CN105738127B - 一种胎面胶磨耗测试设备及其测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种胎面胶磨耗测试设备及其测试方法，属于试验机械技术领域，该设备整体包括密闭箱体、进气通道、VOC气体收集装置、悬浮颗粒物收集装置和磨耗装置共五大部分，通过变频器控制测试转速，通过空气加热器控制测试温度，通过在横梁上添加砝码控制测试载荷，通过多级碰撞颗粒采样器收集悬浮颗粒物，通过碱液收集VOC(挥发性有机化合物)气体，通过橡胶轮在滚筒内表面磨损以及滚筒与前后挡板的紧密连接，方便磨屑收集以及实现多次磨耗试验条件。本设备提供了一种可研究胎面胶磨耗过程中VOC排放、磨屑的颗粒度分布和磨屑的多次磨耗的设备以及测试方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种胎面胶磨耗测试设备及其测试方法，属于试验机械技术领域。
背景技术
轮胎作为汽车唯一与地面接触的重要部件，在滚动过程中，不可避免的要与路面发生摩擦，并产生磨耗，因此，研究轮胎胎面胶磨耗性能具有非常重要的意义。
目前，用来研究橡胶磨耗性能最普遍的设备是阿克隆磨耗机，但是阿克隆磨耗机试验条件单一，转速、载荷、实验温度均不可调；同时，其试验条件与汽车轮胎的实际工作情况相差甚远。因此，用测试条件单一且温和的阿克隆磨耗机所得到的磨耗量难以反映胎面胶的耐磨性。
另外，用磨耗量反映的耐磨性仅仅只是胎面胶的磨耗性能之一。轮胎在磨耗过程中所释放出的VOC(挥发性有机化合物)气体的含量以及种类；磨屑的颗粒度分布，特别是悬浮颗粒物的质量和粒度分布；散落的磨屑能否被轮胎多次剪切后进一步磨损等，这些也是胎面胶磨耗过程中需要研究和解决的问题。而现有技术中的绝大部分磨耗测试设备仅仅是针对胎面胶的磨耗量进行设计的，例如中国专利200710026737.0和201510190701.0公开的橡胶磨耗测试设备，两种设备虽然能实现对载荷、温度、角度、转速等测试条件进行调节，但是无法收集磨屑(特别是悬浮磨屑颗粒)、VOC气体，以及进行磨屑的多次磨耗研究。
发明内容
本发明针对上述问题，目的在于设计一种胎面胶磨耗测试设备，使得载荷、转速、测试温度等实验参数可调并符合汽车轮胎的实际工作状况，同时可收集胎面胶磨耗过程中释放的VOC气体、磨屑(包括悬浮磨屑颗粒)，以及可进行磨屑的多次磨耗研究。
一种胎面胶磨耗测试设备，其特征在于：包括密闭箱体、进气通道、VOC气体收集装置、悬浮颗粒物收集装置和磨耗装置共五大部分，具体包括承重面、底座、钢板、空气净化器、空气加热器、Ⅰ号阀门、缓冲瓶、碱液瓶、安全瓶、Ⅰ号泵、Ⅱ号阀门、碰撞采样器、Ⅱ号泵、软管、变频器及电机、法兰盘、轴承、传动轴、后挡板、滚筒、后夹具、橡胶轮、前夹具、橡胶轮支撑轴、前挡板、横梁、支座和砝码；用软管将空气净化器和空气加热器连接后接入密闭箱体内，作为进气通道；用软管先后将Ⅰ号泵、安全瓶、碱液瓶、缓冲瓶连接后接入密闭箱体，Ⅰ号阀门安装在缓冲瓶与密闭箱体之间的软管上，作为VOC气体收集装置；用软管连接Ⅱ号泵和碰撞采样器后接入密闭箱体，Ⅱ号阀门安装在碰撞采样器和密闭箱体之间的软管上，作为悬浮颗粒物收集装置；磨耗装置的安装方式为：传动轴一端与电机直接连接，通过轴承安装在承重面上，传动轴另一端与后挡板用键连接，滚筒用固定在后挡板上，前挡板用活扣与滚筒连接，能拆卸后装入橡胶轮；橡胶轮支撑轴一端与前夹具固定，安装橡胶轮、后夹具后，螺钉固定在橡胶支撑轴的螺孔中，将橡胶轮固定在橡胶轮支撑轴上；橡胶轮支撑轴的另一端通过轴承安装在横梁上，横梁一端通过轴承固定在支座上，横梁另一端能施加砝码，横梁只能上下摆动。
支座用螺钉固定在底座上，用一个螺柱连接支座和底座，当拆下螺钉后，支座以及与支座相连的横梁和橡胶轮可以螺柱为轴线转动，方便换样和收集磨屑。
所述的电机前装有变频器，通过改变频率控制电机转速，转速范围为1000～2500r/min，模拟实际汽车速度为50～120km/h的工况。
所述空气加热器可将空气加热后通入密闭铁箱，控制测试温度为室温～100℃。
所述横梁一端可加不同质量的砝码，控制测试载荷，砝码质量范围为15～20kg，模拟实际汽车重量为1.5～2.0t的工况。
所述多级碰撞颗粒采样器可收集悬浮颗粒物，粒径范围为0.056～18μm。
所述滚筒的内表面进行喷砂处理，钢砂粒度为40～120目，不同钢砂粒度处理的内表面模拟不同粗糙度的路面。内表面作为摩擦面与橡胶轮接触，滚筒与前挡板、后挡板紧密连接，磨屑始终在滚筒内滚动，可被橡胶轮多次磨损以及方便收集磨屑。
一种利用所述胎面胶磨耗设备收集VOC气体的方法，按照以下步骤进行：
1)在滚筒内装入橡胶轮，即完成装样；更具体的：打开活动门，卸下前挡板，拧出支座上的三个螺钉，将支座以及与支座相连的横梁和橡胶轮以支座上的螺柱为轴线转出密闭箱体，拧出橡胶轮支撑轴内的螺钉，拆下后夹具后装上橡胶轮；按上述逆顺序装上部件，在横梁上装上砝码，关上活动门，完成装样步骤；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)关闭Ⅱ号阀门，打开Ⅰ号阀门及Ⅰ号泵。
一种利用所述胎面胶磨耗设备收集悬浮颗粒物的方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)关闭Ⅰ号阀门，打开Ⅱ号阀门及Ⅱ号泵。
一种利用所述胎面胶磨耗设备检测磨屑粒度分布的方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后收集滚筒内的磨屑，将磨屑置于标准检验筛中筛分；标准检验筛对橡胶颗粒进行筛分，分级范围为0.038～3mm；筛分后称量各级份的质量，得到磨屑粒度分布。
一种利用所述胎面胶磨耗设备研究磨屑多次磨耗的方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后按上述检测磨屑粒度分布的方法收集和筛分磨屑、测定磨屑粒径分布；
4)保持温度、载荷、转速、时间实验条件不变，分别将上述3)中不同粒径的橡胶颗粒放在滚筒内继续磨耗实验，按上述检测磨屑粒度分布的方法测定磨屑粒径分布；
5)比较加入不同粒径橡胶颗粒的实验后磨屑的粒径分布。
一种利用所述胎面胶磨耗设备研究磨屑多次磨耗的方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后按上述检测磨屑粒度分布的方法测定磨屑粒径分布；
4)保持温度、载荷、转速实验条件不变，改变实验时间，重复实验；按上述检测磨屑粒度分布的方法测定不同磨损时间的磨屑粒径分布，得到粒径分布比例随磨损时间变化关系。
本发明与现有技术相比，通过变频器控制测试转速，通过空气加热器控制测试温度，通过在横梁上添加砝码控制测试载荷，通过多级碰撞颗粒采样器收集悬浮颗粒物，通过碱液收集VOC气体，通过橡胶轮在滚筒内表面磨损以及滚筒与前后挡板的紧密连接，方便磨屑收集以及实现多次磨耗试验条件。
附图说明
图1为本发明磨耗检测设备整体结构示意图。
图2为本发明涉及的磨耗装置零件示意图。
图3为本发明涉及的磨耗装置装配示意图。(为方便观察内部结构，未画出前挡板)
图4为本发明涉及的支座示意图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明做出进一步详细说明，但本发明并不仅限于以下实施方式。
实施例：
本实施例涉及的胎面胶磨耗测试设备整体包括密闭箱体、进气通道、VOC气体收集装置、悬浮颗粒物收集装置和磨耗装置共五大部分，具体包括承重面2、底座23、钢板、空气净化器、空气加热器、Ⅰ号阀门、缓冲瓶、碱液瓶、安全瓶、Ⅰ号泵、Ⅱ号阀门、碰撞采样器、Ⅱ号泵、软管、变频器及电机、法兰盘、传动轴4、后挡板5、滚筒6、螺钉7、后夹具8、橡胶轮9、前夹具10、前挡板11、橡胶轮支撑轴12、横梁14、支座21、砝码22。承重面2、底座23和四块钢板经焊接后形成密闭箱体，一侧钢板做成活动门；用软管将空气净化器和空气加热器连接后接入密闭箱体内，作为进气通道；用软管先后将Ⅰ号泵、安全瓶、碱液瓶、缓冲瓶连接后接入密闭箱体，Ⅰ号阀门安装在缓冲瓶与密闭箱体之间的软管上，作为VOC气体收集装置；用软管连接Ⅱ号泵和碰撞采样器后接入密闭箱体，Ⅱ号阀门安装在碰撞采样器和密闭箱体之间的软管上，作为悬浮颗粒物收集装置；磨耗装置(如图3所示)的安装方式为：传动轴4一端与电机用法兰盘直接连接，通过第一轴承1和第二轴承3安装在承重面2上，传动轴4另一端与后挡板5用键连接，滚筒6用螺钉紧密固定在后挡板5上，前挡板11用活扣与滚筒6紧密连接，可拆卸后装入橡胶轮9；橡胶轮支撑轴12一端与前夹具10固定，安装橡胶轮9、后夹具8后，螺钉7固定在橡胶支撑轴12的螺孔中，将橡胶轮9固定在橡胶轮支撑轴12上；橡胶轮支撑轴12的另一端通过第三轴承13和第四轴承15安装在横梁14上，横梁14一端通过第五轴承16和第六轴承17固定在支座21上，横梁14另一端可施加砝码22，横梁14可上下摆动，不能左右移动；支座21用三个螺钉18、19、20固定在底座23上，用一个螺柱24连接支座21和底座23，当拆下三个螺钉18、19、20后，支座21以及与支座21相连的横梁14和橡胶轮9可以螺柱24为轴线转动，方便换样和收集磨屑。
本实施例涉及的电机前装有变频器，通过改变频率控制电机转速，转速范围为1000～2500r/min，模拟实际汽车速度为50～120km/h的工况。
本实施例涉及的空气加热器可将空气加热后通入密闭铁箱，控制测试温度为室温～100℃；
本实施例涉及的横梁14一端可加不同质量的砝码22，控制测试载荷，砝码22质量范围为15～20kg，模拟实际汽车重量为1.5～2.0t的工况。
本实施例涉及的多级碰撞颗粒采样器可收集悬浮颗粒物，粒径范围为0.056～18μm。
本实施例涉及的滚筒6的内表面进行喷砂处理，钢砂粒度为40～120目，不同钢砂粒度处理的内表面模拟不同粗糙度的路面。内表面作为摩擦面与橡胶轮9接触，滚筒6与前挡板11、后挡板5紧密连接，磨屑始终在滚筒6内滚动，可被橡胶轮9多次磨损以及方便收集磨屑。
本实施例涉及的胎面胶磨耗设备收集VOC气体的方法，按照以下步骤进行：
1)打开活动门，卸下前挡板11，拧出支座21上三个螺钉18、19、20，将支座21以及与支座21相连的横梁14和橡胶轮9以支座21上的螺柱24为轴线转出密闭箱体，拧出橡胶轮支撑轴12内的螺钉7，拆下后夹具8后装上橡胶轮9；按上述逆顺序装上部件，在横梁14上装上砝码22，关上活动门，完成装样步骤；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)关闭Ⅱ号阀门，打开Ⅰ号阀门及Ⅰ号泵。
本实施例涉及的胎面胶磨耗设备收集悬浮颗粒物的方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)关闭Ⅰ号阀门，打开Ⅱ号阀门及Ⅱ号泵。
本实施例涉及的胎面胶磨耗设备检测磨屑粒度分布的方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后收集滚筒6内的磨屑，将磨屑置于标准检验筛中筛分；标准检验筛对橡胶颗粒进行筛分，分级范围为0.038～3mm；筛分后称量各级份的质量，得到磨屑粒度分布。
本实施例涉及的胎面胶磨耗设备研究磨屑多次磨耗的方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后按上述检测磨屑粒度分布的方法收集和筛分磨屑、测定磨屑粒径分布；
4)保持温度、载荷、转速、时间实验条件不变，分别将上述3)中不同粒径的橡胶颗粒放在滚筒内继续磨耗实验，按上述检测磨屑粒度分布的方法测定磨屑粒径分布；
5)比较加入不同粒径橡胶颗粒的实验后磨屑的粒径分布。
本实施例涉及的胎面胶磨耗设备研究磨屑多次磨耗的另一种方法，按照以下步骤进行：
1)装样步骤与收集VOC气体时一致；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后按上述检测磨屑粒度分布的方法测定磨屑粒径分布；
4)保持温度、载荷、转速实验条件不变，改变实验时间，重复实验；按上述检测磨屑粒度分布的方法测定不同磨损时间的磨屑粒径分布，得到粒径分布比例随磨损时间变化关系。
Claims (10)
1.一种胎面胶磨耗测试设备，其特征在于：包括密闭箱体、进气通道、VOC气体收集装置、悬浮颗粒物收集装置和磨耗装置共五大部分，具体包括承重面、底座、钢板、空气净化器、空气加热器、Ⅰ号阀门、缓冲瓶、碱液瓶、安全瓶、Ⅰ号泵、Ⅱ号阀门、碰撞采样器、Ⅱ号泵、软管、变频器及电机、法兰盘、轴承、传动轴、后挡板、滚筒、后夹具、橡胶轮、前夹具、橡胶轮支撑轴、前挡板、横梁、支座和砝码；用软管将空气净化器和空气加热器连接后接入密闭箱体内，作为进气通道；用软管先后将Ⅰ号泵、安全瓶、碱液瓶、缓冲瓶连接后接入密闭箱体，Ⅰ号阀门安装在缓冲瓶与密闭箱体之间的软管上，作为VOC气体收集装置；用软管连接Ⅱ号泵和碰撞采样器后接入密闭箱体，Ⅱ号阀门安装在碰撞采样器和密闭箱体之间的软管上，作为悬浮颗粒物收集装置；磨耗装置的安装方式为：传动轴一端与电机用法兰盘直接连接，通过轴承安装在承重面上，传动轴另一端与后挡板用键连接，滚筒固定在后挡板上，前挡板用活扣与滚筒连接，能拆卸后装入橡胶轮；橡胶轮支撑轴一端与前夹具固定，安装橡胶轮、后夹具后，螺钉固定在橡胶支撑轴的螺孔中，将橡胶轮固定在橡胶轮支撑轴上；橡胶轮支撑轴的另一端通过轴承安装在横梁上，横梁一端通过轴承固定在支座上，横梁另一端能施加砝码，横梁只能上下摆动；承重面、底座和四块钢板经焊接后形成密封箱体，一侧钢板做成活动门；电机前装有变频器，通过改变频率控制电机转速。
2.根据权利要求1所述的一种胎面胶磨耗测试设备，其特征在于：电机转速范围为1000～2500r/min。
3.根据权利要求1所述的一种胎面胶磨耗测试设备，其特征在于：空气加热器控制测试温度为室温～100℃。
4.根据权利要求1所述的一种胎面胶磨耗测试设备，其特征在于：横梁一端通过加不同质量的砝码，控制测试载荷，砝码质量范围为10～25kg。
5.根据权利要求1所述的一种胎面胶磨耗测试设备，其特征在于：多级碰撞颗粒采样器可收集悬浮颗粒物，粒径范围为0.056～18μm。
6.根据权利要求1所述的一种胎面胶磨耗测试设备，其特征在于：滚筒的内表面经过喷砂处理，钢砂粒度为40～120目。
7.应用如权利要求1所述一种胎面胶磨耗测试设备的方法，其特征在于收集VOC气体的方法，按照以下步骤进行：
1)在滚筒内装入橡胶轮，完成装样；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)关闭Ⅱ号阀门，打开Ⅰ号阀门及Ⅰ号泵。
8.应用如权利要求1所述一种胎面胶磨耗测试设备的方法，其特征在于收集悬浮颗粒物的方法，按照以下步骤进行：
1)在滚筒内装入橡胶轮，完成装样；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)关闭Ⅰ号阀门，打开Ⅱ号阀门及Ⅱ号泵。
9.应用如权利要求1所述一种胎面胶磨耗测试设备的方法，其特征在于检测磨屑粒度分布的方法，按照以下步骤进行：
1)在滚筒内装入橡胶轮，完成装样；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后收集滚筒内的磨屑，将磨屑置于标准检验筛中；标准检验筛对橡胶颗粒进行筛分，筛分后称量各级份的质量。
10.应用如权利要求1所述一种胎面胶磨耗测试设备的方法，其特征在于研究磨屑多次磨耗的方法，按照以下步骤进行：
1)在滚筒内装入橡胶轮，完成装样；
2)打开空气加热器，待密闭空间内温度稳定后打开磨耗机电机；
3)实验结束后收集和筛分磨屑、测定磨屑粒径分布；
4)保持温度、载荷、转速、实验时间条件不变，分别将不同粒径的橡胶颗粒放在滚筒内继续磨耗实验，并测定磨屑粒径分布。
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