Page 101 - 《橡塑技术与装备》2020年11期（6月上半月橡胶）

测试与分析 张正罗 等·轮胎硫化机电磁热板磁场分布仿真分析

轮胎硫化机电磁热板磁场分布

仿真分析

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张正罗 ，张功达 ，于晓东 ，李小珍 1
(1. 华澳轮胎设备科技（苏州）有限公司，江苏 苏州 215000;
2. 苏州大学机电工程学院，江苏 苏州 215000)

摘要 ： 轮胎硫化设备能耗高、污染重，已成为制约行业发展的瓶颈，因此高效、节能的电磁感应加热技术在轮胎工业中具有
广阔的应用前景。本文从轮胎硫化机电磁热板参数设计入手，并进行线圈的结构设计，通过 maxwell 仿真软件研究了电磁热板的
磁场参数和线圈结构对硫化机热板的涡流损耗分布的影响。结果表明 ：电流量 40 A，工作频率 15 kHz，线圈长度为 32 m 的条件
下具有较好的涡流损耗分布 ；涡流损耗集中分布在线圈覆盖的区域上，因此线圈的设计需要结合被加热的区域的需要。
关键词 ： 电磁热板 ；涡流损耗分布 ；电磁参数 ；轮胎工业
中图分类号 ： TQ330.61 文章编号 ： 1009-797X(2020)11-0045-06
文献标识码 ： B DOI:10.13520/j.cnki.rpte.2020.11.011

轮胎硫化过程中，设备需要保持在较高的温度水 电磁参数，通过 Maxwell 仿真软件研究了线圈结构和
平（约 165~185 ℃），以缩短硫化时间，保证轮胎具 电磁参数对硫化机电磁热板的涡流损耗分布的影响。
有良好的硫化效果 [1] 。目前常用的轮胎硫化机中常用 本文的工作为电磁热板的开发积累了经验基础，为电
的加热方式有蒸汽加热以及导热油加热、电加热 [2~4] 。 磁热板的优化提供了思路。
其中蒸汽加热与导热油加热都具有温度均匀性好的优
1 电磁热板的基本原理以及方案设计
点，但是存在加热效率低的缺点，特别是蒸汽加热过
1.1 电磁热板的基本原理
程中能量损耗严重 ；导热油加热过程中，对导热油的
根据楞次定律 [11] ，电磁热板利用连续导体在交变
稳定性（沸点、闪点）要求高，设备易出现漏油等故
磁场中自发的产生感应电流以抑制磁通量的变化，感
障。电加热过程中具有效率高的优点，但是反复加热，
应电流与热板的阻抗共同作用，使得热板上快速生成
存在热电偶损耗严重、设备维护费用高的缺点。
大量的热量用以轮胎硫化。整个过程中感应电源用于
电磁感应加热是基于法拉第发现的电磁感应现
提供合适的电磁参数，线圈的结构设计一方面保证线
象，连续导体在交变磁场中自发的产生涡流 [5~7] ，进
圈的电感与电源相匹配，同时与热板的结构相适应，
而产生焦耳热。它具有生热效率高、能量转化率高、
保证热板上具有均匀的生热效果。整个过程中的基本
绿色环保、无接触加热等优点。因此被工程技术人员
原理如图 1 所示。
广泛研究。张金云 [8~9] 等人用一种高刚性、高导热的
1.2 电磁热板参数及结构的相关设计
可控伸缩式金属模具代替胶囊，并在硫化过程中应用
电磁参数根据被加热件的实际工况确定。热板材
电磁感应加热，为高性能轮胎的精密制造提供了一种
料为直径 1 205 mm 的 Q235 的圆板，其密度 ρ 为 7.8g/
新的途径。翟子程 [10] 等人设计正三角形和正方形两种
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cm ，比热容 c 为 502 J/℃，∆T 为 160 ℃。根据 ：
缠绕磁芯排布的电磁加热方案替代原有的热板加热方
Q 吸收 =c∙m∙ΔT （1）
式，得到温度均匀的电磁热板结构。
Q
由 于感 应 加 热过 程 中，被 加 热 体形 状 和 线圈 结 P = （2）
热板 t
构的变动、设备参数等因素的变化都会影响到磁场的 P
P = 热板 （3）
分布，并且相关内容缺乏深入研究。因此本文以华澳 电源 η 电磁 η ⋅ 热传递
轮胎设备科技（苏州）有限公司生产的型号为 LLY-
作者简介 ：张正罗（1964-），男，高级工程师，学士，主
B1220X1960X2 的轮胎硫化机热板为例，进行电磁热 要从事橡胶设备技术工作。
板的相关设计。本文计算了热板达到工作温度需要的 收稿日期 ：2020-03-29

2020 第 46 卷 ·45·
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