CN1330604A - 卷纸装置及方法 - Google Patents
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Abstract
用于把纸张卷绕到一母卷上的装置和方法,包括一可转动的卷轴和一卷鼓,纸张被卷绕到其中的卷轴上,纸张在其中的卷鼓上被引导,并且卷鼓与母卷相接触以形成一辊隙,纸张在这个辊隙处被卷绕到母卷上。在一个实施例中,用传感器确定母卷在该辊隙处的经压入的母卷厚度以及离开辊隙处的未经压入的母卷厚度,并从中推导出径向压入量。一控制器对卷轴和卷鼓进行相对定位,以便把径向压入量保持在预定的范围内。在本发明的另一个实施例中,通过测量纸卷的直径和测量表示线性辊隙荷载的力,并对卷轴和卷鼓的相对位置进行控制,以便把力保持在基于纸卷直径的预定的范围内,从而实现对线性辊隙荷载的控制。
Description
本发明涉及造纸，更具体地说是涉及在造纸过程中用于把纸张卷绕到一母卷上的装置和方法。
在纸张的生产期间，来自造纸装置干燥端区域的干燥的纸张最初被卷绕在卷轴上形成母卷，该母卷一般被暂时储存起来，以便对它进行进一步的处理。随后，对母卷进行退绕，并把纸张转变成最终的产品形式。
在把纸张卷绕成大母卷期间，非常重要的是要使纸卷以这样的方式被卷绕，即该卷绕方式应能防止纸卷中出现大缺陷，并且该卷绕方式应能有效地把纸卷转变成最终产品，无论这种最终产品是成盒的面巾纸，还是成卷的浴巾，还是压印纸毛巾或类似物。理想的情况是，母卷基本为一圆筒形，具有一光滑的圆筒形主表面和两个光滑的平的平行端面。圆筒形主表面和端面应没有波纹、突起、起伏不平、偏心、起皱等缺陷，或者换句话说，纸卷应“尺寸正确”。同时，纸卷的形状必须稳定，以便在存储或常规处理期间纸卷不会偏离它的圆筒形状。或者换句话说，纸卷应“尺寸稳定”。如果因高速转变而使得纸卷不稳定，那么纸卷的缺陷就会使整个纸卷报废。
不正确地把纸张卷绕到母卷上会造成许多缺陷，特别是当卷绕高松密度的(high bulk)、易压缩的、柔软的薄棉纸时更会造成许多缺陷。在1973年Tappi，Atlanta，GA 1973渔会会刊上，W.J.Gilmore所著的文章“关于卷纸缺陷术语的报告-TAPPI CA1228”第5～19页中讨论了大量的这些纸卷缺陷，并用图片加以显示。在纸卷芯轴附近的纸张压力不够时会使纸卷的外区域向内压缩纸卷，导致一些星状皱褶，这些星状皱褶通常被称作“星状花纹”，在1993年英国Leatherhead，PiraInternational，Ed.C.F.Baker，1993年9月的“造纸产品-牛津第十届基础研究研讨会”论文集的卷2中，James K.Good的“卷筒纸科技”第855～881页中描述了这些星状花纹的情况。此外，星状花纹会造成芯轴周围的压力被释放，而这些压力在正常情况下能在芯轴与邻近纸层之间提供足够的摩擦。这种摩擦的丧失会导致芯轴“打滑”或“伸缩”，在这种情况下，纸卷的大部分(除了芯轴附近的几层和最外区域的几层之外)相对于纸卷轴线向一侧整体移动，使得该纸卷变得不可用。
目前市场上买得到的带有中心辅助驱动器类型的硬压卷轴已被成功地用于卷绕松密度多达约8～10立方厘米/克的可压缩薄棉纸，同时可以通过对芯轴的中心辅助驱动器的调节，减小辊隙压合力，并主要依靠对纸张内部的应力(in-going web tension)的控制，来避免上述的一些卷绕问题。这种类型的硬压卷轴在1991年于瑞典Karlstad举行的造纸研讨会上T.Svanqvist的“软薄棉纸卷轴设计”有所描述。然而，当采用这种方法卷绕松密度为9立方厘米/克或更高的具有高度软性的薄棉纸时，其中的这种卷筒纸的特征是例如每3英寸样品宽度上MD最大倾斜约为3千克或更小，就又会产生这些卷绕问题。当要卷绕直径约70英寸～150英寸或更大的大纸卷时，尤其是在高速卷绕情况下，这些卷绕问题就更为突出。
不想受理论的束缚，可以相信，当纸张进入母卷与一压辊之间的辊隙时，除了内部纸张应力外，还有两个主要因素会影响所卷绕成的纸卷内的最终应力。第一个因素是，位于辊隙内的母卷部分会发生变形，辊隙处的半径变得小于未变形的母卷半径。母卷从它的经变形的半径膨胀到未经变形的半径会拉伸纸张，并导致进入辊隙的纸张的内部应力显著地从它的设定应力开始增大。
另一个影响因素就是有时被称作“二次卷绕”效应。一部分纸张在第一次经过母卷与压辊之间的辊隙之后，被加入到一纸卷上。然后这部分纸张在母卷的每次转动时重复地经过辊隙，从而使得更多的纸层被加在外径上。随着纸卷表面附近的每个点再次进入辊隙时，纸张被辊隙压力压缩，使得纸张的层与层之间空隙内的空气被排出。这能减小层与层之间的摩擦，从而足够允许这些层更紧密地卷绕在内层上，这在Erickkson等人所著的“纸卷内的变形”第55～61页，Lemke等人在1987年第一届卷绕技术国际大会会刊上所著的“在双卷筒卷绕机上卷绕大直径新闻纸卷的影响因素”中第79～87页有所描述。
随着每个纸层被加到母卷上，每个纸层中的应力产生一个由外纸层作用于其下部纸层上的一个压缩力，因此，来自外纸层的压缩的累积效果通常导致芯轴周围区域上的纸张具有最高的层间的压力。二次卷绕会进一步加大这个压力。众所周知，软的薄棉纸在受到压缩时会屈服，从而在一定程度上吸收了部分增大的压力，使得软纸失去变形的能力。于是，累积压力能以一个急剧上升的速度上升到一个过高的水平，使得从母卷上退绕下来的的纸张的特性变化极大。
不幸的是，尽管能成功地防止尺寸稳定性问题，但是按传统卷绕方式所形成的母卷的内部压力和沿半径存在的纸张应力梯度能导致纸张在性能方面发生不期望的变化。在某些区域上的很高的应力在卷绕期间会造成机器方向拉伸的部分被拉出，很高的内部压力导致松密度的丧失。在退绕时，在辊隙内和辊隙之后，由很高的应力拉伸得越多的区域，其比重就越小，这是由于纸张的纵向拉伸的缘故。
纸张的这种重要特性的变化会导致产品质量的变化，并使转变操作变得很困难。
根据上述的由T.Svanqvist所描述的方法，只能在一定程度上补偿内部压力的增长。当纸张材料的密度和强度被降低得比所引用的值小很多时，在卷绕装置内的摩擦力的值的不稳定性以及那些在卷绕纸卷时会变化的其它因素使得很难进行精确控制辊隙荷载。另外，卷绕过程的失控会导致张力梯度被反过来，这会导致前面所说的星状花纹和打滑问题的产生。
在传统的辊隙卷绕过程中，由一对液压驱动器把卷轴(reel spool)压入，使其与卷鼓(reel drum)接合。在液压驱动器上安装拉力计量器型的传感器，对驱动器内的拉力数值进行监测，然后用这个数值来确定卷鼓与渐增的纸卷之间的辊隙荷载。虽然这种结构是一种较好的结构，因为它有着辊隙卷绕所附带的优越性(即，在卷纸内可获得足够高的应力)，但是这结构难以精确地维持并控制辊隙荷载(由于前面所述的原因，这个间隙荷载是非常重要的)。传统的拉力计量传感器的局限性和装置的摩擦力的不确定性(例如，液压驱动器或相连的用于移动卷轴的托架的滑动摩擦的变化)限制了辊隙荷载的精确性，这个辊隙荷载的精确性又限制了母卷的质量和大小以及能被卷绕的纸的类型。为了在更换过程中提高辊隙荷载控制的精确性，人们已经做了很多的努力来解决这个问题，如在公开的Olsson的PCT申请WO 97/22543中就有所描述。Olsson试图在更换期间改善辊隙荷载的控制，当一新的卷轴被移动入位和纸开始被卷绕到该新的卷轴上时，通过在主臂和辅臂上安装力传感装置，以便在更换期间直接测量辊隙荷载。但是，Olsson没有解决在卷绕操作期间精确控制辊隙荷载的问题，尤其是对于诸如薄棉纸的软纸型的纸，对于一给定的辊隙荷载来说，随着纸卷上的纸的厚度的增大，卷鼓压入纸卷的压入量不断地变化。在更换过程中有用的辊隙荷载控制方案对于卷绕操作就不一定是最优的了。
因此，在这个行业领域中，需要这样的卷绕装置，即这种卷绕装置能被用于各种等级的纸，包括象薄棉纸这样的柔软而精制等级的纸。这种装置不仅应具有辊隙卷绕的优点，而且还应提供精确有效的辊隙荷载，从而改善母卷的质量和大小。
根据本发明的一个优选的实施例中的装置和方法可以满足上面所提到的需要。在这个优选的实施例中，包括：一可转动安装的卷轴，卷纸材料被卷绕到该卷轴上形成直径渐大的纸卷；一卷鼓，可转动地被安装在卷轴附近。一托架支撑着卷鼓和卷轴中的一个，从而能相对于另一个进行移动，并把卷鼓和卷轴中的一个定位在另一个附近，从而在卷轴和卷鼓之间形成一辊隙。当纸张被卷绕时，托架使卷鼓与正被卷绕的纸保持接触。可以操作与托架相连的一驱动器使托架移动，相向推动卷鼓和卷轴，从而使卷鼓向纸卷上施加一线性辊隙荷载，于是在辊隙处局部地把纸卷沿径向向内压缩该纸卷。
对于给定的纸型，在纸卷的径向厚度、由卷鼓造成的纸卷的径向压入量(indentation)和线性辊隙荷载之间会有一种相互关系。根据本发明，为了使纸卷质量最优，径向压入量可以从零变化到一预定值，这个预定值可以根据经验来获得，它可以是纸卷厚度的一个函数。例如，当纸卷刚开始形成时，在卷轴上只有几层纸，因此所期望的压入量可以几乎为零，这与所期望的辊隙荷载几乎为零是相对应的。随着纸卷厚度的增大，所期望的压入量的值也更大，以便控制纸卷的尺寸稳定性和纸卷的质量。
因此，例如根据本发明的一个优选实施例，通过把一期望的压入量设计成纸卷径向厚度的函数，从而可用控制器控制卷轴和卷鼓的相对位置。利用一传感器单元来测量参数，从这些参数可以推导出纸卷的厚度和径向压入量。从而可以大大改善纸的卷绕参数，并使退绕的纸卷的性能变化达到最小。
在本发明的一个优选实施例中，传感器单元最好包括一第一传感器和一第二传感器，其中的第一传感器提供一指示卷鼓和卷轴相互位置的信号，其中的第二传感器提供一指示与辊隙间隔开处的纸卷的未经压入的径向厚度的信号。通过对来自这两个传感器的信号进行比较来确定这个压入量。不同类型的光学传感器、声音传感器、和/或电磁传感器均可被采用，包括激光距离或线性位移测量装置，超声距离或线性位移测量装置、和/或磁致伸缩线性位移测量装置。这个压入量被用作一个控制参数，用于控制卷轴相对于卷鼓的定位，以便使这个压入量保持在所期望的压入量的设定的允许误差内。
根据本发明的另一个可供选择的实施例，这个发明构思的一种变型就是测量作用在卷轴与卷鼓之间的力，这个力与直线辊隙荷载成正比，利用这个力和纸卷的径向厚度或直径来控制卷轴相对于卷鼓的定位。对于一给定的纸等级，直线辊隙荷载、压入量、纸卷的径向厚度或直径都是相互联系的。因此，确定了其中任何两个参数，就可以确定出第三个参数。因此，在上面所描述的第一实施例中，压入量是被作为纸卷径向厚度的一个函数来被控制的，从而把直线辊隙荷载作为径向厚度的一函数来被控制。另外一个可选的方案是，根据本发明的第二实施例，一个与直线辊隙荷载成正比的力被作为纸卷的径向厚度或直径的函数来被控制，从而实现对作为纸卷径向厚度或直径的函数的压入量予以控制。
可以利用各种类型的力传感元件来测量与线性辊隙荷载成正比或指示这个线性辊隙荷载的力。例如，本发明的另一个优选实施例包括一弹性元件，该弹性元件被设置成使作用在托架上的力产生线性辊隙荷载，从而造成该弹性元件发生可测量的变形。有利的是，该弹性元件包括一弹簧或荷载传感器。当托架可移动地支撑着卷轴并且卷鼓是静止时，弹簧或荷载传感器被连接在托架与卷鼓之间，辊隙荷载的变化导致弹簧或荷载传感器变形的变化，这种变形与纸卷的径向厚度或直径同时被监测，以便控制托架的移动，从而控制辊隙荷载。
根据本发明，卷绕在一卷绕机上的母卷具有这样的内部压力分布，即，芯轴区域的峰压所达到的数值小于传统卷轴所获得的峰压，然而这个峰压足够维持进行正常处理的机械稳定性。用本发明中的方法所获得的母卷在芯轴附近具有一内部压力，这个内部压力减小到一定的水平，然后呈现出一个基本为平的压力分布图的特殊区域，除了在该纸卷的外部表面的上的压力不可避免的下降到一个低压外。因此，显著地改善了整个母卷的纸的性能的均匀性。
通过下面对特定的优选实施例的描述，并结合附图，可以更清楚的理解本发明的上述和其它发明目的、技术特征及其优越性。在附图中：
图1是根据本发明第一优选实施例的卷绕装置的侧面正面图，该卷绕装置包括一些用于测量纸卷的未经压入的和经压入的径向厚度或直径的传感器，以便推导出纸卷的径向压入量；
图2是图1所示装置中卷鼓、卷轴和托架的侧面示意正面图，表示出了未经压入的和经压入的纸卷厚度，图中还表示出了一用于控制驱动器操作的控制器和一些阀，其中的这个驱动器使托架相对于卷鼓移动；
图3是表示根据本发明第二优选实施例的一弹性元件的放大的剖面图，该弹性元件用于监测一个与直线辊隙荷载成正比或指示这个荷载的力，这个力被用于控制压入量和辊隙荷载，这个压入量和辊隙荷载是母卷的径向厚度或直径的一个函数；
图4是根据本发明第二优选实施例的一控制图，表示出了一控制系统，该系统用于控制卷绕装置的二次卷绕系统的驱动侧(drive side)和从动侧(tending side)托架的位置。
下面将参照附图来更全面的描述本发明，附图中表示出了本发明的一些优选实施例。然而本发明也可以采用许多种不同的形式来实施，因此本发明不应被解释为仅局限于在此所描述的实施例。相反，提供这些实施只是向本领域普通技术人员完整彻底地公开并说明本发明范围。相同的附图标记表示相同的元件。
图1中表示出了根据本发明第一优选实施例的造纸机的一卷绕装置10。一干燥的纸张15在一传统的造纸机上被形成并被送进卷绕装置10。应当知道，本发明可采用皱纸造纸机或采用非皱纸造纸机。此外，尽管本发明很可能最适合于卷绕薄棉纸等级的纸，但是本发明也可以用于卷绕其它等级的纸。纸张15通过一对导辊14被送进，经过一卷鼓19被送到一卷轴26，该卷轴26由作用在卷轴的轴杆上的一中央驱动马达(图中未示)驱动。开始进行把纸张卷绕到卷轴上，与此同时，卷轴位于一对主臂27内，如图中卷鼓19上部位置的卷轴26′所示。附图标记26，26′，26″表示操作期间处于三个位置中的卷轴。如图所示，随着母卷25的增大，一新的卷轴26′准备进入到卷绕位置。当母卷25达到它的预定直径时，这个新的卷轴26′被主臂27下放入位，使它抵靠着可转动的卷鼓19。当新的卷轴位于图1所示的上部位置时，最好但并不是必须是把纸张15从完全卷满的卷轴26传送给新的卷轴26′，纸张从母卷25被切断，并开始把纸张卷绕到新的卷轴26′上。然后把卷好的母卷25和卷轴26沿着一对轨道28被逐出到下游，直到卷轴26达到阻挡件30为止。新的卷轴26′被下放到一卷绕位置，在这个卷绕位置处，卷轴26′通常处于与卷鼓19相同的水平线上，即，使得新的卷轴26′占据先前由卷好的卷轴26所占据的位置。
在卷绕位置把纸张卷绕到卷轴26上是通过维持在一对辅助臂42和44内的卷轴2 6来进行的，辅助臂42和44在卷轴26的相反端部被可移动地安装在两个辅助托架37(图1中只能看见1个)中的每一个上。托架37在水平方向上能沿着一轨道装置40移动，从而使得托架能移向和移离卷鼓19。一液压驱动器38与每个托架37相连，用于使托架37水平移动，从而使卷轴26移向和移离卷鼓19。尤其是，随着母卷25的增大，驱动器38被操作，使卷轴26移离卷鼓19，从而以期望的方式控制卷鼓19作用在母卷25上的辊隙荷载。
图2更详细地描述了根据本发明第一优选实施例用于控制托架37的移动的系统元件。尽管将对托架37中的一个托架和控制系统进行描述，但是应当知道，另一个托架也包括一类似的用于控制该托架移动的系统。正如上面所提到的那样，托架37在一些水平轨道40上可以移动，图中示意性地表示出了这些水平轨道。托架可转动地支撑着一对臂42和44。上游的臂42由连接在该臂与托架37之间的一驱动器46可转动地移动。类似地，下游臂44由连接在该臂与托架之间的一驱动器48可转动地驱动。上游的臂42在卷绕过程期间实际上是不动作的，但是在母卷完成卷绕之后被操作，以把卷好的纸卷25和卷轴26沿着轨道28被逐出到阻挡件30(见图1)。下游的臂44在卷绕过程期间起作用，以防止母卷25和卷轴26移离卷鼓19。
为了在卷绕过程期间控制母卷25的压入量和辊隙荷载，该装置包括一些用于监测母卷在辊隙处的压入量的传感器，来自这些传感器的信号被用于控制托架的移动，从而控制压入量和辊隙荷载。因此，一第一传感器70被恰当地安装，例如被安装到容纳该装置的建筑物的天花板C上，用于监测在母卷未经压入的区域与辊隙72间隔开的母卷25的未经压入的径向厚度Ru。可以用各种不同的方法来确定未经压入的径向厚度Ru，例如通过监测从传感器70到母卷25表面的距离，然后用已知的从传感器70到卷轴26表面的距离减去这个监测到的距离。一第二传感器74被恰当安装，用于监测母卷25在辊隙72处的经压入的径向厚度Rc。这个经压入的厚度Rc与卷鼓19和卷轴26之间的相对位置直接相关，因此，通过用各种方法监测它们的相对位置就可以确定这个经压入的厚度Rc。例如，传感器74可以监测卷鼓19与卷轴26中心之间的距离，或者监测其中一个的中心与另一个的表面之间的距离，等等，其中任何一种距离都可用于推导出这个经压入的径向厚度Rc。另一种方案是，可以把一位置传感器设置在用于移动托架37的液压驱动器38内或与该液压驱动器相连，由这个传感器所指示的托架的位置能被用于推导出经压入的径向厚度Rc。
传感器70和74被连接在一控制器66上。根据从传感器70，74接收到的信号，控制器编程地确定母卷2 5的径向压入量ΔR。控制器通过对阀68进行操作从而制驱动器38，以便把径向压入量ΔR保持在预定的范围围内。这个预定的范围可以是纸张15的已知压缩率、母卷25的经压入的径向厚度Rc以及其它参数的一个函数。
卷鼓19可以被模制成基本上是不可压缩的。在其它的情况下，有可能要用具有已知的有限压缩率(该压缩率通常小于纸卷的压缩率)的卷鼓19，卷鼓的压缩率也可以是确定驱动器38的正确位置从而提供所期望的辊隙荷载的一个参数。
如果需要的话，能根据卷鼓19和卷轴26位置的瞬时值、纸卷上的纸的未经压入的径向厚度Ru以及纸和/或卷鼓的压缩率连续地计算实际的辊隙荷载。但并不是必需连续地计算这个实际的辊隙荷载，仅为控制器设置一检查表，在这个检查表中建立所监测到的径向压入量ΔR与期望的液压驱动器位置之间的直接关系，这样就能更经济地获得合理的精度。
可以采用各种类型的传感器70，74，包括：激光式的距离或深度传感装置，采用诸如激光三角测量技术；激光白光或多波长莫尔条纹干涉测量法，这在Kevin Harding的1993年11月《激光和应用》第73至78页中的“用于工业检测的莫尔条纹干涉法”和Albert J.Boehnlein的在1991年12月3目的美国专利No.5,069,548“场变换莫尔系统”(Field ShiftMoire System)中进行了描述；超声监测，包括在L.C.Lynnworth波斯顿学术出版社1989年的“用于过程控制的超声测量”中所描述的方法，尤其是测量从固体表面反射的超声波迟延时间的方法；微波和雷达波反射方法；确定距离的电容方法；涡流变换方法；用于测量深度的单相机立体成像法，这在T.Lippert的光学显示系统II学报SPIE第1117册第52页至55页(1989)中的“径向双眼视差三维成像”中被描述了；用于测量深度的多相机立体成像法，这在N.Alvertos的机器视眼的照亮和图像监测IV(Illumination and Image Sensing for Machine Vision IV)，论文集SIPE，第1194册，第276至286页(1989)光学中的“立体相机几何积分”(Integration of Stereo Camera Geometries)中有所描述；接触探测器，如辊，轮，金属带和其它的其位置和倾斜度能被直接测量的装置；等等。
正如前面所提到的那样，还可以在驱动器38内部或附近设置一位置或线性位移传感器，使得托架37的位置或托架37的线性移动的长度能被监测并被转换成一经压入的纸卷径向厚度。例如，可利用磁致伸缩的位置传感器，如可从北卡罗莱纳州(North Carolina)的MTS系统三角公园研究公司(MTS Systems Corporation of research Triangle Park)买到的TEMPSONICS传感器，来监测托架位置。但是，本发明并不局限于任何具体类型的传感器。
参照图3来对本发明的第二个实施例进行描述。在这个实施例中，利用一力传感元件50来监测由臂44作用在卷轴26上的力。在本发明的这个实施例中，不是直接监测压入量并利用所监测到的压入量和纸卷的径向厚度一起来控制托架的移动，而是利用由力传感器50所监测到的力和所监测到的纸卷的径向厚度或直径一起来控制托架的移动。
因此，下游的臂44支撑着与卷轴26接触的一弹性元件50。尽管图示实施例中的弹性元件包括一腔体或缸体52，其内装有一压缩的螺旋弹簧54，但是也可以利用其它类型的弹簧。一活塞56连接在缸体52一开口端附近的弹簧54的端部上。活塞56可滑动地安装在缸体内部。缸体52被安装到臂44上，使缸体的轴线58大致沿着卷轴26的半径方向。一辊或轮60可转动地被安装在活塞56上，用于与卷轴26滚动接触。
因此，应当知道，作用在臂44和卷轴26之间的力通过弹性元件并沿着其轴线被传递。因此，这个力在缸体52内倾向于压缩弹簧52，这个力越大，所造成的弹簧52的变形也就越大，这个力越小，所造成的弹簧的变形也就越小。由于弹簧有一个已知的弹性常数，因此弹簧52的长度就可度量作用在臂44与卷轴26之间的力，从而这个长度是与作用在母卷25与卷轴26之间的线性辊隙荷载成正比或由其指示的。
一距离测量装置62被安装在弹性元件50附近，用于监测弹簧54的长度。尽管知道测量装置62是被固定在壳体52上，但是它也可以被固定在其它构件上，如安放卷绕机10的包覆物的顶上或壁上。优选的但不是必须的方案是，距离测量装置62包括一激光位移传感器，一面镜子64被安装在活塞56上，用于把激光反射到传感器62上。也可选用其它类型的距离测量装置，包括上面所列的任何类型的装置。
传感器62与一控制器66相连，控制器66本身又与一对阀68(见图2)相连，这对阀68与液压驱动器38相连。控制器66根据从传感器62接收到的信号编程地操作这对阀68，从而把由传感器62所指出的力保持在预定的范围内。
根据本发明，可以看出，纸的质量被改善了，特别是软纸等级的纸，如薄棉纸，通过控制卷绕使直线辊隙荷载不是固定不变的，而是使辊隙荷载作为不断增大的纸卷的径向厚度的一个函数而发生变化。因此，由传感器62所指示的力的设定值最好是纸卷25的直径或径向厚度的一函数。为了达到这个目的，根据本发明的第二个实施例的卷绕装置最好包括一位置传感器或距离测量装置，用于监测纸卷的直径或径向厚度。可以利用前面所提到的任何类型的传感器来监测纸卷的直径或径向厚度。此外，应当知道，力传感元件50基本上是由一荷载传感器构成，因此如果需要的话，可以用其它类型的荷载传感器来代替。例如在瑞典的卡尔斯鲁厄诺贝尔电器公司(Nobel Elect ronik AB of Karlskoga)能买到的KOSD-40或KISD-8荷载传感器能被装入到挤靠着卷轴的辊60的轴杆内。
图4描述了根据本发明第二实施例的用于控制液压驱动器38的一控制系统。驱动侧托架和从动侧托架的控制系统元件都被表示出了。控制器66包括：一可编程逻辑控制器(PLC)和/或计算机80，用于计算作用在力传感元件或荷载传感器50上的力的设定值，一用于操作阀68的控制器82，以便使液压驱动器38移动从动侧托架，从而使从动侧荷载传感器50所指示的实际的力与设定的值之间的误差趋于零。因此一实际的力或“线载荷”就从从动侧荷载传感器50传送到设定值控制器80，如在84处所示。或者是，“实际的”线荷载可以是由驱动侧和从动侧荷载传感器所示的力的平均值。应当知道，荷载传感器50所示的力通常与线性辊隙荷载成正比，但是在许多情况下由于各种原因，却不与辊隙荷载相同。例如，辊60可以在一点与卷轴接触，在纸卷与卷鼓19之间它不与从纸卷25中心通过接触点的径向直线对齐。
如上所述，线荷载的设定值是纸卷的径向厚度或直径的函数，并且最好由控制器根据线荷载和纸卷直径之间一预定的关系进行计算。例如，控制器可以被编有一个检查表或类似物，用于根据纸卷的监测到的直径来确定线荷载设定值。应当知道，这个预定的相互关系对于不同等级的纸张是不同的，并还受其它因素的影响。因此，一位置传感器86被设置在每个液压驱动器38内或连接在该液压驱动器38内。纸张的直径是托架的位置的一个函数，因此，来自位置传感器86的信号指示出纸卷的直径。这个位置信号被送入设定值控制器80，如88处所示。设定值控制器80计算出线荷载的一设定值，并把这个设定值传送到控制器82，如90处所示。设定值和实际的线荷载之间的误差由控制器82在92处确定。这个误差信号被输送到一比例集成控制器(proportional integralcontrol)94，它产生一个纠正信号，使线荷载误差趋于零。纠正信号通过数模转换器96被传送，这个经转换的模拟信号被传送到用于从动侧驱动器38的阀68，于是阀就以一逐渐增长的量打开或关闭，以便对驱动器38进行操作，从而逐渐增大地移动从动侧托架，使得线荷载朝着设定值增大或向设定值减小。
在装置的驱动侧，采用了位置控制，以便把驱动侧托架的位置与从动侧托架的位置基本保持相同。因此，来自从动侧位置传感器86的实际位置和来自驱动侧位置传感器86的实际位置之间的误差在控制器82内被确定，如98处所示，这个误差信号被输送到一比例集成控制器100，它产生用于驱动侧驱动器38的一个纠正信号。这个纠正信号被送到数模转换器102，该数模转换器向用于驱动侧驱动器38的阀68提供一个模拟纠正信号，从而使位置误差趋于零。
尽管对驱动侧托架采用位置控制，以使卷轴26与卷鼓19在整个卷绕操作中保持平行，但是在每次卷绕开始时，当一个新的卷轴处于上部位置(图1中由卷轴26′所示)并且纸张的尾部被卷到这个新的卷轴上以便开始把纸张卷绕到卷轴上时，最好使控制器把卷轴的一端定位成比另一端更接近卷鼓。以这种方式对卷轴进行定位有利于把尾端卷绕到卷轴上。例如，使卷轴的一端比该卷轴的另一端更接近卷鼓约20mm。
当卷轴处于图1中26′所示的上部位置的情况下开始把纸张卷绕到卷轴26上时，则如果采用本发明的方法，那么在该位置就难以控制辊隙荷载，因为纸层仍然很薄，不允许被显著的压入。于是，对上部位置的卷绕过程的控制可以通过另一种方法来实现，例如用拉力计量器或其它的力传感器进行传统的辊隙荷载控制，直到卷轴上的纸层的厚度足够允许采用本发明中的方法为止，此时就可以开始采用本发明中的方法来进行控制辊隙荷载了。
从前面的对本发明一些优选实施例的描述中可以看出，本发明提供了用于控制纸张卷绕机中的线性辊隙荷载的装置和方法，这种装置和方法即使在辊隙压力很低的情况下也能进行精确地控制辊隙荷载。
本领域普通技术人员在前面的描述及附图的教导下，可以对本发明作出一些变型和其它一些实施例。因此，应当知道，本发明并不局限于所公开的具体的实施例，一些变型和其它实施例应被包括在所附的权利要求书的范围内。此外，尽管在本文中采用了具体的术语，但是这些术语只是用于一般意义和描述意义的，而并不是为了限制目的。
Claims (11)
1、一种用于把纸张材料卷绕成一纸卷的装置，其特征在于，该装置包括：
一可转动安装的卷轴，在该卷轴上纸张材料将被卷绕以形成直径逐渐增大的纸卷；
一卷鼓，可转动地安装在卷轴附近；
一托架，支撑着卷鼓和卷轴中的一个，以便使托架可以相对于另一个进行移动，并把卷鼓和卷轴中的所说的一个定位在另一个附近，使得在卷鼓和卷轴之间形成一辊隙；
一驱动器，与托架相连，并可以操作以用于移动托架，使卷鼓和卷轴相向挤压，以便使卷鼓在辊隙处局部地沿径向向内压入纸卷；
一传感器单元，提供一个指示卷鼓压入纸卷的径向压入量的信号；
一控制器，与传感器单元和驱动器相连，并可被操作以用于控制驱动器移动托架，以便使卷鼓在辊隙处沿径向向内压入纸卷的压入量保持在预定的范围内。
2、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，传感器单元包括一可操作的用于监测纸卷的直径的传感器，其中的控制器根据所监测到的纸卷的直径被编程地确定和调节压入量的范围。
3、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，传感器单元包括一第一传感器和一第二传感器，其中的该第一传感器提供一个作为纸卷在辊隙处的经压入的径向厚度的一个函数的信号，其中的这个第二传感器提供一个作为与辊隙间隔开的未经压入的区域内的纸卷的径向厚度的一函数的信号。
4、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，控制器从第一和第二传感器接收信号并可操作地用于计算卷鼓压入纸卷的压入量。
5、根据权利要求3所述的装置，其特征在于，第二传感器是一距离测量装置，包括至少激光测量装置和超声波测量装置中的一个。
6、根据权利要求1所述的装置，其特征在于，传感器单元包括：
一第一位置传感器，提供一指示纸卷的未经压入的厚度的信号；
一第二位置传感器，在纸张被卷绕以形成纸卷时，提供一指示托架位置的信号；
其中的控制器接收来自第一和第二传感器的信号，并根据所说的信号计算卷鼓压入纸卷的压入量。
7、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，第二位置传感器是一磁致伸缩的线性位移传感器。
8、根据权利要求6所述的装置，其特征在于，第二位置传感器是一可变形元件。
9、一种把一纸张材料卷绕成一纸卷的方法，该方法包括：
把一卷鼓和一卷轴的一个定位在另一个附近，使得在卷鼓和卷轴之间形成一辊隙；
转动卷鼓和卷轴，使得纸张材料被卷绕到卷轴上以形成直径逐渐增大的纸卷；
向卷鼓和卷轴中的一个上作用一个力，使卷鼓在辊隙附近被压入纸卷；
监测纸卷的直径，并对卷鼓压入纸卷的压入量以及作用在卷鼓和卷轴中的一个上的力中的至少一个进行监测；
调节卷鼓和卷轴中的一个的位置，以便把所说的压入量和作用力中的一个保持在预定的范围内，从而控制卷鼓和纸卷之间的线性辊隙荷载。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，监测步骤包括监测纸卷的直径和卷鼓压入纸卷的压入量，其中的调节步骤包括调节卷鼓和卷轴中的一个的位置，以及调节作用在卷鼓和卷轴中的一个上的作用力，以便当纸卷直径增大时把卷鼓压入纸卷的压入量保持在预定的范围内。
11、根据权利要求9所述的方法，其特征在于，监测步骤包括监测纸卷的直径和作用在卷鼓和卷轴中的一个上的作用力，还包括根据所监测到的直径以及作用力与纸卷直径之间的预定的相互关系来确定被监测的力的范围，其中的调节步骤包括调节卷鼓和卷轴中的一个的位置，以便把被监测的力保持在所说的范围内，从而控制作为纸卷直径的一个函数的线性辊隙荷载和纸卷的压入量。
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