автореферат диссертации по машиностроению и машиноведению, 05.02.13, диссертация на тему:Разработка печатного аппарата для передачи больших удельных давлений

ВВЕДЕНИЕ.

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И МЕТОДИКА).

2. СОПОСТАВИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИССЛЕДОВАНИЙ ПО ДАВЛЕНИЮ И ДЕФОРМАЦИЯМ В ОБЛАСТИ ПЕЧАТНОГО КОНТАКТА.

2.1.Вывод ы.

3. ТЕОРИЯ ДВУХСЛОЙНОЙ СИСТЕМЫ ДЕКЕЛЯ И ПОСТРОЕНИЕ ЕЕ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ.

3.1 .Теория и модель.

3.2. Методика расчета двухслойного декеля для полученной модели и ее расчет.

3.3.Выводы :.

4.РАЗРАБОТКА МЕХАНИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ СИСТЕМЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ (С ДВУХСЛОЙНЫМ ДЕКЕЛЕМ) И ЕГО ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ.

4.1.Описание модели, метрологическое обеспечение и условияэксперимента.

4.1.1 Описание модели.

4.1.2. Условияэксперимента:.

4.1.3. Метрологическое обеспечение.

4.2. Режим проведения эксперимента.

4.3.Результаты испытаний.

4.5. Выводы.

Постановка задачи и методика)

В основных направлениях экономического и социального развития России на период до 2010 года поставлена задача разработки и массового применения высокоэффективных технологических процессов в народном хозяйстве, в том числе для изготовления полиграфической продукции.

От возможностей полиграфической промышленности в большой степени зависит нормальное функционирование многих отраслей хозяйства, средств массовой информации и государственных структур. Состояние полиграфии определяет уровень информационного обеспечения общества, развития его творческого, научного и культурного потенциала.

Для того, чтобы полиграфическая промышленность соответствовала современным требованиям, необходимы новые полиграфические машины, построенные на базе последних достижений наук и техники. Современные полиграфические машины должны иметь большую производительность, высокую кинематическую точность и отвечать самым высоким требованиям к качеству выпускаемой продукции.

На качество печатной продукции оказывают влияние многие факторы: точность печатной формы, соотношение диаметров формного и печатного цилиндров, кинематическая точность зубчатых передач и т.д. Одним из существенных факторов, определяющих качество, является жесткость печатающего аппарата.

Его конструкция, точность изготовления, возможности юстировки на машине, удобство обслуживания, длительность сохранения точностных параметров, при всех режимах работы, должны соответствовать современным техническим требованиям.

Исследованию печатных аппаратов для различных видов печати посвящено большое количество научно-исследовательских и обзорных работ, проведённых как в России, так и за рубежом. Однако эти работы, во многом устарели, и не учитывают новые требования к полиграфической продукции и новые возможности современной техники.

В настоящее время, как за рубежом, так и особенно в России, резко увеличился и продолжает расти объем выпуска такой специфической продукции, как разного рода ценные бумаги, векселя, акции, акцизные марки различного назначения и т.п. К этой продукции предъявляются особые требования по качеству полиграфического исполнения, связанные с необходимостью очень точной передачи мельчайших деталей сложных многокрасочных штриховых изображений. Это объясняется необходимостью защиты этой продукции от возможных подделок. С этой целью при их изготовлении используют при печати специальные виды тиснения иногда с применением голографических эффектов.

Выполнение таких работ требует печатных аппаратов с высоким контактным давлением, на порядок и даже более превышающим давление, имеющее место в обычной офсетной печати.

Для защиты декеля от быстрых разрушений при высоких давлениях, нивелировки его пространственной анизотропности и возможно демпфировании колебаний при больших скоростях и давлениях, по предложению Д.Т.Н. Б.И. Климова было решено провести исследование возможности и целесообразности использования декеля из упруго-вязкого материала, который был бы защищен внешней металлической обоймой, не нарушающей общие упругие характеристики системы как декеля.1

1 В дальнейшем всюду «двухслойный декель».

Конструктивно это означает, что печатный цилиндр будет представлять собой ступицу и внешнюю металлическую обойму, между которыми размещен упруго-эластичный слой (рис. 1.1).

1 2. Формный цилиндр

3. Метал, обойма

4. Полиуретан

5. Оси-ступицы цилиндров

Рис. 1.1 Схема цилиндров печатного аппарата

Характеристики этого слоя будут оказывать существенное влияние на жесткость системы и характер деформации сложного двухслойного декеля. Наиболее приемлемым материалом для этой цели предполагается полиуретан. Это объясняется тем, что этот материал обладает: хорошей эластичностью, высокой релаксационной способностью, высокой динамической выносливостью, износостойкостью, высоким пределом прочности на растяжение и сжатие в сравнении с другими декельными материалами; время релаксации полиуретанового материала соизмеримо со временем процесса контакта; кроме того, полиуретан, как показал опыт, практически не приобретает остаточных деформаций при воздействии нагрузки.

К особенностям предлагаемой разработки относится также то, что в процессе печати, будет иметь место не непосредственный контакт металла с металлом, а сама бумага также будет исполнять роль декеля в зоне контакта, поскольку она обладает деформационными свойствами при растяжении и сжатии. Ее свойства будут, по-видимому, влиять на процесс формирования контактной зоны, особенно при высоких давлениях, 2 когда максимальное давление составляет сотни кг на см .

Теоретические разработки, экспериментальные исследования и печатные машины с таким построением печатного аппарата в настоящее время отсутствуют. Поэтому поставленная в работе задача разработки теоретических основ и экспериментального исследования возможности и целесообразности создания печатного аппарата высокого давления с двухслойным декелем в печатном цилиндре представляется новой, важной и актуальной.

Теоретические расчеты в теории упругости достаточно сложны, а начальные и краевые условия обычно идеализированы применительно к конкретной задаче, поэтому методически предполагается целесообразным для решения поставленной задачи вначале разработать и исследовать математическую модель системы. Далее создать механическую модель аппарата с двухслойным декелем, исследовать ее и на базе этих двух исследований построить теорию и методику расчета печатного аппарата высокого давления.

Одним из основных узлов влияющим на качество работы печатной машины является печатной аппарата, ибо именно его работа определяет соответствие большого числа критериев качества требуемому допуску.

Соответственно исследование возможности построения печатного аппарата оборудованного печатным цилиндром с декелем из полиуретана с внешней металлической обоймой ( в дальнейшем — двухслойный декель) выдерживающим высокие давления и обладающим повышенной износостойкостью, является в свете современных тенденций развития специальных видов печати актуальным.

Целью работы является на основании теоретических и экспериментальных исследований определить возможность и целесообразности построения и характеристики печатного аппарата с двухслойным декелем (металл—полиуретан), обеспечивающим работу печатной пары при больших давлениях.

Как показал сопоставительный анализ исследовательских работ за 70 лет, исследования двухслойный декель печатных цилиндров металл— полиуретан не проводились, соответственно настоящая работа является новой.

Основные положения, выносимые на защиту:

Проведенное исследование позволило вынести на защиту следующие основные положения:

1 .Математическая модель печатной пары с двухслойным декелем на печатном цилиндре (типа металл—полиуретан).

2.Методика расчета параметров двухслойного декеля обеспечивающая возможность непосредственного измерения (в статике) деформации декеля, основного усилия и величины зоны контакта(по ширине и длине).

3.Экспериментальные исследования механической моделей, позволивших определить изменения величины деформаций и зоны контакта двухслойного декеля в зависимости от толщины металлической обоймы.

5.0БЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Сопоставительный анализ научных исследований по деформациям и напряжениям в зоне печатного контакта показал, что настоящая работа по исследованию двухслойной системы типа «метал—полиуретан» является первой и новой.

2. Исследованы теоретически и разработаны математические (дифференциальная и алгебраическая) модели системы контактной пары печатного аппарата с двухслойным декелем.

3. В соответствии с моделью разработана методика и компьютерная программа расчета деформации в двухслойной системе.

4. Разработана и построена (в металле) механическая модель двухслойной системы.

5. Создание математической и механической модели позволило произвести теоретический расчет параметров системы и их экспериментальное исследование.

6. Диапазон рабочих давлений при эксперименте превосходил в среднем, соответствующие давления (обеспечивающие, при заданных деформациях, требуемое качество печати) для офсета, глубокой и высокой печати в 12 и более раз, и т.о. рассматриваемую двухслойную систему «металл—полиуретан» можно и целесообразно использовать в машинах с высоким контактным давлением.

7. Деформация двухслойной системы в статике имеет сложный характер: металлическая обойма линеализирует зависимости величины деформации и зоны контакта от нагрузки, которые нелинейны при чисто полиуре-тановом декеле; при толстой металлической обойме основная деформация имеет место за счет ее сдвига и слоя полиуретана по отношению к неподвижной ступице печатного цилиндра; при Д < 2,0.2,5 сдвиг составляет порядка 90 % от общей деформации; при уменьшении толщины металлической обоймы большую роль играет «местная» (по оси цилиндров) деформация и обоймы и полиуретана при Д=8,4 влияние деформации сдвига до порядка 20 %.

8. Характер зависимостей величин деформации и зоны контакта декеля от усилий, полученных при экспериментальном исследовании соответствует разработанной теории.

9. Деформация двухслойной системы определяется соотношением со - тс0ц\\7х где: т — экспериментальный коэффициент, зависящий от конструктивных особенностей системы. Величина ширины кнотактной зоны определяется выражением: В = 2у1й).Вэ

Применительно к рассматриваемому случаю конструкции полиуретана с металлической обоймой значение ит" находится в пределах ш=0,38.0,45; расчетное: тср=0,415.

10. Расчетные значения по теоретическим формулам соответствуют экспериментальным при значении модуля Ес~350.400 кг/см2, при этом погрешность расчета не превосходит 16 %.

11. Явление «ползучести» в двухслойной системе «металл—полиуретан» незначительны и сдвинуты по времени на величину значительно превосходящую цикл работы печатной машины, это дает основание полагать, что «приработка» декеля в двухслойной системе не потребуется.

1. Александров A.B., Лащеников Б.Я., Шалашников H.H., Смирнов В.А. Методы расчета стержневых систем пластин и оболочек с использованием Э В М.—М.: Стройиздат, 1978.—278 с

2. Александров В.М., Борович И.И. О действии штампа упругий слой конечной толщины "Прикладная математика и механика.— М.:1960 Т.24 Вып. 2.

3. Алексеев Н.И., Белозеров Э.К., Муратов Ю.А. Об изменении давления в печатных машинах "Научные труды по печатным процессам".—М.: МПИ, 1975.

4. Балабан О.Т. Исследование механики печатного контакта машин глубокой печати. Автореферат дис.—М.: 1982.—20с.

5. Безухов Н.И., Основы теории упругости и пластичности.—М.: Высшая школа, 1968.

6. Безухов Н.И., Лужин О.В. Приложение методов теории упругости и пластичности к решению инженерных задач. —М.: Высшая школа, 1974.—200с.

7. Белозерский Л.К. Исследование кинематики печатных аппаратов с фрикционным проводом между цилиндрам. Автореферат дис.—М.: МПИ, 1965.

8. Белозерский Л.К. Исследование печатных аппаратов разных видов печати.—М.: НИИПМ, 1963.

9. Белокрысенко В.Ф. Усталостные свойства декельных материалов и их тиражестойкость "Полиграфия.—1974.—№ 1.

10. Биргер И.А. "Прочность, устойчивость и колебания" Т.1. 1986

11. Бирюкова H.A. Исследование механических свойств декелей типографских печатных машин. Автореферат дис.—М.: 1969.

12. Бражников В.А. Методика анализа точностного баланса полиграфического процесса.—М.: МПИ, 1978.—45с.

13. Волкова А.Ф., Миронова Н.А. Определение правильного соотношения диаметров цилиндров офсетных печатных машин.—М.: НИ-ИПМ, 1958.

14. Волков П.Н. Математические методы в экспериментальных исследованиях "конспект лекций" в 4-х частях. М.: изд—во МПИ, 1991

15. ГОСТ 4—393—85. Полиграфическое оборудование. Система показателей качества продукции. Номенклатура показателей—М.:Изд-во стандартов, 1990.—58с.

16. ГОСТ 27.002—89. Управление качеством продукции. Основные положения. Термины и определения. —М.: Изд-во стандартов, 1990.—48с.

17. Дидич В.П. Исследование условий относительного смещения цилиндров печатного аппарата офсетной ротационной машины. Автореферат. Дис. —М., 1992—20с.

18. Зенкевич O.K. Конечные элементы и аппроксимация.—М.: Мир, 1986.—318с.

19. Зоткин О.Ф. Исследование печатных аппаратов офсетных машин. Автореферат дис.—М.: МПИ, 1960

20. Карман Т и М. Био "Математические методы в инженерном деле" 1948.20а. Карпов В.В. Исследование жесткостных и виброакустических параметров составных прямозубых шестерен полиграфмашин. Диссертация к.т.н. М. МПИ—1979

21. Колинов Ю.В., Чехман Я.Н. Деформационные свойства материалов декелей "издательское дело и полиграфия.—1970.—№6 —1. С.110—116.

22. Колтунов М.А. Ползучесть и релаксация . М.,— Высшая школа 1976.

23. Кузьмин Б.А. Приводы ротационных печатных аппаратов и элементы их точностного расчета.—М.: МПИ, 1972.

24. Кузьмин Б.А. Стабильность работы ротационного печатного аппарата и пути ее повышения " Сб.научных трудов МПИ.—1971.— №20.

25. Кулишов В.К. Разработка способов и средств настройки печатного аппарата,обеспечивающих повышение качества газет офсетной печ-ти. Автореферат дис.—М., 1984.—22с.

26. Курпась P.C., Огирко И.В. Оптимизация деформаций печатных форм на основе теории оболочек.—Львов: Высшая школа, 1987.— 112с.

27. Листраченко В.И. и др. Выбор объективных критериев для оценки равномерности печати "Полиграфия.—1974.—№2.—с.20.

28. Мистюк И.М., Гольдрин А.Л. Основы расчета напряженно— деформационного состояния печатной формы "Тез. докл. Всесоюзного совещания по методам расчета полиграфических машин—автоматов.—Львов, 1987.—с.45

29. Митрофанов В.П. "Приближенная математическая модель давления печати и приработки эластичной покрышки при ротационной печати" Сборник трудов М.:—МГУП, 1998

30. Митрофанов В. П. и др. "Печатное оборудование".М., 1999.

31. Мюллер П. Офсетная печать. Проблемы практического использования: Пер.с нем.—М.: Книга, 1988.—207с.

32. Никосян M.JI. Определение влияния деформации офсетной покрышки и характера поверхностей бумаги на точность воспроизведения изображения в офсетной печати. Автореферат дис.—М., 1982. 17с.

33. Петров .В.Н. Распределение давления в полосе контакта декеля с печатной формой "сб. трудов ВНИИ Госзнака.—1957.—№1.

34. Петрусевич А.П. "Контактное напряжение и деформация .

35. Попряддухин П.А.Технология печатных процессов.—М., 1968 — с.120—156.

36. Пригоровский Н.И. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений в конструкциях. —М.: Наука, 1975.

37. Раскин А.Н. и др. Технология печатных процессов. —М.: Книга, 1989.

38. Сахаров A.C. Исследование алгоритмов решения систем уравнений пластин и оболочек "Сопротивление материалов и теории сооружений.— 1968.—Вып.7.—с. 13 5—141.

39. Технологические инструкции процесса офсетной печати.—М., 1982.— 471с.

40. Тимофеев М.С. Давление в печатной паре плоскопечатных малоформатных машин и методы его измерения "Труды МПИ.—1956.— Вып. 4.

41. Тимошенко С.П. Курс теории упругости.—киев, 1972.

42. Тимошенко С.П. Механика материалов.—М., 1976.

43. Тир К.В. Механика полиграфических автоматов.—М.: Книга, 1965.—с.496.

44. Тир К.В. , Лозовой Б.Л. Оценка суммарной нагрузки на печатный цилиндр "Научные записки Украинского полиграфического институт.—1961.—Т.14.

45. Тюрин A.A. Печатные машин.—М., 1966.

46. Тюрин A.A. Печатные машин—автоматы.—М., 1980.

47. Тюрин A.A. Распределение деформации и давления по длине зоны печатного контакта "Печатные машины. Труды ВНИИОПИТ.—М.,— 1972.—Вып.2.

48. Тюрин A.A. Расчет оптимальных параметров печатного устройства двух оборотной плоскопечатной машины "Научные труды по печатным машинам. —М., МПИ, 1974.—№21.

49. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов и "Избранные задачи"—М.: Наука, 1986.

50. Финакин К.И. Исследование печатного аппарата рулонных его расчета на жесткость. Автореферат дис.—МПИ, 1962.

51. Финакин К.И. Исследование печатных аппаратов ротационных машин высокой печати "Научные Труды М.: НИИПИ №19. 1962.

52. Финакин К.И. Конструкция и жесткость цилиндров печатного аппарата ролевых ротационных машин высокой печати "Труды НИ-ИПМ.—М., 1962.

53. Чехман я.и., Сенкусь В.Т., Бирбраер Е.Г. Печатные машины.—М.: книга, 1987.—304с.

54. Чехман Я.И. Печатные аппараты: Основы теории. Учебное пособие для вузов.—Киев: УМК ВО, 1989.

55. Эксиенбах В., Вагенбауер К. Распределение давления в полосе контакта цилиндров офсетной печатной машины. Сб. переводов / Под ред. JI.A. Казаровицкого.—М.: Книга, 1964.

56. Cropper М., Butler С. Studies of the pressure variables in screen printing Prof. Print.—1974.—№4.

57. Engel A. Ursachen periodischer Verschleisserscheinungen an laufringn Yon Druckmaschinen .1985

58. Kieser A., Klein St., Meusel K.: Rechnerunter—strutzte Auslegung und Grobdimensionierung Von Welle—Nabe—Verbindungen. Konstruktion 45.1993.

59. Optimerung der Druckformenqulitat den Feinlinienung //Rasterdruck unter Plaxis-bedmgengen der Siebdruck. 1983 .№12.

60. Oakham M. Flight refueling takes off with New machining sell // Metal work prod. 1997.№9.