压缩生热检测仪及其方法技术

一种压缩生热检测仪及其方法，包括一套或多套检测单元，该检测单元包括垂直压缩装置、垂直补偿装置和芯部中心温度传感器同步装置；所述垂直压缩装置和垂直补偿装置分别固定在顶架，所述芯部中心温度传感器同步装置通过一与过渡柱相同或相近力学性能的过渡柱和一与压力传感器相同或相近力学性能的垫块安装于垂直压缩装置的压板和垂直补偿装置的托板之间，过渡柱刚好穿过中支座的孔，而不影响压力传感器对橡胶试样压缩应力测试的准确性。该装置可以对试验样品进行垂直压缩，垂直补偿以及精准地测试试验过程中样品中心位置的温度变化，能够准确地模拟出实际工况。

【技术实现步骤摘要】
压缩生热检测仪及其方法
本专利技术涉及一种压缩生热检测仪及其方法，特别是用于检测橡胶在动态交变载荷或应变下生热现象的装置和方法。
技术介绍
橡胶在动态交变载荷下的生热现象，一直是研究人员关心的指标。在实际应用中，各种轮胎和传送皮带在高速运行中的内部发热，减振、隔音材料及其结构的粘弹性阻尼作用，都涉及材料滞后效应所导致的能量损耗分析。当车轮滚动时，作用在轮胎上的部分车重和路面对车轮产生的冲击负荷，使轮胎承受反复的压缩变形，而压缩变形所消耗的功，大部分转化为热。由于绝大多数轮胎的材料(橡胶和化学纤维等)是热的不良导体，所以热量难以散发，使胎体内部温度迅速升高。试验得知：轮胎内部温度与轮胎的负荷和速度的乘积成正比。速度越快，负荷越大，温度升高越快。Goodrich橡胶压缩生热试验机通过一个惰性杠杆系统对试样施加一定的压缩负荷，并通过一个传动系统对试样施加具有规定振幅的周期性高频压缩，在室温或高于室温条件下测定试样在一定时间内的压缩疲劳温升和疲劳寿命。适用于硬度为30～85IRHD硫化橡胶。普通的压缩生热仪原理如图1所示，试样的中心线到杠杆支点3的距离是127±0.5mm，负荷重铊5的中心线到杠杆支点3的距离是288±0.5mm。试样在负荷作用下，由上压板带动往复压缩，并由于胶料的内阻而生热。试样所受压缩负荷是采用天平杠杆平衡补偿原理，并通过杠杆平衡调整装置6来维持杠杆的平衡。其力学模型如图2所示。由于在试验过程中样品的尺寸会发生热胀冷缩变化，或者压缩永久形变，试样的高度产生变化，但仪器却不能记录样品形状高度尺寸的瞬态变化，仪器不能瞬态控制和保持预载荷静态力的恒定，而且动态力也受到影响而发生波动，使得数据会随着试验的进行越来越不准确、不稳定，重复性也比较差。而且，普通压缩生热仪的频率(转速调节)、试验温度都是单一固定的，试样的动态应变(即上压板的冲程)也是固定不变的，均不能够在不同的频率、温度、动态应变条件下进行压缩生热测试，功能单一。目前市场上的压缩生热仪存在的缺点主要有以下几点：1.如图3所示，天平杠杆平衡补偿试样下表面，由于杠杆支点与试样支撑点不重合，当由于前后坨的重量差导致杠杆产生一定角度α的倾斜时，造成试样下表面与承受压力的上表面不平行，与车轮承受车身重力模型，周期性承受车身压缩有偏差，不能在实验条件下准确模拟出实际工况。2.补偿值是不准确的。压缩是垂直方向，补偿是倾斜方向。同样，如图3所示，橡胶试样受到的压缩是垂直方向的，但是由杠杆产生的补偿是倾斜方向的，补偿方向与垂直压缩方向之间呈α夹角。3.不能实时测量芯部中心温度。芯部中心温度是橡胶材料反复压缩产生热量的真实反映。而市场上能实时测量的基本都是仪器内部环境温度或试样表面(如底部)温度，只有停止压缩试验后，才能测量试样的芯部中心温度。但此时由于针状温度传感器插入橡胶试样时，其温度与试样内部的真实温度相差较大，会使测试结果产生误差。4.仪器只能测量一个试样温度。5.有些厂家也可以实时测量试样内部温度，普遍采用将试样中间位置钻孔，塞入测温线或试样制备时将测温线硫化到试样中间的方法。对于试样钻孔来说，若孔较小，测温导线较软，无法“塞入”试样内，但如果钻孔过大，又会导致试样压缩过程中破裂，同时试验过程中，由于高频率振动和试样变形等，也会使测温线从试样中脱落并偏离中心点，不能准确反映芯部中心温度，如图4所示。对于将测温线1硫化进试样来说，在硫化过程中也无法保证测温点始终在试样的最中心位置。6.目前，日本上岛公司制造的压缩生热仪可实时测试样品的芯部中心温度。具体方法为，仪器包括一套温度传感器插入装置，可将针状温度传感器由橡胶试样的顶部垂直插入试样内部中心位置，并根据电脑反馈信息控制温度传感器的插入深度。在试验开始前，将针状温度传感器由试样顶部插入试样中心处。在试验中，试样高度随时间而变化，根据高度变化的测定值，反馈给计算机，由计算机控制温度传感器插入装置动作，从而调整针状温度传感器的插入位置，使其始终处于试样的中心位置。这种方法结构复杂，且在压缩过程中温度传感器探针与橡胶试样之间存在摩擦现象，设备的可靠性和操作性以及测试结果的准确性会受到一定影响。
技术实现思路
针对现有仪器存在的上述问题，本专利技术提出一种新型的橡胶材料用压缩生热检测仪及其方法，以克服现有技术的缺陷。所述的压缩生热检测仪，其中包括一套或多套(最优为两套)检测单元，该检测单元包括垂直压缩装置、垂直补偿装置和芯部中心温度传感器同步装置；所述垂直压缩装置和垂直补偿装置分别固定在顶架上；所述芯部中心温度传感器同步装置通过一与过渡柱相同或相近力学性能(最好是与过渡柱相同材料、相同直径尺寸)的过渡柱和一与压力传感器相同或相近力学性能(最好是与应力传感器相同材料、相同形状)的垫块安装于垂直压缩装置的压板和垂直补偿装置的托板之间，过渡柱刚好穿过中支座的孔，而不影响压力传感器对橡胶试样压缩应力测试的准确性；所述垂直压缩装置包括一压缩电机、一冲程调节机构、连杆、端部连接件、两根长导向轴和一压板；所述垂直补偿装置包括一补偿电机、两根短导向轴、丝杠、丝杠螺母、托板和中支座；所述芯部中心温度传感器同步装置包括芯部中心温度传感器，弹簧底座，弹簧顶座，下弹簧，上弹簧和传感器固定环。优选地，该压缩生热检测仪包括一套或多套(最优为两套)可独立运行的检测单元，可以同时对一个或多个(最优为两个)橡胶试样进行压缩生热检测。在上述方案中，垂直压缩装置可以对橡胶试样进行垂直方向的压缩。在上述方案中，压缩电机通过冲程调节机构、连杆、端部连接件和长导向轴带动压板对橡胶试样进行压缩。在上述方案中，冲程调节机构采用偏心原理(但不局限于此)，包括螺栓、双螺母，滑块和偏心轮盘。在上述方案中，压板的垂直压缩冲程由冲程调节机构来控制，并可以通过调节螺栓来更改压缩冲程。在上述方案中，垂直补偿装置可以对橡胶试样的压缩变形进行垂直方向的补偿。在上述方案中，对橡胶试样施加的预载荷以及垂直补偿装置的运动由压力传感器检测并控制；压力传感器通过一过渡柱安装于橡胶试样中支座和托板之间，通过检测压力值的大小控制补偿电机的启停，从而实现施加预载荷和垂直补偿功能。在上述方案中，丝杠通过联轴器直接与补偿电机输出轴连接，托板直接连接于丝杠螺母上，并由两根短导向轴进行导向；当补偿电机转动时，通过丝杠的旋转，带动丝杠螺母和托板沿着两根短导向轴垂直方向运动，实现补偿功能。在上述方案中，垂直补偿装置的补偿量由位移传感器和感应块检测并控制。位移传感器安装于顶架上，固定不动，感应块安装于托板上，随托板沿垂直方向上下运动。在上述方案中，可以同时检测样品室的温度、样品的底部温度和样品的芯部中心温度。在上述方案中，样品室的温度是由室温温度传感器测量的，所述室温温度传感器安装于操作室内，可实时监测操作室内的环境温度。在上述方案中，样品的底部温度是由底部温度传感器测量的，所述底部温度传感器沿斜上45度方向安装于试样中支座中，温度传感器探头刚好与橡胶试样的底部接触，并实时监测压缩过程中橡胶试样底部的温度变化。在上述方案中，芯部中心温度传感器随着橡胶试样的压缩变形，垂直方向同步振动，水平方向位置不变，从而实现芯部中心温度传感器的探头始终位于橡胶试样的中心位置，并实时监测压缩过程中橡胶试样芯部中心的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种压缩生热检测仪，其包括一套或多套(最优为两套)检测单元，该检测单元包括垂直压缩装置、垂直补偿装置和芯部中心温度传感器同步装置；所述垂直压缩装置和垂直补偿装置分别固定在顶架8上，所述芯部中心温度传感器同步装置通过一与过渡柱63相同或相近力学性能(最好是与过渡柱63相同材料、相同直径尺寸)的过渡柱67和一与压力传感器61相同或相近力学性能(最好是与应力传感器61相同材料、相同形状)的垫块65安装于垂直压缩装置的压板18和垂直补偿装置的托板26之间，过渡柱67刚好穿过中支座82的孔，而不影响压力传感器61对橡胶试样73压缩应力测试的准确性；所述垂直压缩装置包括一压缩电机13、一冲程调节机构16、连杆15、端部连接件14、两根长导向轴17和一压板18；所述垂直补偿装置包括一补偿电机21、两根短导向轴28、丝杠24、丝杠螺母25、托板26和中支座82；所述芯部中心温度传感器同步装置包括芯部中心温度传感器72，弹簧底座74，弹簧顶座75，下弹簧76，上弹簧77和传感器固定环78。

【技术特征摘要】
1.一种压缩生热检测仪，其包括一套或多套检测单元，该检测单元包括垂直压缩装置、垂直补偿装置和芯部中心温度传感器同步装置；所述垂直压缩装置和垂直补偿装置分别固定在顶架(8)上，所述芯部中心温度传感器同步装置通过一与过渡柱A(63)相同或相近力学性能的过渡柱B(67)和一与压力传感器(61)相同或相近力学性能的垫块(65)安装于垂直压缩装置的压板(18)和垂直补偿装置的托板(26)之间，过渡柱B(67)刚好穿过中支座(82)的孔，而不影响压力传感器(61)对橡胶试样(73)压缩应力测试的准确性；所述垂直压缩装置包括一压缩电机(13)、一冲程调节机构(16)、连杆(15)、端部连接件(14)、两根长导向轴(17)和一压板(18)；所述垂直补偿装置包括一补偿电机(21)、两根短导向轴(28)、丝杠(24)、丝杠螺母(25)、托板(26)和中支座(82)；所述芯部中心温度传感器同步装置包括芯部中心温度传感器(72)，弹簧底座(74)，弹簧顶座(75)，下弹簧(76)，上弹簧(77)和传感器固定环(78)。2.根据权利要求1的压缩生热检测仪，其特征在于该压缩生热检测仪包括一套或多套可独立运行的检测单元，可以同时对一个或多个橡胶试样进行压缩生热检测，实现对相同试样或不同试样在相同试验条件或不同试验条件下进行压缩生热对比试验。3.根据权利要求1或2的压缩生热检测仪，其特征在于检测单元为两套。4.根据权利要求3的压缩生热检测仪，其特征在于橡胶试样为两个。5.根据权利要求1或2的压缩生热检测仪，其特征在于过渡柱B(67)与过渡柱A(63)材料和直径尺寸相同。6.根据权利要求1或2的压缩生热检测仪，其特征在于垫块(65)与压力传感器(61)材料和形状相同。7.根据权利要求1的压缩生热检测仪，其特征在于所述压缩电机(13)通过冲程调节机构(16)、连杆(15)、端部连接件(14)、和长导向轴(17)带动压板(18)对橡胶试样(73)进行压缩。8.根据权利要求1的压缩生热检测仪，其特征在于所述的冲程调节机构(16)采用偏心原理，包括螺栓A(161)、螺栓B(166)，双螺母A(162)、双螺母B(165)，滑块(163)和偏心轮盘(164)。9.根据权利要求8的压缩生热检测仪，其特征在于压板(18)的垂直压缩冲程由冲程调节机构(16)来控制，并能够通过调节螺栓A(161)、螺栓B(166)来更改压缩冲程。10.根据权利要求1的压缩生热检测仪，其特征在于所述丝杠(24)通过联轴器(29)直接与补偿电机(21)输出轴连接，托板(26)直接连接于丝杠螺母(25)上，并由两根短导向轴(28)进行导向；当补偿电机(21)转动时，通过丝杠(24)的旋转，带动丝杠螺母(25)和托板(26)沿着两根短导向轴(28)垂直方向运动，实现补偿功能。11.根据权利要求1的压缩生热检测仪，其特征在于所述垂直补偿装置可以对橡胶试样(73)的压缩形变或压缩应力进行垂直方向的补偿，即试验可以对橡胶样品(73)的压缩形变和压缩应力同时测定；可以使样品在恒定压缩应力的情况下进行，并测定其压缩形变在试验中的变化；也可以使样品在恒定压缩形变的情况下进行，并测定其压缩应力在试验中的变化。12.根据权利要求10的压缩生热检测仪，其特征在于对橡胶试样(73)施加的预载荷以及垂直补偿装置的运动由压力传感器(61)检测并控制，压力传感器(61)通过一过渡柱A(63)安装于橡胶试样中支座(82)和托板(26)之间；当样品...

【专利技术属性】
技术研发人员：王梦蛟，戴德盈，吴鹏章，刘世杰，
申请(专利权)人：怡维怡橡胶研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37