автореферат диссертации по транспортному, горному и строительному машиностроению, 05.05.01, диссертация на тему:Оптимизация параметров ротационного печатного аппарата для работы в режиме предварительного натяга

УКРАЇНСЬКА АКАДЕМІЯ ДРУКАРСТВА

На правах рукопису

ШУСТИКЕВИЧ

° Андрій Іванович

■ і-. :--і і--і ( І ,, . і

УДК 655.281

ОПТИМІЗАЦІЯ ПАРАМЕТРІВ РОТАЦІЙНОГО ДРУКАРСЬКОГО АПАРАТА ДЛЯ РОБОТИ В РЕЖИМІ ПОПЕРЕДНЬОГО НАТЯГУ

Спеціальність 05.05.01 - машинні процеси поліграфічного виробництва

Автореферат дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

ЛЬВІВ - 2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українській академії друкарства Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Чехман Ярослав Іванович,

Українська академія друкарства, професор кафедри поліграфічних машин.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Тинний Анатолій Нестерович,

Українська академія друкарства, професор кафедри поліграфічного матеріалознавства і хімії;

кандидат технічних наук, доцент Бойчук Анатолій Леонідович, регіональний представник представництва “Гейдельбергер Друкмашинен Остєвропа Фертрібс - Гмбх” в Україні.

Провідна установа: Український науково-дослідний інститут поліграфічної промисловості ім. Т.Г.Шевченка, відділ друкарських процесів, м.Львів.

Захист відбудеться “ 17 ” стопаАА 2000 р. о -14 годині на

засіданні спеціалізованої вченої ради Д 35.101.01 в Українській академії друкарства (79020, м. Львів, вул. Підголоско, 19, ауд.101).

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Української академії друкарства (79006, м. Львів - 6, вул. Підвальна, 17).

Автореферат розісланий “17 ” ^овгк я 2000 р.

Вчений секретар _____

спеціалізованої вченої ради ^^ГДідич в.п.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Постійне зростання швидкохідності ротаційних друкарських машин (РДМ) ставить високі вимоги до поліпшення динаміки друкарських апаратів (ДА). Цьому повинні сприяти висока точність виготовлення зубчастого привода, застосування спеціальної конструкції опор циліндрів, прецизійне балансування мас циліндрів і забезпечення необхідної жорсткості системи друкарського преса тощо.

Основною причиною вібрацій ДА і друкарської машини в цілому є, не зважаючи на вживані заходи, пульсуючі періодичні навантаження, які внаслідок пружних деформацій ланок друкарського преса породжують поперечні коливання циліндрів. Збуджувані коливання створюють перепад тиску при друкуванні, що негативно впливає на якість друку. Деякі фірми (MAN) для зменшення небезпеки виникнення коливань виготовляють циліндри суцільними (без виїмок). Однак виготовлення їх є складним процесом і вимагає централізованого постачання.

Важливим фактором істотного зменшення, аж до усунення, поперечних коливань циліндрів ДА є створення попереднього натягу в системі друкарського преса. Про це свідчить досвід експлуатації найбільш швидкохідних РДМ, що випускаються кращими світовими фірмами. Хоча дослідженням попереднього натягу займалося багато дослідників, зокрема Чехман Я.І., Прядко М.А., Ющик В.І., Савельєв Н.Г., Тюрін А.А., Круглов

І.А., Сілін Г.Г., Рудер P., однак комплексні роботи в цьому напрямку в межах колишнього СРСР не проводились. Методика розрахунку і створення попереднього натягу в повній мірі розроблена та освоєна стосовно плоскодрукарських машин, проте зовсім недостатня для ротаційних ДА. Такі дослідження є особливо необхідні у зв’язку з можливим освоєнням випуску РДМ на заводах України. Тому вироблення конкретних рекомендацій з проектування ДА для роботи в режимі попереднього натягу є актуальним завданням.

Зв’язок роботи з науковими планами установи. Подана робота виконувалась в Українській академії друкарства (УАД) в межах держбюджетних тем Б 104-95 і Б 104-98. Дослідження пов'язані з напрямками наукової роботи академії щодо підвищення якості виготовлення друкованої продукції. При праці над темою Б 104-95 автор був відповідальним виконавцем. Розробив і проаналізував математичні викладки, провів експерименти, обробив і узагальнив отримані результати. При роботі над темою Б 104-98 дисертант брав участь у підготовці, проведенні та обробці експериментальних досліджень.

Мета та завдання дослідження. Метою дослідження є наукове

обгрунтування параметрів ротаційного ДА, що забезпечують його стабільну роботу шляхом створення попереднього натягу.

Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити такі завдання: 1) дослідити пружну взаємодію ланок друкарського преса ротаційної машини високого і цлоского способів друку; 2) розробити методику розрахунку поперечних коливань циліндрів ротаційного ДА; 3) вивчити вплив деформаційних характеристик декелів на перепад тисків і поперечні коливання циліндрів; 4) дослідити динамічну модель двоциліндрового ДА і виявити умови виникнення в цій системі поперечнігх коливань, встановити вплив основних параметрів на якісні і кількісні характеристики коливного процесу; 5) дослідити вплив попередньо-напруженого стану на стабілізацію умов роботи РДМ; 6) сформулювати вимоги до жорсткості ДА і точності виготовлення опорних кілець циліндрів; 7) розробити рекомендації для реалізації попереднього натягу при проектуванні ротаційного ДА.

Об’єктом дослідження є взаємозв’язок напружено-деформованого стану ДА ротаційної машини і технологічного процесу.

Предметом дослідження є виявлення залежностей та оцінка впливу пружних деформацій системи преса ротаційного апарата на перепад тисків при друкуванні, розробка методики визначення параметрів, що забезпечують стабільні умови друкування шляхом створення попереднього натягу.

Методи досліджень. Теоретичні дослідження здійснювались з використанням сучасних досягнень у галузі механіки машин і, зокрема, у галузі теорії коливань. Експериментальні методи були різними при дослідженнях у статичних і динамічних умовах. Експерименти в статичних умовах здійснювалися на експериментальних установках з використанням стандартних механічних приладів. Дослідження в динамічних умовах велися на спеціально обладнаному стенді з використанням тензорезисторів і тензометричної апаратури.

Наукова новизна роботи: 1) досліджено вплив податливості

друкарського преса ротаційної машини на перепад тисків при друкуванні; 2) уперше запропоновано методику розрахунку максимальної амплітуди коливань циліндрів; 3) розроблено методику розрахунку поперечних коливань циліндрів; 4) уточнено методику оцінки впливу точності ДА на стабільність напружено-деформованого стану; 5) сформульовано вимоги до жорсткості друкарського преса при роботі в режимі попереднього натягу; 6) уперше встановлено залежність впливу механічних характеристик декеля (и і Еу) на перепад тисків і амплітуду коливань.

Практична цінність роботи. Основні результати проведеного дослідження можуть бути використані при проектуванні РДМ для роботи в

з

режимі попереднього натягу. Результати роботи впроваджені в УАД, у навчальному процесі студентів спеціальності 8.090224 “Поліграфічні машини і автоматизовані комплекси”.

Особистий внесок. У патенті України N 25660А на механізм створення попереднього натягу в ротаційній друкарській машині автор разом з науковим керівником розробив ідею винаходу, виконав патентний пошук і здійснив конструктивну проробку механізмів. В особистих і спільних публікаціях відображено, що дисертант розробив і проаналізував математичні викладки розрахунку імпульсу сили, провів аналітичні та експериментальні дослідження, обробив і узагальнив їх результати.

Апробація роботи. Основні положення та результати роботи доповідались на звітних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу УАД в 1995-2000 рр., на наукових семінарах кафедри поліграфічних машин УАД в 1995-2000 рр., на 2-й міжнародній науково-практичній конференції “Квалілогія книги" (Львів, УАД, 1998 р.).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 10 праць, у тому числі 5 статей і 4 тези доповідей, одержано патент України.

Структура і обсяг роботи. Дисертаційна робота складається з вступу, 4-х розділів, висновків, списку літератури та додатків. Основний зміст роботи викладено на 135 сторінках і містить 54 рисунки на 36 сторінках, 4 таблиці на 3 сторінках, 124 джерела літератури на 11 сторінках та 4 додатки на 35 сторінках. Загальний обсяг дисертації - 227 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ

У вступі обгрунтовано актуальність вибраного напрямку досліджень, сформульовано мету та завдання роботи, подано отримані нові наукові результати, що виносяться на захист, підкреслено їх практичне значення.

У першому розділі проаналізований сучасний стан теорії та практики в галузі стабілізації умов роботи ДА.

Розглядаються необхідні умови процесу друкування для отримання відбитка задовільної якості. Аналізуються результати праць, присвячених вивченню силових явищ у зоні друкарського контакту (ЗДК). Зроблено аналіз рекомендацій з налагодження ДА ротаційних машин. Значна частина огляду присвячена порушенню умов стабільної роботи ДА, зокрема розглядаються вплив крутильних і поперечних коливань, робота зубчастого привода, наявність фрикційної і зубчастої передач між циліндрами. Проведений огляд жорсткістних характеристик ДА деяких сучасних ротаційних машин показав, що не має єдиного підходу до створення необхідної податливості преса.

На основі проведеного аналізу літературних джерел сформульовано завдання, які підлягали вирішенню.

Другий розділ присвячений аналітичному дослідженню напруженого стану системи друкарського преса.

Циліндри ротаційного ДА пов’язані між собою зубчастою передачею і мають фрикційний зв’язок через взаємне контактування своїх поверхонь. Фрикційний зв’язок між циліндрами не є неперервним. В офсетних машинах плоского друку він зникає, коли циліндри повертаються один до одного своїми виїмками. У машинах високого друку цей зв’язок зникає ще й при проходженні через ЗДК пробільних смуг. Контакт циліндрів відбувається через деформацію декеля, що обумовлює появу значних технологічних зусиль. Технологічне навантаження в зоні контакту визначається за формулою '

2п+/

Р=рт-ц/ Ь-1-а-К-а-рт 2п , (1)

деК=2у/

І

2Д; 'і?і 8 І ПА ■

-----у •І - величина стала для конкретного ДА і декеля; р„

Кі+К2 і

СуП

- максимальний по ширині смужки контакту тиск при друкуванні; Еу і п -фізичні константи декеля; 5 і Лт- товщина декеля і максимальна деформація по ширині смужки контакту; ц/ - коефіцієнт усереднення; Ь і / - ширина і довжина смужки контакту; Яі і Д} - радіуси циліндрів; а - коефіцієнт заповнення форми друкуючими елементами.

Поява зусилля (Р) викличе деформацію зовнішнього контуру системи друкарського преса (головним чином через прогин цапф циліндрів), що приведе до збільшення відстані між осями циліндрів і відповідного зменшення деформації декеля.

Тиск при друкуванні

СгХп

Кга-^о-Х,)0'5

Ріпі =---------------7 . (2)

І 2Н

де Кі „ 1 р , Су - жорсткість зовнішнього контуру системи преса,

у /Су + іи

Рівняння, що пов’язує деформацію декеля з усіма впливовими факторами, має вигляд

і 2п+І і *0= Рш,'‘-Е> « •<*+ К-а-ріт ;п С,~ , (3)

де Я„ = Я/ + К7 - а„ - установочна деформація декеля (параметр

налагодження); а,„ - відстань між осями циліндрів ДА.

Дослідження рівняння (3) дозволяє встановити вплив жорсткості друкарського преса, порізаності форми і механічних характеристик декеля на

перепад тисків. На рис.1 графічно відображено залежність тисків при друкуванні від параметра налагодження апарата і заповнення друкарської форми при різних жорсткостях. При установочній деформації 1о~ 0,175 мм (крива 1) перепад тисків при зміні коефіцієнта заповнення форми від 0,1 до 1,0 змінюватиметься в межах 3,90 МПа <рт< 5,85 МПа (див. діаграму рт=/(а) на рис.1). Відношення ртт до ртт становить 1,50. Таким чином, у машинах високого друку характер друкарської форми, яку оцінено коефіцієнтом а, внаслідок пружних деформацій ланок друкарського преса, призводить до суттєвої зміни тисків, що доводиться компенсувати збільшенням об’єму приправки. При збільшенні установочної деформації до А,, = 0,20 мм (крива 2) перепад тисків при друкуванні збільшиться (рт„ртт становить 1,56). Аналітичні дослідження показали, що зменшення жорсткості ДА призводить до істотного збільшення перепаду тисків при друкуванні з змішаних форм високого друку. Використання- декеля з більш м'якими характеристиками дозволяє зменшити перепад тисків.

Рис. /. Залежність тисків рт при друкуванні від параметра налагодження Я«

Визначення допустимої деформації друкарського іпреса є необхідним при проектуванні і розрахунку на жорсткість ДА. Для того, щоб прогини цапф циліндрів не були причиною приправки, потрібно, аби ■ їх величина компенсувалася величиною пружної деформації декеля ,і не виходила за

МЄЖ1 Лпип , *

' 1 /'

Рншх п Ртиі'

(4)

Чі - ,

Егп

Величина допустимої деформації друкарського преса обумовлюється деформаційними характеристиками декеля і його товщиною, способом друку та характером друкарської форми.

Умова для визначення необхідної жорсткості ДА, при якій можливе отримання відбитка задовільної якості, має вигляд

‘ ( \

Р.....Е.

'Г

1

/ /

(5)

де РПшх~ максимальне значення технологічної сили при друкуванні.

З (5) випливає, що жорсткість друкарського преса залежитиме від вибору декеля з відповідними фізичними сталими /і і Еу.

Дослідження показали, що основним засобом стабілізації умов роботи ДА є створення попередньо-напруженого (до початку друкування) стану за рахунок притискання одне до одного кілець циліндрів.

Величина тиску при друкуванні при наявності натягу

С . У

П _ ^«/> Л"Р‘ ...

Р‘т і \0,5 ’ ^ ^

. Кга-(ЛП-Хпрі)

де Сщ, = С, + С2- приведена жорсткість системи.

Порівняння тисків, що описуються формулами (2) (без попереднього натягу) і (6) (з наявністю попереднього натягу), свідчить, що внаслідок істотного збільшення жорсткості друкарського преса {Спр-'5+10 С)) поперечні деформації циліндрів у процесі друкування будуть практично незначними.

На рис.1 (внизу) для попереднього ДА побудовано залежності тисків при створенні попередньо-напруженого стану. При установочній деформації Л„ = 0,15 мм (крива 3, див. діаграму рт /(а) на рис.1) перепад тисків при зміні коефіцієнта а від 0,2 до 1,0 змінюватиметься в межах 4,20 МПа < рт < 4,70 МПа. Відношення ртах до ртт становить 1,12, що засвідчує практично незначний перепад тисків (у межах 10%). Дослідженнями встановлено, що наявність попереднього натягу між опорними кільцями

циліндрів приводить до суттєвого зменшення перепаду тисків при змінній заповненості друкарської форми незалежно від жорсткості зовнішнього контуру друкарського преса і деформаційних характеристик декеля.

При створенні попереднього натягу в ДА виникають контактні напруження між опорними кільцями циліндрів. Під дією цих напружень, що змінюються в часі, у найбільш напружених зонах поверхневого шару кілець, з'являються тріщини і вм'ятини від втоми матеріалу, які призводять до поступового руйнування опорних кілець. Щоб кільця в процесі роботи ДА надмірно не спрацьовувалися, при проектуванні друкарської машини потрібно обмежити величину контактних напружень шляхом встановлення необхідної ширини опорних кілець. Приведено методику їх розрахунку.

Створення попереднього натягу в РДМ потребує більш високої точності виготовлення ДА. Величина натягу повинна бути такою, щоб натяг між опорними кільцями під час друкування не зникав при найбільш заповненій друкарській формі.

Р„ > ЛЯ, - Сі + Ртах — . (7)

»р

Як видно з формули (7), величина попереднього натягу між опорними кільцями залежить від жорсткості ДА і допуску на ексцентричність ЛИ, кілець:

Р„ •/!%

ЛЯ,= —---------, (8)

' 200 С,

де п% - перепад попереднього натягу.

З рівняння (8) випливає, шо при зменшенні жорсткості зовнішнього контуру С, друкарського преса можна збільшити допуск на ексцентричність опорних кілець АЯі. Зменшення жорсткості приведе до зменшення контактних напружень між опорними кільцями циліндрів і перепаду тисків при друкуванні.

Третіїї розділ присвячено теоретичному дослідженню поперечних коливань циліндрів у ротаційному ДА.

Раптове утворення та зникнення технологічнігх навантажень внаслідок пружних деформацій ланок друкарського преса породжує пружні коливання циліндрів, які викликають відповідну зміну тисків при друкуванні і нерівномірну передачу на папір фарбового зображення. Збуджувані коливання циліндрів ДА нерідко призводять до утворення поперечних смуг світлішого і темнішого відтінків на відбитках (“смугування”).

На рис.2 зображено динамічну модель системи друкарського преса, що складається з двох циліндрів масою /н/ і т2, пружні ланки яких приведені до опор з жорсткостями С, і СУ Циліндри між собою пов'язані в міжосьовій

площині через декель, який являє собою пружно-в'язку ланку з жорсткістю Сі і в’язкістю р.

У роботі розроблено методику розрахунку імпульсу сили і максимальної амплітуди коливань. Початкова амплітуда поперечних коливань циліндрів визначається імпульсом сили, що виникає в процесі накочування фрикційних поверхонь циліндрів. Величина цього імпульсу залежатиме від інтенсивності зростання технологічного зусилля, пропорційно якому змінюватиметься пружна деформація ланок преса, друга похідна від якої, помножена на приведену масу циліндрів, визначатиме силу інерції і початкову амплітуду коливань.

Технологічне навантаження в проміжку часу від 0 до //2 (/ - час зростання тиску від 0 до максимуму)

ц,и.*

fax*

Рис. 2. Динамічна модель системи друкарського преса

Pi=P,nl-b>-R,

n(n-l)(n-2)t!,u

(n + 4)6t

,з

о

(9)

де (о = const - кутова швидкість обертання ведучого циліндра.

Зростання технологічного навантаження (9) обумовить пропорційне зростання пружної деформації друкарського преса

, п+І

П-Іі

п(п-1)і,п+3 п(п—1) (п-2)1,пи

п+1 (п+2)ґ (п+3)2ґ (п+4)6(3

Перша похідна від Хг являє собою швидкість деформації

Хі = 4г-Р,„1(о-Яі Тт

.(Ю)

(П)

а друга - прискорення пружної деформації друкарського преса в період стрімкого зростання технологічного навантаження

ґ л»-'

('"г)

(12)

Залежність (12) відображає прискорення центра маси циліндра в

поперечному напрямку, внаслідок якого сили інерції ^ Ріп = спричинять зростання величини пружної деформації ланок преса до

X

г їй

пі.

■X,

Ід

(13)

де Хц - деформація в динамічних умовах, що визначатиме початкову амплітуду вільних згасаючих коливань.

З врахуванням (10) і (13) співвідношення деформації в динамічних і статичних умовах набуде вигляду

ґ ,\«-Г

V 1А

к‘~т;

р,..

т

пр

/Г

А /і+7

і

п + Ґ

п(п-1) п(п-1) (п-2)

(14)

п+2 п+3 п+4

Результати дослідження математичної і фізичної моделей ДА, які практично збігаються, показали, що динамічний коефіцієнт К> в залежності від характеристик декеля, жорсткості системи преса, швидкості роботи машини і маси циліндрів може змінюватись у широких межах (від 2 до 6-ти, а інколи й більше), що підтверджує достовірність наведеної методики. Тому технологічне навантаження не можна розглядати як стале, при якому К> < 2.

Аналіз графіків на рис.З свідчить про наявність у процесі накочування циліндрів великих прискорень, внаслідок чого сили інерції створюють значну початкову амплітуду знакозмінної деформації, породжуючи коливний процес циліндрів у процесі друкування (де 1 і 2 - прискорення пружної деформації друкарського преса для двох різних ГТП; 3 - те саме при створенні

п

попереднього натягу для ГТП N1). В результаті цього явища «а відбитках можуть утворюватись поперечні смуги світлішого і темнішого відтінків. Динамічний коефіцієнт при використанні більш жорсткого декеля N1 становить Кі =3,5, а для декеля N2 - Кл =1.8. Отже, на величину амплітуди коливань істотно впливають і механічні характеристики декеля. Використання декеля з більш м'якими характеристиками дозволяє зменшити величину імпульсу сили й амплітуду поперечних коливань циліндрів.

V

:><

Рис.З. Графім прискорень пружних деформацій друкарського преса ч процесі накачукаїшя циліндрів

Як видно з графіків на рис.З, сили інерції змінюються в часі близько до синусоїдального закону. Беручи це до уваги, диференціальні рівняння вимушених коливань системи з двома ступенями вільності під дією демпфуючих сил у проміжок часу від 0 до7 матимуть вигляд

ті Xі — /и Хі+ /и Xі + (С! + Су)Х, —■С 3Х2 = — Р/ хіп(со - ї + а); (15)

т:Х; + мХ2-рХі+(С: + Сз)Х:-С} X, = Р;5Іп(со-і+а).

Загальний розв'язок цих рівнянь є сумою загальних розв'язків рівнянь без правих частин X/ , А-/(вільні коливання) і окремих розв'язків рівнянь з правими частинами х/', Х2* (вимушені коливання):

X, = Х/ + Х/'.; Х2 = Х3' + Х2".

(16)

Загальний розв'язок однорідного рівняння має такий вигляд:

X/ = А/е~'>г' хіл(р,*1 + є,\+ А,;/е~Пу' ліп^р2'і + є А;

Х2 = а/е~п,г .\їпір,'і + £/І + А:пе~Пу< хілі^р 2'1 + £ \

де А/, А/ , А2 і А] - амплітуди коливань: />/ і р2 - власні частоти системи, £, і є2 - початкові фази.

Розв'язок неоднорідного лінійного рівняння системи, поданої моделлю на рис.2, можна виразити як

Х,// = — В/ 5Іп(оі і + а -0/) + В," хіп((о + а - 02);\

/у / // ( (іО)

Х2 =~В2 зт(о)1+ а — 02)+ В2 хіп(а)1 +а-03),]

де В/, В і , В2, В2 - амплітуди вимушених коливань системи, а> - частоти вимушених коливань; Оь 0* 0з - фазові кути.

Амплітуди вимушених коливань і фазові кути визначаються за формулами

В/

М±^Р: в"Р< в,"

^-+/-

0, = агсіц

( сії - Дц Ь - рш:;

, 0^- агсщ —----— , _ , ___,

.аз» + ЬЬ) ~ ' \с” + Ші) ‘ 'Уєі’ + Аі,

де а = С2+С3-т2аг ~ Ь- цш:; с - —С3, сі = -рш

е = С, + С3-т]са2; /=//№».; ^ =,(-С/ -ьСд—-!я/аг)(с\+с*

А — /у<у|^С, + С3 —;піІш:^+.^С2 +:С3 -іт2(ог)-ЗС^.

Амплітуди вимушених іколивань залежать від гвластивостей системи і діючих на неї сил. -Якщо’частота збуджуючої сили збігається зГбудь-якою з двох власних частот системи-/»/ або/»/. то виникає:резонанс.

Після завершення накочування циліндрів і досягнення максимальної величини технологічного навантаження диференціальні рівняння поперечних коливань описуються системою рівнянь (15) без правих частин. 3;виразу (Г5) випливає, шо можливо розкласти коливання системи з двома ступенями вільності при малій величині згасання на два характерні згасаючі коливання.

Частота згасаючих коливань визначається за формулою

V =\ІР: і(20)

і мало відрізняється від частоти незгасаючнх коливань, оскільки // на один -два порядки менша, ніж р2.

(19)

Та кіш чином, оскільки координата X періодично змінює свій знак при зміні знака синуса, рух механічної системи має згасаючий коливний характер. Наявність множника е~'“ вказує на те, що амплітуда коливань з часом зменшується і тому коливання, які виникли в процесі накочування циліндрів, будуть поступово згасати. Після завершення контакту циліндрів технологічне навантаження зникає, що призводить до виникнення нового імпульсу коливань.

Перше коливання в обох координатах відбувається з частотою рі, а друге - з частотою р3. У випадку, коли жорсткості цапф циліндрів і їх маси однакові, Су = С] і ті = т},

Як видно з формули (21), частота першого головного коливання залежить тільки від жорсткості і маси системи. На частоту другого головного коливання мають вплив деформаційні характеристики ГТП (жорсткість С} декеля).

Отже, у процесі накочування циліндрів внаслідок раптового прикладання технологічного навантаження збуджуються коливання другої частоти (коливання у протифазі). Ці коливання, змінюючи деформацію декеля, і будуть причиною утворення поперечних смуг на відбитках. Коливання першої частоти не встигають збуджуватися і на якість друку не впливають, оскільки циліндри коливаються у фазі.

Якщо частоти головних коливань мало відрізняються одна від одної через накладання коливань, у системі може виникнути биття. Результати досліджень показують, що биття може з'явитися при малій жорсткості декеля С3 порівняно з жорсткістю цапф циліндрів С. 2С3« С. Застосування з цього погляду декелів з більш жорсткими деформаційними характеристиками віддаляє коливання циліндрів від близькорезонансної зони.

Проведені аналітичні дослідження дозволяють стверджувати, що реалізація попереднього натягу між опорними кільцями циліндрів суттєво зменшує інтенсивність зростання технологічних зусиль у процесі накочування циліндрів у ДА і, таким чином, зменшує величину прискорення пружної деформації друкарського преса (рис.З). Динамічний коефіцієнт для декеля N

1 становить Кі = 0,77.

Величина імпульсу сили при наявності попереднього натягу зменшиться на величину

(21)

2 _ Кд _ Є пр

\

— > 5.. .10 .

(22)

Отже, створення попередньо-напруженого стану в системі друкарського преса дає можливість практично усунути поперечні коливання циліндрів у процесі роботи, а в машинах високого друку забезпечити стабільність тисків при друкуванні.

Четвертий розділ присвячено експериментальним дослідженням на спеціальному стенді поперечних коливань ротаційної пари і ролі попереднього натяту.

Експериментальне дослідження динаміки ротаційної пари проводилось тензометричними методами на спеціально обладнаному стенді, що являв собою двоциліндровий ДА з офсетним і формним циліндрами.

Одержані осцилограми поперечних коливань циліндрів якісно підтверджують прогнозовані теоретичні закономірності. Після проходження виїмки, внаслідок раптово прикладеного імпульсу сили, виникають пружні коливання другої частоти (коливання у протифазі), що мають згасаючий характер і практично продовжуються до закінчення періоду контакту між ними (рис.4,а). Зміна амплітуди описується залежністю Ае~п‘. Після завершення контакту циліндрів технологічна сила раптово зникає, що спричиняє виникнення нового імпульсу коливань.

а

ФЦ

П ^VПГ^WfПrЇT1,4 і ЛІІІнмА і J Л і ІпГг^П(\ГпгтІпГ її ІІіАь 4М . 1 1

РРШУУргі** ОЦ

5

Рас. 4. Типові осцилограми поперечних колгтань циліндрів при п = 750 об/хв: а - без попереднього натягу; б - з попереднім натягом

Аналіз експериментальних даних показав, що:

- зростання частоти обертання циліндрів призводить до збільшення ' амплітуди поперечних коливань;

- на коливний процес у ДА впливають механічні характеристики декельних матеріалів. Зокрема, із збільшенням жорсткості декеля зростають амплітуда коливань і частота вільних коливань, зменшується коефіцієнт в'язкості (демпфування);

- на величину амплітуди поперечних коливань впливає характер самої форми. Збільшення коефіцієнта заповнення форми а викликає зростання амплітуди коливань;

- у близькорезонансній зоні, коли частота вимушених коливань системи наближається до частоти першого і другого головних коливань, спостерігається явище биття.

На підставі експериментальних даних визначено логарифмічний декремент коливань для різних частот обертання циліндрів при використанні декелів різних типів. Коефіцієнт згасання при всіх інших рівних параметрах із збільшенням частоти обертання цилиндрів зменшується , що узгоджується з реологічною моделлю декеля.

Результати експериментальних досліджень підтвердили висновки теоретичного розділу щодо стабілізації коливного процесу створенням попередньо-напруженого стану між опорними кільцями циліндрів: практично зникають згасаючі поперечні коливання їх мас на початку контакту (рис.4,6). Попередній натяг суттєво зменшує амплітуду вільних коливань циліндрів, підвищує частоту власних коливань системи, збільшує жорсткість ДА. При наявності натягу в ДА механічні характеристики ГТП мало впливають на інтенсивність коливного процесу циліндрів. Створення попередньо-напруженого стану дозволяє віддалити роботу ДА від близькорезонансних зон і нормалізувати роботу друкарської машини.

ВИСНОВКИ

1. У дисертації теоретично узагальнено роль податливості друкарського преса і розв'язано наукову задачу, яка полягає в обгрунтуванні параметрів, що забезпечують стабільну роботу ротаційного ДА шляхом створення попереднього натягу між циліндрами.

2. Дослідження пружної взаємодії елементів друкарського преса виявили закономірності впливу на стабільність роботи ДА таких основних факторів, як: жорсткість преса та його попередньо-напружений стан (при наявності попереднього натягу), характер форми і деформаційні характеристики декеля.

3. Розроблено методику розрахунку поперечних коливань циліндрів. Зокрема, запропоновано методику розрахунку максимальної амплітуди коливань.

4. Виявлено істотний вплив деформаційних характеристик декеля на амплітуду поперечних коливань циліндрів і перепад тисків при друкуванні з форм високого друку.

5. Досліджено динамічну модель двоциліндрового ДА. Встановлено рплив основних параметрів на коливний процес циліндрів. Результати досліджень математичної і фізичної моделей ДА показали, що динамічний коефіцієнт К„ залежно від характеристик декеля, швидкості роботи, жорсткості системи преса і маси циліндрів може змінюватись у широких межах (від 2 до 6-ти, а інколи й більше). Експериментально визначені декременти згасання коливань можуть слугувати основою при розрахунку поперечних коливань у ДА як конкретні числові значення. Визначено шляхи зменшення амплітуди коливань.

6. Досліджено стабілізуючу роль попереднього натягу. Створення необхідного попереднього натягу на порядок збільшує жорсткість друкарського преса, практично усуває поперечні коливання циліндрів у процесі друкування, а в машинах високого друку забезпечує стабільність тисків при друкуванні із змішаних друкарських форм. Це дозволяє підвищити швидкісні можливості ротаційної машини.

7. Сформульовано вимоги до матеріалу, ширини і точності виготовлення опорних кілець. Показано, що при наявності попереднього натягу жорсткість зовнішнього контуру преса може бути знижена, що забезпечить більшу компактність конструкції і меншу чутливість до точності виготовлення контактних кілець.

8. Для конструкторів друкарських машин розроблено практичні рекомендації і методику розрахунку параметрів друкарського апарата для роботи в режимі попереднього натягу.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Шустнкевич А.І. Перепад тисків у друкарському апараті ротаційної машини високого друку // Поліграфія і видавнича справа,- Львів, 1997,-N 32,- С. 71-75.

2. Шустикевич А.І. Вплив жорсткості друкарського апарата на перепад тисків при друкуванні способом високого друку // Поліграфія і видавнича справа. - Львів, 1998,- N 34,- С. 142-145.

3. Шустикевич А.І. Дослідження поперечних коливань циліндрів у ротаційному друкарському апараті на експериментальному стеді // Поліграфія і видавнича справа. - Львів, 1999. - N 35. - С. 29-35.

4. Чехман ЯЛ., Шустикевич А.І. Оцінка імпульсу сили і амплітуди коливань у друкарському апараті // Наукові записки УАД. - Львів, 2000. -N2,- С. 23-27.

5. Чехман Я.И., Белокрысенко В.Ф., Кравчук И.Н., Шустикевич А.И., Шустикевич М.В. Офсетные резинотканевые пластины // Компьюарт. -М., 2000. - N 1,- С. 24-30.

6. Пат. N 25660А України, МКІ В 41 F 7/20. Друкарський апарат ротаційної друкарської машини / Чехман Я.І., Шустикевич A.I.- N 96103892; Заявл. 11.10.96; Опубл. 30.10.98, Бюл. N6,- 2 с.

7. Шустикевич А.І. Попередній натяг як фактор підвищення якості друку // Квалілогія книги (тези доповідей). - Львів, 1998,- С. 87-88.

8. Шустикевич А.І. Необхідні умови реалізації попереднього натягу в офсетному друкарському апараті // Тези доп. звітн. наук.-техн. конф. УАД. - Вип.2. - Львів, 1995,- С. 33.

9. Шустикевич А.1. Методика експериментального дослідження попереднього натягу в системі друкарського преса // Тези доп. звітн. наук.-техн. конф. УАД. - Вип.З. - Львів, 1997,- С. 22.

10. Шустикевич А. І.Експериментальне визначення логарифміч-ного декремента поперечних коливань друкарського апарата // Тези доп. звітн. наук.-техн. конф. УАД,- Вип.4. - Львів, 1999,- С. 10.

Анотація

Шустикевич А.І. Оптимізація параметрів ротаційного друкарського апарата для роботи в режимі попереднього натягу. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.01 - машини та процеси поліграфічного виробництва. -Українська академія друкарства, Львів, 2000.

Дисертація присвячена питанню стабілізації роботи ротаційного друкарського апарата шляхом створення попереднього натягу між циліндрами. Виконано теоретичні дослідження пружної взаємодії ланок друкарського преса ротаційної машини високого і плоского способів друку. Сформульовано вимоги щодо жорсткості друкарського преса і точності виготовлення опорних кілець циліндрів. Розроблено методику розрахунку поперечних коливань циліндрів ротаційної друкарської машини. Досліджено стабілізуючу роль попереднього натягу. Подано результати експериментальних досліджень поперечних коливань ротаційної пари. Розроблено практичні рекомендації для конструкторів друкарських машин.

Ключові слова: поперечні коливання, попередній натяг, декель, технологічне навантаження, імпульс сили, амплітуда коливань, тиск при друкуванні, опорні кільі(Я, жорсткість друкарського преса.

Аннотация

Шустикевич А.И. Оптимизация параметров ротационного печатного аппарата для работы в режиме предварительного натяга. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.01 - машины и процессы полиграфического производства. - Украинская академия печати, Львов, 2000.

Диссертация посвящена вопросу стабилизации работы ротационного печатного аппарата (ПА) путем создания предварительного натяга между цилиндрами, включает введение, четыре раздела, список литературы из 124 наименований и приложения.

В первом разделе проанализировано современное состояние теории и практики в области стабилизации условий работы ПА. Рассматриваются явления, препятствующие нормальной эксплуатации печатных машин. Анализируются рекомендации по настройке ПА ротационных машин, некоторые ПА современных ротационных рулонных и листовых машин высокого и офсетного способов печати, их жесткостные характеристики. Сформулированы основные задачи, решаемые в работе.

Второй раздел посвящен аналитическому изучению напряженного состояния ПА. Выполнены теоретические исследования упругого взаимодействия звеньев печатного пресса ротационной машины высокого и плоского способов печати. Выявлено существенное влияние на перепад давлений при печатании способом высокой печати жесткости пресса, характера печатной формы и механических характеристик декеля. Разработана методика расчета необходимой ширины опорных колец цилиндров. Сформулированы требования относительно жесткости печатного пресса и точности изготовления опорных колец цшшвдров. Определено, что прй проектировании ПА ротационной машины, работащего в режиме предварительного натяга, можно уменьшать жесткость внешнего контура печатного пресса. Разработана методика расчета необходимых параметров ПА ротационной печатной машины для работы в режиме предварительного натяга.

Третий раздел содержит теоретическое исследование поперечных колебаний цилиндров в ротационном ПА. Определено существенное влияние механических характеристик декеля на колебательный процесс цилиндров. Разработана методика расчета поперечных колебаний цилиндров ротационной печатной машины. Определены условия вероятного появления

биения цилиндров в ПА. Результаты исследований физической и математической моделей свидетельствуют, что динамический коэффициент в зависимости от характеристик декеля, скорости работы машины, жесткости системы печатного пресса и массы цилиндров может изменяться в широких пределах (от 2 до 6-ти, а иногда и выше). Разработана методика расчета импульса силы и амплитуды поперечных колебаний цилиндров. Исследовано, что создание предварительного натяга в системе печатного пресса позволяет практически устранить поперечные колебания цилиндров в процессе работы печатной машины, а в машинах высокой печати обеспечить стабильность давлений при печатании из смешанных печатных форм.

В четвертом разделе приводятся результаты экспериментального исследования на специально оборудованном стенде поперечных колебаний ротационной пары и роли предварительного натяга. Исследовано влияние на поперечные колебания цилиндров характера печатной формы, частоты оборотов ротационной пары и механических свойств декелей. На основе экспериментальных данных определены логарифмический декремент колебаний и коэффициент затухания для различных частот оборотов цилиндров при использовании различных типов декелей. Проведенные эксперименты показывают, что создание предварительно-напряженного состояния между опорными кольцами цилиндров увеличивает жесткость ПА, отдаляет работу печатной машины от околорезонансных зон, приводит к существенному уменьшению амплитуды поперечных колебаний, а при использовании форм с различным коэффициентом заполнения - к уменьшению перепада давлений. Разработаны практические рекомендации для конструкторов печатных машин.

Ключевые слова: поперечные колебания, предварительный натяг, декель, технологическая нагрузка, импульс силы, амплитуда колебании, давление при печатании, опорные кольца, жесткость печатного пресса.

Abstract

Shustykevich A.I. Optimizing of the rotary printing apparatus parameters for the work in the conditions of pretension. - Manuscript.

Thesis for the Degree of Candidate of Technical Sciences. Speciality 05.05.01 - machines and processes of printing production. - Ukrainian Academy of Printing, Lviv, 2000.

The thesis is dedicated to the problems of stabilization of the rotary printing apparatus work by means of making the pretention between cylinders. The theoretical researches of spring interaction of rotary printing press stages are carried out (the rotary press with letter-press and planographic printing). The reguirements as to hardness of printing press and accuracy of making of support cylinder rings are formulated. The method of calculation of the rotary printing press cylinders' cross vibrations is worked out. The stabilizing role of pretension is searched. The results of experimental studies of the rotary pairs’ cross vibrations are presented. The practical recommendations for designers of printing presses are worked out.

Keywords: cross vibrations, pretension, tympan, technological load, impulse power, range of vibrations, press while printing, support rings, hardness of printing press.