FI127174B - Valettu akseli kuiturainakoneen telaa varten ja valetulla akselilla varustettu kuiturainakoneen tela - Google Patents

Description

VALETTU AKSELI KUITURAINAKONEEN TELAA VARTEN JA VALETULLA AKSELILLA VARUSTETTU KUITURAINAKONEEN TELA

Keksinnön kohteena on valettu akseli kuiturainakoneen telaa varten, johon akseliin kuuluu kaksi päätyosaa, päätyosien välinen profiiliosa, jonka poikkileikkaus- profiili on perusmuodoltaan I, ja akselin pituussuuntainen kuormitusalue nipin alueelle sovitettavia kuormituselimiä varten, ja kuhunkin päätyosaan kuuluu muutosalue, jossa akseliin kuuluva akselitappi muuttuu profiiliosaksi. Keksinnön kohteena on myös valetulla akselilla varustettu kuiturainakoneen tela.

Profiiliosan sisältävää valettua akselia käytetään lähinnä kuiturainakoneen teloissa, joissa akseli on pyörimätön. Tällöin akseli pysyy paikoillaan akselin ympärille laakeroidun telavai-pan pyöriessä. Profiiliosan poikkileikkausprofiili on tavallisesti perusmuodoltaan I ja käytännössä I-profiilin pääakseli on telan kuormitussuunnassa. Siten solakkakin I-profiili kantaa suuria kuormia akselin kokonaismassan jäädessä alhaiseksi. Niin sanotuissa taipumakompensoiduissa teloissa, kuten kenkätelassa ja sen vastatelassa telavaippaa tuetaan ja kuormitetaan tela-vaipan ja akselin väliin järjestettyjen kuormituselimien paineita säätämällä siten, että telavaipan kosketusviiva vastate-lan kanssa on mahdollisimman suora.

Tunnetussa taipumakompensoidussa telassa on akselin poikkileik-kausprofiili lähes vakio koko nippileveyden matkalta. Edellä mainitut kuormituselimet sijaitsevat nipin leveydellä. Akselin tuentaväli pyritään pitämään kapeana, jotta telarakenteesta tulisi siten mahdollisimman kevyt ja kustannuksiltaan edullinen. Tunnetussa akselissa on lyhyt muutosalue, jossa akseliin kuuluva akselitappi muuttuu profiiliosaksi. Käytännössä akselin poikkileikkaus muuttuu nopeasti, kun poikkileikkaukseltaan suuri I-profiili muuttuu pyörähdyssymmetriseksi ja halkaisijal taan profiiliosaan verrattuna pieneksi akselitapiksi. Tällöin nippiä kuormituselimillä kuormitettaessa akselin muodonmuutokset tapahtuvat lyhyellä alueella, jolla poikkileikkaus muuttuu. Siten muutosalueella jännitykset kohoavat korkeiksi, mikä johtaa paksuseinämäisiin ja siten painaviin rakenteisiin. Lisäksi lyhyelle matkalle sijoittuva muutosalue on valuteknisesti vaikea valmistettava. Akselitappi ja muutosalue on myös sorvattava, mikä lisää valmistuskustannuksia. Suuren akselin sorvaaminen vaatii suuren sorvin. FI113394B esittää telavaipan tukemiseen tarkoitetun stationäärisen akselin, jossa on kuormitusele-menttej ä.

Keksinnön tarkoituksena on aikaansaada kuiturainakoneen telaa varten uudenlainen valettu akseli, joka on entistä kevyempi, mutta jossa muodonmuutoksesta aiheutuvat jännitykset ovat aikaisempaa pienemmät. Tämän keksinnön mukaisen akselin tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 1. Lisäksi keksinnön tarkoituksena on aikaansaada uudenlainen valetulla akselilla varustettu kuiturainakoneen tela, jonka tuentaväli on nähden entistä pienempi. Tämän keksinnön mukaisen akselin tunnusomaiset piirteet ilmenevät oheisesta patenttivaatimuksesta 10. Keksinnössä akselin muutosalue järjestetään uudella ja yllättävällä tavalla, jolloin vältetään paikalliset jännityshuiput. Samalla akselin valaminen yksinkertaistuu ja koneistustarve vähenee. Siten tela on hyvin kuormitettavissa jännitysten jakautuessa entistä tasaisemmin akselille.

Keksintöä kuvataan seuraavassa yksityiskohtaisesti viittaamalla oheisiin eräitä keksinnön sovelluksia kuvaaviin piirroksiin, joissa

Kuva 1 esittää kenkätelan ja taipumakompensoidun vastatelan muodostaman pitkänippisovitelman konesuunnasta katsottuna,

Kuva 2a esittää periaatepiirroksena kuvan 1 mukaisen pitkänippisovitelman poikkileikattuna,

Kuva 2b esittää keksinnön mukaisen taipumakompensoidun vasta-telan valetun akselin poikkileikattuna ja aksonometri-sesti kuvattuna,

Kuva 3 esittää keksinnön mukaisen kenkätelan akselin sivulta katsottuna,

Kuva 4 esittää keksinnön toisen mukaisen kenkätelan akselin sivulta katsottuna.

Kuvassa 1 esitetään periaatteellisesti kuiturainakoneen pit-känippisovitelma, joka muodostuu kenkätelasta 10 ja sen vasta-telasta 14. Kenkätelaan 10 kuuluu pyörimätön paineakseli 11 ja paineakseliin 11 tuettu kuormitettava painekenkä 12. Kenkätelaan kuuluu joustava hihnavaippa 13, joka on sovitettu paineak-selin 11 ympärille. Kenkätela 10 yhdessä vastatelan 14 kanssa muodostavat väliinsä pitkänipin, jonka läpi kuituraina johdetaan kuiturainan puristamiseksi. Painekenkä 12 ulottuu oleellisesti koko pitkänipin leveydelle. Tavallisesti käytetään taipu-makompensoitua vastatelaa, joka painetaan kenkätelaa vasten sen hihnavaipan piirin sisään. Edellä mainittu painekenkä 12 on muotoiltu seuraamaan taipumakompensoidun vastatelan 14 telavai-pan 15 muotoa. Kuvassa 1 kenkätela 10 on alapositiossa, joskin kenkätela on yleensä yläpositiossa. Kuvassa 1 jätetään esittämättä taipumakompensoidun vastatelan 14 kuormituselimet. Kenkä-telan lisäksi taipumakompensoitu tela voi olla vastatelana esimerkiksi kovavaippaiselle puristintelalle tai kalanterin termotelalle. Lisäksi kenkätela itsekin on taipumakompensoitu tela.

Kuvassa 2a esitetään pitkänippisovitelman teloja 10 ja 14 päistä katsottuna. Hihnavaipan 13 pyörimissuuntaa kuvataan nuolella. Kuvassa 2a esitetään yksi kenkätelan 10 kuormituselin 16, joita on vierivieressä painekengän 12 matkalla (kuva 1). Myös konesuunnassa voi olla kaksi kuormituselintä peräkkäin. Kuormi-tuselimillä 16 pakotetaan painekenkää 12 vastatelaa 14 kohti. Telojen vaippojen väliin jää puristettava kuiturainan tavallisesti kahden puristinhuovan tai puristinhuovan ja vastatelan välissä (ei esitetty). Myös vastatelassa 14 on kuormituselimet 17, joilla telavaipan 15 muoto saadaan pakotettua hihnavaipan 10 painekengän 12 muotoiseksi. Tällöin vastatelan ja kenkätelan yhteistoiminnalla saadaan pitkänippi suoraksi ja siten pit-känipin läpi johdattava kuituraina puristuu mahdollisimman tasaisesti koko leveydeltään.

Kuvassa 2b esitetään tunnettu valettu akseli 18 kuiturainako-neen telaa varten. Esitetty akseli 18 voi olla myös kenkätelan 10 paineakseli 11. Kuvissa 3 ja 4 akseliin 11 kuuluu kaksi päätyosaa 19 ja 20. Päätyosien 19 ja 20 välissä on profiiliosa 21, jonka poikkileikkausprofiili on tässä perusmuodoltaan I. Akselin poikkileikkausprofiilin pääakselin suunnassa akseli kantaa hyvin kuormaa, vaikka I-profiilin uuma on hoikka. Pääak-selia esitetään pistekatkoviivalla kuvassa 2b. I-profiilin paarteet ovat uloimmilta osiltaan vaippaa vastaavia eli päädyistään kuperia, jolloin akselin muoto vastaa ympyrämäisen telavaipan sisäpinnan muotoa. Toisessa paarteessa on lisäksi koneistettu syvennys 22, johon kuormituselimet sijoitetaan. Telavaipan laakerointi tukeutuu kummastakin päästä akselille kuormituselinten sijoittuessa oleellisesti koko profiloidun akselin pituudelle. Siten kuormituselimillä saadaan akselin ja telavaipan välinen etäisyys pidettyä haluttuna ja siten säädettyä haluttu profiili. Akselin taipuman merkitys korostuu telan ollessa alapositiossa, jolloin akseli taipuu niin kuormituksesta kuin omasta massastaan.

Kuvissa 3 ja 4 esitetään keksinnön mukainen akseli 11 sivulta katsottuna. Kuhunkin päätyosaan 19 ja 20 kuuluu muutosalue 31, jossa akseliin 11 kuuluva akselitappi 24 muuttuu profiiliosaksi 21. Keksinnön mukaan muutosalue 31 ulottuu akselin 11 kuormi-tusalueelle 32. Tarkemmin sanottuna muutosalue 31 ulottuu aksi-aalisuunnassa ainakin akselille 11 sovitetun reunimmaisen kuor-mituselimen 16 alueelle. Yleisesti sanottuna kuormitusalue on reunimmaisten kuormituselinten, tässä reunimmaisten sylinterien ulommaisten osien välinen alue. Käytännössä akselin poikkileik- kausprofiili yllättävällä tavalla on muutettu telan päätyosis-sa, joissa yksi tai useampi kuormituselin sijaitsee akselin vakiopoikkileikkausprofUlin ulkopuolisella juohevasti muotoaan muuttavalla muutosalueella. Kuvissa 3 ja 4 muutosalue 31 ulottuu aksiaalisuunnassa kahdesta kolmeen akselille 11 sovitetun reunimmaisen kuormituselimen 16 alueelle. Muutosaluetta on siten pidennetty tunnettuun ratkaisuun verrattuna huomattavasti. Yleisesti sanottuna muutosalueen 31 aksiaalisuuntainen pituus s on 0,4 - 1,6, edullisemmin 0,6 - 1,2 kertaa akselin 11 halkaisija R. Tällöin akselin kuormankantokyky suhteessa massaan paranee entisestä. Käytännössä jännityshuippuja saadaan alemmiksi ja tasattua jännityshuiput suuremmille alueille akselin massan samalla laskiessa. Lisäksi juohevat ja virtaviivaisemmat muodot ovat valuteknisesti edullisia. Tarkemmin sanottuna muutosalue 31 on juohevasti kupera.

Kuvien 3 ja 4 vasemmassa päässä esitetään päätyosaan 19 kuuluva valettu aukko 33, joka ulottuu akselitapin 24 päästä muutosalueelle 31. Vastaava aukko on myös vastakkaisessa päätyosassa 20. Aukko keventää akselia ja lisäksi aukon kautta saadaan helposti läpivienti telan sisään. Edullisesti muutosalueella 31 aukko 33 avautuu profiiliosan 21 kahdelle vastakkaiselle puolelle. Tämä helpottaa esimerkiksi läpivientejä kuten kuormituselinten hyd-rauliletkujen viemisen. Lisäksi akselitapin 24 poikkileikkaus voi olla perinteisesti pyörähdyssymmetrinen (kuva 3) tai monikulmio (kuva 4). Tällöin voidaan optimoida akselitapin muoto ja tuennan vaatimat koneistukset voidaan tehdä jyrsimällä. Juohevan ja pitkän muutosalueen ansiosta muutosalueella 31 kupera päätyosa on koneistamaton. Siten akselin koneistamistarve vähenee .

Yllättäen siis akselin päätyosaa voidaan käyttää profiiliosan osuuden lyhentämiseen ulottamalla päätyosan 19 ja 20 muutosalue 31 telan 11 ja 18 kuormitusalueelle 32. Toisin sanoen muutosalue 31 ulottuu ainakin reunimmaisen kuormituselimen 16, tässä reunimmaisen kuormitussylinterin alueelle. Tällöin akselin paarteet ovat tällä kohtaa normaalia pienemmät, sillä tunnetussa akselissa profiiliosuus ulottuu keskeltä katsottuna kuormi-tussylintereitä ulommaksi aksiaalisuunnassa (kuva 1). Keksinnön mukaisessa ratkaisussa voi reunimmaista kuormitussylinteriä tukeva akselin osa jäädä saman kohdan paarteita ulommaksi säteen suunnassa. Päätyosan muutosalueen jatkaminen telan kuormi-tusalueelle mahdollistaa entistä pienemmät, mutta aikaisempaa laajemmalle jakautuneet jännitykset akselitapin ja päätyosan alueella. Tällöin säästetään jyrkästi muuttuvaan päätyosaan verrattuna myös mainittujen rakenteiden painossa.

Kuvassa 4 esitetyssä akselissa 11 on profiiliosan 21 poikki-leikkausprofiilissa on lisävahvuus 23 siten, että akselin 18 taivutusjäykkyys on suurempi kuin ilman lisävahvuutta 23. Toisin sanoen poikkileikkausprofiili on erilainen akselin profii-liosalla verrattaessa poikkileikkausprofiiliin akselin pääty-osissa. Päätyosissa on akselitappi 24, jossa on sovitepinta 25 laakerointia varten. Sovitepinta 25 muuttuu I-profiilin omaavaksi profiiliosaksi 21, jossa on lisävahvuus 23. Lisävahvuuden ansiosta akselin taivutusjäykkyys kasvaa. Toisin sanoen akseli taipuu entistä vähemmän, jolloin lisävahvuutta käyttämällä voidaan muu telaparin mitoitus pitää ennallaan, vaikka telojen pituutta lisätään. Tällöin vältetään ylimääräiset mitoitukset ja koneistukset.

Edullisesti lisävahvuuden 23 suuruus on valittu siten, että akselin 18 taivutusjäykkyys on 25 - 75%, edullisesti 35 - 55% suurempi kuin ilman lisävahvuutta 23. Jo kohtuullisen pienellä taivutusjäykkyyden lisäyksellä saavutetaan vaadittu turvamar-ginaali.

Kuvassa 4 esitetään toista keksinnön mukaista akselia. Tässä profiiliosaan 21 kuuluu lisävahvuudella 23 varustettu kes-kiosuus 26 ja sen sivuilla muutosalueisiin 31 rajoittuvat sää-töosuudet 28. Tällöin akselissa on maksimivahvistukset. Pääty-osuus on tavallaan vakio kyseiselle kokoluokalle ja profii- liosuuden vahvuus sitten vaihtelee valitun lisävahvuuden ja sen pituuden mukaan. Kuvassa 3 profiiliosa on niin sanotusti normaali ilman kuvassa 4 esitettävää 1isävahvuutta. Kuvassa 4 säätöosuudella 28 akselin 18 poikkileikkausprofiilin muutos profiiliosuudesta 26 päätyosuuteen 27 on lineaarinen. Tällöin akselin poikkileikkausprofiili muuttuu vähitellen asteittain, jolloin vältetään paikalliset jännityshuiput. Edullisesti säätöosuudella 28 akselin 18 poikkileikkausprofiilin muutos pro-fiiliosuudesta 26 päätyosuuteen 27 on lähes tangentiaalinen. Tällöin taivutetun akselin jännitysjakaumasta tulee ihanteellinen ilman suuria jännityskeskittymiä. Lisäksi valettaessa sula metalli pääsee virtaamaan esteettä.

Lisävahvuus sijaitsee akselin profiiliosan keskiosuudella. Tarkemmin sanottuna lisävahvuus 23 on sijoitettu suunnitellun nipin 29 alueelle. Esimerkiksi kuusi metriä pitkässä akselissa voi lisävahvuus sijaita esimerkiksi metrin keskeltä molempiin reunoihin päin tai esimerkiksi pidemmässä ja suuremman kuorman telassa kaksi metriä keskeltä molempiin reunoihin päin. Yleisesti sanottuna mitä pitemmän matkan lisävahvuus käsittää akselista, sitä jäykempi akseli on. Pituuden lisäksi lisävahvuuden suuruutta voidaan muuttaa. Tosin pituutta säätämällä voidaan käyttää lisävahvuuden kohdalla yhdenlaista valumailla ja vastaavasti yhdenlaista valumailla säätöosuuden muodostamiseksi. Siten kahdella erilaisella lisävalumallilla tavanomaisten valu-mallien lisäksi saadaan valettua erijäykkiä ja eripituisia akseleita ilman valumallien muokkauksia käsityönä tai uudel-leenmitoituksia. Samalla akselin päätyosat 19 ja 20 voivat olla vakioita saman halkaisijaluokan teloihin tarkoitetuissa akseleissa.

Uudet ja yllättävät lisävalumallit muodostuvat valumallivarus-teista, jotka kattavat osan matkaa perinteistä valumailla. Toisin sanoen päätyosien ja perusmuodon omaavan profiiliosan lisäksi on nyt käytössä omat valumallivarusteet. Valumalliva-rusteilla akseliin muodostetaan säätö- ja lisävahvuusprofiilit.

Siten vähintään kolmenlaisista valumallivarusteista voidaan valmistaa keksinnön mukainen koko telan valumain yhdistämällä ainakin pääty-, säätö- ja lisävahvuusvalumallivarusteet. Säätö-valumallivarusteella akselin poikkileikkausprofiilia muutetaan selvästi, mikä poikkeaa tavanomaisesta valun päästöistä johtuvista pienistä millimetrien vaihteluista poikkileikkausprofii-lissa. Käytännössä muutos on useita kymmeniä millimetrejä.

Kuvassa 2b esitetään keksinnön mukaisen akseli poikkileikattu-na. Akselin 18 pääakselin vasemmalla puolella on kuvattu ohuella muotoviivalla keksinnön mukainen lisävahvuus 23 oikean puolen paarteiden 30 ollessa ilman lisävahvuutta. Tässä lisävahvuus 23 on järjestetty I-profiiliin kuuluvien paarteiden 30 sisäpinnoille. Siten paarteiden yläosat voivat olla kaikissa akseleissa samanlaiset lisämassan ollessa sisäänpäin. Edullisesti lisävahvuus järjestetään yhtä suurina kumpaankin paartee-seen. Akselin ominaisuuksia voidaan säätää käyttämällä paar-teissa eri suuria lisävahvuuksia. Yleisesti sanottuna akselilla on I-profiili, jossa on ylä- ja alapaarre. Paarteiden välissä on uuma. Lisävahvuus on laajennuksen muodostama vahvike, joka on I-profiilin paarteiden paksunnos edullisesti säteen suunnassa sisäänpäin. Kuvan 2b leikkausviivoitusten eroavaisuudesta huolimatta lisävahvuus on irrottamaton osa akselia ja se muodostuu akselia valettaessa.

Keksintö koskee siis myös valetulla akselilla varustettua kui-turainakoneen telaa. Telaan 10 tai 14 kuuluu pyörimätön akseli 11 tai 18, johon kuuluu kaksi päätyosaa 19 ja 20 ja päätyosien 19 ja 20 välinen profiiliosa 21. Yleensä profiiliosan poikkileikkausprof iili on perusmuodoltaan I. Tässä profiiliosan 21 poikkileikkausprofiilissa on lisävahvuus 23 siten, että akselin 11 tai 18 taivutusjäykkyys on suurempi kuin ilman lisävahvuutta 23. Muuten akseli vastaa edellä kuvattua.

Akselin muutosalueen, akselin lisävahvuuden tai näiden molempien yllättävien ominaisuuksien avulla telan sovellusaluetta voidaan laajentaa ilman tarvetta mennä suurempaan telakokoon ja siten suurempaan vastatelaan. Myös mitoitustarve poistuu tai ainakin vähenee huomattavasti, mikä vähentää kustannuksia. Lisäksi lisävahvuudella saadaan akseliin lisää taivutusjäykkyyttä vähillä muutoksilla. Käytännössä akselin koneistukset vähenevät entisestä ja akselitappikin voidaan koneistaa jyrsimällä. Ainoastaan vain valamalla muodostettava aihio muuttuu. Myös akselin massanlisäys on maltillinen, kun akselin profiili muuttuu vain osamatkaltaan. Lisävahvuuden muodostaminen vaatii vähäisiä lisäresursseja, kun olemassa oleviin akseliaihion valumallivarusteisiin tarvitsee hankkia vain yksi valumain säätöosuutta varten ja toinen valumalli keskiosuutta varten. Vastaavasti päätyosan juoheva muutosalue on valuteknisesti edullinen ja senkin koneistustarve on vähäinen. Käytännössä edellä mainituilla valumalleilla voidaan muodostaa valukehiin muotti, johon akseli kerralla valetaan. Valukehien poistamisen jälkeen tehdään tarvittavat pintakoneistukset, joiden jälkeen akseli on valmis varustettavaksi ja yhdistettäväksi telavaipan kanssa taipumakompensoiduksi telaksi.

Claims (12)

1. Valettu akseli kuiturainakoneen telaa varten, johon akseliin (11, 18) kuuluu kaksi päätyosaa (19, 20), päätyosien (19, 20) välinen profiiliosa (21), jonka poikkileikkausprofiili on perusmuodoltaan I, ja akselin (11, 18) pituussuuntainen kuormitusalue (32) nipin (29) alueelle sovitettavia kuormituselimiä (16) varten, ja kuhunkin päätyosaan (19, 20) kuuluu muutosalue (31), jossa akseliin (11, 18) kuuluva akselitappi (24) muuttuu profii- liosaksi (21), tunnettu siitä, että muutosalue (31) on olakkee-ton ja se ulottuu akselin (11, 18) kuormitusalueelle (32) .

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen akseli, tunnettu siitä, että muutosalue (31) ulottuu aksiaalisuunnassa ainakin akselille (11, 18) sovitetun reunimmaisen kuormituselimen (16) alueelle .

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen akseli, tunnettu siitä, että muutosalue (31) ulottuu aksiaalisuunnassa kahdesta kolmeen akselille (11, 18) sovitetun reunimmaisen kuormituselimen (16) alueelle.

4. Jonkin patenttivaatimuksen 1-3 mukainen akseli, tunnettu siitä, että muutosalue (31) on juoheva.

5. Jonkin patenttivaatimuksen 1-4 mukainen akseli, tunnettu siitä, että päätyosaan (19, 20) kuuluu valettu aukko (33), joka ulottuu akselitapin (24) päästä muutosalueelle (31).

6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen akseli, tunnettu siitä, että muutosalueella (31) aukko (33) avautuu profiiliosan (21) kahdelle vastakkaiselle puolelle.

7. Jonkin patenttivaatimuksen 1-6 mukainen akseli, tunnettu siitä, että muutosalueen (31) aksiaalisuuntainen pituus s on 0,4 - 1,6, edullisemmin 0,6 - 1,2 kertaa akselin (11, 18) halkaisija R.

8. Jonkin patenttivaatimuksen 1-7 mukainen akseli, tunnettu siitä, että akselitapin (24) poikkileikkaus on monikulmio.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen akseli, tunnettu siitä, että muutosalueella (31) kupera päätyosa on koneista-maton.

10. Valetulla akselilla varustettu kuiturainakoneen tela, johon telaan (10, 14) kuuluu pyörimätön akseli (11, 18), johon kuuluu kaksi päätyosaa (19, 20), päätyosien (19, 20) välinen profiiliosa (21), jonka poikkileikkausprofiili on perusmuodoltaan I, ja akselin (11, 18) pituussuuntainen kuormitusalue (32), jolle on sovitettu kuormituselimiä (16) järjestettynä nipin (29) alueelle, ja kuhunkin päätyosaan (19, 20) kuuluu muutosalue (31), jossa akseliin (11, 18) kuuluva akselitappi (24) muuttuu profii- liosaksi (21), tunnettu siitä, että muutosalue (31) on olakkee-ton ja se ulottuu akselin (11, 18) kuormitusalueelle (32) .

11. Patenttivaatimuksen 10 mukainen tela, tunnettu siitä, että akseli (11, 18) on jonkin patenttivaatimuksen 2-9 mukai nen akseli (11, 18) .

12. Patenttivaatimuksen 10 tai 11 mukainen tela, tunnettu siitä, että tela on kenkätela (10). PATENTKRAV