CN105814258B - 提供具有振动缓解的刮刀固定器的系统和方法 - Google Patents

Abstract

公开了在刮刀固定器中使用的自补偿管组件，所述自补偿管组件包括管，该管包括围绕具有实质上非变化的弹性体积模量、密度和粘度的液体的膜；以及颤动响应以提供以下任意项：通过压力监控刀片颤动机构、阻尼刀片颤动以及最小化刀片颤动。

Description

提供具有振动缓解的刮刀固定器的系统和方法

优先权

本申请要求2013年4月26日申请的申请号为61/816317的美国专利的优先权，该优先权公开的内容通在此参考的方式包含在本申请的整体。

技术领域

本发明通常涉及刮除系统，并且特别地涉及刮刀固定器，其在薄纱和纸的生产中，提供刮除系统的提升性能。

背景技术

在某些应用中，希望在纸品工业中提供具有提升的可靠性的扬克烘缸涂布和起皱系统。需要如下的扬克烘缸刀片固定器，其横穿薄片宽度提供接近均匀的负载，而不引起维护问题，例如扬克表面颤痕。扬克烘缸刮刀固定器典型地由工作刀片，以及支撑元件，例如支持刀片和自补偿负载管组成。

例如，美国专利第3,529,315号公开了充满液体的管，该管具有这样一机构，该机构通过沿其长度转移液体，帮助工作刀片顺应轧辊凸面，并且以均匀压力提供的液体将导致接近均匀的刀片负载。美国专利第3529315号也向我们公开了，顺应管可越过或者跟随轧辊圆周上的高点，而不在任何显著的范围影响负载。然而如以下进一步讨论的，该特性鼓励低加工方向(MD)硬度，然而，这对于不需要的振动是不期望的。

美国专利第3688336号、第3711888号、第3778861号和第4630328号公开了使用液体管的固定器发明。美国专利第3688336号和美国专利第3711888号公开了盒组件，管是其组成部分。美国专利第3778861号公开了用于管的保护金属护套。美国专利第4630328号公开了密封装置，该装置在专利时间周期，致力于密封失效。扬克刮除系统增加的期望挑战，然而，没有被美国专利第4630328号公开的端部密封机构解决。如果密封失效，则存在液体损失，以及可能存在气体进入，减小了动态刚性。因此这成为自补偿管提升密封的需要。

液体管提供负载自补偿以越过凸面是重要的，但是也必须保持合适的局部和纵向的MD刚度以在轧辊圆周上达成动态改变。具有在延伸频率范围之上的高动态刚度的扬克刀片固定器将能够越过轧辊表面偏转特征。进一步，合适刚度的缺乏将增加导致颤痕产生的自励振动的可能性。

现有通常可得到的管具有多种特征，其影响当地MD刚度和全部的(纵向的)MD刚度。管组件由管和其包围的液体组成，并且管和液体都对MD刚度贡献很多；1)管通过其材料弹性系数和强度，连同其几何形状(厚度，高度，宽度，形状)，以及2)液体通过其弹性的体积模量。

随着速度、温度和负载增加以及表面涂层的扬克硬度增加，薄纸机械的操作条件期望增加。在提升材料的传统方法之外，在保持自补偿特征的同时，管中的额外特征以增加其动态刚度和阻尼成为需要。

气泡的存在将减小液体的有效体积模量。只有少量百分比空气体积将减小体积模量最多两个数量级。由于管组件刚度主要由压力发展指示，较低体积模量将破坏刚度。

纸品/卫生纸工业更多重点放置在多种涂布和起皱参数的提升性能上。因此具有测量刀片负载行为的提升和另外的机构的需要。典型的工业实践是在刮刀梁上固定振动传感器。然而这些定位从刀片尖端移除，并且因此在刀片尖端存在的独特的振动信号可能被忽略。

因此，在某些刮刀固定器系统，测量和/或减缓振动的系统和方法存在需要。

发明内容

根据实施例，本发明提供在刮刀固定器中使用的自补偿管组件。自补偿管组件包括管，该管包括围绕具有实质上非变化的弹性体积模量、密度和粘度的液体的膜；以及颤动响应机构以提供以下任意项：通过压力监控刀片颤动、阻尼刀片颤动以及最小化刀片颤动。

根据进一步实施例，本发明提供在刮刀固定器中使用的自补偿管组件。自补偿管组件包括管，该管包括围绕具有实质上非变化的弹性体积m模量、密度和粘度的液体的膜；以及用于提升动态刚度和阻尼的动态机构。

根据进一步实施例，本发明提供方法，该方法提供在刮刀固定器中使用的自补偿管组件的方法。该方法包括以下步骤：提供管，该管包括围绕具有实质上非变化的弹性体积模量、密度和粘度的液体的膜；以及提供以下任意项：通过压力监控刀片颤动、阻尼刀片颤动和最小化刀片颤动。

附图说明

参考伴随的附图，接下来的描述可被进一步理解，在附图中：

附图1为显示了根据本发明的实施例的包括自补偿负载管组件的刮刀固定器系统的说明示意图；

附图2为显示了根据本发明的实施例的自补偿负载管组件的的说明示意图；

附图3为显示了在负载压力下的附图2的自补偿管组件的说明示意图；

附图4为显示了根据本发明的实施例的自补偿负载管组件的在施加负载之前和负载应用中的叠加示意见图；

附图5为显示了根据本发明的另一个实施例的、包括纤维增强材料的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图6为显示了根据本发明的另一个实施例的、包括分开且不同的体积区域的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图7为显示了沿着附图6的线7-7剖取的、附图6的自补偿负载管组件的说明示意截面图；

附图8为显示了根据本发明的另一个实施例、包括单个的较小平行管的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图9为显示了根据本发明的另一个实施例、包括叠放的一对窄管的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图10为显示了根据本发明的另一个实施例、包括提供动态惯性约束装置的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图11为显示了根据本发明的另一个实施例、提供挤压膜阻尼的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图12为显示了根据本发明的另一个实施例、通过内部弹簧提供挤压膜阻尼的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图13为显示了根据本发明的另一个实施例、提供有挤压膜阻尼且其中体积被划分的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图14为显示了根据本发明的另一个实施例、在上部和下部的支架表面的毗邻表面提供剪切以及提供限流器惯性或者黏性流动的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图15为显示了根据本发明的另一个实施例、包括开孔型泡沫室的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图16为显示了根据本发明的另一个实施例、提供有液体纵向划分的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图17为显示了沿着附图16的线17-17剖取的附图16的自补偿负载管组件的说明示意剖面图；

附图18为显示了根据本发明的另一个实施例、包括磁流变流体和毗邻的磁性区域源的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图19为显示了沿着附图18的线19-19剖取的、附图18的自补偿负载管组件的说明示意端视图；

附图20为显示了沿着附图18的线20-20，附图18的自补偿负载管组件的说明示意侧视图；

附图21为显示了根据本发明的另一个实施例的、包括动态压力传感器的自补偿负载管组件的说明示意视图；

附图22为显示了根据本发明的另一个实施例的、提供改进的端部密封的自补偿负载管组件的说明示意分解视图；

附图23为显示了沿着附图22的线23-23剖取的、附图22的自补偿负载管组件的说明示意端视图；

附图24为显示了沿着附图22的线24-24剖取的、附图22的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图25为显示了沿着附图22的线25-25剖取的附图22的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图26为显示了根据本发明的另一个实施例、使用定位销的自补偿负载管组件的说明示意图；

附图27为显示了附图26的自补偿负载管组件的端部部分的说明示意放大视图；并且

附图28显示了附图26的自补偿负载管组件的端部部分的说明示意分解视图；

附图仅是为了说明目的显示，并且不需要成比例。

具体实施方式

本发明关注于为刮刀系统提供改进的自补偿支撑元件，所述系统在卫生纸和纸品的生产过程中，在更高负载下运行并且促进刀片振动的减少。本发明的设备进一步可作为过程监控设备使用，特别当其用于薄纸生产和扬克颤动。由于管和刀片连通，申请人发现，管的压力可作为和颤动事件相关的时间变量刀片力的指示器使用。

颤动是动态事件，涉及刀片固定器部件的动态动作。如果在参加颤动事件的自由度中引入阻尼，阻尼将可能减少动作，并且因此减小颤动幅度。在自补偿管中引入阻尼，将可能在那些情况下减少颤动，在那些情况中，管是参与颤动事件的振动模式的一部分。传统的设备不提供阻尼机构，也不提供使用管的任何测量。管提供抵靠导轨板的反作用力，该板沿着横穿机械方向(CD)变化以在薄纸制造过程中调节负载变化。

在本发明中，公开了如何利用用于合适的管组件刚度、刀片振动测量和刀片振动缓建的自补偿元件和实现方法的优点。本发明提供在扬克烘缸刀片固定器中使用的改进的自补偿管，其针对解决现有设计的缺点并且加入额外的益处，例如振动检测和振动缓解机构。

附图1显示了根据本发明的实施例的刮刀固定器10，其包括容纳刮刀刀片14的刮刀盒12、支撑刮刀刀片14的支撑刀片16以及顶板20和底板22。刮刀固定器盒12可例如，在2014年4月28日申请，申请号为14/263335的美国专利申请(代理人案号为9616)中公开，在该申请公开的内容通过参照整个部分在此结合。底板22固定在刮刀背部24。刮刀固定器还包括根据本发明的实施例的自补偿负载管组件26。

自补偿负载管组件26包括合成管28，其如附图2所示封围液体30。附图3图解了刚度如何定义。负载L作用在管26的表面32，在该处，管抵靠另一个表面34被约束，并且管表面32经历如附图4中以d_t示意显示的变形。刚度＝负载/变形。管26内的体积将减小，并且随后液体压力将增加(由于表面32向下变形)。刚度在机械方向(MD)和横穿机械方向(CD)由管弹性模量支配，并且由此等同于由液体的弹性体积模量支配。

优选地，管在膜行为中表现得非常硬，即弯曲度较小。为了达到此，管厚度通常将小，并且可包括在管壁的中立轴线附近增加的纤维增强件，从而最大化膜刚度且限制弯曲刚度。在限制中，注意到的是，太大的弯曲刚度，例如，金属管，将不允许自补偿；这样的管将太过刚性。例如，附图5显示了自补偿负载管组件36，其包括薄壁38以及在横穿机械方向延伸的增强纤维40和在机械方向延伸的增强纤维42。提供膜增强纤维40，42以增加膜刚度。允许CD膜刚度达到高水平是有利的，这是因为由于压力负载其减小了在CD上的管膨胀；由此达到用于给定的变形的更高的压力。

刀片颤动是动态事件，并且和其相关的是时间脉动力。系统阻尼的附加将通常减小颤动和颤动发展，从而如果刀片颤动涉及管是其中一部分的模式，颤动可避免或者减小。典型地，液体内的阻尼可通过惯性限制或者黏性限制(包括挤压膜阻尼效果)提供。惯性限制将需要相当大的密度(例如，空气不合适)，黏性限制将需要相当大的黏性。

附图6显示了根据本发明的进一步实施例，展示了自补偿负载管组件46的分区构造，其中具有两个不同的体积区域48、50。自补偿负载管组件46捕获第二内部管状组件52。支座54(设置在轨道56上)与外部管60的内表面58联通，从而表面58以及管道50在负载条件下变形。

附图7显示了附图6的自补偿负载管组件46的截面图。管60和组件52的内部体积每个充满液体。随着表面58变形，外部管60的容积减小且相应的压力增加。类似地，内部管状部件52的容积减小，且通过惯性限流器62存在液体交换，该限流器分开内部管状部件52的容积和外部管60的容积。限流器62可沿着纵向方向放置。在某些实施例中，支座54可纵向方向上连续。在进一步实施例中，支座自身可包括限流器。如果限流器是连续的，接着内部体积进一步划分，并且可达到额外的阻尼。

根据本发明的另一个实施例，自补偿负载管组件66的另一个例子包括以如图8所示示(且如上描述)的惯性限流器的分开的容积。自补偿负载管组件66包括外部管68以及独自的小管70、7、，74，这些小管可分别分开或通过肋76连接。表面78的变形引起容积80内的压力改变，并且导致穿过惯性限流器88的体积82、84、86交换流体。

根据本发明的进一步实施例，如附图9显示，自补偿负载管组件96包括外部管98以及两个叠放的内部窄管100、102。当表面104变形，管100、102内的容积106、108将穿过限流器112(如上描述)与外部管98的容积110交换液体。

根据仍然本发明的另一个实施例，自补偿负载管组件116在附图10中示出。自补偿负载管组件116包括外部管118以及包括限流器122(如上描述)的内部管120。管118捕获内部管120。当表面124变形，管120内的容积126减小，因此压力增加将导致穿过限流器122与外部管118的容积128的流体交换。

根据本发明的进一步实施例，自补偿负载管组件136可提供附图10显示的挤压膜阻尼。特别地，自补偿负载管组件136包括围绕多层部件140的外部管138，部件140可是管138内的单独的组件或者整体地形成在管138内，例如，采用一种挤压构造。当表面142变形，多层部件140的多个表面144也变形，并且液体被挤压且溢出层间的区域。通过液体，如具有合理黏性的内部液体，层间0.005英寸的平均间隙将引入合理的阻尼。

附图12显示了根据本发明进一步实施例的自补偿负载管组件。自补偿负载管组件146包括外部管148以及提供挤压膜效果的层部件150。层组件150包括功能如上所述的交界表面(如152)以及弹簧组件。当在负载条件下，可选的惯性限流器156(如上描述参照内部管)提供容积区域158和容积区域160之间的联系。

附图13显示了根据本发明的进一步实施例的自补偿负载管组件166。在附图13的实施例中，内部容积也是划分的，从而挤压膜效应和惯性限流器都存在。特别地，自补偿负载管组件166包括含有层部件170的外部管168以及分层部分，，其中层部件170提供第一和第二体积区域172、174，而分层部分提供表面176和178之间以及表面180和182之间的挤压膜效果。流体交换也穿过限流器186(如上描述)发生在容积184和容积172、174之间。

附图14显示了自补偿负载管组件196的进一步实施例。自补偿负载管组件196包括封围液体的外部管198，其中，外部管198的内表面是曲折的，从如图所示，两者彼此互补的高到低和低到高表面的突出壁200、202延伸进入管组件的内部。当管198的表面204向下变形时，液体在上支架206(由突出部200提供)和下支架208(由突出部202提供)的毗邻表面之间剪切。进一步，划分容积210减小，使得流体穿过上部和下部支架之间的间隙到达外侧容积212和214。间隙行为如同限流器(连续的限流器)，以及根据间隙尺寸，间隙行为将被惯性支配或者黏性支配。

附图15显示了根据本发明的进一步实施例的、包括含有开孔型泡沫部件220的外部管218的自补偿负载管组件216。液体充满全部剩余的体积。当表面222动态向下变形，液体将传输到开孔型泡沫的随机空间(具有变化的几何形状)。液体传输将是惯性的，黏性的，或者两者都是，导致阻尼移动。

附图16显示了根据本发明的进一步实施例的自补偿负载管组件226，其包括在径向识别上划分的容积。特别地，管组件226包括多个插入部件228，该部件的每一个包括限流器通道230以及容纳部件228的外部管232。附图17显示了沿着附图16的线17-17剖取的、附图16的管组件的一部分的截面图。当管动态变形的纵向变化发生在表面234，液体通过限流器通道230流到容积236之间。

之前提到的实施例使用通过产生惯性或者黏性阻抗的限流器(不连续的或者连续的)的流体传输。除了那些显示的，还有其他构造，其都和本发明的范围和实质符合。

附图18显示了根据本发明的进一步实施例的自补偿负载管组件246，其包括外部管248、磁流变流体250和毗邻不连续磁场源252。附图19显示了沿着附图18的线19-19剖取的附图18的管组件的截面图，其中显示了磁场源252内的电线。不连续的磁场源可不贴到管上(管实际上可贴到支撑刀片)。管和磁场源显示为彼此靠近定位。附图20显示了管组件的侧视图，其中磁场源252内的线卷可见。磁场的存在排列磁流变液体内的碳颗粒，使得液体非常硬(类似固体)。刚度的范围随着磁性区域的强度变化，并且沿着管组件的长度，对于每个磁场源可单独调整。

管组件可用于帮助过程监控。如上描述，刀片振动可包含在自补偿管引入运动的模式。上述动态运动将在管组件内产生脉动的压力。该压力可使用动态压力传感器测量，适合于非常高频率。附图21例如显示了包括充满液体260的外部管258的自补偿负载管组件256。在外部管258的每个端，连接有动态压力传感器262。来自每个动态压力传感器262的传感器信号传输到光谱分析器264。通过连接到分析器264的显示装置266监控光谱可提供在扬克烘缸固定器位置，对薄纸制造过程的健康的洞察。

现代负载水平也挑战管端部的密封机构，其目前使用卷曲弹性插入件，以及在那之前的卷曲金属插入件和热密封。附图22显示了根据实施例的、自补偿负载管组件276的端部，其改进了目前以及过去的密封机构。管组件276可包括外部管278，在附图24中显示了形成该外部管的几何形状的横截面，并且外部管如附图25显示，通过在端部280加热设置为平坦的几何形状。两个夹持部件282，284在平坦管区域280提供夹持负载，从而使其密封以防液体流出或空气进入。紧固件部件提供预负载给夹持组件，并且在端部280具有别的方式的泄漏通过孔的情况下，O形圈可提供二级密封。

根据另一个实施例，自补偿负载管组件296包括外部管298以及密封端300。参照附图27和28，每个密封端300包括具有槽以容纳O形圈304和306的插入件302。O形圈306密封管内表面以及凹入槽防止液体泄漏，以及密封气体入口。O形圈304主要用于组件对齐的目的以及二级密封。插入件302通过销308或者其他合适的机构(例如紧固件或者铆钉)固定在位置。销308抑制插入件302，且也捕获衬套310，完成装置300。可选的注入孔312在端部密封部件安装到管之后，允许管充满液体。在注入过程完成之后，密封销314接着插入到注入孔312。可替代地，管可先充满，接着安装端部密封部件，在该情况下，不需要注入孔312和销314。进一步，注入孔312可容纳如上描述的压力传感器。

本领域技术人员可认识到，不脱离本发明的本质和范围，对以上公开的实施例可制作多种修正和变形。

Claims (19)

1.刮刀固定器中使用的自补偿管组件，所述刮刀固定器包括刮刀固定器保持区域和顶板，当刮刀刀片被接纳在在所述刮刀固定器保持区域内时，所述刮刀固定器保持区域和所述顶板用于限制刮刀刀片沿所述刮刀刀片的顶侧移动，所述自补偿管组件包括：

管，所述管包括膜，所述膜围绕具有实质上非变化的弹性体积模量、密度和粘度的液体；以及

支撑刀片，所述支撑刀片用于接触刮刀刀片的背侧，所述背侧与刮刀刀片的顶侧相对。

2.根据权利要求1的自补偿管组件，其特征在于，所述管包括定向纤维增强件。

3.根据权利要求1的自补偿管组件，其特征在于，所述自补偿管组件包括增强动态刚度和阻尼的动态装置。

4.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置通过惯性限制起作用。

5.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置通过黏性限制起作用。

6.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置包括至少一个内部管状部件。

7.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置包括至少一个限制液体流动的限流器。

8.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置通过挤压膜阻尼起作用。

9.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置通过黏性剪切起作用。

10.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置包括开孔型材料。

11.根据权利要求3自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置包括至少两个被限流器分开的内部管状部件。

12.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的所述装置通过惯性或者黏性限制的至少一个起作用。

13.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置包括在横穿机械方向的平行室。

14.根据权利要求3的自补偿管组件，其特征在于，增强动态刚度和阻尼的装置包括沿着横穿机械方向的不连续室。

15.根据权利要求3的自补偿管组件，其中，增强动态刚度和阻尼的装置包括插入毗邻刀片固定器部件的磁场装置，并且其中流体是磁流变流体。

16.根据权利要求1的自补偿管组件，其特征在于，所述组件还包括贴在用于动态压力传感的两端或其中任意一端的动态压力传感器。

17.根据权利要求1的自补偿管组件，其特征在于，所述管的端部通过夹持管端部的夹持机构密封。

18.根据权利要求1的自补偿管组件，其特征在于，所述管的端部通过使用O形圈密封。

19.一种提供在刮刀固定器中使用的自补偿管组件的方法，所述刮刀固定器包括刮刀固定器保持区域和顶板，当刮刀刀片被接纳在在所述刮刀固定器保持区域内时，所述刮刀固定器保持区域和所述顶板用于限制刮刀刀片沿所述刮刀刀片的顶侧移动，

所述方法包括以下步骤：提供管，所述管包括膜，所述摸围绕具有实质上非变化的弹性体积模量、密度和粘度的液体；

提供支撑刀片，所述支撑刀片用于接触刮刀刀片的背侧，所述背侧与所述刮刀刀片的顶侧相对；以及

提供以下任意项：通过压力监控刀片颤动、阻尼刀片颤动和最小化刀片颤动。