专利名称：胶辊无线实时监测系统的制作方法
技术领域：
本实用新型属于胶辊监测系统技术领域，具体涉及一种用来无线实时监测辊间压 力、温度及转速等胶辊运行参数的监测系统。
背景技术：
在现有技术中，由于胶辊为高速相对旋转部件，缺乏经济有效的监测和控制手段。 比如造纸工业，纸张是浆料上网后通过一系列的脱水元件脱水并经烘干、表面处理(包括涂 布、施胶)、压光而形成的。在这一过程中，压榨部的胶辊压榨，施胶部的胶辊施胶压榨，整饰 作业中的压光都是通过胶辊与胶辊、胶辊与硬辊、胶辊与烘缸的压力得到的，在现代高速纸 机上，辊子与辊子之间的有效载荷高达350KN/m以上，最高速度甚至超过2000m/min。在如 此苛刻的运行条件下，辊子会因重力、压力、扭力、局部生热产生挠度变形，及局部不规则变 形，极易造成辊子横向压力不均，从而造成辊子损坏(包括覆面破坏，轴头损坏)，及辊子附 件损坏(轴承损坏，机架损坏)等现象时有发生，给纸厂造成巨大的经济损失。由于操作者的失误，仪表的不准确性，也会造成辊子压力不平衡。另外纸张的形成是一个复杂的化学及物理过程，影响其质量的因素有很多，运行 中的压力问题是其中最主要的因素，纸张在形成过程中，要经过一系列的辊子对压，在辊子 对压中，会形成一条压区，纸幅在通过压区时，会受到一定压力挤压。要保证纸幅的横向一 致性，就必须做到辊子之间压区横向一致性，否则就造成纸张表面不均勻，质量较差，严重 者，纸机运行不正常，经常断纸，这是令造纸工作者头痛的事。目前，在对纸机横向一致性控制方面，纸机生产商和纸厂都进行了广泛的探索，希 望找到一种切实可行的方法。压区试验就是其中一种方法，该方法是辊子装机后，将复写纸衬在两张白纸之间， 平放在两辊之间，然后两边平衡加压至规定压力，辊子不能转动，保持一定时间卸压，取出 复写纸及白纸，测量复写纸留在白纸上的压区印痕，以确定压区是否存在问题。显而易见， 该方法虽具有一定参考价值，但存在明显局限性，它测量的只是静态压区，辊子在高速运转 中，疲劳生热、应力松弛、滞后损失等动态变化，它就无能为力了。另外一种方法就是使用可控中高辊系列。其方法是使用一薄壁壳体，内有一加工 油路系统的芯核，两者配合后作为压榨辊子，纸幅出该辊压区后，机上设置有一横向在线监 测系统，该系统对纸幅横向分布进行扫描，以得出横向数据(包括横向水份分布、松紧度、厚 度、光泽度)，然后将数据传给计算机，再由计算机发出指令给油路控制系统，可由控制模块 来决定是否对辊子的中高加以改变。这种辊子可分为两种制造结构，其一是挠度辊，只能控 制辊子整个中高的改变；其二是分区可控中高辊，它可改变辊子横向局部区域的中高分布， 目前，该种控制方式由于造价太高(是一般辊子的数十倍)，且对运行环境有要求，只能运用 于纸张的整饰部位，而对于压榨部、施胶机等工作环境较恶劣的部位，目前还没有任何厂商 能够使用这一系统。发明内容针对现有技术存在的问题，本实用新型的目的在于设计提供一种胶辊无线实时监 测系统的技术方案。所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于包括温度压力微型传感器和转速传感 器，温度压力微型传感器和转速传感器的输出信号经数据线传输到信号放大器，信号放大 器将信号放大后连接微处理器，微处理器无线通信连接无线接收器，无线接收器依次连接 外部微处理器及计算机终端。所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的温度压力微型传感器固定设置 于辊体上或包埋设置于高分子材料层中。所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的转速传感器固定设置于辊体上 或包埋设置于高分子材料层中。所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的信号放大器与微处理器设置于 辊体端面。所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的微处理器上设置三个或三个以 上的外围IC/I0扩展端口，外围IC/I0扩展端口可连接贮存模块、无线发射模块和无线开关 控制模块。所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的温度压力微型传感器在辊体或 高分子材料层中轴向设置三排，排间分布角度为120°。所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的转速传感器设置在距辊体端部 250-350mm^ho上述的胶辊无线实时监测系统，设计合理，采用植入式微型传感器，分布于胶辊 中，可对胶辊的运行参数进行实时测量，运行参数包括压力、温度及转速等。运用本实用新 型的监测系统能为管理者实时调整工艺参数(压力)提供依据，能为管理者确定辊子最佳技 术参数(中高、硬度、覆面种类)累积经验，能为辊子意外损坏提供历史数据，避免纸厂与辊 子覆面制造厂因辊子覆面损坏产生纠纷。
[0017]图1为胶辊的结构示意图；图2为胶辊无线实时监测系统的结构示意图。图中1-辊体；2-高分子材料层；3-温度压力微型传感器；4-转速传感器；5-信 号放大器；6-微处理器；7-无线接收器；8-外部微处理器；9-计算机终端。
具体实施方式
以下结合说明书附图来进一步说明本实用新型。如图1所示，现有技术中，造纸工业压榨压光作业，塑料工业的压延、复合作业，钢 铁工业的板材处理作业中用到的胶辊包括辊体1及包覆设置在辊体1外表面的高分子材料层2。如图2所示，本实用新型的无线实时监测系统包括温度压力微型传感器3和转速 传感器4，温度压力微型传感器3和转速传感器4可固定设置于辊体1上或包埋设置于高分子材料层2中。温度压力微型传感器3和转速传感器4可采用全方位的植入，即在辊体 1的轴向方向上固定设置三排温度压力微型传感器3，排间分布角度为120° ；或在高分子 材料层2的轴向方向上包埋设置三排温度压力微型传感器3，排间分布角度为120°。整 个系统中可设置一个或一个以上的转速传感器4，转速传感器4主要设置在距辊体1端部 250-350mm^ho温度压力微型传感器3和转速传感器4可通过数据线连接信号放大器5，将信号 传输给信号放大器5，信号放大器5通过数据线将信号放大后传输给微处理器6。信号放大 器5和微处理器6都是包埋设置于高分子材料层2中的。微处理器有三个外围IC/I0端口 扩展，分别用于安装贮存模块、无线发射模块、无线开关控制模块。贮存模块可记录温度、压 力、转速历史数据，记录的数据待日后停机后可下载保存用于分析；无线发射模块可发射无 线信号至外部的无线接收器7中，无线发射模块和无线接收器7中的无线接受模块能发射 和接受温度、压力、转速三种信号。无线接收器7将信号传给外部微处理器8，外部微处理 器8通过专用软件处理后经计算机终端9输出为辊子运行数据；或者交由打印机打印出图 形和列表。本实用新型中温度压力微型传感器3和转速传感器4的植入是技术的关键。本实用新型采用多个传感器进行并联，并采用多接口数据线布置，以避免每只传 感器一根数据线，给辊面包胶带来困难。在实际包胶过程中，涉及到包胶成型的多个过程，包括包胶、硫化(高温)。对于一 般的传感器而言，能够承受住硫化温度(135 140°C)显得较为困难，因此，必须选择能够 承受高温的传感器。如果包胶为聚氨酯胶辊，则可以采用旋转无模成型工艺，且该工艺不须 硫化，包胶时，胶料为流动态，则采用一般微型传感器就可满足需求。对于在辊子径向及轴向植入较多传感器，且辊子周长和长度是可变的，传感器生 产商进行模块化制造，即传感器由数据线串联，可以生产无限长，胶辊生产厂家只须根据辊 子大小进行任意裁切，这样，将变得有利于生产和制造。对于传感器在辊子中的固定方法，可根据包胶形式的不同，采用直接固定、间接固 定两种方式。1)直接固定是传感器固定在辊体上，可采用螺钉固定。此种方式适合于液体 浇铸聚氨酯覆层，当辊体1经过处理后，直接用螺钉将温度压力微型传感器3和转速传感器 4固定于辊体1辊面，浇铸胶料时，液态的聚合物则可将温度压力微型传感器3和转速传感 器4及数据线完全覆盖和包裹。值得一提的是，为了不影响胶料对传感器及数据线的粘接， 对温度压力微型传感器3和转速传感器4及数据线的清洗是显得必须的，可用开姆洛克进 行表面处理，这样，可保证温度压力微型传感器3和转速传感器4及数据线与高分子材料层 2完全成为一个整体，不会对高分子材料层2的使用造成影响，这种制造方法不需后硫化。2)采用间接固定，对于高分子材料层2为多层覆合的胶辊，可先在辊体1上包覆底 胶层，然后将经过表面处理(清洗，涂刷开姆洛克)的温度压力微型传感器3和转速传感器4 与数据线嵌入胶层中，用少许胶料覆盖后再包覆面胶层。这种方法需硫化，因此，必须选择 耐高温的传感器及数据线。这种数据线可以用耐高温的聚酰亚胺作为包覆材料，而不能采 用普通橡胶及一般塑料作为包覆材料。包覆时，数据线必须引至辊子端面，以便硫化后与放 大器及处理器联接。对传感器采集到的信号进行传输和处理是至关重要的。[0031]待辊子完成硫化后，经车、磨表面加工(车、磨表面加工需注意不要对端部数据线 造成损害)，即可装配信号放大器5及微处理器6。微处理器6为一多工位器，可采用美国德 州仪器(Tl)的超低功耗16位RISC混合信号MSP430微处理器，它具有多个外围IC/I0端 口扩展，可安装多个模块。因植入覆层的传感器至少有二十个以上，微处理器6及处理模块 至少要有二十个以上数据通道。运行过程中，在辊子轴向方向和径向方向植入的传感器，辊子加压后，覆层压力传 递至温度压力微型传感器3，温度压力微型传感器3感知受到的压力，根据压力的大小将其 转变为一个强弱变化的电信号，电信号经数据线传至信号放大器5，经过放大的电信号传至 微处理器6，微处理器6处理后转变为数据贮存在贮存模块。另一方面，经微处理器6处理 的数据再经无线发射模块以无线电信号的方式发射至无线接收器7。实际上，辊子径向各点 传感器及轴向各点传感器感知的压力大小，最后都转变为强弱变化的电信号，这种具有强 弱变化特征的电信号经过外部计算机专用动态信号分析软件的处理，可以把它转变为各点 压力变化的图形数据或列表数据，其中图形数据是动态数据，但可以通过专门动态信号分 析软件截取任一历史时间点上的压力数据，这样，通过查询历史数据，就可以确定辊子的操 作情况及运行情况。在系统中也可以设置压力、温度超限报警功能。以避免辊子长时间不利运行。也可以采用已经商业化的日本AWA6^0A型多通道动态信号分析仪对采集到的数 据进行分析和处理。而不需另外配置计算机。该分析仪根据需要可以选购压力、温度、转速 等动态分析软件。
权利要求1.胶辊无线实时监测系统，其特征在于包括温度压力微型传感器(3)和转速传感器(4)，温度压力微型传感器(3)和转速传感器(4)的输出信号经数据线传输到信号放大器(5),信号放大器(5)将信号放大后连接微处理器(6)，微处理器(6)无线通信连接无线接收 器(7 )，无线接收器(7 )依次连接外部微处理器(8 )及计算机终端(9 )。
2.如权利要求1所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的温度压力微型传感 器(3 )固定设置于辊体(1)上或包埋设置于高分子材料层(2 )中。
3.如权利要求1所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的转速传感器(4)固 定设置于辊体(1)上或包埋设置于高分子材料层(2)中。
4.如权利要求1所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的信号放大器(5)与 微处理器(6)设置于辊体(1)端面。
5.如权利要求1所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的微处理器(6)上设 置三个或三个以上的外围IC/I0扩展端口，外围IC/I0扩展端口可连接贮存模块、无线发射 模块和无线开关控制模块。
6.如权利要求2所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的温度压力微型传感 器(3)在辊体(1)或高分子材料层(2)中轴向设置三排，排间分布角度为120°。
7.如权利要求3所述的胶辊无线实时监测系统，其特征在于所述的转速传感器(4)设 置在距辊体(1)端部250-；350讓处。
专利摘要胶辊无线实时监测系统，属于胶辊监测系统技术领域。其包括温度压力微型传感器和转速传感器，温度压力微型传感器和转速传感器的输出信号经数据线传输到信号放大器，信号放大器将信号放大后连接微处理器，微处理器无线通信连接无线接收器，无线接收器依次连接外部微处理器及计算机终端。运用本实用新型的监测系统能为管理者实时调整工艺参数提供依据，能为管理者确定辊子最佳技术参数累积经验，能为辊子意外损坏提供历史数据，避免纸厂与辊子覆面制造厂因辊子覆面损坏产生纠纷。
文档编号D21H23/78GK201924237SQ20102067580
公开日2011年8月10日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者韩盛才 申请人:杭州顺隆胶辊有限公司