FI118435B - Järjestely kuiturainakoneen telan tasapainottamiseksi - Google Patents

Description

118435 Järjestely kuiturainakoneen telan tasapainottamiseksi

Keksintö koskee järjestelyä kuiturainakoneen telan tasapainottamiseksi, jossa järjestelyssä telan pyörimisakselin suhteen vallitsevan massajakauman painopistettä eli massakeskipistettä muutetaan todellisen massakeskipisteen saamiseksi halu-5 tulle etäisyydelle pyörimiskeskipisteestä.

Massajakauman tarkastelemiseksi voidaan tela jakaa pyörimiskeskipisteestä katsottaessa n.ään sektoriin, jolloin n*da on 360°. Telan pyörähdyskulman osalla, erään kulman da matkalla on olemassa massa dm, joka on etäisyydellä dr telan pyörimiskeskipisteestä. Massa dm ja ja massan etäisyys dr pyörimiskeskipisteestä 10 ei välttämättä ole sama kaikissa sektoreissa dai, da2,...dan. Telan erään poikkileikkauksen massakeskipiste saadaan, kun kaikkia dai..n sektoreita tarkastellaan yhdessä. Mainittu vallitseva massajakauma syntyy tai aiheutuu telaan esimerkiksi telan valmistuksen seurauksena, telan ollessa kuiturainakoneessa olosuhdemuu-tosten takia tai vastaavasta jonkin telaan vaikuttavan parametrin, kuten kulumisen, 15 muuttumisesta ajan kuluessa.

Kuiturainakoneissa, kuten paperikoneissa, paperin jälkikäsittelykoneissa, kalentereissa, pituusleikkureissa ja vastaavissa käytettävien telojen kehänopeus vastaa tyypillisesti tuotettavan kuiturainan nopeutta. Kuiturainan tuotantonopeudet vaihte-levat huomattavasti, mutta suuntaus on jatkuvasti suurempiin tuotantonopeuksiin , 20 eikä esimerkiksi 3000 m/min eli 50 m/s kuiturainan nopeudet ole enää tavattomia • · · : ·* varsinkaan erilliskuiturainakoneissa. Telan halkaisija määrää pyörimisnopeuden, joka esimerkiksi tällöin 300 mm:n halkaisijaisella telalla olisi noin 53 1/s eli 3183 "**· 1/min. Tällaisella pyörimisnopeudella pyöriessään tela, mikäli se on epätasapai- :[**: nossa, aiheuttaa varsin voimakkasta värähtelyä, joka rasittaa sekä telaa itseään, : 25 koneiden rakenteita rakennukset mukaan lukien ja lisäksi tuotettavaan kuitu- ··· :***: Tainaankin kohdistuu ei-toivottua värähtelyä. Yksittäisen telan värähdellessä kuitu- rainaan kohdistuu lähinnä ajettavuutta heikentävää kireysvaihtelua, mutta nipin , .·. muodostavan telan värähdellessä kuiturainaan kohdistuu myös epätasainen puris- • · · tus. Pahimmillaan tämä aiheuttaa selvästi muuttuneet kuiturainan paksuus- ja kiil- *:** 30 to-ominaisuudet ja jopa rainan katkeamisen.

• · • · * * ·· .···! Tämän ongelman ratkaisemiseksi kuiturainakoneiden telat tasapainotetaan kunkin • · "S position vaatimusten mukaisen tarkkuusluokan edellyttämään tasapainoon. Perin- : teisesti kuiturainakoneiden telat tasapainotetaan valmistus- tai huoltovaiheessa "**: kuiturainakoneesta irrotettuna. Työ suoritetaan erillisessä tasapainotuskoneessa 35 tai telasorvissa, joka sisältää tasapainotusvälineet. Telan käyttöolosuhteet voivat 118435 2 kuitenkin olla huomattavan erilaiset kuin mitä olosuhteet ovat telaverstaalla. Telaan vaikuttavista ympäristöolosuhteista lämpötilassa on yleensä huomattavin ero. Tuotannollisessa käytössä esimerkiksi kuiturainaan lämmön avulla vaikuttavan 1500 mm:n halkaisijaisen termotelan lämpötila voi olla 250 °C. Jos laakeriväli täl-5 laisessa telassa on vaikkapa 12 metriä, 250 °C:n lämpötilassa laakeriväli on lähes 30 mm pitempi ja halkaisija lähes 4 mm suurempi kuin mitä ne ovat telaverstaalla 25 °C:n lämpötilassa. Tämä vaikuttaa luonnollisesti jonkin verran telan tasapainottamiseen ja todellisen massakeskipisteen etäisyyteen todellisesta telan pyörimis-keskiöstä tai -akselista. Tyypillisesti tasapainotus tehdään lisäämällä telojen pää-10 tyalueelle sopivasti massaa, kuten metallitankoa. Lisäys tehdään sellaisiin kohtiin, että telan rakenteessa olevien tekijöiden aiheuttama massakeskipisteen siirtyminen pyörimiskeskilinjaan nähden saadaan kompensoitua. Tela on akselinsa ympäri pyörivä kappale, joten sitä voidaan tarkastella edullisesti telan pyörähdyskulman funktiona.

15 Kuiturainakoneissa käytettävät telat on tyypillisesti valmistettu metallista, kuten teräksestä tai valuraudasta ja uusimpina kehitysmuotoina ovat erilaiset kennoraken-teiset metallitelat. Myös muovikomposiittirakenteisia teloja käytetään yleisesti kuiturainakoneissa. Nykyaikaisten kuiturainakoneiden asettamat vaatimukset teloille ovat sellaisia, että yhtenä telavalmistuksen lähes välttämättömänä työvaiheena 20 ennen telan käyttöönottoa on tasapainottaminen, vaikka valmistusmenetelmiä kehitetään jatkuvasti tavoitteena entistä tasapainoisemmat ja paremmat tela-aihiot.

• · · • · · * · ' .I, Esimerkkinä voidaan käyttää perinteistä teräslevystä taivuttamalla tehtyä putkite- I"*. laa, joka taivutuksen jälkeen sorvataan oikeaan seinämävahvuuteen ja ympyrän- muotoiseksi. Tämä sorvaus on tasapainotuksen kannalta sikäli ongelmallinen vai- • · *···* 25 mistusvaihe varsinkin pelkkänä ulkosorvauksena tehtynä, että siinä lähtötilantees- sa materiaalivahvuudeltaan vakiopaksuisen levyn seinämävahvuutta muutetaan.

···

Levyaihion taivutuksen aikaansaamasta geometrian oikeellisuudesta riippuu, kuinka suuret paksuusvaihtelut sorvattuun telavaippaan tulee. Nämä paksuusvaihtelut : ovat geometriavirheiden lisäksi tavanomaisimpia telojen epätasapainoa aiheutta- :***: 30 via tekijöitä. Sorvaamalla tällainen levystä taivutettu tela-aihio myös sisäpuolelta ··· .· . ongelmaa saadaan vähennettyä. Asetustarkkuuksien ja muiden vastaavien virhe- % · · lähteiden tai -mahdollisuuksien takia tela-aihio ei yleensä ole täysin tasapainossa sisäsorvattunakaan. Vastaavia ilmiöitä esiintyy valamalla valmistettavissa teloissa, : silloin muottien ja muottien asennuksen laatu ovat ratkaisevia.

··· # 35 Edellä selostetut vaihtelevat materiaalivahvuudet aiheuttavat muutoksia tasapainoon myös lämpötilan vaihtuessa valmistus- tai tasapainotusvaiheessa vallinneen 118435 3 lämpötilan ja käyttövaiheen lämpötilan välillä. Lämpötilan muutoksen vaikuttavat myös telan jännitystiloihin, jotka saattavat aiheuttaa muutoksia tasapainotukseen esimerkiksi virumisen vaikutuksesta.

Patentista FI 98404B tunnetaan menetelmä telan mitatun tai lasketun taivutus-5 jäykkyysvaihtelun tai epätasapainon kompensoimiseksi tekemällä telan pituussuuntaisia uria tai taskuja telan runkoon.

Keksinnön tavoitteena on aikaansaada järjestely telan tasapainottamiseksi, jonka avulla telan tasapainoitus säilyy tavoitearvojen sisällä erilaisissa käyttöolosuhteissa kuten erityisesti lämpötilojen muuttuessa. Erityisesti pyritään järjestelyyn, jonka 10 avulla telan tasapainotusta voidaan muuttaa irrottamatta sitä kuiturainakoneesta. Tavoitteena on myös mahdollistaa kuiturainakoneen telan tasapainottaminen useille eri kuiturainan nopeuksille siten, että tasapainotustilaa on helppo muuttaa halutun nopeusalueen mukaisesti ja kuitenkin säilyttää riittävän alhainen värähtelytaso. Edullista olisi myös, että tämä voitaisiin tehdä olosuhdemuutoksen aikana, 15 esimerkiksi kuiturainakoneen ylösajosekvenssin aikana, kun samanaikaisesti muutetaan kuiturainakoneen tuotantonopeutta tai -lämpötilaa tai molempia.

Keksinnölle on tunnusomaista, että ainakin toisessa telan päädyssä on vähintään yksi tasapainotuselementti, joka on kierrettävissä pyörimisakselin ympäri ja jonka massakeskipiste on siirrettävissä telan säteen suunnassa.

·· · : V 20 Keksinnön avulla saavutetaan tavoite, telan tasapainotus on säädettävissä mah- *:· dollisesti muuttunutta tarvetta vastaavaksi irrottamatta sitä kuiturainakoneesta.

• · · « *:··;· Samoin telan ajo-ominaisuudet on helposti sovitettavissa olosuhteita vastaaviksi.

.*··. Esimerkkinä tällaisesta mahdollisesta muutoksesta on erilaiset kuiturainakoneen • · . .·. prosessimuutokset, kuten telan lämpötilan tai ajonopeuden muutos.

• · · ··· ·«· 25 Keksintö voidaan toteuttaa joko yhden tai kahden tai useamman tasapainotusele-mentin avulla. Mikäli käytetään yhtä tasapainotuselementtiä eli tasapainotusele-menttien lukumäärä on yksi, tasapainotuselementin massakeskipiste on kierrettä-vissä pyörimisakselin ympäri ja siirrettävissä telan säteen suunnassa. Keksinnön ··* . erään toisen sovellusmuodon mukaisesti tasapainotuselementtien lukumäärän ol- *;./ 30 lessa kaksi tai enemmän tasapainotuselementit ovat massakeskipisteeltään epä- • · *·;·’ keskeisiä pyörimisakseliin nähden ja kierrettävissä pyörimisakselin ympäri. Tässä : jälkimmäisessä sovellusmuodossa siis riittää, että tasapainotuselementit ovat kier- ·:··; rettävissä pyörimisakselin ympäri. Toki myös säteensuuntainen siirto voidaan to- 118435 4 teuttaa tässäkin tapauksessa, mutta ilmankin sitä tasapainotusefementtien yhteinen massakeskipiste on siirrettävissä haluttuun kohtaan.

Seuraavassa selostetaan keksintöä oheisiin kuvioihin viitaten, joissa: kuviossa 1 on esitetty yksinkertaistettu kuvio kahden telan värähtelykäyttäytymi-5 sestä, kuviossa 2a on esitetty telan poikkileikkaus siten, että tasapainotuselementtien toimintaperiaate havainnollistuu eräässä asetustilanteessa, kuviossa 2b on esitetty toinen poikkilelkkauskuva, jossa tasapainotuselementit ovat eri asennossa kuvion 2a tilanteeseen verrattuna, ja 10 kuviossa 3 on esitetty eräs perinteinen tapa telan tasapainotuksen suorittamiseksi.

Kuviossa 1 on esitetty vaaka-akselilla telan kehänopeus ja pystyakselilla värähtelyn aiheuttama voima tai amplitudi. Telat A ja B ovat tasapainotettu eri suunnittelu-nopeuksille, tela A nopeudelle vi ja tela B nopeudelle V2. Vaakaviiva G esittää telan suurinta sallittua värähtelyä eli käytännössä kyseisten telojen tasapainotusluo-15 kan maksimiarvoa. Tela B, jonka suunnittelunopeus V2on suurempi, ei täytä kriteeriä G ylösajon aikana. Tällainen tilanne saattaa aiheuttaa ongelmia ylösajon aikana tai ajettaessa tuotantoa suunnittelunopeutta alhaisemmalla nopeudella, kuten tuotettaessa neliömassaltaan raskaimpia kuiturainalajeja, jotka ovat kyseisellä kuitu rainakoneella tuotettavissa. Keksinnön mukainen järjestely tarjoaa tähän ongel-20 maan ratkaisun, koska telan tasapainotus on muutettavissa muutostarpeen aiheut-:v. taneen olosuhdemuutoksen edellyttämällä tavalla. Tällaisia olosuhdemuutoksia 'voivat olla tuotettavan kuiturainan neliömassan muutoksen aiheuttaman nopeus-muutoksen lisäksi esimerkiksi käyttölämpötilan muutos. Nopeus vaikuttaa sikäli ...* mainittuun tasapainoitukseen, että eri nopeuksilla sylinterimäisen pitkän telan omi- • · ***·' 25 naisvärähtelymuotö on hieman toisistaan poikkeava, eikä tällöin massajakauma välttämättä pysy täysin samanlaisena. On edullista, että telan 1 massakeskipis- * · · teen 50 paikka mitataan suorasti tai epäsuorasti. Tähän tarkoitukseen sopivia välineitä ovat esimerkiksi kiihtyvyys- tai voima-anturit ja vastaavat.

« • · · 1 · *

Kuviossa 2a on esitetty tilanne, jossa tasapainotuselementin 10 ja tasapaino- *:*' 30 tuselementin 20 välinen kiertokulma β on 180°, jolloin tasapainotuselementtien * · massakeskipistettä 30 ei muuteta telan geometrisestä pyörimiskeskipisteestä 40.

Tasapainotuselementin 10 massakeskipiste 11, tasapainotuselementin 20 massa- : *·, keskipiste 21 ja telan pyörimiskeskipiste tai -akseli sekä telan 1 tasapainottamaton · · '"t\ massakeskipiste 50 ovat samalla suoralla. Tasapainotuselementit 10, 20 ovat kier- 35 rettävissä 0 - 360° telan 1 pyörimisakselin 40 ympäri.

118435 5

Kuviossa 2b on puolestaan esitetty tilanne, jossa telan 1 tasapainottamaton massakeskipiste 50 on suunnassa a + 180° etäisyydellä f telan 1 pyörimiskeskipistees-tä 40. Mikä tahansa telan kohta voidaan valita a:n nollakohdaksi, kuviossa 2b nollakohdan on esitetty olevan vertikaalisuunnassa telan 1 lakikohdassa. Jotta telan 1 5 massakeskipiste 50 saadaan tasapainotettua eli siirrettyä samaan kohtaan kuin pyörimiskeskipiste 40, tasapainotuselementti 10 ja tasapainotuselementti 20 asetetaan kompensoimaan tätä poikkeamaa. Tasapainotuselementti 10 ja tasapainotuselementti 20 ovat 90 asteen kiertokulmassa β toisiinsa nähden, jolloin tasapai-notuselementtien 10, 20 massakeskipiste 30 on etäisyydellä e suuntakulmassa a 10 = 35° pyörimiskeskipisteestä 40. Tällä tavalla toteutettuna telan massakeskipistet tä 50 voidaan kohtuullisen yksinkertaisten trigonometristen laskutoimitusten ja esimerkiksi kiihtyvyysantureilla mitatun värähtelytiedon perusteella säätää ohjelmallisesti pyörimiskeskipisteeseen 40 tai halutulle muulle etäisyydelle todellisesta pyörimiskeskipisteestä tai -akselista. Muuttamalla siis tasapainotuselementtien vä-15 lista kiertokulmaa β sekä muuttamalla tasapainotuselementtien ja telan välistä kiertokulmaa a saadaan epäkeskeiset tasapainotuselementit suunnattua vapaasti valittavissa olevaan suuntaan telan kehällä samalla kun massakeskipisteen etäisyys pyörimisakselista saadaan halutun suuruiseksi.

Kuviossa 3 on esitetty eräs tunnetun tekniikan mukainen tapa tasapainottaa tela 1. 20 Siinä telan 1 päädyssä on 90°;n välein neljä tasapainotuselementin tai -massan kiinnityskohtaa 9, joihin telan ollessa tasapainotuskoneessa asennetaan massal- : V taan sopivat painot 10 kompensoimaan mahdollista epätasapainoa.

• -« “**. Keksinnön erään sovellusmuodon mukaisesti on myös edullista, että mainittu ta sapainotuselementti 10, 20 on liikuteltavissa pyörimisakseliin 40 nähden telan 1 • · **·;* 25 pyöriessä, erityisen edullisesti kuiturainakoneen ylösajon ja tuotantoajon aikana.

*···** Tällainen tasapainotuselementtien ohjelmallinen säätäminen edellyttää soveltuvan toimilaitteen käyttöä elementtien aseman muuttamiseksi. Tällaisia tarkoitukseen soveltuvia toimilaitteita ovat muun muassa askelmoottorit, karamoottorit ja vastaa-vat tarkkaan asetukseen kykenevät välineet. Tarvittava asemointitarkkuus on suu-30 ruusluokkaa 0,5° kohteesta riippuen eli joissain sovelluksissa tarvitaan tätä tar- ··♦ J . kempi ratkaisu, mutta jossain toisessa kohteessa riittää karkeampi tarkkuus. Ta- sapainotuselementit ovat edullisesti myös lukittavissa valittuun asemaansa edellä • · **;·' mainitusta toimilaitteesta riippumattomasti. Tällöin asetettujen säätöjen ryömimi- : nen virheellisiksi on todennäköisesti erittäin pientä ····· 35 Koska kuitu rapakoneissa telojen pituudet ovat nykyään helposti yli kymmenen metriä, poikkileikkauksen pyörimiskeskipiste tai akseli ei suinkaan ole välttämättä „ 118435 geometrinen suora vaan jonkinlainen monimuotoinen käyrä. Tällaisissa tapauksissa tasapainotusta voi hyvinkin helpottaa järjestely, jossa telan 1 kummassakin päädyssä Olevien tasapainotuselementtien 10, 20 lisäksi myös telan pituuden keskialueella on tällaiset keksinnön mukaiset tasapainotuselementit ja niiden säätöön 5 tarvittavat laitteet. Tämän keksinnön yhteydessä noin % telan vaipan pituudesta päädystä alkaen katsotaan päätyalueeksi ja näiden väliin jäävä alue keskialueeksi.

·· 1 • » • · • · »2 3 ···· • **« • · * · ··· • · · * · · • · **a • · • · ··· • · · « · ··· aa« * 1 • 1 • · a • · • · · i ·1 • · • · 1 1 • · • · 2 • · * • 1 • · · • · · 3 · 118435 7

Kuvioissa käytetyt viitenumerot ja merkit: 1. tela 9. tasapainotuselementin kiinnityskohta telan päädyssä 10. tasapainotuselementti 5 11. tasapainotuselementin 10 massakeskipiste 20. tasapainotuselementti 21. tasapainotuselementin 20 massakeskipiste 30. tasapainotuselementtien 10 ja 20 yhteinen massakeskipiste 40, telan 1 pyörimiskesklpiste tai -akseli 10 50. telan 1 tasapainottamaton massakeskipiste e pisteiden 30 ja 40 välinen etäisyys f pisteiden 40 ja 50 välinen etäisyys a tasapainotuselementtien 10 ja 20 yhteisen massakeskipisteen suuntakulma telan kehällä 15 β tasapainotuselementtien 10 ja 20 välinen kiertokulma ·· · • · ♦ • · * · • 1 · ···· • · ··· • · • · ··♦ • · · • · · *·♦ ··· • · • ♦ • •t « 1 · • · « ··· • ♦ • · • · • · ♦ • ·· • · ··♦ • · • ♦ ·· · • · • · ♦ 1 · ··· · • · ...

Claims (9)

1. Järjestely kuiturainakoneen telan (1) tasapainottamiseksi, jossa järjestelyssä telan pyörimisakselin (40) suhteen vallitsevan massajakauman painopistettä eli massakeskipistettä (50) muutetaan todellisen massakeskipisteen saamiseksi halu- 5 tulle etäisyydelle pyörimiskeskipisteestä (40), tunnettu siitä, että ainakin toisessa telan (1) päädyssä on vähintään yksi tasapainotuselementti (10, 20), joka on kierrettävissä pyörimisakselin (40) ympäri ja jonka massakeskipiste (11, 21, 30) on siirrettävissä telan (1) säteen suunnassa.

1 1 8435 Patentti vaati m ukset

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että tasapaino-10 tuselementtien lukumäärän ollessa yksi tasapainotuselementin (10) massakeskipiste (11) on kierrettävissä pyörimisakselin (40) ympäri ja siirrettävissä telan (1) säteen suunnassa.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että tasapaino-tuselementtien lukumäärän ollessa kaksi tai enemmän tasapainotuselementit (10, 15 20) ovat massakeskipisteeltään (11, 21, 30) epäkeskeisiä pyörimisakseliin (40) nähden ja kierrettävissä pyörimisakseliin (40) ympäri.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainittu tasapainotuselementti (10, 20) on liikuteltavissa pyörimisakseliin (40) nähden telan (1) pyöriessä, edullisesti kuiturainakoneen ylösajon ja tuotantoajon aikana. *« i • · * • * *20

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että telan (1) kum- “j\ massakin päädyssä on tasapainotuselementit (10,20). • ♦

6. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että mainitut tasa- :j*: painotuselementit (10, 20) ovat kierrettävissä 0 - 360° telan (1) pyörimisakselin :***: (40) ympäri. ♦ ··

7. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että telan (1) mas- '·:·* sakeskipisteen (50) paikka mitataan suorasti tai epäsuorasti. ··· • · • t ··· / .

8. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että tasapaino- *.*./ tuselementtejä (10, 20) on telan (1) päätyalueen lisäksi telan (1) pituuden keski- • · *···’ alueella. « « • · · • · ·

9. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestely, tunnettu siitä, että muuttamalla tasapainotuselementtien (10, 20) välistä kiertokulmaa (β) sekä muuttamalla tasa-painotuselementtien (10, 20) ja telan (1) välistä kiertokulmaa (a) saadaan epäkes- 118435 g keiset tasapainotuselementit (10, 20) suunnattua vapaasti valittavissa olevaan suuntaan telan (1) kehällä samalla kun massakeskipisteen (30) etäisyys pyörimisakselista saadaan halutun suuruiseksi.