Radanohjaimen suunnittelu leveille päällystyskoneille

Radanohjaimia käytetään radan poikkisuuntaiseen paikoitukseen sekä oskillointiin ja ne ovat osa paperinvalmistuslinjojen radanhallintajärjestelmiä. Oikein suunnitellulla ja sijoitetulla radanohjaimella voidaan estää haitallisten ratasiirtymien esiintyminen, pienentää hylkymateriaalin määrää sekä parantaa rullauksen laatua. Ohjausperiaatteet sekä niihin liittyvä laitetekniikka on tunnettu jo vuosikymmenten ajan, joskin todelliset radanohjaustarpeet ja -laitteet ovat tähän asti rajoittuneet paino-, tekstiili- ja metalliteollisuudessa käytössä oleville kapeille radoille. Tämän työn tavoitteena oli selvittää 5… 12 metriä leveälle, modernissa päällystyskoneessa kulkevalle paperiradalle soveltuvat ohjausperiaatteet sekä muodostaa radan todennäköisimpiin vauriomuotoihin perustuvat suunnittelukriteerit kahdelle erityyppiselle ohjainkonstruktiolle. Yksitelainen, taivuttava radanohjain soveltuu kohteisiin, joissa ohjainta edeltää suhteellisen pitkä vapaa ratavienti. Kaksitelainen, taittava radanohjain on puolestaan sijoitettavissa huomattavasti lyhyempään ratavientiin. Radanohjauksen teoria pohjautuu pitävän telan ja radan väliseen kohtisuoran tulokulman periaatteeseen, jonka perusteella mikä tahansa yhdensuuntaisuuspoikkeama kahden telan välillä johtaa radan poikkisuuntaiseen siirtymään. Tämän periaatteen pohjalta voidaan dynaamista ohjaustilannetta approksimoida staattisin menetelmin sekä muodostaa kireysmuutoksiin ja aaltoiluun perustuvat geometrian mitoitusperiaatteet ohjaimen ympäristön ratavienneille. Nopean ohjauksen toteutus edellyttää radanohjaimen liikkeen olevan nivelen ympäri tapahtuvaa yhdistettyä translaatio- ja rotaatioliikettä. Ohjainkonstruktiot suunnitellaan siten, että teorian mukaiset optimaaliset liikeradat toteutuvat vaaditulla ohjausnopeudella. Suunnittelua ohjaavat tuotteille asetetut lujuus- ja värähtelykriteerit sekä aiheeseen liittyvät koneturvallisuusstandardit. Konstruointi suoritetaan järjestelmällisen tuotesuunnitteluprosessin vaiheiden ja menetelmien mukaisesti.

Web guiding devices are a part of paper manufacturing lines web handling system and are used in applications where accurate cross machine directional positioning or oscillation of the web is needed. A properly designed and located web guide enables avoidance of undesired web shifts, reduces amount of waste material and increases reeling quality. Web guiding principles and techniques have been known for several decades but the actual needs and devices are so far limited to narrow webs running in printing, textile and steel industry. The aim of this thesis was to define guiding principles for 5… 12 m wide webs running in modern coating machines. Another goal was to define design principles for two different types of guiding devices based on the most presumable damage forms of webs. Guide with one roll, the steering guide, is used in applications where long preceding spans are available. Device with two rolls, the displacement guide, can be located in areas with much shorter span lengths. The theory of web guiding is based on the "Normal Entry Law", which assumes that a web approaches a roll with sufficient traction perpendicularly to the roll axis. This leads to the fact that any misalignment between two rolls causes lateral web shift. By applying this theory, phenomenon of the dynamical guiding process can be analyzed by static methods. Design principles based on tension variations and wrinkling can then be defined for proper layouts and span lengths. Fast guiding speeds require the movement of the web guide to be combined translation and rotation movement around a certain pivot point. The devices are designed to satisfy the theoretical, optimal movement with demanded guiding speed. The strength and vibration criterions and the general machine safety standards are used as guidelines for the design. The design is accomplished by following the steps and methods of the systematic product design process.