Разработка методики настройки офсетного печатного аппарата современных листовых машин тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.02.13, кандидат технических наук Аль Халаби Рафее

• Аль Халаби Рафее
• кандидат технических наук
• 2007

Оглавление диссертации кандидат технических наук Аль Халаби Рафее

Принятые условные обозначения.

Введение.

Глава 1. Современное состояние научных разработок по исследованию механики силового контакта и фрикционного взаимодействия цилиндров.

1.1. Анализ научных исследований в области зоны печатного контакта.

1.2. Анализ фрикционного взаимодействия цилиндров в зоне силового контакта.

1.3. Особенности работы и настройки офсетного печатного аппарата современных листовых печатных машин.

1.4- Постановка задачи исследования.

Глава2. Разработка аналитической модели механики силового контакта офсетного печатного аппарата.

2.1 - Влияние касательных напряжений на качество печатного процесса.

2.1.1. Исходные предпосылки и допущения.

2.1.2. Распределение касательного напряжения по ширине зоны контакта в статических условиях нагружения.

2.2. Определение касательных напряжений контактной зоны в динамических условиях.

2.3. Определение проскальзывания цилиндров офсетного печатного. аппарата.

2.4 . Выводы по главе 2:.

Глава 3. Методика проведения экспериментальных исследований.

3.1. Проведение экспериментальных работ на стенде.

3.1.1 Цель эксперимента.

3.1.2 Описание экспериментального стенда и работа на нем.

3.1.3. Последовательность действий при работе на стенде.

3.1.4. Порядок проведения экспериментов. $

3.2 Проведения экспериментов на офсетной печатной машине.

3.2.1 Цели эксперимента.

3.2.2 Методика проведения экспериментальных исследований.

Глава 4. Результаты экспериментальных исследований и анализ полученных данных.100.

4.1. Экспериментальные исследования образцов материалов на стенде.

4.1.1 Определение коэффициентов сцепления.

4.1.2 Определение среднего значения удельной жесткости декеля.

4.2 Результаты экспериментальных исследований на листовой офсетной печатной машине.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка методики настройки офсетного печатного аппарата современных листовых машин»

Офсетные печатные машины являются наиболее распространенным видом печатного оборудования, т.к. в настоящее время до 47 % печатной продукции производится офсетным способом.

Явления, протекающие в зоне печатного контакта до сих пор представляют интерес для углубленных исследований механики взаимодействия жесткого (формного, печатного) и эластичного (офсетного) цилиндров. Для печатного аппарата офсетных машин характерно применение принудительного привода между цилиндрами, что однако не освобождает их от проскальзывания цилиндров в контактных зонах. Это связано с присутствием в контактных зонах офсетного печатного аппарата фрикционного взаимодействия упругой и жесткой оболочек, Наличие подобной двойственной связи в приводе цилиндров требует равенства передаточных отношений зубчатой (Изп) и фрикционной (ИфП)передачи, что на практике осуществить практически не реально. Нарушение этого равенства выражается в относительном проскальзывании контактируемых цилиндров, что вызывает графические искажения и нарушения точности воспроизводимого изображения, увеличивает мощность привода печатного аппарата, вызывает преждевременный износ формы.

Практика показала, что диаметры взаимодействующих цилиндров часто подбираются экспериментально. Однако, неправильное соотношение диаметров цилиндров печатного аппарата вызывают в основном следующие нарушения:

- снижение качества оттисков;

- уменьшение тиражеустойчивости печатных форм и декеля;

- отрицательное влияние на мощность привода печатного аппарата.

При рассмотрении влияний соотношений радиусов цилиндров печатного аппарата на снижение качества оттисков, подразумевается отрицательное влияние в основном на два показателя качества: "графические искажения" и "изменение длины красочного изображения".

Исследования выполнение ранее позволили выявить некоторые закономерности явлений, протекающих в зоне печатного контакта, и выработать практические рекомендации для настройки и эксплуатации офсетных печатных аппаратов/

Однако, механика процесса пока еще вскрыта далеко не полностью, и в последние годы часто встречается перечисленные выше трудности в наладке печатных аппаратов при освоении новых высокоскоростных машин. Теоретические исследования нарушений требуемого равенства передаточных отношений зубчатой и фрикционной передачи и экспериментальная проверка этих нарушений позволяют расширить представления о явлениях протекающих в контактных зонах.

Данная работа посвящена исследованию печатного аппарата листовых офсетных машин, в частности, разработке уточненных рекомендации и методики по настройке и работе офсетного печатного аппарата современных листовых офсетных машин.

Актуальность работы

Печатный аппарат служит для выполнения основной операции - процесса печатания, сущность которого сводится к многократному воспроизведению изображения на оттисках путём силового взаимодействия эластичной оболочки офсетного цилиндра с формным и печатным цилиндрами. Процесс получения оттисков под действием давления всегда сопровождается деформацией офсетного полотна в контактных зонах, что вызывает относительное проскальзывание рабочих поверхностей цилиндров печатного аппарата.

Механика силового контакта цилиндрических поверхностей печатного аппарата изучается полиграфистами и машиностроителями более 70 лет. Для офсетного печатного аппарата характерно наличие двух контактных зон, которые различаются свойствами и характером взаимодействующих поверхностей. Наличие кинематической (зубчатого зацепления) и фрикционной связи в приводе цилиндров, позволяет говорить о двойственном характере привода, что влияет на условия взаимодействия цилиндров офсетного печатного аппарата. Несоответствие передаточных отношений зубчатой и фрикционной передачи является причиной нарушений в работе печатного аппарата, вызывая графические искажения и точность приводки печатного изображения.

Проведённые теоретические и экспериментальные исследования кинематики контактной зоны представляются недостаточными для оценки качественной работы печатного аппарата современных листовых офсетных машин. С увеличением скорости печатания, появлением различных типов офсетных покрышек возникает потребность проведения дополнительных теоретических и экспериментальных исследований для оценки окружного смещения цилиндров на качество печатания. С этой точки зрения данная работа представляется актуальной.

Цель работы: на основании теоретических и экспериментальных исследований выявить основные показатели скольжения цилиндров в контактных зонах офсетного печатного аппарата и разработать методику его настройки.

Научная новизна:

- разработаны теоретические предпосылки оценки влияния на качество печатания тангенциального сдвига эластичного материала в зонах силового контакта;

- аналитически определено влияние геометрического скольжения цилиндров в контактных зонах офсетного печатного аппарата;

- экспериментально определены величины коэффициентов сцепления цилиндрических поверхностей двух контактных зон с учётом свойств и характеристик взаимодействующих поверхностей;

- определена зависимость касательного напряжения от нормального;

- экспериментальным путём определён диапазон допустимых значений передаточных отношений.

Практическая ценность

На основании проведённых теоретических и экспериментальных исследований разработаны рекомендации по выбору геометрических параметров цилиндров офсетного печатного аппарата и нормализации условий взаимодействия контактирующих цилиндрических поверхностей.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Расчётная модель напряжённого состояния декеля с учётом тангенциального сдвига.

2. Методика проведения экспериментальных исследований по определению коэффициента сцепления в зонах силового контакта цилиндров офсетного печатного аппарата.

3. Зависимость касательных напряжений от нормальных в зонам силового контакта.

4. Значение коэффициентов сцепления цилиндрических поверхностей в контактных зонах цилиндров офсетного печатного аппарата.

5. Диапазон допустимых значений передаточных отношений.

6. Уточненная методика настройки офсетного печатного аппарата современных листовых печатных машин.

Апробация работы

Положения диссертационной работы докладывались на научно-технической конференции Московского государственного университета печати в 2004 г.

Публикации

По материалам диссертации опубликовано три работы и получено два патента на полезную модель.

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, 4 глав, общих выводов и 3 приложений. Работа содержит 130 страниц текста, 40 рисунков и 13 таблиц. Список литературы содержит 72 наименований работ отечественных и зарубежных авторов и патентов.

Заключение диссертации по теме «Машины, агрегаты и процессы (по отраслям)», Аль Халаби Рафее

5. ОБЩИЕ ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1. Проведенный в работе обзор научно-технической литературы показал, что известные к настоящему времени научные разработки не содержат конкретных рекомендаций по настройке печатного аппарата по условию "правильного качения". Однако освоение новых ротационных офсетных печатных машин и материалов показывает, что проблема определения условия "правильного качения" полностью не исследована, поскольку геометрические • параметры цилиндров печатного аппарата зачастую определяются методом подбора.

2. Разработана аналитическая модель поведения декеля в условиях статического нагружения, что позволило определить действие касательных напряжений и их распределение по ширине зоны контакта. Согласно

-Тзь полученному выражению гтах =-сгтах установлено, что ^достигает

9R2 л/з , максимального значения при х = ±—о, а в краиних точках и в центре зоны 6

3. Установлено, что в результате влияния касательного напряжения эпюра нормального давления искажается, но при этом сохраняет симметричность относительно вертикали (ось у). При динамическом нагружении в результате действия касательных сил вертикальная ось эпюры нормального давления разворачивается на угол у, определяемый выражением tg у = СжЛош тах, где Сж-значение обобщенного коэффициента жесткости декеля, характеризующее его сложное напряженное состояние, а ^Ч)ТНмах безразмерный коэффициент, зависящий от отношения деформаций.

4. Проведен аналитический расчет пути прохождения условной точки через зону контакта, что позволило определить разность пути AS между перемещением жесткого и эластичного цилиндров в результате геометрического скольжения контактируемых поверхностей. Найдена расчетная формула, определения AS в зависимости от параметров контактной зоны. Установлено, что даже в случае «идеальной» схемы настройки (при R>k= R3 = R) в офсетном печатном аппарате всегда присутствует разность пути,

5. Установлено, что величина AS вызывает тангенциальную деформацию декеля А^, которая проявляется в результате геометрического скольжения цилиндрических поверхностей и, практически, не зависит от скорости работы печатной машины. Если AS < А^х, то офсетная покрышка деформирует в окружном направлении благодаря смещению верхних слоев эластичного материала, близких к зоне силового контакта. Эта деформация обратима в пределах 0 < А^ < А* мах , если AS > А^ мах происходит срыв контактируемых поверхностей, что вызывает нарушение печатного процесса.

6. Стендовые испытания образцов декеля показали, что величина окружной деформации декеля на момент «срыва» существенно больше деформации сжатия ( Xj > ), в среднем в 1,5 раза.

7. Определено, что тангенциальная деформация декеля развивается аналогично деформации сжатия, когда практически мгновенно развивается упругая касательная деформация Ах у и, несколько замедленно, - вязкоупругая тангенциальная деформация А^ ву. Долевое участие каждого вида деформации установить не удалось из-за отсутствия средства измерения.

8. Опытным путем впервые найдены значения коэффициента сцепления fo.cp для двух зон силового контакта с учетом их нагружения и состояния контактирующих поверхностей. Средняя величина коэффициента сцепления для контактной зоны бумага-декель равна 0,33, а для зоны декель-форма- 0,29. При наличии краски величина коэффициентов сцепления уменьшается, примерно, на 12%. Оценка их значения показала, что наибольшее сопротивление тангенциальному сдвигу наблюдается в зоне контакта офсетного и печатного цилиндров, что в 1,2 раза больше, чем сцепление формного и офсетного цилиндров. спецификой его работы.

9. Экспериментально определена зависимость удельной тангенциальной жесткости декеля Суд.раст. и удельной жесткости сжатия Судхж. для различных условий силового взаимодействия цилиндрических поверхностей. Установлено, что по мере уплотнения декеля величины средних значений этих параметров приобретают стабильный характер, по сравнению с начальной фазой нагружения. Полученные значения обобщенных коэффициентов жесткости офсетного полотна позволяют расширить представление о кинетики силового контакта.

10. На основании проведенных аналитических и экспериментальных исследований даны утонченные рекомендации по настройке печатного аппарата листовых офсетных печатных машин:

- величина относительного передаточного числа(/от) не должна быть меньше 0,9918;

- величина продольного сжатия декеля (Хп) не должна превышать 0,12 мм.

- для проведения качественного процесса печатания следует использовать жесткие офсетные покрышки, обладающие большой податливостью верхнего эластичного слоя аналогичные образцам, испытанным в данной работе.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Аль Халаби Рафее, 2007 год

1. Тир К.В. О нагрузках возникающих при печати на печатных машинах в сб. - трудов УНИИПП №1. Харьков, 1937 г. Тир К.В. -Механика пол2. играфических автоматов. М.книга 1965 г.

2. Готоман М.Е.-Исследование давления при печати полиграфического производства. 1941 г.

3. Попрядухин П. А., Технология печатных процессов М.: Книга 1968 г.

4. Попрядухин П. А., Технология полиграфического производства. -М.: Книга. 1966 г.

5. Тюрин A.M. -Печатные машины. М.: книга 1966 г.

6. Тюрин A.M. -Печатные машины автоматы. М.книга 1980 г.

7. Белозерский JI.K. Исследование кинематики печатных аппаратов с фрикционным приводом между цилиндрами дис—полт. Техн.наун. -м. 1964 г.

8. Белозерский JI.K. Кинематика и геометрия печатного аппарат с правильным качением цилиндров в сб.тр. НИМ полиграфмаша. 1960 Г.

9. Белозёров Э. К. Исследование технологии типографского приправочного процесса-Дис. канд. техн. наук. М.: 1966 г.

10. Андреев А.В. Передача трением. М. Машиностроение 1978 г.

11. Процессы в зоне печати. отчет о НИР Н. П. Полиграф. ГДР. Перевод вид №58727+58730,1970 г.

12. Гельмут Вельф. Соотношения при качении цилиндров печатных машин и их влияние на результат печати Parter and Druck, 1967 г., №2, s. 21-25, №3, s. 36-39. Перевод НИИ Полиграфмаш 1968 г.

13. Балабан О.Т. исследование механики печатного контакта машин глубокой офсетной печати: Автореф. Дис. канд. тех. наук. М-1982 г.

14. Кулешов В.К. Разработка способов и средств настройки печатного аппарата, обеспечивающих повышение качества газет высокой печати. Автореф. Дис. —канд.техн.наук. москполигр. ин-т. М. 1984 г.

15. Чехман. Я.И, и др. Печатные машины. М. Книга. 1987 г.

16. Обед. А. С. Разработка методики оценки механических свойств офсетных резинотканевых пластин, Автореф. Дис. Канд. Техн. Наук. МПИ. М. 1989 г.

17. Алексеев Г.А. , Ярема С.М., Применение метода фото-упругости в полиграфии. Киев. Высшая школа. 1994 г.

18. Митрофанов В.П., и др. Печатное оборудование. М. Издательство МГУП. 1999 г.

19. Раскин А.Н. и др. технология печатных процессов. М. Книга 1989 г.

20. Вирабов Р. В. О реализации касательной силы в зоне контакта упругих тел при качении. Машиноведение. 1967. N 2, с. 92-106.

21. Вирабов Р. В. Тяговые свойства фрикционных передач. М.: Машиностроение. 1982

22. Галин JI. А. Контактные задачи теории упругости и вязкоупругости. М.: Наука. 1980.

23. Глаголев Н. И. Сопротивление перекатыванию твердых тел. -Прикладная математика и механика. 1945., т. 9, № 4, с. 318-333.

24. Глаголев Н. И. Трение и износ при качении цилиндрических тел. Инженерный журнал, 1964, т. 4, вып. 4.

25. Глаголев Н. И. Трение качения и износ. В сб.: "Износ и трение металлов и пластмасс". М.-. Наука. 1964, с. 146-172.

26. Ишлинский А. Ю. О проскальзывании в области контакта при трении качения. Известия АН СССР, ОТН, 1956, N 6, с. 3-15.

27. Ишлинский А. Ю. Теория сопротивления перекатыванию. В сб.: "Труды конференции по трению и износу в машинах. Т. 11, М.: АН СССР, 1940.

28. Вирабов Р. В., Петрова Т. М. Влияние погрешностей изготовления цилиндрических фрикционных колес на их изнашивание. Вестник машиностроения, 1980, № 10, с. 3-6

29. Пинегин С. В. Контактная прочность и сопротивление качению. М.: Машиностроение. 1976.

30. Пинегин С. В. Трение качения в машинах и приборах. М.: Машиностроение. 1976

31. Вирабов Р. В. Сравнительная оценка составляющих сопротивления качению упругих тел. Вестник машиностроения. 1972, № 4, с. 1822.

32. Тлибеков А.Х., Досько С.И. Моделирование и оптимизация механических систем приводов технологических машин. М.: МГТУ «Станкин», 2004

33. Крагельский Н. В., Щедров В. С. Развитие теории о трении. М.: АН СССР. 1956

34. Reynolds О. On rolling-friction, Philos. Trans, of Sosienty of London, 1876. Vol. 166, p. 1.

35. Петров H. П. О непрерывных тормозных системах. Изв. Петерб. проект, технол. ин-та, С-Петербург. 1878

36. Жуковский Н. Е. О скольжении ремня на шкивах. М.: тип. Волчанинова. 1894

37. Мусхелишвилли Н. И. Некоторые основные задачи математической теории упругости. Изд. АН СССР. 1954

38. Работнов О. Н. Ползучесть элементов конструкций. М.: Изд-во АН СССР. 1946.

39. Работнов О. Н. Равновесие упругой среды с последействием. -Прикладная математика и механика, 1948, т. 12, № 1.

40. Блохина А. И., Глаголев Н. И., Томило Э. А. Приближенное решение контактной задачи о трении качения с учетом реологических свойств материалов взаимодействующих тел. -Машиноведение, № 6. 1972, с. 61-67.

41. Теодорович Э. В. Скольжение цилиндра по вязкоупругому основанию. Прикладная математика и механика. Вып. 2, 1978, с. 367-371.

42. Попов Г. Я. Контактная задача теории упругости при наличии круговой области контакта. Прикладная математика и механика, 1962, 26, №1, с. 152-164

43. Попов Г. Я. Концентрация упругих напряжений возле штампов, разрезов, тонких включений и подкреплений. М.: Наука, 1982, 344 с.

44. Попов Г. Я. Об одном приближенном способе решения некоторых плоских задач теории упругости. Изв. АН Арм. ССР. Сер. физ-мат. наук, 1961, N3

45. Александров В. М., Мхитарян С. М. Контактные задачи для тел с тонкими покрытиями и прослойками. М.: Наука, 1983, 488 с

46. Александров В, М., Ромалис Б. JI. Контактные задачи в машиностроении. М.: Машиностроение, 1986, 176 с

47. Уонг (С. F. Wang). Упругий контакт полосы, сдавленной двумя цилиндрами. Прикладная механика, 1968, N 2, с. 73-79

48. Джонсон К. (К. L. Jonson). Механика контактного взаимодействия. : Пер. с англ. М.: Мир, 1989. - 510 с

49. Капри, Сейрег. Метод математического программирования в применении к проектированию находящихся в контакте упругих тел. Прикладная механика. № 2,1971, с. 96, изд-во "Мир".

50. Chard R., Haund Е. J., Rim К. Analysis of Unbonded Contact Problems by Means of Quadratic Programming. Journal of Optimiza- tion Theory and Applications. Vol. 20, № 2. Oct. 1976, p. 171-189

51. Маркс (W. R. Marks), Саламон (N. J. Salamon). Усовершенствованный метод сопряженного градиента для решения контактных задач без трения. Конструирование. 1983, т. 105, № 2, с. 73- 78, изд-во "Мир"

52. Frieg I., Metzler J. Sor vs. Conjugate. Gradients in a Finite Emement Discretzation Internasional Jornal for Numerical Methods in Enginering. Vol. 12,1978, p. 1329-1342

53. Андреев И. Г. Передача трением. М.: Машиностроение, 1978. 178 с.

54. Боуден Ф. П. (Bowden F. Р.), Табор Д. (Tabor D.). Трение и смазка твердых тел. Пер. с англ. М.: Машиностроение. 1968

55. Горячева И. Г., Добычин М. Н. Контактные задачи в трибологии. -М.: Машиностроение, 1988. 256 с

56. Трение, Изнашивание, смазка: Справочник. В 2-х кн. / Под. ред. И. В. Крагельского, В. В. Алисина. М.: Машиностроение, 1978.

57. Тихонов В.П., Гуляев С.А. Технология печатных процессов (конспект лекций). М.: МГУП 1999

58. Штоляков В. И. об особенностях привода и настройки офсетного печатного аппарата. Журналы. Новости полиграфии, №11. М. 2003г.

59. Печатный цилиндр листовой офсетной печатной машины (текст). Патент на полезную модель № 54558 от 21.02.06 (в соавторстве).

60. Силенко. П. Н. Теоретическая механика. М. МГУП. 2002 г.

61. Штоляков В.И., Аль Халаби Рафее. Геометрическое скольжение цилиндров в контактных зонах офсетного печатного аппарата (текст)/ Известия вузов, Проблемы полиграфии и издательского дела. 2007.-№5.-с.10-13.

62. Прибор для испытания декельных материалов (текст). Патент на полезную модель №65819 от 04.04.07 (в соавторстве).

63. Аль Халаби Рафее Относительное проскальзывание в контактных зонах офсетного печатного аппарата (текст) / Вестн. Моск. ун-та печ.-2005.-№10.-с.110-113.

64. Аль халаби Рафее Механика силового контакта цилиндров офсетного печатного аппарата (текст) / Вестн. Моск. ун-та печ. 2006. - №6 - с. 12-15.

65. Г. Корн, Т. Корн. Справочник по математике для инженеров и научных работников. М. Наука. 1985.

66. Смирнов А.Ф. Сопротивление материалов. М.: «Высшая школа» 1975.

67. Пискунов Н.С. Дифференциальное и интегральное исчисления. М.: «Наука» 1978

68. Яковлева К.П. Краткий физико-технический справочник. М. 1962.

69. Одинокова Е.В., Токмаков Б.В. Проектирование полиграфических машин (лабораторные работы). М.: МГУП 2006.

70. Дэниел Дж. Вилсон. Основы офсетной печати. М.: ПРИНТ-МЕДИА центр 2005.