CN102756938A - 用于卷绕材料幅的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将材料幅卷绕在卷筒(5)上的设备，所述设备具有至少一个辊子(2，3)，卷筒在卷绕时支承在辊子上并且在卷绕时以最大旋转频率转动，其中，所述辊子在每个辊端各通过一个轴承(7，8)支承在轴承装置中，并且所述辊子(2，3)及其轴承装置具有第一固有频率。也希望能够在问题尽可能少的情况下卷绕振动临界的材料幅。为此可将所述第一固有频率设置为小于辊子的最大旋转频率。

Description

用于卷绕材料幅的设备和方法

技术领域

本发明涉及一种用于将材料幅卷绕成卷筒的设备，所述设备具有至少一个辊子，卷筒在卷绕时支承在该辊子上并且使其在卷绕时以最大旋转频率转动，其中，所述辊子在每个辊端通过轴承支承在轴承装置中，并且所述辊子及其轴承装置具有第一固有频率。

此外，本发明还涉及一种用于将材料幅卷绕成卷筒的方法，其中，将所述卷筒支承在至少一个辊子上，该辊子在卷绕时以最大旋转频率转动。

背景技术

下面以纸幅作为材料幅的例子对本发明进行说明。然而，本发明也可应用于出现类似问题的其它材料幅。用于卷绕纸幅的设备达到大于10米的较宽工作幅宽。其中，在纵向分割幅面的情况下，该设备制出的卷筒的最终直径可达1.6米或更大。在未分割幅面的情况下，其最终直径则可以达到3.5米或更大。

在卷绕纸幅时，会反复观察到卷绕设备出现振动。但由于多种原因，这种振动都是不被期望的。一方面，振动会带来噪音。另一方面，也会降低所制造的卷筒的质量。在临界状态下，振动则可能强烈到使卷筒弹出卷绕设备的程度。

尤其当卷绕纸幅的静摩擦值较高时，会导致不期望发生的强烈的振动现象。而所述纸张类型通常指振动临界的纸。当纸层之间的静摩擦值大于0.5，特别是达到0.7甚至更大值时，会出现这种情况。

人们认为，振动是由于卷筒引起的自激励效应。由于纸层之间的静摩擦系数较高，因而大大抑制卷绕纸幅时常见的层错移。这导致在卷筒外围上会产生动态决定的卷绕硬度差，从而导致卷筒外周上的半径改变，因为缺少了层错移而无法对卷绕硬度差进行足够的补偿。在辊子上的卷筒的任何动态形变或者是说动态卷绕载荷中会剩下一小部分作为位置固定的保留变形，所述变形在重新进入卷绕接触区域时起到像行程激励一样的作用。在卷绕转数的若干谐波与由辊子和卷筒构成的卷绕系统的特定固有频率共同作用的情况下，这种再生效应就会导致使振动本身得以强化的自激励过程。

迄今为止，人们都尝试这样来解决这个问题，即，将系统的第一固有频率，也就是最低固有频率设置得较高，使得卷绕设备在运行时无法达到该固有频率。因此，这一公知的系统是基于所述辊子的最高转数而设置的。其中，当卷绕设备启动时仅允许最高转数以下的旋转频率。当卷筒加速至最大卷绕速度并且在所进入的主卷绕阶段仍具有最小直径时，卷筒有效作用于卷绕辊子的激励频率为最大。那么，随着卷筒直径的增大并且当材料幅被恒速导入时，卷筒的旋转频率和由其作用于卷绕辊子的激励频率则又相应地下降。

人们还尝试通过适当的阻尼器来减少振动的出现。

发明内容

有鉴于此，本发明主要要解决的技术问题是，能够在问题尽可能少的情况下卷绕振动临界的材料幅。

在上述类型的设备中，通过使得第一固有频率小于辊子的最大旋转频率来解决这一技术问题。

在这种构型下，所述设备一达到最大卷绕速度就可以超临界运行，也就是说，辊子的旋转频率大于由辊子和轴承装置构成的系统的固有频率。从而能够在(非圆形)卷筒的行程激励与振动的辊子连同所承载的卷筒的系统响应之间实现约为180°的相移。即使没有完全达到所述相移，也可通过对振动进行阻尼或者是说不像此前那么强烈地激励振动，从而实现十分积极的效果。

优选所述卷筒在达到其最大直径时降低旋转频率，并且第一固有频率小于卷筒的所述降低的旋转频率。如上所述，反复以恒定的速度来卷绕材料幅。这导致卷筒的转数随着卷筒直径的递增而递减。然后，将由辊子和轴承装置构成的系统的固有频率选择得更小，即小于卷筒在达到其最大直径时的降低的旋转频率。所述最大直径通常由卷绕设备给定。这同样适用于材料幅所需的导入速度并因此适用于辊子的最大旋转频率，即其在卷绕过程开始将材料幅加速至所需传输速度时达到的最大旋转频率，而该旋转频率通常在主卷绕阶段期间基本保持恒定。

优选所述轴承装置具有随激励频率变化的刚度。因此，会得到不同于动刚度的静态刚度(如辊子的激励频率等于零)，当以较高的激励频率激励辊子时，才会出现动刚度。其中，所述刚度为一个辊子的两个轴承的刚度总和。

其中，优选所述轴承装置具有大于辊子刚度的静态刚度。因此，该轴承装置用于低频(f→0，或f＜0.1Hz)载荷，即相对于长时间作用的载荷是相对刚性的，使得即使出现更大的作用力，如成品卷筒的重力，辊子也不会发生任何位移。

其中，优选所述静态刚度至少为辊子刚度的2倍。因此，可将静态刚度选定为较大值。

优选所述轴承装置具有小于辊子刚度的动刚度。随着激励频率的增加，轴承装置的刚度因而下降，使得轴承装置较少地抑制辊子的振动。因此，轴承装置在振幅方面回收到确定的限值以内。在卷绕过程中，始终通过多重作用，也即叠加地激励辊子。所述激励由于主要是基于卷筒的，因而也会不断改变。在大范围内可更好地预测基于辊子实际旋转频率的激励，并且，这种激励在达到临界卷绕状态时起到的作用也是次要的。

其中，优选所述动刚度最大为辊子刚度的50％。因此，轴承装置的动刚度和静态刚度之间存在巨大差异。

所述轴承具有液体静压轴承，该液体静压轴承具有至少一个被供给液压流体的第一轴承油室。可以两种方式：即以恒定体积流或通过节流阀以恒定预压，将液压流体供给轴承油室，其中，所述预压明显大于轴承油室中的压力。两种方式都会导致静态位置调整。而无论在何种情况下，在轴承油室边沿上都会根据载荷出现基本平均相等的油隙。然而，也可能承受暂时或者说高速的运动，例如暂时振动或高速振动。由于间隙变化所起到的静态载荷的作用是非常小的，因此无需例如对辊子定位进行电子调整。

优选所述轴承油室通过节流阀与蓄压器相连。在辊子的振动运动中，该蓄压器会暂时容纳不能通过轴承油室边沿上的间隙排出的流体，所述流体在辊子的相对运动下再被排出。其中，所述流体流经节流阀，由此实现阻尼。因而，能量也借助该节流阀被导出振动系统。因此，由液体静压轴承与设有节流阀的蓄压器构成的组合使得轴承的动态特性与静态特性差异明显，从而可通过简单的方式实现静态状态和动态状态下的不同刚度。

优选所述节流阀具有可调流阻。因而阻尼可调。从而可通过简单的方式影响轴承的动刚度，使得所述动刚度被设定为产生尽可能小的振动。

优选所述节流阀与可从外部操作的调节装置相连。那么，一旦将节流阀置入轴承内，也可相应地改变动刚度。由此也能够实现适配的阻尼，也就是说，可根据情况来设定动刚度和阻尼。

优选所述液体静压轴承与弹簧装置串联设置。所述弹簧装置例如可形成轴承油室方向上的预压。可用其将将轴承整体调节得更硬。

优选至少为另一液体静压轴承设置至少一个第二轴承油室，所述第二轴承油室被供给恒定体积流的液压流体，其中，第二轴承油室与第一轴承油室的工作方向不同。例如可将第一轴承油室的工作方向与第二轴承油室的工作方向之间的角度成90°。由此可从两个或更多的方向支承轴承。因此，也就不限于仅在重力方向上静压地支承所述轴承。

优选将至少一个轴承油室分为两个子油室，其中，各通过一个输入节流阀为每个子油室供应流体。通过这种构型，可防止轴承相对于轴承油室倾翻。相反，也使得所述轴承始终通过其整个支承面与轴承油室的边沿保持平行。

所述技术问题在上述类型的方法方面通过使辊子超临界运行而得以解决。

卷绕设备一旦达到最大卷绕速度就可以超临界运行，也就是说，辊子的旋转频率要大于由辊子与其轴承装置即两个辊端上的轴承构成的系统的固有频率。如上所述，因此能够在由卷筒引起的行程激励与振动的辊子连同支承的卷筒的系统响应之间实现约为180°的相移。由此来对振动进行阻尼，或者是说使得由卷筒和辊子构成的系统不如此前那么强烈地被激励。

附图说明

下面通过优选实施例及其附图来阐述本发明，其中：

图1为用于将材料幅卷绕成卷筒的设备的示意图；

图2为轴承的第一实施例；

图3为轴承的第二实施例；

图4为轴承的第三实施例；

图5为轴承的第四实施例，以及

图6为不同的频率响应。

具体实施方式

图1非常清晰地示出了双支承辊卷取机形式的卷绕设备1。所述卷绕设备1具有两个滚筒式支承辊2、3，所述支承辊之间构成了卷绕床4，在卷绕床4中设有示意地示出的卷筒5，在所述卷筒5上对未详细示出的材料幅进行卷绕。此类双支承辊卷取机的构造本身是公知的。

两个支承辊2、3支承在机架6上。因此，各支承辊2、3具有在每个辊端上均设有轴承7、8的轴承装置。图1仅分别示出了单个轴承7、8。

这种卷取设备可以最大输入速度运行。所述输入速度例如为2500米/分钟或3000米/分钟。由此可实现一定的转数并因此实现支承辊2、3的一定的旋转频率。所述卷绕设备是为该旋转频率而设置的。当卷绕过程开始时，卷筒5的转数最大，因为此时卷筒5的直径最小。而在卷绕过程结束时，即当卷筒5的直径达到最大时，卷筒5以一个降低的频率运行。

各支承辊2、3(包括其设有轴承7或8的轴承装置)均具有第一固有频率。第一固有频率即最小固有频率。简单来说，也就是固有弯曲频率。这样来选定带有轴承7、8的支承辊2、3的第一固有频率，使其小于支承辊2、3的最大旋转频率。

这也使得设备1可超临界运行，从而能够在卷筒5的行程激励与由支承辊连同支承着的可形变的卷筒5构成的振动系统的系统响应之间实现约为180°的相移。

为了达到这种状态，须对支承辊2、3进行非常轻微的动态调整。然而，所述系统在静态上须相当坚硬，从而能够承受例如成品卷筒5的质量。

图2示出了可实现这一目的的一种可能。图2放大且非常清晰地示出了轴承7。

所述轴承7具有轴承外壳9，支承辊2的辊颈10以可旋转的方式支承在轴承外壳9中。辊颈10可支承在设有滚动轴承或类似元件的轴承外壳9中。

轴承外壳9设在机壳11中，所述机壳与机架6相连或构成机架6的一部分。机壳11沿重力方向在轴承外壳9的下方设有液体静压轴承的第一轴承油室12。第一轴承油室12与液压流体的输入管道13相连。通过未进一步示出的供给装置将恒定体积流Vp的液压流体提供给输入管道13。为此所需的泵和调节装置是公知的，因而在此未示出。

第一轴承油室12被环状隔油梁14包覆。所述隔油梁14与轴承外壳9共同构成了间隙15，间隙15同样环绕轴承油室12构造。因此，由输入管道13流入的液压流体可以仅通过间隙15泄漏出，并且通过排放装置16导出。

由于液压流体的体积流Vp为恒定，因而在静态状态下，间隙15的平均高度ho也近似恒定，使得轴承外壳9相对于机壳11始终具有清楚限定的位置，而无需常规技术手段下的其它调节。

替代恒定的体积流，也可以以另一种方式将液压流体供给至轴承油室12：即向轴承油室施加更大的压力并且通过(未示出的)节流阀供给液压流体。在这种情况下，也可以实现所述效果。

第一轴承油室12通过节流阀18与蓄压器17相连。其中，蓄压器17构造为具有隔膜19的气体蓄压器，所述隔膜19将液体区域20与压力下的气体区域21隔开。

如支承辊2发生振动，即使轴承外壳9也产生相应的振动。从而使得间隙15平均地保持高度ho。然而，间隙15的厚度以相同的频率发生改变，支承辊7也以该频率振动。

由于通过输入管道13供给恒定体积流Vp的液压流体，那么，当间隙15变小并且流阻由此增加时，蓄压器17的液体区域20会容纳未通过间隙15流出的液压流体。而当间隙15略微变大时，液体又从蓄压器17中排出。

无论在流入蓄压器17时还是从蓄压器17中流出时，液压流体都会经过节流阀18。然后，这种动能被转化为热能。从而从振动系统中提取能量。

通过这种方法，相对于振动形成了相对柔性的支承。换句话说，即轴承7对于静态载荷具有高度刚性，并且对于动态载荷具有低度刚性。例如轴承7的静态刚度至少为支承辊2的刚度的两倍，轴承7的动刚度最大为支承辊2的刚度的一半。

由于轴承外壳9相对于机壳11基本为不可移动的，因此，当极值载荷小于液体静压轴承的隔油梁14上所需的油挤压阻尼时，轴承外壳9在机壳11上的抵靠完全是非临界的。

节流阀18具有可变流阻。如图中箭头22所示。为改变节流阀流阻，使用可从外部操作的调节装置，如电动机或类似装置。那么，如将节流阀18如图所示地置入轴承7中并且因此不能被接近，那么也可以对节流阀18的节流阀流阻进行调节。

在本实施例中，轴承外壳9具有矩形横截面。第一轴承油室12作用于所述矩形的一侧。此外，设置两个第二轴承油室23、24，所述第二轴承油室23、24作用于该矩形中与第一轴承油室12所作用的一侧垂直的其它侧面。并且，第二轴承油室23、24与输入管道25、26相连，所述输入管道被供给恒定体积流Vp的流体。第二轴承油室23、24还被隔油梁27、28包覆，所述隔油梁27、28与轴承外壳9共同构成了油隙29、30，使得轴承外壳9即使在其它方向上也具有相对于机壳11的液体静压轴承。所述第二轴承油室23、24可同样与未进一步示出的蓄压器相连。

图3示出了轴承7的一种变型，其中，以相同的附图标记来表示相同或功能类似的元件。

在该实施例中，省略了第二轴承油室23、24。其中，通过弹簧叠片31、32相对机壳11支承轴承外壳9。与第一轴承油室12工作方向平行的弹簧叠片31、32为相对柔性，而与之垂直的弹簧叠片则是相对刚性的。因此，弹簧叠片31、32会与第一轴承油室12的液压流体的压力叠加作用，使得由第一轴承油室12构成的液体静压轴承与通过弹簧叠片31、32构成的弹簧装置形成串联。例如可通过弯曲弹簧叠片构造所述弹簧叠片31、32。这种组合在由于如位置关系、限定的油料流量、蓄压器容积等边界条件而在液体静压轴承与蓄压器的共同作用下并不能实现动刚度与阻尼性能的理想组合的情况下是十分重要的。

图4示出了轴承7的另一种构型，其基本与图2所示相同。因而，在此用相同的附图标记来表示相同和相应的元件。

其中，也设有第二轴承油室23、24，其优点在于，能够实现各向同性地阻尼的轴承单元，所述轴承单元对于卷筒5的任意直径并因此对于卷绕床4中的任意载荷角都可以确保最优的阻尼性能。

与图2所示构型不同的是，另有压力弹簧33作用于轴承外壳9。通过与机壳11相连的盖子34，使得压力弹簧33预张紧，从而使轴承外壳9在第一轴承油室12的方向上被预加载荷。

图5示出了轴承7的另一种构型，其中，以与上述实施例相同的标注来表示相同和功能类似的元件。

位于(图5)右侧的第二轴承油室24被分为两个子油室24a、24b。从输入管26通过输入节流阀35a、35b将液压流体提供给每个子油室24a、24b。被供给至输入管26中的体积流Vp仍然是恒定的。

这种将轴承油室24分为两个子油室的做法当然同样也适用于第一轴承油室12和第二轴承油室23。

这种将轴承油室24分为两个或多个子油室24a、24b的做法的好处在于，能够防止轴承外壳9相对于机壳11倾翻。

图6示意地示出了在卷绕设备中产生的各种频率曲线。其中，卷筒5在水平向右方向上的直径为d，垂直向下方向上的每种频率为f。可定性理解该图。

以fr表示支承辊2、3的旋转频率。以fw表示卷筒5的旋转频率。可以看出，支承辊2、3的旋转频率在启动阶段后保持恒定。但由于要以恒定的速度来卷绕材料幅，而卷筒5的直径会不断增大，因而卷筒的旋转频率会在达到最大旋转频率后下降。

当支承辊2、3的旋转频率fr达到最大恒定旋转频率fR，就会看到这种情况。

用f01A表示支承辊2、3的固有频率。可以看到，支承辊2、3的旋转频率fr要大于由支承辊2、3及其两辊端上的轴承7、8构成的支承辊装置的固有频率f01A。

用f02A来表示由支承辊2、3及其轴承7、8构成的支承辊装置的更低的固有频率。该固有频率属于卷筒的降低的旋转频率。

与之前用此来表示支承辊2、3的固有频率一样，也引入频率f0R，以清楚地示出与现有技术的不同。通常将所述固有频率选择为最大旋转频率fR的1.3倍。

在这种情况中，在降低的频率方面，将固有频率f01A选定为比最大旋转频率fR低10％至20％，或甚至更低。

Claims (16)

1.一种用于将材料幅卷绕成卷筒(5)的设备，所述设备具有至少一个辊子(2，3)，卷筒(5)在卷绕时支承在辊子上并且在卷绕时卷筒以最大旋转频率转动，其中，所述辊子(2，3)在每个辊端通过轴承(7，8)支承在轴承装置中，并且所述辊子(2，3)及其轴承装置具有第一固有频率，其特征在于，所述第一固有频率小于辊子(2，3)的最大旋转频率。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述卷筒(5)在达到卷筒(5)的最大直径时以降低的频率转动，并且第一固有频率小于卷筒(5)的所述降低的频率。

3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述轴承装置具有随激励频率变化的刚度。

4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述轴承装置具有大于辊子(2，3)刚度的静态刚度。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述静态刚度至少是辊子(2，3)刚度的两倍。

6.根据权利要求4或5所述的设备，其特征在于，所述轴承装置具有小于辊子(2，3)刚度的动刚度。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述动刚度最大为辊子(2，3)刚度的50％。

8.根据权利要求1至7其中之一所述的设备，其特征在于，所述轴承(7，8)具有液体静压轴承，该液体静压轴承具有至少一个被供以液压流体的第一轴承油室(12)。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述轴承油室通过节流阀(18)与蓄压器(17)相连。

10.根据权利要求9所述的设备，其特征在于，所述蓄压器(17)构造为气体蓄压器。

11.根据权利要求9或10所述的设备，其特征在于，所述节流阀(18)具有可调流阻(22)。

12.根据权利要求11所述的设备，其特征在于，所述节流阀(18)与可从外部操作的调节装置相连。

13.根据权利要求8至12其中之一所述的设备，其特征在于，所述液体静压轴承与弹簧装置(31，32；33)串联。

14.根据权利要求8至13其中之一所述的设备，其特征在于，至少另一液体静压轴承设有至少一个被供以恒定体积流(Vp)的液压流体的第二轴承油室(23，24)，其中，所述第二轴承油室(23，24)与第一轴承油室的工作方向不同。

15.根据权利要求14所述的设备，其特征在于，所述至少一个轴承油室(24)被分为两个子油室(24a，24b)，其中，各通过一个输入节流阀(35a，35b)为每个子油室供应流体。

16.一种用于将材料幅卷绕成卷筒(5)的方法，其中，所述卷筒(5)放置在至少一个辊子(2，3)上，该辊子在卷绕时以最大旋转频率转动，其特征在于，所述辊子(2，3)超临界运行。

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