ในกระบวนการผลิตเครื่องจักรผลิตกระดาษ ลูกกลิ้งกระดาษหลากหลายชนิดมีบทบาทสำคัญอย่างยิ่ง ตั้งแต่การรีดน้ำออกจากใยกระดาษที่เปียกไปจนถึงการเซ็ตตัวของใยกระดาษที่แห้ง ในฐานะหนึ่งในเทคโนโลยีหลักในการออกแบบลูกกลิ้งกระดาษ “คราวน์” แม้จะดูเหมือนมีความแตกต่างทางเรขาคณิตเพียงเล็กน้อย แต่กลับเป็นตัวกำหนดความสม่ำเสมอและความเสถียรของคุณภาพกระดาษโดยตรง บทความนี้จะวิเคราะห์เทคโนโลยีคราวน์ของลูกกลิ้งกระดาษเครื่องจักรผลิตกระดาษอย่างครอบคลุม ตั้งแต่แง่มุมต่าง ๆ เช่น คำจำกัดความ หลักการทำงาน การจำแนกประเภท ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลในการออกแบบ และการบำรุงรักษา เพื่อเผยให้เห็นถึงคุณค่าที่สำคัญของเทคโนโลยีนี้ในการผลิตกระดาษ

1. คำจำกัดความของ Crown: ฟังก์ชันสำคัญในความแตกต่างเล็กน้อย

“มงกุฎ” (ในภาษาอังกฤษเรียกว่า “มงกุฎ”) หมายถึงโครงสร้างทางเรขาคณิตพิเศษของลูกกลิ้งกระดาษตามแนวแกน (ตามยาว) เส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนตรงกลางของตัวลูกกลิ้งมีขนาดใหญ่กว่าส่วนปลายเล็กน้อย ทำให้เกิดรูปทรงคล้าย “ดรัมเอว” ความแตกต่างของเส้นผ่านศูนย์กลางนี้มักวัดเป็นไมโครเมตร (μm) และค่ามงกุฎของลูกกลิ้งกดขนาดใหญ่บางรุ่นอาจสูงถึง 0.1-0.5 มม.

ตัวบ่งชี้หลักในการวัดการออกแบบคราวน์คือ “ค่าคราวน์” ซึ่งคำนวณจากความแตกต่างระหว่างเส้นผ่านศูนย์กลางสูงสุดของตัวม้วน (โดยปกติจะอยู่ที่จุดกึ่งกลางของทิศทางแกน) และเส้นผ่านศูนย์กลางของปลายม้วน โดยพื้นฐานแล้ว การออกแบบคราวน์เกี่ยวข้องกับการตั้งค่าความแตกต่างของเส้นผ่านศูนย์กลางเล็กน้อยนี้ไว้ล่วงหน้าเพื่อชดเชยการเสียรูป “หย่อนตรงกลาง” ของม้วนที่เกิดจากปัจจัยต่างๆ เช่น แรงและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิระหว่างการใช้งานจริง ท้ายที่สุดแล้ว วิธีนี้จะทำให้แรงกดสัมผัสกระจายอย่างสม่ำเสมอตลอดความกว้างของพื้นผิวม้วนและแผ่นกระดาษ (หรือส่วนประกอบสัมผัสอื่นๆ) ซึ่งเป็นการสร้างรากฐานที่มั่นคงสำหรับคุณภาพของกระดาษ

2. หน้าที่หลักของครอบฟัน: การชดเชยการเสียรูปและการรักษาแรงกดให้สม่ำเสมอ

ในระหว่างการทำงานของเครื่องม้วนกระดาษ การเสียรูปเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้เนื่องจากภาระทางกล การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ และปัจจัยอื่นๆ หากไม่ออกแบบครอบสันกระดาษ การเสียรูปนี้จะนำไปสู่แรงกดสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอระหว่างพื้นผิวม้วนกระดาษกับแผ่นกระดาษ ซึ่งก็คือ “แรงดันที่สูงขึ้นทั้งสองด้านและแรงดันที่ต่ำลงตรงกลาง” ส่งผลให้เกิดปัญหาคุณภาพที่ร้ายแรงโดยตรง เช่น น้ำหนักฐานที่ไม่เท่ากันและการรีดน้ำของกระดาษที่ไม่สม่ำเสมอ คุณค่าหลักของครอบสันกระดาษอยู่ที่การชดเชยการเสียรูปเหล่านี้อย่างจริงจัง ซึ่งสะท้อนให้เห็นอย่างชัดเจนในประเด็นต่อไปนี้:

2.1 การชดเชยการเสียรูปจากการดัดม้วน

เมื่อใช้งานลูกกลิ้งแกนของเครื่องจักรผลิตกระดาษ เช่น ลูกกลิ้งกดและลูกกลิ้งรีด จำเป็นต้องใช้แรงกดที่แผ่นกระดาษอย่างมาก ตัวอย่างเช่น แรงกดเชิงเส้นของลูกกลิ้งกดอาจสูงถึง 100-500 กิโลนิวตัน/เมตร สำหรับลูกกลิ้งที่มีอัตราส่วนความยาวต่อเส้นผ่านศูนย์กลางสูง (เช่น ความยาวของลูกกลิ้งกดในเครื่องจักรผลิตกระดาษความกว้างมากอาจอยู่ที่ 8-12 เมตร) จะเกิดการเสียรูปยืดหยุ่นจากการโค้งงอลงตรงกลางภายใต้แรงกด คล้ายกับ "เสาไหล่โค้งงอภายใต้แรงกด" การเสียรูปนี้ทำให้เกิดแรงกดสัมผัสที่มากเกินไประหว่างปลายลูกกลิ้งและแผ่นกระดาษ ในขณะที่แรงกดตรงกลางไม่เพียงพอ ส่งผลให้แผ่นกระดาษมีน้ำมากเกินไปที่ปลายทั้งสองด้าน (ส่งผลให้กระดาษแห้งมากและมีน้ำหนักพื้นฐานต่ำ) และขาดน้ำที่ตรงกลาง (ส่งผลให้กระดาษแห้งน้อยและมีน้ำหนักพื้นฐานสูง)

อย่างไรก็ตาม โครงสร้างแบบ “รูปกลอง” ของการออกแบบมงกุฎช่วยให้มั่นใจได้ว่าหลังจากม้วนกระดาษโค้งงอแล้ว พื้นผิวทั้งหมดของม้วนกระดาษจะยังคงสัมผัสขนานกับแผ่นกระดาษ ทำให้มีการกระจายแรงกดที่สม่ำเสมอ วิธีนี้ช่วยแก้ไขปัญหาคุณภาพที่เกิดจากการเสียรูปจากการดัดงอได้อย่างมีประสิทธิภาพ

2.2 การชดเชยการเสียรูปเนื่องจากความร้อนของม้วน

ลูกกลิ้งบางประเภท เช่น ลูกกลิ้งนำและลูกกลิ้งรีดในส่วนอบแห้ง จะเกิดการขยายตัวเนื่องจากความร้อนระหว่างการทำงานอันเนื่องมาจากการสัมผัสกับใยกระดาษที่อุณหภูมิสูงและความร้อนจากไอน้ำ เนื่องจากส่วนตรงกลางของตัวลูกกลิ้งได้รับความร้อนอย่างเต็มที่ (ปลายทั้งสองด้านเชื่อมต่อกับตลับลูกปืนและระบายความร้อนได้เร็วกว่า) การขยายตัวทางความร้อนจึงมากกว่าส่วนปลาย ทำให้เกิด “รอยนูนตรงกลาง” ของตัวลูกกลิ้ง ในกรณีนี้ การใช้การออกแบบครอบฟันแบบเดิมจะยิ่งทำให้แรงกดสัมผัสที่ไม่สม่ำเสมอรุนแรงขึ้น ดังนั้น จึงจำเป็นต้องออกแบบ “ครอบฟันแบบลบ” (โดยเส้นผ่านศูนย์กลางของส่วนตรงกลางมีขนาดเล็กกว่าปลายทั้งสองด้านเล็กน้อย หรือที่เรียกว่า “ครอบฟันแบบย้อนกลับ”) เพื่อชดเชยการโป่งพองที่เพิ่มขึ้นจากการขยายตัวทางความร้อน เพื่อให้มั่นใจว่าแรงกดสัมผัสบนพื้นผิวของลูกกลิ้งจะสม่ำเสมอ

2.3 การชดเชยการสึกหรอของพื้นผิวม้วนที่ไม่สม่ำเสมอ

ในระหว่างการใช้งานระยะยาว ลูกกลิ้งบางรุ่น (เช่น ลูกกลิ้งยางสำหรับกด) จะเกิดแรงเสียดทานที่ขอบของแผ่นกระดาษบ่อยขึ้น (เนื่องจากขอบของแผ่นกระดาษมีแนวโน้มที่จะมีสิ่งสกปรกสะสม) ส่งผลให้ปลายกระดาษสึกหรอเร็วกว่าตรงกลาง หากไม่มีการออกแบบครอบฟัน พื้นผิวของลูกกลิ้งจะมีลักษณะ “โป่งพองตรงกลางและหย่อนคล้อยที่ปลาย” หลังจากการสึกหรอ ซึ่งส่งผลต่อการกระจายแรงกด การปรับครอบฟันล่วงหน้าจะช่วยรักษาความสม่ำเสมอของรูปทรงพื้นผิวของลูกกลิ้งในระยะเริ่มต้นของการสึกหรอ ช่วยยืดอายุการใช้งานของลูกกลิ้งและลดความผันผวนของการผลิตที่เกิดจากการสึกหรอ

3. การจำแนกประเภทของมงกุฎ: ตัวเลือกทางเทคนิคที่ปรับให้เหมาะกับสภาพการทำงานที่แตกต่างกัน

มงกุฎกระดาษสามารถแบ่งออกได้หลายประเภท ขึ้นอยู่กับประเภทของเครื่องจักรผลิตกระดาษ (ความเร็วต่ำ/ความเร็วสูง, ความกว้างแคบ/ความกว้างกว้าง), ฟังก์ชันการรีด (การกด/การรีด/การรีดเส้น) และข้อกำหนดของกระบวนการ มงกุฎกระดาษแต่ละประเภทจะแตกต่างกันในด้านลักษณะการออกแบบ วิธีการปรับแต่ง และสถานการณ์การใช้งาน ดังรายละเอียดในตารางต่อไปนี้:

4. ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลในการออกแบบมงกุฎ: การคำนวณที่แม่นยำเพื่อปรับให้เข้ากับข้อกำหนดการผลิต

ค่ามงกุฎไม่ได้ถูกกำหนดขึ้นอย่างไม่มีหลักเกณฑ์ จำเป็นต้องคำนวณอย่างครอบคลุมโดยพิจารณาจากพารามิเตอร์ของลูกกลิ้งและเงื่อนไขของกระบวนการ เพื่อให้มั่นใจว่ามงกุฎจะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ ปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการออกแบบมงกุฎประกอบด้วยประเด็นหลักๆ ดังต่อไปนี้:

4.1 ขนาดและวัสดุม้วน

1. ความยาวตัวม้วน (L):ยิ่งตัวม้วนยาวขึ้น การเสียรูปจากการดัดก็จะยิ่งมากขึ้นภายใต้แรงกดเดียวกัน ส่งผลให้ค่ามงกุฎที่ต้องการมีค่ามากขึ้นด้วย ตัวอย่างเช่น ม้วนยาวในเครื่องจักรผลิตกระดาษความกว้างกว้างต้องใช้ค่ามงกุฎที่สูงกว่าม้วนสั้นในเครื่องจักรผลิตกระดาษความกว้างแคบ เพื่อชดเชยการเสียรูป
2. เส้นผ่านศูนย์กลางตัวม้วน (D):ยิ่งเส้นผ่านศูนย์กลางของตัวลูกกลิ้งเล็กลง ความแข็งก็จะยิ่งลดลง และลูกกลิ้งก็จะยิ่งมีแนวโน้มที่จะเสียรูปภายใต้แรงกดมากขึ้น ดังนั้นจึงจำเป็นต้องใช้ค่ามงกุฎที่สูงขึ้น ในทางกลับกัน ลูกกลิ้งที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางใหญ่กว่าจะมีความแข็งที่สูงกว่า และสามารถลดค่ามงกุฎลงได้อย่างเหมาะสม
3. ความแข็งแกร่งของวัสดุ:วัสดุของตัวลูกกลิ้งแต่ละชนิดมีความแข็งต่างกัน ยกตัวอย่างเช่น ลูกกลิ้งเหล็กมีความแข็งสูงกว่าลูกกลิ้งเหล็กหล่อมาก วัสดุที่มีความแข็งต่ำกว่าจะเกิดการเสียรูปได้ชัดเจนกว่าภายใต้แรงกด จึงต้องใช้ค่ามงกุฎที่สูงกว่า

4.2 แรงดันใช้งาน (แรงดันเชิงเส้น)

แรงดันใช้งาน (แรงดันเชิงเส้น) ของลูกกลิ้ง เช่น ลูกกลิ้งกดและลูกกลิ้งรีด เป็นปัจจัยสำคัญที่มีอิทธิพลต่อการออกแบบครอบฟัน ยิ่งแรงดันเชิงเส้นสูงเท่าใด การเสียรูปจากการดัดของตัวลูกกลิ้งก็ยิ่งมีนัยสำคัญมากขึ้นเท่านั้น และจำเป็นต้องเพิ่มค่าครอบฟันให้เหมาะสมเพื่อชดเชยการเสียรูป ความสัมพันธ์ของค่าเหล่านี้สามารถแสดงได้คร่าวๆ ด้วยสูตรอย่างง่าย: ค่าครอบฟัน H ≈ (P×L³)/(48×E×I) โดยที่ P คือแรงดันเชิงเส้น L คือความยาวของลูกกลิ้ง E คือโมดูลัสยืดหยุ่นของวัสดุ และ I คือโมเมนต์ความเฉื่อยของหน้าตัดลูกกลิ้ง ตัวอย่างเช่น แรงดันเชิงเส้นของลูกกลิ้งกดสำหรับกระดาษบรรจุภัณฑ์มักจะมากกว่า 300 kN/m ดังนั้นค่าครอบฟันที่สอดคล้องกันจึงต้องมากกว่าค่าของลูกกลิ้งกดสำหรับกระดาษวัฒนธรรมที่มีแรงดันเชิงเส้นต่ำกว่า

4.3 ความเร็วเครื่องและประเภทกระดาษ

1. ความเร็วของเครื่องจักร:เมื่อใช้งานเครื่องจักรผลิตกระดาษความเร็วสูง (ความเร็วมากกว่า 1,200 ม./นาที) เยื่อกระดาษจะไวต่อความสม่ำเสมอของแรงดันมากกว่าเครื่องจักรผลิตกระดาษความเร็วต่ำมาก แม้แต่ความผันผวนของแรงดันเพียงเล็กน้อยก็อาจทำให้กระดาษมีข้อบกพร่องด้านคุณภาพได้ ดังนั้น เครื่องจักรผลิตกระดาษความเร็วสูงจึงมักใช้ "มงกุฎที่ควบคุมได้" เพื่อชดเชยการเสียรูปแบบไดนามิกแบบเรียลไทม์และรับประกันแรงดันที่คงที่
2. ประเภทกระดาษกระดาษแต่ละประเภทมีข้อกำหนดด้านความสม่ำเสมอของแรงกดที่แตกต่างกัน กระดาษทิชชู (เช่น กระดาษชำระที่มีน้ำหนักพื้นฐาน 10-20 กรัม/ตร.ม.) มีน้ำหนักพื้นฐานต่ำและมีความไวต่อความผันผวนของแรงกดสูงมาก จึงจำเป็นต้องมีการออกแบบครอบฟันที่มีความแม่นยำสูง ในทางตรงกันข้าม กระดาษหนา (เช่น กระดาษแข็งที่มีน้ำหนักพื้นฐาน 150-400 กรัม/ตร.ม.) มีความสามารถในการทนต่อความผันผวนของแรงกดได้ดีกว่า จึงสามารถลดข้อกำหนดด้านความแม่นยำของครอบฟันลงได้อย่างเหมาะสม

5. ปัญหามงกุฎทั่วไปและการบำรุงรักษา: การตรวจสอบอย่างทันท่วงทีเพื่อให้มั่นใจว่าการผลิตมีเสถียรภาพ

การออกแบบครอบฟันที่ไม่เหมาะสมหรือการบำรุงรักษาที่ไม่เหมาะสมจะส่งผลโดยตรงต่อคุณภาพของกระดาษและก่อให้เกิดปัญหาการผลิตมากมาย ปัญหาครอบฟันที่พบบ่อยและมาตรการแก้ไขที่เกี่ยวข้องมีดังนี้:

5.1 มูลค่ามงกุฎที่สูงเกินไป

ค่ามงกุฎที่สูงเกินไปจะทำให้เกิดแรงกดที่มากเกินไปตรงกลางพื้นผิวม้วน ส่งผลให้น้ำหนักฐานต่ำและกระดาษตรงกลางแห้งเกินไป ในกรณีที่รุนแรง อาจทำให้เกิดการ "แตก" (เส้นใยขาด) ซึ่งส่งผลต่อความแข็งแรงและรูปลักษณ์ของกระดาษ

มาตรการรับมือ:สำหรับม้วนครอบฟันแบบคงที่ที่ใช้ในเครื่องจักรผลิตกระดาษความเร็วต่ำ จำเป็นต้องเปลี่ยนม้วนด้วยค่าครอบฟันที่เหมาะสม สำหรับม้วนครอบฟันแบบควบคุมได้ในเครื่องจักรผลิตกระดาษความเร็วสูง สามารถลดแรงดันไฮดรอลิกหรือลมผ่านระบบครอบฟันที่ควบคุมได้ เพื่อลดค่าครอบฟันลงจนกระทั่งการกระจายแรงดันสม่ำเสมอ

5.2 มูลค่ามงกุฎเล็กเกินไป

ค่ามงกุฎที่ต่ำเกินไปส่งผลให้แรงกดตรงกลางพื้นผิวม้วนกระดาษไม่เพียงพอ ส่งผลให้กระดาษตรงกลางแห้งไม่เพียงพอ แห้งน้อย น้ำหนักพื้นฐานสูง และเกิดข้อบกพร่องด้านคุณภาพ เช่น "จุดเปียก" ในขณะเดียวกัน อาจส่งผลต่อประสิทธิภาพของกระบวนการอบแห้งในภายหลัง

มาตรการรับมือ:สำหรับลูกกลิ้งครอบฟันแบบคงที่ จำเป็นต้องนำตัวลูกกลิ้งไปผ่านกระบวนการใหม่เพื่อเพิ่มมูลค่าของครอบฟัน สำหรับลูกกลิ้งครอบฟันแบบควบคุมได้ สามารถเพิ่มแรงดันไฮดรอลิกหรือลมเพื่อเพิ่มมูลค่าของครอบฟัน เพื่อให้แน่ใจว่าแรงดันตรงกลางเป็นไปตามข้อกำหนดของกระบวนการ

5.3 การสึกหรอของรูปทรงมงกุฎที่ไม่สม่ำเสมอ

หลังจากใช้งานเป็นเวลานาน พื้นผิวของม้วนกระดาษจะเกิดการสึกหรอ หากการสึกหรอไม่เรียบ รูปทรงของมงกุฎกระดาษจะผิดรูป และจะเกิด “จุดไม่เรียบ” บนพื้นผิวม้วนกระดาษ ส่งผลให้เกิดรอยตำหนิ เช่น “ลายทาง” และ “รอยบุ๋ม” บนกระดาษ ซึ่งส่งผลกระทบอย่างรุนแรงต่อคุณภาพของกระดาษ

มาตรการรับมือ:ตรวจสอบพื้นผิวลูกกลิ้งอย่างสม่ำเสมอ เมื่อการสึกหรอถึงระดับหนึ่ง ให้เจียรและซ่อมแซมพื้นผิวลูกกลิ้งตามกำหนดเวลา (เช่น เจียรส่วนโค้งของลูกกลิ้งยางกด) เพื่อคืนรูปร่างและขนาดของครอบฟันให้กลับมาเป็นปกติ และป้องกันการสึกหรอที่มากเกินไปที่อาจส่งผลกระทบต่อการผลิต

6. บทสรุป

ในฐานะเทคโนโลยีที่ดูเหมือนจะซับซ้อนแต่สำคัญยิ่ง มงกุฎของลูกกลิ้งกระดาษคือหัวใจสำคัญในการรับประกันคุณภาพกระดาษที่สม่ำเสมอ ตั้งแต่มงกุฎคงที่ในเครื่องจักรกระดาษความเร็วต่ำ ไปจนถึงมงกุฎที่ควบคุมได้ในเครื่องจักรกระดาษความเร็วสูงความกว้างกว้าง การพัฒนาเทคโนโลยีมงกุฎอย่างต่อเนื่องมุ่งเน้นไปที่เป้าหมายหลักเสมอมา นั่นคือ “การชดเชยการเสียรูปและการสร้างแรงกดที่สม่ำเสมอ” ซึ่งปรับให้เข้ากับสภาพการทำงานที่แตกต่างกันของการผลิตกระดาษ การออกแบบมงกุฎที่เหมาะสมไม่เพียงแต่ช่วยแก้ปัญหาด้านคุณภาพ เช่น น้ำหนักกระดาษที่ไม่เท่ากันและการรีดน้ำที่ไม่ดีเท่านั้น แต่ยังช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องจักรกระดาษ (ลดจำนวนครั้งการแตกของกระดาษ) และลดการใช้พลังงาน (หลีกเลี่ยงการทำให้กระดาษแห้งเกินไป) มงกุฎจึงเป็นปัจจัยสนับสนุนทางเทคนิคที่สำคัญอย่างยิ่งในการพัฒนาอุตสาหกรรมกระดาษไปสู่ ​​“คุณภาพสูง ประสิทธิภาพสูง และใช้พลังงานต่ำ” ในการผลิตกระดาษในอนาคต ด้วยการปรับปรุงความแม่นยำของอุปกรณ์อย่างต่อเนื่องและการปรับปรุงกระบวนการอย่างต่อเนื่อง เทคโนโลยีมงกุฎจะได้รับการพัฒนาและชาญฉลาดยิ่งขึ้น ซึ่งจะช่วยส่งเสริมการพัฒนาคุณภาพของอุตสาหกรรมกระดาษให้สูงขึ้น