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[align=center][img=饱和蒸汽温度精密控制,690,315]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160915568591_8820_3221506_3.jpg!w690x315.jpg[/img][/align][size=14px][color=#000099]摘要:在目前的饱和蒸汽轮胎硫化工艺中,普遍还在采用电动定位器和电动执行器形式的减压阀进行温度控制。这种控温方式存在响应时间长、控温波动大和磨损引起寿命短等问题。本文介绍了采用电气比例阀和气动减压阀组合的替代方案,其中还采用了超高精度的串级PID控制器,此串级控制法替代方案可大幅提高蒸汽温度的控制精度和速度,并延长阀门的使用寿命和可在线维护。作为一种新技术,此解决方案还可推广应用到其它蒸汽加热领域。[/color][/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align][b][size=18px][color=#000099]一、问题的提出[/color][/size][/b][size=14px][/size][size=14px] 硫化是目前轮胎生产过程中的最后一道工序,一般通过热硫化将成型的胎胚变成了轮胎成品。目前的硫化方式基本都是根据硫化内温的介质不同来区分,而外温实现方式(或称热板温度、模温)一般都是注入一定压力的蒸汽进行温度控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 本文将主要讨论轮胎硫化过程中的外温变温控制技术,有关内温调控技术则将在后续报告中再进行详细阐述。[/size][size=14px][/size][size=14px] 外温和外压是轮胎硫化的主要工艺参数,其控制的好坏直接影响硫化轮胎的质量。外温的实现通常使用蒸汽作为加热介质,而蒸汽一般都是饱和蒸汽。饱和蒸汽的一个重要特性是其温度与压力之间一一对应,即饱和蒸汽的温度始终由其压力决定,而轮胎硫化外温蒸汽加热工艺就是利用此特征来调整蒸汽压力以实现对蒸汽温度的精密控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 在目前的大多数蒸汽温度控制过程中,如图1所示,基本都采用的是典型的单闭环PID控制方法,使用了复杂笨重的电动减压阀来控制饱和蒸汽温度,即采用一个温度传感器将信号发送给PID控制器,控制器向电动阀门定位器发送命令信号,阀门定位器控制阀门所需开度以使得温度接近设定温度。这种控制的结果是阀门必须一直工作以保持温度,循环打开和关闭等同于磨损阀门部件,最大的问题是这种带有阀门定位器形式的电动减压阀的运行速度很慢,对PID控制器的控制信号有很大的响应滞后,如果观察热电偶的信号输出,则会在目标温度周围出现正弦波形,而不会出现平滑、平坦的温度信号,因此这种控制方式往往呈现出蒸汽温度波动较大的现场。[/size][size=14px][/size][align=center][size=14px][color=#000099][img=传统单回路蒸汽温度控制结构示意图,690,170]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160917432405_1591_3221506_3.jpg!w690x170.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#000099]图1 采用阀门定位器形式的电动减压阀蒸汽温度控制结构及其温度波动[/color][/align][size=14px][/size][size=14px] 针对上述目前电动定位器和电动执行器结构形式的减压阀在轮胎硫化蒸汽温度控制中存在响应时间长、控温波动大和磨损引起寿命短等问题,本文将介绍采用电气比例阀和气动减压阀组合的替代方案,通过超高精度的串级控制PID控制器,此替代方案可大幅度提高蒸汽温度的控制速度和精度,并延长减压阀的使用寿命。此解决方案还可以推广应用到其它蒸汽加热设备。[/size][size=14px][/size][b][size=18px][color=#000099]二、解决方案[/color][/size][/b][size=14px][/size][size=14px] 在上述传统的饱和蒸汽温度控制过程中,采用的是一个典型的闭环控制回路,即作为执行机构的带阀门定位器的电动减压阀与PID控制器和温度传感器构成一个闭环控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] 新的解决方案则是采用了双闭环PID控制回路组成的串级控制法,其结构如图2所示。[/size][size=14px][/size][align=center][size=14px][color=#000099][img=新型双回路串行控制法蒸汽温度控制结构示意图,690,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/11/202211160918269307_9385_3221506_3.jpg!w690x223.jpg[/img][/color][/size][/align][size=14px][/size][align=center][color=#000099]图2 采用超高精度PID控制器、电气比例阀和气动减压阀的串行控制结构及其温度波动[/color][/align][size=14px][/size][size=14px] 在图2所示解决方案中,采用了经典的串级控制结构,即温度传感器、气动减压阀、电气比例阀和串级PID调节器组成一个双回路闭环控制系统。其中自带压力传感器和PID控制板的电气比例阀与气动减压阀构成次回路,用于调节气动减压阀的开度;温度传感器、串级PID控制器和次级回路再构成主回路,主回路采集硫化箱温度,经PID计算后输出控制信号给次回路中的电气比例阀,这里的次回路此时相当于主回路的执行器。[/size][size=14px][/size][size=14px] 与传统单回路控制相比,这种结合了电气比例阀和高精度PID调节器,并采用了串级控制法的蒸汽温度控制系统,充分发挥了串级控制的特点,有以下几方面的优势:[/size][size=14px][/size][size=14px] (1)可明显改善蒸汽温度控制精度和速度,控制温度的变化曲线平摊且与设定曲线非常接近,蒸汽温度达到稳定可节省几十分钟。[/size][size=14px][/size][size=14px] (2)对于高压饱和蒸汽的压力扰动具有较迅速和较强的克服能力。[/size][size=14px][/size][size=14px] (3)可消除次回路(气动减压阀和电气比例阀)的非线性特性的影响。[/size][size=14px][/size][size=14px] (4)气动减压阀可采用不同规格的气动圆顶加载压力调节器,可与各种精度和流量的电气比例阀组合实现不同规格轮胎硫化中任意设定温度的自动控制。[/size][size=14px][/size][size=14px] (5)先进的电气比例阀替代了传统的电气转换器(I/P和E/P),不再需要定期重新校准的繁复操作,不再需要仪表空气而只需加装气体过滤器即可,也不会不断排放空气减少压缩控制的浪费,重要的是控制精度可以达到任何设定点的±0.1%。[/size][size=14px][/size][size=14px] 总之,上述解决方案是目前大多数蒸汽温度控制技术的升级换代,可大幅提高轮胎硫化过程中蒸汽温度的控制精度和速度,此解决方案完全可以推广应用到其它蒸汽加热领域。[/size][size=14px][/size][align=center]~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~[/align] [size=14px][/size]
1.16世纪初,在巴西发现天然橡胶,用来制成胶球及鞋类物品2.1833年,用于马车车轮上3.1839年,美国科学家固特异发明了硫化技术,改善了橡胶的特性4.1845年,研究处硫化的实心胎5.1865年,实心轮胎广泛应用6.1888年,英国邓录普采用帆布骨架发明了充气轮胎7.1889年,美国巴尔特取得锲形轮胎的专利8.1890年,制成内外胎组成的人力车胎9.1910年,美国人发明了棉帘布取代帆布制造轮胎,大大提高了轮胎的寿命10.1919年,发现了有机防老剂 促进剂等,斜交胎技术日趋完善11.1923年,出现低压充气轮胎12.1930年,超低压轮胎出现,达到提高了汽车的稳定性13.1937--1947年,出现了人造丝 尼龙 钢丝帘布,制成多种斜交胎14.1948年,法国米其林生产出钢丝子午胎15.1955年,意大利生产出半刚子午胎现在,我国的轮胎技术主要出自意大利 美国 英国的技术,经过改进,已经跨入世界先进行列![em0815]
目前,城市日益扩大,城市人口急剧增加,这给城市的交通带来极大的挑战。公共交通成为各个城市大力发展的主要手段之一。275/70R22.5为公交车专用载重子午线轮胎规格,由于公交车专用轮胎的特殊性要求,如耐磨性、低噪声制动性、舒适性驱动性、环保性等多,因此了解不同品牌的公交专用轮胎进行胎面胶研究是非常有意义的事情。成分分析主要是指分析产品的成分,对各个成分进行定性、定量,并且可以还原组成配方的过程,在配方研究,改善,以及解决产品的性能问题、失效分析等方面有着积极的作用。轮胎胎面胶的配方比较复杂,含有多种成分,因此应采用多种手段并用,如裂解[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]、红外光谱可以定性橡胶的品种与比例;裂解[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]质谱、红外光谱等可以定性配合剂种类;[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Wp][color=#3333ff]原子吸收光谱[/color][/url]等可以确定橡胶中含有的无机物成分及含量;核磁共振光谱和[url=https://insevent.instrument.com.cn/t/Mp]气相色谱[/url]质谱可以定量橡胶中的环保成分;配合热重分析仪定量配合剂含量、橡胶含量及炭黑含量等项目。[img]http://simg.instrument.com.cn/bbs/images/default/emyc1009.gif[/img][align=center][img=,580,468]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707281612_01_2984502_3.jpg[/img][/align]2、 测试结果根据试验方案测试三条相同规格轮胎的胎面胶部位,测试结果见表1~表6[align=center][img=,526,596]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707281614_01_2984502_3.jpg[/img][/align][align=center][img=,639,439]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707281614_02_2984502_3.jpg[/img][/align][align=center][img=,653,460]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707281614_03_2984502_3.jpg[/img][/align][align=center][img=,682,289]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707281614_04_2984502_3.jpg[/img][/align][align=left][b]结果说明[/b][/align][align=left]3.1本定量方法的前提是丁苯胶(SBR)为通用丁苯胶(结合苯乙烯约为23.5%),顺丁胶(BR)及丁苯胶中聚丁二烯必须为顺式-1,4结构,否则定量不同牌号的丁苯胶和丁二烯橡胶时,会因微观结构不同造成胶比定量结果的偏差。胶料并用再生类橡胶时,本方法不能鉴别。[/align][align=left]3.2橡胶含量测试过程中干扰因素有很多,如:胶料中结合硫或酚醛树脂类等不被溶剂抽出的有机物,对定量检测都有不同程度的影响。[/align][align=left]3.3溶剂抽出物含量是指橡胶中未交联的配合剂,如:防老剂、防焦剂、软化剂等。[/align][align=left]3.4结合硫是指不被溶剂抽出的硫。样品经溶剂抽提后,橡胶中已交联的结合硫含量,但促进剂中的硫、炭黑中不被溶剂抽出的硫以及硅烷偶联剂中的硫对测定结果均会有影响。[/align][align=left]3.5胶料在硫化过程中,许多配合剂不仅自身原分子发生化学变化,还会与其它配合剂或橡胶发生反应,其转化的残留物对检测结果的归属显的特别复杂和困难,我们尽量根据现有的仪器设备,根据多年的经验,提供真实、客观、可靠的试验数据。[/align][align=left]3.6盐酸不溶物是指灰分中不与盐酸反应,不溶与盐酸的物质。如:二氧化硅、二氧化钛、三氧化二铝等。[/align][align=left]3.7核磁法测定中将化学位移为8.3ppm~9.5ppm的峰面积锁定为限定的多环芳烃响应值,但事实上具有这种湾区氢结构的多环芳烃有很多种;而美国环保署所列出的需要优先考虑的16种多环芳烃中就有萘、苊、芴等物质不具有湾区氢结构,因此两种方法测定的含义不同,不具有可比性[sup][/sup]。[/align][align=left]3结果讨论[/align][align=left]由于公交车胎面部分与地面接触,因此要求胎面具有良好的耐磨、抗刺扎及抗崩花裂口、耐热、耐老化和耐屈挠等特性。不同的厂家有不同的设计理念,我们可以从主要配方组成、配合剂种类及环保性三个方面对四个厂家生产275/70R22.5的胎面胶进行比较分析。[/align][align=left]3.1主要配方结果讨论[/align][align=left]根据测试结果,反推四个厂家模拟配方结果如下表:[/align][align=left][img=,559,332]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707281615_01_2984502_3.jpg[/img][/align][align=left] 三个厂家在胎面胶主体设计上均采用了耐磨性能优异的NR为主体,A厂家配有40份的顺丁橡胶。C厂家配有30份的顺丁橡胶;在炭黑的用量上三个厂家均在50份左右;硫磺含量均在1.8份左右;在配合剂的用量上,A、B两个厂家均在6份左右,而C厂家提升到8份左右;在活化剂氧化锌的使用量上,三个厂家均用了3份左右;没有加入白炭黑。 三个不同品牌的轮胎厂在公交胎胎面胶的设计上大体相当,差异不大。3.2配合剂结果讨论[/align][img=,503,347]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2017/07/201707281616_01_2984502_3.jpg[/img] 分析三个厂家配合剂的选择,A、B两个厂家选择了传统型防老剂RD、4020,而C厂家除了选择传统型防老剂RD、4020基础上,又选择了防老剂3100,防老剂3100又称防老剂DTPD,属于后效型防老剂,主要成分有3种,随着N,N′-二苯基对苯二胺有效含量的提升,防老剂DTPD老化效果优异[sup][/sup]。三个厂家都使用了相同的促进剂类别,起到了促进剂的硫化作用;三个厂家均为使用粘合剂、增粘剂、软化剂等加工配合剂;三个厂家均使用了防护蜡,起到了物理防护的作用;三个厂家均使用了活化剂硬脂酸,B厂家还可能使用了活化剂硬脂酸锌。3.3环保型讨论 大多数轮胎企业将传统的芳烃油替换成环保芳烃油来应对欧盟法规,但据资料记录中国轮胎的核磁共振检测值居高不下,且波动大。因此针对轮胎中的原材料应该引起重视,尤其是充油丁苯橡胶、不溶性硫磺及炭黑等助剂的多环芳烃检测。