在纸机生产过程中，从湿纸幅的脱水到干纸幅的定形，各种辊筒都发挥着不可或缺的作用。“辊筒凸度”作为纸机辊筒设计的核心技术之一，尽管其几何形状看似细微的差异，却直接决定了纸张质量的均匀性和稳定性。本文将从纸机辊筒凸度技术的定义、工作原理、分类、设计关键影响因素及维护保养等方面进行全面分析，揭示其在造纸生产中的重要价值。

1. 皇冠的定义：细微差别中蕴含重大功能

“冠度”（英文表达为“Crown”）特指纸机辊沿轴向（长度方向）的一种特殊几何结构。辊身中部直径略大于端部直径，形成类似“腰鼓”的轮廓。这种直径差通常以微米（μm）为单位，一些大型压榨辊的冠度值甚至可达0.1-0.5毫米。

衡量凸度设计的核心指标是“凸度值”，其计算方法是辊身最大直径（通常位于轴向中点）与辊身两端直径之差。凸度设计的本质是通过预先设定这一微小的直径差，来抵消辊身在实际运行过程中受力、温度变化等因素引起的“中垂”变形，最终实现辊面与纸幅（或其他接触部件）整个宽度上的接触压力均匀分布，为成纸质量奠定坚实的基础。

2. 牙冠的核心功能：补偿变形、维持均匀压力

纸机辊在运行过程中，由于机械载荷、温度变化等因素的影响，不可避免地会发生变形。如果不进行中高设计，这种变形将导致辊面与纸幅接触压力不均匀，形成“两端压力大，中间压力小”的现象，直接导致纸张定量不均、脱水不均等严重的质量问题。中高设计的核心价值在于能够主动补偿这些变形，具体体现在以下几个方面：

2.1 补偿弯辊变形

造纸机的核心辊，如压榨辊、压光辊等在工作时，需要对纸幅施加较大的压力，例如压榨辊的线压力可达100～500 kN/m。对于长径比较大的辊（如宽幅纸机的压榨辊长度可达8～12米），在压力作用下会发生中部向下弯曲的弹性变形，类似于“扁担受压弯曲”。这种变形导致辊两端与纸幅的接触压力过大，而中部压力不足，从而造成纸幅两端脱水过度（干度高、定量低），中部脱水不足（干度低、定量高）的现象。

而“鼓形”结构的冠状设计，保证了纸卷弯曲后，纸卷整个表面与纸幅保持平行接触，压力分布均匀，有效解决了弯曲变形带来的质量风险。

2.2 补偿辊热变形

有些辊子，例如干燥部的导辊、压光辊，在运行过程中由于接触高温纸幅和蒸汽加热，会发生热膨胀。由于辊体中部受热更充分（端部连接轴承，散热更快），其热膨胀大于端部，导致辊体出现“中鼓”。在这种情况下，采用传统的凸度设计会加剧接触压力的不均匀。因此，需要设计“负凸度”（中部直径略小于端部直径，又称“反凸度”）来抵消热膨胀带来的额外凸度，确保辊面接触压力均匀。

2.3 补偿辊面不均匀磨损

一些辊子（例如压榨胶辊）在长期运行过程中，由于纸幅边缘容易沾染杂质，其边缘摩擦更为频繁，导致端部磨损速度快于中部磨损速度。若辊面未采用中高设计，磨损后辊面会呈现“中间凸起、两端下垂”的现象，进而影响压力分布。通过预设中高，可以在磨损初期保持辊面轮廓的均匀性，延长辊子使用寿命，并减少因磨损引起的生产波动。

3. 冠层分类：适应不同工况的技术选择

根据纸机类型（低速/高速、窄幅/宽幅）、辊子功能（压榨/压光/导纸）以及工艺要求，中凸可分为多种类型。不同类型的中凸在设计特点、调整方法和应用场景方面各有不同，详见下表：

4. 冠部设计的关键影响因素：精准计算以适应生产要求

凸度值并非随意设定，需要根据轧辊参数、工艺条件等综合计算，才能确保其有效发挥作用。影响凸度设计的关键因素主要包括以下几个方面：

4.1 辊尺寸和材料

1. 卷筒长度（L）：辊身越长，在相同压力下弯曲变形越大，因而所需的中高值也越大。例如，宽幅纸机中的长辊比窄幅纸机中的短辊需要更大的中高值来补偿变形。
2. 卷筒直径（D）：辊身直径越小，刚性越低，辊在压力作用下越容易变形，因此需要较大的凸度值。反之，​​辊身直径越大，刚性越高，可以适当减小凸度值。
3. 材料刚度：不同材质的辊体具有不同的刚度，例如，钢辊的刚度远高于铸铁辊。刚度较低的材料在压力下变形较大，因此需要较大的凸度值。

4.2 工作压力（线压力）

压榨辊、压光辊等辊类的工作压力（线压力）是影响凸度设计的重要因素。线压力越大，辊身弯曲变形越大，需要相应增大凸度值来抵消变形。它们的关系可以用简化公式粗略地表示为：凸度值H≈（P×L³）/（48×E×I），式中，P为线压力，L为辊长，E为材料弹性模量，I为辊截面惯性矩。例如，包装纸压榨辊的线压力通常大于300 kN/m，因此相应的凸度值需要比线压力较低的文化纸压榨辊的凸度值更大。

4.3 机器速度和纸张类型

1. 机器速度：高速纸机（车速>1200 m/min）运行时，纸幅对压力均匀性的敏感度远高于低速纸机，即使微小的压力波动也可能导致纸张质量缺陷。因此，高速纸机通常采用“可控凸度”来实现动态变形的实时补偿，确保压力稳定。
2. 纸张类型：不同纸张类型对压力均匀性的要求不同。薄纸（例如定量为10-20 g/m²的卫生纸）定量较低，对压力波动极为敏感，因此需要高精度的冠部设计。相比之下，厚纸（例如定量为150-400 g/m²的卡纸）承受压力波动的能力更强，因此对冠部精度的要求可以适当降低。

5. 常见皇冠问题及维护：及时检查，确保稳定生产

冠部设计不合理或维护不当会直接影响纸张质量，并引发一系列生产问题。常见的冠部问题及相应的对策如下：

5.1 冠值过大

过大的凸度值会导致辊面中部压力过大，造成纸张定量低、中部干度高，严重时甚至会造成“压溃”（纤维断裂），影响纸张强度和外观。

对策：对于低速纸机使用的固定中高辊，需要更换合适中高值的辊。对于高速纸机使用的可控中高辊，可以通过可控中高系统降低液压或气压，使中高值减小，直至压力分布均匀。

5.2 冠值过小

过小的凸度值会造成辊面中部压力不足，导致纸页中部脱水不充分，干度偏低，定量偏高，产生“湿点”等质量缺陷，同时也可能影响后续干燥工序的效率。

对策：对于固定中高辊，需对辊体进行再加工，以提高中高值；对于可控中高辊，可增加液压或气动压力，以提高中高值，确保中部压力满足工艺要求。

5.3 冠部轮廓的不均匀磨损

纸机长期运行后，辊面会出现磨损，如果磨损不均匀，会导致辊面轮廓变形，辊面会出现“凹凸不平的斑点”，从而导致纸张出现“条纹”、“压痕”等缺陷，严重影响纸张的外观质量。

对策：定期检查辊面，当磨损达到一定程度时，应及时对辊面进行修磨（如压榨胶辊的中高轮廓重新修磨），恢复中高正常的形状和尺寸，防止过度磨损影响生产。

6. 结论

纸机辊冠是一项看似细微却至关重要的技术，是保证成纸质量均匀的核心。从低速纸机的固定冠到高速宽幅纸机的可控冠，冠技术的不断发展始终围绕“补偿变形、实现压力均匀”这一核心目标，适应不同造纸工况的需求。合理的冠设计不仅可以解决纸张定量不均、脱水效果差等质量问题，还可以提高纸机运行效率（减少断纸次数）并降低能耗（避免过度干燥），是造纸工业向“优质、高效、低耗”发展过程中不可或缺的关键技术支撑。在未来的造纸生产中，随着设备精度的不断提高和工艺的不断优化，冠技术将更加精细化、智能化，为造纸工业的高质量发展贡献更多力量。