專利名稱：用于衰減輥組件的振動(dòng)的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)權(quán)利要求1前序部分所述的衰減纖維幅材機(jī)的輥組 件中的振動(dòng)的裝置，在該輥組件中，該輥的端部可旋轉(zhuǎn)地懸置在軸承箱內(nèi)的
軸承〈上，而軸承〈l"昏經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)禾占彈性中間^f牛(viscoelastic intermediate piece)支撐在纖維幅材機(jī)的機(jī)架或機(jī)座上。
背景技術(shù)：
隨著造紙機(jī)和紙板機(jī)的寬度和運(yùn)行速度的增大，輥的振動(dòng)成為越來越嚴(yán) 重的問題。
在造紙機(jī)和紙板機(jī)的末端，幅材被纏繞到與機(jī)器同寬度的、所謂的大幅 紙巻(jumbo roll)上。該大幅紙巻被解巻，并在切割巻紙機(jī)(slitter winder) 上切割成數(shù)個(gè)紙帶，隨后所述紙帶被巻繞成所謂用戶輥(customerroll)上。 振動(dòng)，尤其在雙鼓巻紙機(jī)或帶式巻紙機(jī)中的振動(dòng)是一個(gè)問題。當(dāng)在鼓上生產(chǎn) 的紙巻的旋轉(zhuǎn)速度的諧波(harmonic)激發(fā)該鼓的固有頻率時(shí)，雙鼓巻紙機(jī) 就會(huì)出現(xiàn)產(chǎn)生振動(dòng)的問題。巻取裝置(red-up)上的巻取筒(reeling drum) 也發(fā)生同樣類型的振動(dòng)問題。
一般而言，在機(jī)器或設(shè)備的運(yùn)行期間的共振是由于不充分的阻尼、即在 共振頻率下的不充分的動(dòng)態(tài)剛度(dynamic stiffness)造成的。這種情況常常 是通過直接改變共振結(jié)構(gòu)來改善的，從而增大其阻尼。例如，通常可在薄的 振動(dòng)板上面粘附一層自由的或受迫的粘彈性層。因此該振動(dòng)板的變形將導(dǎo)致 具有高損耗因數(shù)(loss factor)的粘彈性材料的變形，從而增大本征模式 (eigenmode)的阻尼。
然而，有時(shí)通過改變共振結(jié)構(gòu)來增大阻尼是非常困難或是根本不可能 的。以在撓曲(bending)本征模式下共振的小直徑的造紙機(jī)輥為例。由于厚 的輥殼體的彈性能相對較高，因此貼附到輥殼體上的受迫粘彈性層在最低撓 曲本征頻率下不能夠顯著地增大動(dòng)態(tài)剛度。由于輥殼體的變形很小，這類設(shè)
3置不會(huì)導(dǎo)致粘彈性層中產(chǎn)生足夠大的變形。因此，必須以另外的方式來改變 輥結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)剛度。
芬蘭第94458號專利披露了一種用于控制造紙機(jī)輥的振動(dòng)的方法和裝 置。根據(jù)該方法，在運(yùn)行期間，輥的臨界速度區(qū)域的位置被改變。通過調(diào)節(jié) 輥的質(zhì)量和/或剛度、和/或輥的懸掛位置來改變臨界速度。并且，作為另一 種選擇，建議改變輥兩端的軸承座(bearing support)的剛度的方法。在端部 軸承箱的底板和機(jī)架之間可設(shè)置由彈性材料制成的中間件。軸承箱(bearing housing)的懸架的剛度可通過調(diào)節(jié)由軸承箱壓迫中間件使其抵靠機(jī)架所產(chǎn)生 的壓力來調(diào)節(jié)?？赏ㄟ^柱體裝置或螺狀物來調(diào)節(jié)該壓力。
日本專利公開號3082843披露了一種用于衰減輥的振動(dòng)的裝置。輥的驅(qū) 動(dòng)馬達(dá)彈性地聯(lián)接到機(jī)架上。該聯(lián)接件包括設(shè)置在驅(qū)動(dòng)馬達(dá)的固定件的底板 和機(jī)架之間的防振中間橡膠件。該底板的固定螺栓穿過機(jī)架板延伸到固定到 該機(jī)架板的底面上的汽缸，并固定到該汽缸內(nèi)的活塞上。固定螺栓的頭部下 面具有橡膠襯套；因此，底板的聯(lián)接件是浮置的。汽缸的內(nèi)表面內(nèi)具有延伸 部，以限制活塞在汽缸內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)。在汽缸頂端和活塞頂端之間設(shè)有彈簧， 而在活塞的底面和汽缸底部之間具有壓縮空間，其中容納有作為壓縮介質(zhì)的 壓縮空氣。起初，活塞在空氣作用下抵靠汽缸內(nèi)表面的延伸部被推動(dòng)，從而 使中間橡膠件和襯套受到最小的壓力作用。當(dāng)活塞下面的壓縮空氣的壓力降 低，活塞在其上方的彈簧的彈力的作用下向下移動(dòng)，從而更大的壓緊力指向 該中間橡膠件和橡膠襯套。由此，能夠利用活塞下方的壓縮介質(zhì)來調(diào)節(jié)輥的 懸架的剛度。
這種裝置本身很復(fù)雜，并且需要復(fù)雜的控制系統(tǒng)來操作。因此，這種裝 置在實(shí)際運(yùn)行中容易受到干擾。
芬蘭第101283號專利披露一種巻繞紙幅的方法，該方法旨在通過調(diào)節(jié) 巻紙機(jī)的運(yùn)行速度來避免由被巻繞的紙巻引起的振動(dòng)?；谥圃熘械募垘喌?旋轉(zhuǎn)速度來調(diào)節(jié)巻紙機(jī)的運(yùn)行速度，使得當(dāng)制造中的紙巻的旋轉(zhuǎn)速度接近振 動(dòng)范圍時(shí)，降低該運(yùn)行速度，以使制造中的紙巻的旋轉(zhuǎn)速度下降到振動(dòng)區(qū)段 (zone)的低頻以下的范圍。隨后，提高巻紙機(jī)的運(yùn)行速度，以使制造中的 紙巻的旋轉(zhuǎn)速度保持不變，直至達(dá)到巻紙機(jī)的初始旋轉(zhuǎn)速度。
這種方法對于所有的情況而言并不都是最理想的，并且往往由于非必要的速度下降而可能造成潛在生產(chǎn)能力的浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種衰減纖維幅材機(jī)的輥組件中的振動(dòng)的裝置，該 裝置結(jié)構(gòu)簡單且運(yùn)行可靠。根據(jù)本發(fā)明的裝置尤其有助于降低造紙機(jī)或紙板 機(jī)的輥的振動(dòng)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的方案基本上如權(quán)利要求1所披露。其他權(quán)利要求描 述了本發(fā)明的不同的實(shí)施例的更多細(xì)節(jié)。
本申請中的術(shù)語"彈性常數(shù)"應(yīng)以如下方式來理解術(shù)語"彈性常數(shù)"
為力一撓度曲線的正切值。在其材料符合非線性本構(gòu)方程(constitutive 叫uation)(即，應(yīng)力一應(yīng)變關(guān)系)的情況下，相對于靜態(tài)預(yù)負(fù)載、頻率和 溫度在當(dāng)前操作點(diǎn)計(jì)算該正切值。
本申請中的術(shù)語"損耗因數(shù)"應(yīng)以如下方式來理解術(shù)語"損耗因數(shù)" 為數(shù)字，當(dāng)所施加的負(fù)載為正弦曲線時(shí)，對沿著運(yùn)動(dòng)的主方向的載荷與位移 之間的相位角取正切函數(shù)時(shí)，得到該數(shù)字。該損耗因數(shù)也是相對于靜態(tài)預(yù)負(fù) 載、頻率和溫度在當(dāng)前操作點(diǎn)計(jì)算的。
標(biāo)準(zhǔn)DIN53513提出了確定粘彈性彈性體的彈性常數(shù)和損耗因數(shù)的方 法。該標(biāo)準(zhǔn)也可用于本發(fā)明的情況，僅在樣本(specimen)尺寸上有所例外， 在這里該樣本為中間件。
在根據(jù)本發(fā)明的、衰減纖維幅材機(jī)的輥組件中的振動(dòng)的裝置中，輥的端 部可旋轉(zhuǎn)地懸掛在軸承箱內(nèi)的軸承上，而該軸承箱經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)粘彈性中 間件支撐在纖維幅材機(jī)的機(jī)架或機(jī)座上。彈性常數(shù)是基于機(jī)座來選擇的，因 此軸承的支撐件的彈性需要處于特定的范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，現(xiàn)有技術(shù)的問題是這樣解決的在輥的每一 端部， 一個(gè)或多個(gè)中間件的彈性常數(shù)以特定方式取決于輥的結(jié)構(gòu)和特性、輥 的懸架以及機(jī)座。有利地，處于一側(cè)的一個(gè)或多個(gè)中間件的總作用的彈性常 數(shù)kf處于0.04GN/m至U lGN/m的范圍內(nèi)，更有利地為處于0.04GN/m到 0.5GN/m的范圍內(nèi)。
另外，在該輥在一頻率范圍的正常操作狀態(tài)下，中間件的損耗因數(shù)選為 大于O.l，該頻率范圍是通過將該輥的最低撓曲本征頻率±10%計(jì)算得出的。這種方式能夠達(dá)到足夠的阻尼效果。軸承箱的支撐件的柔性增大了軸承箱的在其上述的本征頻率下的相對運(yùn)動(dòng)，并提供了增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)剛度。
由此，根據(jù)本發(fā)明的這種方式，通過將輥的軸承箱經(jīng)由柔性和阻尼性中間件支撐在機(jī)架或機(jī)座上來提高動(dòng)態(tài)剛度，該中間件的彈性常數(shù)處于該特定
范圍內(nèi)。在實(shí)際中，該中間件的可用的彈性常數(shù)的最大值通常為0.5GN/m。根據(jù)本發(fā)明的裝置，彈性衰減結(jié)構(gòu)的阻尼能力提高是通過該裝置的懸架將阻尼引入該結(jié)構(gòu)中而實(shí)現(xiàn)的。與一般慣例不同的是，根據(jù)本發(fā)明，這意味著將懸架設(shè)置成基本上為柔性。盡管該結(jié)構(gòu)及其懸架的靜態(tài)剛度減小，但該結(jié)構(gòu)本身的動(dòng)態(tài)剛度增大。這對于旋轉(zhuǎn)的機(jī)器部件的振動(dòng)而言是非常重要的。
根據(jù)本發(fā)明的裝置完全適用于例如雙鼓巻紙機(jī)，以衰減鼓的振動(dòng)，并適用于巻取裝置中，以吸收巻取筒的振動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的裝置尤其具有這樣的
益處 一旦該裝置組裝后，無需連續(xù)的調(diào)節(jié)即適用于所有的操作狀態(tài)。


下文中將參照如附的示意性附圖描述本發(fā)明，其中
圖1示出了輥的截面圖，其中示出了連接到機(jī)座(foundation)的懸架(suspension);
圖2示出了輥及其懸架的二自由度模型；
圖3示出了作為輥的懸架的剛度的函數(shù)的、輥的中心(roll center)的頻率響應(yīng)函數(shù)的最大值；以及
圖4示出了輥的懸架的剛度以及損耗因數(shù)對輥軸的頻率響應(yīng)函數(shù)的影響。
具體實(shí)施例方式
圖1是用于本發(fā)明的輥10的示意性截面圖。圖中還以虛線示出了輥10
上方的一組紙巻，用以說明該輥為雙鼓巻紙機(jī)的鼓。輥io包括輥殼體u，
該殼體11的端部固定有軸頸(shaftjournal) 12a、 12b。輥10經(jīng)由軸頸12a、12b支撐在軸承箱13a、 13b上。當(dāng)使用時(shí)，輥10能夠圍繞其縱軸線相對于軸承箱13a、 13b旋轉(zhuǎn)。在軸頸12a、 12b和軸承箱13a、 13b之間的接觸彈性常數(shù)(spring constant)以參數(shù)^表示。機(jī)座的彈性常數(shù)以^表示。通常，彈性常數(shù)&遠(yuǎn)高于圖1示出的連接中的其他彈性常數(shù)。軸承箱13a、 13b經(jīng)由粘彈性懸架、也就是說經(jīng)由中間件21a、 21b支撐在機(jī)架或機(jī)座上，并且該粘彈性懸架的彈性常數(shù)以參考符號^表示?，F(xiàn)在，根據(jù)本發(fā)明，中間件的彈性常數(shù)&相當(dāng)小，亦即在0.04 GN/m至1 GN/m的范圍內(nèi)。這樣，整個(gè)結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)剛度增大，并使該結(jié)構(gòu)在操作狀態(tài)下的振動(dòng)最小化。
如果將上述各彈性常數(shù)參數(shù)及該輥的彈性常數(shù)限定為特殊條件，彈性常數(shù)&的范圍可通過以下式來限定。
從而該范圍是從0.5 ^~~^~~^到5 . ~~^- 。
( 1)
作為具體實(shí)例，該輥殼體11的寬度為10 m。該殼體的外徑為1 m，該殼體的內(nèi)徑為0.9m，各軸頸的長度a為150mm。在將根據(jù)本發(fā)明的中間件安裝到該結(jié)構(gòu)、即安裝到根據(jù)圖1的輥模型之前對該輥進(jìn)行模型測試，得到懸架參數(shù)的以下數(shù)值。
&=1.87GN/m
&=15GN/m
應(yīng)注意的是，機(jī)座的彈性系數(shù)kg無疑處于更高的數(shù)量級，并因此實(shí)踐中在計(jì)算串聯(lián)的各彈性常數(shù)的共同作用時(shí)常常省略機(jī)座的彈性系數(shù)。其他的參數(shù)為
Tl尸0.087
其中，llb是軸頸和軸承箱之間的接觸的損耗因數(shù)，而Tlf是軸承箱和機(jī)座之間的損耗因數(shù)。
輥殼體的彈性常數(shù)可通過利用有限元(FEM)算法、或利用例如由歐拉
梁模型推導(dǎo)出的公式來計(jì)算
&二48g, (2)toU 一 (12 +6"/+/2)/
其中，￡為彈性模量，/為慣性矩，/為殼體的長度和各軸頸的長度。鋼的彈性模量為200kN/mm2，且殼體的慣性矩可通過以下公式計(jì)算
/=丄(/)4—d4) (3)64、 乂
通過將數(shù)值》1 111和3=0.9 m代入上述公式(3)，得到殼體的慣性矩如下
/=0.0169 m4
通過將數(shù)值￡=200 GN/m2， /= 0.0169 m4， a=0.15 m和/=10 m代入以上公式，得到輥殼體的彈性常數(shù)如下U尸0.15GN/m
通過將數(shù)值/t?！?=0.15GN/m， &=1.87GN/m， & =15GN/m代入該范圍的范圍判別式，該范圍為從0.5 -^-到5 ^~~^r~ 。
彈性常數(shù)&的范圍將為0.04 GN/m《^《0.4 GN/m。由此，在該具體情況下，此結(jié)果與根據(jù)本發(fā)明的0.04 GN/m—l GN/m的通常優(yōu)選范圍相比處于略窄的范圍內(nèi)。
實(shí)際中，由于僅能在有限程度上改變總體剛度和損耗因數(shù)，因此情況通常并非這樣簡單。例如，輥的懸架剛度是由軸頸和軸承箱、軸承箱和底座(bed)以及機(jī)座本身的各自的剛度共同形成的。實(shí)際中，軸承箱和機(jī)架之間的剛度是最容易調(diào)節(jié)的；這種調(diào)節(jié)可視為更換三個(gè)串聯(lián)彈簧中的一個(gè)彈簧。
本發(fā)明的功能和效果可通過下文來說明，在下文中圖1中所示的結(jié)構(gòu)被簡化為如圖2中所示的更簡單的模型。圖2中示出了輥及其懸架的二自由度模型。在該模型中，輥的質(zhì)量相當(dāng)于輥的總質(zhì)量，并將該質(zhì)量簡化到輥的中心，而輥的各端部的懸架被簡化為單模型懸架。由此，輥殼體11的中心由上部質(zhì)量m來表示，該質(zhì)量在下文中稱作主質(zhì)量，而其運(yùn)動(dòng)或振幅以參考符號x,表示。以彈性常數(shù)^來描述輥殼體的剛度，而以參考符號^表示輥殼體的損耗因數(shù)。軸承箱12a、 12b的質(zhì)量由下部質(zhì)量m6來描述，而懸架的組合后的作用由彈性常數(shù)&和損耗因數(shù)^來描述。在圖2中，彈性常數(shù)^是圖1中所示的輥的兩個(gè)端部的彈性常數(shù)&、 ^和^組合后的結(jié)果。損耗因數(shù)^也可以為機(jī)座、軸承箱和中間件的損耗因數(shù)組合后的結(jié)果。主質(zhì)量W受外部的正弦力F的作用，在實(shí)際中該正弦力是由用戶輥施加在鼓上的力造成的。在圖2中描述的該模型中，主質(zhì)量m的頻率響應(yīng)函數(shù)如下
<formula>formula see original document page 9</formula>
^=角頻率=^/，其中/為頻率
叫=
當(dāng)上文中所示的頻率響應(yīng)函數(shù)在本征頻率最低時(shí)的最大值表現(xiàn)為剛度比k,/k2的函數(shù)時(shí)(其中彈性常數(shù)k,是根據(jù)本發(fā)明設(shè)定的)，得到圖3中繪
示的曲線。圖3中的較小的圖形示出參數(shù)k,/k^2時(shí)的頻率響應(yīng)函數(shù)，由此
得到的最大值約為14，為清楚地說明起見，在圖3的曲線中標(biāo)出了該最大值。
在該實(shí)例中使用了數(shù)值mb/m=0.05， ,0.32以及"2=0.001。當(dāng)懸架的剛度
k,減小、使得剛度比從約0.5的數(shù)值處減小時(shí)，響應(yīng)迅速增大。因此，實(shí)際
的下限為0.5附近。而另一方面，當(dāng)懸架的剛度k,升高、使得剛度比從約為
1的數(shù)值處增大時(shí)，響應(yīng)也增大、但明顯更為緩慢。
在該說明中，彈性常數(shù)k,是圖1中所示的彈性常數(shù)kb、 kf和kg組合后的
結(jié)果。因此圖3中可見，所提出的范圍從
<formula>formula see original document page 9</formula>
對應(yīng)于0.5到4.3 ，k,/k2的范圍，導(dǎo)致在頻率響應(yīng)函數(shù)的最大值下的響應(yīng)非常低，顯示了本發(fā)明的益處。
因此在實(shí)際中，利用纖維幅材機(jī)的輥，將導(dǎo)致在一側(cè)的一個(gè)或多個(gè)中間件的總作用(total influence)的彈簧常數(shù)kf的數(shù)值在0.04 GN/m到1 GN/m的范圍內(nèi)。如果在連接中使用幾個(gè)不同的中間件，則這些中間件可以以串聯(lián)連接和/或并聯(lián)連接的不同的方式安裝，并且這是連接中所計(jì)算的所有中間件 的總作用。
因此根據(jù)本發(fā)明，懸架的參數(shù)被確定為使輥的動(dòng)態(tài)剛度接近最大值。 圖4示出了懸架的損耗因數(shù)TH對頻率響應(yīng)函數(shù)的最大值的影響。其中， 所用的參數(shù)與圖3中相同。圖4顯示了損耗因數(shù)^的影響為指數(shù)函數(shù)。換言 之，通過在軸承箱與機(jī)架或機(jī)座之間使用粘彈性材料來增大懸架的損耗因 數(shù)，有效地增大了衰減效果。
基于以上所述，根據(jù)本發(fā)明，通過設(shè)定設(shè)置在軸承箱13a、 13b與機(jī)架 或機(jī)座之間的中間件21a、 21b的彈性常數(shù)和損耗因數(shù)能夠使輥IO在最低撓 曲本征模式下的動(dòng)態(tài)剛度最大化。
對于雙鼓巻紙機(jī)而言，由于例如紙巻的質(zhì)量的改變而會(huì)使中間件的荷載 變化，但該影響與軸承箱的固定螺絲所引起的荷載相比通常很小。
除了軸承箱13a、 13b與機(jī)架之間的中間件21a、21b之外，在軸承箱13a、 13b的固定螺絲的頭部下面也必須設(shè)置柔性(粘彈性)墊圈。這些墊圈和軸 承座下面的待設(shè)置的各中間件的彈性常數(shù)之和即為彈性常數(shù)&。
以上僅描述了本發(fā)明的少數(shù)優(yōu)選實(shí)施例，對于本領(lǐng)域一般技術(shù)人員而 言，可在不脫離如附的權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍的條件下顯而易見地做 出多種修改。
權(quán)利要求
1. 一種衰減纖維幅材機(jī)的輥組件中的振動(dòng)的裝置，在該輥組件中，該輥(10)的端部可旋轉(zhuǎn)地懸置在軸承箱(13a，13b)內(nèi)的軸承上，而所述軸承箱經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)粘彈性中間件(21a，21b)支撐在該纖維幅材機(jī)的機(jī)架或機(jī)座上，其特征在于，在該輥在一頻率范圍內(nèi)的正常操作狀態(tài)下，所述一個(gè)中間件或多個(gè)中間件的損耗因數(shù)大于0.1，該頻率范圍是通過將該輥的最低撓曲本征頻率±10％計(jì)算得出的，并且在輥的每一端部，所述一個(gè)中間件或多個(gè)中間件的總作用的彈性常數(shù)處于0.04GN/m到1GN/m的范圍內(nèi)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，所述一個(gè)中間件或多個(gè)中間件(21a， 21b)的總作用的彈性常數(shù)在0.04 GN/m到0.5 GN/m的范圍內(nèi)。
3. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置安裝在造紙機(jī)或紙板機(jī)的巻紙機(jī)的鼓上。
4. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，該裝置安裝在造紙機(jī)或紙板機(jī)的巻取裝置的巻取筒上。
5. 根據(jù)前述權(quán)利要求1至2中任一項(xiàng)所述的裝置，其特征在于，所述一個(gè)中間件或多個(gè)中間件的彈性常數(shù)處于從 <formula>formula see original document page 2</formula>到<formula>formula see original document page 2</formula>的范圍內(nèi)， 其中，kr。n為該輥的彈性常數(shù)，kb為軸頸和軸承箱之間的接觸彈性常數(shù)，以及kg是機(jī)座的彈性常數(shù)。
全文摘要
一種衰減纖維幅材機(jī)的輥組件中的振動(dòng)的裝置，在該輥組件中，該輥(10)的端部可旋轉(zhuǎn)地懸置在軸承箱(13a，13b)內(nèi)的軸承上，而所述軸承箱經(jīng)由一個(gè)或多個(gè)粘彈性中間件(21a，21b)支撐在該機(jī)器的機(jī)架或機(jī)座上。根據(jù)本發(fā)明，在該輥在一頻率范圍內(nèi)的正常操作狀態(tài)下，所述中間件的損耗因數(shù)大于0.1，該頻率范圍是通過將該輥的最低撓曲本征頻率±10％計(jì)算得出的，并且在輥的每一端部，所述一個(gè)中間件或多個(gè)中間件的總作用的彈性常數(shù)處于0.04GN/m到1GN/m的范圍內(nèi)。
文檔編號B65H16/06GK101466625SQ200780021886
公開日2009年6月24日 申請日期2007年6月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月12日
發(fā)明者基莫·彭蒂萊, 馬爾科·約爾卡馬 申請人:美卓造紙機(jī)械公司