专利名称：用于调节两个辊之间的缝隙中的力的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种装置和一种方法，用于对在造纸机或纸板机的压光机部使用的两个辊之间的缝隙中的力进行调节。
背景技术：
在对例如纸幅材这样的纤维状幅材进行压光时，特别是当使用软辊、挠度补偿辊或弹性辊时，在特定的运行时间之后会看到公知的“条痕(Barring)”现象。条痕是通过由于固有振动引起的压光辊的不规则磨损而产生的。当压光辊的位置以及作用在压光辊和相邻的辊之间的力通过固有振动而发生改变时，则通过在特定转速范围内发生的固有振动实际上可以由于不规则的机械负荷而在辊的表面上形成波浪型(Wellenmuster)。由此不能确保辊的圆形运转。辊的不圆性除了会导致噪音水平提高之外，由于不圆的辊能够在幅材表面形成压痕，因此或早或晚会造成纤维幅材表面质量的恶化。这迟早会在幅材中形成清晰可辨的横向条纹，由此不再能确保最终产品，例如纸幅材的表面质量达到要求。因此，可能需要在到达预定的维修日期之前就对部分或所有的压光辊进行更换。由公开的专利文献DE 10133888 Cl中已知一种用于驱动压光辊的方法和一种压光辊。根据该专利文献，通过使辊相对于挤压方向横向偏移来抑制或防止由于振动而出现条痕现象。为此设置调节器，该调节器在至少一个辊上与振动吸收装置和执行器连接，并在发生振动时改变辊的位置。专利文献WO 2004/044316公开了一种方法，用于在造纸机和纸板机中在两个长形的辊装置之间的辊间隙中调节长形辊装置的位置和/或力。根据该专利文献，通过传感器检测辊装置的固有振动，并利用数字液压压力调节器改变液压装置中工作流体的流体压力和/或通量，从而抵消固有振动。这种数字液压压力调节器的工作方式例如在期刊Fluid Nr. 7-8, 2008S. 12，13中进行了准确的描述。为了增强该文献的可读性，下面对这种数字液压压力调节器的工作方式做非常简短地概括性说明在简单情况下，数字液压压力调节器由一排并联的阀门组成，这些阀门只有开/ 关功能，也就是简单的开/关切换阀，这种切换阀可以允许或中断流通(Durchfluss)，并在整篇该文献中被称为阀门。这些阀门一方面全部连接到共同的供应管道，另一方面还全部连接到共同的输出管道。这些阀门本身可以是常规的电磁阀，即具有电磁驱动的阀门。但是也可以选择其他的驱动形式。通过连接或安装节流元件或由阀门本身会注意到阀门在打开时会有不同的流量。例如，如果设置四个阀门，那么每个单独的、由对应的阀门选择打开的出入口中的流速 Q相互之间的比例为1 :2:4: 8 ；当有更多阀门时，这个数列将相应地延伸。现在通过打开和关闭单个阀门或阀门组合(由计算机在数学模型的基础上确定并选择)，可以在输出管道或与之相连的控制元件(Stellglied)中实现快速、精确的压力调整。这通过用所建立的数字控制(近似)曲线代替以上所述的比例控制阀的模拟控制曲线来实现。由于去除了模拟比例阀的非线性性和/或滞后性，使得这条曲线可以是阶梯形的近似直线，它允许快速和(几乎)无过冲("Cberschwingungsfrei)地到达调节点 (Regelpunkt)。数字液压调整的另一个优点在于，阀门或者打开或者关闭，S卩，为了在封闭(和未改变)的系统中保持额定压力，将阀门简单地关闭且没有内部漏流。因此，与传统的比例阀相比其明显的差别在于，传统的比例阀始终有液压油流流过。对于例如造纸机中的液压泵来说，这会不断地消耗能源。由此可以看出，使用数字液压压力调节器能够使液压缸更少或更短时间地运行， 从而可以节省能源。此外，压力水平的改变能够在极短的时间内进行。在图1中示例性示出的数字液压控制元件配置有四个阀条(Ventilbank)，每个阀条都具有相同数目的阀门和/或节流阀。从图1中可以看到这种例如可以用在造纸机中的液压系统的示意图。阀条也被称为数字流量控制单元，并因此在图1中以缩写DFCU表示。图1中的液压系统由可以借助两个控制元件1、5移动的圆筒3构成，圆筒3相对于固定设置的圆筒7运动。控制元件1、5具有第一室A和第二室B。如果相对于各室B中的压力提高各室A中的压力，则使可移动的圆筒3相对于固定的圆筒7前进移动 (Zustellbewegung) 0与此相反，如果提高各室B中的压力，则使可移动的圆筒3相对于固定的圆筒7后退移动。在此，分别为控制元件1、5配置具有相同结构的数字液压调节器2、 4。为了实现前进移动，将位于两个数字液压调节器2、4中的阀条P-A的阀门打开，从而在用于在工作流体中产生液压压力的泵P和控制元件1、5中的室A之间建立连接。同时打开数字液压调节器中阀条B-T的阀门，以在相应的室B和容器T之间为液压流体建立连接。对于液压流体而言，接通阀门可以产生特定的流量。为了后退移动，相应地打开两个数字液压调节器2、4中的阀条P-B和A-T，从而在泵P和控制元件中的室B之间建立连接。此外，还可以在泵和阀条之间设置压力存储器，根据需要通过泵向压力存储器提供液压流体，从而在液压系统中随时都有最低的液压压力可用。在此，可以将容器T中的液压流体提供给压力存储器。由于液压流体可以通过阀条A-T、P-A、P-B、B_T沿两个方向流动，因此可以在特定的运行状态下接通阀条，从而将液压流体从容器中吸取到室A或室B (T-A ;T-B)中。同样， 还可以在特定的运行状态下使液压流体从室A或室B流到压力存储器或泵(A-P ；B-P)。由于每个阀条都具有多个同样类型的阀门和节流器，因而存在数量非常多的不同的阀门开关组合或相应的流量。例如，如果每个阀条有六个阀门，则总计有212 = 4096种不同的阀门开关组合，或者说单对于前进移动就有4096种不同的流量，以及另4096种用于后退移动的流量。
发明内容
本发明的目的在于提出一种用于调节两个辊之间的间隙中的力的装置和方法，利用该装置或方法可以有效地抑制有规律地出现的固有振动或其他振动。
本发明的目的通过一种用于调节两个辊之间的间隙中的力的装置和方法得以实现。在该装置中，由各辊与其支承件一起构成辊系统。利用弹簧常数变化装置可以在保持作用在辊之间的力和辊的位置的前提下，随机或按照预定的顺序改变每个辊系统的弹簧常数。在根据本发明的用于调节两个辊之间的间隙中的力的装置中，各辊与它的支承件一起构成辊系统。在保持作用在辊之间的力和辊位置的情况下，可以利用弹簧常数变化装置随机地或按照预定的顺序改变每个辊系统的弹簧常数。通过改变辊系统(即辊连同其支承件)的弹簧常数，可以有效地抵消出现的固有振动，因为弹簧常数的改变同样会造成辊系统的固有频率的改变。基于这个原因可排除以下风险在特定的运行状态(转速，幅材速度)下发生的固有振动造成辊的不均勻的磨损。优选通过具有至少一个液压缸的液压装置对每个辊进行支承和定位。因此，辊系统包括辊和至少一个液压缸，液压缸例如安装在框架上。弹簧常数变化装置能够通过改变液压缸工作室中的压力来改变至少一个液压缸的弹簧常数。压力的改变通过保持由液压缸施加的拉力或压力来实现。例如，液压缸的活塞直径可以为100mm，行程为50mm，负载压力为71bar，反向压力 (Gegendruck)为lObar，利用该液压缸可以实现50kN的拉力或压力。另一方面，在负载压力139bar、反向压力IOObar下以同样的气缸同样可以获得50kN的力。在后一种情况下，气缸具有明显更高的刚度。通过改变液压缸的刚度，可以同时改变液压缸的弹簧常数，并由此改变整个辊系统的固有频率，尽管由气缸施加的拉力或压力以及因此施加在两个辊之间的间隙中的力将如同辊的位置一样保持不变。因此，可以通过改变液压缸的刚性而连续改变辊系统的固有频率，并因此避免固有振动。用于改变系统弹簧常数的液压装置优选具有数字液压压力调节器。利用该调节器可以改变液压缸工作室中工作流体的压力。使用数字液压压力调节器改变工作流体的压力是特别有利的，因为通过这种方式能够在非常短的时间内实现准确的压力变化。由此可以有效地确保工作室中的压力发生变化，而不会对气缸的拉力或压力或者辊的位置产生不利影响。优选在液压装置中设置供气装置和排气装置，以通过向作为工作流体使用的液压液体中输入空气或其他适宜的气体或将气体从中排出来改变液压缸的弹簧常数。对于前面所描述的过程，可以替代地或附加地通过向液压液体中输送空气或气体，或者从工作液体中排出空气或气体，来改变液压缸的刚度，并进而改变其弹簧常数，因为液压缸的刚度取决于液压缸中液体的可压缩性、表面和体积。因此，向液压缸中通入气体或从液压缸中排出气体会导致液压缸的刚度以及弹簧常数的减少/增加。相应地会因此改变辊系统的固有频率，并进而降低发生会导致辊表面的损坏的固有振动的风险。优选当存在预先设定的运行条件时改变辊系统的弹簧常数。例如，当辊达到特定的转速或幅材达到在其中曾确定出固有振动的特定速度范围时改变弹簧常数。替代地，还可以在例如每秒或每分钟多次的有规律的时间间隔内、在无规律的时间间隔内或连续地改变弹簧常数。在本发明的意义下，连续意味着弹簧常数在发生变化后直接无停顿地立即再次变化。
因此，在特定的运行条件下可以有针对性地抑制固有振动的发生，或者在整个运行持续期间能够预防性地防止这种情况发生。优选一个或两个辊可以是压光辊、挠度补偿辊、具有弹性表面的辊、轧辊或气缸。根据本发明的装置特别优选应用于具有压光部的造纸机或纸板机中，但也可以广泛应用在所有的机器中，在这些机器中在两个辊、卷筒或气缸之间构成有间隙。因此，根据本发明的这种装置特别应用于挤压部、烘干部、涂布装置、胶水涂覆装置、卷取机和/或卷绕机(成卷机，退卷机)中。
下面将参照附图，通过对优选实施方式的描述说明本发明的其他优点和特征。在附图中图1示出了用于说明数字液压压力调节器的工作方式的示意图；图2示出了数字液压压力调节器的数字流量控制单元的示例性结构的示意图；图3示出了根据本发明的用于调节两个辊之间的间隙中的力的装置的实施例的示意图；图4示出了根据本发明的用于调节两个辊之间的间隙中的力的装置的第二实施例的示意图；图5示出了根据本发明的用于调节两个辊之间的间隙中的力的装置的第三实施例的示意图。
具体实施例方式现在根据图3、图4和图5对本发明的优选实施方式进行说明。图3根据第一个实施例概略示出了用于调节在两个辊101和151之间构成的间隙中的力的装置的结构。辊101借助液压缸105支承在造纸机或纸板机中压光机的未示出的框架上。为了调整辊的位置以及为了调整作用于两个辊101和151之间的间隙中的力，辊 101通过活塞杆113与液压缸105的活塞109连接。活塞109是双重作用的液压活塞，并且受到液压缸105的两个被活塞109分开的工作室107、111所施加的压力。辊101、活塞杆 113和液压缸形成根据本发明的辊系统。工作室107、111中的压力通过数字液压阀条来设置，液压阀条被概略地示出并利用附图标记103标示。为每个压力室设置八个阀门和/或节流器，它们通过液压管道117 和115与工作室111或107连接。用于向数字液压阀条103通入或排出液压流体的供给装置没有示出，其例如为用于液压流体的泵、容器和相应的管线。此外，数字液压阀条通过导线119与控制单元100连接。根据本发明，数字液压阀条103能够实现液压数字压力调节器的功能。控制单元100通过数字液压阀条103将工作室107、111中的压力设置为，通过活塞杆113以预定的压力使辊101处于与辊151相对贴靠在一起的位置。在压光机运行期间，控制装置控制数字液压阀条103，使得在工作室107和111中压力连续变化。但是在此，工作室107中的负载压力和工作室111中的反向压力总是彼此调协，使初始设置的力不变。因此，无论是辊101的位置还是在辊101和辊151之间的间隙中占优势的力都相应地保持不变。通过在工作室107和111中的压力变化同样可以使液压缸105的刚度变化。因此，随着工作室107和111中压力的改变也会使液压缸105的弹簧常数改变。但由此还会使借助于液压缸105支承在未示出的框架上的辊101的辊系统的固有频率改变。通过改变固有频率可以防止在保持不变的运行条件下发生固有振动，这种固有振动可能会最终损坏辊101或辊151的表面。由此可以确保对由固有振动造成的条痕的抑制，并能够保证在压光机中被压光的纸幅材的表面质量。图4示出了本发明的第二个实施例。在对图4的说明中，对在图3的说明中已知的元件用相同的附图标记进行标示，并避免重复说明。根据该第二实施例，液压缸105还具有接口 121和123，通过这些接口将例如空气等的气体引入工作室107和111中，或从中排气体。空气在工作室107和111中与在那里的液压液体混合。由于增加了空气的可压缩性，随着越来越多的气体被导入工作室107和 111中，液压缸105的刚度越来越小。由此同样还导致液压缸105的弹簧刚度降低，并且使辊101的辊系统的固有频率发生改变，从而可以防止发生固有振动。在下面所描述的图5中也用相同的附图标记对在图3和图4中已知的元件进行标示。对这些元件也不再重复说明。当根据第二实施例工作室107和111中的压力由液压泵125、127产生，并且不使用数字液压压力调节器时，由图5可以看到第一实施例和第二实施例的结合。代替直接通过液压泵125和127设置液压缸105的工作室107和111中的压力，在根据图5的第三实施例中，工作室107和111中的压力通过数字液压阀条103来调节。由此，由此既可以通过数字液压阀条103也可以通过利用接口 121和123导入和排出空气，通过改变工作室107 和111中的压力来改变液压缸105的刚度。虽然该实施例只是描述了辊101的辊系统的弹簧常数的变化，但应该指出的是， 辊151的辊系统的弹簧常数也能够以相同或类似的方式变化。特别是在造纸机或纸板机的压光机中的应用中有利的是，所有会因为条痕而有危险的辊，特别是具有软表面的辊，例如挠度补偿辊或镀膜辊，都可以设置在具有根据本发明的弹簧常数可改变的辊系统中。在该实施例的范围内，描述了利用液压缸的支承，但本发明也特别有利地适用于利用多个液压缸来支承辊的辊系统中。当这样使用多个液压缸时，有可能同时或在不同时间内改变所有液压缸的各个工作室中的压力。在此，在各个彼此相当的工作室中可以总是由相同或不同的压力为主导。因此，各个液压缸的刚度可以是始终相同或彼此不同的。特别是在不同的时间改变压力和/或以不同的刚度调整各个液压缸时，辊系统可以具有更大的固有频率范围。由此可以可靠地确保，在有关的辊系统中只出现微不足道的固有振动，或根本没有固有振动。
权利要求
1.一种用于在两个辊(101 ；151)之间的间隙中对力进行调节的装置，其中，各辊(101) 与其支承件(10 —起构成辊系统，其特征在于，具有弹簧常数变化装置(100，103 ；100, 125，127，121，123 ；100,103，121，123)，该弹簧常数变化装置设置为，在保持作用在所述辊 (101 ；151)之间的力和所述辊(101)的位置的情况下，随机或按照预定的顺序改变所述辊系统的弹簧常数。
2.如权利要求1所述的装置，其中，通过具有至少一个液压缸(105)的液压装置实现所述辊(101)的支承件(105，113)和辊(101)的定位，从而使所述辊系统包括所述辊(101) 和至少一个液压缸(105)，以及所述常数变化装置(100，103 ；100，125，127，121，123 ；100， 103,121,123)设置为，在保持由所述液压缸(10 施加的拉力或压力的情况下，通过改变所述液压缸(10 的工作室(107，111)中的压力来改变该至少一个液压缸(10 的弹簧常数。
3.如权利要求2所述的装置，其中，在所述用于改变系统的弹簧常数的液压装置中设置数字液压压力调节器(103)，通过该数字液压压力调节器可以改变所述液压缸(105)的工作室(107，111)中工作流体的压力。
4.如权利要求2或3所述的装置，其中，所述用于改变所述辊系统的弹簧常数的液压装置具有供气装置(121)和排气装置(123)，通过所述供气装置和排气装置，可以将空气或其他气体输入到所述液压缸(105)的工作室(107，111)中作为工作流体使用的液压液体中， 或从液压液体中排出。
5.如前面任一项权利要求所述的装置，其中，所述常数变化装置(100，103;100，125， 127，121，123 ；100,103，121，123)设置为，在存在预先设定的运行条件时，以有规律或无规律的时间间隔或者连续地改变所述辊系统的弹簧常数。
6.如前面任一项权利要求所述的装置，其中，一个或两个辊(101；151)是压光辊、挠度补偿辊、具有弹性表面的辊、轧辊或气缸。
7.一种造纸机或纸板机，具有压光部和至少一个如权利要求1到6中任一项所述的装置。
8.一种用于调节两个辊(101 ；151)之间的间隙中的力的方法，其中，各辊(101)与其支承件(105) —起构成辊系统，其特征在于，在保持作用在所述辊(101 ；151)之间的力和所述辊(101)的位置的情况下改变所述辊系统的弹簧常数，其中，随机或按照预定顺序地改变所述弹簧常数。
9.如权利要求8所述的方法，其中，通过液压装置的至少一个液压缸(105)实现辊的支承件(105，11 ，并通过所述液压缸(10 工作室(107，111)中液压液体的压力变化来改变所述系统的弹簧常数。
10.如权利要求9所述的方法，其中，通过数字液压压力调节器(103)实现所述液压流体的工作室(107，111)中的压力变化。
11.如权利要求9或10所述的方法，其中，通过向作为液压流体使用的液压液体输入和 /或从中排出空气或其他气体来实现所述系统的弹簧常数。
全文摘要
在一种用于调节两个辊(101；151)之间的间隙中的力的装置中，辊(101)与其支承件(105，113)一起构成辊系统。利用弹簧常数变化装置(100，103)可以在保持作用在辊(101；151)之间的力和辊(101)的位置的情况下，随机或按照预定的顺序地改变每个辊系统的弹簧常数。
文档编号D21G1/02GK102191714SQ2011100596
公开日2011年9月21日 申请日期2011年3月9日 优先权日2010年3月9日
发明者亚尼·哈科拉, 米卡·维尔扬马, 维莱·霍波宁 申请人:美卓造纸机械公司