專利名稱：磨損用的方法和設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及磨損用的設備和方法，尤其涉及磨損輪胎胎面膠料或其它類型的橡膠化合物用的設備和方法，以便在不同的磨損硬度條件下測量該化合物的磨損率、耐磨性和/或抗磨性。
已有的一些用于磨損輪胎胎面膠料或其它型式的橡膠化合物的設備主要包括一個帶有一可移動磨損表面的測驗臺?；衔锏囊粋€試件與該可移動的磨損表面連接進行磨損。然后，對該試件上磨耗下的材料量進行測量，以預測在實際輪胎磨損或其它磨損條件下該輪胎胎面膠料的磨損率，耐磨性和/或抗磨性。
這些已知的磨損設備存在的一個問題是它們僅僅具有一個實驗臺，因此，試驗一種化合物常常需要很長的時間。此外，在單個實驗臺中通常不能考慮實驗的變化性。因此，由這樣一些設備提供的磨損數(shù)據(jù)常常不能為輪胎胎面膠料的實際磨損特性的預測提供一個精確的根據(jù)。
這些已知的磨損設備存在另一個問題是沙輪和樣件化合物之間界面的表面情況不能適當?shù)乜刂?。例如，就輪胎胎面膠料而言，經常在沙輪的接觸表面上形成一層分解的橡膠材料的油層。該油層降低沙輪的磨損程度。結果這種設備可能提供不精確的預測該化合物的磨損率的磨損數(shù)據(jù)。
這些已知的磨損方法和設備存在的再一個問題是預測胎面磨損的磨損數(shù)據(jù)是在一個或一平均的磨損硬度等級下提供的。但是，對一些輪胎胎面膠料而言，在不同的磨損硬度下，相應的胎面磨損特性可以顯著地變化。例如，在低的磨損硬度等級時，一些輪胎胎面膠料顯示高的胎面磨損性能，而在高的磨損硬度等級時，則顯示低的胎面磨損性能。因此，僅在一個或一平均的磨損硬度等級下磨損的已知磨損設備常常提供不正確的磨損數(shù)據(jù)。
例如，如果這樣一種設備在一個低的磨損硬度等級下用于實驗一種輪胎胎面膠料，它可能顯示極好的胎面性能，但事實上，在高的磨損硬度等級下該相同膠料提供的胎面性能很差。如果這樣一種輪胎胎面膠料用于制造一個輪胎并經受高硬度的磨損，例如一個運行汽車輪胎，則該輪胎可能呈現(xiàn)一個高的磨損率和/或出現(xiàn)一種不規(guī)則的磨損特性曲線。
在不同的磨損硬度等級呈現(xiàn)大不相同的磨損率特性的輪胎胎面膠料存在的一個問題是由這些化合物制成的輪胎經常出現(xiàn)不規(guī)則的磨損特性曲線。已測定出，不規(guī)則的磨損經常是由于輪胎的胎面上的應力分布不均勻產生的。如果該輪胎胎面膠料在高的磨損硬度等級時呈現(xiàn)低的耐磨性，那么該輪胎經受較高硬度或應力等級的部分將比該輪胎的其它部分磨損的快。結果，這些胎面常常出現(xiàn)顯著降低該輪胎壽命的不規(guī)則磨損特性曲線。
因此，關鍵的是在高的和低的磨損硬度等級都能試驗一些輪胎胎面膠料的磨損特性。由于已知的一些方法和設備不能用于完成這種功能，所以這些化合物通常是通過在公路上使汽車在高的和低的硬度磨損條件下對其實際輪胎試驗來測試的，這是一項即費時又昂貴的方法。
因此，本發(fā)明的目的是克服已知磨損方法和設備中存在的上述問題和缺點。
本發(fā)明涉及一種用于磨損含炭黑的化合物的設備。該設備包括一個框架，一臺電機和多個由框架支撐著的實驗臺。每個實驗臺包括一個與電機連接并由其旋轉驅動的沙輪。每個實驗臺還包括一個也與該電機連接并由其旋轉驅動的樣件輪。每個樣件輪包括一塊含炭黑的待磨損化合物，并與沙輪連接，該沙輪對靠著它的含炭黑的化合物進行磨損。
每個實驗臺還包括一個可與樣件輪連接的粉塵傳遞輪和一個可與該粉塵傳遞輪連接的白堊件。該白堊件將白堊粉傳遞到粉塵傳遞輪，粉塵傳遞輪再將白堊粉傳遞到樣件輪，以便在該樣件輪和沙輪之間的界面涂粉。一個第一齒輪件與電機，樣件輪和沙輪偶合。該第一齒輪件被選擇以設定樣件輪相對于沙輪速度的速度，并由此設定該樣件輪被沙輪磨損的程度。
在本發(fā)明的設備中，每個實驗臺還包括一個與樣件輪連接的重塊，該第一重塊被選擇，以設定該樣件輪靠在沙輪上的力，并由此設定該樣件輪被沙輪磨損的程度。每個實驗臺還包括一個與粉塵傳遞輪偶合的彈性件。該彈性件設在粉塵傳遞輪和樣件輪之間。白堊件將白堊粉傳遞給彈性件，彈性件再將白堊粉傳遞給樣件輪。
在本發(fā)明的設備中，每個實驗臺還包括一個與粉塵傳遞輪偶合的第二重塊。該第二重塊被選擇，以設定粉塵傳遞輪靠著樣件輪上的力，并由此設定彈性件靠著樣件輪上的力，以便控制施加在樣件輪上的白堊粉，該白堊件由包含氫氧化鎂，熟石膏和水的混合物制成。
在本發(fā)明的設備中，一根第一軸與第一齒輪件、電機和樣件輪偶合。該第一軸由電機旋轉驅動，以旋轉驅動樣件輪。一根第二軸與第一齒輪件、電機和沙輪偶合，以便旋轉驅動該沙輪。第一齒輪件被選擇，以設定第一軸相對于第二軸速度的速度，并由此設定樣件輪相對于沙輪速度的速度。
本發(fā)明的設備還包括一個與第一軸和第一齒輪件偶合的第二齒輪件。第一軸驅動第二齒輪件，第二齒輪件再驅動第一齒輪件。一個第三齒輪件與第二軸和第一齒輪件偶合。第一齒輪件驅動該第三齒輪件，第三齒輪件再驅動第二軸。第一和第二軸的相對速度，以及樣件輪和沙輪的相對速度分別通過選擇第一齒輪件的尺寸來設定。第一軸和第二軸，以及樣件輪和沙輪分別以相反的方向被旋轉驅動。
本發(fā)明還涉及一種磨損輪胎胎面膠料的方法。本發(fā)明的方法包括將至少兩個樣件輪稱重的步驟，其中每個樣件輪包括一塊輪胎胎面膠料。每個樣件輪通過與一相應的沙輪接合被轉動而磨損，其中樣件輪和沙輪的相對速度決定一個第一轉差值。接著，測量每個樣件輪的重量，以側量在該第一轉差值該輪胎胎面膠料的損耗。然后這些樣輪以第二轉差值轉動，使每個與一相應的沙輪相接合的樣件輪被磨損。接著每個樣件輪被稱重，以便測量該輪胎胎面膠料在第二轉差值的損耗。然后這些樣件輪以一第三轉差值轉動，使每個與一相應的沙輪接合的樣件輪被磨損。然后每個樣件輪被稱重，以測量該輪胎胎面膠料在第三轉差值的損耗。
根據(jù)本發(fā)明的方法，每個轉差值基于樣件輪的速度和沙輪的速度之間的差值除于樣件輪的速度。第一轉差值約在5%至9%的范圍內;第二轉差值約在9%至17%的范圍內;而第三轉差值約在17%至30%的范圍內。最好的情況是第一轉差值約為7%，第二轉差值約為13%，第三轉差值約為21%。
本發(fā)明還涉及一種磨損含炭黑化合物的方法。該方法包括對多個樣件的每一個稱重的步驟。其中，每個樣件的一個外表面是由含炭黑的化合物制成的。這些樣件的每一個都轉動地與一相應的磨蝕件接合進行磨損。樣件相對于磨蝕件速度的速度確定一個第一轉差值。這些樣件與至少一個另一磨蝕件以第一轉差值轉動的接合進行磨損。然后，測量在第一轉差值從每個樣件損耗的含炭黑化合物。
接著，這些樣件與相應的磨蝕件以一第二轉差值轉動的接合進行磨損。每個樣件與至少一個另一磨蝕件以第二轉差值轉動的接合進行磨損。然后測量在第二轉差值從每一個樣件損耗的含炭黑化合物。
在本發(fā)明的方法中，每個樣件與各個磨損件一起轉動的圈數(shù)約在10，000到20，000轉的范圍內。該樣件還在約每分鐘800到900轉(RPM)范圍內與各個磨蝕件一起轉動。樣件和磨蝕件的周圍溫度被控制，以控制由磨蝕件磨損這些樣件的程度。環(huán)境溫度最好維持在約40℃到55℃的范圍內。然后計算在每個轉差時各樣件的單位行程的體積損耗。該體積損耗基于測量每個樣件的重量損耗和含炭黑化合物的比重。
本發(fā)明的方法和設備的一個優(yōu)點是在各個磨蝕件的耐磨性方面的任何固有變化通過靠著數(shù)個磨蝕件磨損每個樣件輪或樣件減至最少。本發(fā)明的另一優(yōu)點是樣件輪或樣件可以以不同的轉差值和由此導致的不同磨損硬度等級被磨損。所以，輪胎胎面膠料的不規(guī)則的耐磨性程度可以基于測量在各轉差值磨損之后樣件輪的重量來預測。而已知磨損方法和設備通常僅在一個或一個平均的磨損硬度等級進行磨損，所以一般不能用于精確的預測不規(guī)則的耐磨性。
本發(fā)明的另一優(yōu)點是白堊件和粉塵傳遞輪將薄的白堊粉膜施加到相應的樣件輪和沙輪的界面上。因此，白堊粉防止了分解的橡膠材料的油層出現(xiàn)在各樣件輪和它的對應的沙輪之間的界面上，油層會減小一給定轉差值的樣件輪的磨損程度，從而使該設備提供不精確的磨損數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的其它一些優(yōu)點通過下面附合附圖的詳細說明將會更加清楚。


圖1是實施本發(fā)明的一臺磨損設備的局部前視平面圖。
圖2是圖1所示設備沿A-A線截取的一個實驗臺的放大的側面視圖。
圖3是圖1所示設備局部切去的側面視圖。
圖4是圖1所示設備的傳動組件的放大的前面視圖。
圖5是圖4所示的傳動組件的局部切去的頂面視圖。
圖6是圖4所示的傳動組件的側面視圖。
圖7是圖1所示設備的局部示意圖，說明根據(jù)本發(fā)明磨損數(shù)個樣件輪的次序。
在圖1中，標號10表示實施本發(fā)明的磨損設備。該設備10包括一個殼體12和十二個一個接著一個安裝在殼體12內的實驗臺14(圖中僅表示了六個)。所以，該設備10具有一排右實驗臺14和一排左實驗臺14，每排包括六個實驗臺。該設備10還包括一個安裝在殼體12的約中間位置處的傳動組件16，以驅動這些實驗臺14，這部分內容下面將進一步說明。
每兩個實驗臺14安裝在大致呈U形的實驗框架18內，如圖1所示，在圖2中更詳細地表示了一個典型的實驗臺14。該實驗臺14包括一個用鍵連接在沙輪驅動軸22上的沙輪20。該沙輪驅動軸22的軸頸位于實驗框架18的前端。沙輪20用尼龍輪修整，去除其周邊或磨損表面上的任何尖銳的突出部而鈍化。通過鈍化沙輪20，避免了切削磨蝕，該切削磨蝕對設備10完成磨損實驗有不利的影響。
如圖2所示，實驗臺14還包括一個樣件輪24，它用鍵連接在直接設在沙輪20上方的第一樣件輪驅動軸26上。樣件輪24包括一個鋼芯25(如圖示)和一層壓制形成在鋼芯上的樣件材料。例如，該樣件材料是一含炭黑的輪胎胎面化合物。一般該樣件材料層的厚度值約為二分之一到一英寸。樣件輪是通過將輪胎胎面化合物切成條帶并將其纏繞在鋼芯25上形成的。然后，該條帶在一合適的模具內在加熱和加壓的條件下壓制形成在鋼芯25上，該方法是本技術領域中已知的。
如圖2所示，樣件輪驅動軸26的軸頸設在樣件輪構架27的自由端，該樣件輪構架又樞軸在框架18繞著第二樣件驅動軸28的一端。第二樣件輪驅動軸28的軸頸設在框架18的頂部后端。因此，樣件輪構架27繞著第二樣件輪驅動軸28樞軸，以便將樣件輪24移入和移出與沙輪20的接合。樣件輪24靠著沙輪20的法向力由一平衡塊29來控制。該平衡塊29用繩索30從樣件輪構架27的自由端懸掛下來，如圖2所示。因此，用沙輪20靠著樣件輪24的磨損程度可以通過調整平衡塊29的重量來局部的調整。
實驗臺14還包括一個第一鏈輪31，它用鍵連接在第一樣件驅動軸26上靠近樣件輪24外。第二鏈輪32用鍵連接在第二樣件輪驅動軸28上并與第一鏈輪31成一直線設置。一條樣件輪驅動鏈條帶34安裝在第一鏈輪31和第二鏈輪32上，以驅動這些鏈輪，并由此驅動樣件輪24。如圖1所示，第二樣件輪驅動軸28與傳動組件16相偶合，并由此驅動樣件輪24，這部分內容以下還要進一步說明。
實驗臺14還包括一個粉塵輪構架36，它用一軸承支座38在樣件輪構架27的一端上樞軸。一個粉塵傳遞輪40通過軸承支座42在粉塵輪構架36的自由端樞軸并與樣件輪24相連接，如圖2所示。因此，該粉塵輪構架36繞著軸承座38樞軸，以便將粉塵傳遞輪40移入和移出與樣件輪24的連接。
實驗臺14還包括一個白堊條臂44，它樞軸地安裝在樣件構架27的一端靠近粉塵輪構架36處。白堊條46通過一托架47安裝在白堊條臂44的自由端上。如圖2所示，白堊條46的自由端在白堊條46和白堊條臂44的重量作用下保持與粉塵傳遞輪40連接。托架47夾住白堊條46并用螺釘48固定，將該白堊條保持在適當位置處。該白堊條46最好是由氫氧化鎂，熟石膏和軟化水制成并被提供，以便將白堊粉的薄膜傳遞給粉塵傳遞輪40。也可以制出數(shù)個白堊條，例如通過混合約170克熟石膏，80克氫氧化鎂和150克軟化水制成。然后將該混合物注入一個模子并使其在約一小時硬化。然后將該白堊從模子里取出并在約100℃加熱一天。加熱之后，這些白堊被切成各個白堊條46。
粉塵傳遞輪40包括一個橡膠芯50和一個泡沫外層52，該泡沫外層最好是聚氨脂泡沫。一個與橡膠芯50約相同寬度的橡膠圈54繞著泡沫外層52安裝。因此，該橡膠圈54保持與樣件輪24和白堊條46的底端相連接。橡膠圈從白堊條46接收白堊粉，再將這些白堊粉傳遞到樣件輪24的外表面。提供白堊粉是為了控制樣件輪24和沙輪20之間界面的表面狀態(tài)。
如果涂粉不足，則可能會在沙輪20的磨損表面上建立起一層分解的樣件材料的油層，并由此降低樣件輪24的磨損速度。但是，如果存在太多的白堊粉，則這些粉塵可能阻止樣件輪24和沙輪20之間的有效接觸。同樣會降低樣件輪24的磨損速率。所以，白堊條最好是稍微地與橡膠圈54連接，以便在樣件輪24和沙輪20之間保持一薄的白堊粉膜。由粉塵傳遞輪40靠在樣件輪24上施加的力由平衡塊56控制，如圖2所示。平衡塊56由一繩索58與粉塵傳遞輪40連接。繩索58放在由殼體12支撐著在框架18上面的第一滑輪60和第二滑輪62上面安裝。
設備10還包括數(shù)個加熱器，大致如圖1中的64所示。這些加熱器64最好是電加熱器，并安裝在殼體12內，以便加熱殼體的內部。熱電偶，大致如65所示，也安裝在殼體12內。這些熱電偶65由導線66與加熱器64偶合，控制加熱器的工作，并由此在殼體12內維持要求的溫度。由于相對磨損率可能隨運行溫度而變化，所以在殼體12內的溫度可以調節(jié)(與平衡塊29的重量一起)，以改變沙輪20靠著樣件輪24磨損的程度。
參看圖4至圖6，該設備的傳動組件16表示的很清楚。傳動組件16包括一個大致呈U形的傳動組件框架68，如圖4所示。第一傳動軸70的軸頸由軸承座71支撐在傳動組件框架68的后頂端。第二傳動軸72的軸頸由軸承座73支撐在傳動框架68的前面，位于第一傳動軸70的下面。皮帶輪74用鍵連接在第一傳動軸70上位于傳動框架68和相鄰的實驗臺14之間。一條傳動皮帶76安裝在皮帶輪74上，并由一臺電機77驅動，從而帶動第一傳動軸70。如圖1所示，第一傳動軸70與第二樣件輪驅動軸28偶合，以驅動該樣件輪24。
傳動組件16還包括一根與鄰近的第二齒輪軸86隔開的第三齒輪軸90，其軸頸安裝在齒輪框架80的自由端，如圖4和圖6所示。一個第三齒輪92用鍵連接在第三齒輪軸90的自由端，并定位和選定尺寸，以便與第二齒輪88嚙合，如圖6所示。一個第四齒輪94用鍵與第三齒輪軸90的自由端連接，并與第四齒輪92隔開，如圖4所示。一個齒輪螺母96旋在齒輪軸90的自由端，將第四齒輪94鎖在該軸上。如圖4所示，齒輪螺母96的外側面被滾花以便該齒輪螺母可以手動旋在該軸上。因此，第四齒輪94易于從齒輪軸90上取下并用一個不同尺寸的齒輪替換，以改變第一傳動軸70和第二傳動軸72之間的齒數(shù)比，該內容在下面還要進一步說明。
傳動組件16還包括一個用鍵連接在第二傳動軸72上并嚙合安排在第四齒輪94下面的第五齒輪98，如圖4和圖6所示，該第五齒輪98被定尺寸和定位，以便與第四齒輪94嚙合。因此，第五齒輪98由第四齒輪94驅動，從而帶動第二傳動軸72。第二傳動軸72又與沙輪驅動軸22偶合驅動實驗臺14的沙輪20，如圖1所示。
一擋板100安裝在傳動組件框架68的前端，并靠近齒輪框架80的自由端向上延伸。該擋板100確定了許多穿過該擋板的圓孔102，如圖4所示。齒輪框架80在其自由端104上也確定了一個孔(如圖所示)，該孔具有一個選定的約與各個圓孔102的直徑相同尺寸的直徑。如圖6所示，該傳動組件16還包括一個卡銷106，其尺寸設定成適合于穿過任何一個圓孔102并進入齒輪框架80的孔104中，該卡銷106通過一繩索108與擋板100連接。因此通過將卡銷106穿過多個圓孔中的一個插入孔104中將齒輪框架80相對于擋板100鎖住。
第一傳動軸70和第二傳動軸72之間的齒輪比，以及樣件輪24的速度與沙輪的速度比通過對第四齒輪94使用不同尺寸的齒輪是可調節(jié)的。取下齒輪螺母96并繞傳動軸70向上樞動齒輪框架80可替換第四齒輪94。由此第四齒輪94脫出與第五齒輪98的嚙合。然后將第四齒輪94拉出軸90，并用一個新的齒輪94替換，該替換的齒輪用齒輪螺母96鎖在軸90的端部，當新的第四齒輪94下降進入與第五齒輪98的嚙合時，將卡銷106插過合適的圓孔102中將齒輪框架80鎖住在合適的位置上。圓孔102再引導卡銷106的自由端進入齒輪框架的孔104中。
如圖5所示，傳動組件16還包括一個用鍵連接在第一傳動軸70上的圓盤110，鄰近于傳動組件框架68的左支柱。第一光導傳感器112安裝在傳動組件框架68上鄰近第一圓盤110處。當導傳感器112檢測第一圓盤110和第一傳動軸70的轉速并計算轉數(shù)，即樣件輪24的轉速和轉數(shù)。第一光導傳感器112產生的輸出信號傳至第一數(shù)字顯示器114，如圖1所示，該顯示器顯示樣件輪24的速度和轉數(shù)。
傳動組件16還包括用鍵連接在第二傳動軸72上的第二圓盤116，鄰近傳動組件框架68的右支柱。第二個光導傳感器118安裝在傳動組件框架68上鄰近于第二圓盤116處。該第二光導傳感器118檢測第二圓盤116和第二傳動軸72的轉速并計算轉數(shù)，即沙輪20的轉速和轉數(shù)。第二光導傳感器118產生的輸出信號傳至一個數(shù)字顯示器120，如圖1所示，該顯示器顯示沙輪20的速度和轉數(shù)。
在該設備10的操作中，傳動組件16驅動實驗臺沙輪20和樣件輪24。由此樣件輪靠在相應的沙輪上磨損，以便為樣件輪的化合物提供磨損數(shù)據(jù)。當電機77起動時，傳動組件16的皮帶輪74驅動第一傳動軸70。第一傳動軸70驅動第二樣件輪驅動軸28，該驅動軸28又驅動各實驗臺14的第二鏈輪32。因此，每個第二鏈輪32轉動對應的樣件輪傳動鏈條帶34，該鏈條帶又轉動第一鏈輪31，并驅動對應的樣件輪24。
電機77還通過驅動第一傳動軸70轉動沙輪20，第一傳動軸70帶動第一齒輪78。第一齒輪78帶動第二齒輪88，該第二齒輪88又帶動第三齒輪92和第四齒輪94。第四齒輪94傳動第五齒輪98。第五齒輪98又帶動第二傳動軸72。傳動軸72與沙輪驅動軸22偶合，沙輪驅動軸22又旋轉地帶動實驗臺14的沙輪20，如圖2中的箭頭所示，樣件輪24和沙輪20以相反的方向被旋轉地驅動。由于所有的樣件輪24都由第一傳動軸70驅動，所以，所有的樣件輪以相同的轉速被驅動。同樣地，由于沙輪20都是由第二傳動軸72驅動，所以，所有的沙輪都以相同的轉速被驅動。
在各個實驗臺14上的各個樣件輪24的磨損速度通過控制樣件輪24的線速率(或切線速度)和沙輪20的線速度(或切線速度)的比值來設定，該比值被認為是轉差值(S)，轉差值(S)的定義如下(S)= ((Vs-VG))/(VS) ×100(%) (1)其中VS是樣件輪24的磨損表面的線速度，VG是沙輪20的磨損表面的線速度。
該轉差值(S)通過對第四齒輪94選擇合適尺寸的齒輪來控制。最好該設備10可以使用多個不同尺寸的第四齒輪94，以便該轉差值(S)，即磨損速度可以在約-30%到30%轉差范圍內以增加的等級設定。
根據(jù)本發(fā)明在一典型的磨損實驗中，樣件輪24以數(shù)個轉差值(S)進行磨損，以提供不同磨損硬度等級下的磨損數(shù)據(jù)。最好每個實驗化合物的至少二至五個樣件輪24被磨損。但是，該設備10可以在每個實驗臺14上磨損一個樣件輪24，因此，一次適于磨損十二個樣件輪。所以，數(shù)種不同的化合物可以在設備10上同時進行磨損。
對于一給定的化合物樣件輪24磨損的數(shù)量取決于多個化合物之間要求的區(qū)別。例如，如果兩個樣件輪被實驗，則該均值離差一般是約3-5%;如果五個樣件輪被實驗，則該均值離差一般約為2-3%。
為了測定磨損引起的體積損失，每個樣件輪24的尺寸和重量在磨損實驗開始時和以各特定的轉差值轉動之后被測量，最好使用精確到約0.1mg的電子天平來稱樣件輪24的重量。在實驗的過程中，測量的重量損失做蒸發(fā)產生的重量損失方面的校正。該蒸發(fā)產生的重量損失的校正從由被實驗的化合物制成的標準樣件輪24的重量變化來測定，該標準樣件輪24保持在殼體12里面，但不進行磨損，關于這一點以下還要進一步說明。樣件輪的直徑最好用激光測微計，如由Middlefieldconnecticut的Zygo公司制造的型號為1201B的Zygo激光測微計進行測量。沿著各樣件輪的圓周以大致相等的間隔取三個測量值，并取這三個測量值的平均值。
每單位間隔的平均體積損失(CC/cm)，或對每個給定化合物樣件輪的磨損率(W)在以各轉差值磨損之后被計算。體積損失(CC)根據(jù)測量的各樣件輪(基于對應標準樣件的重量變化校正過的)的重量損耗和該化合物比重來決定。每個工作輪在各轉差值的行程(cm)通過測定磨損前工作輪的直徑測量值和在那個轉差值磨損之后工作輪的直徑測量值的平均值來計算。然后，該平均直徑測量值用于決定在那個轉差值時工作輪的平均周長。該平均周長乘以轉數(shù)就決定在該轉差值的工作輪的行程。
下列等式適合于實驗的各化合物的體積損耗數(shù)據(jù)，以便在不同的轉差值分析該數(shù)據(jù)W＝KSn(2)其中W是對于各化合物的樣件輪24的磨損率;
S是在等式(1)中定義的轉差值;
K和n是從等式(2)計算的經驗決定的常數(shù)。
接著決定對每個實驗的化合物在各轉差值的實驗磨損指數(shù)(LI)LI＝ (Wreference)/(Wsample) (3)其中Wreference是參考化合物的樣件輪24的磨損率。
Wsample是各樣件化合物的樣件輪24的磨損率。
至少總有一個由參考化合物制成的樣件輪24，該參考化合物與其它的樣件輪24一起磨損。為了與其它的實驗過的樣件化合物比較，該參考化合物被磨損，以決定在等式(3)中定義的實驗磨損指數(shù)(LI)。
如果考慮實驗化合物的硬度在磨損率方面的影響，那么在磨損樣件輪24和它們對應的沙輪20之間接觸的軌跡面積也要測量。輪跡通過用墨水劃出一樣件輪24的幾個磨損表面部分進行測量。該樣件輪安裝在實驗臺14上并將一張紙放在對應的沙輪磨損表面上，然后，在對應的平衡塊29的作用力下使樣件輪的劃有墨水的表面降下與該紙片相連接。接著，測量該紙上用墨水劃出的軌跡的表面面積，最好用由Mountain Wiew，California的the Kontron公司制造的型號為KAT386的Kontron圖象分析裝置進行測量。
在一磨損實驗開始時測量樣件輪24的初始重量和尺寸的時候，最好測量軌跡面積。然后，可以基于實驗化合物的樣件輪的平均軌跡面積與該樣件輪或參考化合物的樣件輪軌跡面積的比值調整實驗磨損指數(shù)(LI)。
參考圖7，它示意性地說明了按照本發(fā)明的方法在實驗臺14上磨損樣件輪24的順序。數(shù)組樣件輪24按上述的方法壓制形成，每一組由不同的實驗化合物形成。每一組中的一些樣件輪用作靠在沙輪20上磨損的工作輪，其它的樣件輪24用作標準樣件，這些標準樣件只在調節(jié)步驟時被磨損，并在實驗的過程中磨損工作輪時被完全保持在殼體12內。每個樣件輪24的鋼芯25(工作輪和標準樣件)用一數(shù)字標記，以便每個樣件輪可以在整個實驗中被識別。
每組工作輪的標準樣件的數(shù)量最好按下面方法決定如果一種化合物一批被實驗，有四個工作輪和一個標準樣件;如果一種給定的化合物兩批被實驗(同樣的實驗樣品批量)，每一批有三個工作輪和一個標準樣件;如果一種給定的化合物三批被實驗，對每批有二個工作輪和一個標準樣件。最好每種給定的化合物的均勻數(shù)量的樣件輪24被實驗，樣件輪24的一半可以在該設備左排的實驗臺14上磨損，另一半可以在右排的實驗臺14上磨損。
這些樣件輪24以隨機次序放在導桿上，每根導桿上放六個輪子，如圖7所示。標準樣件輪放在單獨的導桿上(未表示)。圖7只表示六個實驗臺14，這六個實驗臺可以是左排的六個，或右排實驗臺的六個。但是，另一排實驗臺14(未表示)的工作輪以圖7所示相同的方式進行磨損。
然后，將所有的導桿放在一個約100℃的爐子中約24小時，使這些樣件輪24(工作輪和標準樣件)達到所要求的工作狀態(tài)。殼體12預熱到約49℃，并當導桿從爐子中取出時接著放在加熱的殼體12內約30分鐘。然后將工作輪和標準樣件的每一個安裝在對應的實驗臺14上，并被調整，以便以860 RPM約轉10，000轉，殼體12內的溫度約設在49℃。第四齒輪94被定尺寸，以便轉差值約為7%。
調整之后，這些輪子允許冷卻到室溫，但是，所有的輪子(工作輪和標準樣件)在整個實驗中保持在相同的溫度。然后，用線刷清潔沙輪20的磨損表面。殼體12被抽真空，以去除在調整步驟時聚集的任何松散顆粒。并且在粉塵傳遞輪40上的橡膠圈被替換。
接著按上述的方法測量工作輪的直徑。每個樣件輪24，包括工作輪和標準樣件的重量被測量并記錄到最接近0，1mg。然后，殼體12在約49℃被預熱至少二個小時，接著所有的樣件輪24，包括工作輪和標準樣件在殼體12內加熱至少30分鐘。然后按圖7所示的順序將工作輪安裝在對應的樣件輪驅動軸26上，第四齒輪94被定尺寸，以便其轉差值約為7%，并且殼體12的內部保持在約49℃。接著工作輪在860 RPM磨損約15，000圈。當工作輪停止時，它們從對應的實驗臺14上取下并按圖7所示的順序放回在導桿上，然后，導桿上的工作輪再次按圖7所示的順序安裝在對應的實驗臺14上并以860RPM再次磨損約15，000圈。所以，每個工作輪24在一新的實驗臺14上用各個磨損等級進行磨損。
當工作輪從每個實驗臺14上移開時，它們被翻轉過來，然后放在導桿上。因此，工作輪的轉動方向在每個連續(xù)的實驗臺14之間是可反轉的，以避免由于各個實驗臺之間的變化引起的誤差。樣件輪24的每個導桿在六個不同的實驗臺14上磨損，當它們從一個實驗臺移到下一個實驗臺時翻轉該樣件輪。因此，每個樣件輪24在設備10的一排沙輪中的一個沙輪20上被磨損。在實驗臺之間六次轉動之后，該工作輪以與初始轉動之前相同的順序安放在導桿上。
因此，每個工作輪在第一轉差值(7%)總共約磨損90，000圈。然后所有的樣件輪24從設備10上取下并冷卻至室溫。沙輪20被再次用線刷清理，對殼體12抽真空去除松散的顆粒，并更換橡膠圈54。因此，每個工作輪的直徑和所有輪子(包括工作輪和標準樣件)的重量按上述方法被再次測量和記錄。但是，對每種化合物的所有標準樣件的平均重量損耗或增加分別從對應每種化合物的工作輪的重量損耗中扣除或增加到其內，以便更精確地測定由于磨損造成的重量損耗。
接著變化第四齒輪94，以便使轉差值約為13%，并使殼體12的溫度降到約46℃。然后每一個工作輪在六個不同的實驗臺14上按上述相同的方法再磨損六次。但是，在各磨損等級，每個工作輪以860RPM轉過約2400圈。因此，每個工作輪在第二轉差值(13%)轉動的總數(shù)達14，000圈。接著，按上述方法測量每個工作輪的直徑，工作輪和標準樣件的重量并做記錄。
在每個轉差值(S)的重量損耗和直徑數(shù)據(jù)轉換成單位行程的體積損耗，或磨損率(W)。然后，該磨損率(W)可以適應于等式(2)，并且該數(shù)據(jù)可以用于繪制圖表并進行分析。磨損率(W)也可以放入等式(3)中運算，決定實驗磨損指數(shù)(LI)。該實驗磨損指數(shù)(LI)可以作為轉差值(S)的一個函數(shù)繪制圖表，以便分析和比較實驗化合物的耐磨性。
在本發(fā)明的另一方法中，設備10用于測量輪胎胎面膠料的不規(guī)則的耐磨性。在一個例子中，三種不同的輪胎胎面膠料按上述相同的方法同時在設備10中磨損。但是，這三種化合物以三種不同的轉差值連續(xù)地磨損，不同于上述的二個轉差值。
這三個轉差值是7%、13%和21%。因此，這些輪胎胎面膠料分別在相對低的、中等的和高的磨損硬度等級下被磨損。但是，在第三轉差值(21%)每個工作輪以860 RPM與對應的沙輪一起轉過約2，000圈。因此，每個工作輪以第三轉差值(21%)轉動的總數(shù)約為14，400圈。
這三種不同的輪胎胎面膠料每種含有一種不同的炭黑，并分別標記為CB1，CB2和CB3?；谠谀p這三種樣件輪24中收集的數(shù)據(jù)計算的結果總結在下表中磨損率(W) 實驗磨損 磨損率(W) 實驗磨損(CC/cm) 指數(shù)(LI) (CC/cm) 指數(shù)(LI)7%轉差 7%轉差 13%轉差 13%轉差CB14.56E-8 100 2.42E-7 100CB24.94E-8 92 2.45E-7 99CB34.61E-8 98 2.48E-7 98
磨損率(W) 實驗磨損(cc/cm) 指數(shù)(LI)21%轉差 21%轉差CB18.45E-7 100CB26.43E-7 131CB37.10E-7 119CB1化合物是參考化合物，并被磨損以便與其它的實驗化合物比較。因此，CB1化合物的實驗磨損指數(shù)(LI)是100。
如表中所示，對于所有的三種化合物，磨損率(W)隨轉差值的增加而增加。但是，重要的數(shù)據(jù)特性是，CB2化合物顯示一個比CB1或CB3化合物在最高磨損硬度(21%轉差)時的實驗磨損指數(shù)(LI)更高的數(shù)值。另一方面，在7%和13%的轉差值，CB2化合物的實驗磨損指數(shù)(LI)與CB1和CB3化合物的實驗磨損指數(shù)較接近。因此，實驗結果表明，CB2化合物在高的磨損硬度條件下呈現(xiàn)比CB1或CB3化合物更好的耐磨性。此外，CB2化合物可能呈現(xiàn)比CB1或CB3化合物更好的不規(guī)則耐磨性。
本發(fā)明的設備和方法的一個優(yōu)點是，本發(fā)明可以用于解決現(xiàn)有輪胎存在的不規(guī)則磨損問題。例如，如果一個具有現(xiàn)有胎面設計的輪胎出現(xiàn)不規(guī)則的磨損問題，本發(fā)明的設備和方法可以用于尋找其它的輪胎胎面膠料，或將其它型式的炭黑用于該輪胎胎面膠料，以便在高硬度磨損等級時顯示更好的耐磨性。
另一方面，不具有精確的測定在高的和低的磨損硬度等級時的耐磨性能力的一些已知設備可能在指出解決不規(guī)則磨損問題的輪胎胎面膠料方面是沒有幫助的。實際上，在上述的例子中，已知的設備可能指出CB2化合物，CB1化合物和CB3化合物大致顯示相同的耐磨性，事實上，CB2化合物的耐磨性實際上在較高磨損硬度等級時更好。
權利要求
1.一種磨損含炭黑化合物的設備，它包括多個旋轉支撐的磨損部件(20)；多個旋轉支撐的實驗部件(24)；每個實驗部件包括一塊含炭黑化合物，每個實驗部件(24)可與一對應的磨損部件(20)相接合，以磨損該含炭黑的化合物；用于控制各實驗部件(24)和對應的磨損部件(20)之間界面的表面狀態(tài)的第一裝置(36，40，44)；與實驗部件(24)和磨損部件(20)偶合，旋轉驅動實驗部件和磨損部件的第二裝置(77，16，28，70，22，72)；與磨損部件(20)和實驗部件(24)偶合，控制磨損部件(20)和實驗部件(24)的相對速度，以便控制由磨損部件磨損實驗部件的程度的第三裝置(16)。
2.如權利要求1所述的設備，其特征在于第一裝置包括多個粉塵部件(40)，每個粉塵部件可與一對應的實驗部件(24)相連接，每個粉塵部件將粉塵施加到對應的實驗部件上，并且又施加到實驗部件和對應的磨損部件之間的界面上。
3.如權利要求2所述的設備，其特征在于每個粉塵部件包括可與對應的實驗部件(24)連接的傳遞輪(40)，可與該傳遞輪連接的白堊件(44)，該白堊件將白堊粉施加到傳遞輪(40)上，并且再施加到對應的實驗部件(24)上，以便在實驗部件(24)和對應的磨損部件(20)之間的界面上涂粉。
4.如權利要求2所述的設備，其特征在于它還包括控制白堊件靠在傳遞輪(40)上的力，以便控制施加在傳遞輪上的白堊粉量的第四裝置(56)。
5.如權利要求4所述的設備，其特征在于第四裝置包括一個與傳遞輪偶合的第一重塊(56)，該第一重塊被選擇以設定傳遞輪靠在白堊件上的力。
6.如權利要求3所述的設備，其特征在于它還包括控制各個實驗部件(24)靠在對應磨損部件(20)的力，以控制由對應磨損部件磨損實驗部件的程度的第五裝置(29)。
7.如權利要求6所述的設備，其特征在于該第五裝置包括多個第二重塊(29)，每個第二重塊與對應的實驗部件(24)偶合，每個第二重塊被選擇以設定實驗部件靠在對應磨損部件上的力。
8.如權利要求1所述的設備，其特征在于第二裝置包括一臺電機(77)，并且第三裝置包括一個齒輪部件(16);第二裝置還包括與電機(77)、實驗部件(24)和齒輪部件(16)偶合的一根第一軸(28，70)，和一根與磨損部件(20)和齒輪部件(16)偶合的第二軸(22，72)，該齒輪件被選擇，以便控制第一軸相對第二軸速度的速度，并由此控制實驗部件分別相對于磨損部件速度的速度。
9.如權利要求1所述的設備，其特征在于它包括多個實驗臺(14)，其中每個所述的實驗臺包括一個沙輪(20)，一個樣件輪(24)，一個可與樣件輪(24)連接的粉塵傳遞輪(40)和一個可與粉塵傳遞輪(40)連接的白堊件(44);和一個與實驗臺(14)偶合的包括一個齒輪組件(78、88、90、92、94、98)的傳動組件(16)，以便控制沙輪(20)和樣件輪(24)的相對速度，并由此控制樣件輪磨損的程度。
10.一種磨損含炭黑化合物的方法，它包括下列步驟對多個樣件的每一個進行稱重，其中各個樣件的一個外表面是由含炭黑的化合物制成;用與對應磨損部件旋轉接合的方法磨損各個樣件，以便磨損該含炭黑的化合物，其中樣件相對于磨損部件速度的速度確定一個第一轉差值;磨損以第一轉差值與至少一個其它磨損部件旋轉連接的各個樣件;測量在第一轉差值從各個樣件損耗的含炭黑化合物;磨損以一第二轉差值旋轉地與一對應的磨損部件連接的各個樣件;磨損以一第二轉差值旋轉地與至少一個其它磨損部件連接的各個樣件;和測量在第二轉差值從各個樣件損耗的含炭黑化合物;該轉差值通過各樣件的速度和它的對應的磨損部件的速度之間的差值除以該樣件的速度決定。
11.如權利要求10所述的設備，其特征在于第一轉差值在5%到9%的范圍內，并且每個樣件以第一轉差值與各磨損部件一起轉動的圈數(shù)在10，000到20，000范圍之內，第二轉差值在9%到17%范圍內;每個樣件以第二轉差值與各磨損部件一起轉動的圈數(shù)在1000到5000范圍之內。
12.如權利要求10所述的設備，其特征在于它還包括下列步驟以一第三轉差值與對應的磨損部件旋轉地連接磨損各樣件;以第轉差值與至少一個其它磨損部件旋轉地連接磨損各樣件;和測量在第三轉差值從各樣件損耗的含炭黑化合物。
13.如權利要求12所述的設備，其特征在于第三轉差值在17%到30%的范圍內;并且每個樣件以該第三轉差值轉動的圈數(shù)在500到4500范圍之內。
14.如權利要求10到13中任一條所述的方法，其特征在于它還包括下列步驟將樣件和磨損部件的環(huán)境溫度控制在40℃-55℃范圍之內，以便控制由磨損部件磨損樣件的程度。
15.一種磨損輪胎胎面膠料，以便測量該化合物的不規(guī)則磨損特性的方法，它包括下列步驟對多個實驗部件進行稱重，其中各個實驗部件的一個外表面是由一塊待磨損的輪胎胎面膠料制成的;轉動與一磨損部件連接的各個實驗部件的外表面，以便磨損該輪胎胎面膠料，該實驗部件和該磨損部件的相對速度確定一個第一轉差值;對各實驗部件進行稱重，以測量在第一轉差值的輪胎胎面膠料的損耗;轉動與一磨損部件連接的各個實驗部件的外表面，以便磨損該輪胎胎面膠料，實驗部件和磨損部件的相對速度確定一個第二轉差值，該第二轉差值產生一個比第一轉差值更高的磨損硬度等級，對各個實驗部件進行稱重，以測量在第二轉差值的輪胎胎面膠料的損耗;轉動與一磨損部件連接的各實驗部件的外表面，以便磨損該輪胎胎面膠料，該實驗部件和磨損部件的相對速度確定一個第三轉差值，該第三轉差值產生一個比第二轉差值更高的磨損硬度等級;對各實驗部件進行稱重，以測量在第三轉差值的輪胎胎面膠料的損耗，由此在不同的磨損硬度等級的輪胎胎面膠料的損耗表示該輪胎胎面膠料的不規(guī)則磨損特性，每個轉差值基于實驗部件的速度和磨損部件的速度之間的差值除以該實驗部件的速度。
16.如權利要求15所述的設備，其特征在于第一轉差值約在5%到9%范圍之內，并且每個實驗部件與每個磨損部件一起轉動的圈數(shù)在10，000到20，000范圍之內;第二轉差值約在9%到17%范圍之內;第三轉差值約在17%至30%范圍之內;并且每個實驗部件與各相應的磨損部件一起以第二和第三轉差值轉動的圈數(shù)在1，000到5，000范圍之內。
17.如權利要求16所述的設備，其特征在于每個實驗部件與多個對應的磨損部件接合以第一、第二和第三轉差值轉動。
全文摘要
一種磨損輪胎胎面膠料的磨損設備，它具有多個實驗臺和與這些實驗臺偶合的傳動組件。每個實驗臺具有一個沙輪和一個樣件輪，二者都由傳動組件旋轉地驅動。該樣件輪與沙輪接合磨損輪胎胎面膠料。每個實驗臺還具有一個可與樣件輪連接的粉塵傳遞輪和一個可與粉塵傳遞輪連接的白堊件。傳動組件具有一個齒輪組件，以改變樣件輪相對于沙輪速度的速度調節(jié)轉差值，并由此調節(jié)樣件輪的磨損程度，該磨損設備可用于以不同的磨損硬度等級磨損輪胎膠料，以預測化合物的不規(guī)則耐磨性。
文檔編號D02JGK1054665SQ9110102
公開日1991年9月18日 申請日期1991年2月12日 優(yōu)先權日1990年2月12日
發(fā)明者謝瓊蕙, 約翰·M·芬特, 喬治·M·歐陽 申請人:卡伯特公司