автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.15, диссертация на тему:Совершенствование конструкции газетного фальцаппарата на основе изучения механики процесса рубки и фальцеобразования

Перечень сокращений и символов

1. Введение

2. Современное состояние исследований и тенденции совершенствования фальцевальных аппаратов печатных машин

2.1. Развитие и схемы построения фальцевальных аппаратов

2.2. Основные требования, предъявляемые к газетным ФА, согласно нормативным документам.

2.3. Механизм рубки бумажного полотна и тенденция его совершенствования

2.4. Существующие схемы механизмов графеек и тенденции их совершенствования

2.5. Направление совершенствования механизмов фальцовки газет.

2.6. Задачи настоящего исследования.

3. Аналитическое исследование динамики механизмов рубки и ударной фальцовки

3.1. Аналитическое исследование динамики механизма рубки

3.1.1. Исследование изгибных колебаний валов РЦ и Щ

3.1.2. Исследование крутильных колебаний валов РЦ и

3.1.3. Выводы.

3.2. Анализ механизма ударной фальцовки газет.

3.2.1. Геометрический анализ процесса ударной фальцовки

3.2.2. Аналитическое исследование процесса ударной фальцовки

3.2.2.1. Учет давления воздушных потоков.

3.2.2.2. Влияние скорости вращения Щ и ФН, глубина выхода ФН на процесс фальцовки.

4. Экспериментальное исследование механизма рубки в лабораторных условиях

4.1. Сущность явлений и постановки задачи

4.2. Методика и программа статического исследования технологических сил

4.3. Сравнительные статические исследования технологических параметров механизма рубки

4.3.1. Анализ результатов исследований силы "чистого" реза.

4.3.2. Исследование технологических сил при рубке в марзан

4.3.3. Исследование технологических сил при рубке в щель"

4.4. Задачи экспериментального исследования механизма рубки на специальном стенде.

4.5. Стенд для экспериментального исследования процесса и механизма рубки

4.6. Сравнительное экспериментальное исследование механизмов рубки на специальном стенде.

4.6.1. Методика и программа исследований.

4.6.2. Результаты исследований.

5. Методика экспериментального исследования фальцаппарата газетного агрегата ГАУ.

5.1. Задачи и общая программа экспериментального исследования механизмов рубки и фальцовки.

5.2. Система для бесконтактного тензометрического исследования механических параметров

5.2.1. Датчики и аппаратура для бесконтактного исследования

5.3. Методика измерения изгибающих сил и крутящих моментов на валах цилиндров фальцаппарата ГАУ.

5.4. Методика исследования аэродинамического давления потока воздуха на бумагу в процессе фальцовки.

6. Экспериментальные исследования механизмов рубки и ударной фальцовки на газетном агрегате ГАУ

6.1. Экспериментальное исследование механизма рубки

6.1.1. Исследование изгибающих и крутящих моментов на валу РЦ газетного агрегата ГАУ существующей конструкции

6 Л .1.1. Крутящие моменты.

6.1.1.2. Изгибающие усилия.

6.1.1.3. Выводы.

6.1.2. Исследование изгибающих и крутящих моментов на валу РЦ газетного агрегата ГАУ при установке предложенной конструкции механизма рубки

6.1.2.1. Крутящие моменты

6.1.2.2. Изгибающие усилия

6.1.2.3. Выводы.

6.1.3. Сравнительные эксплуатационные показатели механизмов рубки существующей и предложенной конструкций

6.1.4. Выводы.

6.2. Экспериментальное исследование механизма фальцовки

6.2.1. Программа исследования

6.2.2. Исследование нагрузок в планетарном механизме фальцовки

6.2.3. Исследование крутящих моментов на валу ФЦ

6.2.4. Роль в процессе фальцовки механизма графеек.

6.2.5. Пути повышения точности фальцовки и надежности работы механизма графеек.

6.2.6. Исследование давления потока воздуха при фальцовке

Актуальность проблемы, ХХУ1 съезд КПСС поставил задачу: "В области технических наук сосредоточить усилия на решении следующих важнейших проблем: повышение качества, надежности, экономичности и производительности, уменьшение шума и вибрации машин, оборудования и других изделий машиностроения, снижение их материалоемкости и энергопотребления" /4.1/.

Указанные вопросы в полной мере относятся и к полиграфическому машиностроению и, в частности, к наиболее быстроходному виду печатного оборудования - рулонным ротационным агрегатам, уступающим по ряду показателей лучшим образцам машин своего класса.

Низкие технические показатели фальцаппаратов (ФА) рулонных машин - невысокая надежность и отклонение от требуемой точности обрабатываемой продукции - в значительной мере сдерживают повышение их производительности. Традиционные ФА, применяемые на отечественных газетных агрегатах, позволяют печатать на частоте вращения 5-6 об/с цилиндров печатных аппаратов. С превышением этих частот вращения резко снижается стабильность работы (наблюдаются порывы бумаги, забой ФА), возрастает износ деталей (быстро выходят из строя текстолитовые планки, направляющие штифты, пружины, ножевая обойма, резиновые марзаны, интенсивно изнашиваются пазовые кулачки механизма графеек и др.). По данным газетных типографий СССР, средний срок службы текстолитовых планок составляет 76-78 часов, марзанов - 36-38 часов непрерывной работы, а пазовых кулачков - от 4 месяцев до I года (при односменной работе). Имеющаяся регулировка фальцножа (ФН) обеспечивает необходимую точность фальцовки только при определенной стабильной скорости агрегата. На переходных скоростях такая точность не обеспечивается, в связи с чем много газет бракуется.

Наряду с этим ФА рулонных ротационных печатных машин являются также источником повыпенного шума. В частности, уровень шума в ротационных ФА отечественных газетных агрегатов типа ГАУ при работе на эксплуатационной частоте вращения, порядка 7 об/с печатного цилиндра, достигает 110—112 дБ и значительно превышает допустимые нормы.

Все это свидетельствует о необходимости улучшения качественных показателей ФА, которые могут быть достигнуты, во-первых, совершенствованием конструкции существующих ФА и, во-вторых, применением новых принципов проводки и фальцевания бумажной ленты с использованием механизмов, обладающих лучшими динамическими характеристиками, при создании новых машин. Отечественные газетные агрегаты последних моделей (ЗГАУ, 4ГАУ) по техническим показателям еще уступают лучшим аналогичным зарубежным образцам. Так, агрегаты фирм "М.А.Н.11 и "Кёниг и Бауер" (ФРГ), "Вифаг" (Швейцария) имеют выше техническую скорость, обеспечивают лучшее качество продукции и меньший уровень шума. В частности, при работе агрегата фирмы "Кёниг и Бауер" на частоте вращения 9,72 об/с печатного цилиндра уровень шума в районе ФА составляет 89 дБ.

Поэтому для повышения конкурентоспособности советских газетных машин и агрегатов на внешнем рынке (обеспечение хорошего качества продукции при работе на частоте вращения 12,5 об/с) требуется постоянное совершенствование их конструкции, в том числе ФА, с целью повышения надежности работы и точности фальцовки.

Целью работы явилось проведение исследований нагрузок от механизмов рубки и фальцовки газетного агрегата и на этой основе выявление причин низкой надежности деталей этих узлов и повышенного уровня шума, поиск более надежной и долговечной конструкции узла рубки с проверкой его эксплуатационных качеств в производственных условиях.

Научная новизна. Впервые выполнено экспериментальное исследование нагрузок от механизмов рубки и фальцовки на производственном газетном агрегате ГАУ в диапазоне возможных частот вращения, соответствующих 1,4-7,0 об/с печатных цилиндров. Проведены сравнительные исследования нагрузок от механизма рубки в более перспективном диапазоне частот вращения (соответствующих 4,17, 8,33 и 12,5 об/с) на специальном стенде (HG-5) в лабораторных условиях. Разработана соответствующая методика аналитического расчета сил.

Впервые установлены технологические нагрузки, необходимые для рубки газетной бумаги различной страничности и в зависимости от различной конструкции узла рубки.

Предложена и испытана в лабораторных (на стенде ИС-5) и производственных условиях (на агрегате ГАУ) новая конструкция механизма рубки (А.С. СССР № 94I2I6), позволившая в десятки раз увеличить долговечность данного узла и снизить уровень шума на 6 дБ.

Разработана оригинальная тензометрическая система (A.G. СССР № 896416) для бесконтактного измерения механических параметров на быстровращающихся деталях механической системы применительно к исследованию ФА газетного агрегата ГАУ в производственных условиях, что исключило необходимость производить подразборку машины.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Методика аналитического расчета сил от механизма рубки.

2. Результаты исследований ФА газетного агрегата ГАУ в производственных условиях.

3. Результаты экспериментального исследования технологических нагрузок от рубки газетной бумаги в статических условиях.

4. Методика и результаты динамических исследований узла рубки в лабораторных условиях (на стенде ИС-5).

5. Новая конструкция механизма рубки в ФА.

6. Механизм фальцеобразования на агрегате ГАУ.

7. Тензометрическая система для бесконтактного измерения механических параметров на быстровращающихся деталях механической системы.

Практическая ценность

1. Данные о технологических нагрузках при рубке, которые могут быть использованы при расчетах и проектировании ФА.

2. Разработаны методика, приборы и приспособления для исследования технологических усилий рубки в статических и динамических условиях.

3. Предложен новый механизм рубки, значительно улучшающий динамические и эксплуатационные характеристики ФА.

Разработанная конструкция механизма рубки может быть использована как на вновь выпускаемых, так и на эксплуатируемых газетных и других типах рулонных ротационных печатных машинах.

4. Разработана оригинальная система для бесконтактного тен-зометрического исследования механических параметров, позволяющая производить не только исследования, но и диагностику производственных машин без какой-либо подразборки.

Реализация работы. Результаты работы, касающиеся модернизации механизма рубки, внедрены, начиная с 1980 года, на всех восьми секциях газетного агрегата ГАУ и на машине ПРГ-2 в типографии издательства "Вильна Украина" Львовского обкома КПУ.

Рекомендации работы использовались при разработке технического задания на проектирование машины ПВГ-84-222. Предполагается также использовать их при разработке всех других газетных машин и агрегатов форматом А-2 и А-3.

Фактический экономический эффект от внедрения рекомендаций работы (с учетом экономии от снижения уровня шума) в типографии издательства "Вильна Украина" составил около 150 тыс. руб. за 3 года.

9, Результаты работы, касающиеся модернизации механизма рубки, внедрены, начиная с 1980 года, на всех восьми секциях газетного агрегата ГАУ и на машине ПРГ-2 в типографии издательства "Вильна Украина" Львовского обкома КПУ.

Рекомендации работы использованы при разработке технического задания на проектирование машины ПВГ-84-222. Предполагается также их использование при разработке других газетных машин и агрегатов форматом А-2 и А-3.

Фактический экономический эффект от внедрения результатов работы в типографии издательства "Вильна Украина" составил около 150 тыс. рублей.

1. Материалы ХХУ1 съезда КПСС. -М., 1981, с. 182.

2. Фельдман Б.А. Современное газетное производство. М., Книга, 1982, 380 с.

3. Бушунов В.Т. Печатные машины. М.-Л., Машгиз, 1963, 609 с.

4. Захаров А.Г., Либерман Н.И., Фуфаевский Д.А. Офсетные печатные машины. М., Книга, 1975, 320 с.

5. Куликов Б.В. Типографские ротационные печатные машины. -М., Книга, 1965, 185 с.

6. Мамчур А.А., Иванов В.И. Работа на газетном агрегате ГАУ. М., Книга, 1977, 149 с.

7. Тюрин А.А. Печатные машины-автоматы. М., Книга, 1980, 416 с.

8. Миль А.А., Вилерштейн И.Я. Работа на книжно-журнальных ротационных машинах высокой печати. М., Книга, 1966, 161с.

9. Гудерман Э. Специальные стали, т.т. I и П. М., Металлургия, 1966, 320 с.

10. Архангельский Б.А. Пластические массы. М., Лениздат, 1966, 124 с.

11. Мордовии Б.М. Конструирование и расчет полиграфических машин. Книга У. М., 1954, 444 с.

12. Яблонский А.А., Норейко С.С. Курс теории колебаний. М., Высшая школа, 1975, 248 с.

13. Маелов Г.С. Расчеты колебаний валов. Справочное пособие. -М., Машиностроение, 1968, 272 с.

14. Вибрации в технике. Справочник в 6 т. Колебания механических систем, т. 2. Под ред. Елехмана И.И. М., Машиностроение, 1979, 351 с.

15. Абрамов Б.М. Колебания прямозубых зубчатых колес. Харьков, изд-во Харьковского ун-та, 1968, 176 с.

16. Куклинч X. Справочник по физике. М., Мир, 1982, 519 с.

17. Прочность. Устойчивость. Колебание. Справочник, т. I. -М., Машиностроение, 1968, 831 с.

18. Барсуков Ф.И., Русакова Ю.Б. Элементы и устройства радиотелеметрических систем. М., Энергия, 1973, 256 с.

19. Тензометрия в машиностроении. Справочное пособие, под ред. Макарова Р.А. М., Машиностроение, 1975, 288 с.

20. Топоровский И.С., Радиотехнические цепи и сигналы. М., Советское радио, 1964.

21. Берман Л.С. Введение в физику варикапов. Л., Наука, 1968, 180 с.

22. Мороз И.П. Параметрический усилитель постоянного тока на варикапах. М., Мед техника, 1969, № I.

23. Гальперин М.В. и др. Транзисторные усилители постоянного тока. М., Энергия, 1972, 271 с.1. Статьи

24. Вознюк Д.М. Проблемы и перспективы газетного производства. Научно-методический сборник. Львов, 1982, с. 29-33.

25. Экспресс-информация. Оборудование для полиграфической промышленности. Выпуск 3. М., 1981.

26. Дормидонтова В.М., Климов Б.И. Экспериментальные исследования вибраций газетного агрегата ГАУ. В сб. "Тр. ВНИИ-СПИТ": Исследование шума и вибраций полиграфического оборудования./ Под редакцией O.K. Постникова. М., Выпуск 41, 1972, с. 49-53.

27. Фишер Г. Уровень развития ротационных фальцаппаратов.

28. Mtteilunger, УРМ" № 4, 1965, № 5, 1966.57. %льц А. Точность фальцовки на листовых фальцмашинах и ротационных фальцевальных аппаратах. „ Л/* tic/Can cer, VfPM5, 1966.

29. Рак Ю.П., Гембара В.М. Исследование динамики механизма рубки газетного агрегата ГАУ. Межвузовский сборник научных работ. Печатные машины. М., 1982, вып. 2, с. 87-94.

30. Рак Ю.П. Исследование механизма ударной фальцовки газетного агрегата ГАУ. Всесоюзное совещание по методам расчета цикловых механизмов машин-автоматов. Тезисы докладов, Львов, 1979, с. 145.

31. Рак Ю.П. Исследование технологических сил при рубке бумаги применительно к газетным фальцаппаратам. Рукопись, депонированная в справочно-информационном фонде ЦНИИТЭИлегпище-маша. М., 1983, № 345мл-Д83.

32. Чехман Я.И., Рак Ю.П., Дидыч В.П. Стендовые испытания узла рубки газетного фальцаппарата. Рукопись, депонированная в Справочно-информационном фонде ЦНИИТЭИлегпищемаша. М.,1981, № 289.

33. Грабар Л.И., Рак Ю.П., Чехман Я.И. Система для бесконтактного тензометрического исследования параметров машин. -М., Полиграфия, 1981, № II, с. 23-25.

34. Рак Ю.П. Исследование нагрузок фальцаппарата газетного агрегата. П Республиканская научно-техническая конференция молодых ученых и специалистов полиграфии. Тезисы докладов. Львов, 1981, с. 55-56.

35. Лапшинов Н.Н., Рак Ю.П., Чехман Я.И. Совершенствование устройства для рубки бумажной ленты. М., Полиграфия, 1981, № 7, с. 21-22.1. Диссертации

36. Шишков В.Г. Исследование механики процесса ножевого фаль-цеобразования. М., 1966.

37. Одинокова Е.В. Исследование основных параметров крупноформатных ножевых фальцевальных машин и механики фальцеобразования. М., 1973.

38. Файге Г. Разработка и исследование аппаратов для продольной фальцовки (АПФ) двух сгибных тетрадей. М., 1972.1. Нормы и стандарты

39. Нормы отходов бумаги на технологические нужды производства. Утверждены решением Коллегии Госкомиздата СССР от 29.11.82 № 23, п. 5.

40. Стандарт предприятия. Система бездефектного труда. Критерии оценки качества полуфабрикатов на всех процессах и операциях. СТП 31-81. Приказ по издательству "Вильна Украина" № 152 от 14.08.81. Срок введения установлен с 01.09.81.

41. Допускаемые отклонения для фальцмашин и фальцаппаратов ТГЛ-23225. Институт полиграфических машин, Лейпциг, 1977.

42. Руководящие технические материалы. Методика измерения точности фальцовки на рулонных печатных машинах. РТМ 27-60. ШО "Союзполиграфмаш". М., 1977, с. 15.

43. Гигиенические нормы допустимых уровней звукового давления и уровня звука на рабочих местах, утвержденные Министерством здравоохранения СССР 12.01.73 № 1004-73.1. Патентная документация

44. Патент 3,870,292 (США). 7r)e.tLooJ ZfnJ £uS j-or Jransifcsc Totc/ing oj ufe&s. Cfobo 36r&r>dfy- fattnbj. ^cxr. //, Wf (Oh6 .а. /Ъ 65 6 4*/14)

45. Патент 1,611,282 (ФРГ). lforr/cAiu/то Schne/c/eo clt^ in ^обяо/э/эага-б 197/.tint. ел. &4tfl3/eo)

46. A.C. 342791 (СССР). Механизм для прокалывания печатной продукции в фальцевальном аппарате печатной машины. Влади-мирцев В.В. Рыбинское СКБ ПМ. 22.06.72 (М. кл. В 41 13/54).

47. Патент 7,279,20 (Англия). ^n'nb'no /PreSS Jo£c/e/~S.-- JLbehte,d . "boar. G. /97о C£ /3 £S Л Чб//г)

48. Патент 3,685,820 (Англия). SPreSS Jv£c/erS.сСо г/ss Зь/r ёгоо/z . </972.fQhi. b *5/it)

49. Патент 1,905,632 (ФРГ). £acferfaCZcf/D/bQrQi£• koengъпс/ ЗЪсьи&г . 22. TnorZ. /^73 fat. Се. M/J/3/sy

50. Патент 1,761,074 (ФРГ). £aderfa67icy/z/>a/~Q£

51. Rotai/onsdrucJcrnO/s/)i^eo . JCocn/o г/по/ ^BcUyer-."474. 1975 (Ohii. Ct. & j &/62J

52. А.С. 357454 (СССР). Тензометрическое устройство. Петухов В.М., Пронин Е.М. Рязанский радиотехнический институт (б1 01 В 7/16).

53. А.С. 461320 (СССР). Устройство для бесконтактного измерения параметров вращающихся деталей машин. Черкасов Л.А. Украинский научно-исследовательский институт целлюлозно-бумажной промышленности ( & 01 К 13/08).

54. А.С. 577665 (СССР). Частотный преобразователь для тензо-датчиков. Акимов А.В., Ерасов А.Е. и др. ( & 03 К 13/02).

55. А.С. 457000 (СССР). Система для бесконтактного определения амплитуды колебаний лопаток турбомашины. Поллей З.С., Гой-бер М.М., Москвин В.В. Рижский Краснознаменный институт инженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола£-01 М 13/00).

56. А.С. 466391 (CCGP). Устройство для бесконтактного измерения крутильных колебаний валов. Джемилев Л., 3$фман П.Г., Гурский Г.А. ( &0I Н 1/10).

57. А.С. (СССР). Тензометрическое устройство. Пузанчиков А.В. ( £01 В 7/16).

58. Патент 2.221.371 (ШРГ). ( G- 01 Д 5/243).

59. А.С. 599167 (GCCP). Устройство для бесконтактного измерения механических колебаний и перемещений. Землицкас А.А., Мустейкис Л.Л., Попов В.И. Специальное конструкторско-тех-нологическое бюро средств автоматизации ( & 01 К 11/00).

60. А.С. 896416 (СССР). Тензометрическое устройство. Грабар Л.И., Рак Ю.П., Чехман Я.И. Опубл. 07.01.82. Б.И. № I.

61. А.С. 94I2I6 (СССР). Устройство для рубки бумажного полотна фальцевального аппарата рулонных ротационных печатных машин. Чехман Я.И., Рак Ю.П. и др. Опубл. 07.07.82. Б.И. № 25.

62. А.С. 94I2I5 (СССР). Механизм прокалывающих игл фальцевального цилиндра рулонной ротационной печатной машины. Чехман Я.И., Дидыч В.П., Рак Ю.П. Опубл. 07.07.82. Б.И. № 25.1. Отчеты

63. Демидов В.И., Финакин К.И., Батищев И.Ф. Ударный фальцаппарат книжно-журнальных ротаций. М., ВНИИОПИТ, 1974.

64. Старков В.Г., Ефремов В.А., Круглов И.А., Воронов Е.А. Создание руководящих материалов по расчету отдельных деталей и узлов ролевых ротаций. Этап I. Разработка типовой методики расчета рулонной машины. Рыбинск, 1975.

65. Чехман Я.И., Рак Ю.П., Дидыч В.П. Модернизация механизма рубки и его экспериментальная проверка на газетном агрегате ГАУ. Львов, УПИ им. Ив. Федорова, 1980.