專利名稱：用于控制振動的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制卷繞設備(Rollvorrichtung)的支承輥的機械振動的方法和裝置。本發明還涉及一種卷繞設備。
背景技術：
圖1示出了卷繞設備的原理圖，其中紙或其他待卷繞的材料101圍繞卷繞軸102進行卷繞。與造紙機相關的所述卷繞軸通常稱為鼓形輥(Tambourwalze)，并且由圍繞著鼓形輥并圍繞鼓形輥卷繞的材料形成的復雜單元稱為機器卷104。卷繞裝置包括支承輥(Tragtrommel)103，所述支承輥借助支撐裝置105壓靠在機器卷上，所述支撐裝置例如可以包括用于產生壓力的液壓缸和液壓活塞。待卷繞的材料101在支承輥103與機器卷104之間行進。轉矩M1定向在支承輥103上并且轉矩M2定向在卷繞軸102上。產生轉矩M2的設備通常稱為定心驅動設備(Zentrierantrieb)。在支承輥103與機器卷104之間作用的力的徑向分量Fn(-Fn)稱為壓區力，所述壓區力通常視為與機器卷的寬度相關的力(N/m)。其他與卷繞相關的力為在機器卷104的表面上作用的、由轉矩M2產生的沿切向方向的圓周力，以及由轉矩M1產生的沿切向方向的力，該力將支承輥定向在待卷繞的材料101上。沿切向方向的所述力影響待卷繞的材料101的幅材張力。通過調節壓區力Fn(-Fn)來試圖保持形成的機器卷104的強度
在期望的范圍內。
在更換卷繞軸102時在卷繞軸表面通常殘留有由待卷繞材料形成的集束(Bündel)，因此機器卷截面的形狀并非圓形形狀。所述集束會產生定向在支承輥103上的脈動力(pochende Kraft)，所述脈動力可能會激發支承輥與機器卷之間不利的機械振動。所述機械振動例如使所述壓區力難以調節。因此當所述激發力的頻率為由支撐裝置105和支承輥103所構造的機械系統的機械固有頻率、所述固有頻率的多倍或者近似于所述固有頻率或近似于所述固有頻率的多倍時，這種情況特別不利。
在根據現有技術的技術方案中，試圖通過在支承輥表面上設置的覆層來減弱支承輥103的機械振動，所述覆層由例如橡膠或聚氨酯的軟材料制成。在根據現有技術的另一技術方案中，試圖通過摩擦制動構件防止或限制支承輥的機械振動，所述摩擦制動構件設置為將機械振動的動能轉化為熱量并由此減弱支承輥的機械振動。與造紙機相關的所述摩擦制動構件通常稱為摩擦制動滑塊(Schlitten)。基于可以單獨或分開使用的根據現有技術的所述技術方案，可以減弱支承輥的機械振動，但是在所述技術方案中難以避免以下情況，即激發力的頻率為由支撐裝置和支承輥所構造的機械系統的機械固有頻率、所述固有頻率的多倍或者近似于所述固有頻率或近似于所述固有頻率的多倍。
發明內容
本發明的目的在于，提供一種新穎的用于控制卷繞設備支承輥的機械振動的方法，所述卷繞設備中設有用于將所述支承輥壓靠在機器卷上的支撐裝置。在根據本發明的方法中，測量所述支承輥的機械振動，并且為了制止所述機械振動的增大，改變所述支承輥與所述機器卷之間的力的徑向分量(即壓區力)的方向。
通過改變支承輥與機器卷之間的卷繞角度可以改變與支撐裝置相關的壓區力的方向，所述卷繞角度限定為壓區力的方向與壓力的方向之間的角度。支撐裝置的剛性(彈性)沿不同的方向而不同。因此支撐裝置沿壓區力方向的剛性取決于與支撐裝置有關的壓區力方向。此外，當與所述支撐裝置有關的壓區力方向變化時，沿壓區力方向的機械振動的固有頻率也發生改變。通過改變卷繞角度以及進而改變所述固有頻率可以避免以下情況激發力的頻率為由支撐裝置和支承輥所構造的機械系統的機械固有頻率、所述固有頻率的多倍、或者近似于所述固有頻率或近似于所述固有頻率的多倍。可以例如通過實驗或通過其他方法得到機械振動足夠小時的卷繞角度。
本發明的另一個目的在于，提供一種新穎的用于控制卷繞設備中支承輥的機械振動的裝置，所述卷繞設備中設有用于將所述支承輥壓靠在機器卷上的支撐裝置。根據本發明的裝置包括用于測量所述支承輥的機械振動的傳感裝置以及控制單元，所述控制單元設置成用于改變所述支承輥與所述機器卷之間的、與所述支撐裝置的至少一部分相關的力的徑向分量的方向，以抑制(Anschlag)所述支承輥的機械振動的增大。
本發明還提供一種新穎的卷繞設備，包括 支承輥； 支撐裝置，用于將所述支承輥壓靠在機器卷上； 傳感裝置，用于測量所述支承輥的機械振動；以及 控制單元，其設置成用于改變所述支承輥與所述機器卷之間的、與所述支撐裝置的至少一部分相關的力的徑向分量(即壓區力)的方向，以抑制所述支承輥的機械振動的增大。
在本發明所附權利要求中示出了本發明多種實施例的特征。
以下參照附圖對本發明的實施例及其優點進行詳細說明。在附圖中 圖1示出了根據現有技術的卷繞設備的側視圖； 圖2a和圖2b示出了卷繞設備的側視圖，該卷繞設備包括根據本發明實施例的用于控制支承輥機械振動的裝置； 圖3示出了根據本發明實施例的用于控制支承輥機械振動的方法的流程圖；以及 圖4示出了根據本發明實施例的用于控制支承輥機械振動的方法的流程圖。
之前在本說明書中已經與現有技術的說明相關地對圖1進行了說明。
具體實施例方式 圖2a示出了卷繞設備的側視圖，所述卷繞設備包括根據本發明實施例的用于控制支承輥203的機械振動的裝置。卷繞設備包括用于將支承輥壓靠在機器卷204上的支撐裝置205。在支撐裝置中例如設有由一個或多個液壓缸構成的用于產生壓力的力產生構件(Krafterzeugungselement)和/或由一個或多個螺桿及由其抑制件(Anschlag)構成的用于產生壓力的力產生構件。用于控制支承輥的機械振動的裝置包括用于測量支承輥機械振動的傳感裝置(Gebervorrichtung)206。該用于控制支承輥的機械振動的裝置包括控制單元208，所述控制單元設置成用于改變支承輥203與機器卷204之間的、與支撐裝置205的至少一部分相關的力的徑向分量(即壓區力)Fn(-Fn)的方向，以抑制所述支承輥的機械振動的增大。在本發明的此實施例中控制單元208設置成，為了改變與支撐裝置205的至少一部分相關的壓區力Fn(-Fn)的方向而改變支承輥與機器卷之間的卷繞角度。所述卷繞角度確定為壓區力-Fn與重力的方向212之間的角度α。需注意的是，卷繞角度可以以不同方式來表示。例如，卷繞角度可以為圖2a所示的角度α或者壓區力Fn(或-Fn)與坐標系210的x軸之間的角度。支撐裝置205在坐標系210的y向上的剛性(彈性)不同于在坐標系210的x向上的剛性(彈性)。因此支撐裝置沿壓區力Fn(-Fn)方向的剛性取決于與支撐裝置有關的壓區力方向。此外，當與支撐裝置有關的壓區力方向變化時，沿壓區力方向的機械振動的固有頻率就會改變。通過改變卷繞角度并且進而改變所述固有頻率可以避免以下情況脈沖激發力(pulsierenden Erregerkraft)的頻率為由支撐裝置和支承輥所構成的機械系統的機械固有頻率、所述固有頻率的多倍、或者近似于所述固有頻率或近似于所述固有頻率的多倍。傳感裝置206的輸出信號211與控制單元208相偶接(koppeln)，該傳感裝置設置成用于感測支承輥機械振動的改變。控制單元設置成用于控制機器卷的支承裝置209，從而調節卷繞角度至期望的值。控制單元208的輸出信號207與支承裝置209的控制系統(圖2a中未示出所述支承裝置209的控制系統)相偶接。例如通過如下簡化的、排他的(ausgrenzend)方式可以得到支承輥的機械振動明顯足夠小時的卷繞角度 -開始狀態支承輥的機械振動量已經超出預先確定的上限； -階段1新卷繞角度＝舊卷繞角度+Δ； -階段2如果機械振動由于卷繞角度的變化而增大，Δ值以如下方式計算出新的值新Δ＝-σ×舊Δ(0＜σ＜1)； -階段3如果Δ的絕對值大于之前設定的最終范圍，則返回階段1。
在根據本發明實施例的裝置中，傳感裝置206包括至少一個加速度傳感器(Beschleunigungsgeber)，所述加速度傳感器設置成用于測量支承輥203在垂直于所述支承輥的卷繞軸的方向上的加速度。所述加速度傳感器中的至少一個可以例如設置在支承輥的軸承箱
221中。
在根據本發明實施例的裝置中，傳感裝置206包括至少一個速度傳感器，所述速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的速度。所述速度傳感器中的至少一個可以例如設置在支承輥的軸承箱221中。
在根據本發明實施例的裝置中，傳感裝置206包括至少一個位置傳感器，所述位置傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的位置。
在根據本發明實施例的裝置中，傳感裝置206包括加速度傳感器，所述加速度傳感器設置成用于測量支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的兩個彼此相交的方向上的加速度。所述方向可以例如為坐標系210的x向和y向。所述加速度傳感器可以例如設置在支承輥的軸承箱221中。
在根據本發明實施例的裝置中，傳感裝置206包括速度傳感器，所述速度傳感器設置成用于測量支承輥203在垂直于所述支承輥的轉軸的兩個彼此相交的方向上的速度。
在根據本發明實施例的裝置中，傳感裝置206包括位置傳感器，所述位置傳感器設置成用于測量支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的兩個彼此相交的方向上的位置。
基于將要發生變化的卷繞角度的變化，可以使用機械振動的加速度、速度、振幅或者使用基于兩個或所有前述的值產生、計算出的值，作為表明支承輥203機械振動大小的量值之一。在產生表明振動大小的量值的情況下，隨后可以使用對于正弦狀振動有效的關系式(Korrelation)速度的峰值＝2π×頻率×振幅，以及加速度的峰值＝(2π×頻率)2×振幅。
圖2b示例性示出了圖2a所示的卷繞設備的側視圖，其中卷繞角度的值與圖2a所示例性示出的不同。
表1示出了當卷繞角度和壓區力的值不同時由造紙機的支承輥與相關支承輥的支撐裝置所構成的機械系統的機械固有頻率fres。壓區力示出為與機器卷的寬度相關的力(N/m)。在表1示出的情況中，支承輥通過由液壓缸和液壓活塞構成的力產生構件而被壓靠在機器卷上。卷繞角度為圖2a和圖2b所示出的值。角度α的帶有符號的大小這樣表示在圖2a中角度α約為+60°，而在圖2b中角度α約為-7°。
表1 表2示出了當卷繞角度和壓區力(N/m)的值不同時由造紙機的支承輥與相關支承輥的支撐裝置所構成的機械系統的機械固有頻率fres。在表2示出的情況中，支承輥為緩沖支承輥(
Tragtrommel)，其通過構造有緩沖特性的彈簧組(Federpaket)彈性地被支撐。
表2 根據本發明實施例的卷繞設備包括以下的構件(附圖標記參見圖2a和圖2b) 支承輥203； 支撐裝置205，用于將所述支承輥壓靠在機器卷204上； 傳感裝置206，用于測量所述支承輥的機械振動；以及 控制單元208，其設置成用于改變所述支承輥與所述機器卷之間的、與所述支撐裝置的至少一部分相關的力的徑向分量(即壓區力)的方向，以抑制所述支承輥的機械振動的增大。
在根據本發明實施例的卷繞設備中，控制單元208設置成，在所述卷繞角度確定為所述力的徑向分量的方向與壓力的方向212之間的角度時，改變支承輥203與機器卷204之間的卷繞角度，從而改變與所述支撐裝置的至少一部分相關的所述力的徑向分量的方向。
根據本發明的卷繞設備包括以下技術特征(a)和(b)中的至少其中之一 (a)支承輥203的外層(Mantel)覆蓋有一覆層，所述覆層由比所述覆層之下的支承輥的材料更軟的材料(例如由橡膠或由聚氨酯)制成；以及 (b)在支撐裝置205中設有至少一個摩擦制動構件，所述摩擦制動構件設置成用于將支承輥203的機械振動的動能轉化為熱量并由此減弱支承輥的機械振動。
圖3示出了根據本發明實施例的用于控制支承輥的機械振動的方法的流程圖。在功能塊301中測量所述支承輥的機械振動。該測量優選在其他的活動部件
附近進行。如果機械振動的量值大于事先確定的上限(“決定”塊302的“是”-分支)，則改變所述支承輥與所述機器卷之間的、與所述支撐裝置的至少一部分相關的力的徑向分量(即壓區力)的方向(功能塊303)。如果在功能塊303中執行的措施沒有增大機械振動(“決定”塊304的“否”-分支)，即壓區力的方向的變化極有可能是有利的，則返回功能塊303。如果在功能塊303中執行的措施增大了機械振動(“決定”塊304的“是”-分支)，即壓區力的方向的變化很有可能是不利的，則更換方向變化的符號且減小方向變化的步進量(功能塊305)。從功能塊305返回功能塊303。在圖3示出的方法中，通過簡化的、排他的方式能得到與所述支撐裝置的至少一部分相關的壓區力的最優方向。值得注意的是，與所述支撐裝置的至少一部分相關的方向還可以根據與上述簡化的、排他的方式不同的其他原理來進行改變。對于所述壓區力的方向而言，例如可以確定兩個或多個可選的值，在不同的情況中從所述值中進行選擇，以實現支承輥的機械振動的程度最低。
圖4示出了根據本發明實施例的用于控制支承輥的機械振動的方法的流程圖。在功能塊401中測量所述支承輥的機械振動。該測量優選在其他的活動部件附近進行。如果機械振動的量值大于事先確定的上限(“決定”塊402的“是”-分支)，則改變所述支承輥與所述機器卷之間的卷繞角度，所述卷繞角度確定為壓區力的方向與壓力的方向之間的角度(功能塊403)。如果在功能塊403中執行的措施沒有增大機械振動(“決定”塊404的“否”-分支)，即卷繞角度的變化很可能是有利的，則返回功能塊403。如果在功能塊403中執行的措施增大了機械振動(“決定”塊404的“是”-分支)，即卷繞角度的變化很可能是不利的，則更換卷繞角度變化的符號且減小卷繞角度變化的步進量(功能塊405)。從功能塊405返回功能塊403。在圖4示出的方法中，通過簡化的、排他的方式能得到最優的卷繞角度。值得注意的是，卷繞角度還可以根據與上述簡化的、排他的方式不同的其他原理來進行改變。對于卷繞角度而言例如可以確定兩個或多個可選的值，在不同的情況中從所述值中進行選擇，以實現支承輥的機械振動的程度最低。
在根據本發明實施例的方法中，通過至少一個加速度傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述加速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的加速度。
在根據本發明實施例的方法中，通過至少一個速度傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的速度。
在根據本發明實施例的方法中，通過至少一個位置傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述位置傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的位置。
在根據本發明實施例的方法中，通過加速度傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述加速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的兩個彼此相交的方向上的加速度。
在根據本發明實施例的方法中，通過速度傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的兩個彼此相交的方向上的速度。
在根據本發明實施例的方法中，通過位置傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述位置傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的兩個彼此相交的方向上的位置。
對于本領域技術人員顯而易見的是，上述實施例并非用于限制本發明及其實施例，本發明及其實施例在所附權利要求書所限定的范圍內能夠進行各種變化。通常使用例如“裝置包括控制單元”之類的表述對技術特征進行描述，使得技術特征的描述并非排除在獨立權利要求或從屬權利要求中描述的其他技術特征。
權利要求
1.一種用于控制卷繞設備中支承輥(203)的機械振動的方法，所述卷繞設備包括用于將所述支承輥壓靠在機器卷(204)上的支撐裝置(205)，并且在所述方法中測量所述支承輥的機械振動(301，401)，其特征在于，在所述方法中改變所述支承輥與所述機器卷之間的、與所述支撐裝置的至少一部分相關的力的徑向分量的方向(303，403)，以抑制所述支承輥的機械振動的增大(302，402)。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，在所述方法中，當所述卷繞角度確定為所述力的徑向分量的方向與壓力的方向(212)之間的角度時，通過改變所述支承輥與所述機器卷之間的卷繞角度(403)來改變與所述支撐裝置的至少一部分相關的所述力的徑向分量的方向。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過至少一個加速度傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述加速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的加速度。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過至少一個速度傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的速度。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，通過至少一個位置傳感器測量所述支承輥的機械振動，所述位置傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的位置。
6.一種用于控制在卷繞設備中的支承輥(203)的機械振動的裝置，所述卷繞設備包括用于將所述支承輥壓靠在機器卷(204)上的支撐裝置(205)，并且在所述用于控制在卷繞設備中的支承輥的機械振動的裝置中，設有用于測量所述支承輥的機械振動的傳感裝置(206)，其特征在于，所述用于控制在卷繞設備中的支承輥的機械振動的裝置還包括控制單元(208)，所述控制單元(208)設置成用于改變所述支承輥與所述機器卷之間的、與所述支撐裝置的至少一部分相關的力的徑向分量的方向，以抑制所述支承輥的機械振動的增大。
7.如權利要求6所述的用于控制在卷繞設備中的支承輥的機械振動的裝置，其特征在于，當所述卷繞角度確定為所述力的徑向分量的方向與壓力的方向(212)之間的角度時，所述控制單元設置成用于改變所述支承輥與所述機器卷之間的卷繞角度，從而改變與所述支撐裝置的至少一部分相關的所述徑向分量的方向。
8.如權利要求6所述的用于控制在卷繞設備中的支承輥的機械振動的裝置，其特征在于，所述傳感裝置(206)包括至少一個加速度傳感器，所述加速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的加速度。
9.如權利要求6所述的用于控制在卷繞設備中的支承輥的機械振動的裝置，其特征在于，所述傳感裝置(206)包括至少一個速度傳感器，所述速度傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的速度。
10.如權利要求6所述的用于控制在卷繞設備中的支承輥的機械振動的裝置，其特征在于，所述傳感裝置(206)包括至少一個位置傳感器，所述位置傳感器設置成用于測量所述支承輥在垂直于所述支承輥的轉軸的方向上的位置。
11.一種卷繞設備，包括
支承輥(203)；
支撐裝置(205)，用于將所述支承輥壓靠在機器卷(204)上；
傳感裝置(206)，用于測量所述支承輥的機械振動；
其特征在于，所述卷繞設備還包括控制單元(208)，所述控制單元設置成用于改變所述支承輥與所述機器卷之間的、與所述支撐裝置的至少一部分相關的力的徑向分量的方向，以抑制所述支承輥的機械振動的增大。
12.如權利要求11所述的卷繞設備，其特征在于，所述支承輥(203)的外層覆蓋有覆層，所述覆層由比所述覆層之下的所述支承輥的材料更軟的材料制成。
13.如權利要求11或12所述的卷繞設備，其特征在于，所述支撐裝置(205)包括至少一個摩擦制動構件，所述摩擦制動構件設置成用于將所述支承輥的機械振動的動能轉化為熱量并由此減弱所述支承輥的機械振動。
全文摘要
本發明涉及用于控制振動的方法和裝置，以控制卷繞設備中支承輥(203)的機械振動，卷繞設備包括用于將支承輥壓靠在機器卷(204)上的支撐裝置(205)及用于測量支承輥機械振動的傳感裝置(206)。卷繞設備包括控制單元(208)，其用于改變支承輥與機器卷之間的、與支撐裝置的至少一部分相關的壓區力(Fn)的方向，以抑制支承輥的機械振動的增大。可以例如通過改變卷繞角度(α)來改變與支撐裝置的至少一部分相關的壓區力的方向。支撐裝置的剛性沿不同方向而不同。此外，當改變與支撐裝置相關的壓區力的方向時，機械振動的固有頻率發生改變。通過固有頻率的變化可避免支承輥振動的固有頻率與激發頻率相近的情況。
文檔編號B65H18/26GK101607644SQ20091014965
公開日2009年12月23日 申請日期2009年6月17日 優先權日2008年6月17日
發明者亞里·蒂塔, 里斯托·梅基寧, 馬爾科·蒂立凱寧, 馬蒂·肯帕伊寧 申請人:美卓造紙機械公司