间为轮胎的胎坯6的容纳空间；以及微波馈辐系统，包括：微波天线2，伸入密闭空间5，微波天线2具有空腔、微波馈口11；微波隔离窗8，与微波天线2连接安装，适用于将微波天线2的空腔与外界环境相分隔而形成传输腔，使得来自于外部微波源系统的微波通过传输腔和微波馈口11，传输并辐射至金属模腔4-3，以提供胎坯6硫化所需热能，以及使得外部气体通过传输腔充入至密闭空间5，以提供胎坯6硫化的气压；以及波导关节9，与微波隔离窗8连接安装，用于带动微波天线2旋转，以提高微波对胎坯6加热及硫化的均匀性。。

根据本发明的实施例，通过与微波源系统连接的微波天线2，将微波辐射至密闭空间5内，使处于金属模腔4-3内的胎坯6直接接收微波，将微波能转化为热能而进行加热，同时可以对处于密闭空间5内的胶囊部件3加热，加热后的胶囊部件3通过热传导方式间接向胎坯6加热。在直接加热和间接加热共同作用下，使胎坯6受热均匀，因此加热迅速，高效节能，大大缩短了橡胶硫化时间，使其加热均匀性更好，硫化质量较高。同时，本发明所涉及的微波硫化装置可以在较短的时间内越过橡胶极易发生粘连的诱导阶段进入预硫阶段，革除了旧工艺过程中使用滑石粉的操作，避免了空气中粉尘含量超标，达到环保要求。

根据本发明的实施例，中心机构1包括相对设置的第一盘体1-1和第二盘体1-2，第一盘体1-1和第二盘体1-2之间的相对距离可缩短或增长，在第一盘体1-1远离第二盘体1-2时，相对距离增长；在第一盘体1-1靠近第二盘体1-2时，相对距离缩短。

根据本发明的实施例，由于胶囊部件3的两侧缘分别连接在第一盘体1-1和第二盘体1-2的周缘，在立体的微波硫化装置内，形成一个立体的密闭空间5。在第一盘体1-1远离第二盘体1-2时，第一盘体1-1拉伸胶囊部件3，密闭空间5为一个由第一盘体1-1为顶或底和由第二盘体1-2为底或顶，胶囊部件3为外圆周面的近似圆柱体，随着第一盘体1-1远离第二盘体1-2，近似圆柱体的高增长，密闭空间5体积改变，适于放入硫化前的胎坯6或取下硫化后的胎坯6。在第一盘体1-1靠近第二盘体1-2时，第一盘体1-1压缩胶囊部件3，使胶囊部件3贴合在放置胎坯6的金属模腔4-3内，形成与胎坯6形状相似的近似圆柱体的密闭空间5。

根据本发明的实施例，胶囊部件3的成分可以改变。通过选择不同介电常数的胶囊部件3来调整胶囊部件3和胎坯6吸收微波功率的比例，以适应不同的轮胎均匀硫化的要求。当微波加热胎坯6温度不均匀时，可选择介电常数较高的胶囊部件3，减小微波对胎坯6的直接辐射加热的同时增加微波对胶囊部件3的加热，通过增强热传导来提高胎坯6温度，改善胎坯6受热均匀性。

根据本发明的实施例，金属模具4包括可拆卸式连接的第一模具4-1和第二模具4-2。图2是本发明实施例中轮胎微波硫化装置硫化前或硫化后的截面图。如图2所示，在微波硫化装置硫化前或硫化后，将第一模具4-1拆卸或取下，拉伸第一盘体1-1，使第一盘体1-1带动胶囊部件3远离第二盘体1-2并形成近似圆柱体的密闭空间5，硫化前，将环形的胎坯6中心从第一盘体1-1套入并放置于金属模腔4-3内，压缩第一盘体1-1，使第一盘体1-1带动胶囊部件3靠近第二盘体1-2并形成近似胎坯6形状的密闭空间5，安装第一模具4-1后开始硫化。在硫化过程中，金属模腔4-3是微波硫化的反应腔边界，既为胎坯提供了硫化空间，又能避免加热时的微波泄露，保证设备的使用安全。

根据本发明的实施例，第一模具4-1和第二模具4-2拆卸方式可以是完全分离或部分分离。第一模具4-1和第二模具4-2可以是不锈钢材质。第一模具4-1和第二模具4-2内表面有用于形成轮胎外表面的图案。金属模腔4-3作为胎坯6硫化的外形模具，在胶囊部件3的压力作用下，将胎坯6挤出图案，形成轮胎外形。轮胎外表面的图案可以是线条、花纹、凸起、特殊标记等任意可以增大轮胎外表面摩擦力的图案。

根据本发明的实施例，如图1所示，在微波硫化装置工作过程中，第一模具4-1和第二模具4-2闭合，形成金属模腔4-3，胎坯6放置于金属模腔4-3内，胎坯6外表面与金属模腔4-3靠近，胎坯6内表面与胶囊部件3靠近。在微波硫化装置工作过程中，使密闭空间5中形成高压环境，高压环境使得胶囊部件3向胎坯6内表面紧密接触并挤压。一方面，胶囊部件3接触胎坯6对其进行间接加热；另一方面，胶囊部件3向金属模腔4-3内挤压胎坯6，使其内表面形成由胶囊部件3挤压构造的光滑表面，外表面形成与金属模腔4-3挤压构造的粗糙外表面。在一定气压和温度条件下，通过加热和加压的方式，使胶囊部件3向金属模具4方向挤压胎坯6，胎坯6在双向挤压的作用力下被构造为轮胎形状。

根据本发明的实施例，微波馈辐系统包括微波天线2，一端连接提供微波能量的微波馈线，另一端直接伸入密闭空间5内，作为辐射端向金属模腔4-3和胶囊部件3辐射微波，提供胎坯硫化所需要的温度。直接将微波辐射端靠近被辐射物体，进一步提升了辐射强度和热能，缩短加热时间。微波馈辐系统还包括微波隔离窗8，与微波天线2连接安装，适用于隔绝密闭空间5与外界之间的气压环境。

根据本发明的实施例，本发明使用的微波源系统采用现有技术中的任意一种可提供微波源的系统即可，在此不再赘述。

根据本发明的实施例，其中，中心机构1还包括伸缩筒7，滑动地套设于微波天线2上，并且，伸缩筒7的一端穿过第二盘体1-2而固定于第一盘体1-1上；其中，在伸缩筒7沿微波天线2滑动的情况下，使得第一盘体1-1远离或靠近第二盘体1-2，并带动胶囊部件3伸展或回缩。

根据本发明的实施例，第一盘体1-1和第二盘体1-2通过伸缩筒7相连接，伸缩筒7一端固定连接在第一盘体1-1上，可带动第一盘体1-1运动；伸缩筒7另一端穿过第二盘体1-2并固定连接在第二盘体1-2上，与第二盘体1-2保持相对静止。伸缩筒7伸长，带动第一盘体1-1远离第二盘体1-2；伸缩筒7缩短，带动第一盘体1-1靠近第二盘体1-2，以实现密闭空间5体积变化。伸缩筒7滑动套设于微波天线2上，用于连接中心机构1与微波天线2。

根据本发明的实施例，微波隔离窗8的驻波比为1～1.2。

根据本发明的实施例，在微波硫化装置工作过程中，需要使胶囊部件3处于高压环境下。但由于微波天线2为空心结构，高压气体从微波天线2进入密闭空间5后，会有漏气现象，无法保持高压环境。因此，在微波天线2内设置微波隔离窗8，用于隔绝密闭空间5与外界的气压，使密闭空间5一直处于高压环境。控制微波隔离窗8驻波比在1至1.2范围内，此时表示有99％以上的微波被传输，仅有小于等于1％的微波被反射，微波隔离窗8的设置对微波传输的影响较小，可忽略不计。

根据本发明的实施例，波导关节9包括：波导旋转关节9-1，与微波天线2连接，适用于驱动微波天线2周向转动；波导固定关节9-2，与波导旋转关节9-1活动连接，并且，与微波源系统相连接。

根据本发明的实施例，波导关节9包括波导旋转关节9-1和波导固定关节9-2，波导旋转关节9-1与微波隔离窗8固定连接并带动微波隔离窗8和微波天线2旋转，微波天线2周向360度旋转，能够周期地改变胶囊部件3和胎坯6内部的电场分布，实现微波的均匀辐射，有效提升对胎坯6和胶囊部件3加热的均匀性。波导固定关节9-2用于固定连接微波馈线，不进行周向旋转。

根据本发明的实施例，微波天线2、微波隔离窗8、波导关节9共同组成微波馈辐系统，在微波天线2既传输微波又传输气体的同时，通过微波隔离窗8提供硫化所需高压环境，通过波导旋转关节9-1使硫化时的热能均匀辐射。将微波馈辐系统伸入中心机构1，实现在高温高压下对胎坯6的直接和间接加热，提升胎坯硫化效率。

根据本发明的实施例，微波天线2除了能实现微波的馈入和辐射外，也作为气体的传输通道。微波天线2上设置有第一进气口10-1，与外部进气设备连接，适用于将来自于外部进气设备的气体输入至微波天线2的空腔内。伸缩筒7和微波天线2上设置有相适配的第二进气口10-2，适用于将气体通过第二进气口10-2充入至密闭空间5内。

根据本发明的实施例，由进气设备通过第一进气口10-1向密闭空间5内充入惰性气体，气体进入微波天线2内后，通过微波天线2和伸缩筒7上的第二进气孔进入密闭空间5。气体随微波天线2传输并填充密闭空间5，此时，在密闭空间5内形成稳定的气压环境，密闭空间5内形成的气压可达2.8-3.0MPa。其中，第一进气口10-1设置于相比微波隔离窗8靠近中心机构1的位置，在进气时，由于微波隔离窗8在微波天线2中心产生阻碍，使气体只能单向向密闭空间5内传输气体，以保证密闭空间5内的气压水平。其中，充入的惰性气体可以是氮气。

根据本发明的实施例，微波天线2为波导缝隙天线。波导缝隙天线的缝隙作为微波馈口11和/或第三进气口。

根据本发明的实施例，波导缝隙天线可以是全向圆波导缝隙天线。圆波导缝隙天线可以最大程度的均匀辐射微波。在圆波导天线上合理设计微波馈口11的形状、位置和尺寸，可以将微波能量尽量多地馈入反应腔，实现对胶囊部件3和胎坯6的均匀加热。

根据本发明的实施例，微波馈口11可以为倾斜缝隙，八个缝隙为一组，沿微波天线2圆周表面均匀分布，分别在轴向方向分布6-8组，且呈中心对称分布。每组缝隙倾斜角度相同，每组缝隙中的每个相邻缝隙倾斜角度可以不同，但长度宽度一致。其中，缝隙尺寸可根据微波天线尺寸以及中心机构尺寸的实际情况进行具体调整，保证输出功率最大化以及辐射最佳均匀性。微波馈口11的位置可以与第二进气口10-2位置对齐，以更好的传输气体、辐射微波，或直接将微波馈口11作为第三进气口，用于传输气体。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种轮胎微波硫化装置，包括：

中心机构，包括相对设置的第一盘体和第二盘体，所述第一盘体被构造成能够远离或靠近所述第二盘体；

胶囊部件，两侧缘分别连接在所述第一盘体和所述第二盘体的周缘，与所述中心机构形成一个体积可变的密闭空间；

金属模具，包括可拆卸式连接的第一模具和第二模具，所述第一模具和所述第二模具被构造成在连接时形成密闭的金属模腔，所述金属模腔的位于胶囊部件外侧的空间为胎坯的容纳空间；以及

微波馈辐系统，包括：

微波天线，伸入所述密闭空间，所述微波天线具有空腔、微波馈口；

微波隔离窗，与微波天线连接安装，适用于将所述微波天线的空腔与外界环境相分隔而形成传输腔，使得来自于外部微波源系统的微波通过所述传输腔和所述微波馈口，传输并辐射至所述金属模腔，以提供所述胎坯硫化所需热能，以及使得外部气体通过所述传输腔充入至所述密闭空间，以提供所述胎坯硫化的气压；以及

波导关节，与所述微波隔离窗连接安装，用于带动所述微波天线旋转，以提高微波对胎坯加热及硫化的均匀性。

2.根据权利要求1所述的轮胎微波硫化装置，其中，所述中心机构还包括：

伸缩筒，滑动地套设于所述微波天线上，并且，所述伸缩筒的一端穿过所述第二盘体而固定于所述第一盘体上；

其中，在所述伸缩筒沿所述微波天线滑动的情况下，使得所述第一盘体远离或靠近所述第二盘体，并带动所述胶囊部件伸展或回缩。

3.根据权利要求1或2所述的轮胎微波硫化装置，其中，

所述微波隔离窗的驻波比为1～1.2。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的轮胎微波硫化装置，其中，所述波导关节包括：

波导旋转关节，与所述微波隔离窗连接，适用于驱动所述微波天线周向转动；

波导固定关节，与所述波导旋转关节活动连接，并且，与所述微波源系统相连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的轮胎微波硫化装置，其中，

所述微波天线上设置有第一进气口，与外部进气设备连接，适用于将来自于所述外部进气设备的气体输入至所述微波天线的空腔内。

6.根据权利要求2所述的轮胎微波硫化装置，其中，

所述伸缩筒和所述微波天线上设置有相适配的第二进气口，适用于将所述气体通过所述第二进气口充入至所述密闭空间内。

7.根据权利要求1所述的轮胎微波硫化装置，其中，

所述微波天线为波导缝隙天线。

8.根据权利要求7所述的轮胎微波硫化装置，其中，

所述波导缝隙天线的缝隙作为微波馈口和/或第三进气口。

9.根据权利要求8所述的轮胎微波硫化装置，其中，

所述缝隙沿所述微波天线的轴向分布成多组，每组缝隙沿所述微波天线的周向均匀分布。