FI88941C - Foerfarande foer styrning av ett organ som reglerar tjockleken av skivmaterial - Google Patents

Description

1 88941

Menetelmä levyaineen paksuutta säätävän elimen ohjaamiseksi

Esillä oleva keksintö koskee menetelmää paksuutta säätävän 5 elimen, kuten paperin tapaisen arkkimateriaalin muodostumista säätävän kärkilistan muodon ohjaamiseksi, joka paksuutta säätävä elin on kytketty joukkoon toimielimiä niiden ohjaamiseksi, jossa mainittujen toimielinten toimintaa säätävät anturit, joihin vaikuttaa arkkimateriaalin tai paperin tila.

10

Erilaisia levyaineita valmistetaan saattamalla juoksevassa tilassa oleva aine virtaamaan säädetyllä tavalla kuljetti-melle tai sentapaiselle. Esimerkiksi muovikalvoa valmistetaan pursottamalla kuumennettua muovia suulakkeen läpi kul-15 jetushihnalle. Samalla tavalla valmistetaan paperia usein saattamalla paperimassa virtaamaan perälaatikosta liikkuvalle viiralle. Kun valmistetaan levyaineita käytetään normaalisti paksuutta säätävää elintä sen varmistamiseksi, että arkin paksuus pysyy olennaisesti yhdenmukaisena sekä arkin 20 kulkusuunnassa että siihen nähden poikittaisessa suunnassa. Paperin ollessa kyseessä voidaan paksuutta säätävää elintä kutsua kärkilistaksi ja muovien kohdalla paksuutta säätävää elintä voidaan kutsua suulakkeeksi. Kummassakin tapauksessa säädetään paksuutta säätävän elimen sijaintia toimielimillä, -25 jotka paperinvalmistuksessa käsittävät säätötankoja.

US-patentissa 3 413 192 selostetaan järjestelmä paksuutta säätävän elimen ohjaamiseksi kun kyseessä on arkkimaisten aineiden valmistus. Patentin mukaan syötetään kuitumaisen 30 paperimassan vesiliuosta perälaatikkoon ja liuos virtaa sitten kärkilistanraon läpi jakautuen jatkuvaksi matoksi Four-drinier-viiralle, joka liikkuu jatkuvasti poispäin perälaa-:tikosta. Kärkilistan sijaintia ohjataan useammalla toimielimellä, jotka ovat liitetyt kärkilistaan sekä perälaatikkoon -35 sijaiten toisistaan erillään pitkin kärkilistan pituutta.

:. ·:' Edelleen kuivuu paperiliuos patentin mukaan sen kulkiessa pitkin Fourdrinier-viiraa, jonka jälkeen paperirata syöte- tään puristustelojen väliin kosteuden edelleen poistamisek si .

2 88941

Rata syötetään tämän jälkeen kuivausosan läpi ja valmis pa-5 perirata purkautuu kuivausosasta. Kun kuivunut paperi poistuu kuivausosasta, käytetään sovinnaisesti painoa mittavaa anturia, johon sisältyy ydinsäteilylähde, radan paksuuden mittaamiseksi sen leveyden yli. Mittausanturista saatava informaatio siirretään ohjausjärjestelmään, joka vuorostaan 0 ohjaa purkausraon toimielimiä valmistetun paperin paksuuden pitämiseksi ennakolta annetuissa rajoissa.

Eräs patentissa esitetyn järjestelmän heikkous on se, että ei oteta tarkasti huomioon kärkilistan ja toimielimien fysi-5 kaalisia ominaisuuksia. Tämä johtaa tiettyihin epätarkkuuksiin järjestelmän toiminnassa.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on aikaansaada järjestelmä ja menetelmä paksuutta säätävän elimen ohjaamiseksi, 0 jossa paksuutta säätävän elimen fysikaaliset ominaisuudet otetaan huomioon ennen kuin järjestelmää käytetään levymäisen aineen valmistuksen ohjaamiseksi. Tämä tavoite on nyt aikaansaatu uudella menetelmällä, jolle pääasiassa on tunnusomaista se, mitä sanotaan patenttivaatimuksen 1 tunnus-:5 merkkiosassa.

Keksinnön muita tavoitteita ja etuja selostetaan seuraavassa selityksessä sekä piirustuksissa, jotka on esitetty esimerkkien muodossa mutta ei rajoittavina keksinnön suhteen, joka ^0 sen sijaan määritellään oheisissa patenttivaatimuksissa.

Kuvio 1 on kaaviomainen esitys esillä olevan keksinnön erään suoritusmuodon mukaisesta paperinvalmistusjärjestelmästä, kuvio 2 on laajennettu osa kuvion 1 esittämästä järjestel- 35 mästä ja kuvio 3 on käyrä, joka esittää keksinnön erään suoritusmuodon mukaista toimintaa.

3 88941

Kuten esitetään kuviossa 1, tämä suoritusmuoto käsittää pe-rälaatikon 10, joka sisältää paperimassaa. Perälaatikkoon 10 kuuluu joukko ohjauselimiä 12, jotka ovat liitetyt kärkilis-taan 14. Kärkilistan 14 alapuolella sijaitsee kaavinaukko 5 16, jonka läpi paperimassa jakautuu liikkuvalle Fourdrinier- viiralle 20. Sovinnaisten paperinvalmistusmenetelmien mukaisesti paperirata 22 käsitellään kuivurissa 24 sekä rullataan senjälkeen kuljetusta varten rullalle 26. Tuntoelin 30 on sijoitettu radan 22 poikki rullan 26 läheisyyteen. Tuntoelin 10 30 on sovinnainen eikä sitä tässä selosteta yksityiskohtai sesti. Tuntoelimessä on kaksi anturia, peruspainoanturi 32 ja kosteusanturi 34, jotka liikkuvat edestakaisin liikkuvan radan poikki sekä samanaikaisesti mittaavat radan pinta-ala-painoa ja kosteutta. Anturit 32 ja 34 synnyttävät sähkösig-15 naaleja, jotka vastaavat radan mitattuja ominaisuuksia, ja sähkösignaalit siirretään ohjausyksikköön 36. Ohjausyksikkö 36 käsittää tietokoneen, joka käsittelee antureista 32 ja 34 saatua informaatiota, ja ohjausyksikkö käsittää myöskin oh-jauselimiin 12 liitetyt elimet näiden toiminnan säätämisek-20 si.

Kuvio 2 esittää ohjauselimien 12 yksityiskohtia. Kuhunkin elimeen 12 sisältyy tukiputki 40, joka on liitetty perälaa-tikon 10 sivuun asennussangoilla 42. Nostoruuvi 44 on kyt-/.25 ketty tukiputken 40 yläpäähän ja nuppi 46 on kytketty ruuvin 44 yläpäähän. Nostoruuvin 44 alapäähän on kytketty säätötan-^ ko tai toimielin 45, joka sisältää esittämättä jätetyn kuu-Γ'.' mennuselementin. Säätötanko 45 on ontto ja kuumennuselement- ti ulottuu olennaisesti säätötangon 45 koko sisäosan pituu-30 delta. Kuumennuselementti käsittää pari sähköisesti eristettyä johdinta niin, että kun niihin kytketään virtaa, johti-V met lämpenevät kuumentaen siten säätötankoa. Kuumennusele- menttiin on liitetty johdinpari 51, joka ulkonee putkesta 40 liitettäväksi teholähteeseen.

Kussakin liitäntäelimessä 50 on kierteinen reikä, jota ei ole esitetty ja joka on tehty vastaanottamaan säätötanko 45, ja tangot 45 ovat alapäästä kierteitettyjä niin että ne voi- -35 4 88941 daan ruuvata liitoselimiin 50. Kunkin liittimen 50 alaosaan on muodostettu asennusosa 54, joka toimii yhdessä kärkilis-tan 14 kanssa.

5 Kun sähkövirtaa kytketään johtimiin 51, kuumenee kuumennus -elementti ja se vuorostaan kuumentaa tankoa 45, niin että tämä laajenee ja pitenee pakottaen kärkilistaa 14 alaspäin. Jos toisaalta ei syötetä virtaa, kylmenee kuumennuselementti ja tanko 45 supistuu. Näiden ohjauselementtien yksityiskoh-10 tien suhteen viitataan US-patenttiin 4 406 740.

Kärkilista 14 ulottuu perälaatikon koko pituudelta ja siinä on olennaisesti tasomainen sivu, joka nojaa tasomaisesti perälaatikon 10 etuseinämää vasten. Kärkilistan 14 vastak-’5 kainen puoli on kaareva ja siinä on ura 56, joka toimii yhdessä asennuselimen 54 kanssa niin, että liittimen 50 pystysuorat liikkeet johtavat kärkilistan sen osan vastaaviin pystysuoriin liikkeisiin, johon liitin on kytketty. Kärkilistan 14 takana on perälaatikon 10 etuseinämässä rako 16, '0 joka sallii massan virrata perälaatikosta muodostuspöydän 60 päällä olevalle viiralle. Näin ollen voidaan havaita, että kärkilistan 14 alareunan muoto määrää raon 16 läpi virtaavan massan muodon. Tämä tarkoittaa sitä, että jos osaa kärkilis-tasta 14 nostetaan, enemmän massaa pääsee virtaamaan raosta ’5 16, ja jos kärkilistan 14 osaa lasketaan kohti muodostus- pöytää 60, pienenee rako vastaavasti korkeudeltaan rajoittaen siten massavirtausta aukon läpi. Näin ollen havaitaan, että säätötankojen eli toimielimien 45 toimintaa voidaan käyttää ohjaamaan anturin 32 mittaamaa paperin pinta-alapai-i0 noa.

On huomattu, että toimielimien säätö voidaan edullisesti perustaa tiettyyn informaatioon, joka on ennakolta määrättävissä ennen järjestelmän toimintaa. Ennen järjestelmän toi-35 mintaa määrätään kaksi matriisia.

5 88941 Γ 1

Ra = O......O

1-210. . .0 01-210. .0 5 ........

0...01-21 0......0

L J

10 [A] = [P.][Da], jossa: 15 r Ί P. = |1 o o .... 0 I 4 1 0 . . .0 ]·····«·· jo 0 ... 1 4 1 20 jo 0 .... 0 0

L J

25 r 1

Da = 0 12 3... (n-1) 00123. . (n-2) ··«···· · 30 0 0 ..... 1 II ..... 1

L J

n = kärkilistaan kytkettyjen toimielimien lukumäärä.

. .35

Edellä mainittuihin matriiseihin päästään kuvaamalla kärki-listaa elastisena palkkina, jota tukevat elastiset tuet ja joka on kuormitettuna toimielimien kohdalla. Tällaisia järjestelmiä on tarkasti analysoitu mekaanisen ja rakennustek-40 niikan laskennoissa, ja useita approksimaatioita tunnetaan hyvin. Erikoisesti perälaatikon kärkilistan ohjausta varten on tässä valittu approksimaatio, jossa käsitellään kärkilis-taa ohuena, joustavana palkkina, jolloin sen taipumat ovat pieniä sen muihin mittoihin nähden. Tämä mahdollistaa kaare-.45 vuussäteen approksimoinnin palkin kussakin kohdassa arvoksi 1/R = y", jossa y on taipuma, sekä mahdollistaa momentin M ja säteen välisen yhteyden ilmaistavaksi yhtälöllä 6 88941 M = E I y", jossa E on kimmomoduuli ja I on hitausmomentti. Käytännössä ovat kaavintangot 45 suhteellisen ohuet ja joustavat. Tämä mahdollistaa sen kohtuullisen olettamuksen, että tangot aiheuttavat vain voimia ja niiden aikaansaamat momen-5 tit ovat olemattomia. Kärkilistan vierekkäisten toimielimien välisten segmenttien käyttäytyminen voidaan ilmaista momentteina, jotka vaikuttavat kunkin segmentin kahteen päähän. Kahden vierekkäisen segmentin viereisten päiden tulee taata kärkilistan jatkuvuus, ja näin ollen tulee viereisten päiden '0 olla yhteneviä sekä sijainnin että kaltevuuden suhteen. Tällä tavalla voidaan ilmaista (n-1) yhteyttä, jossa (n) on kärkilistan pituutta pitkin olevien tankojen määrä ja 1 on tankojen välinen välimatka, seuraavasti: 5 liMi + 2 (li + li+1) Mi+1 + li+1 Mi+2 = (6 E I / (li + li+1) ) (li+1 Yi-Ui + li+i + li) · Yi+i + liYi+2)

Momentit syntyvät etupäässä niistä voimista, jotka tangot z0 aiheuttavat, ja ne voidaan ilmoittaa (n-l):n yhtälön avulla seuraavasti:

Mi'Mi+l = llFl + l2F2 + ··· + li+lFi+l 25 Tasapainotilassa on kaikkien kärkilistaan vaikuttavien voimien summa nolla, mikä voidaan ilmaista seuraavasti

Fi + F2 + ... + Fn = 0 30 Koska voimat esiintyvät tankojen kuormituksen johdosta, aiheuttaen näiden muodonmuutoksia käytännöllisesti katsoen elastisesti, saadaan

Fi - ki (Zi-Yi) 3 5 Tämä yhtälöryhmä voidaan ratkaista niin, että saadaan tarvittava tankojen siirtymä (ζ±), joka johtaa kärkilistan vastaavaan muotoon (yA) .

7 88941

Voidaan nähdä, että matriisit Ra, A, Pa ja Da perustuvat siihen olettamukseen, että tankojen välimatka on sama; kaikki kärkilistaan kohdistuva voima vaikuttaa tankoihin ja tangot ovat identtisiä. Siinä tapauksessa, että jokin tai kaikki 5 näistä olettamuksista eivät toteudu, voidaan laskea toisenlaisia matriiseja. Joka tapauksessa on havaittu, että käytännössä edellä mainitut matriisit ovat sovellettavissa useimmissa käytännön tapauksissa.

10 Kun on ensin määrätty matriisit A ja Ra on myöskin määrättävä järjestelmän tiettyjä fysikaalisia parametreja. Erikoisesti seuraavat parametrit on määrättävä fysikaalisten kokeiden tai laitevalmistajan antamien informaatioiden perusteella.

15 E, kärkilistan kimmomoduli; I, kärkilistan poikkileikkaushitausmomentti; k, säätötangon 45 jousivakio; l, säätötankojen välinen etäisyys.

20

Kun kerran tämä informaatio on määrätty tai laskettu, siirretään informaatio ohjausyksikön 36 tietokoneeseen. Tämän jälkeen järjestelmä voidaan asentaa kentälle sekä käyttää seuraavan yhtälön mukaan: :.25 _ -1 6EI _

Z = [A] — [Ra] + tJ] Y

kl3 .. 30 Tässä yhtälössä Z on säätötangon tarvittavaa liikettä kuvaa- • ·’ va vektori ja Y on kunkin toimielimen kohdalla olevan pak suutta säätävän elimen tarvittavia siirtymiä kuvaava vektori, J = identtisyysmatriisi ja muut muuttujat ovat edellä selostetut. Yleisemmin todettuna ovat tarvittavat säätötan-‘35 gon liikkeet funktioita tarvittavista siirtymistä ja järjes-telmän fysikaalisista parametreistä, ts.

Z = f(Y, E, I, k, 1) β 88941

Tietyissä olosuhteissa voi olla tarkoituksenmukaista määrätä parametrit E, I, k laitevalmistajan antamien tietojen perusteella. Tällaisissa tapauksissa voi kentällä toimiva operaattori käyttää seuraavaa menetelmää parametrin c kehittä-5 miseksi, jota voidaan käyttää edellä mainittujen parametrien asemesta. Erikoisesti viitaten kuvioon 3 on kehitetty sarja käyriä, jotka osoittavat tangon numeroa verrattuna kärkilis-tan poikkeamaan kun yhtä tankoa, esimerkiksi tankoa 10 liikutellaan tiettyyn suuntaan. Testit ovat osoittaneet, että 10 jos parametrillä c on tietty arvo, esimerkiksi Cl, ja tankoa 10 siirretään matka Xl, niin silloin tangon 10 alueella oleva kärkilista siirtyy käyrän Cl osoittamalla tavalla. Samoin mikäli tanko 10 siirtyy matkan X2, niin tangon 10 vieressä oleva kärkilista siirtyy käyrän C2 mukaisesti, ja jos 5 parametrillä c on arvo C3 ja tanko 10 siirtyy matkaan X3, silloin kärkilista siirtyy käyrän C3 mukaisesti. Kun kerran parametri c on määrätty, voidaan käyttää seuraavaa yhtälöä järjestelmän ohjaamisessa.

,10 Z = [A]'1 c [Ra] + [J] Ϋ

On ymmärrettävää, että joskin tässä on ajateltu määrätyn-tyyppistä toimielintä, keksintöä voidaan yhtä hyvin soveltaa muuntyyppisillä toimielimillä. Esimerkiksi muovipursottimet .5 sekä muut arkkimateriaalien valmistusmenetelmät, jotka käyttävät tässä ajateltua toimielintyyppiä tai hydraulisesti käytettyjä tai moottorikäyttöisiä toimielimiä, ovat sopivia keksinnön soveltamiseksi.

Claims (6)

1. 9 88941
2. 1. Menetelmä paksuutta säätävän elimen, kuten paperin (22) tapaisen arkkimateriaalin muodostumista säätävän kärkilistan (14), muodon ohjaamiseksi, joka paksuutta säätävä elin (14) 5 on kytketty joukkoon toimielimiä (12) niiden ohjaamiseksi, jossa mainittujen toimielinten (12) toimintaa säätävät anturit (32, 34, 36), joihin vaikuttaa arkkimateriaalin tai paperin (22) tila, tunnettu siitä, että: a) määrätään ainakin yksi matriisi modeloimalla mainittua 10 paksuutta säätävää elintä (14) ja toimielinjärjestelmää (12) elastisena systeeminä, b) määritetään toimielinten (12) ne liikkeet, jotka vaaditaan paksuutta säätävän elimen (14) toivotun muodon oleelliseksi säilyttämiseksi mainitun ainakin yhden määrätyn mat- 15 riisin perusteella ja c) määrätään mainitun ainakin yhden matriisin määrityksen jälkeen seuraavat parametrit; toimielinten (12) jousivakiot, paksuutta säätävän elimen (14) kimmomoduli, paksuutta säätävän elimen (14) poikkileikkauksen hitausmomentti ja toi- 20 mielinten (12) väliset etäisyydet.
3. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että toimielinten (12) niiden liikkeiden määrääminen, joita tarvitaan paksuutta säätävän elimen (14) toivotun muo- 25 don oleelliseksi säilyttämiseksi, on seuraavan kaavan mukainen s _ -1 6EI _ Z = [A] — [Ra] + (J] Y 30 kl3 jossa: Z = tarvittavat toimielinten (12) liikkeet, Y = paksuutta säätävän elimen (14) tarvittavat liikkeet 35 kunkin toimielimen (12) kohdalla, E = paksuutta säätävän elimen (14) kimmomoduli, I = paksuutta säätävän elimen (14) poikkileikkauksen hi tausmomentti, ίο 88941 k = toimielimen (12) jousivakio, 1. toimielinten (12) välinen etäisyys, [A] = ensimmäinen ennalta määrätty matriisi, [J] = identtisyysmatriisi, 5 [Ra] = toinen ennalta määrätty matriisi.
4. 3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että 0 [A] = [Pa][Da], jossa: Γ Ί Pa = jl o o .... o jl 4 1 0 . . .0 I........ |0 0 . . .141 jo 0 .... 0 0 L J 0 Γ 1 Da = |0 1 2 3 . . . (n-1) |0 0 1 2 3 . . (n-2) j........ J.5 10 0..... 1 jl 1..... 1 L J n = toimielimien (12) lukumäärä. iO
5. 4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä , että \5 Γ 1 Ra = 0......oj 1-2 1 0 ... Oj 0 1-2 1 0 . . oj
6. 40 I ........I 0 . . . 0 1-2 lj 0......0| L J 45 11 88941