Шины. Некоторые проблемы эксплутации и производства - Ильясов Р.С.
ISBN 5-7882-0140-3
Скачать (прямая ссылка):
5.2. Интенсификация и оптимизация процесса вулканизации
Наряду с разработкой нового и модернизацией действующего оборудования значительные усилия направляются на создание расчетных методов оптимизации режимов вулканизации покрышек. Расчетные методы разработки режимов вулканизации были развиты благодаря широкому применению инженерной математики и вычислительной техники с учетом современных достижений в области физики и механики полимерных материалов и использования лабораторного эксперимента.
В отличие от практиковавшихся в промышленности методов, основанных на проведении экспериментов непосредственно на вулканизационном оборудовании и вулканизационных изделиях, новые способы разработки режимов вулканизации расчетным путем существенно дешевле и точнее, и одновременно они более информативны и быстродействующи, так как позволяют проводить анализ и поиск оптимального варианта процесса, широко варьируя его па-
412
раметры и включая такие варианты, для которых еще не создано технологическое оборудование. При этом не только экономятся финансы и время, но и существенно расширяется область технологических исследований за счет как действующих, так и вновь разрабатываемых процессов и обо-рудования.
В результате целенаправленных теоретических и экспериментальных исследований создана законченная методология оптимизации режимов вулканизации шин на стадиях их проектирования и изготовления. Она включает [433]:
- расчеты и моделирование температурных полей в вулканизуемых изделиях;
- оценку степени вулканизации резин в изделиях, в том числе определение кинетики неизотермической вулканизации при фактических температурных условиях по комплексу свойств, обусловливающих поведение изделия при эксплуатации;
- анализ механического поведения материалов вулканизуемых изделий на всех стадиях процесса от индукционного до завершающего послевулканизационного периода;
- оптимизация режимов вулканизации шин, включая их корректировку с учетом реальных параметров процесса.
Расчетное проектирование [434] теплового режима проводят поэтапно от предпроектной подготовки до собственно расчетов и оптимизации на данной стадии. Предпроект-ная подготовка включает в себя определение размерности и вида математической модели (ММ), необходимых и достаточных для получения требуемой точности при решении задач теплопроводности, а также определение геометрической области моделирования теплового процесса, теплофизических (ТФХ) и вулканизационных (ВХ) характеристик материалов объекта, его начальных (НУ) и граничных (ГУ)
413
условий. Кроме того, предпроектная подготовка включает задание технологических ограничений на регулирование воздействия и формулирование критерия оптимизации в соответствии с поставленной целью и спецификой технологического процесса и оборудования. На этом же этапе рассматриваются наиболее сложные проблемы: идентификация параметров ММ с использованием результатов аналитического решения (для простейших случаев) или экономного эксперимента, исследование реальных или прогнозирование возможных условий теплопередачи и теплообмена на технологическом оборудовании, определение ВХ и ТФХ моделируемого объекта.
Широкое внедрение в шинной промышленности вулканизационного оборудования с зонным, в том числе посто-янным,обогревом массивных и инерционных в тепловом отношении секторных пресс-форм потребовало усовершенствования методов моделирования, так как в силу специфики теплового процесса возникла необходимость включения в состав геометрической области решения задачи теплопроводности элементов технологического оборудования и значительную (до полного профиля) часть сечения покрышки.
Геометрическая область выбирается в зависимости от типа оборудования и конструкции шины таким образом, чтобы охватить наименее и наиболее прогреваемые слои вулканизуемых изделий. В зависимости от рисунка протектора эта область может быть либо двумерной (рисунок имеет преимущественно продольные канавки), либо трехмерной. В последнем случае воспроизводят участок рисунка протектора до шага его повторяемости. Границы геометрической области проводят, по возможности, по тепловым осям симметрии, а при нагружении обогреваемых (охлаждаемых)
414
участков границ задают граничные условия 1-го или 3-го рода.
Рассмотрим вулканизацию легковой покрышки с рисунком протектора «продольного» типа, вулканизуемой в форма-торе-вулканизаторе типа «аутоформ» с секторными пресс-формами и постоянным зонным обогревом. На рис. 54.а приведен фрагмент выбранного сечения. С учетом характера рисунка протектора геометрическая область (рис. 54.6) является плоской. При перезарядке технологического оборудования различные его элементы остывают неодинаково. Поэтому начальные температурные условия различных участков отличаются друг от друга и в приведенном примере соответствуют покрышке (НУ 1), диафрагме- (НУ2) и другим элементам оборудования (НУ-3 - НУ-7).
При решении задачи теплопроводности должны быть заданы граничные условия 1 -го рода со стороны обогреваемых паром зон и по внутренней поверхности диафрагмы (обозначение шин на рис. 54.6 ), а также граничные значения 3-го рода (обозначение VVV) для границ, соприкасающихся с воздухом. Остальные участки (обозначение_______на рис 54.6) не
