Влияние конструктивных и технологических факторов на работоспособность фрикционных самонакладов

Актуальность проблемы.

Не для кого не секрет, что сегодня в России насчитывается очень большое количество частных полиграфических фирм. И с каждым годом их становится всё больше и больше.

Естественно, это ведёт к усилению рыночной конкуренции, что, безусловно, оказывает влияние на требования к качеству и себестоимости продукции. Следовательно, резко возрастают и технологические требования к появляющемуся полиграфическому оборудованию.

Как правило, большинство выпускаемых листовых полиграфических машин работают в автоматическом режиме, который обеспечивается использованием самонакладов. Качество продукции, полученной с помощью такого полиграфического оборудования, непосредственно связано с надежностью работы листоподающих систем.

Поэтому, проведение научно-исследовательских работ в области надежности самонакладов сегодня, позволит разрабатывать и производить в будущем более скоростное, более надежное, менее дорогостоящее оборудование, которое сможет обеспечить растущие потребности полиграфического рынка.

Сегодня в полиграфии используются в основном два типа самонакладов: пневматические и фрикционные. Несмотря на ярко выраженные достоинства пневматических самонакладов, в некоторых видах оборудования все же оправдано применение фрикционной подачи. Благодаря простоте и относительно низкой стоимости фрикционные самонаклады конкурируют с пневматическими в листоподборочных устройствах, фальцевальных машинах, малоформатных печатных машинах, листосчётных устройствах, множительной технике.

Практика работы этих устройств показала, что надёжность и точность их работы существенно зависит как от свойств подаваемого материала, так и от конструкции самонаклада.

Между тем, какие-либо рекомендации по выбору параметров самонаклада в научно-технической литературе либо отсутствуют, либо этих рекомендаций недостаточно. Конструирование фрикционных самонакладов, в основном, ведётся методом заимствований.

Таким образом, научно-исследовательская работа в данной области окажет существенную помощь при проектировании листоподающих систем с использованием фрикционной подачи листов.

Во-первых, такая работа позволит разработать методику расчета фрикционного самонаклада и выявить его основные конструктивные параметры.

Во-вторых, проведённые исследования помогут определить наилучшие условия подачи листа.

В-третьих, с помощью этих исследований можно создать теоретическую основу для расчета различных типов фрикционных самонакладов и определить направления дальнейших исследований.

Кроме этого, появится возможность уточнить область применения фрикционных самонакладов и понять, в каких случаях применение фрикционных самонакладов не оправдано.

Наконец, представленная работа может быть полезна руководителям полиграфических предприятий при выборе оборудования, в котором используется фрикционная подача.

Поэтому такая работа является актуальной и необходимой.

Цели и задачи работы.

Цель работы заключается в определении технологических возможностей фрикционных самонакладов, уточнении области их применения, разработка методики расчета конкретного фрикционного самонаклада, которая может стать основой для исследований других конструкций самонакладов.

Для достижения поставленных целей были решены следующие задачи:

• произведен патентный поиск конструкций фрикционных самонакладов;

• выявлены основные факторы, влияющие на работоспособность самонакладов;

• выбрана конструкция самонаклада для теоретического исследования;

• создана теоретическая модель отделения только одного листа от стопы на основании фундаментальных законов физики;

• разработана вероятностная модель отделения листов фрикционным самонакладом;

• спроектирован и создан макет для измерения коэффициентов трения между листами;

• спроектирован и создан макет для проверки адекватности теоретической модели самонаклада;

• разработана имитационная модель отделения листов фрикционным самонакладом;

• произведена статистическая обработка экспериментальных данных и получены значения коэффициентов трения;

• построены зависимости, позволяющие определить влияние основных факторов на вероятность отделения только одного листа;

• определены сорта бумаги, которые не рекомендуется использовать для фрикционной подачи.

Объект и предмет исследования.

Объектом исследования является фрикционные самонаклады для отделения и подачи бумажных листов.

Предметом исследования является безотказность работы фрикционного самонаклада.

Научная новизна.

В настоящей работе сделана попытка описать реальную физическую ситуацию надежности отделения листов от стопы с помощью математического аппарата. Надежность работы какой-либо системы непосредственно связана с вероятностью безотказной работы.

Ранее, для определения степени и характера влияния того или иного фактора нужно было создать ряд макетов или использовать ряд оборудования, в котором изменялся бы только исследуемый фактор. При этом вероятность отказа определяется опытным путем с помощью экспериментов и последующей обработкой данных.

В данной работе, на примере фрикционных самонакладов, степень и характер влияния того или иного фактора определены аналитически. Что дало возможность получить некоторые рекомендации для области разработки и проектирования фрикционных листоподающих систем учитывая реальные физические величины (коэффициенты трения, дисперсия коэффициентов трения, величины, связанные с конструктивными особенностями самонаклада).

В данной работе проводились эксперименты для выявления реальных значений коэффициентов трения между листами, закона распределения данной случайной величины.

Практическая ценность работы.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

1. Люди, занимающиеся созданием, проектированием, разработкой или выбором листоподающих систем, могут использовать представленные основные выводы для своей работы, с целью выбора оптимальных параметров фркционного самонаклада.

2. На основании представленной работы можно определить технологические возможности оборудования, в котором применяется фрикционная подача.

3. В данной работе разработан метод, по аналогии с которым возможно исследовать функционирование каких-либо других систем.

4. Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в последующих научно-исследовательских работах.

Апробация работы.

Апробация данной работы была произведена посредством участия в научных конференциях. Были опубликованы следующие статьи:

• «Теоретические основы точности работы фрикционных самонакладов»;

• «Экспериментальное определение коэффициентов трения между листами»;

• «Влияние некоторых факторов на вероятность отделения только одного листа»;

Публикации.

По теме диссертации были опубликованы шесть научных статей:

• «Классификация фрикционных самонакладов»;

• «Экспериментальное определение коэффициентов трения между листами»;

• «Оценка вероятности отделения листов от стопы в фрикционном самонакладе»;

• «Имитационная модель процесса отделения листов в фрикционном самонакладе»;

• «Разработка детерминированной модели отделения листов от стопы в фрикционном самонакладе».

• «Проблема классификации фрикционных самонакладов и некоторые схемы построения».

Структура и краткое содержание работы.

Работа состоит из введения, шести глав, списка литературы, приложений, изложена на 158 страницах, с учётом 59 рисунков, 33 таблиц, 16 алгоритмов Mathcad и 13 приложений.

В первой главе диссертации разработана классификация существующих типов фрикционных самонакладов и приведены схемы построения некоторых из них. Описание этих схем позволяет выявить достоинства и недостатки каждого из представленных самонакладов.

Вторая глава посвящена выбору схемы самонаклада для дальнейших исследований. Здесь выявлены основные дефекты работы самонакладов, выявлены параметры, влияние которых должно быть определено в результате исследований. Поставлены основные задачи.

В третьей главе разработана теоретическая модель фрикционного самонаклада, с помощью которой выведены формулы и расчётные зависимости, позволившие подойти к решению вопросов о неподаче листа и вопросов о множественной подаче.

Кроме того, здесь проведён расчет самонаклада с наклонным стапелем и обоснованы условия работы самонаклада при отсутствии таких дефектов, как неподача и подача двойных листов.

В этой главе дополнительно разработана статистическая модель фрикционной подачи. С помощью этой модели удалось наглядно изобразить влияние тех или иных факторов на работоспособность фрикционного самонаклада.

Четвертая глава посвящена экспериментальным исследованиям. Вначале этой главы приведены доводы, которые определяют необходимость проведения экспериментов.

Затем описывается макеты и аппаратура. Здесь приводятся конструкция макета для измерения коэффициента трения и макета фрикционного самонаклада с необходимыми пояснениями принципа действия этих устройств. Кроме того, в этой главе описывается имитационная модель фрикционной подачи.

Пятая глава посвящена проведению экспериментов. Здесь рассказывается о том, как проводились эксперименты, какие изменялись параметры, как обрабатывались результаты экспериментов.

Основную часть этой главы составляют статистические расчёты, с помощью которых удалось получить средние значения и доверительный интервал для экспериментально определяемых величин. Кроме того, в этом разделе построены зависимости для проверки адекватности статистической модели.

Шестая глава посвящена анализу результатов проведённой работы. Здесь выполнена проверка адекватности теоретической модели, которая заключается в сравнении расчётной величины прижимающего усилия фрикционного ролика со значениями, полученными экспериментально.

В этой же главе предлагаются направления дальнейших исследований. В заключение работы даны общие выводы и приведён список использованной литературы и приложения.

Положения, выносимые на защиту.

1. Вероятностная аналитическая модель отделения листов фрикционным самонакладом.

2. Совокупность зависимостей влияния технологических и конструктивных факторов на работоспособность фрикционных самонакладов.

3. Совокупность зависимостей коэффициента трения покоя для различных бумаг от переменных нагрузок.

4. Статистическая имитационная модель отделения листов во фрикционном самонакладе.

5. Рекомендации по расчету и проектированию фрикционных самонакладов.

5.3. Выводы по главе.

В результате проведения проверки адекватности детерминированной и вероятностной аналитической модели были сделаны основные выводы.

1. Разработанные теории подтверждаются практически только для бумаги КУМЬиХ ОР8ЕТ 80 (г/м2), которая является немелованной бумагой с высоким значением коэффициента трения между листами.

2. Наиболее простой и результативный способ повышения надежности самонаклада это создание положительного угла наклона стопы.

3. Для оценки надежности работы фрикционного самонаклада может использоваться вероятностная аналитическая модель, которая дает возможность определить влияние того или иного фактора на вероятность отделения только одного листа.

4. Для определения оптимального значения усилия прижима ролика может быть использована детерминированная модель, при этом достаточен доверительный интервал ± 1,5 • сг.

6. Рекомендации и направления дальнейших исследований.

В результате проведённой работы была выдвинута теория расчёта фрикционного самонаклада с верхним расположением подающего ролика, которая была экспериментально подтверждена для бумаги КУМЬИХ ОБЗЕТ 80 (г/м2).

Для мелованных бумаг эта теория расчёта неприменима. Для этих бумаг нужно изменить конструкцию самонаклада, ввести корректировку в теоретическую модель. Это изменение заключается в создании дополнительной нагрузки, воздействующей на заднюю кромку листа. При этом могут быть использованы основные положения разработанной теории.

С помощью разработанной статистической теории расчета, которая была проверена с помощью имитационной модели, удалось определить основные факторы, влияющие на работоспособность фрикционного самонаклада. К этим факторам относятся:

1. угол наклона стопы;

2. усилие прижима ролика;

3. дисперсия коэффициентов трения между листами (не оказывает влияния только при чрезмерно малых значениях);

4. коэффициент трения между листами (влияет на выбор усилия прижима и на минимальное значение коэффициента трения ролика);

5. дисперсия коэффициентов трения между роликом и бумагой (оказывает влияние, если коэффициент трения ролика отличается от коэффициента трения между листами менее чем на 30%);

6. минимальное ускорение листа практически не влияет на вероятность отделения только одного листа, однако определяет производительность самонаклада;

7. масса листа может влиять лишь косвенным образом (например, влияние на коэффициент трения и дисперсию между листами).

Ниже (рис. 59.) представлена классификация этих факторов в зависимости от степени их влияния:

Рис. 59. Классификация факторов.

С помощью имитационной модели был построен график отказов, представляющий собой экспоненту. Поэтому отказы, возникающие при работе фрикционного самонаклада, могут быть описаны простейшей моделью.

Экспериментальные данные, полученные при измерениях коэффициентов трения бумаг, могут быть использованы в будущих научно-исследовательских работах, посвящённых исследованиям фрикционных самонакладов.

Проведённая работа позволяет определить некоторые направления дальнейших исследований.

Во-первых, необходима работа, посвящённая исследованиям коэффициента трения между листами для большинства видов бумаг и форматов используемых в полиграфии.

Во-вторых, могли бы быть очень полезными исследования, по определению зависимости коэффициентов трения между листами от скорости.

В-третьих, должны быть проведены исследования, касающиеся поиска или создания фрикционных материалов с наибольшим значением коэффициента трения и наилучшими эксплуатационными характеристиками.

В-четвёртых, нужна научно-исследовательская работа, цель которой заключалась бы в создании обобщенной теоретической основы для расчёта фрикционных самонакладов.

В-пятых, могут быть проведены исследования с учётом динамики подачи листов фрикционным самонакладом с определением его временных характеристик.

И, наконец, может быть выполнена работа по созданию и исследованию фрикционного самонаклада для каскадной подачи листов.

Таким образом, в заключение проведённой работы по исследованию качества работы фрикционных самонакладов можно сказать, что в результате данной работы было поставлено больше вопросов, чем найдено ответов. Однако намеченные здесь направления дальнейших исследований дают надежду на появление новой методики расчёта фрикционных самонакладов, которая будет подходить для любой бумаги используемой в полиграфии.