CN101607644A - 用于控制振动的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于控制振动的方法和装置，以控制卷绕设备中支承辊(203)的机械振动，卷绕设备包括用于将支承辊压靠在机器卷(204)上的支撑装置(205)及用于测量支承辊机械振动的传感装置(206)。卷绕设备包括控制单元(208)，其用于改变支承辊与机器卷之间的、与支撑装置的至少一部分相关的压区力(Fn)的方向，以抑制支承辊的机械振动的增大。可以例如通过改变卷绕角度(α)来改变与支撑装置的至少一部分相关的压区力的方向。支撑装置的刚性沿不同方向而不同。此外，当改变与支撑装置相关的压区力的方向时，机械振动的固有频率发生改变。通过固有频率的变化可避免支承辊振动的固有频率与激发频率相近的情况。

Description

用于控制振动的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于控制卷绕设备(Rollvorrichtung)的支承辊的机械振动的方法和装置。本发明还涉及一种卷绕设备。
背景技术
图1示出了卷绕设备的原理图，其中纸或其他待卷绕的材料101围绕卷绕轴102进行卷绕。与造纸机相关的所述卷绕轴通常称为鼓形辊(Tambourwalze)，并且由围绕着鼓形辊并围绕鼓形辊卷绕的材料形成的复杂单元称为机器卷104。卷绕装置包括支承辊(Tragtrommel)103，所述支承辊借助支撑装置105压靠在机器卷上，所述支撑装置例如可以包括用于产生压力的液压缸和液压活塞。待卷绕的材料101在支承辊103与机器卷104之间行进。转矩M1定向在支承辊103上并且转矩M2定向在卷绕轴102上。产生转矩M2的设备通常称为定心驱动设备(Zentrierantrieb)。在支承辊103与机器卷104之间作用的力的径向分量Fn(-Fn)称为压区力，所述压区力通常视为与机器卷的宽度相关的力(N/m)。其他与卷绕相关的力为在机器卷104的表面上作用的、由转矩M2产生的沿切向方向的圆周力，以及由转矩M1产生的沿切向方向的力，该力将支承辊定向在待卷绕的材料101上。沿切向方向的所述力影响待卷绕的材料101的幅材张力。通过调节压区力Fn(-Fn)来试图保持形成的机器卷104的强度
Figure G2009101496535D00011
在期望的范围内。
在更换卷绕轴102时在卷绕轴表面通常残留有由待卷绕材料形成的集束(Bündel)，因此机器卷截面的形状并非圆形形状。所述集束会产生定向在支承辊103上的脉动力(pochende Kraft)，所述脉动力可能会激发支承辊与机器卷之间不利的机械振动。所述机械振动例如使所述压区力难以调节。因此当所述激发力的频率为由支撑装置105和支承辊103所构造的机械系统的机械固有频率、所述固有频率的多倍或者近似于所述固有频率或近似于所述固有频率的多倍时，这种情况特别不利。
在根据现有技术的技术方案中，试图通过在支承辊表面上设置的覆层来减弱支承辊103的机械振动，所述覆层由例如橡胶或聚氨酯的软材料制成。在根据现有技术的另一技术方案中，试图通过摩擦制动构件防止或限制支承辊的机械振动，所述摩擦制动构件设置为将机械振动的动能转化为热量并由此减弱支承辊的机械振动。与造纸机相关的所述摩擦制动构件通常称为摩擦制动滑块(Schlitten)。基于可以单独或分开使用的根据现有技术的所述技术方案，可以减弱支承辊的机械振动，但是在所述技术方案中难以避免以下情况，即激发力的频率为由支撑装置和支承辊所构造的机械系统的机械固有频率、所述固有频率的多倍或者近似于所述固有频率或近似于所述固有频率的多倍。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种新颖的用于控制卷绕设备支承辊的机械振动的方法，所述卷绕设备中设有用于将所述支承辊压靠在机器卷上的支撑装置。在根据本发明的方法中，测量所述支承辊的机械振动，并且为了制止所述机械振动的增大，改变所述支承辊与所述机器卷之间的力的径向分量(即压区力)的方向。
通过改变支承辊与机器卷之间的卷绕角度可以改变与支撑装置相关的压区力的方向，所述卷绕角度限定为压区力的方向与压力的方向之间的角度。支撑装置的刚性(弹性)沿不同的方向而不同。因此支撑装置沿压区力方向的刚性取决于与支撑装置有关的压区力方向。此外，当与所述支撑装置有关的压区力方向变化时，沿压区力方向的机械振动的固有频率也发生改变。通过改变卷绕角度以及进而改变所述固有频率可以避免以下情况：激发力的频率为由支撑装置和支承辊所构造的机械系统的机械固有频率、所述固有频率的多倍、或者近似于所述固有频率或近似于所述固有频率的多倍。可以例如通过实验或通过其他方法得到机械振动足够小时的卷绕角度。
本发明的另一个目的在于，提供一种新颖的用于控制卷绕设备中支承辊的机械振动的装置，所述卷绕设备中设有用于将所述支承辊压靠在机器卷上的支撑装置。根据本发明的装置包括用于测量所述支承辊的机械振动的传感装置以及控制单元，所述控制单元设置成用于改变所述支承辊与所述机器卷之间的、与所述支撑装置的至少一部分相关的力的径向分量的方向，以抑制(Anschlag)所述支承辊的机械振动的增大。
本发明还提供一种新颖的卷绕设备，包括：
支承辊；
支撑装置，用于将所述支承辊压靠在机器卷上；
传感装置，用于测量所述支承辊的机械振动；以及
控制单元，其设置成用于改变所述支承辊与所述机器卷之间的、与所述支撑装置的至少一部分相关的力的径向分量(即压区力)的方向，以抑制所述支承辊的机械振动的增大。
在本发明所附权利要求中示出了本发明多种实施例的特征。
附图说明
以下参照附图对本发明的实施例及其优点进行详细说明。在附图中：
图1示出了根据现有技术的卷绕设备的侧视图；
图2a和图2b示出了卷绕设备的侧视图，该卷绕设备包括根据本发明实施例的用于控制支承辊机械振动的装置；
图3示出了根据本发明实施例的用于控制支承辊机械振动的方法的流程图；以及
图4示出了根据本发明实施例的用于控制支承辊机械振动的方法的流程图。
之前在本说明书中已经与现有技术的说明相关地对图1进行了说明。
具体实施方式
图2a示出了卷绕设备的侧视图，所述卷绕设备包括根据本发明实施例的用于控制支承辊203的机械振动的装置。卷绕设备包括用于将支承辊压靠在机器卷204上的支撑装置205。在支撑装置中例如设有由一个或多个液压缸构成的用于产生压力的力产生构件(Krafterzeugungselement)和/或由一个或多个螺杆及由其抑制件(Anschlag)构成的用于产生压力的力产生构件。用于控制支承辊的机械振动的装置包括用于测量支承辊机械振动的传感装置(Gebervorrichtung)206。该用于控制支承辊的机械振动的装置包括控制单元208，所述控制单元设置成用于改变支承辊203与机器卷204之间的、与支撑装置205的至少一部分相关的力的径向分量(即压区力)Fn(-Fn)的方向，以抑制所述支承辊的机械振动的增大。在本发明的此实施例中控制单元208设置成，为了改变与支撑装置205的至少一部分相关的压区力Fn(-Fn)的方向而改变支承辊与机器卷之间的卷绕角度。所述卷绕角度确定为压区力-Fn与重力的方向212之间的角度α。需注意的是，卷绕角度可以以不同方式来表示。例如，卷绕角度可以为图2a所示的角度α或者压区力Fn(或-Fn)与坐标系210的x轴之间的角度。支撑装置205在坐标系210的y向上的刚性(弹性)不同于在坐标系210的x向上的刚性(弹性)。因此支撑装置沿压区力Fn(-Fn)方向的刚性取决于与支撑装置有关的压区力方向。此外，当与支撑装置有关的压区力方向变化时，沿压区力方向的机械振动的固有频率就会改变。通过改变卷绕角度并且进而改变所述固有频率可以避免以下情况：脉冲激发力(pulsierenden Erregerkraft)的频率为由支撑装置和支承辊所构成的机械系统的机械固有频率、所述固有频率的多倍、或者近似于所述固有频率或近似于所述固有频率的多倍。传感装置206的输出信号211与控制单元208相偶接(koppeln)，该传感装置设置成用于感测支承辊机械振动的改变。控制单元设置成用于控制机器卷的支承装置209，从而调节卷绕角度至期望的值。控制单元208的输出信号207与支承装置209的控制系统(图2a中未示出所述支承装置209的控制系统)相偶接。例如通过如下简化的、排他的(ausgrenzend)方式可以得到支承辊的机械振动明显足够小时的卷绕角度：
-开始状态：支承辊的机械振动量已经超出预先确定的上限；
-阶段1：新卷绕角度＝旧卷绕角度+Δ；
-阶段2：如果机械振动由于卷绕角度的变化而增大，Δ值以如下方式计算出新的值：新Δ＝-σ×旧Δ(0＜σ＜1)；
-阶段3：如果Δ的绝对值大于之前设定的最终范围，则返回阶段1。
在根据本发明实施例的装置中，传感装置206包括至少一个加速度传感器(Beschleunigungsgeber)，所述加速度传感器设置成用于测量支承辊203在垂直于所述支承辊的卷绕轴的方向上的加速度。所述加速度传感器中的至少一个可以例如设置在支承辊的轴承箱
Figure G2009101496535D00041
221中。
在根据本发明实施例的装置中，传感装置206包括至少一个速度传感器，所述速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的速度。所述速度传感器中的至少一个可以例如设置在支承辊的轴承箱221中。
在根据本发明实施例的装置中，传感装置206包括至少一个位置传感器，所述位置传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的位置。
在根据本发明实施例的装置中，传感装置206包括加速度传感器，所述加速度传感器设置成用于测量支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的两个彼此相交的方向上的加速度。所述方向可以例如为坐标系210的x向和y向。所述加速度传感器可以例如设置在支承辊的轴承箱221中。
在根据本发明实施例的装置中，传感装置206包括速度传感器，所述速度传感器设置成用于测量支承辊203在垂直于所述支承辊的转轴的两个彼此相交的方向上的速度。
在根据本发明实施例的装置中，传感装置206包括位置传感器，所述位置传感器设置成用于测量支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的两个彼此相交的方向上的位置。
基于将要发生变化的卷绕角度的变化，可以使用机械振动的加速度、速度、振幅或者使用基于两个或所有前述的值产生、计算出的值，作为表明支承辊203机械振动大小的量值之一。在产生表明振动大小的量值的情况下，随后可以使用对于正弦状振动有效的关系式(Korrelation)：速度的峰值＝2π×频率×振幅，以及加速度的峰值＝(2π×频率)2×振幅。
图2b示例性示出了图2a所示的卷绕设备的侧视图，其中卷绕角度的值与图2a所示例性示出的不同。
表1示出了当卷绕角度和压区力的值不同时由造纸机的支承辊与相关支承辊的支撑装置所构成的机械系统的机械固有频率fres。压区力示出为与机器卷的宽度相关的力(N/m)。在表1示出的情况中，支承辊通过由液压缸和液压活塞构成的力产生构件而被压靠在机器卷上。卷绕角度为图2a和图2b所示出的值。角度α的带有符号的大小这样表示：在图2a中角度α约为+60°，而在图2b中角度α约为-7°。
表1
  α＝-9°   α＝0°   α＝+30°
  Fn＝3kN/m   fres＝18.00Hz   fres＝17.25Hz   fres＝16.75Hz
  Fn＝6kN/m   fres＝18.25Hz   fres＝17.50Hz   fres＝17.05Hz
表2示出了当卷绕角度和压区力(N/m)的值不同时由造纸机的支承辊与相关支承辊的支撑装置所构成的机械系统的机械固有频率fres。在表2示出的情况中，支承辊为缓冲支承辊(
Figure G2009101496535D00061
Tragtrommel)，其通过构造有缓冲特性的弹簧组(Federpaket)弹性地被支撑。
表2
  α＝-30°   α＝0°   α＝+30°
  Fn＝3kN/m   fres＝17.50Hz   fres＝17.70Hz   fres＝17.50Hz
  Fn＝6kN/m   fres＝18.75Hz   fres＝18.75Hz   fres＝18.25Hz
根据本发明实施例的卷绕设备包括以下的构件(附图标记参见图2a和图2b)：
支承辊203；
支撑装置205，用于将所述支承辊压靠在机器卷204上；
传感装置206，用于测量所述支承辊的机械振动；以及
控制单元208，其设置成用于改变所述支承辊与所述机器卷之间的、与所述支撑装置的至少一部分相关的力的径向分量(即压区力)的方向，以抑制所述支承辊的机械振动的增大。
在根据本发明实施例的卷绕设备中，控制单元208设置成，在所述卷绕角度确定为所述力的径向分量的方向与压力的方向212之间的角度时，改变支承辊203与机器卷204之间的卷绕角度，从而改变与所述支撑装置的至少一部分相关的所述力的径向分量的方向。
根据本发明的卷绕设备包括以下技术特征(a)和(b)中的至少其中之一：
(a)支承辊203的外层(Mantel)覆盖有一覆层，所述覆层由比所述覆层之下的支承辊的材料更软的材料(例如由橡胶或由聚氨酯)制成；以及
(b)在支撑装置205中设有至少一个摩擦制动构件，所述摩擦制动构件设置成用于将支承辊203的机械振动的动能转化为热量并由此减弱支承辊的机械振动。
图3示出了根据本发明实施例的用于控制支承辊的机械振动的方法的流程图。在功能块301中测量所述支承辊的机械振动。该测量优选在其他的活动部件
Figure G2009101496535D00071
附近进行。如果机械振动的量值大于事先确定的上限(“决定”块302的“是”-分支)，则改变所述支承辊与所述机器卷之间的、与所述支撑装置的至少一部分相关的力的径向分量(即压区力)的方向(功能块303)。如果在功能块303中执行的措施没有增大机械振动(“决定”块304的“否”-分支)，即压区力的方向的变化极有可能是有利的，则返回功能块303。如果在功能块303中执行的措施增大了机械振动(“决定”块304的“是”-分支)，即压区力的方向的变化很有可能是不利的，则更换方向变化的符号且减小方向变化的步进量(功能块305)。从功能块305返回功能块303。在图3示出的方法中，通过简化的、排他的方式能得到与所述支撑装置的至少一部分相关的压区力的最优方向。值得注意的是，与所述支撑装置的至少一部分相关的方向还可以根据与上述简化的、排他的方式不同的其他原理来进行改变。对于所述压区力的方向而言，例如可以确定两个或多个可选的值，在不同的情况中从所述值中进行选择，以实现支承辊的机械振动的程度最低。
图4示出了根据本发明实施例的用于控制支承辊的机械振动的方法的流程图。在功能块401中测量所述支承辊的机械振动。该测量优选在其他的活动部件附近进行。如果机械振动的量值大于事先确定的上限(“决定”块402的“是”-分支)，则改变所述支承辊与所述机器卷之间的卷绕角度，所述卷绕角度确定为压区力的方向与压力的方向之间的角度(功能块403)。如果在功能块403中执行的措施没有增大机械振动(“决定”块404的“否”-分支)，即卷绕角度的变化很可能是有利的，则返回功能块403。如果在功能块403中执行的措施增大了机械振动(“决定”块404的“是”-分支)，即卷绕角度的变化很可能是不利的，则更换卷绕角度变化的符号且减小卷绕角度变化的步进量(功能块405)。从功能块405返回功能块403。在图4示出的方法中，通过简化的、排他的方式能得到最优的卷绕角度。值得注意的是，卷绕角度还可以根据与上述简化的、排他的方式不同的其他原理来进行改变。对于卷绕角度而言例如可以确定两个或多个可选的值，在不同的情况中从所述值中进行选择，以实现支承辊的机械振动的程度最低。
在根据本发明实施例的方法中，通过至少一个加速度传感器测量所述支承辊的机械振动，所述加速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的加速度。
在根据本发明实施例的方法中，通过至少一个速度传感器测量所述支承辊的机械振动，所述速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的速度。
在根据本发明实施例的方法中，通过至少一个位置传感器测量所述支承辊的机械振动，所述位置传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的位置。
在根据本发明实施例的方法中，通过加速度传感器测量所述支承辊的机械振动，所述加速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的两个彼此相交的方向上的加速度。
在根据本发明实施例的方法中，通过速度传感器测量所述支承辊的机械振动，所述速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的两个彼此相交的方向上的速度。
在根据本发明实施例的方法中，通过位置传感器测量所述支承辊的机械振动，所述位置传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的两个彼此相交的方向上的位置。
对于本领域技术人员显而易见的是，上述实施例并非用于限制本发明及其实施例，本发明及其实施例在所附权利要求书所限定的范围内能够进行各种变化。通常使用例如“装置包括控制单元”之类的表述对技术特征进行描述，使得技术特征的描述并非排除在独立权利要求或从属权利要求中描述的其他技术特征。

Claims (13)

1.一种用于控制卷绕设备中支承辊(203)的机械振动的方法，所述卷绕设备包括用于将所述支承辊压靠在机器卷(204)上的支撑装置(205)，并且在所述方法中测量所述支承辊的机械振动(301，401)，其特征在于，在所述方法中改变所述支承辊与所述机器卷之间的、与所述支撑装置的至少一部分相关的力的径向分量的方向(303，403)，以抑制所述支承辊的机械振动的增大(302，402)。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法中，当所述卷绕角度确定为所述力的径向分量的方向与压力的方向(212)之间的角度时，通过改变所述支承辊与所述机器卷之间的卷绕角度(403)来改变与所述支撑装置的至少一部分相关的所述力的径向分量的方向。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个加速度传感器测量所述支承辊的机械振动，所述加速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的加速度。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个速度传感器测量所述支承辊的机械振动，所述速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的速度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过至少一个位置传感器测量所述支承辊的机械振动，所述位置传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的位置。
6.一种用于控制在卷绕设备中的支承辊(203)的机械振动的装置，所述卷绕设备包括用于将所述支承辊压靠在机器卷(204)上的支撑装置(205)，并且在所述用于控制在卷绕设备中的支承辊的机械振动的装置中，设有用于测量所述支承辊的机械振动的传感装置(206)，其特征在于，所述用于控制在卷绕设备中的支承辊的机械振动的装置还包括控制单元(208)，所述控制单元(208)设置成用于改变所述支承辊与所述机器卷之间的、与所述支撑装置的至少一部分相关的力的径向分量的方向，以抑制所述支承辊的机械振动的增大。
7.如权利要求6所述的用于控制在卷绕设备中的支承辊的机械振动的装置，其特征在于，当所述卷绕角度确定为所述力的径向分量的方向与压力的方向(212)之间的角度时，所述控制单元设置成用于改变所述支承辊与所述机器卷之间的卷绕角度，从而改变与所述支撑装置的至少一部分相关的所述径向分量的方向。
8.如权利要求6所述的用于控制在卷绕设备中的支承辊的机械振动的装置，其特征在于，所述传感装置(206)包括至少一个加速度传感器，所述加速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的加速度。
9.如权利要求6所述的用于控制在卷绕设备中的支承辊的机械振动的装置，其特征在于，所述传感装置(206)包括至少一个速度传感器，所述速度传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的速度。
10.如权利要求6所述的用于控制在卷绕设备中的支承辊的机械振动的装置，其特征在于，所述传感装置(206)包括至少一个位置传感器，所述位置传感器设置成用于测量所述支承辊在垂直于所述支承辊的转轴的方向上的位置。
11.一种卷绕设备，包括：
支承辊(203)；
支撑装置(205)，用于将所述支承辊压靠在机器卷(204)上；
传感装置(206)，用于测量所述支承辊的机械振动；
其特征在于，所述卷绕设备还包括控制单元(208)，所述控制单元设置成用于改变所述支承辊与所述机器卷之间的、与所述支撑装置的至少一部分相关的力的径向分量的方向，以抑制所述支承辊的机械振动的增大。
12.如权利要求11所述的卷绕设备，其特征在于，所述支承辊(203)的外层覆盖有覆层，所述覆层由比所述覆层之下的所述支承辊的材料更软的材料制成。
13.如权利要求11或12所述的卷绕设备，其特征在于，所述支撑装置(205)包括至少一个摩擦制动构件，所述摩擦制动构件设置成用于将所述支承辊的机械振动的动能转化为热量并由此减弱所述支承辊的机械振动。
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