Чехман Я.І., Сенкусь В.Т. та ін. Друкарське устаткування

Подождите немного. Документ загружается.

БУДОВА ТА РОЗРАХУНОК РУЛОННИХ РОТАЦІЙНИХ МАШИН

141

Причинами, що створюють нерівномірний натяг стрічки, є відхилення

його маси (і радіуса) у процесі розмотування, зміна швидкості в періоди

розгону і вибігу машини, а також її можливе коливання при усталеному

режимі. Забезпечення необхідного сталого натягу стрічки досягають

застосуванням гальмівних пристроїв рулону з системами автоматичного

регулювання, спеціальних амортизаторів і стабілізаторів.

Для з'ясування вимог до засобів, що забезпечують стабільність

натягнення стрічки, розглянемо дію сил, які супроводжують процес розмо-

тування рулону.

Рівновага моментів (LM = 0) відносно осі розмотування рулону має

вигляд:

+М

тр

+М

, (3.1)

де М

— момент, що створюється зусиллям натягу (Р

); М

— момент від

сил інерції рулону; М

гр

— момент від аеродинамічних сил і тертя в опорах

рулону (як свідчать розрахунки, зусилля від цього моменту, приведене до

точки розмотування А, рис.3.4, а, не перевищує 1 Н і ним можна знех-

тувати); М

— змінний статичний момент від ваги рулону (M

=Gesiny/),

коли його центр мас (точка О) не співпадає з віссю обертання (точка Oj);

— момент від гальмівного пристрою.

Із (3.1) випливає, що для забезпечення сталого зусилля натягу (Р

) сума

моментів у правій частині повинна зменшуватись прямопропорційно до

зменшення радіуса рулону. Єдиною складовою цієї суми, змінюючи яку

можна забезпечувати незмінність зусилля натягу, є гальмівний момент

(М

На натягнення стрічки найбільш істотно впливає М

. Тут необхідно

відзначити, що рулони паперу не мають форми ідеальних циліндрів. При

навантажуванні і розвантажуванні з транспортних засобів, транспортуванні

і неправильному зберіганні (їх слід ставити на торець) вони деформуються і

набувають бочковидної, овальної форми тощо. Доведено, що при аналізі сил

такі рулони можна розглядати як правильні циліндри («ідеальні» рулони),

що обертаються навколо осі О, (рис. 3.4, а), зміщеної відносно центра його

маси (О) на якусь величину е.

При розмотуванні паперу з рулону, намотаного по Архімедовій спіралі,

його маса постійно зменшується. Відповідно зменшуються:

а) радіус рулону:

де р

— початковий радіус рулону; S — товщина стрічки і

ф=(йі

—

біжучий кут повороту рулону;

б) радіус відділення від рулону в точці А елементарної маси паперу:

/«есову+р. (3.3)

142

Глава З

в г

Рис. 3.4. Розрахункові схеми для визначення натягу паперової стрічки:

а — неідеального рулону, б

—

графік швидкості стрічки при розмотуванні, в — провисання

стрічки між спрямувальними валиками it

—

моментів на рулоні в період його оберту

Рівняння моменту від сил інерції при обертанні рулону

З урахуванням (3.2) і (3.3) похідна

1(, тг . V(o8\ f(

V*esmv

Припустивши, що маса обертових деталей закріплення рулону рівноцінна відсутній масі

паперу картонної втулки, вважатимемо, що рулои — це суцільне тіло.

БУДОВА ТА

РОЗРАХУНОК РУЛОННИХ РОТАЦІЙНИХ МАШИН

143

Враховуючи,

що

співвідношення ексцентриситету радіуса рулону

80 150'

пе

ший

множник

рівнянні

(3,4)

можна записати:

Тоді рівняння

(3.4),

врахуванням

(3.5)

(3.6),

набуде вигляду:

т.р

(

У*евїщг

-f

4-і.

де

~р

Відобразивши масу рулону

як

т=пр

Ьу

та

перемножуючи Гї

на

другий

і третій доданки, рівняння

(3.7)

набуде вигляду:

де Ь

—

ширина стрічки

у—

густина паперу.

У дужках рівності

(3.8)

виражені складові зусилля приведеного

до

точки розмотування рулону

радіусом

Дія

цих

складових залежить

від

періоду роботи машини (рис.3.4,

б):

— Перша складова

(Р

/н

)

виникає

періоди розгону

(* ) і

вибігу

(tj

машини (коли

const)

залежить

як від

маси рулону,

так

від

інтенсив-

ності зміни швидкості. Найбільші зусилля натягу стрічки виникають

при

розгоні.

Для

Гї зменшення збільшують період розгону

« 3...5 с)

машини,

зменшують зусилля гальмування,

або

навіть застосовують примусове

розкручування рулону, відповідно узгоджене

зі

швидкістю машини.

період вибігу машини

(при

її

зупинці

або

випадку обриву стрічки),

внаслідок зміни знаку прискорення, необхідне додаткове гальмування

рулону

для

запобігання його саморозкручення.

— Друга складова

(Р

) має

гармонійний характер

(esiny^),

відображає

вплив неправильної форми рулону (представленого ексцентриситетом

«е»)

діє

усі

періоди руху машини. Змінюючи свій знак

при

кожному оберті

рулону, величина цього зусилля практично визначає величину необхідного

зусилля гальмування. Амплітуда цього зусилля створює перепад натягу

стрічки. При цьому частота пульсації натягу зростає в оберненій залежності

до радіуса рулону.

— Третя складова залежності

(3.8)

подає кінетичну реакцію

(Р )

рулону, тобто відображає зусилля,

яке

необхідно було

би

прикласти

для

144

Глава

розмотування ідеального рулону

(е « 0) в

період усталеного руху машини

const).

Це зусилля стале

і за

абсолютною величиною незначне (не більше

2—3 Н).

Тепер, повертаючись

до

залежності

(3.1),

відзначимо,

що

статичний

момент

змінюється

за

тим

же

законом,

що й

момент

Тому, виражаю-

чи (3. 1) у вигляді сил, приведених до точки розмотування,

нехтуючи тертям

в опорах рулону, запишемо:

=Р

ін

+Р

кр

+Р

(3.9)

У період усталеної швидкості машини

(Р

ін

зусилля натягу стрічки

повинно бути вище мінімально допустимого

£ Р

звідки необхідне зусилля гальмування (мінімальне)

>Р

+(Р

€

+Р

)_-Р

кр

(3.10)

Знаючи реальні параметри рулону

задаючись ексцентриситетом

(в

залежності

від

ступеня здеформованості рулону

е « 1—3 мм),

можна

визначити всі, окрім першого, доданки рівняння

(3.10).

Перший доданок

—

мінімальне зусилля

натягу стрічки, можна визначити

із

умови обмеження

стріли

її

провисання

між

двома спрямовуючими валиками (рис.3.4,

в).

Вважаючи,

що

вага стрічки передається

на

кожний

валиків однаково,

запишемо рівняння рівноваги моментів відносно точки

А (ZM

= 0)

і>оС-^=0, звідки Р„=^£,

(3.11)

де

Л=у —

допустима відносна стріла провисання

(k = 0,01—0,012); m

—

маса

1 м

паперу.

На

рис. 3.4, г в

період одного оберту рулону* графічно відображено

залежність

(3.9) для

усталеного режиму машини

(V «

const).

Вертикальні

відрізки заштрихованої площі відображають зміну зусилля

стрічці

приведеного

до

точки розмотування.

Це зусилля

має

пульсуючий характер

зменшується

зі

зменшенням

радіуса рулону.

Для

забезпечення мінімального натягу

необхідно, щоб

гальмівне зусилля відповідно зменшувалось. Зменшення амплітуди

коливань зусилля

відповідно деформації розтягу стрічки покликані

забезпечувати амортизаційні валики,

які

розглянемо згодом.

Найбільшого значення

досягає

період розгону рулону. Тому треба

забезпечити,

щоб

воно

не

виходило

за

допустимі границі

* Приймаючи,

що

радіус рулону протягом оберту практично

не

змінюється.

БУДОВА ТА

РОЗРАХУНОК РУЛОННИХ РОТАЦІЙНИХ МАШИН

145

<P^lF\

^J^Hhl,

(3.12)

Ті

де

—

розривне зусилля

для

заданого паперу;

п —

коефіцієнт запасу;

і т

—

розривна довжина

маса 1

паперу;

b —

ширина стрічки.

При екстреному гальмуванні рулону (наприклад,

випадку обриван-

ня стрічки) необхідний гальмівний момент можиа визначити

із

накопиченої

ним кінетичної енергії I

9 J,

обмеживши його кутове переміщення

(р^

(тобто шлях гальмування)

їй?

Очевидно,

що

найбільший момент потрібно буде створити

при

початковій масі рулону.

При цьому кутове переміщення рулону

за час

гальмування

)

становитиме

- ~1ГГ'

ср

~~о

—

середня швидкість паперу

за час

гальмування.

3.2.4.

ПРИСТРОЇ

ДЛЯ

СТВОРЕННЯ

ТА

РЕГУЛЮВАННЯ НАТЯГУ СТРІЧКИ

Вони складаються

механізмів гальмування рулону, амортизаційного

(або плаваючого) валика

пов'язаної

ними системи механічного, електрич-

ного,

гідравлічного

або

пневматичного регулювання гальмівного моменту

(залежно

від

виду гальма). Амортизаційний валик реагує

на

фактичну

величину натягу стрічки своїм переміщенням, який

при

певному відхиленні

від нейтрального положення забезпечує збільшення

чи

зменшення

гальмівного зусилля. Завдяки цьому вдається підтримувати натяг стрічки

приблизно

на

сталому рівні незалежно

від

зміни радіуса рулону

швидкості

машини. Проте, внаслідок інерційності системи гальмування, забезпечити

постійний натяг

період одного оберту неідеального рулону

не

вдається.

У результаті відбувається пульсація зусилля натягу

частотою,

яка

збіль-

шується пропорційно зменшенню радіуса рулону.

Гальмівний момент визначає величину натягу

(Р

при якому деформа-

ція стрічки

* При короткочасній дії зусилля розтягу в межах Р

<Р

< [Р] залежність с

Е*Г

можна прийняти

як лінійну

(rt -

1). Для газетного паперу динамічний модуль пружності, наприклад,

400 МПа.

146

Глава З

-Y/-8TF

ЗЛ4

де

І —

довжина стрічки

від

ведучої пари (наприклад, друкарського

апарата)

до

точки розмотування

на

рулоні;

а iJ£

—

напруження

дина-

мічний модуль пружності

при

розтягу;

Sib —

товщина

ширина стрічки.

Величина цієї деформації залежатиме

як

від

, так від І. У

машинах,

де рулонна зарядка виконана

вигляді окремої секції, вона може становити

(2—4) мм.

Деформація Д/ стрічки обумовлює різну лінійну швидкість ведучої пари

(Уд)

рулону

) в

точці розмотування, різниця якої

= V

-V =

—

Рн

V. ,~

t І 8 ЬЕ *

(ЗЛ5)

Із

(3.15)

випливає,

що при

сталій швидкості друкування швидкість

розмотування залежатиме

від

зусилля натягу

Таким чином, враховуючи пружні властивості стрічки, гальмування

здійснюється внаслідок різниці лінійних швидкостей ведучої пари

рулону.

Нижче розглянемо засоби

для

реалізації цієї умови.

Принципово гальмівний момент можна створювати через вісь,

на

якій

закріплений рулон,

через тертя пасів

по

периферії рулону.

їх

називають

осьовими

периферійними. Відомі також системи,

яких використовуються

обидва способи. Периферійні можуть виконуватись з нерухомими

рухомими

гальмівними пасами. Рухомі паси можуть працювати

режимі проковзуван-

ня

без проковзування.

останньому випадку різниця швидкостей гальмів-

них пасів

стрічки повинна враховувати деформацію

її на

ділянці ведення.

Для створення гальмівного зусилля через тертя використовуються суто

механічні притискні системи, пневмомеханічні, гідромеханічні

та

електромеханічні (рис.

3.5),

Застосовуються також електричні гальма,

яких відсутнє тертя,

гальмівний момент

на осі

рулону створюється

реактивним моментом електричної системи.

Осьові гальма характерні тим, що в них гальмування рулону відбуваєть-

ся через шпиндель або конуси (пінолі),

на

яких

він

кріпиться.

У гальмах за сх.

(рис.

3.5)

зусилля притиску паса

до гальмівного диску

може забезпечувати пружина, вантаж, пневматичні, гідравлічні

або

електричні засоби.

На сх. б

(рис.

3.5)

подано колодкове гальмо,

якому

колодки

притискуються до внутрішньої поверхні барабана

(він обертається

разом

рулоном) поршнями

3, які

переміщаються

нерухомому циліндрі

під впливом гідрорідини. Тиск

системі регулюється положенням амортиза-

тора

(на

схемі

не

зображено) натягу стрічки, який визначає положення

БУДОВА ТА РОЗРАХУНОК РУЛОННИХ РОТАЦІЙНИХ МАШИН

147

148

Глава З

поршня

регулюючому циліндрі

5. На

принциповій схемі машини (рис.

3.1)

колодки

затискують поверхню рухомого диска ззовні

і з

амортизатором

зв'язані суто механічно.

На

рис.3.2,

притиск башмака

до

диска забезпе-

чується стисненим повітрям,

що

подається

порожнину поршня

6. При

електричному гальмуванні рулону 1 (рис.

3.5,

в) його шпиндель передачею

зв'язаний

якорем електричної машини

Зміною зовнішнього навантажен-

ня

електричному колі

регулюють момент опору обертанню ротора.

машинах Рибінського заводу (Росія) використовуються електромеханічні

гальма

використанням електромеханічної муфти (рис.

3.5, г). Тут

зусилля

гальмування створюється

між

торцями дисків: нерухомого

1 і

рухомого

що зв'язаний

конусом рулону шпонкою ковзання

Зміни гальмівного

моменту досягають регулюванням напруги живлення,

що

подається

на

котушки електромагніта. Чутливими і зручними для регулювання є порошко-

ві муфти.

Але для їх

функціонування необхідний дорогий феромагнітний

порошок

живлення постійним струмом.

Перевагою всіх осьових гальм

відсутність безпосереднього зв'язку між

їх елементами

поверхнею паперової стрічки. Одначе

для

збереження

сталого зусилля натягу паперової стрічки

ці

гальмівні системи вимагають

широкого діапазону регулювання гальмівного моменту

(М

«і^р).

А це

обумовлює певне

їх

ускладнення.

Периферійні гальма,

на

відміну

від

осьових, виконують гальмування

під дією

сил

тертя,

що

створюються безпосередньо

на

поверхні рулону.

Внаслідок цього натяг паперової стрічки менше залежить від зміни діаметра

рулону

визначається

за

формулою Ейлера:

=Te

де Т

і Т —

натяг

гальмівного паса

ведучої (набігаючої)

веденої сторін;

е —

основа

натурального логарифма (е«

2,718); а—

кут обхвату рулону

і /—

коефіцієнт

тертя стрічки

по

поверхні рулону.

Зусилля гальмування дорівнюватиме силі тертя:

Незалежним змінним

формулі

(3.17) є кут а, що

зменшується

зі

зменшенням діаметра рулону. Регулювати величину натягу паперової стрічки

можна тільки зміною натягу гальмівного паса, шляхом різного притиснення

до поверхні рулону, або,

як

роз'яснено вище,

гальмах

рухомим пасом

—

зміною його швидкості порівняно

швидкістю папероведучої пари.

Найпростішим

вагове гальмо

нерухомим пасом (рис.3.6,а),

яке ще

застосовується

застарілих тихохідних машинах.

Пас І

охоплює поверхню

рулону

2 і

закріпляється

на

поверхні барабана

Натяг створюється вантажем

З,

що з'єднаний з барабаном гнучкою ланкою 4. Величина гальмівного моменту

пропорційна масі вантажу 3. Інерційність вантажу і відсутність автоматичного

регулювання в такому пристрої породжують пульсацію і не забезпечують сталої

величини натягу.

На рис. 3.6, а

додатково показано передачу моменту

(3.17)

БУДОВА ТА РОЗРАХУНОК РУЛОННИХ РОТАЦІЙНИХ МАШИН

149

150

Глава З

допомогою ланцюга 6 на зірку 7 вала

який замість вантажу 3 покликаний

забезпечити, тим чи іншим способом, автоматичне регулювання натягу паса 1

периферійного гальма; на валу 8 може бути встановлений пристрій, наприклад,

аналогічний зображеному на рис, 3.5, в або на рис. 3.6, б, де електродвигун 9

через диференціал 10 зв'язаний з якорем генератора 21. На корпусі

диференціала 12 закріплена зірка 7, яка, приймаючи з диференціала крутннй

момент, відповідно притискає гальмівний пас з більшим чи меншим зусиллям

до поверхні рулону. Величина моменту регулюється автоматично (за сигналом

амортизаційного валика) зміною навантаження генератора І І. У цьому

випадку кутове переміщення здійснює тільки легкий корпус диференціала

(силумінового), що має незначний момент інерції мас.

Малоінерційними є пневматичні системи (рис. 3.6, в), в яких при-

тискання гальмівного паса 1 проходить під дією стисненого повітря, яке

пересуває поршень ІЗ по осі циліндра 14.

На рис. 3.6, г зображено схему периферійного гальма з рухомим

безконечним пасом і, ведучий шків 2 якого зубчастою передачею 3 зв'яза-

ний з загальним приводом машини. Зусилля натягу паса регулюється зміною

плеча дії вантажу 4. Шків 2 з зубчастою передачею 3 зв'язаний через пристрій,

який автоматично (за сигналом від амортизатора натягу паперової стрічки)

забезпечує регулювання лінійної швидкості гальмівного паса. Можливі два

варіанти регулювання швидкості: а) за допомогою безступінчатого варіатора

і б) шляхом зміни діаметра шківа, який у цьому випадку виготовляється у

вигляді окремих сегментів, що сходяться або розходяться за допомогою

конусів і гвинтової передачі від окремого серводвигуна.

При рухомих пасах зусилля натягу паперової стрічки (р

) залежатиме

від початкового натягу гальмівного паса (7

) і від швидкості відносного

проковзування, тобто різниці швидкостей друкування (паперової стрічки)

і гальмівного паса (V -V ).

На основі балансу потужностей можна записати

Натяг гальмівного паса (Т) визначимо із наступних міркувань. Момент

притиску гальмівного паса до поверхні рулону відносно осі О становитиме:

/Zj,

де G — вага всієї шарнірно закріпленої системи, включаючи вантаж 4

р or ~V) = P V

т/>

Д т' н *д

ЗВІДКИ

(3.18)

і h

— плече дії ваги. В статичних умовах цей момент створюватиме натяг

пасів Т

на поверхні рулону з результуючою вздовж нормалі п-п> що

знаходиться на відстані Л

від осі О. Проектуючи натяг пасів на нормаль

і прирівнюючи моменти, запишемо