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微波硫化是一种新型的橡胶硫化方式,硫化速度更快,效率更高。设计一种专用于轮胎硫化的微波加热装置具有重要的现实意义。国内外学者仅有少数关于矩形谐振腔的研究,圆柱谐振腔具有较高的品质因数、调谐方便、结构坚固和易于加工制作等优点,为了得到一套圆柱谐振腔型轮胎微波硫化设备,本文针对圆柱谐振腔从以下三个方面进行了相关研究:1、针对7.50R20内支撑外胎从理论上对圆柱谐振腔的尺寸及相关参数进行了计算,从中选择模式数大于或者等于9且简并比为0的圆柱形谐振腔,初步确定了10组圆柱形谐振腔尺寸,之后对选定的10组尺寸的圆柱谐振腔内的轮胎微波硫化过程进行数值模拟,结论如下:(1)微波利用率越大,轮胎体平均温度就越高。体平均温度与微波利用率呈现良好的一次函数关系。(2)半径652mm、高度470mm的圆柱谐振腔内的轮胎最大温差最小,轮胎加热也最为均匀,加热效果最优。2、对微波传输系统即波导方面进行相关研究,探索轮胎微波硫化圆柱形谐振腔中波导的个数及位置对轮胎微波硫化效果的影响,具体结论如下:(1)随着波导夹角(上下两侧分布)从15度到90度的增加,轮胎微波硫化的均匀性逐渐提高,双波导圆柱谐振腔内轮胎最大温差也逐渐减小,微波加热时间逐渐减小。(2)不同波导夹角的双波导(侧面与上下两侧结合分布)谐振腔的主要加热部位一致,为轮胎胎面的中间部分和靠近谐振腔上侧波导的胎侧中间部分。在波导夹角从15度到90度的变化过程中,微波加热轮胎的均匀性越来越好。轮胎体平均温度为100℃时的微波加热时间与最大温差变化趋势相反。随着波导夹角从15度到90度的增加,最大温差呈递减趋势,在波导夹角为90度处,出现了很小的波动;微波加热时间随着波导夹角从15度到90度的变化呈上升趋势。(3)不同波导夹角三波导圆柱谐振腔的主要加热为轮胎胎面的中间部分,温度主要在100℃到120℃之间;轮胎其余部分受热相对均匀,温度主要在80℃到100℃之间,不同波导夹角三波导圆柱谐振腔的微波加热均匀性大致相同。(4)波导夹角210度的四波导圆柱谐振腔的硫化效果好于其它结构的圆柱谐振腔(单波导圆柱谐振腔、双波导圆柱谐振腔、三波导圆柱谐振腔、五波导圆柱谐振腔)的轮胎微波硫化效果,因此确立为适用于轮胎微波硫化的基本圆柱谐振腔模型。3、从工艺参数方面进行相关研究,探索圆柱形谐振腔的频率及功率对圆柱形谐振腔微波硫化效果的影响,具体结论如下:(1)在微波频率从890MHz到940MHz的变化范围内对轮胎进行硫化时,微波频率915MHz的四波导圆柱谐振腔(波导夹角210度)内的轮胎最大温差最小,微波加热时间较小即微波利用率较大,并且加热均匀性最好,确定轮胎微波硫化的最优频率为915MHz。(2)在对橡胶圆盘进行微波加热过程中,圆柱谐振腔的主要加热部位不受微波频率影响。微波频率对圆柱谐振腔的微波加热均匀性有一定程度的影响,橡胶圆盘体平均温度和最大温差也受频率的影响,影响程度的大小与圆柱谐振腔的结构有关。(3)在微波能量不变的条件下,圆柱谐振腔内橡胶圆盘的体平均温度不受微波输出功率的影响,即圆柱谐振腔的微波利用率不受微波输出功率的影响,同时圆柱谐振腔的主要加热部位也不受功率的影响。但是随着微波输出功率的增加,圆柱谐振腔内橡胶圆盘的最大温差逐渐增大,均匀性逐渐变差。(4)对于波导夹角210度的四波导圆柱谐振腔轮胎微波硫化,微波功率越低轮胎温差越小,微波输出功率2kW时轮胎最大温差为10℃,与传统硫化方法的最大温差一致,因此确定波导夹角210度的四波导圆柱谐振腔轮胎微波硫化的最优功率为2kW。