FI123986B - Menetelmä ja sovitelma päällystysaseman värähtelyiden vaimentamiseksi - Google Patents

Description

Menetelmä ja sovitelma päällystysaseman värähtelyiden vaimentamiseksi 5 Tämän keksinnön kohteena on menetelmä palkkirakenteen värähtelyjen vaimentamiseksi paperi- tai kartonkikoneen tai niiden jälkikäsittelylaitteiden staattisessa palkkirakenteessa 10 Keksinnön kohteena on myös sovitelma menetelmän toteuttamiseksi .

Paperin ja kartongin valmistuksessa päällystysasemilla levitetään pohjamateriaalin pinnalle päällystekerros. Eri ta-15 voin toimivia päällystyslaitteita on useita ja niillä on omat vahvat piirteensä ja rajoituksensa, joiden mukaan eri käyttötarkoituksiin valitaan mahdollisimman hyvin sopiva käsittelymenetelmä. Käsittelymenetelmät jakaantuvat karkeasti pintaliimaukseen ja päällystämiseen. Pintaliimauksessa 20 pohjamateriaalin lujuutta lisätään imeyttämällä siihen tärkkelyspitoista käsittelyainetta, joka voidaan vain imeyttää paperin tai kartongin pintaan tai myös puristaa materiaalin kuitumatriisin sisään. Pintaliimauksessa ei käytetä yleensä tasoitusta eli kaavintaa levityksen jäl-25 keen. Päällystämisessä taas on tarkoituksena muodostaa pohjamateriaalin peittävä pintakerros, jolla parannetaan pinnan ominaisuuksia, erityisesti painettavuutta. Päällys-teseoksista voidaan mainita kiintoaineita sisältävät pig-menttipäällysteet ja erilaiset polymeeriseokset, esimerkik-30 si muovit. Kun halutaan tasainen päällysteen pinta, levitetty päällysteseos kaavitaan tasaiseksi ja sen paksuus vakioidaan teräkaapimella tai sauvakaapimella.

Koska pohjamateriaalin pinnalle jäävän kerroksen paksuus on 2 pieni ja sen täytyy olla mahdollisimman tasapaksu rainan kaikissa kohdissa, on tärkeää, että kaapimen kaavinreunan etäisyys vastatelan tukemasta pohjarainasta pysyy tarkoin asetetussa kohdassa. Koska nykyaikaiset päällystyskoneet 5 voivat olla varsin leveitä, kaavinterän tai -sauvan aseman hallinta on haastavaa. Yksi mahdollinen virhelähde on pääl-lystysaseman perustusten kautta päällystimeen johtuva värähtely. Tehdassalissa on monia herätekohteita, koska nykyaikaisessa paperi- ja kartonkikoneessa on suuri määrä pyö-10 riviä suurimassaisia teloja muun muassa paperikoneen kui-vainosalla ja kalantereissa. Tuotantonopeudet ovat myös suuria, mikä johtaa herätteiden taajuuden kasvuun, mistä syystä ne aikaisempaa useammin osuvat eri laitteiden ominaistaajuudelle aikaansaaden resonansseja, jotka esimerkik-15 si kaavinten teräpalkeissa aiheuttavat siirtymiä terän ja vastatelan välisessä etäisyydessä, mikä johtaa päällysteen epätasaisuuteen.

Ensimmäinen ratkaisu värähtelyiden aiheuttamien ongelmien 20 vähentämiseksi on tietenkin herätteitä aiheuttavien osien tarkka tasapainotus ja resonanssitaajuuksien välttäminen ajossa. Päällystysasemien läheisyydessä värähtelyiden vaikutuksia voidaan vähentää valitsemalla lähellä olevien vä-rähtelylähteiden telojen halkaisijat niin, että niiden pyö-25 rimistaajuudet eivät osu päällystysaseman haitalliselle ominaistaajuudelle. Värähtelyiden siirtyvyyttä voidaan myös ehkäistä katkaisemalla konepalkki sopivasta kohtaa. Myös erilaisten aktiivisten ja passiivisten vaimentimien käyttäminen joko värähtelyjen etenemisen estämiseen tai värähte-30 lyjen aktiiviseen vaimentamiseen sekä ominaistaajuuksien muuttamiseen on lisääntynyt ajonopeuksien ja koneleveyksien kasvaessa ja tuotannon laatuvaatimusten noustessa. Nämä toimenpiteet kohdistuvat värähtelylähteinä toimiviin koneisiin ja laitteisiin. Erilaisia vaimenninratkaisuja on ku 3 vattu julkaisuissa WO 2006/084955, DE 40 06 744, US 2004/0212132 ja US 2004/0261333.

Tarkka tasapainotus, suuremman telahalkaisijan käyttö sekä 5 konepalkin katkaisu aiheuttavat kustannuksia, joita halutaan välttää.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja sovitelma, jonka avulla värähtelyhäiriöitä voidaan vähentää 10 paperi- ja kartonkiteollisuuden staattisissa palkkirakenteissa ja erityisesti päällystysasemilla.

Edelleen keksinnön tarkoituksena on saada aikaan menetelmä ja sovitelma, jonka avulla voidaan vähentää useilla eri 15 taajuuksilla esiintyviä herätteitä.

Keksintö perustuu siihen, että vaimennettavaan palkkiin liitetään massavaimennin, jonka massan paikkaa voidaan muuttaa ja massan paikkaa muutetaan ainakin yhtä herätetaa-20 juutta seuraten.

Yhden keksinnön suoritusmuodon mukaan massavaimennin mitoitetaan toimimaan useiden herätetaajuuksien alueella.

25 Yhden suoritusmuodon mukaan vaimentimen siirrettävän massan paikka asetetaan ainakin yhden herätetaajuuden mukaan opti-miasentoon.

Täsmällisemmin sanottuna keksinnön mukaiselle menetelmälle 30 ja sovitelmalle on tunnusomaista se, mitä on esitetty itsenäisten patenttivaatimusten tunnusmerkkiosissa.

Keksinnön edullisia suoritusmuotoja on määritelty täsmällisemmin epäitsenäisissä vaatimuksissa.

4

Keksinnön avulla saavutetaan huomattavia etuja.

Keksinnön avulla päällystysasemien ja telastojen suunnitte-5 lu on aiempaa vapaampaa kun värähtelyongelmaa ei tarvitse ottaa ainakaan samassa määrin huomioon kuin aikaisemmissa ratkaisuissa. Ralleilta ratkaisuilta, kuten konepalkin katkaisulta tai ylisuurten telojen käyttämiseltä vältytään. Massavaimentimen massa voidaan pitää kohtuullisena, koska 10 vaimennin viritetään jatkuvasti optimitaajuudelle, jolloin sen vaimennuskyky on paras mahdollinen. Keksintö mahdollistaa värähtelyvapaiden päällystysasemien suunnittelun ja värähtelyistä johtuvat laatuongelmat pienenevät. Keksinnön avulla voidaan leikata tehokkaasti värähtelyn resonanssi-15 piikit. Vaimennin voi toimia useilla herätetaajuuksilla ja sen massan paikka voidaan optimoida laskennallisesti siten, että palkin värähtelytaso on mahdollisimman alhainen.

Keksintöä selitetään seuraavassa tarkemmin oheisten piirus-20 tusten avulla:

Kuvio 1 esittää yhtä keksinnön mukaista sovitelmaa kaaviol-lisesti.

25 Kuvio 2 on kaaviokuva keksinnön mukaisen sovitelman toimintaperiaatteesta .

Passiivisia massavaimentimia on sovellettu värähtelyn vaimennukseen jo pitkään. Dynaamisessa massavaimentimessa re-30 sonanssissa värähtelevä apusysteemi (tässä liikuteltavaan massaan perustuva vaimennin) aiheuttaa kiinnityspisteessä rakenteen (primäärisysteemin; tässä palkki) värähtelyä kumoavan voiman.

5

Tavallisesti massavaimennin viritetään vaimentamaan vakio-taajuista jatkuvaa värähtelyä. Massavaimennin vaimentaa myös laajakaistaista värähtelyä, esim. transienttiherätteen tapauksessa tehostaa vapaan värähtelyn vaimenemista. Massa-5 vaimennin ei kuitenkaan vaimenna transientin "alkupiikkiä". Tehokas vaimennus vaatii joko suhteellisen suuren apumassan tai tarkan mekaanisen virityksen (pieni vaimennuskerroin). Kiinteästi asetetulla massavaimentimella tai käsin viritettävällä säädettävälläkin massavaimentimella vaimentimen vi-10 rittäminen tarkasti resonanssitaajuudelle on vaikeaa erityisesti tehdassalin olosuhteissa, koska herätetaajuudet vaihtuvat ja muuttuvat jatkuvasti tuotantokoneiston tilan muuttuessa. Tärkein muuttuja on ajonopeus, joka määrää herätteiden taajuuden.

15

Optimaalisestikaan mitoitettu massavaimennin ei kuitenkaan aina toimi riittävän hyvin varsinkaan suurissa rakenteissa, joissa apumassa on suhteessa hyvin pieni. Tällöin on käytännössä hyvin hankala virittää apumassaa oikealle taajuu-20 delle, sillä pienikin heitto mekaanisessa virityksessä aiheuttaa huomattavan heikennyksen vaimentimen suorituskyvyssä .

Kuvassa 1 näkyy osa teräpalkista 1. Teräpalkissa 1 olevaan 25 korvakkeeseen 2 on kiinnitetty massavaimennin 3, joka koostuu värähtelijän jousiosan muodostavasta varresta 4 ja varteen kiinnitetystä massasta 5. Keksinnön mukaan massa on liikutettavissa varren varassa ja tämä liike voidaan toteuttaa esimerkiksi joko massaa liikuttavan hydrauli- tai 30 paineilmasylinterin avulla tai kierretangon ja sähkömoottorin avulla tai kuularuuvikäyttönä. Esimerkiksi sylinteri-mäistä toimilaitetta käytettäessä sylinterin männän varsi voi muodostaa massavaimentimen 3 varren 4 ja sylinteriosa varren varassa liikuteltavan massan. Vaimenninta voidaan 6 virittää lisämassojen avulla. Toimilaite voidaan myös sovittaa liikuttamaan erillistä varren varassa olevaa massaa. Vaimennin voidaan sijoittaa teräpalkkiin tai muuhun värähtelylle alttiiseen palkkiin, vaikka päällystysaseman väli-5 palkkiin, periaatteessa mihin kohtaan tahansa. Tosin koska palkin siirtymät ovat suurimmat sen keskellä, vaimennin on edullista sijoittaa palkin keskelle tai sen läheisyyteen, jolloin sen vaikutus on tehokkain.

10 Värähtelyherätteiden ja palkin resonanssitaajuuksien kannalta ongelmalliseksi taajuusalueeksi on kokemusperäisesti osoittautunut alue 8 - 25 Hz. Siten vaimentimen olisi toimittava tällä alueella. Vaimentimen ohjaamista varten taa-juus/siirtymä-vastekäyrä mitataan käytännössä tuotannossa 15 tai määritellään laskennallisesti, ja vaimenninta ohjataan tämän käyrän perusteella. Vaimennus pyritään siten saamaan seuraamaan vastekäyrää. Vastekäyrän ja mittausten avulla voidaan mitata ja rakentaa säätöjärjestelmä, joka ohjaa vaimentimen siirrettävää massaa optimivaimennuksen kohtaan.

20 Massaa siirretään siten ajon aikana jatkuvasti tai jaksoittain mitattavan suureen perusteella, eli toisin sanoen vaimenninta viritetään jatkuvasti ajon aikaisen herätetilan mukaan.

25 Kuvio 2 selventää siirrettävän vaimentimen toimintaperiaatetta. Kuviossa ehjällä viivalla piirretty käyrä kuvaa järjestelmän värähtelyn amplitudia (dynaamisen liikkeen suhteena staattiseen siirtymään) herätetaajuuden ja ominaistaajuuden suhteen funktiona. Tunnetusti kun taajuuksien 30 suhde on 1, syntyy resonanssi ja dynaaminen liike kasvaa voimakkaasti, mikä näkyy kuviossa selkeänä piikkinä. Jos dynaaminen vaimennin on viritetty tarkasti tälle taajuudelle, värähtelytaso voidaan saada laskettua lähes nollaan (katkoviiva). Tässä on kuitenkin ongelmana se, että vaimen- 7 timen virittäminen tarkasti resonanssikohtaan on vaikeaa ja tehdasoloissa lähes mahdotonta, koska herätetaajuudet muuttuvat ja niitä voi olla useita. Kuten kuviosta 2 nähdään, syntyy alkuperäisen resonanssikohdan kummallekin puolelle 5 symmetrisesti sivuresonanssikohdat, jotka ovat varsin lähellä alkuperäistä resonanssikohtaa. Nämä sivuresonanssit ovat varsin voimakkaita ja joissakin tapauksissa ne voivat olla jopa lähes varsinaisen resonanssin tasoisia. Mikäli vaimennin ei ole riittävän tarkasti viritetty, on vaarana 10 sivuresonanssien syntyminen. Tätä voidaan ehkäistä lisäämällä vaimentimen massaa ja muodostamalla vaimentimeen sisäistä vaimennusta. Tällöin sivuresonanssit siirtyvät kauemmas pääresonanssista ja madaltuvat, mutta samalla vaimennus pääresonanssin kohdalla heikkenee. Niinpä parhaaseen 15 vaimennustulokseen pääsemiseksi vaimentimen tulisi olla juuri oikealle taajuudelle mitoitettu ja sen sisäisen vaimennuksen tulisi olla mahdollisimman pieni. Tällaisen vaimentimen toiminta-alue on kuitenkin varsin kapea, joten kiinteästi viritetyllä massavaimentimella ei tehdas- ja 20 tuotanto-olosuhteissa oltaisi juuri koskaan vaimentimen toiminta-alueella. Keksinnön mukaisesti tämä ongelma ratkaistaan sillä, että vaimentimen massan paikkaa muutetaan, jolloin vaimenninta tavallaan viritetään jatkuvasti optimi-vaimennuskohtaan. Näin vaimentimesta voidaan tehdä erittäin 25 herkkä määrätylle taajuudelle ja vaimennusteho on hyvä koska vaimennin toimii jatkuvasti optimitaajuusalueella.

Jotta vaimennin voidaan virittää massaa siirtämällä optimi-kohtaan, tarvitaan mittaustieto järjestelmän tilasta. Luon-30 taisimmin tämä tieto saataisiin mittaamalla suoraan vaimennettavan palkin liiketilaa, mutta esimerkiksi palkin liikkeen amplitudin suora mittaaminen on vaikeaa. Helpommin vaimenninta voidaan ohjata asettamalla massavaimennin seuraamaan herätetaajuutta. Käytännössä heräte syntyy viiran- 8 johtotelasta, paperinjohtotelasta tai muusta tunnetusta telasta tai pyörivästä elimestä. Pitämällä vaimennin massan paikkaa säätämällä kuvion 2 mukaisessa optimiasennossa voidaan herätteen aiheuttama resonanssitila staattisessa palk-5 kimaisessa rakenteessa eliminoida lähes kokonaan. Liikkuva massavaimennin voidaan suunnitella myös siten, että sen toimialue yltää usean haitallisen resonanssin taajuudelle, jolloin pärjätään yhdellä massavaimentimella usean sijasta. Tällöin lasketaan optimivaimennus kaikkien herätteiden suh-10 teen. Herätteitä voidaan tällöin käsitellä kahta tai useampia Mikään ei tosin estä käyttämästä useita keksinnön mukana siirrettävällä massalla varustettuja vaimentimia. Yksittäisen vaimentimen massaa lisättäessä tai vaimentimien määrää lisättäessä on kuitenkin muistettava, että vaimenti-15 men/ien massa kuormittaa palkkia ja aiheuttaa taipumaa. Siten massat olisi edullista pitää mahdollisimman pieninä.

Herätetaajuuden ja palkin liiketilan sijasta voidaan mitata myös jokin muukin järjestelmän resonanssia indikoiva suure, 20 esimerkiksi palkin värähtelystä johtuva kiihtyvyys.

Usein haitalliset herätetaajuudet esiintyvät varsin kapealla ajonopeusalueella. Niinpä vaimentimen toiminta-alueeksi usein riittää 5% alue käytettävästä ajonopeudesta. Jos toi-25 minta-alue on 20% ajonopeusalueesta, pystytään lähes varmasti toimimaan kaikkien haitallisten herätteiden alueella.

Värähtelyresonanssiin liittyvän suureen mittaamista, mittaustiedon käsittelemistä ja massan paikan ohjaamista varten 30 järjestelmään kuuluu tarvittava anturointi ja tietojenkäsittelyjärjestelmä laskutoimituksia, säätöä ja tallennusta varten.

Claims (6)

1. Menetelmä palkkirakenteen värähtelyjen vaimentamiseksi paperi- tai kartonkikoneen tai niiden jälkikäsittelylait- 5 teiden staattisessa palkkirakenteessa (1), jossa menetelmässä palkkiin (1) kiinnitetään massavaimennin (3) ja massan paikkaa vaimentimessa siirretään herätteen mukaisesti, tunnettu siitä, että 10 -mitataan palkin (1) värähtelyresonanssia indikoiva suure, ja - siirretään massan (5) paikkaa vaimentimessa (3) siten, että saavutetaan optimivaimennus ainakin yhdelle 15 herätteelle.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lasketaan massan paikka siten, että saadaan optimivaimennus ainakin kahdelle herätteelle. 20

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että värähtelyresonanssin indikoiva suure on heräte-taajuus ja mitataan ainakin yhtä herätetaajuutta.

4. Jonkin edellä olevan patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukai nen menetelmä, tunnettu siitä, että värähtelyresonanssin indikoiva suure on palkin liiketila ja mitataan palkin liiketilaa, kuten siirtymää tai kiihtyvyyttä.

5. Jonkin patenttivaatimuksista 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että ainakin yksi massavaimennin (3) on sijoitettu palkin keskialueelle. 1 Sovitelma palkkirakenteen värähtelyjen vaimentamiseksi paperi- tai kartonkikoneen tai niiden jälkikäsittelylait-teiden staattisessa palkkirakenteessa (1), joka sovitelma käsittää 5. palkin (1), ja - ainakin yhden palkkiin sovitetun massavaimentimen, jossa on siirrettävä massa, 10 tunnettu - elimistä massavaimentimen (3) massan liikuttamiseksi, 15. elimistä värähtelyresonanssin indikoivan suureen mittaamiseksi, ja - tietojenkäsittelyjärjestelmästä massan paikan säätämiseksi mittaustiedon perusteella. 20

7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että ainakin yksi massavaimennin on sijoitettu palkin keskialueelle.