CN112050987B - 用于检测周向带的拉伸应力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于检测周向带(5)的拉伸应力的方法，该周向带绕张力辊(4)偏转。这样，通过调节张力辊(4)来改变周向带(5)的运行长度。提供了一种力测量装置(10)，其中力测量值随着张力辊(4)的调节路径(6)而变化。为了能进行可靠的拉伸应力检测，力测量装置(10)的灵敏度相对于调节路径的不同点的拉伸应力来确定。这些灵敏度或计算值存储在存储器(32)中，控制器(15)访问存储器(32)。这通过插值从当前调节路径(6)、当前承载力和存储的灵敏度或值计算拉伸应力。

Description

用于检测周向带的拉伸应力的方法
技术领域
本发明涉及一种用于检测被至少一个张力辊偏转的周向带的拉伸应力的方法。该张力辊是可调节的，并且连接到力测量装置，该力测量装置检测张力辊的承载力。
背景技术
从DE 10 2015 008 219 A1已知一种通用方法。在该方法的情况下，周向带被若干辊偏转，其中的一个辊作为张力辊是可调节的，并且形成为力测量辊。因此，力测量方向随着调节运动而改变，由此力测量装置测量的力测量值不再与拉伸应力精确相关联。因此，所述公开建议通过辊的适当布置至少部分地补偿不同测量方向的影响，这种影响是由于张力辊的变化缠绕角造成的。然而，这种补偿不能完全起作用，因此系统测量误差仍然存在。这被认为是有害的。此外，在一些安装情况下，根据上述公开的布置是不可行的，或者只能通过相当大的工作量来实施。然而，即使对于这样的应用，也希望在可靠的水平上实施拉伸应力检测。
发明内容
本发明的目的是提供一种上述类型的方法，其特征在于高水平的精度和广泛的适用性。
根据本发明，该任务通过以下特征来实现。
本发明的方法用于检测周向带的拉伸应力。优选地，该周向带被设计为环形带，其既没有始点也没有终点。这种带主要用在造纸机中，用于对纸幅脱水。周向带被至少一个张力辊偏转。该至少一个张力辊是可调节的，以便以这种方式实现周向带运行长度的改变。张力辊调节运动的具体路径基本上是任意的。如果至少一个张力辊更深地浸入周向带中，则一方面至少一个张力辊的缠绕角增加，另一方面，路径增加，这意味着周向带沿一圈必须处理的运行长度增加。该措施可以改变周向带的拉伸应力。为了能够以目标方式进行这种改变，提供了至少一个力测量装置，其测量至少一个张力辊的承载力。测量在至少一个力测量方向上进行，力测量方向又取决于至少一个张力辊的位置。只有这样，才能实施具有尽可能少组件的紧凑构造，因为至少一个张力辊既用作改变拉伸应力的致动器，又用作测量拉伸应力的传感器。然而，缠绕和力方向的各种变化影响至少一个力测量装置的测量结果。然而，为了做出关于周向带的实际拉伸应力的可靠且可再现的断定，针对调节路径的多个点确定至少一个力测量装置相对于周向带的拉伸张力的灵敏度。在某种意义上，这些确定的灵敏度实施了支持点，这些支持点代表了来自调节路径的灵敏度的函数过程。这些灵敏度和/或由此计算的值作为阵列存储在至少一个存储器中，至少一个控制器访问存储器。因此，至少一个控制器具有来自可用调节路径的灵敏度函数的表示，然而，其被限制为调节路径的离散数量的点。存储调节路径的每个可想象点的灵敏度需要相当大的存储区域，这种相当大的存储区域通常是不可用的。此外，这将涉及大量的计算工作量来确定灵敏度。相反，至少一个控制器经由插值从存储的灵敏度和/或值以及至少一个张力辊的当前调节路径计算拉伸应力。以这种方式，产生了令人惊讶的低计算工作量，从而可以使用具有低水平计算能力的相对简单的控制器。此外，这种方法只需要一个相当容易管理的存储器，因此这种方法可以高效地、成本有效地实施。
确定调节路径各点灵敏度的一个简单方法是根据调节路径确定力测量值和拉伸应力测量值，并据此计算相应的灵敏度。在该实验过程中，必须提供额外的拉伸应力传感器来确定灵敏度，该传感器可以集成到例如周向带中。特别是，这里打算使用应变仪。配备有附加传感器的周向带在正常操作时不需要，仅用于获得所需的灵敏度。灵敏度本身可以很容易地计算为拉伸应力测量值与力测量值的商。
替代地，如果根据几何条件计算调节路径各点的灵敏度，这是有利的。至少一个张力辊的几何缠绕被确定为调节路径的函数。虽然这在数学上相当复杂，但它能产生精确的灵敏度，而不会有任何测量误差或公差影响结果。与之相关的相当高水平的数学工作量也仅须在调试之前进行，因为在操作期间仅涉及由此产生的灵敏度。
对于灵敏度的数学计算，有利的是使用带围绕至少一个张力辊的缠绕角和至少一个力测量装置的倾角。由此可以计算出期望的灵敏度。
特别地，如果至少一个控制器仅提供低水平的计算能力，但是提供相对高水平的磁盘空间，则以线性方式执行插值是有利的。以这种方式，只需要很少的并且因此快速可执行的计算操作。然而，缺点是，为了从调节路径表示灵敏度函数，必须存储大量的灵敏度值。
通过使用二乘多项式(square polynomial)作为插值函数，获得了对所需存储器要求的显著改进。这增加了计算工作量，但这一缺点被所需灵敏度值的更少数量所弥补。
在大多数使用情况下，来自调节路径的灵敏度函数在数学上是良性的，因此可以很容易地通过单个多项式进行插值。该多项式的次数比存储的灵敏度的数量少1。由于该多项式随后扩展到整个调节范围，因此插值的计算工作量低得惊人。特别是，应该考虑到在这种情况下只需要很少数量的灵敏度，以便插值多项式在一定程度上是相当容易管理的。
为了调节至少一个张力辊，已经很好地确立了围绕枢转轴线的枢转。这导致至少一个张力辊的简单安装，同时，得到紧凑的构造。此外，通过选择致动器的攻击点，也可以实施传递的某种增加或减少。
替代地，至少一个张力辊的调节也可以以滑动运动的形式进行。为此，优选使用滑动托架，其中至少一个张力辊被引导。这具有至少一个张力辊的倾角在调节路径上不变的优点。这导致灵敏度对调节路径的依赖性降低。然而，缺点是安装实施所需的工作量增加。
根据本发明的方法在附图的基础上以举例说明的方式进行解释，而不限制保护范围。
附图说明
图1是用于在第一端点夹紧周向带的装置的示意性空间表示，
图2是在第二端点的根据图1的根据本发明的装置，
图3是在第一端点的根据图1的装置的替代实施例，
图4在第二端点的根据图3的根据本发明的装置，
图5是力测量装置的第一实施例，
图6是力测量装置的第二实施例，以及
图7是控制器的原理电路。
具体实施方式
根据图1和图2的装置包括第一导辊2和第二导辊3，在这两个导辊之间设置有张力辊4。导辊2、3和张力辊4使周向带5偏转，其中张力辊4可沿调节路径6调节。周向带5的轨迹路径长度可以通过这种方式进行调节，以便将其设定为必需的张力。为了调节周向带5，张力辊4被保持在枢转设置支撑件7上。这在枢转轴线8上转向，枢转轴线8形成调节路径6的中心点M。枢转轴线8与张力辊4的外轮廓之间的间距9形成调节路径6的半径r。
张力辊4的枢转轴承通常很容易通过在枢转轴线8处提供相应的旋转轴承来实施。这导致非常坚固的结构，其中当出现不指向调节方向的力时，可靠地防止了设置支撑件7的边缘。这种几何形状的另一个优点在于非常紧凑的构造，这在受限空间中特别有价值。
张力辊4经由力测量装置10联接到设置支撑件7。这检测张力辊4在测量方向11上的承载力12。因此，矢量承载力12的力测量装置10仅检测在测量方向11的方向上投影的分量。另一方面，相反，垂直于测量方向11导向的承载力12的力分量在技术测量水平上没有被检测到。在特殊的安装情况下，肯定会发生测量方向11等于承载力12的垂直定向的力分量的情形。然而，这只是非常特殊的安装情况。然而，一般来说，假设测量了除了承载力12的期望力分量之外的力分量。
图1示出了处于第一端位置的张力辊4，在该第一端位置，设置支撑件7枢转+α。图2示出了处于第二端位置的张力辊4，在该第二端位置，设置支撑件7枢转-α。这些端位置限定了调节路径6的端点13、14。在端位置之间的中间，有一个工作点P，它与枢轴运动的中心点M间隔开。
此外，示出了控制器15，其检测力测量装置10的测量信号和用于检测张力辊4的位置的传感器37。控制器15将校正值返回到设置装置16，这导致对张力辊4的调节。
图3和图4示出了根据图1和图2的装置1的替代实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件。在下文中，仅讨论根据图1和图2的实施例的差异。
在根据图3和图4的实施例中，设置支撑件7是滑动托架，使得调节路径6是两个端点13、14之间的线性位移运动。这导致非常简单的几何条件，因为测量方向11不再取决于张力辊4的位置。
图5示出了具有力测量装置10的张力辊4的第一实施例。张力辊4可旋转地支撑在轴承支架20中。轴承支架20经由枢转轴承21连接到设置支撑件7。在轴承支架20与设置支撑件7之间，提供力测量装置10，力测量装置10测量轴承支架20与设置支撑件7之间的承载力。
由于轴承支架20的枢转轴承，在力测量方面，张力辊4的轴线22可以仅围绕枢转轴承21枢转。轴线22的其他运动是不可能的。因此，在力测量方面，轴线22可以仅沿着圆23进行调整。然而，一般来说，由于通常的力测量装置10需要相对较小的调节距离，因此实际上只实现了该圆23的非常小的部段。因此，圆23基本上对应于切线24，切线24在轴线22的范围内与圆23接触。因此，该切线24形成力测量装置10的测量方向11。特别地，它独立于力测量装置10在轴承支架20与设置支撑件7之间的具体取向。因此，在该实施例中，力测量装置10可以以任何方式布置，而不影响测量方向11。测量方向11仅由枢转轴承21确定，并且总是垂直于枢转轴承21与张力辊4的轴线22之间的直线25。替代地，也可以提供多个力测量装置10。
图6示出了具有力测量装置10的张力辊4的替代实施例，其中相同的附图标记表示相同的部件。在下文中，仅讨论与根据图5的实施例的差异。
在根据图6的实施例中，力测量装置10直接布置在轴承支架20与设置支撑件7之间。因此，力测量装置10本身决定了测量方向11。
在根据图6的示例性实施例中，假设力测量装置10只能检测在其纵向延伸方向上的力，使得测量方向11在这种情况下稍微朝向竖直方向倾斜。通过对力测量装置10的其它调节，测量方向11可以根据需要改变。替代地，也可以只提供一个力测量装置10。
基于根据图7的原理电路更详细地解释控制器15的结构。控制器15具有执行所有控制、验证和计算任务的CPU 30。它形成控制器15的中央组件。CPU 30经由总线31连接到存储器32。在该存储器32中，存储有可由CPU 30读取的程序以及数据。经由总线31，CPU 30还连接到输入端口33、34和输出端口35。输入端口33用于输入周向带5的拉伸应力的目标值。另一方面，输入端口34接收力测量装置10的模拟或数字形式的测量值。输出值经由输出端口35输出，输出端口35直接控制设置装置16。
控制器15仍然需要张力辊4的位置来确定正确的拉伸应力。为此，控制器15具有连接到总线31的另一个输入端口36。经由该输入端口36，控制器15从传感器37接收该信息，传感器37直接测量张力辊4的位置。该传感器37优选是角度或位置传感器。在控制器15另外还承担夹紧力控制的控制功能的情况下，如果需要，可以省去输入端口36和传感器37。在这种情况下，也很容易设想到使用输出值来控制张力辊4以便将其用作张力辊4的位置值。这种程序是可行的，因为张力辊的位置将总是接近计算的校正值。此外，张力辊4的位置的小偏差在计算周向带5的拉力时仅起很小的作用。因此，在确定张力辊4的位置时，一定的误差是可以容许的。然而，在控制器15的控制功能的情况下，仍然可以实施输入端口36和传感器37。无论如何，所涉及的额外开支是有限的。此外，整个装置1可以更普遍地使用。
在存储器32中，用于插值的灵敏度或多项式系数存储在所确定的灵敏度之间。在后一种情况下，为了计算灵敏度，对于当前调节运动，CPU 30只需要评估多项式，该多项式由多项式系数表示。这可以很容易地乘以力测量装置10的测量值。这种计算的结果是相应校正的拉伸应力，其在输出端口35输出。另一方面，如果灵敏度本身存储在存储器32中，则CPU 30必须实时计算相应的多项式系数。
插值多项式根据以下公式计算:
其中包含预定的灵敏度和Li、Lagrangian多项式。Lagrangian多项式根据以下公式计算:
各个调节运动的灵敏度是通过测量拉伸张力在实验上确定的，或者从理论上根据每个个别调节运动的具体几何形状确定的。在后一种情况下，计算在每个个别的调节运动和给定的皮带拉力下哪个力作用在力测量装置10上。假设的皮带拉力除以该计算的结果，然后得出与调节运动相关的灵敏度。
附图标记列表
1 装置
2 第一导辊
3 第二导辊
4 张力辊
5 周向带
6 调节路径
7 设置支撑件
8 枢转轴线
9 间距
10 力测量装置
11 测量方向
12 承载力
13 第一端点
14 第二端点
15 控制器
16 设置装置
20 轴承座
21 枢转轴承
22 轴线
23 圆
24 切线
25 直线
30 CPU
31 总线
32 存储器
33 输入端口
34 输入端口
35 输出端口
36 输入端口
37 传感器
M 中心点
P 工作点
r 半径
α 枢转角度

Claims (9)

1.一种用于检测周向带(5)的拉伸应力的方法，所述周向带被至少一个张力辊(4)偏转，所述张力辊被调节用于改变所述周向带(5)围绕调节路径(6)的运行长度，其中在至少一个方向上测量至少一个力测量装置(10)的至少一个张力辊(4)的承载力(12)，所述承载力取决于至少一个张力辊(4)的调节路径(6)，其特征在于，所述至少一个力测量装置(10)关于所述拉伸应力的灵敏度分别针对所述调节路径的多个点来确定，其中所述灵敏度和/或由此计算的值作为阵列存储在至少一个存储器(32)中，至少一个控制器(15)访问所述至少一个存储器，所述控制器通过插值从当前调节路径(6)、当前承载力(12)和所存储的灵敏度和/或值来计算所述拉伸应力。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据承载力测量值和拉伸应力测量值来计算所述调节路径的所述点处的灵敏度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据几何条件来计算所述调节路径的所述点处的灵敏度。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述调节路径的所述点处的灵敏度是从所述周向带(5)围绕所述至少一个张力辊(4)的缠绕角和所述至少一个力测量装置(10)的倾角来计算的。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述插值是线性插值。
6.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述插值是二次插值。
7.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述插值使用插值多项式，所述插值多项式具有的次数比存储的灵敏度的数量少一。
8.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个张力辊(4)围绕枢转轴线(8)枢转。
9.根据权利要求1至4中的任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个张力辊(4)以线性方式移动。
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