專利名稱：用于硫化輪胎組件的自動(dòng)壓力和溫度控制裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于硫化輪胎組件的裝置的自動(dòng)壓力和溫度控制。使用水作為加熱介質(zhì)，本發(fā)明運(yùn)用一種新的工藝控制方法和裝置，該新控制方法和裝置能夠在穩(wěn)定狀態(tài)條件下更精確的控制工藝變量，從而使熱傳導(dǎo)得到改善并且使不期望的蒸汽形成得到消除。利用本文公開的內(nèi)容，可以對現(xiàn)有的用于硫化輪胎組件的工藝和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，以實(shí)施和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。雖然在本文中本發(fā)明實(shí)施方案將針對翻新輪胎組件的操作進(jìn)行描述，但是如權(quán)利要求中所述的本發(fā)明范圍還包括其它輪胎組件應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在輪胎翻新操作中，將磨損的胎面從輪胎胎體的胎冠處剝離或打磨，并將新胎面膠粘結(jié)在適當(dāng)位置。在一類操作中，當(dāng)置于胎體上時(shí)新胎面膠處于硫化態(tài)，并且粘結(jié)層(例如天然橡膠材料的)置于胎體的胎冠與硫化的胎面帶之間。對粘結(jié)層進(jìn)行硫化以將胎面固接于胎體上。在一類硫化操作中，將翻新輪胎組件置于隨后抽空的包殼中。將輪胎組件和封套置于用于加熱和加壓處理以硫化粘結(jié)層的腔室中。
在另一類操作中，胎面膠處于未硫化態(tài)和將其應(yīng)用于胎冠上并在適當(dāng)位置進(jìn)行硫化。將胎體組件和未硫化的胎面膠置于硫化壓力機(jī)中，該硫化壓力機(jī)具有安裝于輪胎組件內(nèi)部空腔的氣囊和加熱裝置，加熱裝置用于加熱氣囊以及胎面周圍的區(qū)域。
硫化腔室是高壓和高溫控制的容器，該容器具有容納若干輪胎組件的容量。一類用于硫化25個(gè)輪胎組件的硫化腔室具有905立方英尺的內(nèi)部容積。一般為了加熱硫化腔室內(nèi)的氣體，需要將加熱蒸汽或者油沖壓經(jīng)過硫化腔室內(nèi)的熱交換器，或者需要在硫化腔室內(nèi)使用電阻元件。這些方式中的每一種均存在不足之處。
蒸汽需要安裝和維修都昂貴的蒸汽鍋爐以及連接管和控制元件。加熱油路系統(tǒng)的安裝和維修同樣昂貴，并且需要專門的防護(hù)以避免火災(zāi)。蒸汽和熱油均依靠熱傳導(dǎo)以對硫化腔室內(nèi)的空氣進(jìn)行加熱。電阻加熱空氣比較直接，但是其操作昂貴。
申請人:的受讓人擁有的美國專利No.6,267,084(以下稱“‘084專利”)，基于各種考慮該專利全文在此引入作為參考，該專利描述了一種用于硫化翻新輪胎組件的用加熱、加壓水作為硫化腔室的加熱介質(zhì)的裝置。與蒸汽或油路系統(tǒng)中的任一種相比，這種裝置的安裝和維修都比較便宜。與電阻式加熱元件相比，該裝置的操作也比較便宜。此外，輪胎硫化操作需要的傳熱能力也可以通過使用水作為傳熱介質(zhì)得到實(shí)現(xiàn)。
在‘084專利中描述的一種實(shí)施方案中，該裝置包括硫化腔室，該硫化腔室具有可以將用于硫化的翻新輪胎組件放置于其中的內(nèi)部空間。硫化腔室在其內(nèi)部空間中具有熱交換器。熱水的電或氣驅(qū)動(dòng)容器在閉合通路中與熱交換器相連。通過風(fēng)扇使硫化腔室中的氣體循環(huán)流通以確保整個(gè)腔室內(nèi)的空氣溫度的一致性，并促進(jìn)來自熱交換器的熱傳導(dǎo)。容器具有加熱水至至少290(143℃)的能力。容器優(yōu)選具有大約20加侖水的容量。泵，優(yōu)選為離心泵，設(shè)置于閉合通路中以在壓力作用下在容器和熱交換器之間泵送熱水。該泵提供20～50加侖/分鐘的流速，并且優(yōu)選為約25～35加侖/分鐘。對于‘084專利中的這個(gè)實(shí)施方式，控制閥維持熱水流以恒定流速流入硫化腔室以滿足熱需要。溫度傳感器感測硫化腔室內(nèi)的溫度，測量氣體溫度或翻新輪胎組件處的溫度，并將反饋信息提供給用于控制熱水流的控制閥。
當(dāng)在系統(tǒng)內(nèi)使用水作為加熱介質(zhì)(例如如‘084專利中所述)時(shí)，如果在整個(gè)硫化工藝中適當(dāng)?shù)南到y(tǒng)壓力沒有得到保持，系統(tǒng)中的水將會(huì)轉(zhuǎn)化成蒸汽，這會(huì)在泵中產(chǎn)生空化現(xiàn)象以及隨后會(huì)引起機(jī)械故障。此外，在啟動(dòng)期間，如果由于在啟動(dòng)期間可能發(fā)生的不適當(dāng)?shù)臏囟然蛘咚灰鹣到y(tǒng)超壓，系統(tǒng)可能產(chǎn)生不期望地排空蒸汽的現(xiàn)象。提供適當(dāng)?shù)膲毫σ彩翘貏e重要的，因?yàn)闉榱藢?shí)現(xiàn)期望的熱傳導(dǎo)和熱容性，系統(tǒng)內(nèi)的水必須要維持在液態(tài)。此外，如果可以適當(dāng)維持較高的壓力，就可以使用較高的整體水溫，這會(huì)導(dǎo)致熱量更快地傳遞至輪胎并由此產(chǎn)生更快的硫化時(shí)間。因而，尤其期望能夠在接近于系統(tǒng)整體壓力極限的情況下操作。上述操作需要對溫度和壓力進(jìn)行更精確的控制。更具體而言，溫度和壓力關(guān)于系統(tǒng)期望給定值的差異必須得到最小化乃至消除。
因此，正如下文中所述，本發(fā)明提供了一種自動(dòng)壓力和溫度控制裝置，該裝置通過使用水作為用于硫化輪胎組件的傳熱介質(zhì)而使操作和控制得以改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)將在說明書以下部分得到闡述，或者從說明書中可以明顯看出，或者通過本發(fā)明實(shí)踐可以得知。本發(fā)明涉及用于硫化輪胎組件(包括翻新輪胎組件)的自動(dòng)壓力和溫度控制方法和裝置。使用本發(fā)明，可以獲得在硫化效率和制造成本方面的優(yōu)勢?，F(xiàn)在將對本發(fā)明裝置和方法的示例性實(shí)施方案進(jìn)行概述。
在示例性實(shí)施方案中，本發(fā)明提供一種用于硫化輪胎的裝置，所述裝置包括配置在其中的、用于容納至少一個(gè)輪胎組件的腔室。設(shè)置于所述腔室中的熱交換器。設(shè)置了用于加熱水的加熱裝置，并且所述加熱裝置與作為閉合通路一部分的熱交換器流體連通。所述加熱裝置具有用于排放來自加熱裝置的熱水的加熱裝置出口。設(shè)置了用于循環(huán)加熱裝置和熱交換器之間水流的泵。所述泵具有使水流進(jìn)入泵內(nèi)的泵入口。連接膨脹箱，以使膨脹箱與加熱裝置出口和泵入口流體連通，這樣使得水可以在通路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，從加熱裝置進(jìn)入膨脹箱并返回泵中。在加熱裝置出口和膨脹箱之間的通路中連接閥以控制從加熱裝置輸送給膨脹箱的水流。定位壓力傳感器以測量通路中的水壓。設(shè)置與壓力傳感器和閥相連通的控制系統(tǒng)。配置一控制系統(tǒng)，以在通路中水壓降低至低于期望的設(shè)定壓力時(shí)開放所述閥，以及在通路中水壓上升至高于期望的設(shè)定水壓時(shí)關(guān)閉所述閥。
可以對上述示例性實(shí)施方案進(jìn)行多種修改和細(xì)化。比如說，可以添加溫度傳感器，將其設(shè)置于泵上游和熱交換器下游的預(yù)定位置處以測量通路中的水溫?？梢詫刂葡到y(tǒng)進(jìn)行放置以使其與溫度傳感器和加熱裝置相連，并對其進(jìn)行配置以根據(jù)溫度傳感器輸出信號操作加熱裝置?？梢允褂枚喾N熱交換器類型。例如，熱交換器可以是多路翼片和管道組件或者可以是蒸氣板組件。所述腔室可以在多種不同應(yīng)用中按照要求進(jìn)行設(shè)置。例如，該腔室可以為用于硫化在先已硫化輪胎胎體上的在先已硫化胎面硫化腔室。可選地，該腔室可以是輪胎硫化壓力機(jī)，其中熱交換器包括在輪胎腔內(nèi)的可置換氣囊和用于引導(dǎo)水流穿過輪胎外部周圍硫化壓力機(jī)部分的回路。取決于其應(yīng)用，在這個(gè)示例性實(shí)施方案閉合通路中使用的水可以加熱到例如155℃。然而，根據(jù)需要也可以使用其它溫度。同樣，可以提供使腔室內(nèi)空氣以約1500～1800英尺/分鐘的速度循環(huán)的裝置，當(dāng)然，也可以應(yīng)用其它流速。對于該示例性實(shí)施方案，對泵進(jìn)行定速以使熱水以約25～35加侖/分鐘的速度循環(huán)。取決于實(shí)際應(yīng)用，也可以使用具有其它流速能力的其它泵。
在本發(fā)明的另一示例性實(shí)施方案中，提供了一種用于硫化輪胎的裝置，所述裝置具有配置在其中用于容納至少一個(gè)用于硫化的輪胎組件的腔室。還包括與所述腔室熱連通的熱交換器。為了加熱水，設(shè)置了與熱交換器流體連通的加熱裝置。泵，使加熱裝置和熱交換器之間的水流循環(huán)流動(dòng)。設(shè)置與加熱裝置和泵流體連通的膨脹箱，以使水可以循環(huán)流動(dòng)，從加熱裝置流向膨脹箱和熱交換器，并返回至所述泵中。設(shè)置與水流體連通壓力傳感器。在加熱裝置和膨脹箱之間可流通地連接閥。對所述閥進(jìn)行配置用以基于由壓力傳感器測定的壓力讀數(shù)，有選擇地將至少部分在加熱裝置和熱交換器之間的水流轉(zhuǎn)入膨脹箱。
本發(fā)明還提供了一種用于硫化輪胎組件的方法。本發(fā)明的示例性的方法包括以下步驟將多個(gè)輪胎組件放置于腔室中，使用加熱裝置將水加熱至期望的預(yù)設(shè)溫度，使熱水在閉合通路中循環(huán)經(jīng)過腔室內(nèi)的熱交換器，通過熱交換器使腔室內(nèi)空氣循環(huán)流動(dòng)，測量熱水的壓力，將測得的壓力與期望的設(shè)定壓力進(jìn)行比較，如果測得的壓力低于期望的設(shè)定壓力則打開控制閥以轉(zhuǎn)移水至膨脹箱，以及如果測得的壓力高于期望的設(shè)定壓力則關(guān)閉控制閥以阻止水流向膨脹箱?？梢詫υ摲椒ㄟM(jìn)行多種修改和添加。例如，補(bǔ)充的步驟可以包括在水流經(jīng)熱交換器之后并在水流經(jīng)加熱裝置之前的預(yù)定位置處測量熱水的溫度，然后對測得的溫度與期望的設(shè)定溫度進(jìn)行比較，并依靠所述比較步驟中獲得的結(jié)果進(jìn)行調(diào)節(jié)加熱裝置的操作。
參考下面的描述及所附權(quán)利要求，本發(fā)明的上述這些特征及其它特征、各方面和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更容易理解。包含于并構(gòu)成說明書一部分的附圖對本發(fā)明實(shí)施方式進(jìn)行了圖解說明，并與說明書一起，用以闡明本發(fā)明的原理。


對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員本發(fā)明全部公開的和能夠得出的公開內(nèi)容(包括其最佳實(shí)施方式)，將參照附圖在本說明書中進(jìn)行闡述，其中 圖1表示根據(jù)本發(fā)明的裝置示例性實(shí)施方案的示意圖。
圖2表示如下所述的某些溫度數(shù)據(jù)的曲線圖。
圖3表示如下所述的某些壓力數(shù)據(jù)的曲線圖。
在本說明書和附圖中附圖標(biāo)記重復(fù)使用表示發(fā)明相同或相似的特征或元件。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提供了適于用于硫化輪胎組件并且尤其用于硫化翻新輪胎組件的裝置的自動(dòng)壓力和溫度控制。下面將參照本發(fā)明的實(shí)施方案(附圖中所示的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例)進(jìn)行詳細(xì)說明。每一實(shí)施例均以對本發(fā)明進(jìn)行解釋的方式提出，而并不意味著是對本發(fā)明的限制。例如，作為一個(gè)實(shí)施方式一部分而說明或描述的特征可以與另一實(shí)施方式，構(gòu)成一個(gè)第三實(shí)施方式。這意味著本發(fā)明包括這樣以及其它方式的修改和變化。
圖1中對本發(fā)明的示例性實(shí)施方案進(jìn)行了示意性描述。對輪胎硫化腔室10進(jìn)行設(shè)置，該腔室是用于硫化輪胎組件并且尤其是用于硫化翻新輪胎組件的大容量、加熱和壓力控制腔室。熱交換器20配置在硫化腔室10中以將熱量轉(zhuǎn)移至腔室10內(nèi)的空氣。作為一個(gè)實(shí)施例，如例證性實(shí)施方案所述的硫化腔室和熱交換器可以從Cure Tech Inc.of Conyers，Ga購買。在將預(yù)硫化胎面硫化成胎體的操作中，將粘合橡膠層加熱至約108℃。為了在粘合橡膠層中達(dá)到上述溫度，需要將腔室內(nèi)空氣加熱至約90℃～150℃，并且優(yōu)選為約120℃～130℃。熱交換器可以是任何合適的設(shè)備，并且優(yōu)選是管道和翼片多道型熱交換器或者蒸汽板式熱交換器。
本發(fā)明的這個(gè)示例性實(shí)施方案有利地利用大小適于在常規(guī)硫化腔室中蒸汽加熱的熱交換器20，這樣就不需要為應(yīng)用本發(fā)明而對硫化腔室內(nèi)部進(jìn)行改動(dòng)。如‘084專利所述，預(yù)先確定使用體量熱交換器大小的常規(guī)方法以滿足硫化腔室要求和使用熱水作為傳熱介質(zhì)，在常規(guī)的硫化腔室中將需要比蒸汽設(shè)備大約5～7倍的熱交換器。這種熱交換器將在硫化腔室實(shí)際應(yīng)用中占據(jù)了太多空間。通過改變熱水流過熱交換器的流動(dòng)性質(zhì)，而非改變熱交換器的尺寸，發(fā)現(xiàn)滿足硫化腔室內(nèi)需要的傳熱可以通過閉合通路中的熱水得到實(shí)現(xiàn)。
據(jù)此，示意性的例示于圖1中的系統(tǒng)使用經(jīng)由熱交換器20泵出的熱水用于所需熱量的輸送。鍋爐或者加熱器30與熱交換器20在閉合通路中連通，以在那里通過泵40循環(huán)熱水。對于單個(gè)硫化腔室10，鍋爐30具有20加侖的水容量。包括熱交換器20在內(nèi)，所述實(shí)施方案系統(tǒng)的總水容量為約90加侖水。鍋爐30包括壓縮氣體容器和用于有效加熱水以滿足需要的多段加熱元件。對鍋爐30進(jìn)行控制以保持預(yù)定的水溫設(shè)置，并且鍋爐30具有高溫開關(guān)和包括減壓閥。
Caloritech公司(Amherst，N.Y)型VWBF-20水鍋爐或者BUDZAR(Willoughby，Ohio)型1WT-150-DSP水鍋爐都是適宜的鍋爐或者熱水器30的實(shí)例。僅僅舉例來說，對于鍋爐30，適宜的控制器可以購自Yokogawa、Allen Bradley和Partlow。優(yōu)選泵40是離心泵，以將熱水從鍋爐30傳送過熱交換器20。泵40在15～40加侖/分的恒定流速下操作，和優(yōu)選為約25～35加侖/分，以傳送充足的熱水量以滿足硫化腔室10所需熱量的熱水。已知R.S.Corcoran公司(New Lenox，Ill.)型2000D為適宜的泵40。
在腔室10正常操作期間，利用熱交換器20與硫化腔室空氣約17℃(30)的溫度差(即“Δ(delta)”)，鍋爐30將水加熱至約120℃～約190℃的溫度，并且優(yōu)選為約170℃～約180℃。
在此閉合通路中的熱水將產(chǎn)生大約170～190psi的壓力。熱水的流速為15～40加侖/分，并且優(yōu)選約25～35加侖/分。在此水溫和流速下，硫化腔室中的空氣將達(dá)到約90℃～約150℃，這對于加熱輪胎組件50以在粘合層中達(dá)到硫化溫度是所期望的。
硫化腔室10中的強(qiáng)制空氣循環(huán)系統(tǒng)，例如風(fēng)扇(未顯示)，使空氣循環(huán)通過熱交換器20以促進(jìn)由水向空氣傳熱，以及使空氣圍繞腔室內(nèi)空間循環(huán)以確保硫化腔室10中溫度的一致性。優(yōu)選空氣環(huán)流的速率為至少1000英尺/分，更優(yōu)選為1500～1800英尺/分。
將膨脹箱60設(shè)置與鍋爐30出口和泵40入口流體連通。對于所述示例性實(shí)施方案，膨脹箱60具有約80加侖的水容量。對水槽60配備兩個(gè)液位開關(guān)70和80以確保維持恰當(dāng)?shù)乃?。還可以提供補(bǔ)給供水。在系統(tǒng)操作期間，某一體積的空氣或者其它氣體將存在于膨脹箱60中的水面以上。該體積空氣的壓力將直接受水槽60中水溫的影響。根據(jù)需要，可以對水箱60提供空氣補(bǔ)給。
將控制閥90(例如電動(dòng)閥)放置于鍋爐30出口和膨脹箱60之間。對于控制閥90而言，許多不同類型的控制閥都可以使用。僅僅舉例來說，控制閥90可以是Spirax/Sparco(Blythewood，SC)型1“KE43/5223/EP5/MPC2”或者其它合適的控制閥。
控制閥90用來開放或者關(guān)閉由鍋爐30出口流出的允許進(jìn)入膨脹箱60的水流。當(dāng)控制閥完全閉合時(shí)，所有離開鍋爐30的熱水將最終直通熱交換器20，在那里由于與循環(huán)在硫化腔室10內(nèi)的空氣進(jìn)行熱量交換，從而加熱輪胎組件50的水溫下降。熱電偶100測量離開鍋爐30的水溫，同時(shí)熱電偶110測量熱交換器20和泵40入口之間的水溫。水從熱交換器20返回到泵40并且被送到鍋爐30。設(shè)置熱電偶120以用于測量在水即將要進(jìn)入鍋爐30之前的水溫。
不進(jìn)行主動(dòng)干預(yù)，例如通過自動(dòng)控制系統(tǒng)時(shí)，圖解于圖1中的系統(tǒng)中的水總壓將隨系統(tǒng)中平均水溫和膨脹箱60中空氣溫度變化而變化。除非對這種不可避免的壓力變化進(jìn)行主動(dòng)控制，否則鍋爐30將不得不在相對期望溫度較低的溫度下進(jìn)行操作，以免當(dāng)系統(tǒng)中壓力下降時(shí)水轉(zhuǎn)化成蒸汽。在較低溫度下操作是不希望的，因?yàn)檫@會(huì)增加硫化輪胎所需的時(shí)間。
因此，為了保持溫度和壓力盡可能接近如上所述目標(biāo)值，對系統(tǒng)主要根據(jù)系統(tǒng)內(nèi)特定位置的確定測量結(jié)果，通過調(diào)整控制閥90和加熱鍋爐30進(jìn)行控制。在操作期間，對整個(gè)系統(tǒng)的壓力進(jìn)行測量，例如通過壓力傳感器145進(jìn)行測量，所述壓力傳感器145測量泵40進(jìn)口處的水壓。雖然壓力可以通過傳感器140和155進(jìn)行測量，但是傳感器145的位置是優(yōu)選的。當(dāng)上述壓力降低至期望設(shè)定值以下或者開始下降到期望設(shè)定值以下時(shí)，信號被傳送給控制閥90引起控制閥90開放。隨后，來自鍋爐30出口的熱水然后被送到膨脹箱60。從而膨脹箱60中的總體水溫將上升。此溫度變化通過熱電偶150進(jìn)行調(diào)整。由于將熱水加入到膨脹箱60中，所以經(jīng)傳感器145測量的壓力也將上升。一旦系統(tǒng)中壓力接近或者達(dá)到期望的設(shè)定值，閥90將再次關(guān)閉。當(dāng)經(jīng)傳感器145測量的壓力位于或者高于期望的設(shè)定值時(shí)，閥90將保持在關(guān)閉位置。利用本文中公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)理解許多技術(shù)和設(shè)備都可以用來完成上述的控制順序。僅僅舉例來說，PLC可以根據(jù)需要用來監(jiān)控系統(tǒng)中的壓力、計(jì)算開放閥90多長時(shí)間和然后操作閥90。
隨著系統(tǒng)中壓力穩(wěn)定在期望的目標(biāo)壓力值，可以將水加熱至如上所述較高的溫度。通常，加熱系統(tǒng)希望通過測定由鍋爐30增加的熱量調(diào)節(jié)系統(tǒng)中總體水溫，所述熱量以使用例如熱電偶100所測量的鍋爐30出口處的水溫為基礎(chǔ)。因?yàn)殄仩t30反應(yīng)時(shí)間相對緩慢，上述控制方案使得，在期望的溫度校正完成之前，有大量低于需要溫度的水流過熱交換器20。此外，還存在較低的硫化效率結(jié)果和大的溫度變化。
作為替代，為了保持更為恒定的水溫處于或者接近期望的設(shè)定值，對鍋爐30輸入端上游和交換器20下游的水的溫度進(jìn)行測量。例如，對于示意描述于圖1中的系統(tǒng)，熱電偶110在鍋爐30輸入端的上流預(yù)定位置測量水溫。以此溫度為根據(jù)，對將水溫回升至設(shè)定值溫度鍋爐30所需要的火焰調(diào)節(jié)或者熱輸入的數(shù)值基于鍋爐30的容量和效率進(jìn)行確定。起動(dòng)鍋爐30充分早時(shí)，即在冷水已經(jīng)離開鍋爐30之前，施加恰當(dāng)量的火焰調(diào)節(jié)，以便在更冷的水到達(dá)鍋爐之前或者至少在這種更冷的水從鍋爐30離開之前加熱開始進(jìn)行。從而，離開鍋爐30的水比通過調(diào)節(jié)基于鍋爐出口和熱交換器20之間水溫測量值的水溫所得到的水更加接近期望的設(shè)定溫度。僅僅舉例來說，對于圖1中所述的示例性實(shí)施方案，申請人已經(jīng)確定將熱電偶110放置在鍋爐30上流約10～45秒鐘的位置，提供了起動(dòng)鍋爐30和更精確調(diào)節(jié)進(jìn)入熱交換器20的總體水溫的充分引導(dǎo)期。利用在此公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域熟練的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對于熱電偶110的位置可以使用或者需要在不同的位置使用，這取決于可能應(yīng)用的本發(fā)明具體設(shè)備和配置。此外，還應(yīng)當(dāng)理解，利用在此公開的內(nèi)容，多種控制器和傳感器可以用來實(shí)現(xiàn)在此所述的工藝控制順序。
本發(fā)明提供了很容易安裝于常規(guī)硫化腔室的熱水系統(tǒng)。所述系統(tǒng)還可以與存在的熱交換器和溫度傳感器結(jié)合起來。本發(fā)明有利之處在于比蒸汽或者油路系統(tǒng)更為低廉和更易于操作。
圖1描述了硫化腔室10的應(yīng)用，其中將輪胎組件50置于其中以供硫化。然而，在另一實(shí)施方案中，本發(fā)明還可以進(jìn)行改造以與硫化壓力機(jī)一起使用進(jìn)行所謂的“熱硫化”翻新操作。在熱硫化中，位于磨光胎體上的胎面膠沒有得到硫化，并且硫化操作硫化胎面膠及其連接至胎體的粘合劑。翻新輪胎組件放置于與用來硫化新輪胎相似的硫化壓力機(jī)中。硫化壓力機(jī)包括對翻新輪胎組件進(jìn)行放置的內(nèi)部空腔。鑄模胎面環(huán)圍繞在胎面膠周圍并且被擠壓入胎面膠內(nèi)形成胎面花紋。鑄模胎面環(huán)經(jīng)熱交換器在硫化壓力機(jī)內(nèi)受熱以加熱和硫化橡膠。氣囊配置于由輪胎限定的內(nèi)部空間中和隨流體而膨脹以為了成形和硫化向輪胎內(nèi)表面加熱和加壓。對系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)造，以便向擠壓熱交換器和氣囊提供熱水。如圖1所示，溫度傳感器放置于熱交換器以及氣囊出口的下游和鍋爐的上流，以提供如前所述然后使用的溫度讀數(shù)。系統(tǒng)中的水壓也可以按如前所述進(jìn)行控制。
最后，應(yīng)當(dāng)注意，系統(tǒng)中的總壓還可以基于壓力傳感器140、145或者155獲得的測量值，通過加入或者釋放來自膨脹箱60的空氣進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制?？梢詫⒖刂崎y添加到連接水箱60的氣源，并且這種閥能因此和系統(tǒng)控制器結(jié)合起來。然而，由于一些原因，這種技術(shù)是本發(fā)明較不優(yōu)選的實(shí)施方案。例如，因?yàn)闊崃恳矔?huì)得到釋放，所以系統(tǒng)空氣的釋放是不期望的。另外，空氣包含加速生銹和腐蝕的氧氣。此外，申請人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，向膨脹箱60加入或除去空氣是沒有必要的，因?yàn)橄到y(tǒng)內(nèi)的溫度和壓力可以利用如上所述本發(fā)明的示例性實(shí)施方案得到控制。
圖2提供了溫度數(shù)據(jù)對時(shí)間的曲線圖。溫度線160，圖2的下層曲線，表明了離開不具有本發(fā)明改進(jìn)操作的系統(tǒng)的鍋爐的水溫。溫度線170，圖2的上層曲線，表明了離開利用本發(fā)明改進(jìn)操作的系統(tǒng)的鍋爐的水溫。對于曲線160所代表的硫化工藝，在硫化工藝期間存在大的溫度波動(dòng)，這導(dǎo)致硫化總效率降低和由此導(dǎo)致硫化時(shí)間增加。還應(yīng)當(dāng)注意，由于這些波動(dòng)，曲線160的總體平均溫度還相對曲線170的總體平均溫度較低。相比之下，由溫度曲線170所代表的方法比由曲線160所代表的方法更加穩(wěn)定并且能夠在總體更高的溫度下操作。
類似地，圖3提供了壓力數(shù)據(jù)對時(shí)間的曲線圖。壓力線180，圖3的下層曲線，表明了離開不利用本發(fā)明改進(jìn)操作的系統(tǒng)的鍋爐的水壓。壓力線190，圖3的上層曲線，表明了離開利用本發(fā)明改進(jìn)操作的系統(tǒng)的鍋爐的水壓。對于由線180所代表的硫化方法，在硫化工藝開始時(shí)存在壓力的初始迅速增加，接著就是硫化期間壓力的穩(wěn)定增加。從而，由于降低的壓力，由線180所代表的方法的最高溫度在硫化開始時(shí)較低，這意味著上述方法比在整個(gè)硫化工藝中可以在更高溫度操作的方法有更長的總體硫化時(shí)間。相比之下，由壓力線190所代表的方法在整個(gè)硫化工藝中更為穩(wěn)定和能夠在總體更高的壓力(并且因此在更高的溫度)下進(jìn)行操作。
利用在此公開的內(nèi)容，可用于調(diào)整或者最優(yōu)化在此所述用于硫化工藝的控制系統(tǒng)的變化并不背離權(quán)利要求的范圍和精神?？梢岳斫?，本發(fā)明將上述改良和變化歸入到以下權(quán)利要求及其等同權(quán)利要求中。
權(quán)利要求
1.一種硫化輪胎的裝置，包括腔室，配置成用于容納至少一個(gè)要進(jìn)行硫化的輪胎組件；設(shè)置在所述腔室內(nèi)的熱交換器；用于加熱水的加熱裝置，所述加熱裝置與所述熱交換器在閉合通路中流體連通，所述加熱裝置具有用于從所述加熱裝置排放熱水的加熱裝置出口；泵，用于在所述加熱裝置和所述熱交換器之間循環(huán)水流，所述泵具有供水流進(jìn)入所述泵內(nèi)的泵入口；膨脹箱，所述膨脹箱與所述加熱裝置出口和所述泵入口流體連通，以便水可以在所述閉合通路內(nèi)循環(huán)流動(dòng)，即從所述加熱裝置進(jìn)入所述膨脹箱，并返回到所述泵中；閥，所述閥連接到在所述加熱裝置出口和所述膨脹箱之間的所述閉合通路中，以便控制從所述加熱裝置流入所述膨脹箱的水流；壓力傳感器，用于測量所述閉合通路中水壓；以及與所述壓力傳感器和所述閥相連通的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)配置成用以在所述閉合通路中的水壓降至低于期望的壓力設(shè)定值時(shí)，打開所述閥，并配置成用以在所述閉合通路中的水壓升至高于期望的壓力設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉所述閥。
2.如權(quán)利要求1所述的硫化輪胎的裝置，進(jìn)一步包括溫度傳感器，所述溫度傳感器定位于泵上游和熱交換器下游的預(yù)定位置以測量所述閉合通路中的水溫。
3.如權(quán)利要求2所述的硫化輪胎的裝置，其中，所述控制系統(tǒng)與所述溫度傳感器和所述加熱裝置相連通，并將所述控制系統(tǒng)配置成用以根據(jù)所述溫度傳感器的輸出信號操作所述加熱裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的硫化輪胎的裝置，其中所述熱交換器是多路翼片和管道組件。
5.如權(quán)利要求4所述的硫化輪胎的裝置，其中所述壓力傳感器定位于所述加熱裝置上游約10至45秒的位置點(diǎn)處。
6.如權(quán)利要求1所述的硫化輪胎的裝置，其中所述熱交換器是蒸汽板組件。
7.如權(quán)利要求1所述的硫化輪胎的裝置，其中所述腔室是輪胎硫化壓力機(jī)，并且所述熱交換器進(jìn)一步包括設(shè)置于輪胎空腔內(nèi)部的氣囊和引導(dǎo)水流通過圍繞在輪胎外部的所述硫化壓力機(jī)部分的回路。
8.如權(quán)利要求1所述的硫化輪胎的裝置，其中，所述閉合通路中的水被加熱至約120℃～190℃的溫度。
9.如權(quán)利要求1所述的硫化輪胎的裝置，進(jìn)一步包括用于以大約1500～1800英尺/分的速度循環(huán)所述腔室內(nèi)空氣的裝置。
10.如權(quán)利要求1所述的硫化輪胎的裝置，其中設(shè)定所述泵的速度以使其以約15～40加侖/分的速度循環(huán)熱水。
11.一種硫化輪胎的裝置，包括腔室，配置成用于容納至少一個(gè)要進(jìn)行硫化的輪胎組件；與所述腔室熱通的熱交換器；用于加熱水的加熱裝置，所述加熱裝置與所述熱交換器流體連通；泵，用于在所述加熱裝置和所述熱交換器之間循環(huán)水流；膨脹箱，所述膨脹箱與所述加熱裝置出口和所述泵流體連通，以便水可以產(chǎn)生從所述加熱裝置到所述膨脹箱和所述熱交換器，并返回到所述泵中的循環(huán)流動(dòng)；與水流體連通的壓力傳感器；和可流通地連接在所述加熱裝置和所述膨脹箱之間的閥，所述閥配置成用以根據(jù)由壓力傳感器測定的壓力讀數(shù)，選擇性地將在加熱裝置和熱交換器之間至少部分水流轉(zhuǎn)移至膨脹箱。
12.如權(quán)利要求11所述的硫化輪胎的裝置，進(jìn)一步包括與所述壓力傳感器和所述閥相連通的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)配置成用以在所力傳感器和所述閥相連通的控制系統(tǒng)，所述控制系統(tǒng)配置成用以在所述通路中的水壓降至低于期望的壓力設(shè)定值時(shí)，打開所述閥一段預(yù)定時(shí)間，并配置成用以在所述通路的水壓升至高于期望的壓力設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉所述閥。
13.如權(quán)利要求12所述的硫化輪胎的裝置，進(jìn)一步包括溫度傳感器，所述溫度傳感器定位于泵上游和熱交換器下游的預(yù)定位置處以測量水溫。
14.如權(quán)利要求13所述的硫化輪胎的裝置，其中所述控制系統(tǒng)與所述溫度傳感器和所述加熱裝置相連通，并配置成用以根據(jù)所述溫度傳感器的溫度測量值操作所述加熱裝置。
15.如權(quán)利要求14所述的硫化輪胎的裝置，其中所述熱交換器是多路翼片和管道組件。
16.如權(quán)利要求15所述的硫化輪胎的裝置，其中所述壓力傳感器定位于所述加熱裝置上游約10到45秒的位置處。
17.如權(quán)利要求14所述的硫化輪胎的裝置，其中所述熱交換器是蒸汽板組件。
18.如權(quán)利要求14所述的硫化輪胎的裝置，其中所述腔室是輪胎硫化壓力機(jī)，并且所述熱交換器進(jìn)一步包括設(shè)置于輪胎空腔內(nèi)部的、可置換的氣囊，和引導(dǎo)水流通過圍繞在輪胎外部的所述硫化壓力機(jī)部分的回路。
19.如權(quán)利要求13所述的硫化輪胎的裝置，其中所述通路中的水被加熱至大約120℃到190℃的溫度。
20.如權(quán)利要求13所述的硫化輪胎的裝置，進(jìn)一步包括風(fēng)扇，用于以大約1500～1800英尺/分的速度循環(huán)所述腔室內(nèi)空氣。
21.如權(quán)利要求13所述的硫化輪胎的裝置，其中設(shè)定所述泵的速度使其以約15～40加侖/分的速度循環(huán)熱水。
22.一種硫化輪胎組件的方法，包括以下步驟將多個(gè)輪胎組件放置在腔室內(nèi)；使用加熱裝置將水加熱至期望的設(shè)定溫度；循環(huán)通路中的熱水使其通過腔室內(nèi)的熱交換器；循環(huán)所述腔室內(nèi)的空氣使其流經(jīng)熱交換器；測量熱水的壓力；將測得的壓力與期望的設(shè)定壓力相比較；如果測得的壓力低于期望的設(shè)定壓力，打開控制閥以將水流轉(zhuǎn)向膨脹箱；和如果測得的壓力高于期望的設(shè)定壓力，關(guān)閉控制閥以阻止水流向膨脹箱。
23.如權(quán)利要求22所述的硫化輪胎組件的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在預(yù)定位置處測量熱水的溫度，所述預(yù)定位置是在水流經(jīng)熱交換器之后并在流經(jīng)加熱裝置之前的位置；將測得的溫度與期望的設(shè)定溫度相比較；和根據(jù)在所述比較步驟中得到的結(jié)果調(diào)節(jié)加熱裝置的操作。
24.如權(quán)利要求23所述的硫化輪胎的方法，其中所述通路中的水被加熱至大約120℃到190℃的溫度。
25.如權(quán)利要求24所述的硫化輪胎組件的方法，其中空氣以至少1000英尺/分的速度循環(huán)流動(dòng)。
26.如權(quán)利要求25所述的硫化輪胎組件的方法，其中空氣以約1500到1800英尺/分的速度循環(huán)流動(dòng)。
27.如權(quán)利要求26所述的硫化輪胎組件的方法，其中熱水以約15到40加侖/分鐘的速度循環(huán)流動(dòng)。
28.如權(quán)利要求22所述的硫化輪胎的方法，在所述測量壓力步驟中，在所述加熱裝置上游約10到45秒的位置點(diǎn)處執(zhí)行測壓操作。
29.一種硫化輪胎組件的方法，包括以下步驟將多個(gè)輪胎組件放置在腔室內(nèi)；使用加熱裝置將水加熱至期望的設(shè)定溫度；循環(huán)閉合通路內(nèi)的熱水使其通過腔室內(nèi)的熱交換器；循環(huán)所述腔室內(nèi)的空氣使其流經(jīng)熱交換器；測量熱水的壓力；將測得的壓力與期望的設(shè)定壓力范圍相比較；如果測得的壓力低于期望的設(shè)定壓力范圍，打開控制閥以將水流轉(zhuǎn)移至膨脹箱；和如果測得的壓力范圍高于期望的設(shè)定壓力范圍，關(guān)閉控制閥以阻止水流向膨脹箱。
30.如權(quán)利要求29所述的硫化輪胎組件的方法，進(jìn)一步包括以下步驟在預(yù)定位置處測量熱水的溫度，所述預(yù)定位置是在水流流經(jīng)熱交換器之后并在水流流經(jīng)加熱裝置之前的位置；將測得的溫度與期望的設(shè)定溫度相比較；并根據(jù)所述比較步驟中獲得的結(jié)果調(diào)節(jié)加熱裝置的操作。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于硫化輪胎組件(包括翻新輪胎組件)的自動(dòng)的壓力和溫度控制裝置和方法。通過使用水作為加熱介質(zhì)，對一種新的工藝控制方法和裝置進(jìn)行了描述，所述方法和裝置允許在穩(wěn)態(tài)條件期間更為精確地控制工藝變量，使得熱量傳送得到改善并且使不期望的蒸汽形成得到消除。利用本文中公開的內(nèi)容，可以對現(xiàn)有用于硫化輪胎組件的工藝和設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)以實(shí)施和實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的益處。
文檔編號B29D30/06GK1852800SQ200480026479
公開日2006年10月25日 申請日期2004年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年8月13日
發(fā)明者S·曼紐爾, N·克里斯托弗, R·楊 申請人:米其林技術(shù)公司, 米其林研究和技術(shù)股份有限公司