CC BY
24
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 681.518.2
ОСОБЕННОСТИ ПРИВОДА БОКОВЫХ НОЖЕЙ ТРЕХНОЖЕВЫХ
БУМАГОРЕЗАЛЬНЫХ МАШИН
Г.Б. Куликов, А.И. Винокур, А.П. Кондратов
Приведен краткий обзор и дана систематизация механизмов привода ножей трехножевых бумагорезальных машин.
Ключевые слова: трехножевая бумагорезальная машина, боковые ножи, рычажный привод, гипоциклоида, эпициклоида, цевка.
Целью данной публикации является систематизация сведений о механизмах, использующихся в приводе боковых ножей трехножевых бумагорезальных машин. В имеющейся на сегодняшний день учебной литературе слабо отражены современные конструкции привода, такие как рычажный и гипоциклоидный. Данная статья будет полезна как студентам, изучающим полиграфическое оборудование, так и специалистам его эксплуатирующим .
После скрепления, заклейки, сушки и прессования корешка, блоки книг, предназначенные для вставки в переплет, обрезаются с трех сторон. Обрезаются также брошюры, журналы, тетради, книги в мягкой обложке. Эта операция выполняется на трехсторонних резальных машинах. На некоторых моделях современных трехножевых резальных машин можно выполнять обрезку с четырёх сторон. Это необходимо, например, при изготовлении книг из отдельных листов, скреплённых кольцами (руководства для компьютеров, справочники, рекламные материалы).
В крупных типографиях для обрезки блоков с трех сторон используют трехножевые резальные машины, обрезающие пачки в одной позиции тремя ножами. В зависимости от принципа построения и производительности, порядок работы боковых и переднего ножа может быть разный, разными бывают и механизмы привода ножей.
Боковые ножи, так же, как и передний, совершают сабельное движение. Угол врезания в трехножевых машинах больше, чем в одноноже-вых, и составляет 5...60. В современных машинах ножи обычно двигаются
3
в направлении от корешка к переднему обрезу, это позволяет избежать отслаивания клеевого слоя, деформаций и местных вырывов корешка и упрочняющих элементов (окантовки, бумажной полоски) [1, 2].
Сабельное движение ножей обеспечивается конструктивным исполнением привода, раньше применялись кулисные механизмы с различными углами наклона направляющих. В настоящее время широко применяются рычажные механизмы (рис. 1, а - г).
На рис. 1, а представлена кинематическая схема механизма боковых ножей трехножевой резальной машины 2БРТ-125/450 Роменского завода полиграфических машин. Ножедержатели 3 закреплены на полом валу, который при помощи сухарей 1 перемещается по наклонным направляющим пазам, которые сделаны в боковинах машины. Вал с ножедержателями получает движение от кривошипов 6 через тяги 5. Сухарь 4 сидящий на рычаге 2 жестко связанном с полым валом, обеспечивает «сабельное» движение. Так как направляющие пазы сухарей 1 и 2 имеют разные углы, то при движении вал, а вместе с ним и ножедержатели будут поворачиваться, т. е. совершать «сабельное» движение [4, 5].
4
Механизм боковых ножей с подвижной кулисой представлен на рис. 1, б. Тяга 10 приводит в движение боковые ножи. Отличие от предыдущего механизма состоит в том, что сабельное движение обеспечивается качающейся кулисой 7 в которой двигается сухарь 6. Поворот кулисы производится рычагом 5, через тягу 4, двуплечий рычаг 3 и шатун 2 от кривошипа 1 .
Особенностью механизма является переменный угол наклона кулисы. Это позволяет получить более оптимальную траекторию движения ножа во время реза. Однако сам механизм поворота кулисы испытывает достаточно большие нагрузки, что приводит к быстрому износу. В настоящее время не применяется.
Механизм с дуговым движением боковых ножей (рис. 1, г) запатентован фирмой «Perfeсta». Балка с боковыми ножами 1 приводится в движение постоянно вращающимися кривошипами 6 через тяги 5. Ножи двигаются по дуговой траектории R = 4 м. Траверса закреплена на двух кронштейнах 2, с сухарями 3, перемещающимися в криволинейных пазах 4 [1, 6].
Механизм обладает следующими достоинствами.
1. Сабельное движение заменено на криволинейное, в результате чего увеличился угол врезания ножей в полуфабрикаты по сравнению с предыдущими механизмами.
2. Использование криволинейных направляющих позволило увеличить горизонтальный ход ножей относительно плоскости резания, что улучшает условия резания, и снижает возникающие при этом силы.
Недостатком дуговых направляющих является сложность изготовления и ремонта.
Общим недостатком вышеперечисленных механизмов является наличие высших кинематических пар, кроме того, механизм с качающейся кулисой (рис. 1, б) нуждается в приводе с переменной скоростью вращения. Этих недостатков лишены рычажные механизмы боковых ножей.
Рычажный механизм привода боковых ножей, представленный на Рис. 1 г, используется фирмой Колбус в среднескоростных трехножевых резальных машинах (ТРМ) серий HD 130 —HD 143. Ножедержатели 6 закреплены на траверсе 5, связанной с рычагами 8, и получают движение от кривошипа 1 через тягу 3, коромысло 2 и шатун 4. Нож движется по дуге окружности. При врезании нож касается блока под углом, а поворот во время реза осуществляется за счет рычага 7, жестко связанного с траверсой
[7, 8, 10].
Главным достоинством этого механизма является отсутствие высших кинематических пар, что позволяет повысить надежность и снизить стоимость изготовления. Подобная схема позволяет получить производительность до 70 цикл/мин. Однако максимальную производительность дает гипоциклоидный механизм привода боковых ножей, разработанный фирмой Колбус для машин серии HD 153.
5
Гипоциклоидный механизм привода боковых ножей, представленный на рис. 2, а позволяет максимально сократить интервал между обрезкой боковыми и передним ножом. Внутри неподвижной шестерни с внутренним зацеплением вращается водило ОА, которое ведет малое зубчатое колесо — сателлит радиусом г, имеющее зацепление с большим. Диаметр сателлита в четыре раза меньше чем у большого колеса, таким образом, за один оборот водила, сателлит делает четыре оборота.
Точка крепления Неподвижное
Рис. 2. Гипоциклоидный привод боковых ножей
Если на расстоянии 0,4 г от оси закрепления сателлита выделить точкуВ и закрепить в ней ножедержатель, то при обкатывании она будет двигаться по кривой, которая называется гипоциклоидой [1, 3, 6].
Таким образом, ножи перемещаются по замкнутой траектории, форма которой подобна поставленному на один из углов квадрату (рис. 2, а) - гипоциклоиде. Как только боковые ножи начинают подниматься вверх из нижнего положения (рис. 2, г), передний нож производит обрезку, так что возможна почти одновременная обрезка всеми тремя ножами. Основным преимуществом данного механизма является большое перекрытие в циклах работы переднего и боковых ножей.
Недостатками такого привода являются:
кинематическая сложность механизма и высокая металлоемкость;
боковые ножи при обрезке, двигаются к блоку со стороны переднего поля, что создает неблагоприятные условия при обрезке.
Как видно из вышесказанного, производители ТРМ используют различные варианты построения привода ножей. Повышение производительности обеспечивается оптимизацией состава рабочего цикла, разделением операции равнения на две позиции, увеличением перекрытия между кинематическими циклами работы боковых и переднего ножей. Известны конструкции машин, в которых для повышения производительности используется отклоняющийся передний нож. В этом случае после обрезки передним ножом, вовремя его подъема, нож отводится на расстояние 20 мм от блока при помощи кулачков. Таким образом, боковые ножи получают возможность производить обрезку почти одновременно с движением переднего ножа.
Последовательность работы механизмов переднего и боковых
ножей
В трехножевых резальных машинах разной производительности боковые и передний нож работают в разной последовательности. В скоростных машинах ножи работают по схеме, приведенной на рис. 3, а. В поз. 1 боковые ножи начинают движение к привертке блоков, передний нож выстаивает. В поз. 2 боковые ножи находятся в нижнем положении, а передний начинает рез. В поз. 3 боковые ножи поднимаются, а передний завершает рез. В поз. 4 все ножи находятся в исходном положении.
ЧЧЧЧЧЧЧЧЧЧ-.' "А
С
,\\\чччччччччч
а;
Л
^-¡К ЧЧ'ЛЧЧЧЧЧЧЧ^
1
КчЧЧЧЧЖчЧЧ^ЧЧ
Рис. 3. Варианты последовательности работы передних и боковых ножей: а - скоростных машин; б - среднескоростных машин
На рис. 3, б показана совместная работа ножей среднескоростной трехножевой машины (65 цикл/мин). Здесь вначале делает рез передний нож, затем — боковые. В поз. 2 передний нож завершает обрезку, а боковые врезаются в корешок. В поз. 3 боковые ножи находятся в нижнем положении, а передний начал подъем. В поз. 4 боковые ножи завершают подъем.
В первом варианте перекрытие между кинематическими циклами работы переднего и боковых ножей максимально, это обеспечивается непрерывным движением боковых ножей по замкнутой траектории. Во втором варианте боковые ножи перемещаются возвратно-поступательно, поэтому перекрытие значительно меньше.
7
В зависимости от характера движения ножей, используются различные механизмы привода. В случае использования механического привода все они имеют либо периодически, либо постоянно вращающееся ведущее звено (кривошип). Известны машины с гидравлическим приводом ножей.
В скоростных машинах, как правило, используется привод с постоянно вращающимся ведущим звеном. Такие механизмы называют механизмами постоянной структуры, так как в них все элементы постоянно кинематически связаны.
Соответственно если ведущее звено вращается периодически, получаем механизм переменной структуры.
Механизмы постоянной структуры
Механизмы постоянной структуры имеют более благоприятные условия работы, поскольку кривошип вращается постоянно, кинематическая связь между отдельными звеньями не прерывается, используются низшие кинематические пары. Широкое применение получили несколько вариантов механизмов такого типа [1, 4, 10].
Первый (рис. 4, а) реализован наслоением на приводной кривошип четырёхзвенного механизма, который обеспечивает длительный выстой ножей в верхнем положении, где они осуществляют незначительное кача-тельное движение.
Рис. 4. Механизмы привода переднего и боковых ножей постоянной
структуры
От постоянно вращающегося кривошипа 1, тягой 2 приводится в движение рычаг 3, от которого тягами 4 и 6 приводятся боковые 5 и передний 7 ножи.
Когда четырехзвенник 1, 2, 3 занимает крайнее левое положение (при этом звенья 1 и 2 окажутся на одной линии), передний нож 7 оказывается в нижнем положении, а боковые в верхнем. При дальнейшем враще-
8
нии ведущего звена 1 трехплечий рычаг поворачивается в обратную сторону, и механизм занимает крайнее правое положение. Соответственно передний нож поднимается, а боковые опускаются.
Недостатком подобных механизмов является очень короткий выстой в верхнем положении, и не оптимальные углы передачи силы в момент реза.
Фирма «Perfecta» в трехножевой резальной машине SDYEZ-1 использовала 13-звенный пространственный механизм привода ножей (рис. 4, б). В отличие от предыдущего, здесь в привод переднего и боковых ножей добавлено еще по одному четырехзвеннику. Это позволило существенно сократить время реза, и увеличить выстои, что благоприятно сказалось на организации технологического процесса.
Недостатком такой схемы является большое количество звеньев, что повышает металлоемкость и снижает КПД механизма; значительная масса подвижных звеньев вызывает повышенные инерционные нагрузки, возникающие при реверсивном движении.
Механизмы переменной структуры. В трехножевых резальных машинах небольшой производительности часто использовался механизм с неполнозубыми колесами, в нем привод ножей осуществляется постоянно вращающимся сектором, последовательно входящим в зацепление с шестернями, приводящими в движение передний и боковые ножи. При этом необходимо обеспечить безударный вход в зацепление сектора с шестернями, их плавный разгон и торможение. Эта проблема решается использованием кулачкового или цевочного механизма включения [11].
Рис. 5. Механизм привода переднего и боковых ножей переменной
структуры
9
12 11 10 9
На рис. 5 показан механизм неполнозубых колес с эпициклоидаль-ным цевочным включением машины БРТ-450. На постоянно вращающемся главном валу 1, закреплен зубчатый сектор 9 по обеим сторонам которого установлены цевки 10. Когда сектор подходит в шестерне привода переднего ножа 12, цевка 10 входит в зацепление с пазом кулисы 11, связанной с ведомой шестерней. Профиль кулисы выполнен по эпициклоиде. При дальнейшем вращении цевка плавно разгоняет шестерню до окружной скорости сектора, и сектор входит с ней в зацепление. Шестерня вращается, и через рычаги 14,17 приводит в движение передний нож 18. После того, как шестерня 12 сделает полный оборот, вторая цевка 10 входит в зацепление со следующей кулисой 15 и останавливает шестерню.
От произвольного перемещения зубчатое колесо 12 предохраняет профильная колодка 16, жестко закрепленная на валу 13, которая скользит по поверхности полукольца 2. Вращаясь дальше, сектор аналогично входит в зацепление с шестерней 6, приводящей в движение боковые ножи.
Регулировать время начала цикла резания передним или боковыми ножами можно конструктивно изменяя углы между осями 13-1-4.
Недостатком подобных механизмов является использование высших кинематических пар, что вызывает ускоренный износ и потерю точности работы, а также трудности при изготовлении и ремонте.
Заключение. Эволюция привода боковых ножей трехножевых бумагорезальных машин шла по пути увеличения производительности за счет оптимизации рабочего цикла, максимального перекрытия циклов работы переднего и боковых ножей. Одновременно осуществлялся переход от тяжелых многозвенных механизмов с высшими парами к рычажному приводу. Разные производители отдают предпочтение разным типам привода, на это могут влиять и традиции фирмы, и патентное право.
В отечественных ТРМ применялись оба вида механизмов, однако преимущество отдавали механизмам с периодическим вращением.
Современные трехножевые бумагорезальные машины, предназначенные для работы в составе линий для выпуска изданий по требованию, принципиально отличаются от рассмотренного здесь оборудования. Это можно прочитать здесь [12].
Список литературы
1. Хведчин, Ю.И. Послепечатное оборудование. Ч. 2. Переплетное и отделочное оборудование: учеб. пособие. М.: МГУП, 2009. 452 с.
2. Дитер Либау, Инес Хайнце. Промышленное брошюровочно-переплетное производство. Производство книг (серийное). Ч. 2. [Электронный ресурс] URL: http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook643/01/part-003.htm (дата обращения: 10.05.2019).
3. Материалы выставки Drupa 2016 [Электронный ресурс] URL: http://mediabooks.ru/kratkie-itogi-vystavki-drupa-2016/ (дата обращения: 10.05.2019).
4. Бобров В.И., Куликов Г.Б., Одинокова Е.В., Пергамент Д.А., Федосеев А.Ф. Послепечатное оборудование: учебное пособие. М.: МГУП, 2000. 132 с.
5. Бобров В.И., Куликов Г.Б. Проблемы создания и использования эффективных печатно-отделочных систем. Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. 2012. № 2. С. 9 - 17.
6. Куликов Г.Б., Солныков А.Е. Краткий обзор новинок в резальной технике // Печатные и переплетные машины: межведомственный сборник научных трудов. М.: МГУП, 1999. 326 с.
7. Токмаков Б.В., Юрухин Б.Н. Проектирование многозвенного рычажного механизма привода переднего и боковых ножей машины для обрезки книжных блоков // Проблемы полиграфии и издательского дела. 2000. № 3-4. С. 53 - 68.
8. Токмаков Б.В. Разработка и проектирование механизмов ножей скоростных резальных машин: дис. ... канд. техн. наук. М., 2000. 235 с.
9. Токмаков Б.В., Кулагин И.В. Методика оценки движения боковых ножей трехножевой резальной машины с учетом зазоров в механизме: постановка задачи // Проблемы полиграфии и издательского дела. МГУП, 2018. № 1. С. 71 - 74.
10. Бакшеев В.А., Хомченко В.Г., Хорунжин B.C., Кушнаренко А.В. проектирование рычажных механизмов полиграфических машин с высто-ем поступательно движущегося рабочего органа и регулированием параметров циклограммы // Проблемы полиграфии и издательского дела. 2004. № 3. С. 35 - 39.
11. Фишин М.Е. Механизмы неполнозубых колес в полиграфических машинах. Сер. Машиностроение для полиграфической промышленности. М., 1971. 33 с.
12. Куликов Г.Б. Послепечатная обработка изданий по требованию // X Научно-практическая конференция с международным участием «Полиграфия: технология, оборудование, материалы». Омск, 2019. С. 26 - 32.
Куликов Григорий Борисович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, kuli-kov. gb@,mail. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Винокур Алексей Иосифович, д-р техн. наук, профессор, директор ИПИТ, kuli-kov. gb@mail. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет,
Кондратов Александр Петрович, д-р техн. наук, профессор, зав. кафедрой, a.p. kondratov@mospolytech. ru, Россия, Москва, Московский политехнический университет
FEA TURES OF THE DRIVE OF SIDE KNIVES THREE-KNIFE PAPER CUTTING
MACHINES
G.B. Kulikov, A.I. Vinokur, A.P. Kondratov 11
The article provides a brief overview and systematization of the drive images of knives of three-knife paper-cutting machines.
Key words: three-knife paper-cutting machine, side knives, lever drive, hypocycloid, epicycloid, foregrip.
Kulikov Grigory Borisovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, kulikov. gb@,mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Vinokur Alexey Iosifovich, doctor of technical sciences, professor, Director, IPIT, kulikov. gb@,mail. ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University,
Kondratov Aleksandr Petrovich, doctor of technical sciences, professor, head of chair, a.p.kondratovamospolytech.ru, Russia, Moscow, Moscow Polytechnic University
УДК 621.879.064
ПОВЫШЕНИЕ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ОДНОКОВШОВОГО ГИДРАВЛИЧЕСКОГО ЭКСКАВАТОРА ЗА СЧЕТ КОВША НОВОЙ
КОНСТРУКЦИИ
Г.Г. Бурый, И.К. Потеряев, С.Б. Скобелев, В.Ф. Ковалевский
Рассмотрена актуальность повышения производительности одноковшовых гидравлических экскаваторов. Представлена конструкция ковша, позволяющего без изменения характеристик гидропривода зачерпывать больший объем грунта. Проведен анализ сил и моментов, действующих на новую конструкцию ковша. Представлены зависимости для определения сил сопротивления резанию в стандартном ковше. Выведены зависимости для определения сил сопротивления резанию в новой конструкции ковша. Сделан вывод о снижении сил сопротивления вследствие увеличения производительности экскаватора посредством большего объема зачерпываемого грунта.
Ключевые слова: экскаватор, грунт, резание, сопротивление резанию, производительность, конструкция, моменты сил, дорожные машины.
Развитие экономики любой страны невозможно представить без такой сферы, как строительство. Основными объектами строительства являются здания, дороги, мосты, тоннели и др. Прежде чем возвести инженерное сооружение, необходимо подготовить основание. Его подготовка осуществляется путем операций перемещения, уплотнения, планировки и т.д. Одной из основных машин, участвующих в процессах подготовки, является одноковшовый гидравлический экскаватор. На покупку и эксплуатацию данных машин тратится значительная часть средств. В статье пойдет речь об одном из способов повышения производительности одноковшовых гидравлических экскаваторов.
Сменную эксплуатационную производительность одноковшового гидравлического экскаватора можно определить по зависимости
12
