专利名称：磨损用的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及磨损用的设备和方法，尤其涉及磨损轮胎胎面胶料或其它类型的橡胶化合物用的设备和方法，以便在不同的磨损硬度条件下测量该化合物的磨损率、耐磨性和/或抗磨性。
已有的一些用于磨损轮胎胎面胶料或其它型式的橡胶化合物的设备主要包括一个带有一可移动磨损表面的测验台。化合物的一个试件与该可移动的磨损表面连接进行磨损。然后，对该试件上磨耗下的材料量进行测量，以预测在实际轮胎磨损或其它磨损条件下该轮胎胎面胶料的磨损率，耐磨性和/或抗磨性。
这些已知的磨损设备存在的一个问题是它们仅仅具有一个实验台，因此，试验一种化合物常常需要很长的时间。此外，在单个实验台中通常不能考虑实验的变化性。因此，由这样一些设备提供的磨损数据常常不能为轮胎胎面胶料的实际磨损特性的预测提供一个精确的根据。
这些已知的磨损设备存在另一个问题是沙轮和样件化合物之间界面的表面情况不能适当地控制。例如，就轮胎胎面胶料而言，经常在沙轮的接触表面上形成一层分解的橡胶材料的油层。该油层降低沙轮的磨损程度。结果这种设备可能提供不精确的预测该化合物的磨损率的磨损数据。
这些已知的磨损方法和设备存在的再一个问题是预测胎面磨损的磨损数据是在一个或一平均的磨损硬度等级下提供的。但是，对一些轮胎胎面胶料而言，在不同的磨损硬度下，相应的胎面磨损特性可以显著地变化。例如，在低的磨损硬度等级时，一些轮胎胎面胶料显示高的胎面磨损性能，而在高的磨损硬度等级时，则显示低的胎面磨损性能。因此，仅在一个或一平均的磨损硬度等级下磨损的已知磨损设备常常提供不正确的磨损数据。
例如，如果这样一种设备在一个低的磨损硬度等级下用于实验一种轮胎胎面胶料，它可能显示极好的胎面性能，但事实上，在高的磨损硬度等级下该相同胶料提供的胎面性能很差。如果这样一种轮胎胎面胶料用于制造一个轮胎并经受高硬度的磨损，例如一个运行汽车轮胎，则该轮胎可能呈现一个高的磨损率和/或出现一种不规则的磨损特性曲线。
在不同的磨损硬度等级呈现大不相同的磨损率特性的轮胎胎面胶料存在的一个问题是由这些化合物制成的轮胎经常出现不规则的磨损特性曲线。已测定出，不规则的磨损经常是由于轮胎的胎面上的应力分布不均匀产生的。如果该轮胎胎面胶料在高的磨损硬度等级时呈现低的耐磨性，那么该轮胎经受较高硬度或应力等级的部分将比该轮胎的其它部分磨损的快。结果，这些胎面常常出现显著降低该轮胎寿命的不规则磨损特性曲线。
因此，关键的是在高的和低的磨损硬度等级都能试验一些轮胎胎面胶料的磨损特性。由于已知的一些方法和设备不能用于完成这种功能，所以这些化合物通常是通过在公路上使汽车在高的和低的硬度磨损条件下对其实际轮胎试验来测试的，这是一项即费时又昂贵的方法。
因此，本发明的目的是克服已知磨损方法和设备中存在的上述问题和缺点。
本发明涉及一种用于磨损含炭黑的化合物的设备。该设备包括一个框架，一台电机和多个由框架支撑着的实验台。每个实验台包括一个与电机连接并由其旋转驱动的沙轮。每个实验台还包括一个也与该电机连接并由其旋转驱动的样件轮。每个样件轮包括一块含炭黑的待磨损化合物，并与沙轮连接，该沙轮对靠着它的含炭黑的化合物进行磨损。
每个实验台还包括一个可与样件轮连接的粉尘传递轮和一个可与该粉尘传递轮连接的白垩件。该白垩件将白垩粉传递到粉尘传递轮，粉尘传递轮再将白垩粉传递到样件轮，以便在该样件轮和沙轮之间的界面涂粉。一个第一齿轮件与电机，样件轮和沙轮偶合。该第一齿轮件被选择以设定样件轮相对于沙轮速度的速度，并由此设定该样件轮被沙轮磨损的程度。
在本发明的设备中，每个实验台还包括一个与样件轮连接的重块，该第一重块被选择，以设定该样件轮靠在沙轮上的力，并由此设定该样件轮被沙轮磨损的程度。每个实验台还包括一个与粉尘传递轮偶合的弹性件。该弹性件设在粉尘传递轮和样件轮之间。白垩件将白垩粉传递给弹性件，弹性件再将白垩粉传递给样件轮。
在本发明的设备中，每个实验台还包括一个与粉尘传递轮偶合的第二重块。该第二重块被选择，以设定粉尘传递轮靠着样件轮上的力，并由此设定弹性件靠着样件轮上的力，以便控制施加在样件轮上的白垩粉，该白垩件由包含氢氧化镁，熟石膏和水的混合物制成。
在本发明的设备中，一根第一轴与第一齿轮件、电机和样件轮偶合。该第一轴由电机旋转驱动，以旋转驱动样件轮。一根第二轴与第一齿轮件、电机和沙轮偶合，以便旋转驱动该沙轮。第一齿轮件被选择，以设定第一轴相对于第二轴速度的速度，并由此设定样件轮相对于沙轮速度的速度。
本发明的设备还包括一个与第一轴和第一齿轮件偶合的第二齿轮件。第一轴驱动第二齿轮件，第二齿轮件再驱动第一齿轮件。一个第三齿轮件与第二轴和第一齿轮件偶合。第一齿轮件驱动该第三齿轮件，第三齿轮件再驱动第二轴。第一和第二轴的相对速度，以及样件轮和沙轮的相对速度分别通过选择第一齿轮件的尺寸来设定。第一轴和第二轴，以及样件轮和沙轮分别以相反的方向被旋转驱动。
本发明还涉及一种磨损轮胎胎面胶料的方法。本发明的方法包括将至少两个样件轮称重的步骤，其中每个样件轮包括一块轮胎胎面胶料。每个样件轮通过与一相应的沙轮接合被转动而磨损，其中样件轮和沙轮的相对速度决定一个第一转差值。接着，测量每个样件轮的重量，以侧量在该第一转差值该轮胎胎面胶料的损耗。然后这些样轮以第二转差值转动，使每个与一相应的沙轮相接合的样件轮被磨损。接着每个样件轮被称重，以便测量该轮胎胎面胶料在第二转差值的损耗。然后这些样件轮以一第三转差值转动，使每个与一相应的沙轮接合的样件轮被磨损。然后每个样件轮被称重，以测量该轮胎胎面胶料在第三转差值的损耗。
根据本发明的方法，每个转差值基于样件轮的速度和沙轮的速度之间的差值除于样件轮的速度。第一转差值约在5%至9%的范围内;第二转差值约在9%至17%的范围内;而第三转差值约在17%至30%的范围内。最好的情况是第一转差值约为7%，第二转差值约为13%，第三转差值约为21%。
本发明还涉及一种磨损含炭黑化合物的方法。该方法包括对多个样件的每一个称重的步骤。其中，每个样件的一个外表面是由含炭黑的化合物制成的。这些样件的每一个都转动地与一相应的磨蚀件接合进行磨损。样件相对于磨蚀件速度的速度确定一个第一转差值。这些样件与至少一个另一磨蚀件以第一转差值转动的接合进行磨损。然后，测量在第一转差值从每个样件损耗的含炭黑化合物。
接着，这些样件与相应的磨蚀件以一第二转差值转动的接合进行磨损。每个样件与至少一个另一磨蚀件以第二转差值转动的接合进行磨损。然后测量在第二转差值从每一个样件损耗的含炭黑化合物。
在本发明的方法中，每个样件与各个磨损件一起转动的圈数约在10，000到20，000转的范围内。该样件还在约每分钟800到900转(RPM)范围内与各个磨蚀件一起转动。样件和磨蚀件的周围温度被控制，以控制由磨蚀件磨损这些样件的程度。环境温度最好维持在约40℃到55℃的范围内。然后计算在每个转差时各样件的单位行程的体积损耗。该体积损耗基于测量每个样件的重量损耗和含炭黑化合物的比重。
本发明的方法和设备的一个优点是在各个磨蚀件的耐磨性方面的任何固有变化通过靠着数个磨蚀件磨损每个样件轮或样件减至最少。本发明的另一优点是样件轮或样件可以以不同的转差值和由此导致的不同磨损硬度等级被磨损。所以，轮胎胎面胶料的不规则的耐磨性程度可以基于测量在各转差值磨损之后样件轮的重量来预测。而已知磨损方法和设备通常仅在一个或一个平均的磨损硬度等级进行磨损，所以一般不能用于精确的预测不规则的耐磨性。
本发明的另一优点是白垩件和粉尘传递轮将薄的白垩粉膜施加到相应的样件轮和沙轮的界面上。因此，白垩粉防止了分解的橡胶材料的油层出现在各样件轮和它的对应的沙轮之间的界面上，油层会减小一给定转差值的样件轮的磨损程度，从而使该设备提供不精确的磨损数据。
本发明的其它一些优点通过下面附合附图的详细说明将会更加清楚。
图1是实施本发明的一台磨损设备的局部前视平面图。
图2是图1所示设备沿A-A线截取的一个实验台的放大的侧面视图。
图3是图1所示设备局部切去的侧面视图。
图4是图1所示设备的传动组件的放大的前面视图。
图5是图4所示的传动组件的局部切去的顶面视图。
图6是图4所示的传动组件的侧面视图。
图7是图1所示设备的局部示意图，说明根据本发明磨损数个样件轮的次序。
在图1中，标号10表示实施本发明的磨损设备。该设备10包括一个壳体12和十二个一个接着一个安装在壳体12内的实验台14(图中仅表示了六个)。所以，该设备10具有一排右实验台14和一排左实验台14，每排包括六个实验台。该设备10还包括一个安装在壳体12的约中间位置处的传动组件16，以驱动这些实验台14，这部分内容下面将进一步说明。
每两个实验台14安装在大致呈U形的实验框架18内，如图1所示，在图2中更详细地表示了一个典型的实验台14。该实验台14包括一个用键连接在沙轮驱动轴22上的沙轮20。该沙轮驱动轴22的轴颈位于实验框架18的前端。沙轮20用尼龙轮修整，去除其周边或磨损表面上的任何尖锐的突出部而钝化。通过钝化沙轮20，避免了切削磨蚀，该切削磨蚀对设备10完成磨损实验有不利的影响。
如图2所示，实验台14还包括一个样件轮24，它用键连接在直接设在沙轮20上方的第一样件轮驱动轴26上。样件轮24包括一个钢芯25(如图示)和一层压制形成在钢芯上的样件材料。例如，该样件材料是一含炭黑的轮胎胎面化合物。一般该样件材料层的厚度值约为二分之一到一英寸。样件轮是通过将轮胎胎面化合物切成条带并将其缠绕在钢芯25上形成的。然后，该条带在一合适的模具内在加热和加压的条件下压制形成在钢芯25上，该方法是本技术领域中已知的。
如图2所示，样件轮驱动轴26的轴颈设在样件轮构架27的自由端，该样件轮构架又枢轴在框架18绕着第二样件驱动轴28的一端。第二样件轮驱动轴28的轴颈设在框架18的顶部后端。因此，样件轮构架27绕着第二样件轮驱动轴28枢轴，以便将样件轮24移入和移出与沙轮20的接合。样件轮24靠着沙轮20的法向力由一平衡块29来控制。该平衡块29用绳索30从样件轮构架27的自由端悬挂下来，如图2所示。因此，用沙轮20靠着样件轮24的磨损程度可以通过调整平衡块29的重量来局部的调整。
实验台14还包括一个第一链轮31，它用键连接在第一样件驱动轴26上靠近样件轮24外。第二链轮32用键连接在第二样件轮驱动轴28上并与第一链轮31成一直线设置。一条样件轮驱动链条带34安装在第一链轮31和第二链轮32上，以驱动这些链轮，并由此驱动样件轮24。如图1所示，第二样件轮驱动轴28与传动组件16相偶合，并由此驱动样件轮24，这部分内容以下还要进一步说明。
实验台14还包括一个粉尘轮构架36，它用一轴承支座38在样件轮构架27的一端上枢轴。一个粉尘传递轮40通过轴承支座42在粉尘轮构架36的自由端枢轴并与样件轮24相连接，如图2所示。因此，该粉尘轮构架36绕着轴承座38枢轴，以便将粉尘传递轮40移入和移出与样件轮24的连接。
实验台14还包括一个白垩条臂44，它枢轴地安装在样件构架27的一端靠近粉尘轮构架36处。白垩条46通过一托架47安装在白垩条臂44的自由端上。如图2所示，白垩条46的自由端在白垩条46和白垩条臂44的重量作用下保持与粉尘传递轮40连接。托架47夹住白垩条46并用螺钉48固定，将该白垩条保持在适当位置处。该白垩条46最好是由氢氧化镁，熟石膏和软化水制成并被提供，以便将白垩粉的薄膜传递给粉尘传递轮40。也可以制出数个白垩条，例如通过混合约170克熟石膏，80克氢氧化镁和150克软化水制成。然后将该混合物注入一个模子并使其在约一小时硬化。然后将该白垩从模子里取出并在约100℃加热一天。加热之后，这些白垩被切成各个白垩条46。
粉尘传递轮40包括一个橡胶芯50和一个泡沫外层52，该泡沫外层最好是聚氨脂泡沫。一个与橡胶芯50约相同宽度的橡胶圈54绕着泡沫外层52安装。因此，该橡胶圈54保持与样件轮24和白垩条46的底端相连接。橡胶圈从白垩条46接收白垩粉，再将这些白垩粉传递到样件轮24的外表面。提供白垩粉是为了控制样件轮24和沙轮20之间界面的表面状态。
如果涂粉不足，则可能会在沙轮20的磨损表面上建立起一层分解的样件材料的油层，并由此降低样件轮24的磨损速度。但是，如果存在太多的白垩粉，则这些粉尘可能阻止样件轮24和沙轮20之间的有效接触。同样会降低样件轮24的磨损速率。所以，白垩条最好是稍微地与橡胶圈54连接，以便在样件轮24和沙轮20之间保持一薄的白垩粉膜。由粉尘传递轮40靠在样件轮24上施加的力由平衡块56控制，如图2所示。平衡块56由一绳索58与粉尘传递轮40连接。绳索58放在由壳体12支撑着在框架18上面的第一滑轮60和第二滑轮62上面安装。
设备10还包括数个加热器，大致如图1中的64所示。这些加热器64最好是电加热器，并安装在壳体12内，以便加热壳体的内部。热电偶，大致如65所示，也安装在壳体12内。这些热电偶65由导线66与加热器64偶合，控制加热器的工作，并由此在壳体12内维持要求的温度。由于相对磨损率可能随运行温度而变化，所以在壳体12内的温度可以调节(与平衡块29的重量一起)，以改变沙轮20靠着样件轮24磨损的程度。
参看图4至图6，该设备的传动组件16表示的很清楚。传动组件16包括一个大致呈U形的传动组件框架68，如图4所示。第一传动轴70的轴颈由轴承座71支撑在传动组件框架68的后顶端。第二传动轴72的轴颈由轴承座73支撑在传动框架68的前面，位于第一传动轴70的下面。皮带轮74用键连接在第一传动轴70上位于传动框架68和相邻的实验台14之间。一条传动皮带76安装在皮带轮74上，并由一台电机77驱动，从而带动第一传动轴70。如图1所示，第一传动轴70与第二样件轮驱动轴28偶合，以驱动该样件轮24。
传动组件16还包括一根与邻近的第二齿轮轴86隔开的第三齿轮轴90，其轴颈安装在齿轮框架80的自由端，如图4和图6所示。一个第三齿轮92用键连接在第三齿轮轴90的自由端，并定位和选定尺寸，以便与第二齿轮88啮合，如图6所示。一个第四齿轮94用键与第三齿轮轴90的自由端连接，并与第四齿轮92隔开，如图4所示。一个齿轮螺母96旋在齿轮轴90的自由端，将第四齿轮94锁在该轴上。如图4所示，齿轮螺母96的外侧面被滚花以便该齿轮螺母可以手动旋在该轴上。因此，第四齿轮94易于从齿轮轴90上取下并用一个不同尺寸的齿轮替换，以改变第一传动轴70和第二传动轴72之间的齿数比，该内容在下面还要进一步说明。
传动组件16还包括一个用键连接在第二传动轴72上并啮合安排在第四齿轮94下面的第五齿轮98，如图4和图6所示，该第五齿轮98被定尺寸和定位，以便与第四齿轮94啮合。因此，第五齿轮98由第四齿轮94驱动，从而带动第二传动轴72。第二传动轴72又与沙轮驱动轴22偶合驱动实验台14的沙轮20，如图1所示。
一挡板100安装在传动组件框架68的前端，并靠近齿轮框架80的自由端向上延伸。该挡板100确定了许多穿过该挡板的圆孔102，如图4所示。齿轮框架80在其自由端104上也确定了一个孔(如图所示)，该孔具有一个选定的约与各个圆孔102的直径相同尺寸的直径。如图6所示，该传动组件16还包括一个卡销106，其尺寸设定成适合于穿过任何一个圆孔102并进入齿轮框架80的孔104中，该卡销106通过一绳索108与挡板100连接。因此通过将卡销106穿过多个圆孔中的一个插入孔104中将齿轮框架80相对于挡板100锁住。
第一传动轴70和第二传动轴72之间的齿轮比，以及样件轮24的速度与沙轮的速度比通过对第四齿轮94使用不同尺寸的齿轮是可调节的。取下齿轮螺母96并绕传动轴70向上枢动齿轮框架80可替换第四齿轮94。由此第四齿轮94脱出与第五齿轮98的啮合。然后将第四齿轮94拉出轴90，并用一个新的齿轮94替换，该替换的齿轮用齿轮螺母96锁在轴90的端部，当新的第四齿轮94下降进入与第五齿轮98的啮合时，将卡销106插过合适的圆孔102中将齿轮框架80锁住在合适的位置上。圆孔102再引导卡销106的自由端进入齿轮框架的孔104中。
如图5所示，传动组件16还包括一个用键连接在第一传动轴70上的圆盘110，邻近于传动组件框架68的左支柱。第一光导传感器112安装在传动组件框架68上邻近第一圆盘110处。当导传感器112检测第一圆盘110和第一传动轴70的转速并计算转数，即样件轮24的转速和转数。第一光导传感器112产生的输出信号传至第一数字显示器114，如图1所示，该显示器显示样件轮24的速度和转数。
传动组件16还包括用键连接在第二传动轴72上的第二圆盘116，邻近传动组件框架68的右支柱。第二个光导传感器118安装在传动组件框架68上邻近于第二圆盘116处。该第二光导传感器118检测第二圆盘116和第二传动轴72的转速并计算转数，即沙轮20的转速和转数。第二光导传感器118产生的输出信号传至一个数字显示器120，如图1所示，该显示器显示沙轮20的速度和转数。
在该设备10的操作中，传动组件16驱动实验台沙轮20和样件轮24。由此样件轮靠在相应的沙轮上磨损，以便为样件轮的化合物提供磨损数据。当电机77起动时，传动组件16的皮带轮74驱动第一传动轴70。第一传动轴70驱动第二样件轮驱动轴28，该驱动轴28又驱动各实验台14的第二链轮32。因此，每个第二链轮32转动对应的样件轮传动链条带34，该链条带又转动第一链轮31，并驱动对应的样件轮24。
电机77还通过驱动第一传动轴70转动沙轮20，第一传动轴70带动第一齿轮78。第一齿轮78带动第二齿轮88，该第二齿轮88又带动第三齿轮92和第四齿轮94。第四齿轮94传动第五齿轮98。第五齿轮98又带动第二传动轴72。传动轴72与沙轮驱动轴22偶合，沙轮驱动轴22又旋转地带动实验台14的沙轮20，如图2中的箭头所示，样件轮24和沙轮20以相反的方向被旋转地驱动。由于所有的样件轮24都由第一传动轴70驱动，所以，所有的样件轮以相同的转速被驱动。同样地，由于沙轮20都是由第二传动轴72驱动，所以，所有的沙轮都以相同的转速被驱动。
在各个实验台14上的各个样件轮24的磨损速度通过控制样件轮24的线速率(或切线速度)和沙轮20的线速度(或切线速度)的比值来设定，该比值被认为是转差值(S)，转差值(S)的定义如下(S)= ((Vs-VG))/(VS) ×100(%) (1)其中VS是样件轮24的磨损表面的线速度，VG是沙轮20的磨损表面的线速度。
该转差值(S)通过对第四齿轮94选择合适尺寸的齿轮来控制。最好该设备10可以使用多个不同尺寸的第四齿轮94，以便该转差值(S)，即磨损速度可以在约-30%到30%转差范围内以增加的等级设定。
根据本发明在一典型的磨损实验中，样件轮24以数个转差值(S)进行磨损，以提供不同磨损硬度等级下的磨损数据。最好每个实验化合物的至少二至五个样件轮24被磨损。但是，该设备10可以在每个实验台14上磨损一个样件轮24，因此，一次适于磨损十二个样件轮。所以，数种不同的化合物可以在设备10上同时进行磨损。
对于一给定的化合物样件轮24磨损的数量取决于多个化合物之间要求的区别。例如，如果两个样件轮被实验，则该均值离差一般是约3-5%;如果五个样件轮被实验，则该均值离差一般约为2-3%。
为了测定磨损引起的体积损失，每个样件轮24的尺寸和重量在磨损实验开始时和以各特定的转差值转动之后被测量，最好使用精确到约0.1mg的电子天平来称样件轮24的重量。在实验的过程中，测量的重量损失做蒸发产生的重量损失方面的校正。该蒸发产生的重量损失的校正从由被实验的化合物制成的标准样件轮24的重量变化来测定，该标准样件轮24保持在壳体12里面，但不进行磨损，关于这一点以下还要进一步说明。样件轮的直径最好用激光测微计，如由Middlefieldconnecticut的Zygo公司制造的型号为1201B的Zygo激光测微计进行测量。沿着各样件轮的圆周以大致相等的间隔取三个测量值，并取这三个测量值的平均值。
每单位间隔的平均体积损失(CC/cm)，或对每个给定化合物样件轮的磨损率(W)在以各转差值磨损之后被计算。体积损失(CC)根据测量的各样件轮(基于对应标准样件的重量变化校正过的)的重量损耗和该化合物比重来决定。每个工作轮在各转差值的行程(cm)通过测定磨损前工作轮的直径测量值和在那个转差值磨损之后工作轮的直径测量值的平均值来计算。然后，该平均直径测量值用于决定在那个转差值时工作轮的平均周长。该平均周长乘以转数就决定在该转差值的工作轮的行程。
下列等式适合于实验的各化合物的体积损耗数据，以便在不同的转差值分析该数据W＝KSn(2)其中W是对于各化合物的样件轮24的磨损率;
S是在等式(1)中定义的转差值;
K和n是从等式(2)计算的经验决定的常数。
接着决定对每个实验的化合物在各转差值的实验磨损指数(LI)LI＝ (Wreference)/(Wsample) (3)其中Wreference是参考化合物的样件轮24的磨损率。
Wsample是各样件化合物的样件轮24的磨损率。
至少总有一个由参考化合物制成的样件轮24，该参考化合物与其它的样件轮24一起磨损。为了与其它的实验过的样件化合物比较，该参考化合物被磨损，以决定在等式(3)中定义的实验磨损指数(LI)。
如果考虑实验化合物的硬度在磨损率方面的影响，那么在磨损样件轮24和它们对应的沙轮20之间接触的轨迹面积也要测量。轮迹通过用墨水划出一样件轮24的几个磨损表面部分进行测量。该样件轮安装在实验台14上并将一张纸放在对应的沙轮磨损表面上，然后，在对应的平衡块29的作用力下使样件轮的划有墨水的表面降下与该纸片相连接。接着，测量该纸上用墨水划出的轨迹的表面面积，最好用由Mountain Wiew，California的the Kontron公司制造的型号为KAT386的Kontron图象分析装置进行测量。
在一磨损实验开始时测量样件轮24的初始重量和尺寸的时候，最好测量轨迹面积。然后，可以基于实验化合物的样件轮的平均轨迹面积与该样件轮或参考化合物的样件轮轨迹面积的比值调整实验磨损指数(LI)。
参考图7，它示意性地说明了按照本发明的方法在实验台14上磨损样件轮24的顺序。数组样件轮24按上述的方法压制形成，每一组由不同的实验化合物形成。每一组中的一些样件轮用作靠在沙轮20上磨损的工作轮，其它的样件轮24用作标准样件，这些标准样件只在调节步骤时被磨损，并在实验的过程中磨损工作轮时被完全保持在壳体12内。每个样件轮24的钢芯25(工作轮和标准样件)用一数字标记，以便每个样件轮可以在整个实验中被识别。
每组工作轮的标准样件的数量最好按下面方法决定如果一种化合物一批被实验，有四个工作轮和一个标准样件;如果一种给定的化合物两批被实验(同样的实验样品批量)，每一批有三个工作轮和一个标准样件;如果一种给定的化合物三批被实验，对每批有二个工作轮和一个标准样件。最好每种给定的化合物的均匀数量的样件轮24被实验，样件轮24的一半可以在该设备左排的实验台14上磨损，另一半可以在右排的实验台14上磨损。
这些样件轮24以随机次序放在导杆上，每根导杆上放六个轮子，如图7所示。标准样件轮放在单独的导杆上(未表示)。图7只表示六个实验台14，这六个实验台可以是左排的六个，或右排实验台的六个。但是，另一排实验台14(未表示)的工作轮以图7所示相同的方式进行磨损。
然后，将所有的导杆放在一个约100℃的炉子中约24小时，使这些样件轮24(工作轮和标准样件)达到所要求的工作状态。壳体12预热到约49℃，并当导杆从炉子中取出时接着放在加热的壳体12内约30分钟。然后将工作轮和标准样件的每一个安装在对应的实验台14上，并被调整，以便以860 RPM约转10，000转，壳体12内的温度约设在49℃。第四齿轮94被定尺寸，以便转差值约为7%。
调整之后，这些轮子允许冷却到室温，但是，所有的轮子(工作轮和标准样件)在整个实验中保持在相同的温度。然后，用线刷清洁沙轮20的磨损表面。壳体12被抽真空，以去除在调整步骤时聚集的任何松散颗粒。并且在粉尘传递轮40上的橡胶圈被替换。
接着按上述的方法测量工作轮的直径。每个样件轮24，包括工作轮和标准样件的重量被测量并记录到最接近0，1mg。然后，壳体12在约49℃被预热至少二个小时，接着所有的样件轮24，包括工作轮和标准样件在壳体12内加热至少30分钟。然后按图7所示的顺序将工作轮安装在对应的样件轮驱动轴26上，第四齿轮94被定尺寸，以便其转差值约为7%，并且壳体12的内部保持在约49℃。接着工作轮在860 RPM磨损约15，000圈。当工作轮停止时，它们从对应的实验台14上取下并按图7所示的顺序放回在导杆上，然后，导杆上的工作轮再次按图7所示的顺序安装在对应的实验台14上并以860RPM再次磨损约15，000圈。所以，每个工作轮24在一新的实验台14上用各个磨损等级进行磨损。
当工作轮从每个实验台14上移开时，它们被翻转过来，然后放在导杆上。因此，工作轮的转动方向在每个连续的实验台14之间是可反转的，以避免由于各个实验台之间的变化引起的误差。样件轮24的每个导杆在六个不同的实验台14上磨损，当它们从一个实验台移到下一个实验台时翻转该样件轮。因此，每个样件轮24在设备10的一排沙轮中的一个沙轮20上被磨损。在实验台之间六次转动之后，该工作轮以与初始转动之前相同的顺序安放在导杆上。
因此，每个工作轮在第一转差值(7%)总共约磨损90，000圈。然后所有的样件轮24从设备10上取下并冷却至室温。沙轮20被再次用线刷清理，对壳体12抽真空去除松散的颗粒，并更换橡胶圈54。因此，每个工作轮的直径和所有轮子(包括工作轮和标准样件)的重量按上述方法被再次测量和记录。但是，对每种化合物的所有标准样件的平均重量损耗或增加分别从对应每种化合物的工作轮的重量损耗中扣除或增加到其内，以便更精确地测定由于磨损造成的重量损耗。
接着变化第四齿轮94，以便使转差值约为13%，并使壳体12的温度降到约46℃。然后每一个工作轮在六个不同的实验台14上按上述相同的方法再磨损六次。但是，在各磨损等级，每个工作轮以860RPM转过约2400圈。因此，每个工作轮在第二转差值(13%)转动的总数达14，000圈。接着，按上述方法测量每个工作轮的直径，工作轮和标准样件的重量并做记录。
在每个转差值(S)的重量损耗和直径数据转换成单位行程的体积损耗，或磨损率(W)。然后，该磨损率(W)可以适应于等式(2)，并且该数据可以用于绘制图表并进行分析。磨损率(W)也可以放入等式(3)中运算，决定实验磨损指数(LI)。该实验磨损指数(LI)可以作为转差值(S)的一个函数绘制图表，以便分析和比较实验化合物的耐磨性。
在本发明的另一方法中，设备10用于测量轮胎胎面胶料的不规则的耐磨性。在一个例子中，三种不同的轮胎胎面胶料按上述相同的方法同时在设备10中磨损。但是，这三种化合物以三种不同的转差值连续地磨损，不同于上述的二个转差值。
这三个转差值是7%、13%和21%。因此，这些轮胎胎面胶料分别在相对低的、中等的和高的磨损硬度等级下被磨损。但是，在第三转差值(21%)每个工作轮以860 RPM与对应的沙轮一起转过约2，000圈。因此，每个工作轮以第三转差值(21%)转动的总数约为14，400圈。
这三种不同的轮胎胎面胶料每种含有一种不同的炭黑，并分别标记为CB1，CB2和CB3。基于在磨损这三种样件轮24中收集的数据计算的结果总结在下表中磨损率(W) 实验磨损 磨损率(W) 实验磨损(CC/cm) 指数(LI) (CC/cm) 指数(LI)7%转差 7%转差 13%转差 13%转差CB14.56E-8 100 2.42E-7 100CB24.94E-8 92 2.45E-7 99CB34.61E-8 98 2.48E-7 98
磨损率(W) 实验磨损(cc/cm) 指数(LI)21%转差 21%转差CB18.45E-7 100CB26.43E-7 131CB37.10E-7 119CB1化合物是参考化合物，并被磨损以便与其它的实验化合物比较。因此，CB1化合物的实验磨损指数(LI)是100。
如表中所示，对于所有的三种化合物，磨损率(W)随转差值的增加而增加。但是，重要的数据特性是，CB2化合物显示一个比CB1或CB3化合物在最高磨损硬度(21%转差)时的实验磨损指数(LI)更高的数值。另一方面，在7%和13%的转差值，CB2化合物的实验磨损指数(LI)与CB1和CB3化合物的实验磨损指数较接近。因此，实验结果表明，CB2化合物在高的磨损硬度条件下呈现比CB1或CB3化合物更好的耐磨性。此外，CB2化合物可能呈现比CB1或CB3化合物更好的不规则耐磨性。
本发明的设备和方法的一个优点是，本发明可以用于解决现有轮胎存在的不规则磨损问题。例如，如果一个具有现有胎面设计的轮胎出现不规则的磨损问题，本发明的设备和方法可以用于寻找其它的轮胎胎面胶料，或将其它型式的炭黑用于该轮胎胎面胶料，以便在高硬度磨损等级时显示更好的耐磨性。
另一方面，不具有精确的测定在高的和低的磨损硬度等级时的耐磨性能力的一些已知设备可能在指出解决不规则磨损问题的轮胎胎面胶料方面是没有帮助的。实际上，在上述的例子中，已知的设备可能指出CB2化合物，CB1化合物和CB3化合物大致显示相同的耐磨性，事实上，CB2化合物的耐磨性实际上在较高磨损硬度等级时更好。
权利要求
1.一种磨损含炭黑化合物的设备，它包括多个旋转支撑的磨损部件(20)；多个旋转支撑的实验部件(24)；每个实验部件包括一块含炭黑化合物，每个实验部件(24)可与一对应的磨损部件(20)相接合，以磨损该含炭黑的化合物；用于控制各实验部件(24)和对应的磨损部件(20)之间界面的表面状态的第一装置(36，40，44)；与实验部件(24)和磨损部件(20)偶合，旋转驱动实验部件和磨损部件的第二装置(77，16，28，70，22，72)；与磨损部件(20)和实验部件(24)偶合，控制磨损部件(20)和实验部件(24)的相对速度，以便控制由磨损部件磨损实验部件的程度的第三装置(16)。
2.如权利要求1所述的设备，其特征在于第一装置包括多个粉尘部件(40)，每个粉尘部件可与一对应的实验部件(24)相连接，每个粉尘部件将粉尘施加到对应的实验部件上，并且又施加到实验部件和对应的磨损部件之间的界面上。
3.如权利要求2所述的设备，其特征在于每个粉尘部件包括可与对应的实验部件(24)连接的传递轮(40)，可与该传递轮连接的白垩件(44)，该白垩件将白垩粉施加到传递轮(40)上，并且再施加到对应的实验部件(24)上，以便在实验部件(24)和对应的磨损部件(20)之间的界面上涂粉。
4.如权利要求2所述的设备，其特征在于它还包括控制白垩件靠在传递轮(40)上的力，以便控制施加在传递轮上的白垩粉量的第四装置(56)。
5.如权利要求4所述的设备，其特征在于第四装置包括一个与传递轮偶合的第一重块(56)，该第一重块被选择以设定传递轮靠在白垩件上的力。
6.如权利要求3所述的设备，其特征在于它还包括控制各个实验部件(24)靠在对应磨损部件(20)的力，以控制由对应磨损部件磨损实验部件的程度的第五装置(29)。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于该第五装置包括多个第二重块(29)，每个第二重块与对应的实验部件(24)偶合，每个第二重块被选择以设定实验部件靠在对应磨损部件上的力。
8.如权利要求1所述的设备，其特征在于第二装置包括一台电机(77)，并且第三装置包括一个齿轮部件(16);第二装置还包括与电机(77)、实验部件(24)和齿轮部件(16)偶合的一根第一轴(28，70)，和一根与磨损部件(20)和齿轮部件(16)偶合的第二轴(22，72)，该齿轮件被选择，以便控制第一轴相对第二轴速度的速度，并由此控制实验部件分别相对于磨损部件速度的速度。
9.如权利要求1所述的设备，其特征在于它包括多个实验台(14)，其中每个所述的实验台包括一个沙轮(20)，一个样件轮(24)，一个可与样件轮(24)连接的粉尘传递轮(40)和一个可与粉尘传递轮(40)连接的白垩件(44);和一个与实验台(14)偶合的包括一个齿轮组件(78、88、90、92、94、98)的传动组件(16)，以便控制沙轮(20)和样件轮(24)的相对速度，并由此控制样件轮磨损的程度。
10.一种磨损含炭黑化合物的方法，它包括下列步骤对多个样件的每一个进行称重，其中各个样件的一个外表面是由含炭黑的化合物制成;用与对应磨损部件旋转接合的方法磨损各个样件，以便磨损该含炭黑的化合物，其中样件相对于磨损部件速度的速度确定一个第一转差值;磨损以第一转差值与至少一个其它磨损部件旋转连接的各个样件;测量在第一转差值从各个样件损耗的含炭黑化合物;磨损以一第二转差值旋转地与一对应的磨损部件连接的各个样件;磨损以一第二转差值旋转地与至少一个其它磨损部件连接的各个样件;和测量在第二转差值从各个样件损耗的含炭黑化合物;该转差值通过各样件的速度和它的对应的磨损部件的速度之间的差值除以该样件的速度决定。
11.如权利要求10所述的设备，其特征在于第一转差值在5%到9%的范围内，并且每个样件以第一转差值与各磨损部件一起转动的圈数在10，000到20，000范围之内，第二转差值在9%到17%范围内;每个样件以第二转差值与各磨损部件一起转动的圈数在1000到5000范围之内。
12.如权利要求10所述的设备，其特征在于它还包括下列步骤以一第三转差值与对应的磨损部件旋转地连接磨损各样件;以第转差值与至少一个其它磨损部件旋转地连接磨损各样件;和测量在第三转差值从各样件损耗的含炭黑化合物。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于第三转差值在17%到30%的范围内;并且每个样件以该第三转差值转动的圈数在500到4500范围之内。
14.如权利要求10到13中任一条所述的方法，其特征在于它还包括下列步骤将样件和磨损部件的环境温度控制在40℃-55℃范围之内，以便控制由磨损部件磨损样件的程度。
15.一种磨损轮胎胎面胶料，以便测量该化合物的不规则磨损特性的方法，它包括下列步骤对多个实验部件进行称重，其中各个实验部件的一个外表面是由一块待磨损的轮胎胎面胶料制成的;转动与一磨损部件连接的各个实验部件的外表面，以便磨损该轮胎胎面胶料，该实验部件和该磨损部件的相对速度确定一个第一转差值;对各实验部件进行称重，以测量在第一转差值的轮胎胎面胶料的损耗;转动与一磨损部件连接的各个实验部件的外表面，以便磨损该轮胎胎面胶料，实验部件和磨损部件的相对速度确定一个第二转差值，该第二转差值产生一个比第一转差值更高的磨损硬度等级，对各个实验部件进行称重，以测量在第二转差值的轮胎胎面胶料的损耗;转动与一磨损部件连接的各实验部件的外表面，以便磨损该轮胎胎面胶料，该实验部件和磨损部件的相对速度确定一个第三转差值，该第三转差值产生一个比第二转差值更高的磨损硬度等级;对各实验部件进行称重，以测量在第三转差值的轮胎胎面胶料的损耗，由此在不同的磨损硬度等级的轮胎胎面胶料的损耗表示该轮胎胎面胶料的不规则磨损特性，每个转差值基于实验部件的速度和磨损部件的速度之间的差值除以该实验部件的速度。
16.如权利要求15所述的设备，其特征在于第一转差值约在5%到9%范围之内，并且每个实验部件与每个磨损部件一起转动的圈数在10，000到20，000范围之内;第二转差值约在9%到17%范围之内;第三转差值约在17%至30%范围之内;并且每个实验部件与各相应的磨损部件一起以第二和第三转差值转动的圈数在1，000到5，000范围之内。
17.如权利要求16所述的设备，其特征在于每个实验部件与多个对应的磨损部件接合以第一、第二和第三转差值转动。
全文摘要
一种磨损轮胎胎面胶料的磨损设备，它具有多个实验台和与这些实验台偶合的传动组件。每个实验台具有一个沙轮和一个样件轮，二者都由传动组件旋转地驱动。该样件轮与沙轮接合磨损轮胎胎面胶料。每个实验台还具有一个可与样件轮连接的粉尘传递轮和一个可与粉尘传递轮连接的白垩件。传动组件具有一个齿轮组件，以改变样件轮相对于沙轮速度的速度调节转差值，并由此调节样件轮的磨损程度，该磨损设备可用于以不同的磨损硬度等级磨损轮胎胶料，以预测化合物的不规则耐磨性。
文档编号D02JGK1054665SQ9110102
公开日1991年9月18日 申请日期1991年2月12日 优先权日1990年2月12日
发明者谢琼蕙, 约翰·M·芬特, 乔治·M·欧阳 申请人:卡伯特公司