CC BY
3
Gadalov Vladimir Nikolaevich, doctor of technical science, professor, gadalov-vn@yandex.ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kutepov Sergey Nikolaevich, candidate of pedagogical science, docent, kutepovsn@yandex.ru, Russia, Tula, Tula State Lev Tolstoy Pedagogical University,
Gubanov Oleg Mikhailovich, candidate of technical science, associate professor, project manager for the development of new types of products of NLMK Group gubanov_oleg81@mail.ru, Russia, Lipetsk, Novo-lipetsk metallurgical plant Public joint stock company,
Filonovich Alexander Vladimirovich, doctor of technical sciences, professor, filon8@yandex. ru, Russia, Kursk, Southwest State University,
Kalinin Anton Alekseevich, deputy director for commercial affairs, antony-ak@mail.ru, Russia, Tula, Tula State University
УДК 621.822
DOI: 10.24412/2071-6168-2023-5-315-316
ИССЛЕДОВАНИЕ НАПРЯЖЕННО-ДЕФОРМИРОВАННОГО СОСТОЯНИЯ РАЗЛИЧНЫХ КОНСТРУКЦИЙ ОПОРНОГО РОЛИКА ЛИСТОПЕРЕДАЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ПЕЧАТНОЙ МАШИНЫ МЕТОДОМ КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Л.Б. Серкова, Л.Г. Варепо
Одним из важнейших вопросов проектирования машин является обеспечение надежности их работы. Основными причинами выхода из строя оборудования являются проблемы с отдельными деталями машины, отказы узлов. В работе изучены дефекты, возникающие в опорном ролике листопередю-щей системы печатной машины, предложены способы их устранения. В качестве альтернативы предложена конструкция опорного ролика, которая позволит повысить его надежность.
Ключевые слова: полиграфия, офсетная печать, листопередающая система, печатная машина, опорный ролик.
Обработка информации по отказам и неисправностям оборудования помогает оценить техническое состояние и фактическую надежность [1], а также даёт возможность принять решение по повышению надежности системы с помощью дополнительных мер. В процессе эксплуатации все узлы печатной машины подвергаются изнашиванию, деформациям и другим факторам, влияющим на его работоспособность. Надежность машины обеспечивается долговечностью деталей, из которых она состоит.
Немаловажным узлом печатной листовой машины является листопередающая система, т.к. именно от точности ее работы во многом зависит совмещение красок на выпускаемой продукции [2,3]. Т.к. офсетная печать используется для массового производства, то данный узел претерпевает высокие нагрузки и скорости вращения, поэтому актуальным является вопрос о долговечности деталей данного узла.
В свою очередь точность работы системы захватов во многом зависит от состояния опорных роликов. На рисунке 1 представлен опорный подшипниковый ролик, используемый в офсетной печатной машине.
Данный опорный ролик является одной из важнейших частей листопередающей системы, т.к. выход его из строя может привести к заклиниванию системы захватов, а также к возникновению погрешностей передачи листа, что в свою очередь ведет к дефектам печати или разрыву бумажного полотна.
Были изучены дефекты [4], возникающие в работе опорного ролика системы захватов листопе-редающей системы печатной машины, который более других деталей подвержен износу. Появление дефектов может быть обусловлено подбором смазочных материалов [5,6]. Исследование поверхности наружного кольца выявило ряд дефектов, для которых были предложены способы их устранения. Для улучшения поверхностного слоя деталей можно применять технологические методы, такие как упрочнение ультразвуком, дробеструйная обработка, гидродробеструйная обработка, гидрообразивная прокачка, выглаживание поверхности, вибровыглаживание, дорнование, центробежно-шариковая обработка, накатывание поверхности, методы лазерного, электронно-лучевого, плазменного и детонационного упрочнения, вакуумное ионно-плазменное упрочнение, ионное магнетронное распыление, ионное легирование, магнитное упрочнение деталей машин, упрочнение деталей наплавкой, химико-термическая обработка, нанотехнологии и др.
Рис. 1. Опорный ролик
Износ рабочих поверхностей деталей вызывает вибрации узла, которые сказываются на качестве печати. Оценка технического состояния роликов и печатной машины производится различными методами. Важным является изучение возникающих вибраций [11,12], данный способ позволяет исследовать техническое состояние машины и изучить характер возникающих повреждений.
Постоянные динамические нагрузки, возникающие при работе опорного ролика ввиду его наскакивания и сбрасывания с кулачка, в значительной мере повышают износ этой части ролика. Износ цапфы опорного ролика в процессе работы печатной машины является распространенной причиной нарушения работы механизма в целом, т.к. разбивается плотное соединение двух деталей (вала опорного ролика и кольца) из-за чего кольцо начинает соскальзывать по цапфе к краю. В свою очередь это приводит к увеличению перемещения цапфы вдоль наружного кольца, а как следствие к увеличению перемещений в зоне захвата листа грейферным мостом и, соответственно, появлению новых вибрационных составляющих в машине.
Одним из перспективных видов изучения деформаций деталей является метод конечных элементов [7,8], в том числе данные методы используются и в полиграфии [9,10]. Для изучения опорного ролика была разработана трехмерная модель, имеющая размеры, соответствующие реальным (рисунок 2).
В качестве действующей силы на наружное кольцо опорного ролика принята максимально возможная сила 60Н, при которой осуществляется прижимание захватов к опорной поверхности. В соответствии с измерениями, сила задаётся по линии, длина которой соответствует следу износа (рисунок 3)
На рисунке 4 представлены результаты вычислений возникающих напряжений. В данном случае минимальные напряжения составили 7,214e-05 Н/мм2 (МПа), а максимальные 9,949e+00 Н/мм2 (МПа). Данные напряжения не превышают предел текучести равный 2.2е+03 Н/мм2 (МПа). Однако стоит обратить внимание на характер распределения напряжений. В меньшей степени подвержена напряжению
часть ролика, противоположная его закреплению, а наибольшие напряжения возникают в зоне соединения цапфы с кольцом. Постоянные динамические нагрузки, возникающие при работе опорного ролика, ввиду его наскакивания и сбрасывания с кулачка в значительной мере повышают износ этой части ролика. Износ цапфы опорного ролика в процессе работы печатной машины является распространенной причиной нарушения работы механизма в целом, т.к. разбивается плотное соединение двух деталей (вала опорного ролика и кольца) из-за чего кольцо начинает соскальзывать по цапфе к краю. В свою очередь это приводит к увеличению перемещения цапфы вдоль наружного кольца, а как следствие к увеличению перемещений в зоне захвата листа грейферным мостом и, соответственно, появлению новых вибрационных составляющих в машине.
Рис. 4. Распределение напряжений опорного ролика
В качестве решения проблемы выбивания кольца в работе предложен способ изменения конструкции опорного ролика, который предусматривает объединение кольца с цапфой с целью недопущения изменения его положения в процессе его эксплуатации, а так же выполнено изменение конструкции на противоположном конце в виде втулки. При этом основные параметры опорного ролика остались прежние, включая габаритные размеры и способ закрепления ролика. Материал ролика выбран аналогично основной модели. Закрепление ролика в печатной машине также осуществляется по поверхности цапфы. На рисунке 5 представлены результаты определения напряжений и деформаций в опорном ролике.
а б
Рис. 5. Нагружения опорного ролика новой конструкции: а - напряжения; б - деформации
В данном случае минимальные напряжения составили 1,033e-04 Н/мм2 (МПа), а максимальные 9,887e+00 Н/мм2 (МПа). Данные напряжения не превышают предел текучести равный 2.2е+03 Н/мм2 (МПа). Минимальные деформации составляют 5,189e-10, а максимальные в свою очередь 4,270e-05. При этом максимальные деформации также возникают в зоне посадки кольца на цапфу. Таким образом, полученные значения можно считать соизмеримыми со значениями основной модели.
Совмещение в одну деталь вала и кольца, несмотря на одинаковые возникающие напряжения, позволит избежать выбивания кольца с посадочного места, а, соответственно и не принесёт дополнительных перемещений в конструкцию системы захватов.
Список литературы
1. Баженов Ю.В. Основы теории надежности машин. Владимир: изд-во Владимирского гос. ун-та, 2006. 160 с.
2. Morfliuk V.F. Research models of the processes stabilization the parameters of process register the colors in sheet transfer system / V. F. Morfliuk, I. S. Karpenko // Технолопя i техшка друкарства. 2014. No 1(43). P. 30-36.
3. Морфлюк В.Ф. Метод цифрового определения параметров моделирования совмещения красок в листопередающей системе печатных машин/ В.Ф. Морфлюк, И.С. Карпенко, В.В. Чуркин // Труды БГТУ. 2016. № 9. С. 22-28.
4. Серкова Л.Б. Исследование износа опорных роликов в печатных машинах // Л.Б. Серкова, Л.Г. Варепо, А.С. Серков // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2019. Вып. 12. С. 298-302.
5. Вахрушев С.И., Цыпленков Р.Г., Дмитриев С.Э. Исследование влияния смазочных материалов на износ узлов трения подшипников качения // Наука и военная безопасность. Спб: Издательство: Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военная академия материально-технического обеспечения имени генерала армии А.В. Хрулева" Министерства обороны Российской Федерации, 2017. №1. С. 78-81 3.
6. Евстифеев В.В., Мельник С.В., Голощапов Г.А. Исследование влияния эксплуатационных свойств пластичных смазочных материалов на износ узлов трения строительных машин с подшипниками качения // Ориентированные фундаментальные и прикладные исследования - основа модернизации и инновационного развития архитектурно-строительного и дорожно-транспортного комплексов России: материалы международной 66-й научно-практической конференции. Омск: Издательство: Сибирский государственный автомобильно-дорожный университет (СибАДИ), 2012. С. 436-440.
7. Фокин В.Г. Метод конечных элементов в механике деформируемого твёрдого тела: учебное пособие. Самара: Самарский государственный технический университет, 2010. 131 с. 4.
8. Маковкин Г.А., Лихачева С.Ю. Применение МКЭ к решению задач механики деформируемого твердого тела: учебное пособие. Н. Новгород: Изд-во ННГАСУ, 2012. Часть 1. 71 с.
9. Серкова Л.Б., Варепо Л.Г. Исследование деформационных характеристик конструкции печатного цилиндра // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2020. № 5. С. 498-504.
10. Серкова Л.Б. Оценка деформаций печатного цилиндра в зависимости от характера распределения нагрузок // СНК-2021: материалы LXXI открытой международной студенческой научной конференции Московского Политеха. М.: Московский Политех, 2021. С. 382-389. EDN IRGGSA.
11. Хакимзянова А.А. Вибрационный метод диагностики подшипников качения / А. А. Хаким-зянова, И. Р. Садиков, И. А. Савин // Техника и технологии машиностроения: материалы V Международной студенческой научно-практической конференции / Омский государственный технический университет. Омск: Омский государственный технический университет, 2016. С. 397-400. EDN WXNVMX.
12. Куликов Г.Б. Диагностика причин повышенной виброактивности печатных секций ротационных печатных машин башенного типа // Проблемы машиностроения и надежности машин. 2008. № 4. С. 90-96.
Серкова Любовь Борисовна, аспирант, lubashka_2010@mail. ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет,
Варепо Лариса Григорьевна, д-р техн. наук, профессор, larisavarepo@yandex.ru, Россия, Омск, Омский государственный технический университет
STUDY OF DEFECTS IN THE SUPPORT ROLLER OF THE SHEET-TRANSMITTING SYSTEM OF THE
PRINTING MACHINE
L.B. Serkova, L.G. Varepo
One of the most important issues of machine design, including ensuring the reliability of production. The main causes of equipment failure are problems with individual machine parts, node failures. The paper examines the defects that occur in the support roller of the sheet-transmitting system of the printing machine, and suggests ways to eliminate them.
Key words: polygraphy, offset printing, sheet-transmitting system, printing machine, support roller.
Serkova Lyubov Borisovna, postgraduate, lubashka_2010@mail.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University,
Varepo Larisa Grigorievna, doctor of technical sciences, professor, larisavarepo@yandex.ru, Russia, Omsk, Omsk State Technical University
