CN1327969C - 测量精磨机内的应力的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用来测量精磨机中的应力的方法，该精磨机具有精磨盘，这些精磨盘之间形成用于精磨布置在精磨盘上的若干杆(3)之间的材料的一精磨间隙。测量在构成精磨盘的一部分的测量表面(2)上方进行，所述测量表面包括一个以上的杆(3)的至少诸部分，并弹性地布置在精磨盘的表面内。此外，对测量表面的平面内的力进行测量，同时对力的幅值和方向进行测量。本发明还涉及一实施所述方法的装置。

Description

测量精磨机内的应力的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用来测量精磨机内的应力的方法和测量装置，该精磨机具有精磨盘，所述精磨盘之间形成一用于精磨材料的精磨间隙。

背景技术

这样的精磨机用于精磨含纤维的材料。精磨机一般包括呈圆盘形式的精磨部件，诸圆盘相对于彼此可转动，精磨材料在它们之间通过，从供应精磨材料的精磨部件的内周缘通过形成在精磨部件之间的一精磨间隙到达精磨部件的外周缘。精磨盘之一通常静止，而另一精磨盘转动。精磨盘通常包括设置有杆的扇形。内扇形具有一较粗糙的型式，而外扇形具有一较精细的型式，以便实现精磨材料的精细研磨。

为了在精磨含纤维材料时获得高质量的精磨材料，必须通过不断地将各种精磨参数调整到最佳数值来纠正操作状态下由于各种原因经常发生的干扰。这可以这样来实现，例如，改变水的供应以产生较大或较小的冷却效果，改变精磨材料的流量或调整精磨部件之间的距离，或这些措施的组合。为了能进行必要的调整和纠正，需要精确地确定传输到精磨材料的能量，以及传输到精磨部件的表面上的能量分布。

为了确定传输到精磨材料的能量/功率，已知必须设法测量发生在精磨区域内的剪力。所谓的剪力发生在两个表面彼此相对运动、而且两个表面之间存在有粘滞液体之时。当精磨的木片混合有水时，这样的剪力还会产生在精磨机内。可以想象，木片在精磨盘之间既剪切又滚动，同时还在木片和杆之间发生碰撞。剪力取决于诸如使圆盘合在一起的力以及摩擦系数。作用在表面上的法向力也随半径变化。

通过WO 00/78458，可以了解到用于测量这样的精磨机内的应力的方法和测量装置，该装置包括一力传感器，该传感器测量构成精磨盘的一部分的测量表面上的应力，其中，所述测量表面包括一个以上的杆的至少诸部分，并弹性地布置在精磨盘的表面内。然而，业已发现这样的测量装置对于温度的波动非常敏感，这种温度波动在所讨论的应用中是习以为常的，因此，它经常给出不准确的力值，这种力值不能用来控制诸如精磨的过程。此外，使用这种测量仅能获得沿一个方向的一个力值。另一缺点在于，还会出现影响精磨扇形的其它的力，例如，未予考虑的所述的法向力。

发明内容

本发明的目的主要是解决上述的诸多问题，并因此提供一种给出比现有装置更完整和准确的结果的方法和测量装置。

根据本发明的方法，因此，测量在构成精磨盘的一部分的测量表面上进行，所述测量表面包括一个以上的杆的至少多个部分，并弹性地布置在精磨盘的表面内，其特征在于，对测量表面的平面内的力进行测量，同时对力的幅值和大小进行测量。根据本发明的测量装置包括用来测量在测量表面上的应力的部件，其又构成至少一第一组力传感器，所述力传感器同时对测量表面的平面内的力的方向和幅值进行测量，测量借助于至少两个力传感器来实施，其中一个力传感器布置成沿X方向测量，而另一个力传感器布置成沿Y方向测量，其中，影响测量表面的力的幅值和方向被确定为两个力传感器的合成的读数。

这里应该指出的是，对应的X方向和Y方向无须是指彼此形成直角的两个方向，但只要它们彼此不重合，这些方向完全可形成任何的角度。

本发明因此能沿两个方向测量剪力，由此，完全能沿任何的方向确定合成剪力的幅值和方向，这是一个优点。

根据优选的实施例，测量的特征在于，借助于至少四个力传感器来实施测量，所述力传感器彼此相对地成对布置，以使每对中的两个传感器给出反向的偏差或读数，所述成对的传感器被布置成彼此成直角，以便沿X方向和Y方向测量，其中，力的幅值和方向被确定为合成的读数，即，各对的力传感器测得的应力。使用给出反向的读数的成对布置的传感器可以提供以下重要的优点：应力值的获得不受温度波动的影响。这通过利用相应的成对力传感器在各种情形下测量到的读数之间的差作为沿各方向的应力值来实现。然后，该值可用来计算传输到精磨材料的功率大小和分布，这些计算然后可用来控制精磨过程。在此情形中，也可参照由同一申请人提交的瑞典专利申请No.0102845-5。

以本发明定义的方式使用成对的反向传感器提供的优点在于，任何的测量误差对于每个方向来说都被减半。

根据另一有利的特征，本发明的特征在于，对测量表面的平面内的所述力进行测量还包括对影响所述测量的测量表面上的任何偏心的法向力进行补偿。

根据一附加的有利的特征，该方法的特征在于，还测量沿垂直于测量表面的方向的力。该方法较佳地包括测量由组合压力施加的法向力，该组合压力由精磨机内的蒸汽压力和来自精磨材料的纤维压力组成。另一变化的选择是测量仅由纤维垫的压力形成法向力。

根据本发明的测量装置包括用于实现该方法的适当装置。

根据特别有利的实施例，力传感器包括应变片。使用应变片的特别的优点在于，实际的测量装置将会相当小和低，因此，允许其直接地装配在精磨扇形内。

其它的优点和特征在独立的权利要求书中揭示。

附图说明

现将参照示于示意的附图中的实施例来描述本发明，在诸附图中：

图1示出一包括在精磨盘内的精磨扇形的立体图，该扇形设置有根据本发明的测量装置，

图2示出根据本发明的一基本设计的草图，

图3示出根据本发明的一测量装置的第一实施例的截面图，

图4示出示于图3中的实施例的一基本设计的草图，

图5示出根据本发明的一测量装置的第二实施例的截面图，

图6示出示于图5中的实施例的一基本设计的草图，以及

图7示出第一和第二变体的仅薄壁管形部分和布置在其上的应变片的示意的截面图。

具体实施方式

图1由此示出呈一精磨扇形1形式的精磨盘的一部分，其设置的型式包括多个基本上沿径向方向延伸的杆3。根据本发明的测量装置4也示意地画在该图中。这些测量装置较佳地具有一圆形的测量表面2，其直径在诸如30mm的量级上，但测量表面可变化地具有不同的几何形状。测量装置较佳地布置在离精磨盘的中心不同的径向距离处，在离中心不同的距离处的扇形较佳地也具有测量装置。该测量装置还可有利地沿周向彼此相对地移动，以使它们能更好地确定精磨机内的功率分布，因此更好地控制精磨过程。当一测量装置受力影响时，各个力传感器将产生一正比于载荷的信号。

根据本发明的测量装置按照图2中所示的原理起作用。这里我们看到测量表面2呈精磨扇形的表面部分的形式，其设置有多个杆6，或至少杆的诸部分。测量装置包括一呈杆10的形式的附连元件，借助于附连元件固定装置的各部分，附连元件还彼此连接测量装置的各个部分并将其连接到测量表面2。杆具有两个支点，一第一上支点8用于上部的第一本体5，一第二下支点9用于下部的第二本体7。再比较图3和5。上部的第一本体5设置有一第一组功率传感器(图3和5中分别为12)。该上部的第一本体连接测量表面2和杆10，这样，当精磨盘经受一剪力F_S时，第一支点8或转矩点内的转矩M₁是：

M₁＝F_S·I₁          (1)

其中，I₁是测量装置的测量表面2和支点8之间的距离。

带有第二组力传感器(在图3和5中分别为22)的下部的第二本体7布置成与第二下支点9结合。该下部的第二本体连接到杆10，这样，当精磨盘经受剪力F_S时，第二支点9或转矩点内的转矩M₂是：

M₂＝F_S·I₂          (2)

其中I₂是测量装置的测量表面2和支点9之间的距离。

支点内的转矩借助于力传感器的读数而获得，且根据这些读数可计算剪力F_S。

由于带有第二组力传感器的结构，所以，对于因其作用点不是测量表面2的中心引起的任何非对称的或偏心的法向力，即，沿法向方向、垂直于测量表面的力，由于它们偏离中心，它们就如同剪力一样影响力传感器，对此，可以对由剪力F_S所获得的值进行补偿。由此，获得以下的方程：

M₁＝F_S·I₁+F_N·I_N    (3)

M₂＝F_S·I₂+F_N·I_N    (4)

其中，在此情形中F_N是一偏心的法向力，而I_N是中心线和偏心法向力的作用点之间的距离。

方程(3)和(4)是代入下列用于测量装置的剪力表达式的素材：

$\mathrm{Fs}=\frac{M_2-M_1}{I_2-I_1}---\left(5\right)$

如果没有产生偏心的法向力来影响测量表面的话，则仅用一组力传感器和一个本体即足够了。

图3示出一根据本发明的测量装置的优选实施例。测量装置4包括一测量表面2，该测量表面设置有杆6，或杆的诸部分，它们的测量表面构成如图1所示的精磨扇形的一部分。图1中还清楚可见，测量装置较佳地具有一圆形的测量表面。测量装置和测量表面沿所有方向可移动地布置在精磨扇形1内。

测量表面2直接地接触在装置内延伸的一上部的第一本体5。在其下侧，该上部的第一本体的形状为一薄壁管15。材料选择为略有弹性。因此，通过薄壁管部分的横截面可类似于一弹簧(如图4所示)。应变片布置在薄壁管部分的外面上，它们形成一第一组力传感器12。实际上，正是薄壁的略带有弹性的管部分连同应变片形成力传感器，但为了简化起见，在本说明书中采用的术语“力传感器”主要是指应变片或等价的部件。应变片较佳地沿轴向布置，且当薄壁管经受一载荷时它略微地变形，以使其影响应变片。这些应变片又连接到某种合适的应变片电桥上，电桥产生对应的信号。用拉力对薄壁管部分15进行预加压，以使它在经受载荷时不会有纵向失稳的风险。

一带有球顶的杆10在管部分内延伸，该杆形成上述附连元件。上部的第一本体5支承在球顶上，因此，球顶起到用于上部的第一本体5的支点的作用，并形成所述第一支点8。该实施例包括四个传感器，它们相对于延伸通过测量表面2和通过杆10的中心线对称地布置。传感器12较佳地以间隔90°的间距布置(也可参见图7)。它们彼此相对地成对布置，这样，当受到力的影响时，成对的传感器将给出反向的偏差/读数。当测量表面2上的压力增加时，其中一个传感器上的载荷将增加，同时，成对传感器中的另一个上的压力将减小。因此，可根据任何一时刻在成对的相应力传感器上测得的诸读数之间的差计算应力。当然，传感器也可相对于彼此不同地布置，而仍具有其对应的反向的读数。所述成对的传感器还可以彼此垂直地布置，以便沿X方向和Y方向，即，沿平行于测量表面2的平面进行测量。这允许在平行于测量表面的平面内沿所有方向测量力，力的幅值和方向被确定为相应的成对力传感器(也参见图4)的读数的合成。

一下部的第二本体7布置在上部的第一本体5的下面，并在其管形部分15的外面。该下部的第二本体也具有一薄壁管形部分17，其布置在上部的第一本体5的管形部分15和杆10的外面并与它们同心，并且以对应的方式(即，如一弹簧)起作用。应变片也布置在第二薄壁管形部分17的外面上。所述应变片形成一第二组力传感器22，并较佳地沿轴向布置。它们数量上为四个传感器，并相对于延伸通过测量表面2和通过杆10的中心线对称地布置。在其它方面，它们与上部的第一本体5的传感器12相同的方式布置并以相同的方式发挥功能，即，它们成对地布置，并沿X方向和Y方向测量力(也参见图7)。然而，在所示的实施例中，用于下部的第二本体7的支点9由布置在下部的第二本体7下面并连接到杆10的一弹性板或片18的中心点形成，以使杆延伸通过板的中心。

或者，可将支点9设计为一杆10上的腰部，较佳地是，直接地布置在板18定位的点的上方(也参见图5)。

杆10较佳地具有螺纹，而上部的第一本体5较佳地旋入到杆上。下部的第二本体7可通过一螺母合适地附连到杆上。

在所示实例中的测量装置还包括用来测量垂直于测量表面方向的力的装置，该力即法向力，即，如图4所示的沿Z方向的力。法向力是精磨机内的蒸汽压力和由精磨材料形成的纤维垫施加在测量表面(和精磨扇形)上的压力的合力。为此目的，测量表面弹性地沿垂直于测量表面的方向(也示意地示于图4中)布置。根据一实施例，可借助于形成力传感器32的附加的应变片来测量法向力，这些附近的应变片布置在管形部分15或17中的一个或另一个上，较佳地轴向布置在已经存在的传感器之间(如图7中示意地所示)。为了获得一相当准确的测量结果，应使用至少三个力传感器来测量法向力，它们应均匀地分布。然而，如图7所示，最好使用四个传感器，有可能则更多。

如上所述的测量装置的内部零件布置在一传感器的保护外壳20内。外壳顶部设置有一开口，该开口靠近精磨扇形的外围，并通过所述测量表面2和一在测量表面和传感器外壳的侧壁之间的弹性密封件16与精磨材料隔离。外壳还朝向精磨机的定子或扇形保持件(如果使用的话)通过一盖11与底部隔离。密封件16是由特别合适的、稍有弹性的材料组成，例如橡胶，这样，它可允许由剪力引起的在测量表面内的微小运动，而仍能提供一良好的密封，防止蒸汽和纸浆通过装置。密封件对在操作过程中发生的振动还较佳地具有一特别的阻尼的效果。在这方面可以提及的是，载荷可在精磨区域上作相当大的变化，例如，从20N的量级到150N的量级。在此情形中，大约为40N的估计平均值，获得可以在几百分之一毫米的量级测得的测量表面的位移。

图5和6示出本发明的一第二实施例，其中，可对存在于精磨机内的蒸汽压力进行补偿，该蒸汽压力构成作用在测量表面上的法向压力的一部分，并且可用根据第一实施例的测量装置来测量。如上提及的，作用在测量表面上的法向力FN包括两个力，由精磨机内的精磨材料形成的纤维垫施加的纤维压力F_Fib所产生的力，以及由精磨机内占主导地位的蒸汽压力F_S所施加的力。通常感兴趣的是获得在其自身上的纤维压力的测量值。在此图中与图3和4中的零件相对应的零件已被给出相同的标号。因此，该实施例也包括一上部的第一本体5和一下部的第二本体7，它们各自分别设置有薄壁管形部分15和17，第一和第二组力传感器12和22分别地布置在管形部分上。第二管形部分17设置有用来测量法向力的特殊的力传感器，其呈应变片32的形式，如图7示意地所示，所述应变片较佳地沿轴向布置在已经存在的诸传感器之间。或者，可将用来测量法向力的这些传感器放置在上部的第一本体5的管形部分15上。它也包括一杆10和一板形弹簧件18，其较佳地呈四个交叉腿的形式，其功能是从下面固定测量装置的各种零件。测量装置的内部零件也位于传感器的保护外壳20内。然而，与图3中的实施例相反，将传感器外壳与定子或扇形保持器隔离的盖子设计成：通过布置在传感器外壳20的侧壁和包围精磨扇形1的外围之间的一敞开的通道13，使测量表面的上侧和包围精磨扇形的外围的上侧之间存在连接。其目的在于，在计算影响测量表面2的法向力时，可实现对存在的蒸汽压力进行补偿。为此目的，存在的蒸汽压力也会影响沿与法向压力相对的方向，即，从下面的方向测量垂直压力的测量装置的部分。因此，盖11可制成两个部分，一外部23设置有槽，而一内部的可动部24具有一介于其和定子/扇形保持件之间的间隙。杆10也可形成为使一间隙存在于其和定子/扇形保持件之间。因此，蒸汽可穿过形成在定子/扇形保持件上方的所述间隙25，并影响内部零件24、杆10和在零件17上的力传感器32，或已经提及的、并可形成所述用来测量垂直力的部件的可能的其它部件。作用在测量表面上的蒸汽压力和从下面作用的蒸汽压力由此可彼此抵消，并且可获得实际的纤维压力的测量值。

还应指出的是，用来测量垂直力或法向力的方法和装置，不管对蒸汽压力进行补偿还是不进行补偿，均可用于单独的发明，以及可能地与用来测量剪力的其它的装置组合。

也可省略对于偏心的法向力的补偿，而在装置内只具有一组力传感器、一个本体和一个支点。

还应提及的是，最好能够使用除应变片之外的其它类型的力传感器与薄壁的弹性管相结合。

不应认为本发明局限于所示的实施例，但在附后的权利要求书的范围内，本技术领域内的技术人员可以多种方式进行修改和改变。

Claims (21)

1.一种用来测量精磨机中的应力的方法，所述精磨机具有精磨盘，所述精磨盘之间形成用于精磨布置在精磨盘上的若干杆(3)之间的材料的一精磨间隙，测量在构成精磨盘的一部分的一测量表面(2)上方进行，所述测量表面包括一个以上的杆(3)的至少多个部分，并弹性地布置在精磨盘的表面内，其特征在于，对测量表面的平面内的力进行测量，并同时对力的幅值和方向进行测量，借助于至少两个力传感器(12；22)来实施测量，其中一个力传感器布置成沿X方向测量，而另一个力传感器布置成沿Y方向测量，其中，将影响测量表面的力的幅值和方向确定为两个力传感器的合成的读数。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，借助于至少四个力传感器(12；22)来实施测量，所述力传感器彼此相对地成对布置，以使每对力传感器中的两个传感器给出反向的读数，所述成对的力传感器被布置成彼此垂直，以便沿X方向和Y方向进行测量，其中，力的幅值和方向被确定为每对力传感器的合成的读数。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在测量表面的平面内测量所述力还包括：对影响所述测量的测量表面上的任何偏心的法向力进行补偿。

4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，还测量沿垂直于测量表面的方向的力。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，测量沿垂直于测量表面的方向的力包括：测量由组合压力施加的法向力，该组合压力由精磨机内的蒸汽压力和由精磨材料产生的纤维压力组成。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，测量沿垂直于测量表面的方向的力包括：通过对存在于精磨机内的蒸汽压力进行补偿，来测量仅由精磨材料的纤维压力施加的法向力。

7.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，根据在对应的力传感器上测得的读数，计算传输到精磨材料上的功率幅值和分布，其中，然后示意该计算值来控制精磨过程。

8.一种用来测量精磨机中的应力的测量装置，该精磨机具有精磨盘，所述精磨盘之间形成用于精磨布置在精磨盘上的若干杆(3)之间的材料的精磨间隙，该测量装置包括构成精磨盘的一部分的、用来在一测量表面(2)上方测量应力的部件，所述测量表面包括一个以上的杆(3)的至少多个部分，并弹性地布置在精磨盘的表面内，其特征在于，用来在一测量表面上方测量应力的所述部件包括用来同时对测量表面的平面内的力的方向和幅值进行测量的至少一第一组力传感器(12)，所述第一组力传感器包括至少两个力传感器(12)，其中一个力传感器布置成沿X方向测量，而另一个力传感器布置成沿Y方向测量，其中，影响测量表面的力的幅值和方向被确定为两个力传感器的合成的读数。

9.如权利要求8所述的测量装置，其特征在于，它包括用来对会影响所述测量的测量表面的平面内的任何偏心的法向力进行补偿的一装置。

10.如权利要求8或9所述的测量装置，其特征在于，它还包括测量沿垂直于测量表面的方向的力的部件(32)。

11.如权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述第一组力传感器包括至少四个力传感器(12)，所述力传感器彼此相对地成对布置，以便在测量表面受到所述应力影响时，使每对力传感器中的两个传感器给出反向的读数，其特征还在于，所述成对的传感器布置成彼此垂直，以便沿X方向和Y方向测量，其中，力的幅值和方向被确定为每对力传感器的合成的读数。

12.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，它包括将第一组力传感器中的诸力传感器(12)连接到测量表面(2)的上部的第一本体(5)，所述上部的第一本体包括一围绕测量表面的中心轴线布置的一弹性的第一管形部分(15)，其中，所述力传感器布置在所述第一管形部分上。

13.如权利要求12所述的测量装置，其特征在于，所述在测量表面上方测量应力的部件还包括一第二组力传感器(22)。

14.如权利要求13所述的测量装置，其特征在于，它包括将第二组力传感器中的诸力传感器连接到测量表面(2)的下部的第二本体(7)，所述下部的第二本体包括一围绕测量表面的中心轴线布置的一弹性的第二管形部分(17)，其中，所述第二组力传感器(22)布置在所述第二管形部分(17)上，其布置的方式对应于第一组力传感器(12)布置在所述第一管形部分(15)上的方式。

15.如权利要求14所述的测量装置，其特征在于，所述第二组力传感器(22)和所述下部的第二本体(7)形成用来补偿偏心的法向力的结构。

16.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述用来测量垂直力的部件包括至少三个力传感器，它们沿轴向布置在所述上部的第一本体(5)的第一管形部分(15)上。

17.如权利要求14所述的测量装置，其特征在于，所述用来测量垂直力的部件包括至少三个力传感器(32)，它们沿轴向布置在所述下部的第二本体(7)的第二管形部分(17)上。

18.如权利要求10所述的测量装置，其特征在于，所述用来测量垂直力的部件包括用来测量施加在测量表面上的法向力、对存在于精磨机内的蒸汽压力进行补偿的装置。

19.如权利要求16或17所述的测量装置，其特征在于，所述用来测量垂直力的部件包括用来测量施加在测量表面上的法向力、对存在于精磨机内的蒸汽压力进行补偿的装置。

20.如权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述第一组力传感器包括应变片。

21.如权利要求13所述的测量装置，其特征在于，所述第二组力传感器包括应变片。

Images