Мокра частина гофроагрегата — гофровали (Розділ 7)

Книга “Гофроіндустрія. У пошуках досконалості”

Основою розділу є звіт робочої групи комітету виробників СРА. Представники: Стів Гріббен (Steve Gribben), Оуен Волш (Owen Walsh), Едді Стоукс (Eddie Stokes), Тоні Піннінгтон (Tony Pinnington).

На кожному гофрозаводі є багато комплектів гофровалів з різними профілями залежно від асортименту виконуваних робіт. Усі, хто займається технологічним процесом гофрування, звернули увагу, що останніми роками з’явилося чимало нововведень, пов’язаних з технологіями застосування гофровалів.

Збільшення робочої швидкості обладнання, розширення зони використання макулатурного волокна та застосування легких сортів паперу, зростання вартості енергії, підвищення вимог замовників, поява нових профілів гофрокартону, поширення безгребінчатої системи на гофропресах, зміни в законодавстві та рівень цін на сировину зіграли роль у еволюції сучасних гофровалів.

При створенні цього розділу перед нами стояли наступні завдання:
• описати загальні принципи роботи гофровалів;
• пояснити деякі загальноприйняті терміни по гофровалах;
• розглянути параметри, пов’язані з формуванням гофрів;
• підвищити обізнаність про останні технології в сфері гофровалів;
• дати детальний опис впливу тепла і тиску на технологічний процес гофрування;
• надати рекомендації щодо закупівлі та технічного обслуговування гофровалів.

Основні принципи роботи гофровалів

Завдання гофровалів будь-якої конфігурації полягає у формуванні флютингу в певний профіль та утриманні профілю до моменту нанесення клею та приклеювання до лайнеру.

Якщо все так просто, то чому у декого виникають труднощі при досягненні стабільної роботи гофропресу для виготовлення двошарового гофрокартону без утворення відходів? Чому гофровали такі дорогі? Чому на деяких гофроагрегатах за певних робочих швидкостей виникають вібрація та шуми? Яким чином флютинг впливає на знос валів із загартованої сталі?

Мета цього розділу — дати загальне уявлення про механічні процеси, які визначають вартість та експлуатаційні характеристики гофровалів.

Проектування та виготовлення гофровалів

Гофровали — це найважливіша складова процесу гофрування. Технології, що використовуються для їх виробництва, та застосовувані матеріали, а також модель профілю значно впливають на вартість та робочі характеристики валів у процесі експлуатації.

У міру того як будуть висвітлені етапи виготовлення гофровалів, картина стане зрозумілішою.

Вибір матеріалу

Після порівняння витрат та експлуатаційних характеристик сталь виявилася найкращим матеріалом для виготовлення гофровалів.

Сталь — це сплав заліза та вуглецю. Також можна отримувати різні за властивостями сплави заліза з марганцем, хромом, молібденом, кремнієм та нікелем.

Остаточна специфікація сталі залежить від критеріїв вибору кожного постачальника. Також слід враховувати нормативні вимоги, що пред’являються до виготовлення посудин під тиском, а також вартість, доступність та характеристики використовуваних матеріалів.

При виробництві сталі залізо та легуючі елементи плавлять у печі. Отриману розплавлену сталь розливають у ливарні форми, де вона застигає у злитках вагою близько 50 тонн.

Потім злиток нагрівають і кують (піддають грубій обробці) циліндричну заготовку (болванку), яку можна буде використовувати як сировину для виробництва гофрованих валів.

Гофровали найкращої якості виготовляють з цільних ковальських сплавів. Процес кування включає гарячу обробку (обробка молотом сталевої заготовки у гарячому стані), за якої покращується природна структура сталі, підвищується її щільність, міцність та покращується зв’язність.

Зв’язність має особливе значення для запобігання деформації валів при проведенні подальших технологічних операцій, таких як термічна обробка.

При перетворенні литого злитка у болванку, плашку або плиту сталь піддають куванню до певного ступеня. Наступні процеси включають витягування або розтягування сталі до її чистової форми.

В результаті всі нерозчинні домішки, які знаходились у сталі, а при первинному литті перемістилися до центру злитка, залишаються і стають частиною готового продукту. Під мікроскопом вони мають вигляд волокнистої текстури, схожої на деревну структуру.

Порівняємо тверду деревину, яка має дрібну та щільну зернисту структуру, та м’яку деревину, яка має відкриту грубу зернисту структуру.

Аналогічно отримана при куванні сталь з дрібною та щільною зернистою структурою краще підходить для виробництва гофровалів.

Механічна обробка валів

Литу циліндричну заготовку поміщають на токарний верстат для грубої обробки зовнішнього діаметра та торцевих поверхонь, при цьому отримують рівний циліндр з паралельними краями. Після механічної обробки поковку встановлюють на верстат для видалення серцевини.

Циліндр міцно встановлюють на краю та підтримують роликами по довжині. Серцевину вирізають одним шматком (так само, як вирізають серцевину яблука) разом з домішками первинного лиття.

На цьому етапі багато постачальників дають заготовці вилежатися кілька тижнів, щоб зняти внутрішню напругу.

Співвідношення між внутрішнім і зовнішнім діаметрами валу визначає товщину його стінки. Це важливий критерій розрахунку, який впливає на коефіцієнт тепловіддачі.

Він також впливає на вагу та коефіцієнт жорсткості валу, що своєю чергою позначається на власній частоті або чутливості валів до вібрації.

На торцях валів свердлять сліпі отвори для фальшвалів або цапфвалів. Якість часто перевіряють на цій проміжній стадії виготовлення.

Торці шийок (також виготовлені з поковок) піддають грубій механічній обробці, для всіх розмірів залишають допуски для подальшої кінцевої обробки. Торці цапф приводять до норми в процесі термічної обробки для зняття будь-яких напруг, які можуть накопичитися в сталі.

Тепер цапфи готові і їх можна вставляти в заготовку валу. Торці заготовок нагрівають, щоб вони розширилися, а цапфи перед введенням на короткий час занурюють у рідкий азот.

Після того як деталі з’єднали разом і охолодили до нормальної температури, зв’язки між ними стали міцнішими, процедуру завершують попереднім нагріванням, зварюванням або скручуванням болтами стикових деталей.

Процедуру з’єднання деталей потрібно проводити дуже акуратно і ретельно. Готові вали працюватимуть при підвищених температурах та внутрішньому тиску пари, тому їх класифікують як посудини під тиском.
Точки з’єднання повинні пройти випробування під тиском і бути сертифіковані відповідними державними органами як придатне і безпечне для роботи обладнання.

Зібраний вал знову встановлюють на токарний верстат, всі діаметри піддають повторній обробці, залишаючи лише невеликий допуск. На цьому етапі перевіряють співвісність діаметрів один до одного, оскільки всі діаметри були виточені в процесі однієї операції.

Співвісність дуже важлива для якісної роботи гофропреса з виробництва двошарового гофрокартону. Потім вали знову тестують під тиском, як згадувалося вище, а також проводять магнітно-порошкову дефектоскопію для виявлення тріщин.

На наступному етапі вали встановлюють на поздовжньо-стругальний верстат, де на них роблять грубі за формою рифлені борозни. Різець проходить усією довжиною валу, роблячи канавки.

Вал розмічають за заданою шириною кроку між гофрами та повторюють процес знову. Після того, як вал проточений канавками по всьому колу, різець встановлюють трохи нижче і процес повторюють, роблячи кожну канавку глибшою.

Зараз альтернативно дедалі частіше використовують зубофрезерний верстат. Під час зубофрезерування канавки проточують одразу по всьому колу вала. Цього вдається досягти завдяки комбінованим діям черв’ячної фрези, яка проходить паралельно осі вала під час обертання самого вала.

Це технологічна операція грубої обробки, в процесі якої проточують канавки, які мають лише приблизну форму. Чистової форми досягають в процесі шліфування або фрезерування.

Вали готові до загартування, яке проводять у кілька етапів, піддаючи вал термічній обробці. Його поверхня стає зносостійкою та довговічною.

Після процедури загартування по колу вала вирізають пази для притискних вакуумних систем або гребінок. Інтервали між пазами відповідають формату паперу та/або формі гофрів, які використовує замовник, або стандартній конструкції виробника.

Відстань між пазами по краях вала менша, що допомагає створити кращу опору для паперу (вакуумом або тиском) по краях формату. Пази на валах краще виточувати, використовуючи алмазний диск.

Деякі виробники роблять пази на валах до загартування, оскільки м’який матеріал легше піддається обробці.

Теоретично можуть виникнути проблеми при подальшій термообробці вала: по краях пазів виникають коливання за міцністю. Потенційних невідповідностей можна уникнути, якщо постачальник врахує металургійні обмеження та проявить більшу обережність при термообробці.

Процес виготовлення вала практично завершений. Після термообробки його встановлюють на шліфувальний верстат, де завершують обробку канавок.

Заданий тип профілю вирізають у шліфувальному крузі, використовуючи алмазний інструмент для правки. Щоб зберегти точність профілю, шліфувальний круг очищають після того як він пройшов певну кількість разів по довжині вала.

Технологічний процес напилення має два обмеження. Перше — алмазні інструменти для правки дуже дорогі, і постачальник пропонує лише ті профілі, які відповідають алмазному інструменту для правки, що є в наявності.

Друге — кожен алмазний інструмент для правки профільований відповідно до точного діаметру вала та подальшого кроку (відповідно до технічної специфікації постачальника гофропреса на діаметр вала).

Переробка валів, включаючи перешліфовку до меншого діаметру, означає модифікацію профілю гофрів та підвищення коефіцієнта гофрування.

В альтернативній системі профілювання шліфувального колеса, де немає цих обмежень, використовують алмазний різець з числовим програмним управлінням, який профілює шліфувальне колесо на нескінченну кількість варіантів профілів.

Використовуючи цю систему, можна модифікувати радіус вершини гофра, щоб зменшити або виключити шкідливий вплив коефіцієнта гофрування на перешліфовані вали.

Іноді поверхню валів піддають подальшій обробці, наприклад, хромуванню, або наносять карбід-вольфрамове покриття. Різні постачальники використовують різні способи тестування валів перед відвантаженням. Перевірка відповідності розмірів має поєднуватися з тестом на міцність.

Щоб повністю гарантувати функціонування валів на гофропресі, потрібно проводити випробування на стенді. З валами має йти повний комплект документів, призначений для користувача та виробника, якщо вал повернуть на перешліфування.

Знос гофровалів

У процесі виготовлення, загартування або нанесення покривного шару поверхня гофровалів стає стійкою до абразивного зносу. Якщо пройтися по валу напилком, то він ковзне по поверхні, залишивши лише невеликий слід.

Проте у процесі роботи гофровали зношуються через контакт з папером. Щоб зрозуміти причину зносу, потрібно передусім розуміти, як папір проходить через вали у процесі виробництва, знати природу паперу та механізми зносу, що діють на вали.

Якщо виміряти відносні швидкості на папері, подаваному на гофропрес, ми побачимо, що швидкість лайнера дорівнює лінійній швидкості гофропреса, а швидкість флютинга — лінійній швидкості гофропреса, помноженій на коефіцієнт гофрування на гофровалах.

Через різницю відносних швидкостей флютинг фактично ковзає по вершинах гофрів гофровала. У процесі ковзання з вершин гофрів стираються найдрібніші частинки профілю. Процес називається абразією, це основний механізм зносу гофровалів.

Щоб продовжити термін служби гофровала, потрібно знизити коефіцієнт, за якого частинки матеріалу стираються з вершин гофрів. При цьому постачальники валів мають враховувати основні фактори, що впливають на абразивний знос.

Якість флютинга

Якість паперу сильно впливає на термін служби гофровалів. Основні фактори, на які потрібно звернути увагу, — це, по-перше, мінеральні речовини або сторонні включення, які містяться в папері.

Мінеральні речовини в папері залежать від його походження; це здебільшого пісок, кремнезем, кварц та оксид алюмінію.

Сторонні включення настільки тверді, що діють як невеликі різці, які стирають частинки матеріалу з вершин гофрів. Це погано позначається на терміні служби валів.

Вміст мінералів у папері потенційно є найшкідливішим з усіх можливих факторів. Менш шкідливими є жорсткість (або опір деформації) паперу, а також коефіцієнт тертя між папером та поверхнею вала.

Коефіцієнт гофрування

Різниця відносної швидкості флютинга та вершин гофрів залежить від коефіцієнта гофрування. Вона безпосередньо пов’язана з величиною ковзання паперу по гофрам і, відповідно, з коефіцієнтом, за якого частинки матеріалу стираються з вершин гофрів.

Дрібні гофри менш стійкі до абразії, ніж великі, які мають вищий коефіцієнт гофрування.

Інші фактори

До них відносять натяг паперу при подачі на вали та, що важливіше, рівень натягу паперу при проходженні між валами (це впливає на абразивну дію паперу при протягуванні по вершинах гофрів).

Ступінь попередньої обробки паперу паром також впливає на легкість, з якою папір формується на валах, і, відповідно, на термін служби валів.

Бруд або великі включення в папері, розмір яких перевищує товщину флютинга після пресування (0,5 мм або більше), можуть зруйнувати або пошкодити поверхню валів і прискорити їх знос.

Явище, яке ще повністю не вивчено, залежить від дуже високого механічного тиску, що існує між вершиною і западиною гофрів.

Механічне навантаження на вали позначається на тиску в зоні контакту, який становить 25-50 кг/см залежно від конфігурації гофропреса.

Під дією цього тиску великі включення, які містяться в папері, проникають у вершини гофрів і деформують сталь у вигляді кратера з обідком по краю.

Вторинний ефект цього явища — це стискання пазів на валу, що часто ускладнює видалення або заміну латунних пластин або ущільнювальних прокладок.

Підвищення зносостійкості

Поверхня валів має бути твердою і міцною, щоб вали були більш зносостійкими і менш схильними до стирання. Твердість без міцності призведе до механічних пошкоджень (відколів або відшарувань) на поверхні вала.

Пошкодження такого роду збільшують ступінь зносу валів. Щоб досягти оптимальної поверхневої обробки, постачальники розробили різні технології для проведення процедури загартування та нанесення покривного захисного шару, які описані нижче.

До факторів, які можуть вплинути на збільшення терміну служби валів, відносять оптимізацію радіуса вершин гофрів, щоб запропонувати кращий практичний компроміс між зносом і коефіцієнтом гофрування, і покращення поверхневої обробки, щоб мінімізувати коефіцієнт тертя і ступінь побічного натягу паперу між валами.

Останній фактор, який впливає на термін служби валів, — це їх здатність до безперебійної роботи за будь-яких робочих швидкостей. Вібруючі або неточно виставлені вали збільшують ефект сплющування вершин гофрів і призводять до передчасного руйнування поверхні валів і значного скорочення терміну їх служби.

Вібрація гофровалів

Вібрація — це складне поняття, для повного розуміння якого потрібна спеціальна інженерна освіта. Однак існують базові поняття, що визначають чутливість до вібрації, і ці поняття можна використовувати для розуміння власних характеристик гофропреса.

Якщо вдарити по камертону, він буде вібрувати із заданою частотою і відтворить ноту певної висоти. Частота вібрації камертона однакова при кожному ударі. Ця частота називається власною частотою коливань.

Вона залежить від маси і твердості камертона. Як і камертон, будь-що (в тому числі і гофровали) має власну частоту, і ця частота також залежить від маси і твердості.

Ефект удару в гофропресі виникає під дією навантаженого притискного вала, який по черзі ударяє по кожній вершині гофровала. При зміні швидкості гофропреса змінюється частота швидкості ударів.

Якщо в якийсь момент швидкість ударів притискного вала збігатиметься з власною частотою одного з основних компонентів гофропреса (тобто одного з валів), то цей компонент буде вібрувати зі своєю власною частотою і сильно резонувати.

Швидкості, за яких проявляється цей ефект, називають критичними швидкостями, і вони різні для машин і профілів.

У будь-якій специфікації до гофровалів вказані основні фактори, пов’язані з вібрацією. Це власна частота коливань і амплітуда (значення рівня коливань) вібрації. Амплітуда, як і власна частота, також залежить від маси і твердості.

Важливими факторами, які враховують при конструюванні вала хорошої якості, є фактори, що максимально знижують ефект вібрації при оптимізації твердості вала, підборі відповідної моделі профілю і розрахунку бомбування.

Компенсуючим фактором є оптимізація власної частоти валів так, щоб вона не вступала в конфлікт з власною частотою машини, на якій вони будуть встановлені.

Особливо це важливо для старих гофропресів, які мають менш жорстку конструкцію; неправильний підбір характеристик за жорсткістю може погано позначитися на чутливості до вібрації через високий резонансний ефект конструкції.

І навпаки, нові машини, оснащені жорсткішою і важчою конструкцією, легше поглинають ефект резонансу валів без шкідливого впливу на вібраційні характеристики гофропреса.

При підвищенні жорсткості валів шляхом збільшення товщини стінки виникає негативний побічний ефект — збільшується вага вала, що небажано, і зменшується паровий простір всередині вала, а отже, зменшується тепловіддача через стінки вала на папір.

Інші фактори, що впливають на вібрацію, пов’язані з конструкцією гофропреса. При збільшенні діаметрів притискного вала і гофровалів підвищується стабільність. Ліквідація притискного вала призвела до драматичного ефекту.

Упори притискного вала також знижують рівень вібрації, оскільки вони сприяють передачі підвищеного тиску на корпус вала, не чинячи шкідливого впливу на якість картону.

Створюється ефект скорочення коливань притискного вала, який проявляється в тому, що притискний вал не потрапляє в канавки між вершинами гофрів на гофровалах, а навпаки, притискає. Упори дозволяють машині пом’якшити вібрацію притискного вала.

До інших факторів, що впливають на вібраційні характеристики гофропреса, відносять ефект загасання, викликаний іншими вузлами машини, наприклад, точками кріплення валів (підшипники та їхні корпуси, накопичувальні пристрої тощо), боковинами машини, нестандартними фундаментами та будь-якими системами, що гасять вібрацію, які постачаються з машиною.

Гофропреси без притискних валів працюють з меншим рівнем шуму і вібрації, і їх термін служби значно вищий, а знос менший.

Параметри гофровалів

Технічні характеристики будь-якого гофровала визначають за декількома основними кількісними характеристиками, а якість — за рівнем допустимих відхилень тих чи інших технічних параметрів, що діють при виготовленні.

Будь-який параметр вала впливає на профіль виробленого картону та на динаміку гофропреса, на якому вали встановлені.

Перше, на що потрібно звернути увагу при виборі конфігурації гофрів, — вали повинні відповідати стандартним технічним характеристикам для певного маркування гофрів. У розділі 7.5 стандарту ВS 1133 зазначено наступне:

У таблиці наведено широкий діапазон допустимих технічних характеристик для кожного профілю гофрів. Рішення щодо використання певного профілю для роботи на гофроагрегаті залишається за гофрозаводом.

Технічні умови для кожної певної технологічної операції можна підібрати за відповідністю оптимальних технічних характеристик вала потребам заводу.

Основні параметри, які зазвичай використовують для визначення технічних характеристик гофровалів та інших характеристик, пов’язаних з кожним параметром, описані нижче.

Крок гофрів

Крок гофрів — це відстань між вершинами сусідніх гофрів, його іноді визначають як кількість гофрів на лінійний метр.

Зменшення кроку гофрів (без зміни інших параметрів) призводить до покращення показників картону за ЕСТ (випробування на торцеве стиснення) та FCT (випробування на площинне стиснення), а також до покращення якості поверхні картону для друку.

При цьому збільшується коефіцієнт гофрування, а також рівень зносу валів. Вібрація та механічний шум, як правило, зменшуються.

Висота гофрів

Висота гофрів — це відстань від вершини двох сусідніх гофрів до нижньої точки западини між ними. Зменшення висоти гофрів (без зміни інших параметрів) призводить до зниження показників ЕСТ, коефіцієнта гофрування, а також рівня зносу валів.

Радіус вершини та западини гофрів

Радіуси вершини та западини гофрів розраховані на спільну роботу, в ході якої вони об’єднуються для формування паперу заданого профілю. З точки зору оптимізації теоретичні показники радіуса вершини картону повинні бути невеликими.

На практиці фактичний радіус більшою мірою залежить від ваги та товщини паперу, що використовується для гофрування. При зменшенні радіуса вершини зменшуються коефіцієнт гофрування та рівень вібрації.

Бічний зазор

Щоб уникнути контакту між флютингом та бічною поверхнею профілю гофра, профіль послаблюють таким чином, щоб був зазор. У кожного постачальника валів є своя теорія про якість, властивості та конфігурацію бічного зазору.

Бомбування валу

Щоб гарантувати рівномірний розподіл тиску між трьома валами по всій ширині, один гофровал і притискний вал бомбують, тобто діаметр у центрі валу відрізняється (зазвичай він більший) від діаметру на краях валу.

Вал, через який проходить флютинг, зазвичай шліфують паралельно. Розрахунок бомбування валу визначають за величиною напруги згину валу на машині. Основні характеристики — це ширина і жорсткість.

Жорсткіші вали піддають меншому бомбуванню, менш жорсткі (широкі вали або вали з тоншою стінкою) більшому бомбуванню. Крім того, при розрахунку необхідно враховувати матеріал притискного валу (сталь або чавун).

Мета полягає в тому, щоб досягти прямої лінії в точці контакту притискного валу з сусіднім гофровалом, оскільки саме в цій точці відбувається зчеплення лайнера з флютингом на гофропресах для виготовлення двошарового гофрованого картону з притискним валом.

З поширенням використання мікрогофри та високошвидкісних гофропресів для виробництва двошарового гофрованого картону зросли вимоги до точності машинної обробки гофропрофілів.

Крім того, на більш широких гофроагрегатах, а відповідно, за вищого бомбування, потрібно було компенсувати збільшений діаметр по центру валу (відносно країв), зменшуючи коефіцієнт гофрування, щоб уникнути утворення нерівностей та заломів на папері та забезпечити його рівномірну подачу в зону формування на притискному пресі.

Діаметри валів

Діаметр валу зазвичай спеціально розробляють під певний гофропрес. Діаметр сильно впливає на технічні характеристики гофропреса.

Вали більшого діаметру — жорсткіші та мають меншу висоту бомбування. Вони оснащені великою паровою камерою, мають кращі вібраційні характеристики та в цілому стабільніші в експлуатації.

Ці вали довше контактують з флютингом, оскільки мають більший діаметр окружності, що гарантує довший час проникнення тепла на високих робочих швидкостях. Зворотний бік валів більшого діаметру — довжина лабіринту.

Під час проходження флютинга через гофри напруга зростає. Якщо напруга перевищить межу міцності паперу, то полотно порветься. Що більший діаметр валів, то більше гофрів контактує з папером у лабіринті та більшою стає напруга полотна.

Ефект можна зменшити, покращивши якість поверхневої обробки валів або покривши вали матеріалом, який має нижчий коефіцієнт тертя з папером (наприклад, хром), і таким чином зменшити рівень напруги полотна.

На малюнку показано, як зростає напруга в лабіринті для валів різного діаметру відносно коефіцієнта тертя між папером і валами.

Альтернативне рішення — використовувати маленький вал у поєднанні з великим. Це дозволить зменшити довжину лабіринту та використовувати переваги великих валів.

Однак при цьому виникають труднощі в досягненні рівного зносу валів різного діаметру. Необхідно врахувати ступінь деформації меншого валу. Вали і, звичайно, гофроагрегат повинні бути сконструйовані особливим чином, щоб реалізувати це рішення.

Поверхнева обробка і покриття поверхні валів

Введення в технологію поверхневої обробки

У промисловості дедалі ширше використовуються спеціальні покривні матеріали для покращення експлуатаційних характеристик гофровалів. Довговічність і зносостійкість сталевої поверхні валів без покриття залежать від процесу загартування.

Загартування поверхні здійснюють різними способами. Найбільш поширені технологічні процеси описані в цьому розділі нижче.

Процеси засновані на перетворенні структури поверхневого шару сталі. Властивості обробленої поверхні залежать від характеристик використовуваної сталі.

Потрібно знати, що чим твердішими стають традиційні сталеві вали в процесі загартування, тим вони крихкіші. Крихкі вали більш схильні до відколювання і тріщиноутворення в процесі експлуатації.

Внаслідок цього оптимальний показник твердості поверхні за Роквеллом становить приблизно 63. Практика показує, що на нових валах він часто нижчий (60-61).

Однак твердість валів індукційного загартування іноді підвищується в процесі використання, оскільки під час загартування відбувається втрата вуглецю (сплавленого зі сталлю для підвищення здатності до загартування) на поверхні валів, отже, твердість поверхневого шару валу може бути дещо нижчою за твердість матеріалу, що знаходиться під ним.

Як результат, вали зношуються з різною швидкістю в процесі експлуатації (див. розділ про знос валів). Знос валів спостерігаємо при поступовій зміні товщини картону, що випускається.

Щоб зменшити цей ефект, захистити вал від зносу і збільшити термін його служби, були розроблені покривні матеріали, які витіснили поверхні із загартованої сталі.

Покривний шар — це тонкий прикордонний шар більш твердого і зносостійкого матеріалу, який діє як бар’єр між папером і поверхнею валу.

Нижче детально описані різні технологічні процеси загартування і нанесення покривного шару, їх переваги та недоліки.

Індукційне загартування

В основу технологічного процесу загартування покладено зміну структури металу під час нагрівання та подальшого охолодження.

В ідеалі індукційне загартування проводять, якщо вал знаходиться у вертикальному положенні, індукуючи потужне магнітне поле на поверхню валу, використовуючи електричну котушку під напругою, яка охоплює вал і повільно проходить по всій його довжині.

Поверхню валу швидко нагрівають до потрібної температури. Потім поверхню миттєво загартовують маслом для охолодження. Структурні зміни, які відбулися в сталі під час нагрівання, блокуються всередині, при цьому утворюється твердіший (близько 68 за Роквеллом) поверхневий шар глибиною 4-5 мм.

Після швидкого загартування вали піддають наступному процесу обробки, відомому під назвою відпуск. Під час відпуску вали повторно нагрівають у печі до температури, набагато нижчої за температуру загартування, і дають їм повільно охолонути.

При поєднанні цих технологічних процесів отримують зносостійку поверхню з показником твердості за Роквеллом більше 63.

Індукційне зміцнення — це швидкий, відносно дешевий і контрольований технологічний процес, в ході якого отримують традиційну зміцнену поверхню, що має всі характеристики та обмеження.

В результаті спостерігаємо повільне погіршення характеристик валів у процесі природного зношування між флютингом і зміцненими вершинами гофрів.

Азотування

Під час азотування вали нагрівають у спеціальній печі з високим вмістом азоту всередині. На поверхні валу утворюється тверда плівка глибиною близько 0,75 мм.

До переваг азотованих валів належать відмінні зносостійкі характеристики, набуті завдяки структурним змінам, що відбулися під час процесу зміцнення.

Однак, якщо вали були деформовані у процесі зміцнення, то можуть виникнути проблеми при шліфуванні, оскільки плівка, що покриває вал, дуже тонка. Щоб продовжити термін служби валів, що були у використанні, виробник повинен їх повторно шліфувати та проводити процедуру зміцнення.

Технологічний процес азотування добре розвинений і широко використовується, вартість проведення процесу відносно низька, а проблеми деформації поверхні виникають рідко.

У процесі експлуатації вали, що піддавалися азотуванню, показують низькі та стабільні характеристики зносу доти, доки не зникне поверхнева плівка, після цього знос прискорюється.

Суперзміцнення іонним азотуванням

Для покращення характеристик зносостійкості та збільшення глибини поверхневої плівки, отриманої при традиційному азотуванні, деякі постачальники розробили методики, що поєднують іонне азотування та індукційне зміцнення.

Показник твердості за Роквеллом залишається близько 63-64, але товщина поверхневої плівки збільшується на 1,2-1,4 мм.

Традиційне хромування

Двадцять-тридцять років тому у деяких країнах, наприклад, США, воно стало домінуючим способом при поверхневій обробці гофровалів. При хромуванні отримують твердий, зносостійкий прикордонний шар на зміцненій сталевій поверхні валу.

У процесі електролітичного осадження (гальванізації), який використовують для нанесення хрому, спостерігається осадження більш товстого шару матеріалу на ділянках, розташованих ближче до електрода. Отже, на вершинах профілів гофрів шар хрому буде більший, ніж збоку або на западинах.

Вважають, що це корисна властивість, оскільки вершини гофрів у гофровалах найбільш схильні до природного зношування. (Різні постачальники наносять різний шар хромового покриття, зазвичай його товщина становить близько 0,1 мм на вершинах гофрів).

Додаткова перевага хромування — низький коефіцієнт тертя між поверхнею хрому та флютингом. Рівень напруги в лабіринті знижується.

Вали з тонким хромованим шаром поверхневого покриття непридатні для високоабразивних марок паперу, у цьому випадку використовують зміцнені вали.

Хромований шар відшаровується, якщо в папері є великі (понад 0,5 мм) включення. Відшаровані шматки чіпляють флютинг, і гофри деформуються. Хромовані вали краще підходять для чистого флютингу з первинного волокна.

Якщо використовувати папір відповідної якості, то термін служби хромованих валів буде більшим за термін служби валів із загартованої сталі. Однак їх початкова закупівельна вартість вища, а відносні економічні показники кожен користувач прораховує індивідуально.

Перевірити стан комплекту хромованих валів у міру їх зносу в процесі експлуатації не так просто, як стан традиційних валів із загартованої сталі.

Поки цілісність хромованого прикордонного шару не порушена, знос іде дуже повільно і його важко виміряти. Після того як зносився шар хромового покриття, швидше зношується вал, тобто спостерігаємо традиційний зразок зносу.

Стан хромового покриття перевіряють, наносячи на поверхню валу розчин мідного купоросу через певні інтервали в процесі експлуатації (скажімо, кожні три місяці).

Покриття зносилося на ділянках, де під дією мідного купоросу поверхня валу стала коричневою. Найбільш чутливі ділянки розташовані в центрі валу по краях пазів.

Рішення щодо заміни валів приймають на заводі; на практиці вали використовують, поки хромований шар не зноситься до основного матеріалу і не буде досягнута мінімальна товщина.

Як варіант, економічно вигідно міняти вали, щойно при проведенні тесту з мідним купоросом будуть виявлені перші ознаки зносу покривного шару.

Перевага даного варіанту в тому, що для відновлення зношених валів не потрібна інша додаткова обробка, крім зачистки, шліфування і нанесення нового покривного шару.

У цьому випадку маємо значну економію порівняно з повним циклом відновлення або вторинної нарізки і нанесення нового хромованого покривного шару.

Покриття V-хромом або твердим хромом

При даній технології отримують зносостійкий прикордонний шар кращої якості, який має триваліший термін служби порівняно з традиційним хромуванням.

Вважають, що термін служби валу, що зазнав такої обробки, наближається до терміну служби валів з покриттям з карбіду вольфраму, але вартість технологічного процесу значно нижча.

Матеріал, що використовується в процесі гальванізації, не відрізняється від матеріалу, що використовується при традиційному хромуванні, зміни внесені безпосередньо в процес гальванізації.

Використовуючи V-хром, отримують щільніше покриття з покращеними експлуатаційними характеристиками. Вали експлуатують, обслуговують і тестують, як традиційні хромовані вали. Товщина покриття V-хрома на вершинах гофрів зазвичай становить близько 0,15 мм.

Покриття карбідом вольфраму

Гофровали з покриттям із карбіду вольфраму стали популярні в Європі наприкінці 1990-х рр., але в США їх почали використовувати набагато раніше.

Покривний шар з карбіду вольфраму складається з дуже твердих частинок цього матеріалу, які зв’язуються між собою та з поверхнею валу за допомогою матриці (зазвичай кобальтової). Щоб покривний шар мав додаткові характеристики, такі як корозійна стійкість, додають нікель або хром.

Покривний шар наносять на вал кількома способами. Один із них — високошвидкісне газополум’яне напилення (ВГПН).

Матеріал для покривного шару у формі порошку вводять у потік газів, нагрітих до температури вище за температуру плавлення порошкового металу, і розпилюють на поверхню валу.

За характером процес ВГПН краще підходить для випадків, де матеріал покриття наносять на поверхню під кутом 90 градусів (погано покриває бічні поверхні гофрів на валу). Покриття можна успішно наносити під кутом не менше 60 градусів, тому ВГПН посідає своє місце на ринку гофровалів.

Інший поширений спосіб нанесення покриття — це детонаційна (D Gun) та супердетонаційна гармата (Super D-Gun).

Простіше кажучи, в обох процесах дрібні частинки матеріалу для покривного шару вистрілюють на поверхню валу з високою швидкістю: D-Gun — 760 м/сек, Super D-Gun — 900 м/сек.

При ретельному контролі технологічного процесу частинки накопичуються і утворюють дуже щільне і стабільне покриття з відмінними робочими характеристиками.

Основні переваги процесів — нанесення під кутом до 45 градусів покривного шару, який має характеристики, близькі до оптимальних.

При цьому отримують відмінні властивості щільного шару матеріалу покриття та здатність (при належному контролі) точно розподіляти частинки, щоб отримати рівномірну товщину покриття на поверхні валу.

До недоліків відносять необхідність полірувати або обробляти шорстку поверхню валу після нанесення покривного шару та високу вартість процесу порівняно з іншими способами обробки поверхні.

При нанесенні будь-якого покривного шару, у тому числі карбіду вольфраму, важливо, щоб покриття добре прилягало до поверхні, наносилося рівномірно, поверхня після остаточної обробки була гладкою, а також щоб флютинг вільно проходив через лабіринт між валами в процесі виробництва (низький коефіцієнт тертя).

На початковому етапі новатори зазнали фіаско при використанні покриттів з карбіду вольфраму через недотримання деяких параметрів.

Ситуація змінилася після того, як вали стали ретельніше обробляти перед нанесенням покриття, покращили технологію його нанесення, дослідили структуру покривних матеріалів і розробили ефективні технології полірування.

Нанесення покриття з карбіду вольфраму — це досить дорогий процес, який виконують у себе на підприємствах лише небагато постачальників валів.

Переваги цього способу — тонка, міцна та довговічна поверхня з високим ступенем зносостійкості. До основних переваг відносять збільшений термін служби валів і постійні характеристики протягом усього періоду експлуатації.

Якщо вали з карбідом вольфраму використовують як частину чітко розробленої програми по гофровалах, то їх зазвичай знімають з машини, щойно покриття почало зношуватися. Відповідно, зміна товщини картону протягом усього терміну служби валів буде непомітною.

Вали відновлюють за мінімальною вартістю. У специфікації на вали з карбідом вольфраму вказують тільки мінімальний допуск на знос валів у процесі експлуатації.

Для оптимізації роботи з першого дня визначають параметри і мінімізують коефіцієнт гофрування. При обслуговуванні перевіряють цілісність покриття з карбіду вольфраму. Для цього проводять такий самий тест з мідним купоросом, як і для хромованих валів.

Покривний шар на поверхні дуже тонкий (мін. 0,04 мм — макс. 0,14 мм залежно від постачальника і методу нанесення), отже проводити виміри на валах гофропреса фізично складно.

При відновленні валів з покриттям з карбіду вольфраму знімають дуже тонкий залишковий покривний шар, після чого злегка перешліфовують профіль, повторно наносять покривний шар і проводять остаточну обробку.

Технічні характеристики відновленого валу будуть такими самими, як і характеристики нового валу, без будь-яких відмінностей в геометрії, остаточній обробці або терміні служби.

Комплект валів може прослужити кілька термінів. Нові технології, що застосовуються для нанесення покриття з карбіду вольфраму, дозволяють отримати гладкіші поверхні, дуже схожі на шліфовану сталь.

Нагрів гофровалів

Необхідність нагріву

У технологічному процесі гофрування на двох основних етапах використовують нагрів гофровалів. По-перше, нагрів необхідний для підвищення температури клею до температури його желатинування. Цей процес широко вивчений і описаний у розділі про крохмальний клей.

По-друге, нагрів необхідний при гофруванні флютингу. Цей процес вивчений гірше.

Якщо технологічний процес гофрування паперу проходитиме за недостатньої кількості тепла, то можна отримати тільки гофри неправильної форми через природний опір паперу деформації.

Папір завжди прагнутиме прийняти форму рівного полотна, ту форму, яку він набув на папероробній машині.

Опір обумовлений характером і міцністю атомних (водневих) зв’язків, які утримують волокна разом і надають паперу міцності. Щоб якісно сформувати і зберегти профіль флютингу, потрібно послабити зв’язки між волокнами і деформувати їх.

Папір стає більш гнучким після того, як його обробили паром з парових сприсків і нагріли на валах попереднього нагріву паром. Оброблений папір подають на гофровали.

Принцип нагріву

Майже всі гофровали, що використовуються у промисловості, нагрівають паром. Це дешевий і ефективний спосіб пропарювання паперу. Для нагріву використовують різні системи, в яких діють загальні закони термодинаміки.

Щоб отримати пар у посудині при атмосферному тиску (1 бар), воду нагрівають до температури кипіння 100°С. Якщо ми продовжимо нагрівати посудину, то вода почне перетворюватися на пар, при цьому температура буде не вищою за 100 °С, поки вся вода не випариться.

Під час цієї фази пар перебуває в так званому сухому насиченому стані. Якщо ми візьмемо енергію, яка необхідна для перетворення всієї киплячої води в сухий насичений пар, то вона буде приблизно в 5,4 рази більшою за енергію, потрібну для підвищення температури води від 0°С до точки кипіння.

Енергію, необхідну для перетворення води в пар, називають прихованою теплотою. При подальшому нагріві пара підвищується його температура. Підвищення температури називають перегрівом пара.

Якби гофроагрегати працювали на сухому насиченому парі при атмосферному тиску, максимально вдалося б досягти температури 100°С.

Рівень температури на поверхні валів, необхідний для виробництва гофрокартону хорошої якості, що відповідає заданим параметрам, має досягати 140-180°С. Щоб досягти такої температури, потрібно підвищити тиск пару.

Всі знають, що температура, при якій вода закипає на вершині високої гори, нижче 100°С. Відомо також, що для того, щоб зупинити кипіння води в радіаторі автомобіля, підвищують тиск у системі охолодження на 0,2 бара вище атмосферного тиску.

Знижений атмосферний тиск на вершині гори знижує температуру кипіння, а підвищений тиск у системі охолодження підвищує її.

При підвищенні тиску температура кипіння (або насичення) продовжує підвищуватися; якщо уявити залежність температури від тиску у вигляді графіка, отримаємо криву.

Інформацію з цієї кривої можна представити у вигляді таблиці водяного пару. При тиску 13 бар температура насичення становить 195,1°С, а при 15 барах — підвищується до 201,45°С.

Через різницю температур всередині та зовні гофровалів на більшості заводів (залежно від типу гофроагрегатів та робочих швидкостей) витрачають пар під тиском у цьому діапазоні.

Незважаючи на те, що температура перегрітого пара вища, він не віддає теплову енергію так само швидко, як сухий насичений пар, який віддає велику кількість енергії при конденсації.

Щоб ефективно використовувати пар, через парову систему на гофроагрегат подають насичений пар під високим тиском (зазвичай 13-15 бар) і використовують енергію прихованої теплоти (енергію, звільнену при перетворенні пару у воду), щоб передати пар на вали.

Пар знову перетворюється у воду (конденсат) під час віддачі енергії, перетворення відбувається при постійній температурі. Щоб оптимізувати роботу гофропреса, конденсат швидко відводять від валів різними способами, які будуть розглянуті в цьому розділі нижче.

Зазвичай проблеми з розподілом пару на гофроагрегаті виникають через втрати на лінії або при транспортуванні від котла до гофроагрегату.

Довгі ділянки труб з поганою ізоляцією призводять до втрати тиску (а отже, і температури) та погіршення якості пару, тому частина енергії прихованої теплоти втрачається через стінки труб. За таких обставин пар конденсує і надходить на гофропрес у вологому (частково використаному) стані.

Іншою поширеною помилкою є генерування пари вищого тиску, ніж потрібно для процесу гофрування, і зниження тиску на гофроагрегаті.

Зниження тиску викликає штучний перегрів пари, а перегрітий пар буде охолоджуватися на валах, перш ніж віддати свою приховану теплоту. У кращому випадку це неефективно, у гіршому — шкідливо для технологічного процесу гофрування.

На деяких заводах знижують тиск на гофропресах, щоб компенсувати якимось чином вплив довгих трубопроводів та поганої ізоляції (зниження тиску вологого пару може призвести до миттєвого випаровування конденсату та видалення пару до його використання на гофропресі), але це дорогий спосіб для компенсації поганої конструкції або поганої ізоляції парового колектора. Енергія витрачається даремно.

Системи відведення конденсату

Ефективне видалення конденсату та неконденсованих газів важливо при роботі будь-якого гофропреса.
Навіть невелика кількість води на валах сильно знижує теплопередачу, і температура валів значно падає (при теплопередачі опір 1 мм води дорівнює опору 55 мм сталі, а 1 мм повітря — 550 мм міді).

Інший побічний ефект від зібраного конденсату — деформація валів (у формі банана). Особливо це помітно при запуску і погано позначається на якості картону.

Існує чимало систем, що керують подачею та поверненням конденсату. У книзі висвітлено лише ту частину цього технологічного процесу, яка відповідає за відведення конденсату з валу.

Протягом багатьох років використовували лише одну систему (сифонну трубку). Останнім часом запропоновано багато нових рішень, які підвищують ефективність цієї технологічної операції.

У наступному розділі описані недоліки сифонних трубок і представлені найбільш поширені альтернативні варіанти.

Сифонні трубки

Сифонна трубка — поширена система відведення конденсату, яку використовують протягом багатьох років. Система проста, дешева і добре працює.

Але чому ж ми бачимо чимало альтернативних систем, що набувають популярності? Відповідь проста — швидкі гофроагрегати та підвищені вимоги до якості продукції виявили недоліки систем з сифонною трубкою.

Сифонна трубка завжди вважалася компромісним рішенням. Вона працює лише у тому випадку, якщо розмір зазору між краєм трубки та стінкою валу виставлений правильно. Після установки валу цей зазор побачити неможливо.

Якщо він занадто малий, трубка буде контактувати зі стінкою валу, обмежуючи потік конденсату, при цьому сама трубка розвернеться або зламається. Якщо зазор занадто великий, на валу залишиться калюжа конденсату, температура валу знизиться і він деформується.

Отже, потрібно постійно проводити технічне обслуговування сифонних трубок, вони непридатні для використання на високошвидкісних гофроагрегатах.

Коли вали досягають високих швидкостей обертання, під впливом центробіжної сили створюється конденсатне кільце на внутрішній окружності валу. Утворене кільце значно зменшує теплопередачу від пару до валу, при цьому знижується температура на поверхні валу.

Отже, які є альтернативні рішення?

Система управління конденсатом (CCS) та система Termoroll (термовал)

Система термовал — це гофровали з прорізами, виконаними по внутрішньому діаметру валу. Прорізи діють як канали для відведення конденсату вздовж по валу в зону резервуару.

Використовуючи систему CCS, воду відкачують з резервуару через коротку сифонну трубку спеціальної конструкції; трубка вмонтована в графітовий підшипник і акуратно встановлена всередині валу.

Переваги даної системи в тому, що конденсат (навіть за високих швидкостей обертання) стікає в прорізи, а решта внутрішньої поверхні валу піддається впливу пару.

Крім того, коротка і точно встановлена сифонна трубка забезпечує значно вищий ступінь сухості валу, ніж традиційна сифонна трубка. Завдяки цій системі вдалося досягти постійної температури та мінімальної деформації валу.

Особливість цієї системи — у можливості переходу на традиційну систему з сифонною трубкою, якщо є така необхідність. Зазвичай при переході на систему CCS не потрібно проводити модернізації існуючої парової системи.

Її основні недоліки — це додаткові витрати, а також те, що якщо CCS можна встановити на існуючі вали при модернізації, то система термовал повинна бути вбудована у вали з першого дня.

Система Бауманна (Baumann)

Іншим альтернативним рішенням є диск Бауманна, який вбудовують у вал під час виготовлення. Пар, як зазвичай, подають у вал, але вал не оснащений сифонною трубкою для відведення конденсату.

Замість трубки на валу є диск, який встановлений з одного боку валу, з невеликим зазором (1-1,5 мм) між його зовнішнім краєм та внутрішньою стінкою валу. Зазор дозволяє забезпечити відведення певної кількості конденсату та пари від валу.

Диск Бауманна дозволяє швидко, безперервно та ефективно відводити конденсат від валів завдяки ретельному контролю перепаду тиску між входом та бічними сторонами конденсатної системи.

Вали, оснащені диском Бауманна та відповідною паровою системою, оптимізують робочу температуру та працюють з мінімальною деформацією.

Недоліками цієї системи є додаткові витрати та великий обсяг модернізації, який потрібно виконати на будь-якій існуючій паровій системі.

Система динамічного скидання

Система аналогічна системі Бауманна, але для переміщення конденсату до одного з кінців валу використовують конусоподібну воронку. Замість диска у системі встановлений ряд схожих на спиці трубок зі спеціальними клапанами для безперервного виходу конденсату та пари з валу.

Переваги та недоліки цієї системи аналогічні перевагам та недолікам системи Бауманна.

Система периферійного нагріву

Першою систему периферійного нагріву під назвою RVL представила фірма Terdeca. Це система, у якій повністю переосмислені системи парового нагріву гофровалів, вакуумного утримання флютингу на гофровалах та лайнера на притискному валу.

Тут використовується ряд отворів, просвердлених у стінці гофровалу ближче до зовнішньої окружності. Отвори для пару розташовані парами: перший канал для пару проходить через вал від вхідного патрубка до зовнішньої сторони валу, по другому каналу пар повертається назад через вал до вхідного патрубка.

Вакуумні радіально просвердлені отвори чергуються з паровими отворами і створюють вакуум для утримання паперу через невеликі отвори.

Природа системи така, що в ній завжди є невеликий об’єм пари. Він переміщується з високою швидкістю, отже конденсат відводять і не збирають у валах.

Після того як пар пропустили через перший гофровал (центральний вал у системі), його направляють каскадом через другий гофровал, а потім — в інший посуд (притискний вал або підігрівач), щоб витягти залишок енергії прихованої теплоти.

Переваги RVL:
• ефективний нагрів валів (остиглі вали нагрівають лише за кілька хвилин);
• підтримання постійної температури і мінімальна деформація під час запуску;
• можна встановити на будь-якому гофропресі, може працювати при зниженому тиску пари;
• парова камера така мала, що на неї не поширюються правила для посудин під тиском.

Додатковими перевагами є зручність системи для користувача і невисокі вимоги до проведення технічного обслуговування.

Щоб встановити периферійну систему нагріву, потрібно провести невелику модернізацію будь-якої існуючої парової системи. Наявні вали можна буде використовувати тільки на інших гофропресах.

Закупівля і технічне обслуговування гофровалів

Економічні особливості закупівлі гофровалів

Існує два варіанти закупівлі гофровалів. Перший — це пряма угода про закупівлю, що є загальноприйнятим варіантом. Другий — оренда гофровалів або оплата за користування в рамках програми використання валів.

Як у першому, так і у другому варіантах з економічної точки зору головну роль відіграють відносини між оборотним капіталом, собівартістю, профілем гофрів і терміном служби валів.

Вивчаючи питання закупівлі валів, перше, на що потрібно звернути увагу з економічної точки зору, — це профіль гофрів. Крім прийнятих стандартів для широко використовуваних профілів В, С, Е тощо, існує багато інших типів профілів.

Характеристики картону, що випускається на валах, залежать від висоти, кроку і радіуса вершини профілю (див. розділ про параметри валів). При виборі профілю кожне підприємство приймає важливе стратегічне рішення.

Перше, на що потрібно звернути увагу при прийнятті рішення, — це коефіцієнт гофрування, оскільки він сильно впливає на вартість картону. Наприклад, якщо знизити коефіцієнт гофрування на 2%, то завдяки економії паперу можна окупити вали в період їх служби.
Дані формули можна використовувати як керівництво по поточних витратах по коефіцієнтах гофрування:

1. Коефіцієнт гофрування (КГ)
КГ = [(початковий коефіцієнт – новий коефіцієнт) / початковий коефіцієнт].
Наприклад, для двох гіпотетичних профілів В:
КГ = [(1,3504 – 1,3165) / 1,3504] = 0,0251.
Цифру можна виразити у відсотках, помноживши на 100, — отримаємо 2,51%.

2. Економія витрат на папір за період терміну служби валу (€)
Економія витрат на папір = економія ваги паперу в тоннах (ЕВП) х вартість паперу за тонну.
ЕВП = КГ х середня вага паперу х загальна площа флютингу на валах, або:
ЕВП = КГ х [середня вага паперу х (термін служби валу х початковий КГ х середня ширина формату)].
Якщо середня вага паперу = 105 г/кв. м, прогін валу = 40 мпм, середня ширина формату = 2 м, а вартість паперу = 300 € за тонну, то отримуємо:
ЕВП = 0,0251 х [105 х (40 х 1,3504 х 2)] = 284,7 тонни.
(Примітка: одиниці ваги в г/кв. м і термін служби в млн погонних метрів взаємно скорочуються. Крім того, при підвищенні коефіцієнта гофрування співвідношення коефіцієнтів стане від’ємним числом, і замість зниження витрат отримаємо їх підвищення).
Отже, економія витрат за період служби валів = 300 х 284,7 = 85410 €.

Варто відзначити, що наведені вище приклади є приблизними і залежать від різних ступенів зносу гофровалів. Водночас, вони дають спрощений спосіб оцінки відносних витрат для різних профілів.

Другим економічним фактором є співвідношення терміну служби валу і його вартості. При розрахунку цього співвідношення потрібно враховувати загальну вартість валів, підшипників та інших деталей, що використовуються при монтажі, а також трудовитрати на монтаж валів.

Простий розрахунок вартості валів на мільйон погонних метрів (мпм) виглядає наступним чином:

Вартість = [вартість валів + вартість підшипників і т. д. + трудовитрати при монтажі] / строк служби валу.

При вартості валу 57000 €, вартості підшипників та інших деталей 8000 € і монтажних трудовитрат 1600 €, розподілених на термін служби 40 мпм, співвідношення вартість/термін служби (В/мпм) виглядатиме так:
В/мпм = загальна вартість / загальний термін служби.
В/мпм = 66600 € / 40 мпм = 1665 €/мпм.

Таке ж рівняння використовують для оцінки строку служби валів після перешліфування, тобто після другого і третього прогонів.

Розглянемо гіпотетичну ситуацію з парою хромованих валів діаметром 400 мм. У цьому випадку маємо наступні варіанти: заміна валів після 30 мпм, щойно хромове покриття почне зношуватися, і перешліфування, або експлуатація валів до 40 мпм (дійшовши до загартованої сталі на гофрах).

Обидва варіанти можливі, їх використовують при першому терміні служби валів, при цьому другий варіант дає краще співвідношення вартість/термін служби.

Щоб оцінити триваліший період служби валів, потрібно проаналізувати обидва варіанти протягом подальшого терміну експлуатації валів.

Варіант 1

Первинна вартість закупівлі валів = 67 000 €.
Перший прогін = 30 мпм.
Вартість перешліфування, повторного хромування підшипників і повторного монтажу = 40 000 €.
Оскільки на валах пошкоджено лише хромове покриття, допускають, що після повторної обробки діаметр валу і отриманий профіль будуть відновлені практично як у первинній специфікації і додаткові витрати на папір рівні нулю.

Другий прогін = 30 мпм
Вартість перешліфування, повторного хромування підшипників і повторного монтажу = 40 000 €.
Профіль відновлений до вихідного.

Третій і останній прогін = 30 мпм
Після третього прогону вали здають у брухт, оскільки їх потрібно повністю відновлювати до цапф.
Загалом загальний прогін = 90 мпм.
Загальна вартість закупівлі, ремонту і повторного монтажу = 147 000 €.
Отже, загальне співвідношення вартість/прогін = 1633 €/мпм.

Варіант 2

Первинна вартість закупівлі валів = 67 000 €.
Перший прогін = 40 мпм.
Вартість перешліфування, повторного хромування підшипників і повторного монтажу = 40 000 €.
Оскільки на валах зносилося хромове покриття і частково метал-основа, припустимо, що після відновлення отриманий профіль матиме коефіцієнт гофрування, який збільшить вартість паперу на 25 000 € за період наступного прогону 40 мпм.

Другий прогін = 40 мпм.
Вартість перешліфування, повторного хромування підшипників і повторного монтажу = 40 000 €.
Збільшення вартості паперу після другого відновлення = 50 000 €.

Третій і останній прогін = 40 мпм.
Після третього прогону вали здають у металобрухт, оскільки за будь-якого подальшого зменшення діаметра характеристики валів будуть нижчими за мінімальні характеристики, вказані виробником.

У підсумку загальний прогін = 120 мпм.
Загальна вартість закупівлі, ремонту і повторного монтажу = 222 000 €.
Отже, загальне співвідношення вартість/прогін = 1850 €/мпм.

Кращим рішенням у варіанті 2 було б віддати вали у брухт після другого прогону, оскільки вартість відновлення 40 000 € плюс підвищення вартості паперу на 50 000 € перевищують вартість нового комплекту валів. У цьому випадку варіант 2 виглядає наступним чином:

Загальний прогін = 80 мпм.
Загальна вартість закупівлі, ремонту, повторного монтажу і збільшення вартості паперу = 132 000 €.
Загальне співвідношення вартість/прогін = 1 650 €/мпм.

Вище наведені абсолютно гіпотетичні приклади, реальну ж оцінку дати набагато важче. Однак вони демонструють, що з економічної точки зору краще зняти і відремонтувати вали до того, як вони будуть добряче зношені.

Перед початком ремонтних робіт постачальник повинен назвати передбачувану кількість матеріалу, який необхідно зняти, і, відповідно, переглянутий коефіцієнт гофрування, щоб ви мали більше інформації для прийняття економічного рішення.

Альтернативний варіант, щоб не стежити за цим самостійно, — увійти в програму управління валами і передати відповідальність за оцінку економічного терміну служби в руки постачальника.

Програми управління валами

Чимало компаній, які купують і експлуатують гофровали, вважають, що вигідно укласти з постачальником угоду про закупівлю (або оренду) валів в рамках програми управління валами.

Кожен постачальник пропонує свою програму, структуру її можна адаптувати під індивідуальні вимоги, але основні елементи кожної програми розроблені на базі режиму контролю стану.

У типову програму управління внесені періодичні заміри валів постачальником для оцінки рівня і ступеня їх зносу. Для контролю товщини або швидкості зносу покриття, наприклад, карбіду вольфраму необхідне спеціальне обладнання.

Крім того, система може повідомляти про будь-які тривожні тенденції, наприклад, механічні пошкодження, що виникають у процесі роботи, або дефекти гофроагрегату.

У програму можна включити шліфування валів за різних рівнів зносу, а у звіт повинен бути включений прогноз щодо оптимально економічного часу заміни валів.

Переваги цієї програми в тому, що можна оптимізувати термін служби валів, замовити запасні вали, обговорюючи точну дату поставки, використовувати звіти в системі контролю якості. Крім того, час, призначений для ремонтних та адміністративних робіт, можна використовувати для інших потреб.

До програми можна додати додаткові послуги, такі як консигнаційний запас, вали (або касети), які можна використовувати в аварійних ситуаціях в період ремонту основних валів, гарантії щодо терміну служби та загальні стандарти.

Щоб подовжити термін служби валів після їх встановлення в гофропрес, потрібно дотримуватися простих правил, а саме:

Шліфування валів

Згодом на поверхні гофровалів з’являється характерний сходинковий малюнок. Більше зносу в центрі валу, а сходинки проявляються в точках, що відповідають положенню країв паперу для кожного використовуваного на цих валах формату.

Це призводить до появи ліній нерівномірного притиску в місці дотику з притискним валом і до нерівномірного нанесення клею.

Вали потрібно міняти, коли профіль зносу починає негативно впливати на якість картону, навіть незважаючи на те, що товщина картону перебуває в припустимих межах.

Щоб вирішити цю проблему, використовують алмазну пасту або абразивний брусок для того, щоб зчистити невелику кількість (0,05 мм) матеріалу з вершин гофр по краях валу. Це трудомісткий процес, який вимагає майстерності, оскільки при шліфуванні не повинні утворюватися лисини на вершинах гофрів.

Цей метод, як і інші, при проведенні ремонтних робіт краще використовувати частіше і по трохи. На деяких заводах на гофропресі встановлюють шаблони, які дозволяють точніше і легше відшліфувати вал.

Термін служби валів можна значно збільшити, використовуючи програму шліфування валів без покриття.

Налаштування гофровалів

Відомо, що тиск гофровалів слід налаштовувати, змінюючи формат або марку флютингу (тиск слід знизити при використанні вужчого формату, оскільки потрібно уникнути контакту металу з металом по краях валів).

Якщо налаштування виконані правильно, то можна уникнути пошкоджень країв валів і максимально збільшити термін їх служби.

Важливо, щоб вали стояли в машині паралельно один одному. Паралельність перевіряють, використовуючи копіювальний папір типу NCR, який пропускають через лабіринт і отримують зображення відносного положення верхнього і нижнього валу; часто таку перевірку роблять при першій установці валів.

Після установки вали залишаються паралельними протягом всього терміну служби. Будь-яке зміщення валу відносно первинного положення, виявлене при огляді пізніше, свідчить про потенційну проблему самого гофроагрегату.

Чистка гофровалів

Ми говорили про пошкодження на валах від мінеральних частинок розміром більше 0,5 мм. Щоб великі тверді частинки не потрапляли в лабіринт між гофровалами, потрібно підтримувати чистоту як на валах, так і на гофропресі.

Контроль зносу валів на заводі

На валах із загартованої сталі, які зношуються приблизно з однаковою лінійною швидкістю, проводять періодичні вимірювання висоти гофр і роблять точні оцінки передбачуваного терміну їх служби і дати заміни (див. розділ по управлінню валами).

Вимірювання проводять, застосовуючи електронний вимірювальний прилад або звичайний глибиномір з невеликим штифтом (радіус повинен бути менший за радіус западини гофра). Вимірювання на валу для оцінки рівня зносу для кожного формату проводять через різні інтервали.

Під час точного виконання вимірювань на валах із загартованої сталі відносні рівні зносу повинні відповідати відсотковому співвідношенню кожного формату, що проходить через вали.

Для валів з покриттям (хромовим або з карбіду вольфраму) застосовують інший метод. Швидкість зносу покривного шару набагато менша за швидкість зносу сталевої основи, на яку нанесений покривний шар, відповідно, знос покриття буде невеликим і його важко точно виміряти на гофропресі без спеціального обладнання.

Термін служби валу залежить від цілісності покривного шару. Цілісність покривного шару на поверхні валу перевіряють, використовуючи розчин мідного купоросу (мідний купорос можна придбати у постачальників лабораторних матеріалів).

Якщо покривний шар не пошкоджений, то приблизно за дві хвилини мідний купорос залишиться блакитним; якщо він став коричневим, то на поверхні є ділянки відкритої сталі, що виглядають як плями. Спочатку покривний шар пошкоджується на краях пазів у центрі валу.

Гофровали — це дорогі габаритні, але точно підігнані частини машини. Вони мають величезне значення для виробництва якісного гофрокартону на високих швидкостях.

У розділі йшлося, що хороших результатів можна досягти тільки при використанні передових технологій, дотриманні вказаних характеристик, правильній експлуатації, чистці, технічному обслуговуванні та контролі стану валів.

З питань придбання книги «Гофроіндустрія. У пошуках досконалості» звертайтеся до:
Костянтина Шабуневича
Тел. моб: +38 093 246 21 21 (Viber, WhatsApp, Telegram)
[email protected]

If you find an error, please highlight a piece of text and clickCtrl+Enter.