CC BY
18
КОНФЕРЕНЦИЯ МОЛОДЫХ УЧЕНЫХ
Секция 1. Полиграфическая техника и технологии
УДК 004.023
АНАЛИЗ КОЛЕБАНИЙ СТАНИНЫ ПЕЧАТНОЙ МАШИНЫ
ИОМЛОУИ 312
Суслов Михаил Вадимович
доцент кафедры печатного и послепечатного оборудования, кандидат технических наук Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А [email protected]
Сигаев Константин Александрович
магистр кафедры печатного и послепечатного оборудования Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова 127550 Россия, г. Москва, ул. Прянишникова, д. 2А [email protected]
Аннотация. В работе рассмотрены вопросы, связанные с измерением и анализом собственных и вынужденных колебаний станины печатной машины. Построена физико-математическая модель станины, по которой произведена оценка деформаций и колебаний. Проведен анализ появления ряда дефектов печати, связанных с возникновением возмущающего воздействия при прохождении выемки на формном, офсетном и печатном цилиндрах при работе печатной машины. Предложены изменения конструкции станины, при реализации которых ожидается повышение качества печати, а также сокращение расходов за счет уменьшения бракованных и макулатурных оттисков при подготовке печатной машине к работе и печати тиража.
Ключевые слова: офсетная печать, станина печатной машины, собственные колебания, вынужденные колебания, нагрузки, модель, резонанс, деформация, технологическая выемка, методика.
За последнее время создано большое количество высокоскоростных листовых печатных машин, различных моделей и схем построения, позволяющих печатать на различных видах материалов.
Печать на высоких скоростях вызывает значительные динамические нагрузки, которые приводят к появлению вынужденных колебаний, возникающих в печатном аппарате и передающихся на станину листовых печатных машин, оказывающих отрицательное влияние на качество печати. При высоких вибрационных и динамических нагрузках при работе печатных машин проявляются такие дефекты печати, как «полошение», дробление изображения, и т.п. Колебания негативно отражаются на ресурсе работы подшипников, букс, в которые устанавливаются подшипники, зубчатых передач печатного аппарата, а также всей печатной машины в целом.
Колебания, происходящие в печатном аппарате, вызывают значительные динамические силы, которые передаются на станину печатной машины, а затем на фундамент либо строительные перекрытия. Печатным машинам всегда сопутствует высокий уровень вибрации, которая передается на систему галерей и лестниц, а также неблагоприятно воздействует на обслуживающий персонал.
Для снижения негативного влияния, был изучен характер колебаний, оценено влияние конструктивных особенностей станины и разработаны рекоменда-
ции по оптимизации конструкции и уменьшению колебаний. Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:
Создана расчетная физико-математическая модель станины печатной машины и произведен ее анализ;
Проведен эксперимент по определению вынужденных и собственных колебаний;
Проанализированы полученные результаты и разработать рекомендации для снижения колебаний;
Конструктивной особенностью цилиндров печатного аппарата являются технологические выемки по всей их длине. Благодаря этому, при работе машины цилиндры испытывают переменные нагрузки — при входе и выходе из зоны контакта выемок, что вызывает вынужденные колебания. Эти колебания передаются и станине, которая обладает собственными колебаниями. Примерная схема печатного аппарата представлена на рис. 1. На схеме видно, что контакт кромок технологических выемок происходит неодновременно, что позволяет говорить о сложном случае вибрационных нагрузок, то есть за один цикл печатания возникает два ударных взаимодействия, которые могут сказаться на качестве оттиска.
При наложении собственных и вынужденных колебаний цилиндров и собственных колебаний станины возникает явление резонанса, которое способно увеличить амплитуду колебаний.
Изменение амплитуды приводит к изменению зазоров между цилиндрами, задаваемых печатником при пуске машины и зависящих от параметров бумаги (толщина, вес и т.д.). Изменение зазоров недопустимо, так как оно оказывает пагубное влияние на качество выпускаемой продукции. Печатная машина Аdast Romayor 312 предназначена для печати простой черно-белой и бланочной продукции, а также цветной путем нескольких прогонов листа. Максимальная скорость работы 7500 об/час, Оптимальная скорость печати до 3000 об/час.
ваемых при работе машины опорным конструкциям. Тумба выполнена из профилированной стали.
Рис. 1. Примерная схема печатного аппарата:
1 — формный цилиндр; 2 — офсетный цилиндр;
3 — печатный цилиндр; 4 — бумага;
5 — места контактов цилиндров при прохождении зоны выемок
На максимальной скорости работы частота прохождения технологической выемки, определяемой по формуле 1, равна 2,08 Гц:
у = — = т = 2,08, 60 60•60
где: п — количество оборотов печатного цилиндра
[7].
Для создания и расчета модели станины печатной машины Romayor 312, представленной на рис. 2, была использована система автоматизированного расчета и проектирования APM WinMachine, позволяющая производить моделирование и расчет различных конструкций, узлов и агрегатов. Система разработана с учетом последних достижений в области проектирования и учитывает требования государственных стандартов и правил, относящихся к оформлению конструкторской документации.
Станина состоит из отдельных деталей: двух боковых стенок, выполненных из серого чугуна, с необходимыми ребрами жесткости, технологическими выемками и отверстиями для крепления валиков и цилиндров, шести стальных стяжек, которые служат для повышения жесткости станины и тумбы-основания, которая предназначена для позиционирования печатной машины по высоте и снижения вибраций, переда-
Рис. 2. Исследуемая модель станины печатной машины Кошауог 312
При проектировании станины все детали были отдельно вычерчены в программе APM WinMachine, а затем собраны в единую модель по методикам приведенным в [1].
При расчете модели были заданы: необходимые закрепления, ограничивающие перемещение станины в трех плоскостях X,Y,Z, линейное ускорение (9.8 м/с2), которое соответствует ускорению свободного падения, а также нагрузки, передаваемые на станину от валиков (50 Н/мм2) и цилиндров (1250 Н/мм2). Нагрузка от цилиндров и валиков прилагается в местах их установки, в соответствии с чертежом машины. Таким образом, все нагрузки соответствуют реальными нагружениям станины печатной машины Romayor 312.
Для анализа собственных частот и проведения прочностного анализа достаточно задать статические нагрузки. Но при анализе вынужденных колебаний требуется задать график действующей нагрузки. Как известно частота вращения цилиндров печатного аппарата на скорости 7500 об/ч составляет 2,08 Гц, так же следует учесть, что при работе наблюдаются два ударных взаимодействия, при прохождении офсетным цилиндром выемки формного и печатного цилиндров. График зависимости интенсивности действующей нагрузки, от углов поворота цилиндров печатного аппарата, при анализе вынужденных колебаний, представлен на рис. 3.
Рис. 3. График задания действующей нагрузки
Для расчета модели станины печатной машины в системе автоматизированного расчета и проектирова-
ния APM WinMachine был использован метод конечных элементов.
Ключевая идея метода заключается в следующем: сплошная среда (модель конструкции) заменяется дискретной путем разбиения ее на области — конечные элементы.
Конечно-элементная сетка показана на рис. 4.
¡ИИП
ш
Рис. 4. Конечно-элементная сетка
Рис. 5. Форма первой собственной частоты
Рис. 7 Форма третьей собственной частоты
Собственные колебания были измерены в пяти точках на станине печатной машины. Замеры были произведены в разных плоскостях: четыре замера в вертикальной плоскости и один замер в горизонтальной.
Основное преимущество использования современных систем автоматизированного проектирования заключается в возможности получения формы собственных колебаний сложных систем. Так, для анализируемой модели получены формы всех частот. Нас же интересуют первые три частоты, как наиболее опасные, их формы представлены на рис. 5-8.
Полученные формы собственных частот показывают основные направления колебаний станины. По ним видно, что станина совершает наибольшие колебания в горизонтальной плоскости, то есть обладает изгибными колебаниями, которые могут привести к смещениям цилиндров в осевом направлении, а значит, к возникновению дефектов печати. Особенно опасным является случай воздействия вибраций от рядом стоящего оборудования.
Для оценки собственных и вынужденных колебаний реального объекта проведен эксперимент, в рамках которого на станину печатной машины устанавливался с помощью специального магнита акселерометр — датчик измерения виброускорений, подключенный к прибору для измерения шума и вибраций — Алгоритму 03 (рис. 8).
Рис. 6. Форма второй собственной частоты
Рис. 8 Прибор Алгоритм 03
Измерение вынужденных колебаний производилось в восьми точках на одной стенке печатной машины и в соответствующих точка на другой стенке. Замеры производились также в двух плоскостях.
Анализ данных, полученных в результате расчета собственных частот, в системе APM WinMachine, говорит о том, что первая собственная частота расчетной модели составляет 37,85 Гц. По форме собственной частоты можно судить, что колебания наблюдаются в горизонтальной плоскости. Экспериментальные данные показали наличие собственных колебаний станины на частоте 31,5 Гц. Разница в результатах составляет 16%. При сравнении с расчетной частотой прохождения технологической выемки на цилиндрах равной 2,08 Гц (формула 1), видна огромная разница, что позволяет сделать вывод о невозможности появления резонанса.
При исследовании вынужденных колебаний максимальные значения виброускорений, так же были отмечены при измерениях в горизонтальной плоскости. По данным, полученным в результате проведенного эксперимента, максимальный пик виброускорений происходит на частоте в 2000 Гц, при сравнении с расчетной частотой прохождения выемки на цилиндрах 2,08 Гц (формула 1) наблюдается существенная разница в результатах.
Если сравнивать колебания станины под действием собственных частот (31,5-37,85 Гц) и вынужденных частот (2000 Гц) очевидно, что никакого наложения быть не может, следовательно явление резонанса в данной конструкции отсутствует.
Для снижения явлений вынужденных и собственных колебаний, могут быть использованы разнообразные способы, такие как: вибродемпфирование, вибропоглощение и динамическое виброгашение.
Для уменьшения колебаний необходимо усилить конструкцию в горизонтальном направлении. Конкретно для выбранной печатной машины предлагается установить дополнительные элементы жесткости, расположенные перпендикулярно станине.
Так же следует предусмотреть защиту машины от действия вибраций от рядом стоящего оборудования. Для этого предлагается устанавливать машину на виброизолирующие опоры либо на индивидуальный фундамент.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Замрий А.А. Проектирование и расчет методом конечных элементов трехмерных конструкций в среде APM Structure 3D / Замрий А.А.. — М.: Изд-во АПМ, 2010. — 376 с.
2. Сайт APM WinMachine / НТЦ АПМ [Электронный ресурс — URL: http://apm.ru/ produkti/programmnie_kompleksi/sistema_rascheta_ praektiravamya_obektov_mashinostroeniya (дата обращения: 04.04.2016).
3. Зельдич Э.А. Конструкция и техническое обслуживание машин Ромайор, М.: Статистика, 1976. — 144 с.
4. Разинкин Е.В. Автореферат. Метод расчета динамических характеристик печатных машин башенного типа. — М., 2006 — 24 с.
5. Герценштейн И.Ш. Конструирование и расчет печатного оборудования: конспект лекций. — М.: МГУП, 2010 — 136 с.
ANALYSIS OF VIBRATIONS OF THE FRAME PRINTING
MACHINE ROMAOYR 312
Mikhail Vadimovich Suslov
Moscow State University of Printing Arts 127550 Russia, Moscow, Pryanishnikova st., 2А
Konstantin Aleksandrovich Sigaev
Moscow State University of Printing Arts 127550 Russia, Moscow, Pryanishnikova st., 2А
Annotation. The paper discusses issues related to the measurement and analysis of natural and forced oscillations of the frame of the printing press. There was built physical and mathematical model of the frame on which the estimation of deformations and vibrations has been calculated. There was analyzed the emergence of a number of print defects associated with the occurrence of the disturbance during the passage of the recess on the plate, blanket and impression cylinders during operation of the printing press. There were propose changes in the structure of the frame, the implementation of which is expected to increase print quality and reduce costs by reducing rejects and waste paper prints in the preparation of the printing machine to the printing and duplication.
Keywords: offset printing, press frame, natural oscillations, forced oscillations, the load model, resonance, distortion, technological recess technique.
