一種橡膠開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法
【專利摘要】一種橡膠開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，利用開煉機(jī)混煉時(shí)各對(duì)應(yīng)配方膠料檢測(cè)的輥筒橫壓力，排膠溫度，排膠功率，單位能耗等參數(shù)，帶入已經(jīng)建立好的分散度與過(guò)程參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，來(lái)預(yù)測(cè)混煉過(guò)程中混煉膠的分散度；所述的分散度與過(guò)程參數(shù)的數(shù)學(xué)模型是采用逐步回歸法建立的在線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型。本發(fā)明不需要經(jīng)過(guò)停放后再進(jìn)行檢測(cè)，可在線預(yù)測(cè)開煉機(jī)混煉膠分散度，節(jié)省了橡膠停放時(shí)間；運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理使預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度和參考價(jià)值，可以用來(lái)控制和調(diào)整煉膠參數(shù)；在開練機(jī)上也可以實(shí)現(xiàn)橡膠混煉的質(zhì)量在線控制；投資少，控制簡(jiǎn)單，效果明顯應(yīng)用前景廣闊。
【專利說(shuō)明】一種橡膠開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及橡膠塑性狀態(tài)混合中，特別是在開煉機(jī)加工工藝過(guò)程的 測(cè)量、預(yù)測(cè)領(lǐng)域，具體地說(shuō)是一種橡膠開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 炭黑分散度的在線預(yù)測(cè)方法是指在煉膠過(guò)程中預(yù)測(cè)膠料炭黑分散度的方法。對(duì) 于膠料的炭黑分散度，由于在線檢測(cè)手段的不足，煉膠過(guò)程中其炭黑分散度難以直接檢 測(cè)。目前國(guó)內(nèi)外絕大多數(shù)企業(yè)都是在混煉結(jié)束后，將混煉膠送到化驗(yàn)室或快檢站檢測(cè)其 炭黑分散度，而制得的混煉膠一般需要等待12?24h才能進(jìn)入下一工序繼續(xù)加工。中 國(guó)專利申請(qǐng)201110251048. 6公開了《一種基于橡膠混煉過(guò)程的質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控方法》，和 201110251112. 0公開了《一種基于橡膠混煉過(guò)程的質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)控軟測(cè)量方法》，雖然是通過(guò) 監(jiān)控密煉過(guò)程中的炭黑分散度達(dá)到在線控制混煉膠質(zhì)量的目的，但是必須將混煉膠送到化 驗(yàn)室或快檢站檢測(cè)其炭黑分散度，這樣做除需要耗費(fèi)一定的人力、物力外，膠料的存放還要 占用大量的場(chǎng)地和花費(fèi)大量資金。因此，能及時(shí)得知混煉膠炭黑分散度是輪胎廠十分關(guān)心 的問(wèn)題。國(guó)外幾家大公司都在研究這方面的課題，但一直沒(méi)有很好地解決辦法。中國(guó)專利 申請(qǐng)201210074374. 9公開了《一種橡膠硬度的在線質(zhì)量監(jiān)控和預(yù)測(cè)模型更新的方法》，該 方法只能在線檢測(cè)橡膠硬度，無(wú)法測(cè)量炭黑分散度。中國(guó)專利96101581. 0公開了《密煉機(jī) 混煉膠質(zhì)量自動(dòng)在線檢測(cè)系統(tǒng)及其在線檢測(cè)方法》，使密煉機(jī)實(shí)現(xiàn)了混煉膠質(zhì)量的在線檢 測(cè)。由于開煉機(jī)是一種棍筒外露的開放式煉膠機(jī)械，其煉膠原理不同于密閉式的密煉機(jī)，因 此上述方法檢測(cè)系統(tǒng)和方法不適用于橡膠開煉機(jī)。橡膠開煉機(jī)是橡膠工業(yè)中使用最早結(jié)構(gòu) 比較簡(jiǎn)單的最基本的橡膠機(jī)械，雖然在自動(dòng)化流水混煉作業(yè)線中，因擠出壓片機(jī)、密煉機(jī)和 連續(xù)混煉機(jī)等設(shè)備的應(yīng)用和發(fā)展，開煉機(jī)的使用范圍已顯著縮小，但是密煉機(jī)的投資大，而 且用途不如開煉機(jī)廣泛，因此在中小企業(yè)，特別是再生膠和小批量特殊膠種以及膠料的生 產(chǎn)中，應(yīng)用仍較為普遍。由于不能實(shí)現(xiàn)橡膠開煉機(jī)的炭黑分散度在線預(yù)測(cè)，不能實(shí)時(shí)了解膠 料的混煉質(zhì)量，從而不能及時(shí)調(diào)整開煉機(jī)煉膠的工藝參數(shù)，以保證開煉機(jī)混煉膠的質(zhì)量符 合要求。
[0003]


【發(fā)明內(nèi)容】
： 本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)炭黑分散度橡膠開煉機(jī)的 在線預(yù)測(cè)，可以及時(shí)調(diào)整開煉機(jī)煉膠的工藝參數(shù)，能夠保證混煉膠的質(zhì)量符合要求，同時(shí)節(jié) 省人力、物力、場(chǎng)地和資金，具有較高準(zhǔn)確度預(yù)測(cè)結(jié)果的橡膠開煉機(jī)炭黑分散度的在線預(yù)測(cè) 方法。
[0004] 本發(fā)明目的是由以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種橡膠開煉機(jī)混煉膠炭黑分散度在線預(yù) 測(cè)方法，利用開煉機(jī)煉膠過(guò)程中檢測(cè)的各項(xiàng)過(guò)程參數(shù)與已經(jīng)建立好的炭黑分散度與過(guò)程參 數(shù)的數(shù)學(xué)模型，來(lái)預(yù)測(cè)混煉過(guò)程中混煉膠的炭黑分散度；所述的開煉機(jī)煉膠過(guò)程中檢測(cè)的 各項(xiàng)過(guò)程參數(shù)包括輥筒橫壓力F，排膠溫度T，排膠功率P，單位能耗N，采用逐步回歸法建立 以上四個(gè)或三個(gè)或兩個(gè)或一個(gè)參數(shù)作為變量與炭黑分散度之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，通過(guò)對(duì)這 些變量做顯著性檢驗(yàn)確定最終數(shù)學(xué)模型的表達(dá)形式。具體步驟如下： 一、 數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程： (1) 準(zhǔn)備需驗(yàn)證的配方膠料至少25組，每組采用不同的工藝參數(shù)進(jìn)行混煉，其中煉膠工 藝參數(shù)包括：輥距，輥速與速比，輥筒溫度和煉膠時(shí)間，分別檢測(cè)并記錄開煉過(guò)程中各自的 輥筒橫壓力F，排膠溫度T，排膠功率P，單位能耗N過(guò)程參數(shù)，逐一測(cè)定并記錄每車終煉膠各 自的分散度； (2) 采集該配方膠料煉膠過(guò)程中過(guò)程參數(shù)的數(shù)據(jù)樣本和對(duì)應(yīng)每組終煉膠的分散度樣本 建立數(shù)據(jù)庫(kù)，包括自變量F={F1，F(xiàn)2, F3……Fm}，T={T1，T2，T3……Tm}，P={Pl，P2，P3?. Pm}，N={N1，N2，N3…..Nm}，分散度值Y=^1, Y2, Y3"\Ym};分別以輥筒橫壓力F，排膠溫度 T，排膠功率P，單位能耗N為橫坐標(biāo)，以分散度為縱坐標(biāo)做散點(diǎn)圖，并調(diào)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟 件，分析F，T，P N四個(gè)參數(shù)各自與分散度的線性相關(guān)性。
[0005] (3)以F，T，P，N為自變量，Y為因變量使用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，采用逐步回歸法建 立在線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型>.'=爲(wèi)+/^1+/^+/^3+/^4,式中爲(wèi)、爲(wèi)、爲(wèi)、爲(wèi)、爲(wèi)均為待 估參數(shù)，通過(guò)回歸分析確定待估參數(shù)的數(shù)值，建立回歸方程，并進(jìn)行顯著性（F)檢驗(yàn)，相關(guān) 系數(shù)（R)檢驗(yàn)，殘差檢驗(yàn)，若高度顯著，相關(guān)程度高，殘差成正態(tài)分布，則所建回歸方程是適 用的，若R2偏低，則回歸不理想，應(yīng)重新修改數(shù)學(xué)模型，增加或減少一些參數(shù)，以保證顯著性 (F)檢驗(yàn)和相關(guān)系數(shù)（R)檢驗(yàn)的結(jié)果都較為理想，使回歸方程成立，得到該配方膠料的數(shù)學(xué) 模型； 二、 分散度在線預(yù)測(cè)過(guò)程： (1) 將開煉機(jī)混煉時(shí)各對(duì)應(yīng)配方膠料檢測(cè)的輥筒橫壓力，排膠溫度，排膠功率，單位能 耗等參數(shù)，帶入數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)每車膠料終煉膠的分散度值； (2) 不同配方的膠料，按上述步驟⑴?(3)建立不同的在線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，在煉膠過(guò)程 中將檢測(cè)的過(guò)程參數(shù)，帶入數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)終煉膠的分散度。
[0006] 由于開煉機(jī)是一種棍筒外露的開放式煉膠機(jī)械，其棍筒橫壓力F，排膠溫度T，排 膠功率P，單位能耗N過(guò)程參數(shù)可直接反映在煉膠的質(zhì)量狀況。在掌握上述數(shù)據(jù)的前提下， 再經(jīng)過(guò)已建立的數(shù)學(xué)模型運(yùn)算，即可獲得膠料終煉膠的分散度值，達(dá)到在線預(yù)測(cè)橡膠開煉 機(jī)混煉膠分散度的目的。
[0007] 輥筒橫壓力范圍為IOKN?30KN，是通過(guò)固定安裝在調(diào)距裝置活塞桿的前端的壓 力傳感器監(jiān)測(cè)，膠料對(duì)輥筒的橫壓力通過(guò)輥筒、輥筒軸承、軸承座傳遞給壓力傳感器。
[0008] 排膠溫度范圍為60°C?110°C，是通過(guò)紅外線測(cè)溫儀和熱電偶溫度計(jì)同時(shí)進(jìn)行測(cè) 定，每種方法的監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)以上，將測(cè)得的最高溫度值作為該車膠料溫度值。
[0009] 排膠功率范圍為OkW?5Kw，是通過(guò)智能三相電能表進(jìn)行測(cè)量；根據(jù)大于機(jī)臺(tái)消耗 的最大功率的原則，確定選用合適的電流和電壓互感器，然后與智能三相電能表連結(jié)在一 起；該智能三相電能表將測(cè)量的數(shù)據(jù)數(shù)字顯示或傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)自動(dòng)連續(xù)記錄功率 情況，生成連續(xù)的功率曲線。
[0010] 單位能耗范圍為〇?3kJ/g ;采用智能三相表進(jìn)行測(cè)量；智能三相表將測(cè)量的數(shù)據(jù) 以數(shù)字顯示或傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動(dòng)記錄。
[0011] 在數(shù)學(xué)模型建立過(guò)程中所述的分散度原始測(cè)量是使用分散度儀，測(cè)量范圍為 40 ?80。
[0012] 輥筒橫壓力，排膠功率，排膠溫度是指開煉機(jī)煉膠結(jié)束排膠時(shí)的一個(gè)瞬時(shí)值，是唯 一的，是可以準(zhǔn)確反映開煉機(jī)在結(jié)束煉膠時(shí)煉膠過(guò)程的實(shí)際情況的；單位能耗是開煉機(jī)驅(qū) 動(dòng)電機(jī)在煉制單位質(zhì)量的混煉膠所消耗的能量，本發(fā)明所指的單位能耗是指開煉機(jī)驅(qū)動(dòng)電 機(jī)在煉制單位質(zhì)量的混煉膠所消耗的能量。
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，不需要經(jīng)過(guò)停放后再進(jìn)行檢測(cè)，可在線預(yù)測(cè)開煉機(jī)混煉 膠分散度，節(jié)省了橡膠停放時(shí)間；運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理使預(yù)測(cè)結(jié)果具有較高的準(zhǔn)確度和參考價(jià) 值，可以用來(lái)控制和調(diào)整煉膠參數(shù)；在開練機(jī)上也可以實(shí)現(xiàn)橡膠混煉的質(zhì)量在線控制；投 資少，控制簡(jiǎn)單，效果明顯應(yīng)用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014] 圖1是本發(fā)明的工藝流程圖； 圖2是實(shí)施例1胎面膠料配方的分散度與輥筒橫壓力、排膠溫度、排膠功率、單位能耗 的散點(diǎn)圖； 圖3是實(shí)施例1胎面膠料配方的分散度在線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型的殘差正態(tài)概率圖； 圖4是實(shí)施例2膠料配方的分散度與輥筒橫壓力、排膠溫度、排膠功率、單位能耗的散 點(diǎn)圖； 圖5是實(shí)施例2膠料配方的分散度在線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型的殘差正態(tài)概率圖； 圖6是實(shí)施例3膠料配方的分散度與輥筒橫壓力、排膠溫度、排膠功率、單位能耗的散 點(diǎn)圖； 圖7是實(shí)施例3的膠料配方的分散度在線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型的殘差正態(tài)概率圖。

【具體實(shí)施方式】
[0015] 實(shí)施例1 下面通過(guò)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步描述： (1)本實(shí)施例采用的膠料為全鋼子午線輪胎胎面膠，使用ffi-160E型開煉機(jī)智能煉膠 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行混煉。準(zhǔn)備需驗(yàn)證的配方膠料25組，其配方如表1所示： 表1

【權(quán)利要求】
1. 一種橡膠開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，利用開煉機(jī)煉膠過(guò)程中檢測(cè)的各項(xiàng) 過(guò)程參數(shù)與已經(jīng)建立好的分散度與過(guò)程參數(shù)的數(shù)學(xué)模型，來(lái)預(yù)測(cè)混煉過(guò)程中混煉膠的分散 度；所述的開煉機(jī)煉膠過(guò)程中檢測(cè)的各項(xiàng)過(guò)程參數(shù)包括輥筒橫壓力F，排膠溫度T，排膠功 率P，單位能耗N，已經(jīng)建立好的分散度與過(guò)程參數(shù)的數(shù)學(xué)模型是采用逐步回歸法建立的在 線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，分兩步完成，具體步驟如下： 一、 數(shù)學(xué)模型的建立過(guò)程： ⑴準(zhǔn)備需驗(yàn)證的配方膠料至少25組，每組采用不同的工藝參數(shù)進(jìn)行混煉，其中煉膠工 藝參數(shù)包括：輥距，速度與速比，輥筒溫度和煉膠時(shí)間分別檢測(cè)并記錄開煉過(guò)程中各自的輥 筒橫壓力F，排膠溫度T，排膠功率P，單位能耗N過(guò)程參數(shù)，逐一測(cè)定并記錄每車終煉膠各自 的分散度； ⑵采集該配方膠料煉膠過(guò)程中過(guò)程參數(shù)的數(shù)據(jù)樣本和對(duì)應(yīng)每組終煉膠的分散度樣本 建立數(shù)據(jù)庫(kù)，包括自變量F={F1，F(xiàn)2, F3……Fm}，T={T1，T2，T3……Tm}，P={Pl，P2，P3?. Pm}，N={N1，N2，N3…..Nm}，分散度值Y={Yi，Y2, Y3-.YJ ;分別以輥筒橫壓力F，排膠溫度 T，排膠功率P，單位能耗N為橫坐標(biāo)，以分散度為縱坐標(biāo)做散點(diǎn)圖，并調(diào)用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟 件，分析F，T，P N四個(gè)參數(shù)各自與分散度的線性相關(guān)性， (3)以F，T，P，N為自變量，Y為因變量使用SPSS統(tǒng)計(jì)分析軟件，采用逐步回歸法建立在 線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型J++ = A +Axi爲(wèi)-爲(wèi)&，式中爲(wèi)、A、A、A、A均為待估參 數(shù)，通過(guò)回歸分析確定待估參數(shù)的數(shù)值，建立回歸方程，并進(jìn)行顯著性（F)檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù) (R)檢驗(yàn)，殘差檢驗(yàn)，若高度顯著，相關(guān)程度高，殘差成正態(tài)分布，則所建回歸方程是適用的， 若R2偏低，則回歸不理想，應(yīng)重新修改數(shù)學(xué)模型，增加或減少一些參數(shù)，以保證顯著性（F)檢 驗(yàn)和相關(guān)系數(shù)（R)檢驗(yàn)的結(jié)果都較為理想，使回歸方程成立，得到該配方膠料的數(shù)學(xué)模型； 二、 分散度在線預(yù)測(cè)過(guò)程： ⑴將開煉機(jī)混煉時(shí)各對(duì)應(yīng)配方膠料檢測(cè)的輥筒橫壓力，排膠溫度，排膠功率，單位能耗 等參數(shù)，帶入數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)每車膠料終煉膠的分散度值； (2)不同配方的膠料，按上述步驟⑴?(3)建立不同的在線預(yù)測(cè)數(shù)學(xué)模型，在煉膠過(guò)程中 將檢測(cè)的過(guò)程參數(shù)，帶入數(shù)學(xué)模型，預(yù)測(cè)終煉膠的分散度。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述輥 筒橫壓力范圍為IOKN?30KN，是通過(guò)固定安裝在調(diào)距裝置活塞桿的前端的壓力傳感器監(jiān) 測(cè)，膠料對(duì)輥筒的橫壓力通過(guò)輥筒、輥筒軸承、軸承座傳遞給壓力傳感器。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述排 膠溫度范圍為60°C?110°C，是通過(guò)紅外線測(cè)溫儀和熱電偶溫度計(jì)同時(shí)進(jìn)行測(cè)定，每種方 法的監(jiān)測(cè)點(diǎn)3個(gè)以上，將測(cè)得的最高溫度值作為該車膠料溫度值。
4. 權(quán)根據(jù)利要求1所述的一種開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述排 膠功率范圍為OkW?5Kw，是通過(guò)智能三相電能表進(jìn)行測(cè)量；該智能三相電能表將測(cè)量的數(shù) 據(jù)數(shù)字顯示或傳輸給計(jì)算機(jī)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述單 位能耗范圍為0?3kJ/g ;采用智能三相表進(jìn)行測(cè)量。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于在數(shù)學(xué) 模型建立過(guò)程中所述的分散度原始測(cè)量是使用分散度儀，測(cè)量范圍為40?80。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種開煉機(jī)混煉膠分散度在線預(yù)測(cè)方法，其特征在于所述輥 筒橫壓力，排膠功率，排膠溫度是指開煉機(jī)煉膠結(jié)束排膠時(shí)的一個(gè)瞬時(shí)值；單位能耗是開煉 機(jī)驅(qū)動(dòng)電機(jī)在煉制單位質(zhì)量的混煉膠所消耗的能量。
【文檔編號(hào)】B29B7/72GK104325571SQ201410450926
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】曾憲奎, 韓廣文, 郝建國(guó) 申請(qǐng)人:青島科技大學(xué)