در فرآیند تولید ماشین‌های کاغذ، غلتک‌های مختلف نقش ضروری دارند، از آبگیری رول‌های کاغذ مرطوب گرفته تا تنظیم رول‌های کاغذ خشک. به عنوان یکی از فناوری‌های اصلی در طراحی رول‌های ماشین کاغذ، "تاج" - علیرغم تفاوت هندسی به ظاهر جزئی که در آن وجود دارد - مستقیماً یکنواختی و پایداری کیفیت کاغذ را تعیین می‌کند. این مقاله به طور جامع فناوری تاج رول‌های ماشین کاغذ را از جنبه‌های تعریف، اصل کار، طبقه‌بندی، عوامل کلیدی مؤثر در طراحی و نگهداری تجزیه و تحلیل می‌کند و ارزش مهم آن را در تولید کاغذ آشکار می‌سازد.

۱. تعریف تاج: عملکرد قابل توجه در تفاوت‌های جزئی

«تاج» (که در انگلیسی به صورت «Crown» بیان می‌شود) به طور خاص به ساختار هندسی خاصی از غلتک‌های ماشین کاغذ در امتداد جهت محوری (طولی) اشاره دارد. قطر ناحیه میانی بدنه غلتک کمی بزرگتر از نواحی انتهایی است و شکلی شبیه به «طبل کمر» تشکیل می‌دهد. این اختلاف قطر معمولاً بر حسب میکرومتر (μm) اندازه‌گیری می‌شود و مقدار تاج برخی از غلتک‌های پرس بزرگ حتی می‌تواند به 0.1-0.5 میلی‌متر برسد.

شاخص اصلی برای اندازه‌گیری طراحی تاج، «مقدار تاج» است که به صورت اختلاف بین حداکثر قطر بدنه رول (معمولاً در نقطه میانی جهت محوری) و قطر انتهای رول محاسبه می‌شود. در اصل، طراحی تاج شامل از پیش تعیین کردن این اختلاف قطر کوچک برای جبران تغییر شکل «خمیدگی میانی» رول ناشی از عواملی مانند نیرو و تغییرات دما در حین کار واقعی است. در نهایت، این امر به توزیع یکنواخت فشار تماسی در کل عرض سطح رول و شبکه کاغذ (یا سایر اجزای تماسی) دست می‌یابد و پایه محکمی برای کیفیت کاغذ ایجاد می‌کند.

۲. وظایف اصلی تاج: جبران تغییر شکل و حفظ فشار یکنواخت

در طول کارکرد غلتک‌های ماشین کاغذ، تغییر شکل به دلیل بارهای مکانیکی، تغییرات دما و سایر عوامل اجتناب‌ناپذیر است. بدون طراحی تاج، این تغییر شکل منجر به فشار تماسی ناهموار بین سطح غلتک و شبکه کاغذ می‌شود - "فشار بیشتر در هر دو انتها و فشار کمتر در وسط" - که مستقیماً باعث مشکلات جدی کیفیت مانند وزن پایه ناهموار و آبگیری ناهموار کاغذ می‌شود. ارزش اصلی تاج در جبران فعال این تغییر شکل‌ها نهفته است که به طور خاص در جنبه‌های زیر منعکس می‌شود:

۲.۱ جبران تغییر شکل خمش غلتکی

وقتی غلتک‌های اصلی ماشین‌های کاغذسازی، مانند غلتک‌های پرس و غلتک‌های کلندر، در حال کار هستند، باید فشار قابل توجهی به شبکه کاغذ اعمال کنند. به عنوان مثال، فشار خطی غلتک‌های پرس می‌تواند به ۱۰۰ تا ۵۰۰ کیلونیوتن بر متر برسد. برای غلتک‌هایی با نسبت طول به قطر زیاد (به عنوان مثال، طول غلتک‌های پرس در ماشین‌های کاغذسازی با عرض زیاد می‌تواند ۸ تا ۱۲ متر باشد)، تغییر شکل الاستیک خم شدن به سمت پایین در وسط تحت فشار رخ می‌دهد، شبیه به "خم شدن میله شانه‌ای تحت بار". این تغییر شکل باعث فشار تماسی بیش از حد بین انتهای غلتک‌ها و شبکه کاغذ می‌شود، در حالی که فشار در وسط کافی نیست. در نتیجه، شبکه کاغذ در هر دو انتها بیش از حد آبگیری می‌شود (که منجر به خشکی زیاد و وزن پایه کم می‌شود) و در وسط کمتر از حد آبگیری می‌شود (که منجر به خشکی کم و وزن پایه زیاد می‌شود).

با این حال، ساختار «طبل‌مانند» طراحی تاج تضمین می‌کند که پس از خم شدن رول، تمام سطح رول در تماس موازی با شبکه کاغذ باقی می‌ماند و توزیع فشار یکنواختی را به دست می‌دهد. این امر به طور مؤثر خطرات کیفی ناشی از تغییر شکل خمشی را برطرف می‌کند.

۲.۲ جبران تغییر شکل حرارتی غلتک

برخی از غلتک‌ها، مانند غلتک‌های راهنما و غلتک‌های غلتکی در بخش خشک‌کن، در طول کار به دلیل تماس با نوارهای کاغذی با دمای بالا و گرمایش بخار، دچار انبساط حرارتی می‌شوند. از آنجایی که قسمت میانی بدنه غلتک کاملاً گرم می‌شود (انتها به یاتاقان‌ها متصل هستند و گرما را سریع‌تر دفع می‌کنند)، انبساط حرارتی آن بیشتر از انتهاها است و منجر به "برآمدگی میانی" بدنه غلتک می‌شود. در این حالت، استفاده از طراحی تاج مرسوم، فشار تماس ناهموار را تشدید می‌کند. بنابراین، یک "تاج منفی" (که در آن قطر قسمت میانی کمی کوچکتر از انتهاها است، که به عنوان "تاج معکوس" نیز شناخته می‌شود) باید طراحی شود تا برآمدگی اضافی ناشی از انبساط حرارتی را جبران کند و فشار تماس یکنواختی را بر روی سطح غلتک تضمین کند.

۲.۳ جبران سایش ناهموار سطح غلتک

در طول کارکرد طولانی مدت، برخی از غلتک‌ها (مانند غلتک‌های لاستیکی پرس) اصطکاک بیشتری را در لبه‌های شبکه کاغذ تجربه می‌کنند (زیرا لبه‌های شبکه کاغذ تمایل به حمل ناخالصی دارند) و در نتیجه در انتها سریع‌تر از وسط ساییدگی ایجاد می‌شود. بدون طراحی تاج، سطح غلتک پس از سایش «برآمدگی در وسط و افتادگی در انتها» را نشان می‌دهد که به نوبه خود بر توزیع فشار تأثیر می‌گذارد. با تنظیم اولیه تاج، یکنواختی سطح غلتک را می‌توان در مراحل اولیه سایش حفظ کرد، عمر مفید غلتک را افزایش داد و نوسانات تولید ناشی از سایش را کاهش داد.

۳. طبقه‌بندی تاج: گزینه‌های فنی متناسب با شرایط کاری مختلف

بر اساس نوع دستگاه کاغذ (سرعت پایین/سرعت بالا، عرض باریک/عرض پهن)، عملکرد رول (پرس/کلندرینگ/هدایت) و الزامات فرآیند، تاج را می‌توان به انواع مختلفی تقسیم کرد. انواع مختلف تاج از نظر ویژگی‌های طراحی، روش‌های تنظیم و سناریوهای کاربرد متفاوت هستند، همانطور که در جدول زیر به تفصیل آمده است:

۴. عوامل کلیدی مؤثر در طراحی تاج: محاسبه دقیق برای انطباق با الزامات تولید

مقدار تاج به صورت دلخواه تعیین نمی‌شود؛ برای اطمینان از عملکرد مؤثر آن، باید بر اساس پارامترهای غلتک و شرایط فرآیند به طور جامع محاسبه شود. عوامل کلیدی مؤثر بر طراحی تاج عمدتاً شامل جنبه‌های زیر است:

۴.۱ ابعاد و جنس رول

1. طول بدنه رول (L): هر چه بدنه رول بلندتر باشد، تغییر شکل خمشی تحت فشار یکسان بیشتر است و در نتیجه مقدار تاج مورد نیاز بزرگتر است. به عنوان مثال، رول های بلند در ماشین های کاغذ با عرض پهن برای جبران تغییر شکل به مقدار تاج بزرگتری نسبت به رول های کوتاه در ماشین های کاغذ با عرض باریک نیاز دارند.
2. قطر بدنه رول (D): هرچه قطر بدنه غلتک کوچکتر باشد، استحکام آن کمتر است و غلتک بیشتر مستعد تغییر شکل تحت فشار است. بنابراین، مقدار تاج بزرگتری مورد نیاز است. برعکس، غلتک‌هایی با قطر بزرگتر استحکام بالاتری دارند و مقدار تاج را می‌توان به طور مناسب کاهش داد.
3. استحکام مواد: جنس‌های مختلف بدنه غلتک‌ها، سختی‌های متفاوتی دارند؛ برای مثال، غلتک‌های فولادی سختی بسیار بالاتری نسبت به غلتک‌های چدنی دارند. موادی که سختی کمتری دارند، تحت فشار تغییر شکل قابل توجهی نشان می‌دهند و به مقدار تاج بیشتری نیاز دارند.

۴.۲ فشار عملیاتی (فشار خطی)

فشار عملیاتی (فشار خطی) غلتک‌هایی مانند غلتک‌های پرس و غلتک‌های کلندر، عامل مهمی است که بر طراحی تاج تأثیر می‌گذارد. هرچه فشار خطی بیشتر باشد، تغییر شکل خمشی بدنه غلتک بیشتر است و برای جبران تغییر شکل، مقدار تاج باید متناسب با آن افزایش یابد. رابطه آنها را می‌توان تقریباً با فرمول ساده شده زیر بیان کرد: مقدار تاج H ≈ (P×L³)/(48×E×I)، که در آن P فشار خطی، L طول غلتک، E مدول الاستیک ماده و I ممان اینرسی سطح مقطع غلتک است. به عنوان مثال، فشار خطی غلتک‌های پرس برای کاغذ بسته‌بندی معمولاً بیشتر از 300 کیلونیوتن بر متر است، بنابراین مقدار تاج مربوطه باید بزرگتر از غلتک‌های پرس برای کاغذهای فرهنگی با فشار خطی کمتر باشد.

۴.۳ سرعت ماشین و نوع کاغذ

1. سرعت دستگاهوقتی ماشین‌های کاغذسازی پرسرعت (سرعت > 1200 متر بر دقیقه) در حال کار هستند، بافت کاغذ نسبت به یکنواختی فشار در ماشین‌های کاغذسازی کم‌سرعت بسیار حساس‌تر است. حتی نوسانات جزئی فشار نیز ممکن است باعث نقص در کیفیت کاغذ شود. بنابراین، ماشین‌های کاغذسازی پرسرعت معمولاً از «تاج قابل کنترل» برای جبران تغییر شکل دینامیکی در زمان واقعی و تضمین فشار پایدار استفاده می‌کنند.
2. نوع کاغذانواع مختلف کاغذ الزامات متفاوتی برای یکنواختی فشار دارند. کاغذ تیشو (مثلاً کاغذ توالت با وزن پایه ۱۰ تا ۲۰ گرم بر متر مربع) وزن پایه پایینی دارد و به نوسانات فشار بسیار حساس است و نیاز به طراحی تاج با دقت بالا دارد. در مقابل، کاغذ ضخیم (مثلاً مقوا با وزن پایه ۱۵۰ تا ۴۰۰ گرم بر متر مربع) توانایی بیشتری در مقاومت در برابر نوسانات فشار دارد، بنابراین الزامات دقت تاج را می‌توان به طور مناسب کاهش داد.

۵. مشکلات رایج تاج و نگهداری: بازرسی به موقع برای اطمینان از تولید پایدار

طراحی غیرمنطقی تاج یا نگهداری نامناسب، مستقیماً بر کیفیت کاغذ تأثیر می‌گذارد و باعث ایجاد مجموعه‌ای از مشکلات تولید می‌شود. مشکلات رایج تاج و اقدامات متقابل مربوطه به شرح زیر است:

۵.۱ ارزش تاج بیش از حد بزرگ

مقدار تاج بیش از حد بزرگ منجر به فشار بیش از حد در وسط سطح رول می‌شود که منجر به وزن پایه کم و خشکی زیاد کاغذ در وسط می‌شود. در موارد شدید، حتی ممکن است باعث "له شدن" (شکستن الیاف) شود که بر استحکام و ظاهر کاغذ تأثیر می‌گذارد.

اقدامات متقابلبرای غلتک‌های تاج ثابت مورد استفاده در ماشین‌های کاغذ کم‌سرعت، لازم است غلتک‌ها با مقدار تاج مناسب جایگزین شوند. برای غلتک‌های تاج قابل کنترل در ماشین‌های کاغذ پرسرعت، فشار هیدرولیک یا پنوماتیک را می‌توان از طریق سیستم تاج قابل کنترل کاهش داد تا مقدار تاج تا زمانی که توزیع فشار یکنواخت شود، کاهش یابد.

۵.۲ ارزش تاج بیش از حد کوچک

مقدار تاج بیش از حد کوچک منجر به فشار ناکافی در وسط سطح رول می‌شود که منجر به آبگیری ناکافی کاغذ در وسط، خشکی کم، وزن پایه بالا و نقص‌های کیفی مانند «نقاط خیس» می‌شود. در عین حال، ممکن است بر کارایی فرآیند خشک کردن بعدی نیز تأثیر بگذارد.

اقدامات متقابلبرای غلتک‌های تاج ثابت، بدنه غلتک نیاز به پردازش مجدد دارد تا مقدار تاج افزایش یابد. برای غلتک‌های تاج قابل کنترل، فشار هیدرولیک یا پنوماتیک را می‌توان افزایش داد تا مقدار تاج بالا رود و اطمینان حاصل شود که فشار در وسط، الزامات فرآیند را برآورده می‌کند.

۵.۳ ساییدگی ناهموار تاج

پس از کارکرد طولانی مدت، سطح رول دچار سایش می‌شود. اگر سایش ناهموار باشد، لبه تاج تغییر شکل می‌دهد و "نقاط ناهموار" روی سطح رول ظاهر می‌شود. این امر باعث ایجاد عیوبی مانند "خط و خش" و "فرورفتگی" روی کاغذ می‌شود که به طور جدی بر کیفیت ظاهری کاغذ تأثیر می‌گذارد.

اقدامات متقابلسطح غلتک را مرتباً بررسی کنید. وقتی سایش به سطح خاصی رسید، سطح غلتک را به موقع سنگ‌زنی و تعمیر کنید (مثلاً، کانتور تاج غلتک‌های لاستیکی پرس را مجدداً سنگ‌زنی کنید) تا شکل و اندازه طبیعی تاج را بازیابی کنید و از تأثیر سایش بیش از حد بر تولید جلوگیری کنید.

۶. نتیجه‌گیری

تاج رول‌های ماشین کاغذ، به عنوان یک فناوری به ظاهر ظریف اما حیاتی، هسته اصلی تضمین کیفیت یکنواخت کاغذ است. از تاج ثابت در ماشین‌های کاغذ کم‌سرعت گرفته تا تاج قابل کنترل در ماشین‌های کاغذ با سرعت بالا و عرض زیاد، توسعه مداوم فناوری تاج همواره بر هدف اصلی "جبران تغییر شکل و دستیابی به فشار یکنواخت" متمرکز بوده است و با نیازهای شرایط کاری مختلف کاغذسازی سازگار است. طراحی معقول تاج نه تنها مشکلات کیفی مانند وزن پایه ناهموار کاغذ و آبگیری ضعیف را حل می‌کند، بلکه راندمان عملیاتی ماشین‌های کاغذ (کاهش تعداد پارگی کاغذ) را بهبود می‌بخشد و مصرف انرژی (جلوگیری از خشک شدن بیش از حد) را کاهش می‌دهد. این یک پشتیبانی فنی کلیدی و ضروری در توسعه صنعت کاغذ به سمت "کیفیت بالا، راندمان بالا و مصرف انرژی کم" است. در تولید کاغذ آینده، با بهبود مستمر دقت تجهیزات و بهینه‌سازی مداوم فرآیندها، فناوری تاج اصلاح‌شده‌تر و هوشمندتر خواهد شد و سهم بیشتری در توسعه با کیفیت بالای صنعت کاغذ خواهد داشت.