FI123495B

FI123495B - Arrangement for damping the vibrations of the calender rollers

Info

Publication number: FI123495B
Application number: FI20125444A
Authority: FI
Inventors: Jani Hakola
Original assignee: Metso Paper Inc
Priority date: 2012-04-24
Filing date: 2012-04-24
Publication date: 2013-05-31
Also published as: CN103375529B; FI20125444A; DE102013206640A1; CN103375529A

Abstract

The arrangement has rollers (3,3') that are directly or indirectly connected to axles using support levers (5). The support levers are relieved or charged with hydraulic cylinders (6) when hydraulic cylinder is connected with the support lever by support shaft. The hydraulic fluid is provided at suspension point of axles of rollers or support shaft of the support lever. A magnetostrictive or piezoelectric actuator is positioned in support block of the roller, to generate biasing force for damping the vibrations of hydraulic fluid at the suspension point.

Description

Järjestely kalanterin telojen värähtelyjen vaimentamiseksiArrangement for damping the vibrations of the calender rollers

Esillä olevan keksinnön kohteena on järjestely kalanterin telojen värähtelyjen vaimentamiseksi, jotka telat on tuettu runkorakenteisiin suoraan akseleistaan 5 tai välillisesti tukivipujen avulla, jotka tukivivut on kevennetty tai kuormitettu hydraulisylintereillä, kunkin hydraulisylinterin ollessa liitetty tukivipuun tu-kiakselin avulla.The present invention relates to an arrangement for damping the vibrations of a calender rollers which are supported on the frame structures directly from their axes 5 or indirectly by means of support arms which are lightened or loaded by hydraulic cylinders, each hydraulic cylinder being connected to the support lever by a support shaft.

Kalantereissa on yleistä ns. barring ilmiö, missä kalanterinipin värähtely 10 muokkaa telojen pinnan piparkakkumaiseksi ja telat joudutaan hiomaan ennenaikaisesti. Värähtelyjä on pyritty estämään rakenteellisesti, uusilla pinnoi-temateriaaleilla sekä erilaisilla passiivisilla vaimentimilla. Tekniikoissa on kuitenkin rajoituksia ja eniten vapauksia toteutukseen saataisiin aktiivisilla vaimentimilla, missä värähtelyä vaimennetaan aktiivisella, voimaa tuottavalla 15 elimellä. Mahdollisia säätöstrategioita värähtelyn estämiseen on useita. Käytännössä toteuttaminen on hyvin hankalaa, koska voima täytyy tuottaa rakenteessa elimissä jotka myös kuormittavat ja tukevat rakenteita. Näissä paikoissa käytetyt, tyypillisesti hydrauliset toimilaitteet pystyvät tuottamaan suuria voimia ja isoja liikkeitä, mutta värähtelynva imen n uksessa tarvittavia 20 suuritaajuuksisia voimia näillä ei pysty tuottamaan.In calendars there is a common so-called. barring phenomenon where the calender nip oscillation 10 transforms the surface of the rolls into a gingerbread and the rolls need to be sanded prematurely. Efforts have been made to prevent vibrations structurally, with new coating materials and various passive dampers. However, there are limitations to the techniques and most freedom in implementation would be obtained with active dampers where the vibration is suppressed by the active force generating means 15. There are several possible control strategies to prevent vibration. In practice, implementation is very difficult because the force has to be generated in the structure by the organs which also load and support the structures. Typically, hydraulic actuators used in these locations are capable of generating high forces and high motions, but are unable to produce the high frequency forces required for vibration damping.

Esillä olevan keksinnön päämääränä on aikaansaada ratkaisu, jolla aikaan- „ saadaan aktiiviset säätövoimat kalanterin telan tuentaan.It is an object of the present invention to provide a solution that provides active adjusting forces to support the calender roll.

δδ

CvJCVJ

o 25 Tämän päämäärän saavuttamiseksi keksinnön mukaiselle järjestelylle on tun- o nusomaista se, että telojen tuentapisteeseen on järjestetty telan akselia tai | telan tukivivun tukiakselia ympäröivä tila hydrauliselle väliaineelle, että toimi- ^ laitteena on magnetostriktiivinen tai piezosähköinen toimilaite, joka on sijoi- £j tettu telojen tukirakenteeseen siten, että se tuottaa värähtelyjä vaimentavan ^ 30 kuormitusvoiman tuentapisteessä olevaan hydrauliseen väliaineeseen.To achieve this object, the arrangement according to the invention is characterized in that a roll axis or | a space around the support axis of the roll support lever for the hydraulic medium that is actuated by a magnetostrictive or piezoelectric actuator disposed within the roll support structure so as to provide a vibration damping loading force on the hydraulic medium at the support point.

22

Seuraavassa keksintöä selostetaan lähemmin oheisiin piirustuksiin viitaten, joissa: 5 Kuvio 1 esittää kaaviollisena esimerkkinä erästä tunnetun tekniikan mukaista monitelakalanteria, kuvio 2 esittää keksinnön mukaisen järjestelyn erästä suoritusmuotoesi-merkkiä kaaviollisena periaatekuvana, 10 kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen järjestelyn erästä toista suoritus-muotoesimerkkiä kaaviollisena periaatekuvana, ja kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen järjestelyn vielä erästä toista suori-15 tusmuotoesimerkkiä kaaviollisena periaatekuvana.The invention will now be described in more detail with reference to the accompanying drawings, in which: Figure 1 is a schematic example of a prior art multi-roll calender, Figure 2 is a schematic diagram of an embodiment of the arrangement of the invention; and Fig. 4 shows a further exemplary embodiment of the arrangement according to the invention in a schematic diagram.

Kuviossa 1 on esitetty kaaviollisena esimerkkinä eräs tunnetun tekniikan mukainen monitelakalanteri 1, johon esillä olevaa keksintöä voidaan soveltaa rajoittamatta keksintöä kuitenkaan pelkästään tällaiseen kalanteriin. Kalante-20 riin kuuluu runko 2, johon on asennettu useita teloja telapinoksi, johon kuuluu ylätela 3, alatela 3'ja useita niiden välissä olevia teloja 4 ... 4' sekä kään-tötelat 10 rainan kulun ohjaamiseksi. Ylätela 3 ja ylin välitela 4 muodostavat m ensimmäisen nipin Nl, jonka läpi kuituraina W viedään ensiksi levitystelan 13 ^ ja ensimmäisen kääntötelan 10 kautta ja sen jälkeen muiden välitelojen o 25 muodostamien nippien läpi ja lopuksi alimman välitelan 4'ja alatelan 3' muo- o dostaman nipin N läpi pois telapinosta. Ylätela 3 on asennettu runkoon liitet- | tyihin laakeripesiin 12. Alatela 3' on asennettu laakeripesiin 12', jotka on tu- ^ ettu runkoon 2 kuormitusvarsilla 11, jotka on liitetty kuormitussylintereihin 9.Fig. 1 is a schematic illustration of a prior art multi-roll calender 1 to which the present invention can be applied without, however, limiting the invention to such a calender. The calender 20 includes a body 2 mounted on a plurality of rolls to form a roll stack comprising an upper roll 3, a lower roll 3 'and a plurality of rolls 4 ... 4' therebetween, and pivot rolls 10 for controlling the web flow. The top roll 3 and the top intermediate roll 4 form m a first nip N1 through which the fibrous web W is first passed through the nip formed by the spreading roll 13 ^ and the first pivoting roll 10 and subsequently through the other intermediate rolls o 25 and finally by the lower intermediate roll 4 ' through nip off the roll stack. The top roll 3 is mounted on the frame The lower roller 3 'is mounted on the bearing housings 12' which are supported on the frame 2 by the load arms 11 which are connected to the load cylinders 9.

Kuormitussylintereitä 9 käytetään koko telapinon kuormittamiseen sekä te-30 lanippien avaamiseen. Välitelat 4, 4'on asennettu laakeripesiin 8, 8'jotka on tuettu runkoon 2 tukivarsilla 5, jotka on varustettu kevennyssylintereillä 6, 3 jotka on liitetty toisesta päästään runkoon 2 ja toisesta päästään männänvar-ren silmukkaosan 7 avulla tukivarsien 5 tukiakseliin. Kevennyssylinterit voivat olla esim. hydraulisia tai pneumaattisia. Rainan W välitelojen 4' kohdalla olevat ulompien kääntötelojen 10' laakeripesät 14 on liitetty vastaavan välitelan 5 4' laakeripesään 8'. Sisemmät kääntötelat 10" on laakeroitu tukivarsiin 5.The loading cylinders 9 are used to load the entire roll stack and to open the te-30 nipples. Intermediate rollers 4, 4 'are mounted in bearing housings 8, 8' supported on body 2 by support arms 5 provided with relief cylinders 6, 3 which are connected at one end to body 2 and at the other end by piston rod loop part 7 to support arm 5. The relief cylinders may be, for example, hydraulic or pneumatic. The bearing housings 14 of the outer swivel rolls 10 'at the intermediate rollers 4' of the web W are connected to the bearing housing 8 'of the corresponding intermediate roll 5 5'. The inner swivel rolls 10 "are supported on the support arms 5.

Kuviossa 2 on esitetty eräs keksinnön mukainen järjestely esim. kuvion 1 mukaisen kalanterin telojen värähtelyjen vaimentamiseksi. Järjestely on toteutettu tukivarsia 5 keventävän hydraulisylinterin 6 männänvarren päässä 10 olevan silmukkaosan 7 läpi kulkevan tukiakselin 15 yhteydessä. Tukiakselin 15 sisäpuolelle on muodostettu poraus 16, johon on sijoitettu magnetostrik-tiivinen tai piezosähköinen toimilaite 17. Tukiakseli 15 on sovitettu tukivarteen 5 siten, että tukiakselin ulkopinnan ja tukivarteen muodostetun läpivientihän välille muodostuu kammiotila 19, joka on suljettu tukiakselin kehän-15 suuntaisilla tiiviste-elimillä 18. Muodostunut tila jaetaan tukiakseliin kohdistuvan kuorman suunnassa ylä- ja alaosaan ja osat erotetaan toisistaan tukiakselin pituussuuntaisilla tiiviste-elimellä (ei esitetty). Kuormaan nähden alapuoliseen osaan 19a johdetaan hydraulinen väliaine. Väliaine on tällöin suljetussa tilavuudessa ja sitä paineistamaan käytetään nopeaa toimielintä 17, 20 kuten esim. piezolevypinoa, jossa on useita n. 100 pm paksuisia keraamisia piezosähköisiä levyjä päällekkäin ja levyjen väliin sintratut elektrodit. Tukiakselin asemaa mitataan suhteessa tukivipuun ja piezolevypinoa ohjataan siten, m että se paineistaa hydraulista väliainetta, joka edelleen työntää akselia edel- ^ lään kunnes akseli asettuu tukivivun läpivientireiän suhteen neutraaliase- i § 25 maan. Tällä järjestelyllä voidaan tuottaa hyvin korkealla taajuudella värähte- o lyä vaimentavia voimia, jotka välittyvät tukiakseliin. Piezolevypino ja hyd- | raulinen väliaine muodostavat hydraulisen välityksen halutulle siirtymälle.Fig. 2 shows an arrangement according to the invention for damping the vibrations of e.g. the calender rolls of Fig. 1. The arrangement is implemented in connection with a support shaft 15 passing through a loop part 7 on the piston rod end 10 of the hydraulic cylinder 6 which lightens the support arms 5. A bore 16 is formed on the inside of the support shaft 15, in which a magnetostrictive or piezoelectric actuator 17 is disposed. The support shaft 15 is disposed on the support arm 5 so that a chamber space 19 is formed between the outer surface of the support shaft and the penetration formed on the support arm. 18. The formed space is distributed in the direction of the load on the support shaft to the upper and lower parts and the parts are separated by a longitudinal sealing member of the support shaft (not shown). A hydraulic medium is supplied to the part 19a below the load. The medium is then in a closed volume and a fast actuator 17, 20 such as, for example, a piezo-plate stack having a plurality of ceramic piezoelectric plates about 100 µm thick and electrodes sintered between the plates is used to pressurize it. The position of the support shaft is measured relative to the support lever and the piezo plate stack is controlled so as to pressurize the hydraulic medium which further pushes the shaft forward until the shaft is positioned in a position neutral to the support lever through hole. With this arrangement, vibration damping forces transmitted at a very high frequency and transmitted to the support shaft can be produced. Piezole plate stack and hyd- | the roller medium provides a hydraulic transmission for the desired displacement.

Värähtelyssä tarvittavat voimat ja siirtymät ovat kohtalaisen pieniä kunhan ^1"The forces and transitions required for oscillation are relatively small as long as ^ 1 "

Lo värähtelyjen vaimennus aloitetaan ennen värähtelyjen kehittymistä liiallisen 30 suuriksi. Värähtelyjen vaimentamiseksi piezolevypinoa voidaan ohjata esim. kiihtyvyys-, asema tai voima-anturien mukaan tarvittavalla tavalla.The lo oscillation damping is started before the oscillations become excessive. In order to dampen vibrations, the piezo plate stack can be controlled, for example, according to the acceleration, position or force sensors.

44

Keksinnön mukainen järjestely voidaan toteuttaa kuvion 3 suoritusmuotoesi-merkin mukaisesti myös siten, että toimilaite 30 varustetaan napaosalla 31, jonka läpi telaa kuormittava ja/tai tukeva akseli 32 on järjestetty kulkemaan 5 hieman välyksellisesti, esim. n. 0,05-0,1 mm. Napaan 31 on tehty poraus 37 akselia kuormittavan voiman F suunnassa, josta porauksesta johdetaan akselin 32 ulkopinnan ja navan 31 sisäpinnan väliseen tilaan 38 hydraulinen väliaine ja poraukseen nähden navan toisella puolella on lisäporaus 35 josta hydraulinen väliaine pääsee virtaamaan pois mainitusta tilasta. Akselin 32 10 ympäri virtaava hydraulinen väliaine nostaa akselin kellumaan napaan 31 nähden, jolloin rakenne toimii hydrostaattisena laakerina. Hydraulisen väliaineen syöttökanavaan 37 on muodostettu kartiomainen istukkapinta, jota vasten on asetettu kartiopäinen 34 kara 33, jota liikuttamalla väliaineen syöttö-kanavaa voidaan kuristaa. Kara 33 on asetettu siten, että kanavan pituus 15 karan ja akselin 32 välillä on mahdollisimman lyhyt. Karaa siirtää edullisesti piezotoimilaite 39, jolla pystytään tuottamaan jopa 1000 Hz taajuuteen asti yltäviä liikkeitä. Karaan on järjestetty jousi 40 tuottamaan karan palauttavan voiman. Hydraulisen väliaineen syöttöä on merkitty viitenumerolla 36. Lisäksi virtausvoimat kannattelevat karaa. Kun akselin ja navan välinen välys 20 on pieni, on myös väliaineen virtaama pieni. Ja kun lisäksi öljykanavan tilavuus on pieni, voidaan erittäin pienillä karan liikkeillä tuottaa suuria paine-vaihteluita hydrostaattisessa laakeroinnissa. Keksinnön mukaisella toimilait-m teella pystytään tuottamaan värähtelynvaimennuksessa tarvittavia suuritaa- ^ juisia ohjausvoimia sekä kannattelemaan suuriakin kuormia. Toimilaite on § 25 myös helppo toteuttaa olemassa oleviin rakenteisiin, o | Virtaava väliaine saa aikaan myös passiivista vaimennusta, joka syntyy nes- 3 teen viskositeetin liikettä vastustavasta vaikutuksesta, menetelmä on tunnet- tu nimellä SFD (squeeze film damper). SFD ei kuitenkaan normaalisti sisällä £3 30 aktiivista osaa. SFD ominaisuuksia voidaan säätää valitsemalla viskositeetil taan sopiva öljy ja jonka viskositeettiin voidaan lisäksi vaikuttaa virtausläm- 5 pötilaa säätämällä. Akselin tukijäykkyyteen voidaan lisäksi vaikuttaa muuttamalla akselin asemaa välyksen keskikohdasta kohti laitoja. Tällöin virtaavan väliaineen virtausvastuksen muutokset akselin liikkuessa vaihtuvat ja hydraulinen tukijäykkyys muuttuu. Tuentajärjestelyä voidaan siten käyttää myös 5 ns. adaptiiviseen passiiviseen vaimennukseen.The arrangement according to the invention may also be implemented in accordance with your exemplary embodiment of Fig. 3 by providing the actuator 30 with a hub portion 31 through which a shaft 32 for loading and / or supporting the roll is arranged to travel 5 with a slight play, e.g. . The hub 31 is drilled 37 in the direction F of the shaft loading force, from which the hydraulic fluid 38 is led into the space 38 between the outer surface of the shaft 32 and the inner surface of the hub 31. The hydraulic medium flowing around the shaft 32 10 raises the shaft to float relative to the hub 31, whereby the structure acts as a hydrostatic bearing. A conical seat surface is formed in the hydraulic fluid supply channel 37 against which a tapered spindle 33 is disposed, by moving the medium supply channel can be constricted. The mandrel 33 is set so that the channel length 15 between the mandrel and the shaft 32 is as short as possible. The spindle is preferably moved by a piezo actuator 39 capable of producing motions up to 1000 Hz. A spring 40 is provided on the spindle to provide the return force of the spindle. The hydraulic fluid supply is denoted by reference numeral 36. In addition, the flow forces support the spindle. When the clearance between shaft and hub 20 is small, the flow rate of the medium is also small. And when the volume of the oil channel is small, very small spindle movements can produce large pressure variations in the hydrostatic bearing. The actuator according to the invention is capable of generating the high frequency control forces required for vibration damping and of supporting even large loads. The actuator is § 25 also easy to implement in existing structures, o | The fluid also provides passive damping due to the anti-motion effect of the viscosity of the liquid, known as SFD (Squeeze film damper). However, SFD does not normally contain £ 3 30 active parts. The SFD properties can be adjusted by selecting an oil of suitable viscosity, and the viscosity can further be influenced by adjusting the flow temperature. In addition, the axial support stiffness can be affected by changing the position of the shaft from the center of play to the edges. In this case, changes in the flow resistance of the fluid flowing as the shaft moves, and the hydraulic support stiffness changes. Thus, the subsidy scheme can also be used for 5 so-called. for adaptive passive attenuation.

Kuviossa 4 on esitetty vielä eräs vaihtoehtoinen keksinnön mukaisen järjestelyn suoritusmuoto. Siinä telan laakeripesään, esim. vierintälaakerin 46 tai taipumakompensoidun telan tapauksessa nivellaakerin, ympärille muodoste-10 taan rako 48 järjestämällä telaa kuormittava akseli 42 laakerielimineen 46 kulkemaan hieman välyksellisesti laakeripesän 41 läpi. Muodostunut rako 48 jaetaan nippikuorman F suunnassa ylä- ja alaosaan ja osat erotetaan toisistaan akselin pituussuuntaisilla tiiviste-elimillä 45. Kuormaan nähden alapuoliseen kammio-osaan 47 johdetaan hydraulinen väliaine. Väliaine on tällöin 15 suljetussa tilavuudessa ja sitä paineistamaan käytetään poraukseen 43 sijoitettua nopeaa toimielintä 49, kuten esim. piezolevypinoa, jossa on useita n. 100 pm paksuisia keraamisia piezosähköisiä levyjä päällekkäin ja levyjen väliin sintratut elektrodit.Figure 4 shows another alternative embodiment of the arrangement according to the invention. Here, a slot 48 is formed around the bearing housing of the roll, e.g., a roller bearing 46 or, in the case of a deflection compensated roller, by arranging the roll loading shaft 42 with the bearing members 46 to pass slightly through the bearing housing 41. The resulting gap 48 is distributed in the direction of the nip load F to the upper and lower portions, and the portions are separated by axial longitudinal sealing members 45. Hydraulic fluid is supplied to the lower chamber portion 47 relative to the load. The medium is then in a closed volume 15 and is pressurized by a fast actuator 49 disposed in the bore 43, such as a piezo-plate stack having a plurality of ceramic piezoelectric plates about 100 µm thick and electrodes sintered between the plates.

20 Telan akselin asemaa mitataan suhteessa laakeripesän runkoon ja piezolevypinoa ohjataan siten, että se paineistaa mäntäosallaan 44 hydraulista väliainetta, joka edelleen työntää akselia 42 edellään kunnes akseli asettuu laa-m keripesän 41 suhteen neutraaliasemaan. Tällä järjestelyllä voidaan tuottaa ^ hyvin korkealla taajuudella värähtelyä vaimentavia voimia, jotka välittyvät i o 25 telan akseliin. Piezolevypino ja hydraulinen väliaine muodostavat hydraulisen i o välityksen halutulle siirtymälle. Värähtelyssä tarvittavat voimat ja siirtymät | ovat kohtalaisen pieniä kunhan värähtelyjen vaimennus aloitetaan ennen vä- rähtelyjen kehittymistä liiallisen suuriksi. Värähtelyjen vaimentamiseksi piezo-Lo levypinoa voidaan ohjata esim. kiihtyvyys-, asema tai voima-anturien mukaan 30 tarvittavalla tavalla.The position of the roll shaft is measured relative to the bearing housing body and the piezo plate stack is guided so as to pressurize hydraulic fluid with its piston portion 44 which further pushes shaft 42 until the shaft settles into a neutral position with respect to the laam housing housing 41. With this arrangement, vibration damping forces transmitted at a very high frequency are transmitted to the axis of the roll. The piezo plate stack and the hydraulic medium form the hydraulic transmission for the desired displacement. Forces and transitions required for oscillation are moderately small as long as the vibration damping is started before the vibrations become too large. To dampen vibrations, the piezo-Lo plate stack can be controlled, for example, according to acceleration, position, or force sensors 30 as required.

Claims

1. Arrangements for damping the vibration of calender rolls, which rolls are supported on body structures directly from their shafts (32, 42) or indirectly by means of support arms (5), which support arms are raised or loaded with hydraulic cylinders (6), where hydraulic cylinders were is connected to a support arm by means of a support shaft (15), characterized in that in the supporting point of the rollers there is a roller shaft (32, 42) or the support shaft (15) for the surrounding space (19a; 38; 47) of the roller support arm (5). arranged for the hydraulic medium; that actuating means (17; 30; 49) acts as a magnetostrictive or piezoelectric actuator located in the supporting structure of the rollers, so as to produce a vibration-damping load force in the hydraulic medium located in the supporting point.

Arrangement according to claim 1, characterized in that the actuating device (30) has a hub (31), through which the shaft (32) which loads and / or supports the roller is arranged to run with some clearance; that a bore (37) is made in the hub (31) in the direction of the force (F) which forces the shaft, from which bore a hydraulic medium is directed to the space (38) between the shaft (32) and the hub (31).

Arrangement according to claim 2, characterized in that on the other side of the hub (31) with respect to the bore (37) there is an additional bore (35), from which the hydraulic medium can flow away from said space (38). ° 25 i

Arrangement according to claim 3, characterized in that the viscosity of the flowing o hydraulic medium is arranged to be adjustable by means of a temp. the temperature and the neutral position of the shaft are arranged to be adjustable to set the support stiffness of the arrangement. m 30 c \ j

Arrangement according to claim 1, characterized in that said space (48) is formed around the bearing means (45) for the axis (42) of the roller located in the roller housing (41) and is divided in the direction of the force (F) which loading the shaft (42) to an upper and lower portion (47) which are separated from each other by sealing means (45); that the hydraulic medium with respect to the load (F) is led to the lower part (47) which forms a closed space; said actuator (49) communicating with the medium in said enclosed space (47) for pressurizing it.

Arrangement according to claim 5, characterized in that the arrangement includes means for measuring the position of the shaft (42) relative to the body of the bearing housing, and means for controlling the actuator (49) for pressurizing the hydraulic medium. , so that the axis of the roller with respect to the bearing housing (41) is positioned in the neutral position.

Arrangement according to claim 6, characterized in that the position means for measuring the position of the axis of the drum and / or for controlling the actuating means include a position and / or acceleration and / or power transducer. CO δ CvJ i CO o l '' - o X DC CL rt rt rt LO C \ J δ c \ j