Trong quy trình sản xuất máy giấy, các loại trục lăn đóng vai trò không thể thiếu, từ việc tách nước khỏi các cuộn giấy ướt đến việc định hình các cuộn giấy khô. Là một trong những công nghệ cốt lõi trong thiết kế trục lăn của máy giấy, “vòng tròn” – mặc dù có vẻ hơi khác biệt về mặt hình học – lại quyết định trực tiếp đến tính đồng nhất và ổn định của chất lượng giấy. Bài viết này sẽ phân tích toàn diện công nghệ vòng tròn của trục lăn máy giấy từ các khía cạnh như định nghĩa, nguyên lý hoạt động, phân loại, các yếu tố ảnh hưởng chính trong thiết kế và bảo trì, từ đó làm rõ giá trị quan trọng của nó trong sản xuất giấy.

1. Định nghĩa của Crown: Chức năng quan trọng trong những khác biệt nhỏ

“Crown” (viết tắt trong tiếng Anh là “Crown”) là một cấu trúc hình học đặc biệt của các con lăn máy giấy theo hướng trục (theo chiều dọc). Đường kính của phần giữa thân con lăn lớn hơn một chút so với phần cuối, tạo thành một đường viền tương tự như “trống thắt lưng”. Chênh lệch đường kính này thường được đo bằng micrômet (μm), và giá trị crown của một số con lăn in lớn thậm chí có thể đạt tới 0,1-0,5 mm.

Chỉ số cốt lõi để đo thiết kế vòng cung là “giá trị vòng cung”, được tính bằng chênh lệch giữa đường kính tối đa của thân cuộn (thường nằm ở điểm giữa của hướng trục) và đường kính hai đầu cuộn. Về bản chất, thiết kế vòng cung liên quan đến việc thiết lập trước chênh lệch đường kính nhỏ này để bù đắp cho biến dạng “độ võng giữa” của cuộn do các yếu tố như lực và thay đổi nhiệt độ trong quá trình vận hành thực tế. Cuối cùng, thiết kế vòng cung đạt được sự phân bổ áp suất tiếp xúc đồng đều trên toàn bộ chiều rộng của bề mặt cuộn và cuộn giấy (hoặc các thành phần tiếp xúc khác), tạo nền tảng vững chắc cho chất lượng giấy.

2. Chức năng cốt lõi của vương miện: Bù biến dạng và duy trì áp suất đồng đều

Trong quá trình vận hành trục máy giấy, biến dạng là điều không thể tránh khỏi do tải trọng cơ học, thay đổi nhiệt độ và các yếu tố khác. Nếu không có thiết kế hình vương miện, biến dạng này sẽ dẫn đến áp lực tiếp xúc không đồng đều giữa bề mặt trục và cuộn giấy — "áp suất cao hơn ở hai đầu và áp suất thấp hơn ở giữa" — trực tiếp gây ra các vấn đề nghiêm trọng về chất lượng như trọng lượng cơ bản không đồng đều và giấy bị tách nước không đều. Giá trị cốt lõi của hình vương miện nằm ở việc chủ động bù trừ những biến dạng này, được thể hiện cụ thể ở các khía cạnh sau:

2.1 Bù cho biến dạng uốn cuộn

Khi các trục lăn lõi của máy giấy, chẳng hạn như trục ép và trục cán, hoạt động, chúng cần tạo ra áp lực đáng kể lên cuộn giấy. Ví dụ, áp lực tuyến tính của các trục ép có thể đạt 100-500 kN/m. Đối với các cuộn có tỷ lệ chiều dài trên đường kính lớn (ví dụ, chiều dài của các trục ép trong máy giấy khổ rộng có thể là 8-12 mét), biến dạng đàn hồi uốn xuống ở giữa xảy ra dưới áp lực, tương tự như "uốn cong trụ vai dưới tải". Biến dạng này gây ra áp lực tiếp xúc quá mức giữa các đầu cuộn và cuộn giấy, trong khi áp lực ở giữa không đủ. Do đó, cuộn giấy bị mất nước quá mức ở cả hai đầu (dẫn đến độ khô cao và trọng lượng cơ bản thấp) và mất nước dưới mức ở giữa (dẫn đến độ khô thấp và trọng lượng cơ bản cao).

Tuy nhiên, cấu trúc "hình trống" của thiết kế vương miện đảm bảo rằng sau khi cuộn giấy uốn cong, toàn bộ bề mặt cuộn giấy vẫn tiếp xúc song song với cuộn giấy, đạt được sự phân bổ áp lực đồng đều. Điều này giải quyết hiệu quả các rủi ro về chất lượng do biến dạng uốn gây ra.

2.2 Bù trừ biến dạng nhiệt cuộn

Một số lô, chẳng hạn như lô dẫn hướng và lô cán trong bộ phận sấy, bị giãn nở nhiệt trong quá trình vận hành do tiếp xúc với các cuộn giấy nhiệt độ cao và hơi nước nóng. Do phần giữa của thân lô được làm nóng hoàn toàn hơn (hai đầu được kết nối với ổ trục và tản nhiệt nhanh hơn), nên độ giãn nở nhiệt của phần giữa lớn hơn hai đầu, dẫn đến hiện tượng "phình giữa" của thân lô. Trong trường hợp này, việc sử dụng thiết kế đỉnh thông thường sẽ làm trầm trọng thêm áp lực tiếp xúc không đồng đều. Do đó, cần thiết kế "đỉnh âm" (với đường kính của phần giữa nhỏ hơn một chút so với hai đầu, còn được gọi là "đỉnh ngược") để bù lại phần phình thêm do giãn nở nhiệt, đảm bảo áp lực tiếp xúc đồng đều trên bề mặt lô.

2.3 Bù trừ cho sự mài mòn bề mặt lăn không đều

Trong quá trình vận hành lâu dài, một số lô (chẳng hạn như lô cao su ép) chịu ma sát thường xuyên hơn ở các cạnh của cuộn giấy (vì các cạnh của cuộn giấy thường chứa tạp chất), dẫn đến hao mòn ở hai đầu nhanh hơn ở giữa. Nếu không có thiết kế đỉnh, bề mặt lô sẽ bị "phình ở giữa và võng ở hai đầu" sau khi mòn, từ đó ảnh hưởng đến sự phân bố áp lực. Bằng cách thiết lập đỉnh, độ đồng đều của đường viền bề mặt lô có thể được duy trì trong giai đoạn đầu của quá trình mòn, kéo dài tuổi thọ của lô và giảm thiểu biến động sản lượng do hao mòn.

3. Phân loại vương miện: Lựa chọn kỹ thuật phù hợp với các điều kiện làm việc khác nhau

Tùy thuộc vào loại máy giấy (tốc độ thấp/tốc độ cao, khổ hẹp/ khổ rộng), chức năng lô (ép/lăn/dẫn hướng) và yêu cầu quy trình, vòng đệm có thể được chia thành nhiều loại khác nhau. Các loại vòng đệm khác nhau có đặc điểm thiết kế, phương pháp điều chỉnh và ứng dụng khác nhau, như được trình bày chi tiết trong bảng sau:

4. Các yếu tố ảnh hưởng chính trong thiết kế vương miện: Tính toán chính xác để thích ứng với yêu cầu sản xuất

Giá trị đỉnh không được thiết lập một cách tùy tiện; nó cần được tính toán toàn diện dựa trên các thông số cán và điều kiện quy trình để đảm bảo hiệu quả hoạt động. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến thiết kế đỉnh chủ yếu bao gồm các khía cạnh sau:

4.1 Kích thước và vật liệu cuộn

1. Chiều dài thân cuộn (L): Thân cuộn càng dài thì biến dạng uốn càng lớn dưới cùng một áp suất, do đó giá trị đỉnh yêu cầu càng lớn. Ví dụ, cuộn dài trong máy giấy khổ rộng cần giá trị đỉnh lớn hơn cuộn ngắn trong máy giấy khổ hẹp để bù trừ biến dạng.
2. Đường kính thân cuộn (D): Đường kính thân trục lăn càng nhỏ thì độ cứng càng thấp và trục lăn càng dễ bị biến dạng dưới áp lực. Do đó, cần có giá trị đỉnh lớn hơn. Ngược lại, trục lăn có đường kính lớn hơn thì độ cứng cao hơn và giá trị đỉnh có thể được giảm bớt một cách thích hợp.
3. Độ cứng vật liệu: Các vật liệu khác nhau của thân trục lăn có độ cứng khác nhau; ví dụ, trục lăn thép có độ cứng cao hơn nhiều so với trục lăn gang. Vật liệu có độ cứng thấp hơn sẽ bị biến dạng đáng kể hơn dưới áp lực, đòi hỏi giá trị đỉnh trục lớn hơn.

4.2 Áp suất vận hành (Áp suất tuyến tính)

Áp suất vận hành (áp suất tuyến tính) của các con lăn như con lăn ép và con lăn cán là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thiết kế vương miện. Áp suất tuyến tính càng lớn, biến dạng uốn của thân con lăn càng đáng kể và giá trị vương miện cần được tăng lên tương ứng để bù đắp cho biến dạng. Mối quan hệ của chúng có thể được biểu thị gần đúng bằng công thức đơn giản: Giá trị vương miện H ≈ (P×L³)/(48×E×I), trong đó P là áp suất tuyến tính, L là chiều dài con lăn, E là môđun đàn hồi của vật liệu và I là mômen quán tính của mặt cắt ngang con lăn. Ví dụ, áp suất tuyến tính của con lăn ép cho giấy bao bì thường lớn hơn 300 kN/m, do đó giá trị vương miện tương ứng cần phải lớn hơn giá trị của con lăn ép cho giấy văn hóa có áp suất tuyến tính thấp hơn.

4.3 Tốc độ máy và loại giấy

1. Tốc độ máy: Khi máy xeo giấy tốc độ cao (tốc độ > 1200 m/phút) hoạt động, màng giấy nhạy cảm hơn nhiều với sự đồng đều áp suất so với máy xeo giấy tốc độ thấp. Ngay cả những dao động áp suất nhỏ cũng có thể gây ra lỗi chất lượng giấy. Do đó, máy xeo giấy tốc độ cao thường sử dụng “vòng điều khiển” để bù trừ biến dạng động theo thời gian thực và đảm bảo áp suất ổn định.
2. Loại giấy: Các loại giấy khác nhau có yêu cầu khác nhau về độ đồng đều áp lực. Giấy lụa (ví dụ: giấy vệ sinh có định lượng cơ bản 10-20 g/m²) có định lượng cơ bản thấp và cực kỳ nhạy cảm với biến động áp lực, đòi hỏi thiết kế độ chính xác cao. Ngược lại, giấy dày (ví dụ: bìa cứng có định lượng cơ bản 150-400 g/m²) có khả năng chịu được biến động áp lực tốt hơn, do đó yêu cầu về độ chính xác của độ chính xác có thể được hạ thấp một cách phù hợp.

5. Các vấn đề thường gặp về vương miện và bảo trì: Kiểm tra kịp thời để đảm bảo sản xuất ổn định

Thiết kế vương miện không hợp lý hoặc bảo trì không đúng cách sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng giấy và gây ra hàng loạt vấn đề sản xuất. Các vấn đề thường gặp về vương miện và biện pháp khắc phục tương ứng như sau:

5.1 Giá trị vương miện quá lớn

Giá trị độ cong quá lớn sẽ dẫn đến áp lực quá mức ở giữa bề mặt cuộn, dẫn đến trọng lượng cơ bản thấp và độ khô cao ở giữa giấy. Trong trường hợp nghiêm trọng, nó thậm chí có thể gây ra hiện tượng “vỡ” (gãy sợi giấy), ảnh hưởng đến độ bền và hình thức của giấy.

Các biện pháp đối phó: Đối với lô cán cố định được sử dụng trong máy xeo tốc độ thấp, cần thay lô cán bằng lô cán có giá trị độ cong phù hợp. Đối với lô cán điều khiển được trong máy xeo tốc độ cao, áp suất thủy lực hoặc khí nén có thể được giảm thông qua hệ thống độ cong điều khiển được để giảm giá trị độ cong cho đến khi áp suất được phân bổ đồng đều.

5.2 Giá trị vương miện quá nhỏ

Giá trị đỉnh quá nhỏ sẽ dẫn đến áp suất ở giữa bề mặt cuộn không đủ, dẫn đến giấy không được thoát nước hoàn toàn ở giữa, độ khô thấp, trọng lượng cơ bản cao và các khuyết tật về chất lượng như "vết ướt". Đồng thời, điều này cũng có thể ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình sấy tiếp theo.

Các biện pháp đối phó: Đối với lô cán cố định, thân lô cần được xử lý lại để tăng giá trị độ cong. Đối với lô cán điều khiển được, có thể tăng áp suất thủy lực hoặc khí nén để tăng giá trị độ cong, đảm bảo áp suất ở giữa đáp ứng các yêu cầu của quy trình.

5.3 Mòn không đều đường viền đỉnh răng

Sau thời gian dài sử dụng, bề mặt cuộn sẽ bị mài mòn. Nếu độ mài mòn không đều, đường viền đỉnh cuộn sẽ bị biến dạng, và bề mặt cuộn sẽ xuất hiện các "vết không đều". Điều này càng gây ra các khuyết tật như "vết sọc" và "vết lõm" trên giấy, ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng hình thức của giấy.

Các biện pháp đối phó: Thường xuyên kiểm tra bề mặt lô. Khi độ mòn đạt đến mức nhất định, cần mài và sửa chữa bề mặt lô kịp thời (ví dụ: mài lại đường viền đỉnh lô cao su ép) để khôi phục hình dạng và kích thước bình thường của đỉnh lô, tránh tình trạng mài mòn quá mức ảnh hưởng đến sản xuất.

6. Kết luận

Là một công nghệ có vẻ tinh tế nhưng lại vô cùng quan trọng, vương miện của lô máy giấy là cốt lõi để đảm bảo chất lượng giấy đồng đều. Từ vương miện cố định trong máy giấy tốc độ thấp đến vương miện có thể điều khiển trong máy giấy tốc độ cao, khổ rộng, sự phát triển liên tục của công nghệ vương miện luôn tập trung vào mục tiêu cốt lõi là "bù biến dạng và đạt được áp suất đồng đều", thích ứng với nhu cầu của các điều kiện làm việc sản xuất giấy khác nhau. Thiết kế vương miện hợp lý không chỉ giải quyết các vấn đề về chất lượng như trọng lượng giấy không đồng đều và khả năng tách nước kém mà còn cải thiện hiệu quả vận hành của máy giấy (giảm số lần giấy bị đứt) và giảm mức tiêu thụ năng lượng (tránh sấy quá mức). Đây là hỗ trợ kỹ thuật then chốt không thể thiếu trong quá trình phát triển ngành công nghiệp giấy theo hướng "chất lượng cao, hiệu quả cao và mức tiêu thụ năng lượng thấp". Trong sản xuất giấy trong tương lai, với việc liên tục cải tiến độ chính xác của thiết bị và liên tục tối ưu hóa quy trình, công nghệ vương miện sẽ trở nên tinh vi và thông minh hơn, đóng góp nhiều hơn vào sự phát triển chất lượng cao của ngành công nghiệp giấy.