橡胶开炼机在线预测数学模型分析:橡胶开炼机

橡胶开炼机在线预测数学模型分析

1.2试样制备 基本配方(为轮胎生产过程中最具代表性的子午线轮胎 胎面胶实际应用配方)(质量份):NＲ100，炭黑N33038.5，白 炭黑15，ZnO3.5，SA2，Si－693，增塑剂A2，防老剂ＲD1.5， 防老剂6PPD2，促进剂NOBS1.5，硫黄1。为了与目前工厂采 用的低温一次法炼胶工艺相一致，且方便开炼机后续的炼胶 操作，本实验先采用密炼机进行塑炼及混炼，其加料顺序依 次为:橡胶、1/2的N330、白炭黑、SA、ZnO、增塑剂A、防老 剂ＲD、防老剂6PPD、促进剂NOBS、剩余1/2N330，然后将得 到的母炼胶加入开炼机中，再加入硅烷偶联剂Si－69和硫黄， 得到混炼胶。开炼机中的炼胶工艺条件为:辊距0.5～0.9mm， 后辊辊速23～35r/min，速比1.0∶1.1～1.3，炼胶时间14～ 20min，辊筒温度50～80℃。

1.3主要设备及仪器 开炼机智能炼胶实验平台，XK－160E型(本平台可以实 现2辊筒速率和速比的任意调节、辊筒间距的自动调整和精确测量、辊筒横压力的自动测量、辊筒温度的自动控制以及 数据存储等功能)，自行研制;密炼机，XSM－500型，上海科 创橡塑机械设备有限公司生产;无转子硫化仪，MM4130C型， 北京环峰化工机械实验厂生产;平板硫化机，QLB－400×400 ×2型，上海第一橡胶机械厂生产;门尼黏度仪，UM－2050型， 台湾优肯科技股份有限公司生产。

1.4实验方法 针对全钢子午线轮胎胎面胶配方，运用正交实验设计方 法，设计25组实验。根据实验结果，选取开炼机炼胶的主要 过程参数:以开炼机炼胶结束排胶时在线检测的辊筒横压力 (F)、排胶时功率(P)、单位能耗(N)、排胶温度(T)的瞬时检 测值为模型的自变量，以门尼黏度(其值可根据国家标准检 测)为因变量。根据以上方案进行混炼，排胶后直接通过实 验平台读取F值，用手持测温仪检测实际胶料的T，计算排胶 时的P和N，同时采集样本进行门尼黏度测定，最后得到开炼 机的F、P、N、T及门尼黏度的25组实验数据。

2数据的处理与分析 2.1实验数据 开炼机炼胶过程中的F、T、P、N与门尼黏度的25组实验 数据如表1所列。

2.2散点图分析 按正交实验设计方法，以F、P、N和T炼胶过程参数为横 坐标，门尼黏度为纵坐标。根据实验数据，用统计分析软件SPSS绘制出散点图，如图1所示。从图1可直观地看出，门尼 黏度的高低和F、T有较明显的联系，即随着F值的增大、T的 升高，胶料的门尼黏度升高，虽然波动较大，但这种趋势是 肯定的;而P、N与门尼黏度的关系则不是很明显，相关性不 大。

2.3相关性分析 运用统计分析软件SPSS，对25批试样的统计分析结果进 行相关性分析，得到门尼黏度与F、P、N和T之间的相关系数 (Y)矩阵(见表2)。对表2的数据进行筛选，去掉误操作(异常 点)数据，得到F、P、N、T等自变量与门尼黏度的Y分别为0.729、 －0.272、－0.058、－0.531。F、T与门尼黏度的Y分别达到 了0.729、－0.531，说明它们之间有非常明显的线性关系， 尤其是F与门尼黏度的线性关系更为显著;而P、N与门尼黏度 的Y的绝对值都小于0.400，说明它们之间的线性相关程度不 高。这个结论和通过散点图得到的直观分析是一致的。

3在线预测数学模型 3.1预测数学模型的建立 根据上述分析可知，F、T与门尼黏度线性相关性较大， 有较为显著的线性关系，尤其是F，与门尼黏度的线性关系 更为显著，因此，要建立的门尼黏度在线预测数学模型可以 是一元或者二元的线性回归方程。

3.2回归方程的显著性检验 由线性回归分析的结果得到的分别以F为自变量(模型1)和以F、T为自变量(模型2)，门尼黏度为因变量的2个模型 的线性回归方差分析结果列于表3。

3.3回归系数的显著性检验 对回归方程的系数(β)的显著性采用t检验，其系数及 检验结果列于表4。由表4可以看出，经t检验，模型2的β1 和β2的显著性水平分别为0和0.008，其值的绝对值都大大 小于给定的显著性水平0.100，均有显著性意义，说明本模 型的β有较强的显著性［4］。

3.4预测数学模型的适宜性检验 对预测数学模型的适宜性检验结果残差正态概率如图2 所示。从图2可以看出，残差值近乎为一条直线，表明残差 服从正态分布，符合回归假设。对模型的考察表明该模型拟 合得非常好，回归极为显著，通过了所有有关的检验。此外， 测定Y值达到0.813，非常理想，再次说明在影响因素众多的 情况下，采用逐步回归法逐次寻找对因变量影响显著的因素 是比较合适的。

3.5预测数学模型的验证 将通过预测数学模型求得的NＲ试样的门黏度预测值与 实测值进行比较，计算并分析它们之间的绝对误差，结果如 表5所列。由表5可见，NＲ的门尼黏度预测值与实测值的绝 对误差均在5.00以内，占100%;绝对误差在3.00～5.00的试 样共有4个，占16%;其余的绝对误差都在3.00以下，占84%。

可见本预测数学模型的误差较小，预测结果可用。4结论 根据实验测得NＲ的25组实验数据，运用统计分析软件 SPSS，建立了开炼机混炼胶门尼黏度与F和T相关的线性在线 预测数学模型:y=56．308+1．471x1－0．301x2，用其对25 组试样的门尼黏度进行预测，其预测值与实测值之间的绝对 误差全部在5.00以内，说明本预测数学模型的误差较小，预 测效果良好，可以应用于开炼机混炼胶的门尼黏度在线预测。