في عملية إنتاج آلات الورق، تلعب اللفائف المختلفة دورًا أساسيًا، بدءًا من تجفيف شبكات الورق المبللة ووصولًا إلى تشكيل شبكات الورق الجافة. وباعتبارها إحدى التقنيات الأساسية في تصميم لفات آلات الورق، فإن "التاج" - على الرغم من اختلافه الهندسي الطفيف ظاهريًا - يُحدد بشكل مباشر تجانس جودة الورق واستقرارها. ستُحلل هذه المقالة بشكل شامل تقنية التاج في لفات آلات الورق من حيث التعريف، ومبدأ العمل، والتصنيف، والعوامل الرئيسية المؤثرة في التصميم، والصيانة، كاشفةً عن أهميتها في إنتاج الورق.

1. تعريف التاج: وظيفة مهمة في الاختلافات البسيطة

يشير مصطلح "التاج" تحديدًا إلى هيكل هندسي خاص لبكرات آلات الورق على طول المحور. قطر المنطقة الوسطى من جسم البكرة أكبر قليلًا من قطر المناطق الطرفية، مما يُشكل محيطًا يُشبه "أسطوانة الخصر". يُقاس هذا الفرق في القطر عادةً بالميكرومتر (μm)، وقد تصل قيمة التاج في بعض بكرات الطباعة الكبيرة إلى 0.1-0.5 مم.

المؤشر الأساسي لقياس تصميم التاج هو "قيمة التاج"، والتي تُحسب على أنها الفرق بين أقصى قطر لجسم اللفة (عادةً عند منتصف الاتجاه المحوري) وقطر طرفي اللفة. في جوهره، يتضمن تصميم التاج ضبطًا مسبقًا لهذا الفرق الضئيل في القطر لتعويض تشوه "الترهل الأوسط" لللفة الناتج عن عوامل مثل تغيرات القوة ودرجة الحرارة أثناء التشغيل الفعلي. في النهاية، يُحقق هذا توزيعًا متساويًا لضغط التلامس على كامل عرض سطح اللفة وشبكة الورق (أو مكونات التلامس الأخرى)، مما يُرسي أساسًا متينًا لجودة الورق.

2. الوظائف الأساسية للتاج: تعويض التشوه والحفاظ على ضغط موحد

أثناء تشغيل لفات آلات الورق، يكون التشوه أمرًا حتميًا نتيجةً للأحمال الميكانيكية وتغيرات درجات الحرارة وعوامل أخرى. وبدون تصميم تاجي، سيؤدي هذا التشوه إلى ضغط تلامس غير متساوٍ بين سطح اللفة وشبكة الورق - "ضغط أعلى عند كلا الطرفين وضغط أقل في المنتصف" - مما يتسبب مباشرةً في مشاكل خطيرة في الجودة، مثل عدم تساوي وزن القاعدة وعدم تساوي تجفيف الورق. تكمن القيمة الأساسية للتاج في التعويض الفعال عن هذه التشوهات، وهو ما ينعكس تحديدًا في الجوانب التالية:

2.1 التعويض عن تشوه الانحناء باللفة

عند تشغيل بكرات الورق الأساسية، مثل بكرات الضغط وبكرات التقويم، فإنها تحتاج إلى تطبيق ضغط كبير على شبكة الورق. على سبيل المثال، يمكن أن يصل الضغط الخطي لبكرات الضغط إلى 100-500 كيلو نيوتن/متر. بالنسبة للبكرات ذات نسبة الطول إلى القطر الكبيرة (على سبيل المثال، يمكن أن يكون طول بكرات الضغط في آلات الورق ذات العرض العريض 8-12 مترًا)، يحدث تشوه مرن للانحناء لأسفل في المنتصف تحت الضغط، على غرار "انحناء عمود الكتف تحت الحمل". يسبب هذا التشوه ضغط تلامس مفرط بين طرفي البكرة وشبكة الورق، بينما يكون الضغط في المنتصف غير كافٍ. ونتيجة لذلك، تصبح شبكة الورق مفرطة الجفاف من كلا الطرفين (مما يؤدي إلى جفاف مرتفع وانخفاض الوزن الأساسي) وناقصة الجفاف في المنتصف (مما يؤدي إلى جفاف منخفض وارتفاع الوزن الأساسي).

ومع ذلك، يضمن تصميم التاج ذي الشكل الأسطواني بقاء سطح اللفة بأكمله على اتصال موازٍ مع شبكة الورق بعد ثنيها، مما يحقق توزيعًا متساويًا للضغط. وهذا يُعالج بفعالية مخاطر الجودة الناتجة عن تشوه الانحناء.

2.2 تعويض التشوه الحراري لللفافة

بعض اللفائف، مثل لفات التوجيه ولفات التقويم في قسم التجفيف، تخضع للتمدد الحراري أثناء التشغيل نتيجةً لملامستها لشبكات ورقية عالية الحرارة وتسخين البخار. ونظرًا لأن الجزء الأوسط من جسم اللفة يكون أكثر تسخينًا (حيث تتصل الأطراف بالمحامل وتبدد الحرارة بشكل أسرع)، فإن تمدده الحراري يكون أكبر من تمدد الأطراف، مما يؤدي إلى "انتفاخ وسطي" لجسم اللفة. في هذه الحالة، سيؤدي استخدام تصميم التاج التقليدي إلى تفاقم ضغط التلامس غير المتساوي. لذلك، يجب تصميم "تاج سلبي" (حيث يكون قطر الجزء الأوسط أصغر قليلاً من قطر الأطراف، والمعروف أيضًا باسم "التاج العكسي") لتعويض الانتفاخ الإضافي الناتج عن التمدد الحراري، مما يضمن ضغط تلامس موحدًا على سطح اللفة.

2.3 تعويض التآكل غير المتساوي لسطح الأسطوانة

أثناء التشغيل طويل الأمد، تتعرض بعض اللفائف (مثل لفات المطاط المضغوط) لاحتكاك أكثر تواترًا عند حواف شبكة الورق (لأن حواف شبكة الورق تميل إلى حمل الشوائب)، مما يؤدي إلى تآكل أسرع في الأطراف مقارنةً بالوسط. بدون تصميم تاجي، سيظهر على سطح اللفة انتفاخ في المنتصف وهبوط في الأطراف بعد التآكل، مما يؤثر بدوره على توزيع الضغط. من خلال الضبط المسبق للتاج، يمكن الحفاظ على تناسق محيط سطح اللفة في المراحل المبكرة من التآكل، مما يطيل عمر خدمة اللفة ويقلل من تقلبات الإنتاج الناتجة عن التآكل.

3. تصنيف التاج: الخيارات التقنية الملائمة لظروف العمل المختلفة

بناءً على نوع آلة الورق (سرعة منخفضة/سرعة عالية، عرض ضيق/عرض واسع)، ووظيفة اللفة (كبس/تقويم/توجيه)، ومتطلبات العملية، يمكن تقسيم التاج إلى أنواع مختلفة. تختلف أنواع التاج المختلفة في خصائص التصميم، وطرق الضبط، وظروف الاستخدام، كما هو موضح في الجدول التالي:

4. العوامل الرئيسية المؤثرة في تصميم التاج: الحساب الدقيق للتكيف مع متطلبات الإنتاج

لا تُحدَّد قيمة التاج عشوائيًا؛ بل يجب حسابها بدقة بناءً على معلمات اللفة وظروف العملية لضمان فعاليتها. تشمل العوامل الرئيسية المؤثرة في تصميم التاج الجوانب التالية بشكل رئيسي:

4.1 أبعاد اللفة والمواد

1. طول جسم اللفة (L)كلما زاد طول جسم اللفة، زاد تشوه الانحناء تحت نفس الضغط، وبالتالي زادت قيمة التاج المطلوبة. على سبيل المثال، تتطلب اللفات الطويلة في آلات الورق ذات العرض العريض قيمة تاج أكبر من اللفات القصيرة في آلات الورق ذات العرض الضيق لتعويض التشوه.
2. قطر جسم اللفة (د)كلما صغر قطر جسم اللفة، انخفضت صلابتها، وازدادت قابليتها للتشوه تحت الضغط. لذلك، يلزم استخدام قيمة تاج أكبر. على العكس، تتميز اللفات ذات القطر الأكبر بصلابة أعلى، ويمكن تقليل قيمة التاج بشكل مناسب.
3. صلابة الموادتختلف صلابة المواد المختلفة لأجسام اللفائف؛ على سبيل المثال، تتمتع لفات الفولاذ بصلابة أعلى بكثير من لفات الحديد الزهر. المواد ذات الصلابة المنخفضة تُظهر تشوهًا أكبر تحت الضغط، مما يتطلب قيمة تاج أكبر.

4.2 ضغط التشغيل (الضغط الخطي)

يُعد ضغط التشغيل (الضغط الخطي) للأسطوانات، مثل أسطوانات الضغط وأسطوانات التقويم، عاملاً هامًا يؤثر على تصميم التاج. كلما زاد الضغط الخطي، زادت أهمية تشوه انحناء جسم الأسطوانة، ويجب زيادة قيمة التاج وفقًا لذلك لتعويض التشوه. يمكن التعبير عن علاقتهما تقريبًا بالصيغة المبسطة: قيمة التاج H ≈ (P×L³)/(48×E×I)، حيث P هو الضغط الخطي، وL هو طول الأسطوانة، وE هو معامل مرونة المادة، وI هو عزم القصور الذاتي للمقطع العرضي للأسطوانة. على سبيل المثال، عادةً ما يكون الضغط الخطي لأسطوانات الضغط لورق التغليف أكبر من 300 كيلو نيوتن/متر، لذا يجب أن تكون قيمة التاج المقابلة أكبر من قيمة أسطوانات الضغط للورق الثقافي ذات الضغط الخطي المنخفض.

4.3 سرعة الماكينة ونوع الورق

1. سرعة الماكينةعند تشغيل آلات الورق عالية السرعة (بسرعة تزيد عن 1200 متر/دقيقة)، تكون شبكة الورق أكثر حساسيةً لتجانس الضغط مقارنةً بآلات الورق منخفضة السرعة. حتى التقلبات الطفيفة في الضغط قد تُسبب عيوبًا في جودة الورق. لذلك، عادةً ما تعتمد آلات الورق عالية السرعة على "التاج القابل للتحكم" لتحقيق تعويض فوري للتشوه الديناميكي وضمان استقرار الضغط.
2. نوع الورقتختلف متطلبات تجانس الضغط باختلاف أنواع الورق. يتميز ورق المناديل (مثل ورق التواليت بوزن أساسي يتراوح بين 10 و20 غ/م²) بوزن أساسي منخفض وحساسية عالية لتقلبات الضغط، مما يتطلب تصميم تاج عالي الدقة. في المقابل، يتميز الورق السميك (مثل الورق المقوى بوزن أساسي يتراوح بين 150 و400 غ/م²) بقدرة أكبر على تحمل تقلبات الضغط، مما يُمكّن من خفض متطلبات دقة التاج بشكل مناسب.

5. مشاكل التاج الشائعة والصيانة: الفحص في الوقت المناسب لضمان استقرار الإنتاج

يؤثر التصميم غير السليم للتاج أو الصيانة غير السليمة بشكل مباشر على جودة الورق، ويسبب سلسلة من مشاكل الإنتاج. فيما يلي المشاكل الشائعة للتاج والإجراءات اللازمة لمواجهتها:

5.1 قيمة التاج الكبيرة بشكل مفرط

يؤدي ارتفاع قيمة التاج بشكل مفرط إلى ضغط زائد في منتصف سطح اللفة، مما يؤدي إلى انخفاض وزن القاعدة وجفاف الورق بشكل كبير في المنتصف. وفي الحالات الشديدة، قد يؤدي ذلك إلى "سحق" (كسر الألياف)، مما يؤثر على قوة ومظهر الورق.

التدابير المضادةبالنسبة لبكرات التاج الثابتة المستخدمة في آلات الورق منخفضة السرعة، من الضروري استبدالها بقيمة تاج مناسبة. أما بالنسبة لبكرات التاج القابلة للتحكم في آلات الورق عالية السرعة، فيمكن خفض الضغط الهيدروليكي أو الهوائي عبر نظام التاج القابل للتحكم لتقليل قيمة التاج حتى يصبح توزيع الضغط موحدًا.

5.2 قيمة التاج الصغيرة للغاية

يؤدي انخفاض قيمة التاج بشكل مفرط إلى ضغط غير كافٍ في منتصف سطح اللفة، مما يؤدي إلى تجفيف غير كافٍ للورق في المنتصف، وانخفاض مستوى الجفاف، وارتفاع وزن القاعدة، وظهور عيوب في الجودة مثل "البقع الرطبة". وفي الوقت نفسه، قد يؤثر ذلك أيضًا على كفاءة عملية التجفيف اللاحقة.

التدابير المضادةبالنسبة لملفات التاج الثابتة، يلزم إعادة معالجة جسم الملف لزيادة قيمة التاج. أما بالنسبة لملفات التاج القابلة للتحكم، فيمكن زيادة الضغط الهيدروليكي أو الهوائي لرفع قيمة التاج، مما يضمن أن يلبي الضغط في المنتصف متطلبات العملية.

5.3 تآكل غير متساوٍ في محيط التاج

بعد الاستخدام طويل الأمد، سيتعرض سطح اللفة للتآكل. إذا كان التآكل غير متساوٍ، فسيتشوه محيط التاج، وستظهر بقع غير متساوية على سطح اللفة. هذا يُسبب أيضًا عيوبًا مثل الخطوط والتجويفات على الورق، مما يؤثر سلبًا على جودة مظهره.

التدابير المضادةافحص سطح اللفة بانتظام. عند وصول التآكل إلى مستوى معين، قم بصقله وإصلاحه في الوقت المناسب (مثل إعادة صقل محيط تاج بكرات المطاط المكبس) لاستعادة شكله وحجمه الطبيعيين ومنع التآكل المفرط الذي يؤثر على الإنتاج.

6. الخاتمة

كتقنية تبدو دقيقة لكنها بالغة الأهمية، يُعدّ تاج لفات آلات الورق أساس ضمان جودة ورق موحدة. بدءًا من التاج الثابت في آلات الورق منخفضة السرعة وصولًا إلى التاج القابل للتحكم في آلات الورق عالية السرعة وواسعة العرض، ركّز التطوير المستمر لتقنية التاج على الهدف الأساسي المتمثل في "تعويض التشوه وتحقيق ضغط موحد"، والتكيف مع احتياجات ظروف العمل المختلفة في صناعة الورق. لا يقتصر تصميم التاج المعقول على حل مشاكل الجودة، مثل عدم تساوي وزن الورق الأساسي وضعف عملية تجفيف الماء، بل يُحسّن أيضًا كفاءة تشغيل آلات الورق (مما يُقلل من عدد مرات كسر الورق) ويُقلل من استهلاك الطاقة (مما يُجنّب التجفيف الزائد). تُعدّ هذه التقنية دعمًا فنيًا أساسيًا لا غنى عنه في تطوير صناعة الورق نحو "جودة عالية وكفاءة عالية واستهلاك منخفض للطاقة". في إنتاج الورق المستقبلي، ومع التحسين المستمر لدقة المعدات والتحسين المستمر للعمليات، ستصبح تقنية التاج أكثر دقة وذكاءً، مما يُسهم بشكل أكبر في تطوير جودة صناعة الورق.