控制纤维幅材机中的振动的装置和直线运动放大器的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及控制纤维幅材机中的振动的装置和直线运动放大器，尤其涉及一种用于控制纤维幅材机中的振动，尤其是用于控制纤维幅材机的压区的振动的装置，该装置包括：惯性驱动器(10)，其包括力发生元件(12)和质量元件，该质量元件由弹性装置(18)弹性地紧固到结构或框架(15)，其特征在于，在用于控制振动的装置中包括作为所述质量元件的惯性质量体(11)，用以接收振动产生的力，并且借助所述惯性驱动器(10)提供能够抵消所述惯性质量体(11)的加速度的惯性力，以控制所述振动。
【专利说明】控制纤维幅材机中的振动的装置和直线运动放大器
【技术领域】
[0001 ] 本实用新型涉及一种用于控制纤维幅材机中的振动的装置。本实用新型尤其涉及一种用于控制纤维幅材机中的振动、尤其是控制纤维幅材机的压区的振动的装置，以及一种直线运动放大器。
【背景技术】
[0002]在纤维幅材机中，纤维幅材在由连续地布置在生产线中的多个装置形成的组件中被生产和处理。典型的生产及处理线包括流浆箱、网部和压榨部以及随后的干燥部和卷取装置。生产及处理线还可包括用于纤维幅材精整的其他装置和部，例如施胶机、压光机、涂布部。生产及处理线还包括至少一个用于形成用户卷的卷绕机以及卷包装装置。在本说明书和随附的权利要求书中，纤维幅材的含意例如是纸、纸板、卫生纸(绵纸)的幅材。每个部和装置包括与其相连的可能发生振动的若干不同的部件。例如，振动可能会在压区中发生，该压区位于两个元件之间，通常位于两个辊之间，而且该压区还能够由辊、带、靴或者对应的元件与对应的或不同类型的相对元件形成，压区形成元件的至少之一常常是辊。纤维幅材以其自身穿过压区，或者由带、毡、网或者对应的织物支撑着穿过压区。在压区中，纤维幅材受压区压力挤压从而将水从幅材中去除，或者对幅材的性能产生影响。纤维幅材生产线的典型的压区为:压榨压区，在其中去除水；压光压区，在其中处理幅材，例如用以获得如光泽度之类的某些表面性能；以及卷取和缠绕压区，在其中压区作用被用于纤维幅材的卷起/缠绕。
[0003]在专利国际公布文本WO 01/50030中披露了一种用于衰减纸生产中使用的辊的振动的方法，该辊包括圆形的套(mantle)，使得从外部在辊套上施加阻尼。在该公知的方法中，测量振动特性，并且基于测量结果控制阻尼。阻尼被引导到期望的位置(例如辊的中心)，并且振动品质被考虑在内。该阻尼可以是有源(主动)的或无源(被动)的，并且该方法例如可应用于压光机。在有源的阻尼中，借助例如磁场(例如，借助电磁铁)或者流体喷射从外部将振动吸收力施加在辊上。在该情况中，尤其是在辊上施加的振动阻尼力的变化使阻尼能够被控制。外部阻尼要求阻尼装置位于靠近辊的外侧并且还支撑用于阻尼装置的结构，因此其在辊周围的空间受限的应用中是不可用的。
[0004]在专利国际公布文本WO 2006/040399中披露了一种用于补偿由压光机中的辊的形状缺陷导致的压区载荷中的变化的方法，该压光机包括:第一旋转辊和第二旋转辊，在由两者形成的压区之中处理幅材；以及加载装置，用于改变压区载荷。在这种现有技术的方法中，第一辊的形状轮廓被限定，第一辊的旋转角被测量，并且基于第一辊的形状轮廓而控制加载装置，从而补偿第一辊的壳体中的形状误差所导致的压区载荷变化。由于压区载荷要求形成强的静载荷，该静载荷难以被控制以使变化能够被补偿，因此对加载装置的控制相当复杂。
[0005]在美国第5，487, 715号专利公开文本中披露了一种用于在纤维幅材加工中使用的辊的辊套的内部使用的液压振动阻尼器，该辊包括:固定的中心轴；辊套，适于绕该中心轴旋转；第一室，设置在固定的中心轴与辊套之间，所述室呈半环形并且填充有用于将液压支撑力从中心轴转移到辊壳的液体；至少一个第二室，部分地填充有空气并且部分地填充有液体，所述第二室基本上沿着辊的长度延伸，并且多个窄毛细管线路连接第一室和第二室。由于压区载荷要求形成强的静载荷，该静载荷难以被控制以使变化能够被补偿，因此对加载装置的控制相当复杂。
[0006]在美国第5,961,899号专利公开文本中披露了一种用于压光棍及其类似物的振动控制装置和方法。在这种用于控制两个或更多个辊之间的振动的公知的振动控制装置和方法中，从压区离开的介质中的振动产生的厚度变化被控制。该装置包括框架、相对于该框架安装的第一和第二辊以及力发生器，如电动机械的有源驱动器、伺服液压驱动器、可控半有源阻尼器、有源减震器或者自动调谐减震器，其提供消除力来控制第一辊与第二辊之间的振动，从而控制这种介质中的振动弓I起的厚度变化。
[0007]在造纸机的振动阻尼中，已发现有源振动阻尼产生多种新的可能性。问题是缺乏有源驱动器。理想的是，人们期望可以自由地设置于结构中并具有巨大的力发生能力的驱动器。这样的驱动器例如是所谓的惯性驱动器。该驱动器由弹性地紧固到该结构的质量体以及力发生元件构成。当力驱动器产生力时，反作用力施加到由此作为支撑表面的质量体。产生高频力的驱动器的数量是非常有限的。这些惯性驱动器的共同之处在于，它们产生非常大的力，但是仅能引起很小的直线运动。一种这样的驱动器是压电元件(piezo)，其中能够通过在晶体上产生电场来改变陶瓷元件的长度。通过阻止长度改变，驱动器产生相当于其自身的刚度的力。因此，当长度改变完全被阻止时，由驱动器产生的力处于其最大值，并且另一方面，伴随着最大可能的长度改变，驱动器产生一个微小的力。例如，压电元件的长度改变通常仅是其自身的长度的约0.1%。由于所需的放大率的量级的缘故，另外的具有高放大率的构成直线运动的放大器是非常难以(实现)的。
实用新型内容
[0008]本实用新型的一个目的是提出一种用于控制纤维幅材机中的振动的装置，并且其中消除了现有技术的缺点和问题或者至少使其最小化。
[0009]本实用新型的另一个目的是提供一种由于惯性驱动器的较小的直线运动而解决惯性驱动器的缺点的装置。
[0010]本实用新型的另一个目的是提出一种新型的直线运动放大器，其特别地针对用于控制纤维幅材机中的振动的装置。
[0011]为了实现以上所提到的目的，本实用新型提供了一种用于控制纤维幅材机中的振动、尤其是控制纤维幅材机的压区的振动的装置，该装置包括:惯性驱动器，其包括力发生元件和质量元件，该质量元件由弹性装置弹性地紧固到结构或框架，其中，在用于控制振动的所述装置中包括作为所述质量元件的惯性质量体，用以接收振动产生的力，并且借助所述惯性驱动器提供能够抵消所述惯性质量体的加速度的惯性力以控制所述振动。
[0012]本实用新型还提供了一种直线运动放大器，所述直线运动放大器包括主活塞和副活塞，所述主活塞与副活塞的面积显著不同，用以在驱动器的惯性质量体的运动中提供高放大率，所述驱动器包括框架，所述框架的内部安装有力驱动器，所述力驱动器从其上顶端被支撑到穿孔板，并且从其下端被支撑到主活塞，所述主活塞以其上表面作用于油室，所述油室在所述框架与所述力驱动器之间的空间中延伸到所述穿孔板，油能够从所述穿孔板流到所述穿孔板的上方的所述油室，并且用于所述惯性驱动器的惯性质量体被安装在所述框架上方，使得在所述质量体的中间的孔的底部设有销，所述销起副活塞的作用，所述副活塞在所述框架的顶部被密封到所述油室。
[0013]在根据本实用新型的用于控制纤维幅材机中的振动的装置中，该装置包括惯性质量体，用以接收所产生的反作用力，并且产生抵抗该质量体加速的惯性力。根据一个有利的特征，在根据本实用新型的用于控制纤维幅材机中的振动的装置中，用于惯性驱动器的直线运动放大器以液压方式被实施。
[0014]根据一个有利的特征，直线运动放大器具有高放大率，该放大率有利地为10-500。
[0015]有利地，直线运动放大器包括主活塞和副活塞，这些活塞的面积显著地不同，由此在驱动器的惯性质量体的运动中产生高放大率。主活塞和副活塞的面积比优选为10-500。
[0016]根据一个有利的特征，振动控制和阻尼的频率范围是10-5000HZ。
[0017]根据一个有利的特征，由本实用新型的驱动器产生的动态力是l_50kN，有利地为l-30kN。应注意的是，实际上在所述纤维幅材机中的生产所需的作用中，本实用新型的装置中的驱动器并不用于产生静态力，并且因此能够将该力有利地限制到以上的动态力区域。
[0018]根据一个有利的特征，惯性质量体的质量是10_500kg。
[0019]根据另一个有利的特征，惯性驱动器包括压电驱动器，其中当压电元件的长度改变时，直线运动放大器的主活塞执行运动，该运动通过放大器的油室(oil volume)对紧固到惯性质量体的副活塞施加作用。
[0020]根据本实用新型的有利的特征，当使用压电驱动器时，用于压电元件的电场是由电子装置产生的，并且能够通过电子控制而控制该电场，以根据期望的原理而产生衰减。
[0021]根据有利的特征，能够通过测量安装位置的速度并因此产生关联的反作用力来设置对振动的测量。在该装置中还能够利用智能的控制系统，已知如基于振动产生作用的测量而产生有源反作用力，该反作用力由此有源地补偿振动。控制信号能够直接产生或者基于计算机为基础的控制算法而产生。
[0022]本实用新型有利地被用于纤维幅材机的压区中，该压区形成在辊与其相对元件之间。形成纤维幅材机的压区的辊设有根据本实用新型的装置，使得在压区中产生的振动被该动态驱动器控制和衰减。该相对元件可以是另一个辊、纤维幅材卷、带、靴或者对应的元件。
[0023]根据本实用新型的一个优选示例，用于控制和衰减振动的装置设置在纤维幅材机的辊的内部，并且由于不需要外部支撑结构等等，因此实现了巨大的空间节省。有利地，该装置位于辊的轴向中心区域，这样振动的最佳的控制和衰减是沿辊的长度方向设置的，并且因此作用于被处理的纤维幅材的大致的宽度区域。
[0024]根据一个有利的示例，惯性驱动器被设于辊(例如压光辊)中，该辊与另一个辊(例如另一压光辊)形成压区，并且纤维幅材W经由该压区被引导并处理(例如压光)。在该示例中，惯性驱动器位于辊的内部用以衰减振动，例如阻挡振动。该辊包括旋转套，该旋转套固定到轴承的外圈。该外圈与辊的套一起旋转，而轴承的内圈是不旋转的，并且内圈的旋转被重力所阻止，该重力是通过在内圈上安装较重的惯性质量元件(例如200kg)而产生的。由于摩擦转矩不足以将质量元件从其向下的位置转动，因此惯性质量元件是沿向下的方向的，并且因此先于内圈旋转。作为惯性驱动器中的力驱动器，设置压电驱动器。其他的替代方案是电磁驱动器或者使用磁致伸缩材料。
[0025]作为另外的特征，驱动器的质量体能够由永磁体替代。之后通过例如在旋转辊的附近安装驱动器，能够使控制和阻尼力产生到辊而无机械接触。
[0026]根据装置中的本实用新型的有利的示例，提供一种驱动器，该驱动器包括安装在框架内部的压电驱动器，该框架从它的上顶端被支撑到穿孔板，并且从它的下端被支撑到主活塞，该主活塞以其上表面作用于油室，该油室在框架与压电驱动器之间的空间中延伸到穿孔板，该穿孔板被钻孔或者布置有敞开表面，油能够从该表面流动到穿孔板上方的油室，并且用于驱动器的惯性质量体安装在框架之上，使得在该质量体的中间的孔的底部设置有销，该销起到副活塞的作用，此副活塞被密封到框架顶部的油室，并且有利地在空气空间中，压电元件借助作用于主活塞的预张紧弹簧而被预张紧，该预张紧弹簧还抵消了由质量体引起的重力。
[0027]本实用新型提供了一种惯性驱动器，该惯性驱动器被装入到非常紧凑的空间并产生很大的力。这使得能够将该驱动器整合到例如轴承箱的内部或者有限的空间中。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]以下，将参照附图详细地解释本实用新型，但本实用新型并不被缩限到该附图。
[0029]图1中示意性地示出现有技术的惯性驱动器原理的示例；
[0030]图2中示意性地示出根据本实用新型的有利的装置的示例；
[0031]图3中示意性地示出根据本实用新型的有利的装置的另一个示例。
【具体实施方式】
[0032]在下文的描述之中，将使用相似的附图标记来标示根据示出本实用新型及其有利的示例的不同视图的相似元件。
[0033]图1中示意性地示出了如从现有技术中所公知的惯性驱动器20的示例。该驱动器由力发生元件22和质量元件21构成，该质量元件由弹性装置23弹性地紧固到结构25。当力发生元件22产生力F时,反作用力F施加到质量元件21,该质量元件因此起到支撑表面的作用。与驱动器20的运动有关的方程是F = mXa+kXx，其中F是由力发生元件22产生的力，m是质量元件21的质量，a是运动的加速度，k是弹性装置23的弹性常数，而x是频率。在固定频率上是X = XX sin(wXt)，其中w是角频率，t是时间，而X是长度变化，因此F = _mXw2XX+kXX = (k_mXw2) XX。当在驱动器的共振频率(w2?k/m)以上运行时，响应约为 F = -mXW2XX > -X = F/(W2Xm)。
[0034]当针对约10Hz的频率上的例如5kN的力并且使用1kg的质量体时，该质量体必须被提供具有X = 5000N/((100X2XPI)2X10kg) = 1.27mm的幅度的运动。
[0035]由于压电元件的长度变化是其自身的长度的约0.1 %，如果希望借助例如压电元件直接产生上文所述的1.27mm的长度变化，则将需要长度为1270_的压电元件。随后压电元件将进行最大运动但却根本不会产生力。例如，如果选择使用长度为10mm且直径为16mm的压电元件，则将能够产生100 μ m的运动或者12kN的力(运动被阻止)。如果针对5kN的力，那么压电元件产生最大7kN/12kNX 100 μ m = 58 μ m的运动。因此，惯性驱动器将需要放大率为22的直线运动放大器。
[0036]在图2的示意性示例中，根据本实用新型的一个有利的示例的驱动器10包括框架15，在该框架15的内部安装有压电驱动器12，该压电驱动器从其上顶端被支撑到穿孔板16，并且从其底端被支撑到主活塞13，该主活塞13设置为被预张紧弹簧18支撑在框架15上。主活塞13以其上表面作用于油室14。油室14在框架15与压电驱动器12之间的空间中延伸到穿孔板16，该穿孔板钻设有多个孔或者设有开放的表面，油能够通过该表面流动到穿孔板16上方的油室14。驱动器10的惯性质量体11安装在框架15之上，使得在质量体11的中间将销设置在油室14中，该销起到副活塞17的作用。副活塞17借助密封件19被密封到框架15的顶部处的油室14。油室14还借助密封件19被密封在框架15与主活塞13之间、以及框架与压电驱动器12之间。
[0037]随着压电元件12的长度改变，主活塞13执行运动，该运动通过油室14作用于紧固到质量体11的副活塞17。由于活塞13 ；17的面积显著不同，因此在质量体11的运动中产生高放大率。
[0038]由于压电元件12不能产生拉力，压电元件12被预张紧弹簧18预张紧，这对框架15的内部的空气空间41中的主活塞13产生作用。这些弹簧18还抵消质量体11引起的重力。
[0039]图3的示意性的示例中示出与辊31 (例如压光辊)相连的根据本实用新型的一个有利的示例的惯性驱动器10，该辊31与另一个辊32 (例如另一个压光辊)一起形成压区N。纤维幅材W经由压区N被引导和处理(例如压光)。在该示例中，惯性驱动器10被设于辊31的内部用以衰减振动，例如阻挡振动。辊31包括旋转套33，该旋转套固定到轴承37的外圈34。外圈34与辊31的套33—起旋转，而轴承37的内圈35是不旋转的，并且内圈35的旋转被重力所阻止，该重力是通过在内圈35上安装较重的惯性质量体(惯性质量元件)11而产生的(例如200kg)。由于摩擦转矩不足以使惯性质量体(惯性质量元件)11从它的向下方向转动，因此惯性质量体(惯性质量元件)11是沿向下方向的，并且因此先于内圈35旋转。设置压电驱动器12作为惯性驱动器12中的力驱动器。还可使用其他的直线驱动器作为力驱动器。
【权利要求】
1.一种用于控制纤维幅材机中的振动的装置，该装置包括:惯性驱动器(10;20)，其包括力发生元件(12 ；22)和质量元件，该质量元件由弹性装置(18 ；23)弹性地紧固到结构或框架(15 ;25)，其特征在于，在用于控制振动的所述装置中包括作为所述质量元件的惯性质量体(11)，用以接收振动产生的力，并且借助所述惯性驱动器(10)提供能够抵消所述惯性质量体(11)的加速度的惯性力以控制所述振动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，在所述装置中使用液压直线运动放大器。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述直线运动放大器具有10-500的放大率。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述直线运动放大器包括主活塞和副活塞(13、17)，所述活塞的面积显著地不同，以便在所述驱动器的惯性质量体(11)的运动中提供所述放大率。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述主活塞和副活塞(13、17)的面积比是10-500。
6.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，在所述装置中，振动控制和衰减的频率范围是10-5000HZ。
7.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，由所述驱动器(10)产生的动态力为l_50kN，并且在所述纤维幅材机中的生产所需的作用中，所述驱动器(10)并不用于产生静态力。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述动态力为l-30kN。
9.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述惯性质量体(11)的质量是 10-500kg。
10.根据权利要求2到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述惯性驱动器包括压电驱动器(12)，其中当压电元件的长度改变时，所述直线运动放大器的主活塞(13)执行运动，该运动穿过所述放大器的油室(14)作用于紧固到所述惯性质量体(11)的副活塞(17)。
11.根据权利要求1到5中任一项所述的装置，其特征在于，所述惯性驱动器(10)包括框架(15)，所述框架(15)的内部安装有压电驱动器(12)，所述压电驱动器从其上顶端被支撑到穿孔板(16)，并且从其下端被支撑到主活塞(13)，所述主活塞(13)以其上表面作用于油室(14)，所述油室在所述框架(15)与所述压电驱动器(12)之间的空间中延伸到所述穿孔板(16)，油能够从所述穿孔板流到所述穿孔板(16)的上方的所述油室(14)，并且用于所述惯性驱动器(10)的惯性质量体(11)安装在所述框架(15)的上方，使得在所述质量体(11)的中间的孔的底部设有销(17)，所述销起到副活塞(17)的作用，所述副活塞(17)在所述框架(15)的顶部被密封到所述油室(14)。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述压电驱动器(12)由作用于所述主活塞(13)的预张紧弹簧(18)预张紧，并且所述预张紧弹簧(18)还抵消所述质量体(11)引起的重力。
13.一种直线运动放大器，其特征在于，所述直线运动放大器包括主活塞和副活塞(13、17)，所述主活塞与副活塞的面积显著不同，用以在惯性驱动器(10)的惯性质量体(11)的运动中提供放大率，所述惯性驱动器包括框架(15)，所述框架(15)的内部安装有力驱动器(12)，所述力驱动器(12)从其上顶端被支撑到穿孔板(16)，并且从其下端被支撑到主活塞(13)，所述主活塞(13)以其上表面作用于油室(14)，所述油室(14)在所述框架(15)与所述力驱动器(12)之间的空间中延伸到所述穿孔板(16)，油能够从所述穿孔板流到所述穿孔板(16)的上方的所述油室(14)，并且用于所述惯性驱动器(10)的惯性质量体(11)被安装在所述框架(15)上方，使得在所述质量体(11)的中间的孔的底部设有销(17)，所述销起副活塞(17)的作用，所述副活塞(17)在所述框架(15)的顶部被密封到所述油室(14)。
14.根据权利要求13的直线运动放大器，其特征在于，所述力驱动器是压电驱动器(12)。
【文档编号】D21F7/00GK203938927SQ201420001575
【公开日】2014年11月12日 申请日期:2014年1月2日 优先权日:2013年1月11日
【发明者】亚尼·哈科拉, 米卡·维尔扬马 申请人:维美德技术有限公司