CN102959257A - 辊和避免其振动的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理纤维料幅的辊，包括安装在防旋转的轴(5)上的环形空心辊套(4)，其中，在辊套(4)与轴(5)之间的环腔(7)通过至少两个轴向密封件(6)分为至少两个腔室(8、9)，为了达到期望的辊挠度，所述腔室可以充填压力不同的加压流体。为了能够减小工作时辊套振动，存在至少一个可主动控制的腔室容积改变装置(2)。

Description

辊和避免其振动的方法

本发明涉及一种用于处理纤维料幅的辊，包括一个安装在防旋转的轴上的环形空心辊套，其中，在辊套与轴之间的环腔通过至少两个轴向密封件分为至少两个腔室，为了达到期望的辊挠度，所述腔室可以充填压力不同的加压流体。

此外本发明涉及一种在由所述辊和对向辊构成的系统中避免振动的方法。

因此正在讨论的是在专业圈内称为“浮动辊”或“S辊”的辊。这些辊如今经常使用在(就幅宽，所谓CD方向而言)较狭窄的砑光机内。在两个腔室内不同的压力，足以达到基本上与对向辊的曲率相匹配的挠度。

已知，在S辊内的两个纵向密封件。它们允许在面朝辊隙和背对辊隙的半月形腔室内不同升压。它们甚至完全允许辊套的升降运动，而并不失去密封性。为了避免在辊套上温度变化的不均匀性，从辊颈侧出发输入高压力载荷腔室的油，经过第二腔室重新以较低压力输送。

对于较宽的砑光机，此类辊通常不再能胜任，使纤维料幅达到期望的横截面，所以必须使用本申请人的所谓“Nipco-Walzen”，它们非常贵和需要复杂的控制。在这些辊上沿轴的轴向长度分布一个个流体静力的支承元件，并逐个或成组作用在辊套上，使其相应地变形。

在此发明中改进的辊涉及一种S辊，它的轴向长度处于5至8m的数量级内。由于现今的砑光机必须运行得越来越快，在有这些辊的机器中往往也导致在那里迄今未知的由整个系统的固有振动造成的阻塞现象。

有许多由两个辊组成的用于纸张处理的机器，其中为了避免振动尝试了各种试验并也曾申请权利保护。那时这些试验的系统起先通过其支承为辊套阻尼。在这里举例列举DE29624490U1和DE19821854C1。可惜的是，系统振动的阻尼在100与400Hz之间重要的频率范围内借助典型的辊轴承(通常球面滚柱轴承)几乎是不可能的。将力传入轴内或弯矩加入轴内的主动系统也没有多大成功的前途，因为不能通过球面滚柱轴承传递力或弯矩。相反，在大多数情况下辊套有害的振动也可以不传给轴，并因而轴没有损耗。因此在出现阻塞问题时的辊套振动对辊几乎没有损害。

因此所说明措施也不适合在S辊中主动或被动地阻尼辊套在100至400Hz范围内的振动，因为在浮动辊内部大的油体积，妨碍轴与旋转辊套刚性耦合。此外，在此系统内附加进入的空气，妨碍形成足够高的在>900N/mm2范围内的油劲度。

由于这一原因，面对应预期的振动问题，即使在较狭窄的砑光机中，人们也使用沿轴向长度有一个个流体静力支承件的辊。

由DE29509545U1已知具有减振器的辊，尤其用于生产或处理纤维料幅，例如纸幅或卡纸幅。它还涉及一种具有固定的中心轴和围绕此中心轴旋转的辊套的辊。在中心轴内设一系列例如圆柱形压力腔，它们沿径向延伸和分别容纳一个可径向移动的支承件。每个压力腔可充填加压流体，它将液压支承力从中心轴通过支承件传给辊套，从而可相宜地调整辊套的挠度。取代多个各有一个支承件的压力腔，可以存在具有单个纵向延伸的支承件的单个纵向延伸的压力腔。为了将加压流体输入这些压力腔，固定的中心轴设有一个例如布置在中央的输入通道，它分别通过一个狭窄的管道(例如通过节流通道)与各个压力腔连接。因此在这里阻尼被动地作用。制造和以后用于控制这种辊的费用高。

在DE10008800B4中可知另一种辊的设计方案，它包括处于内部减振用的主动式致动器。在那里所说明类型的辊可使用在砑光机内。当然这种应用昂贵和需要很高的结构性和加工技术方面的化费。对于这种类型的辊没有提供用于相宜地调整挠度的方法。

本发明要解决的技术问题是减小S辊工作时的辊套振动。

上述技术问题在设备方面通过一种辊得以解决，其中存在至少一个可主动控制的腔室容积改变装置。

这种可主动控制的腔室容积改变装置创造可能性，通过充填加压流体的腔室的容积改变，达到短时的压力冲击。这种压力冲击可产生一种反相振动，并因而消除通过第一轴固有频率或通过系统的第一接触固有频率形成的压力脉动。由腔室容积改变装置造成的容积改变，至少可以在辊套振动与轴振动之间形成近似90°的相位错移，从而达到最佳阻尼。在相位错移至少50°至130°时预期达到有效阻尼。在具有一个对向辊的系统中，亦即例如在软砑光机中，可主动控制的腔室容积改变装置可以从S辊内部出发产生主动相位移的反向振动，反向振动导致明显减小振动运动。

优选地，腔室容积改变装置包括隔膜。通过这种隔膜，腔室内的容积可以少量改变，尤其迅速而精确地改变。重要的是腔室容积能脉冲式，亦即与出现的辊振动相适应地改变。也可想象由金属罩构成的隔膜，优选地设计为圆形或四边形。当然由塑料和由金属组成的复合材料也适用于隔膜。完全合理的是，金属隔膜/金属罩液压、机械、压电式或通过弹性材料或蓄压器预紧。

优选地，隔膜可运动为，使腔室容积可增大或减小约0.01-0.5％。业已证明容积的这种小量改变足以几乎完全消除S辊内的振动。

有利的是，隔膜在轴的凹槽内环形密封。在轴的凹槽，例如孔的内部环形密封的隔膜特别容易实现。可以将它夹紧在两个环或凸缘之间。尽管如此仍有保持隔膜表面运动的自由度，以便能改变腔室内的容积。在这里规定，隔膜借助腔室内加压流体的压力预紧。

恰当的是，至少一个致动器与腔室容积改变装置连接。例如致动器可以直接连接在隔膜上并使其运动。由此可以非常迅速地应对辊内的振动。

致动器可以有能力通过液压、气动或电磁式作用装置将压力施加在辊套上。这些装置按经过考验的方式使用，以及可以比较容易和低磨损地操作。此外每个砑光机反正有一个液压、气动和电供应设备。然而特别有利的是，致动器包括至少一个压电元件。压电元件的伸缩可通过电气设备迅速和精确地控制。压电陶瓷成形为圆形或优选为矩形。堆叠高度为5至100mm。功率电子器件安装在辊外部的开关柜内。通过电缆管道可以保证安全供电。致动器工作电压约为±10至±1000V。致动器可以组合成组，它们共同借助一个功率电子器件驱动或也可以逐个控制。下列设计方案可特别容易制造：在轴内沿CD方向加工一个铣槽。接着加工一个装入铣槽中的嵌入件以及包围全部致动器。通过轴导引的加压流体可附加地作为冷却剂用于致动器。

优选地，致动器设在凹槽内沿径向比隔膜处于轴内更深处。由此它不处于加压流体的直接压力之下。确切地说，它受到保护和无摩擦工作地安装在轴的凹槽内。

有利地，令凹槽具有冷却流体进口和出口。通过辊导引的加压流体，除了其别的任务外还可以用作致动器的冷却剂。在这种情况下避免复杂的单独冷却孔和外部接头。

优选地，压力腔通过节流器处于其中的加压流体管道供给。在支承件上因振动引起的力可以借助所述节流器阻断。因此节流器附加地以被动的方式阻尼，它们例如可以是孔、筛网或环隙式节流器。

有利地，在辊上或辊内安置传感器，它与控制所述至少一个致动器的控制器连接。作为传感器可理解为完全不同的测量设备。它是从转数计直至基于非接触的振动加速度或速度接收器。测量结果的信号进一步传给控制器，它保证高效地主动控制致动器，以阻断辊套振动。

恰当的是，由致动器通过隔膜在腔室的加压流体上施加的压力，在工作时脉动。在这里优选地选择一种频率，它与系统固有频率相干涉，为的是能消除形成阻塞的振动。业已证明，致动器的脉动优选地在规定的频带内进行。在这方面规定，由致动器在辊套上施加的压力，在工作时以100至400Hz的频率脉动。

所述辊通常考虑用于与对向加压件，例如第二辊形成一个辊隙，可以在辊隙内处理纤维料幅。为了不会不允许地影响辊隙内的截面，有利的是所有致动器的作用方向均不通过辊隙。

优选地，致动器对称地沿辊长度和/或圆周分布。由此避免造成在纤维料幅上沿其宽度不均匀作用的影响。若辊通过致动器只在一侧产生“波幅”，则料幅将在此位置有可能比别处厚实得多。

本发明在方法方面的技术问题通过权利要求12的特征得以解决。也就是说，在按权利要求1所述辊内的振动采取下述措施避免，亦即令腔室的容积脉动式改变。每个辊有一个特征频率和一种固有刚度。这些如今能以简单的方法数学地确定。对于固有频率而言，S辊的辊套及其支承是重要的影响因素。通过例如借助致动器及隔膜使腔室内的容积改变造成的附加的加压，可以显著改变刚度并因而改变固有频率，从而又导致避免振动。业已证明，在系统中，例如在砑光机内，通过致动器和隔膜脉动式改变腔室的容积，足以避免大多由固有频率引起的振动。

有利的是，在容积改变时为了主动避免振动，还改变腔室内的压力。通过加压流体在辊套上的脉动式加压，在形成正确频率的同时，几乎可以完全消除辊套的振动。

优选地，基于振动测量，调整腔室容积改变装置的伸缩量。这使得有可能相宜地和频率控制地在辊套上脉动加压，这能更好地阻尼产生的振动。

下面参见附图借助实施例详细阐述本发明。附图示意性地表示出按本发明的S辊的横截面。

辊1与只用箭头暗示的对向加压件3，例如第二辊共同工作，以便在它们之间的所谓辊隙内处理纤维料幅。

辊1有旋转的辊套4和固定的轴5。在两者之间设纵向密封件6，它们将环腔7分成上部腔室8和下部腔9。这些腔室充填不同压力的加压流体，通常是油。设置通道10作为这些腔室8、9的加压流体进或出口通道。腔室8和9内的不同压力允许辊1弯曲，曲率可以与对向加压件3的挠度相匹配。由辊1和对向加压件3组成的系统，基于完全不同的原因，例如要处理的纤维料幅的不平度或内辊的不圆度，倾向于振动。这很难通过支承来阻尼。因此为此目的使用可主动控制的腔室容积改变装置2，它安装在轴5的凹槽13内。腔室容积改变装置2由在凹槽13内的侧面密封的隔膜12和致动器11组成。致动器主要由压电元件15组成，这些压电元件可通过电源线16控制。致动器的工作电压约为±10至±1000V。通过致动器11可以使隔膜12运动，使腔室8内的空间与振动相应地增大或减小。在这里优选地腔室容积的增大或减小能进行约0.01-0.5％。由此产生的压力差对抗振动脉动式作用，确切地说或为了消除振动反相，或为了阻尼振动相位错移约90°。因此腔室容积改变装置2主动对抗振动地工作。

隔膜12靠近轴5的表面环形地固定在凹槽13内部，以及借助环形密封件14密封，所以压力不能从腔室8直接作用在致动器上。腔室容积超越半月形环腔7一直延伸到隔膜12。

这种主动式减振还可以得到安装在腔室进口或出口10内图中未表示的节流器的支持。此外设从腔室8、9至致动器11的管道17、18。来自腔室8经由管道17的加压流体，在压电元件15旁流过，通过管道18以较小的压力流入腔室9，因此也冷却致动器11。

有利地，测量振动的传感器19将其测量信号通过控制线20传给控制器22，它又保证(通过控制线21示意表示)，腔室容积改变装置2向压力腔室8供给脉动压力，干涉地减小系统振动。因此通过腔室容积改变装置2将反向振动通过压力传给辊套4。作为传感器适用加速度传感器、电容传感器、压力传感器、光学传感器等。

致动器11具有的作用方向不朝向与对向加压件3形成的辊隙。由此避免腔室容积改变装置2对于处理纤维料幅的负面影响。

附图标记清单

1辊

2腔室容积改变装置

3对向加压件

4辊套

5轴

6纵向密封件

7环腔

8上部腔室

9下部腔室

10通道

11致动器

12隔膜

13凹槽

14密封件

15压电元件

16电源线

17冷却流体输入管道

18冷却流体输出管道

19传感器

20控制线

21控制线

22控制器

Claims (14)

1.一种用于处理纤维料幅的辊，包括安装在防旋转的轴(5)上的环形空心辊套(4)，其中，在所述辊套(4)与轴(5)之间的环腔(7)通过至少两个轴向密封件(6)分为至少两个腔室(8、9)，为了达到期望的辊挠度，所述腔室可以充填压力不同的加压流体，其特征为：存在至少一个可主动控制的腔室容积改变装置(2)。

2.按照权利要求1所述的辊，其特征为，所述腔室容积改变装置(2)包括隔膜(12)。

3.按照权利要求2所述的辊，其特征为，所述隔膜(12)可运动，使得腔室容积可增大或减小约0.01-0.5％。

4.按照权利要求2或3所述的辊，其特征为，所述隔膜(12)在所述轴(5)的凹槽(13)内环形密封。

5.按照权利要求1至4之一所述的辊，其特征为，至少一个致动器(11)与所述腔室容积改变装置(2)连接。

6.按照权利要求5所述的辊，其特征为，所述致动器(11)包括至少一个压电元件(15)。

7.按照权利要求4至6之一所述的辊，其特征为，所述致动器(11)设在所述凹槽(13)内沿径向比所述隔膜(12)处于轴(5)内更深处。

8.按照权利要求4至7之一所述的辊，其特征为，所述凹槽(13)具有冷却流体进口和出口(17、18)。

9.按照权利要求1至8之一所述的辊，其特征为，至少一个腔室(8、9)通过节流器处于其中的一个通道(10)供给。

10.按照权利要求4至9之一所述的辊，其特征为，在辊(1)上或其内安置传感器(19)，该传感器与控制所述至少一个致动器(11)的控制器(22)连接。

11.按照权利要求5至10之一所述的辊，其特征为，由所述致动器(11)通过所述隔膜(12)在所述腔室(8、9)的加压流体上施加的压力，在工作时以100至400Hz的频率脉动。

12.一种用于避免按照权利要求1所述的辊振动的方法，其特征为：腔室(8、9)的容积脉动式改变。

13.按照权利要求13所述的方法，其特征为，为了主动避免振动，改变所述腔室(8、9)内的压力。

14.按照权利要求12或13所述的方法，其特征为，基于振动测量，调整腔室容积改变装置(2)的伸缩量。

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