Все можно наладить,
если вертеть в руках достаточно долго
Закон Мерфи

В. Н. Румянцев, к.т.н., НИИПолиграфмаш

В «Курсиве» №04-02 была опубликована статья, в которой рассматривалось поведение листа после передачи его из захватов печатного цилиндра в захваты листовыводного транспортера и в сторону самонаклада. В этой статье рассматриваются вопросы движения листа в противоположном направлении - направлении приемного стола на машинах, оснащенных высокостапельным приемным устройством. В машинах с низкостапельной приемкой некоторые из рассматриваемых ниже проблем отсутствуют.

Путь движения листа к приемному столу можно условно разбить на несколько стадий. Каждой стадии присущи свои проблемы. Сведем их вместе в одной таблице - табл.1.

Связь между перечисленными стадиями движения листа и соответствующими нарушениями в работе приемного устройства вполне определенная. Остановимся на причинах, приводящих к возникновению отмеченных нарушений.

Чтобы лучше понять, какие изменения произошли в приемной части листовой печатной машины за последние годы, обратимся к типовой схеме листовыводного транспортера высокостапельного приемного устройства, характерного для машин 60–70-х гг. (рис.1).

Рис. 1

На первой стадии движения листа интересны три участка транспортера:

• участок 1, на котором каретка листовыводного транспортера движется сначала наклонно вниз, а после прохождения нижнего радиусного участка - горизонтально;
  
  
• участок 2, на котором каретка листовыводного транспортера сначала движется наклонно вверх, а потом по верхнему радиусному участку;
  
  
• участок 3 - на нем, как правило, каретка движется горизонтально, иногда - наклонно.

Первый участок

В свое время было замечено, что при печати, например, на листовой печатной машине ПОЛ-6 листы максимального формата (90і120 см) при переходе каретки с радиусного участка на нижний горизонтальный участок устремляются вниз, складываются («гофрируются») и приобретают форму, показанную на рис. 2. В результате этого каретка, движущаяся в этом месте по верхней колее в обратном направлении, иногда задевала сложенный лист и повреждала его.

Рис. 2

Анализ этого явления показал следующее. При переходе с наклонного участка на радиусный стойки захватов каретки приобретают линейную скорость, пропорциональную разнице в радиусах стоек захватов и делительной окружности приводной звездочки:

Обычно к=1,10–1,18. Это означает, что при входе на радиусный участок скорость стоек и листа быстро возрастает. При переходе с радиусного участка на горизонтальный стойки каретки так же быстро и на ту же величину теряют свою скорость. В результате этого под действием инерционных сил лист (точнее, его часть, которая движется по наклонному участку) устремляется вперед, что и приводит к «гофрированию» листа.

Рис. 3

Конечно, возникновение этого явления зависит от жесткости листа. Лист картона так себя вести не сможет. Многое зависит и от угла наклона прямолинейного участка. Чем он меньше, тем лучше условия для перемещения листа. Недаром у листовыводных транспортеров современных машин, как правило, углы наклона прямолинейных участков небольшие, а в некоторых машинах такие наклонные участки и вовсе отсутствуют. Достаточно взглянуть на схемы листовыводных транспортеров ряда фирм (рис. 3), чтобы убедиться в этом. Сразу заметна разница.

Второй участок

Нижний радиусный участок рассматривать не будем, поскольку на нем никаких нарушений в поведении листа замечено не было.

Лист, поступая на верхний радиусный участок, замедляется, поскольку стойки каретки движутся по меньшему радиусу. При выходе же на горизонтальный участок лист ускоряется. Возникают динамические нагрузки. Помимо них на лист действуют еще и аэродинамические силы. Под их действием хвостовая часть листа устремляется вперед и приподнимается над траекторией движения каретки (рис. 4).

Рис. 4	Рис. 5

Иногда возникают моменты, когда лист слишком высоко «отлетает» от траектории движения своей каретки. Наблюдались случаи, когда каретка, движущаяся по верхней колее в противоположном направлении, задевала за лист и рвала его. Поэтому над этим участком траектории стали устанавливать воздуходувные трубы (рис. 5а) или размещать под листом пластину с воздуходувными отверстиями (рис. 5б). Через эти отверстия под лист подается сжатый воздух (в направлении, противоположном направлению движения листа). В результате проявления так называемого эффекта Бернулли лист прижимается в пластине. Либо траектория движения каретки делается очень пологой, чтобы уменьшить нагрузку на лист. Такими средствами удается избежать повреждения листа.

Третий участок

Обратимся к рис. 6. В существующих приемных устройствах передняя кромка листа принудительно ведется кареткой листовыводного транспортера на расстоянии h от поверхности тормозного устройства. После прохождения передней кромки листа над тормозным устройством расстояние между тормозным устройством и листом начинает уменьшаться. И в какой-то момент времени лист присасывается к тормозному устройству, теперь лист движется как бы в наклонном положении.

Рис. 6

На лист при движении действуют различные силы - рис. 6. В первую очередь, сила тяги Т. Далее - аэродинамическая сила R. Разложив R на вертикальную и горизонтальную составляющие, получим подъемную силу Y и силу лобового сопротивления Х. С момента присасывания листа к тормозному устройству на лист действует сила торможения FТор. Кроме того, на поведение листа оказывают влияние его собственная масса mл. Нельзя забывать и о его жесткости.

Силу тяги и силу торможения листа можно отнести к постоянным силам. Силы Y, Х и масса mл являются переменными, поскольку лист движется и площадь части листа, находящейся между стойками каретки и тормозным устройством все время изменяется.

Текущая площадь листа SлТ (рис. 6) равна:

где: Sл - площадь листа, L - размер (длина) листа в направлении движения, LТ - размер части листа (текущая длина) между стойками каретки и тормозным устройством, с - расстояние от задних упоров (сталкивателей) до начала зоны присасывания тормозного устройства, lТ - расстояние (текущее) от передних упоров до передней кромки листа.

Аналогичное выражение можно записать и для mл.

Не вдаваясь в подробности, запишем, что подъемная сила определяется выражением:

где: r - массовая плотность воздуха, Vл - скорость движения листа, a - угол атаки - угол между вектором скорости и хордой листа, когда он присосан к тормозному устройству, l - удлинение листа, равное отношению сторон листа где А - размер листа в направлении, перпендикулярном направлению движения листа (размер листа поперек машины).

Из этого выражения видно, что подъемная сила Y зависит от квадрата скорости листа Vл, текущей площади листа SлТ, соотношения сторон листа l и угла атаки a. Наибольшее влияние на величину подъемной силы оказывает скорость движения листа Vл, поскольку она в квадрате.

В отличие от других параметров, угол атаки a можно условно считать конструктивным параметром, поскольку он зависит в большой степени от расстояния h. Чем меньше h, тем меньше величина угла атаки и тем меньше подъемная сила, действующая на лист. Подъемная сила является возмущающей силой, приводящей к заворачиванию листа после открывания захватов. В пределе, при h=0, угол атаки a=0 и подъемная сила отсутствует. Но на практике расстояние h не может быть равным нулю. Поэтому подъемная сила всегда присутствует, и всегда может возникнуть ситуация, когда передняя часть листа так или иначе завернется, что приведет к необходимости остановки машины.

Сила лобового сопротивления Х вносит дополнительное возмущение, противодействуя присасыванию листа к тормозному устройству. В частном случае, при a=0, сила лобового сопротивления также равна нулю. Однако этого также на практике не наблюдается. Дело в том, что под действием внешних нагрузок лист прогибается, поэтому угол a практически никогда не равен нулю, даже когда машина печатает на картоне.

Обратимся к листу. Лист условно можно представить в виде гибкой нити, которая обладает двумя основными свойствами:

• нить работает только на растяжение;
  
  
• усилие, растягивающее нить, всегда направлено по касательной к нити.

Не будем приводить здесь уравнение прогиба нити. Рассмотрим только несколько частных случаев соотношения mл и Y, полагая, что h примерно равно нулю. Формы продольного сечения листа для этих случаев показаны на рис. 7:

• Если mл=Y, то вертикальная составляющая равна 0. Это означает, что прогиб листа равен нулю, то есть лист представляет собой плоскость (рис.7а).
  
  
• Если mл>Y, то вертикальная составляющая <0. В этом случае лист имеет выпуклость вниз (рис. 7б).
  
  
• Если mл<Y, то вертикальная составляющая >0. В этом случае лист обращен выпуклостью вверх (рис. 7в).

Рис. 7

При движении листа распределение давления воздуха на нижней и верхней его поверхностях различно. На нижней поверхности листа создается повышенное (по отношению к верхней поверхности) давление, что приводит к перетеканию потоков воздуха с нижней поверхности листа на верхнюю (рис. 8). Картина распределения давлений в большой степени зависит от скорости движения листа.

Рис. 8

Давление воздуха изменяется от середины листа к боковым кромкам, поэтому подъемная сила неравномерно распределяется как по длине листа, так и по его ширине. Поскольку жесткость листа мала, он прогибается в поперечном и продольном направлениях. Перетекание потоков воздуха с нижней поверхности на верхнюю создает крутящие моменты, распределенные вдоль кромки листа. Под действием этих моментов кромки листа могут загнуться (если кромки листа не удерживаются тормозным устройством).

Потоки воздуха при сбегании с листа движутся турбулентно, и колебания потоков передаются листу, так что колебательное движение листа поддерживается за счет энергии воздушных потоков. Особо следует подчеркнуть наличие взаимного влияния нагрузки и вызываемого ею прогиба.

Выше при рассмотрении процессов, связанных с аэродинамикой, не учитывалось наличие стапеля, который расположен на небольшом расстоянии от укладываемого листа и который из-за изменения физических условий обтекания листа вносит некоторые изменения в картину распределения давлений. При движении листа вблизи поверхности стапеля давление на поверхности листа перераспределяется, коэффициент подъемной силы возрастает, что ведет к увеличению подъемной силы. Наблюдается так называемый «эффект экрана». В этом смысле поведение листа вблизи стапеля напоминает поведение крыла самолета вблизи земли.

Приемное устройство spedmaster sm 102

Приемное устройство hamada b552hirc

Приемное устройство mitsubishi 3f-16000

Приемное устройство oliver 2101 ЕРП

Приемное устройство shinohara 66

После открывания захватов каретки листовыводного транспортера исчезает сила тяги, и лист движется по инерции. В результате этого передняя кромка листа становится неуправляемой. Действующие на лист аэродинамические силы создают крутящий момент относительно линии присасывания листа к тормозному устройству. При определенных условиях лист под действием указанного момента может завернуться.

Бороться с заворачиванием листов можно несколькими путями. Одним из них является уменьшение аэродинамических сил за счет сокращения расстояния h между стойками захватов и поверхностью тормозного устройства, или, иначе говоря, уменьшения угла атаки a. Но чем больше формат листа, тем меньшее влияние оказывает уменьшение h на аэродинамические силы. Кроме того, h даже конструктивно не может быть равным нулю.

Другое решение - применение воздуходувных труб над приемным столом. Но воздуходувные трубы действуют на лист в небольших зонах, да и давление воздуха в этих зонах распределяется неравномерно от середины к краям. Поэтому в настоящее время на большинстве печатных машин и устанавливаются осевые вентиляторы, которые более равномерно воздействуют на лист.

Таким образом, можно сделать следующие выводы. Прежде всего, все еще есть недостатки в работе приемного устройства (косвенно - печатных аппаратов) листовых офсетных печатных машин. Однако в последние годы в этом направлении произошли некоторые изменения - приемное устройство совершенствуется. В данной статье автор перечислил некоторые направления развития этого устройства, а главное, показал, на что надо обратить внимание при выборе листовой офсетной печатной машины.