Исследование динамики и точности уравновешивания печатных аппаратов рулонных ротационных печатных машин тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.06 ВАК РФ

Оглавление.

Список использованных обозначений основных величин.

Введение.

ГЛАВА 1. Состояние и основные аспекты проблемы исследования динамики и точности уравновешивания ПА в ротационных машинах.

1.1 Особенности объекта исследования.

1.2. Обзор работ по исследованию точности уравновешивания вращающихся

1.3 Обзор работ по исследованию точности уравновешивания в полиграфическом машиностроении.

1.4. Обзор работ по исследованию печатных аппаратов ротационных машин.

1.5 Выводы.

ГЛАВА 2. Теоретическое исследование динамических условий работы печатного аппарата при установившемся режиме.

2.1 Учет наличия упругой оболочки на цилиндрах печатной пары.

2.2 Выявление и анализ сил, действующих в печатной паре при работе в установившемся режиме.48:

2.3 Вывод уравнений для определения первой критической скорости цилиндров печатной пары.

Для цилиндров на абсолютно жестких опорах.

Для цилиндров на упругих опорах.

2.4 Оценка рассмотренных сил и установление соотношений между жесткостью цилиндров и связей в элементах опорной конструкции печатного аппарата.

Влияние силовых факторов при расчете первой критической скорости. 61 Влияние величины начального дисбаланса на изменение динамических прогибов.

Расчет жесткости цилиндров печатной пары.

2.5 Составление расчетных зависимостей для определения величин горизонтальных и вертикальных смещений цилиндров печатного аппарата от воздействия неуравновешенных сил.

2.6 Составление расчетных зависимостей для определения горизонтальных вибросмещений станины под, воздействием неуравновешенных сил с учетом особенностей конструкции печатного аппарата.

2.7 Выводы.

ГЛАВА 3. Обоснование установления точности уравновешивания печатных аппаратов.

3.1 Анализ и выбор критериев для назначения точности уравновешивания. цилиндров печатного аппарата РРПМ.

Полошение.

Продольная неприводка красок.

Обрыв бумажной ленты.

Неточность фальцовки.

Дефекты, обусловленные повышенным износом узлов печатной машины, вызванные превышением допустимых величин вибраций.

3.4 Установление точности уравновешивания печатных аппаратов РРПМ

3.5 Выводы:.

ГЛАВА 4 Экспериментальная проверка полученных результатов.

4.1 Стендовые исследования печатной пары.

Методика проведения экспериментальных исследований.

Программа экспериментальных исследований.

Результаты экспериментов, их обсуждение и оценка.

Сравнение результатов, полученных в настоящем исследовании с данными эксперимента.

4.2 Моделирование динамики неуравновешенного ротора на специальном балансировочном устройстве.

Методика проведения экспериментальных исследований.

Выводы.

ГЛАВА 5 Методика динамического расчета и установления предельно целесообразной точности уравновешивания цилиндров печатного аппарата РРПМ.

5.1 Постановка задачи.

5.2 Расчет критических частот цилиндров.

5.3 Расчет допуска на неуравновешенность цилиндров печатного аппарата

РРПМ.

В настоящее время во всех отраслях промышленности получили широкое применение ротативные машины, положительно зарекомендовавшие себя как технологичное и производительное оборудование.

Исследования динамики этого типа машин, как правило, нацелены на изучение устойчивости установившегося движения и переходных процессов, происходящих при работе этого оборудования.

Наряду с этим существенное внимание уделяется уравновешиванию и выявлению обоснованной точности уравновешивания деталей и механизмов. Достаточно полно изучено поведение одиночного неуравновешенного вращающегося тела и разработано внушительное количество методик и оборудования для определения и устранения его дисбаланса. Но при этом ощущается недостаток исследований систем, имеющих в своем составе несколько совместно работающих вращающихся неуравновешенных тел, оказывающих влияние на динамику системы в целом и качество выполняемого технологического процесса. В качестве примера такой системы рассмотрим печатные аппараты рулонных ротационных печатных машин, являющихся машинами ротативного типа и широко применяемых в полиграфическом производстве для выпуска многокрасочной печатной продукции.

Сказанное поясним на примере отечественного газетного агрегата офсетной печати 2ПОГ 168, отвечающего по своим техническим характеристикам лучшим образцам инофирм. Максимальная частота вращения печатных цилиндров (ПЦ) агрегата составляет 10-12 об/с, а линейная скорость проводки бумажной ленты 12-15 м/с. Принципиальная схема агрегата представлена на рис. 1. В состав агрегата входят: I рулонные зарядки (РЗ) 1; печатные аппараты (ПА) 2; красочные аппараты (КА) (не показаны); лентопроводящая система (ЛС) 3; фальцаппарат (ФА) и выводное (ВУ) устройства 4.

Рисунок 1

Все механизмы содержат вращающиеся тела (цилиндры, валики), смонтированные на жесткой станине и тем или иным способом связанные между собой посредством рабочего объекта - бумажной ленты. Каждый из механизмов выполняет определённую технологическую операцию. Вследствие последовательно выполняемых операций подаваемая с вращающегося рулона 1 бумажная лента преобразуется в печатную продукцию - газету или газетную подборку, снимаемую с выводного устройства 4 .

Экономические трудности в стране, приведшие к известным сложностям в разработке, создании и освоении новой полиграфической техники по существу сняли ранее бывшие очень актуальными требования повышения скоростей и тем самым производительности машин. Тем не менее, стремление исполнителя полиграфической услуги получить дополнительный заработок неразрывно связано наряду с обеспечением качества полиграфической продукции и ее сервиса еще и с сокращением цикла исполнения заказа, а, значит с необходимостью реализации производственного задания на предельно возможной скорости, которая еще обеспечивает качественную реализацию технологического процесса.

Выявление и назначение этой скорости работы машины связано с решением многих технических и экономических проблем при проектировании и эксплуатации класса ротационных печатных машин, в том числе и с решением проблемы точности уравновешивания их вращающихся элементов.

Проектирование и эксплуатация ротационных печатных машин в течение десятков лет в нашей стране осуществляется на основе знания критериев работоспособности тех или иных механизмов и машины в целом. Знания приобретаются и систематизируются на основе практического опыта, теоретических и экспериментальных исследований механизмов или явлений, неблагоприятно влияющих на нормальное функционирование механизмов при - повышении их рабочих скоростей или каких- либо изменений в технологическом процессе. Настоящая работа представляет обобщение результатов такого исследования. Она посвящена изучению динамики и точности уравновешивания печатных аппаратов ротационных печатных машин.

Печатный аппарат 2, рис.1, является одним из главных механизмов ротационной печатной машины. От, правильного выбора его параметров, его динамических характеристик, определяемых в числе прочих факторов и его уравновешенностью, зависит качество продукции и работоспособность всей машины. Учитывая ■ что печатные аппараты этого класса печатных машин имеют много общего с точки зрения требований к их уравновешенности, целесообразно рассмотреть их особенности в целом и, опираясь на известные основы общей теории уравновешивания, провести соответствующие исследования и разработать необходимые и конкретные рекомендации по составленной проблеме.

Целью настоящей* работы, выполненной автором на кафедре "Полиграфические машины" Ом! ТУ, является установление влияния основных силовых факторов и конструктивных особенностей цилиндров и их опор на динамические характеристики вращающейся печатной пары при установившемся режиме её работы в машине; исследование динамики печатных аппаратов ротационных печатных машин в целом с учетом неуравновешенности входящих в него вращающихся тел; обоснование точности уравновешивания печатных аппаратов ротационных печатных машин; разработка методики динамического расчёта печатных аппаратов ротационных печатных машин с целью установления надлежащей точности их уравновешивания.

Общие выводы

Среди многообразия ротативного оборудования рулонные ротационные печатные машины имеют ту особенность, что процесс печати на них обеспечивается несколькими совместно вращающимися роторами или ПА; остаточная неуравновешенность которых предопределяет уровень комфортности работы машины и качество технологического процесса, выполняемого этой группой роторов. А это в свою очередь связано с научно обоснованной точностью уравновешивания ПА, ведь в зависимости от вида печати, красочности и вида получаемой продукции состав ПА может быть разным и для таких объектов установленных методов расчета и устранения неуравновешенности до допускаемых величин не разработано. В этой связи в диссертации представлено составляющее научную новизну теоретическое исследование, которое включает в себя следующее:

- расчетные модели и расчетные зависимости, объясняющие возможность выявления динамических взаимодействий между цилиндрами' в ПА, рассматривая их как отдельно вращающиеся тела с приложенной к ним системой внешних сил. Объяснение этого факта в наличии упругой оболочки (декеля) с малым модулем упругости на одном из цилиндров контактирующей пары;

- функциональную связь между наличием остаточной неуравновешенности и- величинами смещений - цилиндров в опорах^ ив заданных направлениях при работе машины;

- обоснование динамической модели ПА с учетом особенностей его построения и работы с целью выявления амплитуд колебаний входящих в него цилиндров и их предельной остаточной неуравновешенности;

Анализ ^ численных результатов расчетов ПА позволили сделать следующие обобщения:

- основными силами, действующими на цилиндры ПА при 5 установившемся режиме работы, являются силы тяжести, технологического давления (натиска) и центробежные силы от их остаточной неуравновешенности;

- динамические прогибы собственно цилиндров от их неуравновешенности составляют (0,15:.0,5)% от их статической составляющей и не могут оказывать значительного влияния на распределение давления печати вдоль образующей цилиндров;

- изгибная жесткость печатных цилиндров составляет (1,1. 1,5)-109 Н/м, в то время как жесткость опорных конструкций находится в пределах (0,10;. 0,40)-109 Н/м;

- отношение (йраб1<йкр для печатных цилиндров: находится в пределах 0,10<йзрао/йз^<0,33 и соответствует докритическим режимам работы цилиндров ПА.

3. Сопоставление результатов; расчетов по теоретическим зависимостям с данными экспериментальных исследований г печатной пары на специальном макете и несбалансированного ротора на лабораторном балансировочном устройстве в целом показало, что теоретические зависимости, полученные по принятым моделям и с учетом изложенных гипотез и допущений, отражают реальные процессы, происходящие в ПА. При этом погрешность результатов для печатной пары составила около 30%, и для балансировочного устройства — 16%. Амплитуды фактических смещений оказались ниже расчетных из-за влияния реальных сил трения, не учтенных в теоретических формулах.

4. Проанализированы критерии для оценки точности уравновешивания ПА и установлено, что наиболее жестким из них являются величины смещений цилиндров и станины, ограничивая которые, например допусками на продольную неприводку красок: при. цветной печати, (0,05. 0,10)мм., по разработанным формулам можно выявить и обосновать допустимые значения неуравновешенности ПА.

5. Составлена и объяснена методика динамического расчета ПА для различных модификаций рулонных печатных машин, позволяющая производить обоснование точности их уравновешивания на этапах проектирования и эксплуатации. Определено допустимое значение неуравновешенности цилиндров ПА для машины ПОГ90-22, работающей в режиме получения двухкрасочной печати. Оно; составило МдоП=0,15 Н-м. по рекомендациям более раннего исследования оно было бы МэоЛ=0,28 Н-м.

1. Артоболевский И.И. Теория механизмов и машин: Учебник для втузов. -М: Наука, 1988. -639с.

2. Анурьев В.И. Справочник конструктора машиностроителя в Зт. -М.: Машиностроение, 1979.

3. Беляев Н.М. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1965. -608с.

4. Бидерман B.JI. Теория механических колебаний. М.: Высшая школа, 1980. -408 с.

5. Биргер И.А. Расчет на прочность деталей машин. -М.: Машиностроение, 1993. -С. 405-424.

6. Биргер И.А., Мавлютов P.P. Сопротивление материалов. -М.: Наука, 1986. -608с.

7. Богомолов И.В. Колебания сложных механических систем. -Харьков, 1978.

8. Васильев B.C., Кутко П.С. Станки и приборы динамической балансировки. -М.: Машгиз, 1959.

9. Вибрации в технике. Спр. в 6 т. / Под ред. В.Н. Чаломея. -М.: Машиностроение, 1978-1981. Т.1. -352с.

10. Ю.Воронов Е.А, Исследование точности уравновешивания и методика динамического расчета печатных аппаратов высокоскоростных ролевых ротационных машин высокой печати. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Рыбинск, 1971. 166с.

11. П.Воронов Е.А. Элементы теории и расчета рулонных печатных машин: Учебное пособие. -Омск: ОмПИ, 1991.

12. Всесоюзная научно-техническая конференция по применению современных методов и средств уравновешивания машин и приборов: Тезисы докладов. -М.: 1970.

13. Батищев И.Ф. и др. Радиальные колебания цилиндров печатного аппарата// Печатные машины: Межвуз. сб. научных работ. -М.: МПИ, 1982. С. 58-66.

14. Н.Диментберг Ф. М. Шаталов А. А. Гусаров К. Г. Колебания машин. -М: Машиностроение, 1964.

15. Динамика машин и управление машинами: Справочник / В.К, Асташев, В.И. Бабицкий, И.И. Вульфсон и др., Под ред. Г.В. Крейнина. -М.: Машиностроение, 1988. -240с.

16. Дьяконов В.П., Абраменкова И.В. Mathcad 7 в математике, физике и в Internet. -М : Нолидж, 1999.-345с.

17. Житомирский В. К. Механические колебания и практика их устранения. -М.: Машиностроение, 1966.

18. Инструкция по уравновешиванию жестких роторов электрических машин в собственных подшипниках, ЛФ ВНИИЭМ, 1964.

19. Колесник Н.В; Устранение вибраций машин. -М-Л., 1960.

20. Коловский М.З. Динамика машин. -Л.: Машиностроение, 1989.

21. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике (для научных работников и инженеров). -М.: Наука, 1973. -832с.

22. Косилова А.Г. Справочник технолога машиностроителя. М.: Машиностроение, 1985. T.I, Т.2.

23. Краткий справочник для инженеров и студентов: Высшая математика, физика, теоретическая механика, сопротивление материалов / Полян-кин А.Д. и др. -М.: Международная программа образования, 1996. -431с.

24. Круглов И.А., Силин Г.Г. Изгибные колебания цилиндров печатного аппарата ротационных машин. // Печатные машины: Межвуз. сб. научных работ. -М.: МПИ, 1982. С. 51-58.

25. Механика машин: Учеб. пособие для; втузов / И.И; Вульфсон, М.Л. Ерилов, М.З. Коловский и др.; Под ред. Г.А. Смирнова. -М.: Высш. шк., 1996. -511с.26.0сновы теории колебаний / Мигулин В.В. Медведев В.И. и др. -М.: Наука, 1988.

26. Печатное оборудование / Митрофанов В. П., Тюрин А. А. и др. -М.: МГУП, 1999. -443с.

27. Митрофанов В.П. Элементы теории и расчета рулонных печатных машин: Учебное пособие. -М : МПИ, 1984. -80с.

28. Митрофанов В.П. Причины нарушения приводки красок при печатании на рулонных машинах // Полиграфия. 1977. №5. С. 17-18.

29. Печатное оборудование. / Митрофанов В.П., Тюрин A.A., Бирбра-ер Е.Г., и др. -М.: Изд. МГУП, 1999. -443с.

30. Надежность и эффективность в технике справочник в:Ют. -М.: Машиностроение, 1986-1990.

31. Отчет о работе по теме №96-88-46 «Совершенствование машины печатной ротационной офсетной печати рулонной типа ПОГ-90.» -М.: НПО «Полиграфмаш», 1989.

32. Отчет о работе по теме: "Исследование печатных аппаратов ротационных машин высокой печати". -М.: НИИПМ, 1961.34.0тчет о работе по теме: Агрегат газетный скоростной. Этап: "Тензо-метрические испытания экспериментальной секции ГАУ". -М;: ВНИИОПИТ, 1970.

33. Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. -М.: Наука, 1991. -252с.

34. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории колебаний и удара. -JI.: Политехника, 1990. -272с.

35. Подготовительная работа по теме: "Изучение динамических режимов работы печатных машин в связи с задачей устранения вредных колебаний". -М.: НИИПМ, 1958:

36. Промежуточный отчет по теме: "Агрегат газетный скоростной". -М: НИИПМ, 1967.

37. Руководящие технические материалы. "Балансировка цилиндров и валиков печатных машин." -Рыбинск, Рыбинское СКБ ПМ, 1975. 56 с.

38. Светлицкий В.А. Механика стержней. -М.: Высшая школа, 1987. Т.1.

39. Современные методы и средства балансировки машин и приборов: Сб. статей / Под ред. Щепетильникова В.А. -М.: Машиностроение, 1985.

40. Тарг С.М. Краткий курс теоретической механики. -М : Высшая школа, 1995. -416с.

41. Теория и конструкция балансировочных машин: Сб. статей / Под ред. проф. Щепетильникова В.А. -М.: Машгиз, 1963.

42. Тимошенко С.П. Колебания в инженерном деле. -М.: Наука, 1967. -С. 279-281.

43. Тимошенко С.П., Уивер У., Янг Д.Х. Колебания в инженерном деле. -М.: Машиностроение, 1985. -473с.

44. Тир К.В. Кинематика печатного контакта ротационных машин: Научные записки УПИ им. Ивана Федорова. Т. XIV, 1961.

45. Тир К.В; Лозовой В.Л. Оценка суммарной нагрузки на печатный цилиндр: Научные записки УПИ им. Ивана Федорова. Т. XIV, 1961.

46. Тюрин A.A. Печатные машины — автоматы: Учебник для вузов. -М.: Книга, 1980.-416с.

47. Уравновешивание машин и приборов: Сб. статей7 Под ред.проф. Щепетильникова В. А. -М.: Машиностроение, 1965.

48. Фельдман Л. В. Бумагопроводящие системы рулонных ротаций: Отчет. -М.: НИИ ПМ, 1967.

49. Фролов К.В. Методы совершенствования машин и современные проблемы машиностроения. -М:: Машиностроение, 1984.

50. Чехман Я.И:, Сенкусь В.Г., Бирбраер Е.Г. Печатные машины. -М.: Книга, 1987. -304с.

51. Шитиков Б. В. Динамическая балансировка роторов. -М:: Гострансжелдориздат, 1951.

52. Щепетильников В.А. Допустимые дисбалансы в плоскостях коррекции механизация и автоматизация производства. -М.: Машиностроение, 1978.

53. Щепетильников В.А. Уравновешивание механизмов. -М.: Машиностроение, 1982.

54. Яблонский A.A., Никифорова В.М. Курс теоретической механики, ч.2. Динамика: Учебник для втузов. -М.: Высшая школа, 1984. -423с.

55. Ягодин Г.Д. Кинематические схемы печатных машин — автоматов: Учебное пособие. -Омск, ОмПИ, 1981. -32с.

56. Яковленко В.Б. Моделирование и расчет вибрационных систем. -Киев, 1988.

57. Becher Н. "Uber die Unwuchttoleranzen", "Feinwerktchnik", Heftl 1, 1959.

58. Becher H. "Ausurichtverfahren und die Kenn-und Meßgrößen der Ausurichttchnik", ATM, 1960. №-297 -S.209-212;1961 №-303 -S.43-46; 87-90; 257-260; 299; 301.

59. Becher H: "Zur Theorie starr unlaufender Unwuchten und der Auswuchtverfahren ""Feinwerktchnik", Heft 8, 1959. -S.263-271.

60. Federn K. "Auswuchtmaschinen und Auswuchtprobleme", VD I- Berichte, 1955. -S. 5-14.

61. Herrlich "Anwendung und Bekämpfung der Mechanischen Schwingungen", der Maschienenbau, №-5, 1964. -S.73-80

62. Reutlinger W.D. "Zur Frage der Unurichttoleranzen?" das Jndustrieblatt, Heft 3, 1958. -S.l 11-115.

63. Дитце Манфред Определение допустимой неуравновешенности на цилиндры и красочные валики. //ИПМ-Миттейлунген, №-3, 1968. -С. 144-150.