專利名稱：輥和避免其振動(dòng)的方法
輥和避免其振動(dòng)的方法本發(fā)明涉及一種用于處理纖維料幅的輥，包括一個(gè)安裝在防旋轉(zhuǎn)的軸上的環(huán)形空心輥套，其中，在輥套與軸之間的環(huán)腔通過至少兩個(gè)軸向密封件分為至少兩個(gè)腔室，為了達(dá)到期望的輥撓度，所述腔室可以充填壓力不同的加壓流體。此外本發(fā)明涉及一種在由所述輥和對(duì)向輥構(gòu)成的系統(tǒng)中避免振動(dòng)的方法。因此正在討論的是在專業(yè)圈內(nèi)稱為“浮動(dòng)輥”或“S輥”的輥。這些輥如今經(jīng)常使用在(就幅寬，所謂CD方向而言)較狹窄的砑光機(jī)內(nèi)。在兩個(gè)腔室內(nèi)不同的壓力，足以達(dá)到基本上與對(duì)向輥的曲率相匹配的撓度。已知，在S輥內(nèi)的兩個(gè)縱向密封件。它們?cè)试S在面朝輥隙和背對(duì)輥隙的半月形腔室內(nèi)不同升壓。它們甚至完全允許輥套的升降運(yùn)動(dòng)，而并不失去密封性。為了避免在輥套上溫度變化的不均勻性，從輥頸側(cè)出發(fā)輸入高壓力載荷腔室的油，經(jīng)過第二腔室重新以較 低壓力輸送。對(duì)于較寬的砑光機(jī)，此類輥通常不再能勝任，使纖維料幅達(dá)到期望的橫截面，所以必須使用本申請(qǐng)人的所謂“Nipco-Walzen”，它們非常貴和需要復(fù)雜的控制。在這些輥上沿軸的軸向長(zhǎng)度分布一個(gè)個(gè)流體靜力的支承元件，并逐個(gè)或成組作用在輥套上，使其相應(yīng)地變形。在此發(fā)明中改進(jìn)的輥涉及一種S輥，它的軸向長(zhǎng)度處于5至8m的數(shù)量級(jí)內(nèi)。由于現(xiàn)今的砑光機(jī)必須運(yùn)行得越來(lái)越快，在有這些輥的機(jī)器中往往也導(dǎo)致在那里迄今未知的由整個(gè)系統(tǒng)的固有振動(dòng)造成的阻塞現(xiàn)象。有許多由兩個(gè)輥組成的用于紙張?zhí)幚淼臋C(jī)器，其中為了避免振動(dòng)嘗試了各種試驗(yàn)并也曾申請(qǐng)權(quán)利保護(hù)。那時(shí)這些試驗(yàn)的系統(tǒng)起先通過其支承為輥套阻尼。在這里舉例列舉DE29624490U1和DE19821854C1。可惜的是，系統(tǒng)振動(dòng)的阻尼在100與400Hz之間重要的頻率范圍內(nèi)借助典型的輥軸承(通常球面滾柱軸承)幾乎是不可能的。將力傳入軸內(nèi)或彎矩加入軸內(nèi)的主動(dòng)系統(tǒng)也沒有多大成功的前途，因?yàn)椴荒芡ㄟ^球面滾柱軸承傳遞力或彎矩。相反，在大多數(shù)情況下輥套有害的振動(dòng)也可以不傳給軸，并因而軸沒有損耗。因此在出現(xiàn)阻塞問題時(shí)的輥套振動(dòng)對(duì)輥幾乎沒有損害。因此所說(shuō)明措施也不適合在S輥中主動(dòng)或被動(dòng)地阻尼輥套在100至400Hz范圍內(nèi)的振動(dòng)，因?yàn)樵诟?dòng)輥內(nèi)部大的油體積，妨礙軸與旋轉(zhuǎn)輥套剛性耦合。此外，在此系統(tǒng)內(nèi)附加進(jìn)入的空氣，妨礙形成足夠高的在>900N/mm2范圍內(nèi)的油勁度。由于這一原因，面對(duì)應(yīng)預(yù)期的振動(dòng)問題，即使在較狹窄的砑光機(jī)中，人們也使用沿軸向長(zhǎng)度有一個(gè)個(gè)流體靜力支承件的輥。由DE29509545U1已知具有減振器的輥，尤其用于生產(chǎn)或處理纖維料幅，例如紙幅或卡紙幅。它還涉及一種具有固定的中心軸和圍繞此中心軸旋轉(zhuǎn)的輥套的輥。在中心軸內(nèi)設(shè)一系列例如圓柱形壓力腔，它們沿徑向延伸和分別容納一個(gè)可徑向移動(dòng)的支承件。每個(gè)壓力腔可充填加壓流體，它將液壓支承力從中心軸通過支承件傳給輥套，從而可相宜地調(diào)整輥套的撓度。取代多個(gè)各有一個(gè)支承件的壓力腔，可以存在具有單個(gè)縱向延伸的支承件的單個(gè)縱向延伸的壓力腔。為了將加壓流體輸入這些壓力腔，固定的中心軸設(shè)有一個(gè)例如布置在中央的輸入通道，它分別通過一個(gè)狹窄的管道(例如通過節(jié)流通道)與各個(gè)壓力腔連接。因此在這里阻尼被動(dòng)地作用。制造和以后用于控制這種輥的費(fèi)用高。在DE10008800B4中可知另一種輥的設(shè)計(jì)方案，它包括處于內(nèi)部減振用的主動(dòng)式致動(dòng)器。在那里所說(shuō)明類型的輥可使用在砑光機(jī)內(nèi)。當(dāng)然這種應(yīng)用昂貴和需要很高的結(jié)構(gòu)性和加工技術(shù)方面的化費(fèi)。對(duì)于這種類型的輥沒有提供用于相宜地調(diào)整撓度的方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是減小S輥工作時(shí)的輥套振動(dòng)。上述技術(shù)問題在設(shè)備方面通過一種輥得以解決，其中存在至少一個(gè)可主動(dòng)控制的腔室容積改變裝置。這種可主動(dòng)控制的腔室容積改變裝置創(chuàng)造可能性，通過充填加壓流體的腔室的容積改變，達(dá)到短時(shí)的壓力沖擊。這種壓力沖擊可產(chǎn)生一種反相振動(dòng)，并因而消除通過第一軸固有頻率或通過系統(tǒng)的第一接觸固有頻率形成的壓力脈動(dòng)。由腔室容積改變裝置造成的容積改變，至少可以在輥套振動(dòng)與軸振動(dòng)之間形成近似90°的相位錯(cuò)移，從而達(dá)到最佳阻尼?！ぴ谙辔诲e(cuò)移至少50°至130°時(shí)預(yù)期達(dá)到有效阻尼。在具有一個(gè)對(duì)向輥的系統(tǒng)中，亦即例如在軟砑光機(jī)中，可主動(dòng)控制的腔室容積改變裝置可以從S輥內(nèi)部出發(fā)產(chǎn)生主動(dòng)相位移的反向振動(dòng)，反向振動(dòng)導(dǎo)致明顯減小振動(dòng)運(yùn)動(dòng)。優(yōu)選地，腔室容積改變裝置包括隔膜。通過這種隔膜，腔室內(nèi)的容積可以少量改變，尤其迅速而精確地改變。重要的是腔室容積能脈沖式，亦即與出現(xiàn)的輥振動(dòng)相適應(yīng)地改變。也可想象由金屬罩構(gòu)成的隔膜，優(yōu)選地設(shè)計(jì)為圓形或四邊形。當(dāng)然由塑料和由金屬組成的復(fù)合材料也適用于隔膜。完全合理的是，金屬隔膜/金屬罩液壓、機(jī)械、壓電式或通過彈性材料或蓄壓器預(yù)緊。優(yōu)選地，隔膜可運(yùn)動(dòng)為，使腔室容積可增大或減小約O. 01-0. 5%。業(yè)已證明容積的這種小量改變足以幾乎完全消除S輥內(nèi)的振動(dòng)。有利的是，隔膜在軸的凹槽內(nèi)環(huán)形密封。在軸的凹槽，例如孔的內(nèi)部環(huán)形密封的隔膜特別容易實(shí)現(xiàn)?？梢詫⑺鼕A緊在兩個(gè)環(huán)或凸緣之間。盡管如此仍有保持隔膜表面運(yùn)動(dòng)的自由度，以便能改變腔室內(nèi)的容積。在這里規(guī)定，隔膜借助腔室內(nèi)加壓流體的壓力預(yù)緊。恰當(dāng)?shù)氖?，至少一個(gè)致動(dòng)器與腔室容積改變裝置連接。例如致動(dòng)器可以直接連接在隔膜上并使其運(yùn)動(dòng)。由此可以非常迅速地應(yīng)對(duì)輥內(nèi)的振動(dòng)。致動(dòng)器可以有能力通過液壓、氣動(dòng)或電磁式作用裝置將壓力施加在輥套上。這些裝置按經(jīng)過考驗(yàn)的方式使用，以及可以比較容易和低磨損地操作。此外每個(gè)砑光機(jī)反正有一個(gè)液壓、氣動(dòng)和電供應(yīng)設(shè)備。然而特別有利的是，致動(dòng)器包括至少一個(gè)壓電元件。壓電元件的伸縮可通過電氣設(shè)備迅速和精確地控制。壓電陶瓷成形為圓形或優(yōu)選為矩形。堆疊高度為5至100mm。功率電子器件安裝在輥外部的開關(guān)柜內(nèi)。通過電纜管道可以保證安全供電。致動(dòng)器工作電壓約為±10至±1000V。致動(dòng)器可以組合成組，它們共同借助一個(gè)功率電子器件驅(qū)動(dòng)或也可以逐個(gè)控制。下列設(shè)計(jì)方案可特別容易制造在軸內(nèi)沿⑶方向加工一個(gè)銑槽。接著加工一個(gè)裝入銑槽中的嵌入件以及包圍全部致動(dòng)器。通過軸導(dǎo)引的加壓流體可附加地作為冷卻劑用于致動(dòng)器。優(yōu)選地，致動(dòng)器設(shè)在凹槽內(nèi)沿徑向比隔膜處于軸內(nèi)更深處。由此它不處于加壓流體的直接壓力之下。確切地說(shuō)，它受到保護(hù)和無(wú)摩擦工作地安裝在軸的凹槽內(nèi)。有利地，令凹槽具有冷卻流體進(jìn)口和出口。通過輥導(dǎo)引的加壓流體，除了其別的任務(wù)外還可以用作致動(dòng)器的冷卻劑。在這種情況下避免復(fù)雜的單獨(dú)冷卻孔和外部接頭。優(yōu)選地，壓力腔通過節(jié)流器處于其中的加壓流體管道供給。在支承件上因振動(dòng)引起的力可以借助所述節(jié)流器阻斷。因此節(jié)流器附加地以被動(dòng)的方式阻尼，它們例如可以是孔、篩網(wǎng)或環(huán)隙式節(jié)流器。有利地，在輥上或輥內(nèi)安置傳感器，它與控制所述至少一個(gè)致動(dòng)器的控制器連接。作為傳感器可理解為完全不同的測(cè)量設(shè)備。它是從轉(zhuǎn)數(shù)計(jì)直至基于非接觸的振動(dòng)加速度或速度接收器。測(cè)量結(jié)果的信號(hào)進(jìn)一步傳給控制器，它保證高效地主動(dòng)控制致動(dòng)器，以阻斷輥套振動(dòng)。恰當(dāng)?shù)氖?，由致?dòng)器通過隔膜在腔室的加壓流體上施加的壓力，在工作時(shí)脈動(dòng)。在這里優(yōu)選地選擇一種頻率，它與系統(tǒng)固有頻率相干涉，為的是能消除形成阻塞的振動(dòng)。業(yè)已證明，致動(dòng)器的脈動(dòng)優(yōu)選地在規(guī)定的頻帶內(nèi)進(jìn)行。在這方面規(guī)定，由致 動(dòng)器在輥套上施加的壓力，在工作時(shí)以100至400Hz的頻率脈動(dòng)。所述輥通?？紤]用于與對(duì)向加壓件，例如第二輥形成一個(gè)輥隙，可以在輥隙內(nèi)處理纖維料幅。為了不會(huì)不允許地影響輥隙內(nèi)的截面，有利的是所有致動(dòng)器的作用方向均不通過輥隙。優(yōu)選地，致動(dòng)器對(duì)稱地沿輥長(zhǎng)度和/或圓周分布。由此避免造成在纖維料幅上沿其寬度不均勻作用的影響。若輥通過致動(dòng)器只在一側(cè)產(chǎn)生“波幅”，則料幅將在此位置有可能比別處厚實(shí)得多。本發(fā)明在方法方面的技術(shù)問題通過權(quán)利要求12的特征得以解決。也就是說(shuō)，在按權(quán)利要求I所述輥內(nèi)的振動(dòng)采取下述措施避免，亦即令腔室的容積脈動(dòng)式改變。每個(gè)輥有一個(gè)特征頻率和一種固有剛度。這些如今能以簡(jiǎn)單的方法數(shù)學(xué)地確定。對(duì)于固有頻率而言，S輥的輥套及其支承是重要的影響因素。通過例如借助致動(dòng)器及隔膜使腔室內(nèi)的容積改變?cè)斐傻母郊拥募訅?，可以顯著改變剛度并因而改變固有頻率，從而又導(dǎo)致避免振動(dòng)。業(yè)已證明，在系統(tǒng)中，例如在砑光機(jī)內(nèi)，通過致動(dòng)器和隔膜脈動(dòng)式改變腔室的容積，足以避免大多由固有頻率弓I起的振動(dòng)。有利的是，在容積改變時(shí)為了主動(dòng)避免振動(dòng)，還改變腔室內(nèi)的壓力。通過加壓流體在輥套上的脈動(dòng)式加壓，在形成正確頻率的同時(shí)，幾乎可以完全消除輥套的振動(dòng)。優(yōu)選地，基于振動(dòng)測(cè)量，調(diào)整腔室容積改變裝置的伸縮量。這使得有可能相宜地和頻率控制地在輥套上脈動(dòng)加壓，這能更好地阻尼產(chǎn)生的振動(dòng)。下面參見附圖
借助實(shí)施例詳細(xì)闡述本發(fā)明。附圖示意性地表示出按本發(fā)明的S輥的橫截面。輥I與只用箭頭暗示的對(duì)向加壓件3，例如第二輥共同工作，以便在它們之間的所謂輥隙內(nèi)處理纖維料幅。輥I有旋轉(zhuǎn)的輥套4和固定的軸5。在兩者之間設(shè)縱向密封件6，它們將環(huán)腔7分成上部腔室8和下部腔9。這些腔室充填不同壓力的加壓流體，通常是油。設(shè)置通道10作為這些腔室8、9的加壓流體進(jìn)或出口通道。腔室8和9內(nèi)的不同壓力允許輥I彎曲，曲率可以與對(duì)向加壓件3的撓度相匹配。由輥I和對(duì)向加壓件3組成的系統(tǒng)，基于完全不同的原因，例如要處理的纖維料幅的不平度或內(nèi)輥的不圓度，傾向于振動(dòng)。這很難通過支承來(lái)阻尼。因此為此目的使用可主動(dòng)控制的腔室容積改變裝置2，它安裝在軸5的凹槽13內(nèi)。腔室容積改變裝置2由在凹槽13內(nèi)的側(cè)面密封的隔膜12和致動(dòng)器11組成。致動(dòng)器主要由壓電元件15組成，這些壓電元件可通過電源線16控制。致動(dòng)器的工作電壓約為±10至±1000V。通過致動(dòng)器11可以使隔膜12 運(yùn)動(dòng)，使腔室8內(nèi)的空間與振動(dòng)相應(yīng)地增大或減小。在這里優(yōu)選地腔室容積的增大或減小能進(jìn)行約O. 01-0. 5%。由此產(chǎn)生的壓力差對(duì)抗振動(dòng)脈動(dòng)式作用，確切地說(shuō)或?yàn)榱讼駝?dòng)反相，或?yàn)榱俗枘嵴駝?dòng)相位錯(cuò)移約90°。因此腔室容積改變裝置2主動(dòng)對(duì)抗振動(dòng)地工作。隔膜12靠近軸5的表面環(huán)形地固定在凹槽13內(nèi)部，以及借助環(huán)形密封件14密封，所以壓力不能從腔室8直接作用在致動(dòng)器上。腔室容積超越半月形環(huán)腔7 —直延伸到隔膜12。這種主動(dòng)式減振還可以得到安裝在腔室進(jìn)口或出口 10內(nèi)圖中未表示的節(jié)流器的支持。此外設(shè)從腔室8、9至致動(dòng)器11的管道17、18。來(lái)自腔室8經(jīng)由管道17的加壓流體，在壓電元件15旁流過，通過管道18以較小的壓力流入腔室9，因此也冷卻致動(dòng)器11。有利地，測(cè)量振動(dòng)的傳感器19將其測(cè)量信號(hào)通過控制線20傳給控制器22，它又保證(通過控制線21示意表示)，腔室容積改變裝置2向壓力腔室8供給脈動(dòng)壓力，干涉地減小系統(tǒng)振動(dòng)。因此通過腔室容積改變裝置2將反向振動(dòng)通過壓力傳給輥套4。作為傳感器適用加速度傳感器、電容傳感器、壓力傳感器、光學(xué)傳感器等。致動(dòng)器11具有的作用方向不朝向與對(duì)向加壓件3形成的輥隙。由此避免腔室容積改變裝置2對(duì)于處理纖維料幅的負(fù)面影響。附圖標(biāo)記清單I 輥2腔室容積改變裝置3對(duì)向加壓件4 輥套5 軸6縱向密封件7 環(huán)腔8上部腔室9下部腔室10 通道11致動(dòng)器12 隔膜13 凹槽14密封件15壓電元件16電源線17冷卻流體輸入管道18冷卻流體輸出管道19傳感器20控制線
21控制線22控制器·
權(quán)利要求
1.一種用于處理纖維料幅的輥，包括安裝在防旋轉(zhuǎn)的軸(5)上的環(huán)形空心輥套(4)，其中，在所述輥套(4)與軸(5)之間的環(huán)腔(7)通過至少兩個(gè)軸向密封件(6)分為至少兩個(gè)腔室(8、9)，為了達(dá)到期望的輥撓度，所述腔室可以充填壓力不同的加壓流體，其特征為存在至少一個(gè)可主動(dòng)控制的腔室容積改變裝置(2)。
2.按照權(quán)利要求I所述的輥，其特征為，所述腔室容積改變裝置(2)包括隔膜(12)。
3.按照權(quán)利要求2所述的輥，其特征為，所述隔膜(12)可運(yùn)動(dòng)，使得腔室容積可增大或減小約 O. 01-0. 5%。
4.按照權(quán)利要求2或3所述的輥，其特征為，所述隔膜(12)在所述軸(5)的凹槽(13)內(nèi)環(huán)形密封。
5.按照權(quán)利要求I至4之一所述的輥，其特征為，至少一個(gè)致動(dòng)器(11)與所述腔室容積改變裝置(2)連接。
6.按照權(quán)利要求5所述的輥，其特征為，所述致動(dòng)器(11)包括至少一個(gè)壓電元件(15)。
7.按照權(quán)利要求4至6之一所述的輥，其特征為，所述致動(dòng)器(11)設(shè)在所述凹槽(13)內(nèi)沿徑向比所述隔膜(12)處于軸(5)內(nèi)更深處。
8.按照權(quán)利要求4至7之一所述的輥，其特征為，所述凹槽(13)具有冷卻流體進(jìn)口和出口(17、18)。
9.按照權(quán)利要求I至8之一所述的輥，其特征為，至少一個(gè)腔室(8、9)通過節(jié)流器處于其中的一個(gè)通道(10)供給。
10.按照權(quán)利要求4至9之一所述的輥，其特征為，在輥(I)上或其內(nèi)安置傳感器(19)，該傳感器與控制所述至少一個(gè)致動(dòng)器(11)的控制器(22)連接。
11.按照權(quán)利要求5至10之一所述的輥，其特征為，由所述致動(dòng)器(11)通過所述隔膜(12)在所述腔室(8、9)的加壓流體上施加的壓力，在工作時(shí)以100至400Hz的頻率脈動(dòng)。
12.一種用于避免按照權(quán)利要求I所述的輥振動(dòng)的方法，其特征為腔室(8、9)的容積脈動(dòng)式改變。
13.按照權(quán)利要求13所述的方法，其特征為，為了主動(dòng)避免振動(dòng)，改變所述腔室(8、9)內(nèi)的壓力。
14.按照權(quán)利要求12或13所述的方法，其特征為，基于振動(dòng)測(cè)量，調(diào)整腔室容積改變裝置⑵的伸縮量。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理纖維料幅的輥，包括安裝在防旋轉(zhuǎn)的軸(5)上的環(huán)形空心輥套(4)，其中，在輥套(4)與軸(5)之間的環(huán)腔(7)通過至少兩個(gè)軸向密封件(6)分為至少兩個(gè)腔室(8、9)，為了達(dá)到期望的輥撓度，所述腔室可以充填壓力不同的加壓流體。為了能夠減小工作時(shí)輥套振動(dòng)，存在至少一個(gè)可主動(dòng)控制的腔室容積改變裝置(2)。
文檔編號(hào)D21G1/02GK102959257SQ201180032662
公開日2013年3月6日 申請(qǐng)日期2011年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者J.尼曼, L.克魯格, R.范哈格 申請(qǐng)人:沃依特專利有限責(zé)任公司