konstruiranje ve Čbarvnega tiskarskega stroja - … · programskim paketom autocad in detajliranje...

UNIVERZA V MARIBORU

FAKULTETA ZA STROJNIŠTVO

Miran GRUM

KONSTRUIRANJE VEČBARVNEGA

TISKARSKEGA STROJA

Diplomsko delo

visokošolskega strokovnega študijskega programa Strojništvo

Maribor, junij 2009

- II -

KONSTRUIRANJE VEČBARVNEGA

TISKARSKEGA STROJA

Diplomsko delo

Študent: Miran GRUM

Študijski program: Visokošolski strokovni študijski program Strojništvo

Smer: Konstrukterstvo in gradnja strojev

Mentor: doc. dr. Janez Kramberger

Maribor, junij 2009

- III -

I Z J A V A

Podpisani Miran GRUM izjavljam, da:

• je bilo predloženo diplomsko delo opravljeno samostojno pod mentorstvom doc. dr.

Janeza Krambergerja.

• predloženo diplomsko delo v celoti ali v delih ni bilo predloženo za pridobitev

kakršnekoli izobrazbe na drugi fakulteti ali univerzi;

• soglašam z javno dostopnostjo diplomskega dela v Knjižnici tehniških fakultet

Univerze v Mariboru.

Maribor, 9.6.2009 Podpis: ___________________________

- IV -

ZAHVALA

Zahvaljujem se mentorju doc. dr. Janezu

Krambergerju za pomoč in vodenje pri opravljanju

diplomskega dela.

Zahvaljujem se tudi g. Francu Vrzelu, ki mi je kot

mentor v podjetju in vodja projekta, nudil vso

strokovno pomoč in podporo.

Posebna zahvala velja starim staršem in moji družini,

ki mi je omogočila študij.

- V -

KONSTRUIRANJE VEČBARVNEGA TISKARSKEGA STROJA

Ključne besede: tiskarski stroji, konstruiranje, statični preračuni

UDK: 681.624.8-11(043.2)

POVZETEK

Diplomska naloga predstavlja zasnovo, konstruiranje, statični preračun konstrukcije in

izdelavo tehnične dokumentacije večbarvnega tiskarskega stroja. Stroj se uporablja v

kartonski industriji za fleksotisk, štirih različnih barv na karton ali papir.

Zasnovati je bilo potrebno tog stroj z visoko izdelovalno natančnostjo. Iz podanih

zahtev je bilo potrebno konstruirati osnovno konstrukcijo in zasnovati tiskarske enote. Po

zasnovi smo konstrukcijo preračunali glede na uporabnost v programskem paketu ESA Scia

2008.1.

Analiza rezultatov je pokazala, da so vrednosti pomikov minimalne, kar je bil rezultat

zelo dobre in toge zasnove. Izdelana je bila celotna tehniška dokumentacija na podlagi katere

se je stroj izdelal.

Rezultati diplomskega dela so pokazali, da je potrebno dati poudarek na optimiranju

elementov.

- VI -

DESIGN OF MULTICOLOUR PRINTING MACHINE

Key words: printing machine, flexo printing, design, dimensioning

UDK: 681.624.8-11(043.2)

ABSTRACT

The purpose of my diploma paper was to design multi colour printing machine.

My diploma paper represents the plan, the construction, the static calculation of the

construction and the composition of technical documentation for multi colour printing

machine. The machine is used in cardboard-box industry for flex printing of four different

colours on cardboard or paper. I had to plan a specific stiff machine with high precision. Our

customers' requirements were to build the basic construction and to design the printing units.

According to given request we calculated practicability in engineering structural applications

ESA Scia 2008.1.

The analysis of results showed minimal values of movement, which was the result of a

well-conceived plan.

The results of diploma paper showed that it is necessary to place stress on the

optimization of elements.

- VII -

KAZALO

1 UVOD ........................................................................................ 1

1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela .............................................. 1

1.2 Opredelitev dela ........................................................................................ 1

1.3 Struktura diplomskega dela ....................................................................... 2

2 TEHNIKA TISKANJA ............................................................ 3

2.1 Zgodovina flekso tiskanja ......................................................................... 3

2.2 Fleksotisk in stroji za fleksotisk ................................................................ 4

2.3 Tiskovne forme .......................................................................................... 5

2.4 Tiskarske barve .......................................................................................... 6

2.5 Tiskani materiali ........................................................................................ 6

2.6 Stroji za fleksotisk ..................................................................................... 9

3 DOLOČITEV ZAHTEVNIKA ZA KONSTRUKCIJO ...........

STROJA ................................................................................. 12

3.1 Osnovne zahteve ...................................................................................... 12

3.2 Tehnične zahteve ..................................................................................... 12

3.3 Konstrukcijske zahteve ............................................................................ 13

4 IDEJNA ZASNOVA .............................................................. 14

4.1 Možnosti izvedbe projekta ....................................................................... 14

4.2 Sistem samostoječih enot ......................................................................... 15

4.3 Sistem s premičnimi tiskarskimi enotami ................................................ 16

4.4 Koncept večbarvnega tiskarskega stroja .................................................. 17

5 STATIČNI PRERAČUN KONSTRUKCIJE ...................... 19

5.1 Opis osnovne konstrukcije ....................................................................... 19

5.2 Obremenitve konstrukcije ........................................................................ 20

5.3 Model za statični preračun ....................................................................... 23

- VIII -

5.4 Opis modela ............................................................................................. 24

5.5 Preračun konstrukcije s programom SCIA Engineer 2008.1 ................... 28

5.6 Analiza in rezultati statičnega preračuna ................................................. 35

5.7 Vrednotenje preračuna ............................................................................. 41

6 DIMENZIONIRANJE POSAMEZNIH ELEMENTOV ..........

STROJA ................................................................................. 42

6.1 Podporni valj ............................................................................................ 43

6.2 Klišejni valj ............................................................................................. 46

6.3 Valja za nanos barve ................................................................................ 48

6.4 Transportna dvižna miza .......................................................................... 50

6.5 Izbira pogonov ......................................................................................... 53

7 IZDELAVA TEHNIČNE DOKUMENTACIJE .................... 56

7.1 Način dela s programskim paketom AutoCad Mechanical...................... 56

7.2 Sestavna risba .......................................................................................... 57

7.3 Izdelava podsklopov ................................................................................ 58

7.4 Izdelava delavniških risb ......................................................................... 58

8 SKLEP .................................................................................. 59

SEZNAM UPORABLJENIH VIROV ....................................... 60

9 PRILOGE .............................................................................. 62

Priloga A – Tehnična dokumentacija ........................................................... 63

Sestava enote ....................................................................................................

Podporni valj – klišejni valj .............................................................................

Klišejni valj – raster valj ..................................................................................

Gumiran valj – raster valj ................................................................................

Priloga B – Fotografije stroja ....................................................................... 68

- IX -

UPORABLJENI SIMBOLI IN KRATICE

G - sila teže

m - masa

g - težni pospešek

q - kontinuirana obremenitev

l - enota dolžine

E - modul elastičnosti

ρ - specifična gostota

Rp02 - meja plastičnosti

Rm - natezna trdnost

dx - razdalja v smeri x

ux - poves v smeri x

uy - poves v smeri y

uz - poves v smeri z

fix - zasuk okrog x osi

fiy - zasuk okrog y osi

fiz - zasuk okrog z osi

p - tlak

F - sila

A - površina

d - premer

EC3 - SIST EN 1993-1-1:2005, Evrokod 3 – slovenski nacionalni standard

CtP - Computer to Plate

UV - ultravijolično valovanje

3D - tridimenzionalen model

AutoCad - programski paket za računalniško podprto konstruiranje

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo Diplomsko delo

- 1 -

1 UVOD

1.1 Opis splošnega področja diplomskega dela

Diplomsko delo je nastalo ob izvajanju projektne naloge, v podjetju, kjer sem zaposlen.

Podjetje se ukvarja z razvojem novih strojev, predelavo starih in raznimi posodobitvami

obstoječih, predvsem na področju kartonažne industrije. V to področje so vključeni stroji za

obdelavo valovitega kartona. To so stroji za razrez, izsekovanje, pregibanje, lepljenje in

tiskanje.

Od znanega naročnika smo dobili naročilo za izdelavo večbarvnega tiskarskega stoja.

V projektno nalogo sem bil vključen od samega začetka, ko smo na podlagi potreb in zahtev

začeli raziskovati možnosti za izvedbo projekta. Skozi nekajletne izkušnje na tem področju,

smo zasnovali sodoben stroj za tiskanje na valovit karton in papir.

Projekt je zajemal področja zasnove, konstruiranja, oblikovanja, izdelave tehnične

dokumentacije, zbiranja ponudb, sodelovanja s kooperanti, naročanja in prevzemanja

elementov, montaže stroja, elektrifikacije, obsežnih testiranj in poizkusov ter postavitev

stroja pri kupcu, zagon in poskusno delovanje.

V diplomski nalogi je predstavljen del te projektne naloge, ki zajema zasnovo,

konstruiranje in izdelavo tehnične dokumentacije.

1.2 Opredelitev diplomskega dela

V diplomskem delu je predstavljeno konstruiranje, dimenzioniranje in izdelava tehnične

dokumentacije za večbarvni tiskarski stroj za tiskanje na valoviti karton in papir ter stroje,

ki se za to vrsto tiskanja uporabljajo. Predstavljena je tehnika tiskanja in nekaj materialov za

katere se ta tehnika tiskanja uporablja.

Razviti in izdelati je bilo potrebno štiribarvni tiskarski stroj z flekso tehniko tiska za tiskanje

na večslojni karton ali papir.

Namen diplomskega dela je bil konstruirati, dimenzionirati in trdnostno ovrednotiti

nosilno in celotno konstrukcijo stroja. Končen cilj je bil izdelati tehnično dokumentacijo na

podlagi opravljenih raziskav, po katerih se bo stroj izdelal.


- 2 -

1.3 Struktura diplomskega dela

V uvodu je predstavljen namen in cilj diplomske naloge, kratek opis področja dela in

opredelitev diplomske naloge.

Drugo poglavje opisuje zgodovino tiskanja, opis materialov in nekaterih sorodnih

strojev. Predstavljeni so začetki tiskanja, razvoj tehnike, način tiskanja in nekateri dosežki na

tem področju. Skozi tehniko tiskanja je prikazana problematika te tehnike in razvoj .

V zahtevniku so podatki o stroju, njegove značilnosti, postavljene zahteve, ki jih mora

stroj izpolnjevati, zmogljivost, varnost, ekonomičnost in življenjska doba. Stroj se je izdelal

za točno določene zahteve znanega kupca, zato so vse postavke iz zahtevnika nanašajo na to.

V poglavju o idejni zasnovi so predstavljeni obstoječi stroji, njihove prednosti in

slabosti, ter smernice za razvoj štiribarvnega tiskarskega stroja.

V trdnostnem preračunu je natančen opis postopka za izdelavo modela v programskem

paketu Scia Engineer 2008.1, določevanje in opis obremenitev, statični preračun, analiza in

predstavitev rezultatov. Predstavljeni so najpomembnejši gradniki konstrukcije in rezultati

delovanja obremenitev na te elemente.

Poglavje o dimenzioniranju in oblikovanju zajema zasnovo izdelka in iskanje ustreznih

fizikalnih lastnosti za izpolnjevanje podanih zahtev. Opisani so načini, kako smo oblikovali in

določili nekatere sklope stroja.

Izbira servo pogonov podaja osnovne smernice za izbiranje pogonov, ki so v celoti ali

deloma nadomestili klasične prenosnike vrtilnega gibanja.

Poglavje o izdelavi tehnične dokumentacije opisuje izdelavo dokumentacije s

programskim paketom AutoCAD in detajliranje posameznih sklopov, podsklopov ter

določanje oblike in dimenzij elementov.

V zaključku je predstavitev rezultatov diplomskega dela, kratek pregled dela in nekaj

osebnih misli o rezultatih diplomskega dela.

V prilogah so sestavne risbe barvne enote, nekaterih podsklopov, ter slike za

predstavitev končanega projekta.

V literaturi so navedeni natančni viri, ki sem jih uporabljal za diplomsko delo.

Navedeni so vsi elektronski viri, ki sem jih uporabil.


- 3 -

2 TEHNIKA TISKANJA

2.1 Zgodovina flekso tiskanja

Zgodovina razvoja fleksotiska sega v 19. stoletje, natančneje v leto 1920, ko so iskali poceni

in enostavno tehniko za tiskanje manj zahtevnih tiskovin, predvsem etiket, ovojnih papirjev in

embalaže. Ime fleksotisk so izbrali na velikem javnem natečaju v ZDA v petdesetih letih

prejšnjega stoletja [1].

S tem imenom so zamenjali ime anilinski tisk, pri katerem so se uporabljale tako

imenovane anilinske barve, ki pa so bile zdravstveno oporečne in je staro poimenovanje

postalo sporno.

Do osemdesetih let 20. stoletja je veljal za manjvredno tiskarsko tehniko, ki se v

kakovosti ne more kosati z ostalimi. Takrat se je z uvajanjem novih tehnologij glede na

zahteve trga, pričel uveljavljati sodoben fleksotisk. Predvsem na področju tiskanja embalaže

je pomenil grožnjo globokemu tisku, uveljavil se je tudi pri tiskanju etiket, predmetov in celo

pri tiskanju časopisov v Italiji, Veliki Britaniji in v ZDA (slika 2.1).

Slika 2.1: Transportna embalaža potiskana z flekso tehniko


- 4 -

2.2 Fleksotisk in stroji za fleksotisk

Barvni sistem fleksotiska je zelo preprost. Osnova je anilox valj, katerega površina je v celoti

prekrita z rastrom drobnih vdolbin ali alveol. Odvečno barvo s površine anilox valja

odstranjuje rakelj ali sistem z iztisnim tlakom, ki je tehnično bolj preprost.

Tiskarska barva se prenese iz gumiranega valja na rastrski (anilox) valj in pri tem iztisne

odvečno barvo. Barva, ki ostane v vdolbinicah rastrskega valja se prenese pri vrtenju valjev

na tiskarsko formo in nato na tiskan material. Tiskarska forma je nabarvana samo tam, kjer je

izbočena (slika 2.2).

Slika 2.2: Nanos barve na fotopolimerni kliše

Pri fleksotisku so tiskarske plošče reliefne, izdelane so iz prožne gume ali fotopolimera in

tiskajo neposredno na papir (slika 2.3) [2].

Zaradi prožnosti je mogoče tiskati na neravne površine, denimo skodelice, pločevinke

ali valovito lepenko. Seveda pa je zaradi prožnosti tiskovne forme povečanje rastrskih pik

večje kot običajno, pogosto je tudi slabo skladje.

Tiskarsko črnilo ni tako enakomerno porazdeljeno, kot pri ofsetnem tisku in tudi gostota

rastra mora biti manjša.

Slika 2.3: Osnovni princip flekso tiska

Reliefna

guma


- 5 -

Danes je flekso tiskarska tehnika usklajena s sodobnimi smernicami in je v zadnjih dvajsetih

letih izjemno napredovala.

Največ se uporablja na področju fleksibilne embalaže, drugih ovojnin, tekstilne

industrije, kartonaže, tiska časopisov ter na področju tiskanja samolepilnih medijev. V večini

področij zamenjuje tehniko bakrotiska in offset tiska.

Razvoj flekso tiska je šel z roko v roki z razvojem sodobnega potrošniškega sveta.

2.3 Tiskovne forme

Tiskovne forme za sodoben fleksotisk so izdelane iz fotopolimerov. Največ se uporabljajo

trdne fotopolimerne plošče, debeline od 0,76 mm do več kot 6 mm, izjemoma pa tudi tekoči

fotopolimeri [3].

Slika 2.4: Sestava tiskovne forme

Nosilni sloj plošče je praviloma iz poliestra, samo izjemoma se uporabljajo kovinski

nosilni sloji (slika 2.4). Na nosilnem sloju se nahaja fotopolimerni sloj, zaščiten s tanko folijo,

ki ga ščiti pred oksidacijo.

Kot kopirna predloga se uporablja stransko pravilni negativ. Po predosvetljevanju

odstranimo zaščitno folijo in kontaktno kopiramo negativ. Pri difuznem osvetljevanju

fotopolimerni sloj, ki ga sestavljajo monomeri, oligomeri oz. polimeri nizke stopnje

polimerizacije, fotoiniciatorji in dodatki polimerizira tako, da nastane utrjen relief.

Pri razvijanju raztopimo in odstranimo neutrjen fotopolimerni sloj, zatem pa z dodatnim

osvetljevanjem in sušenjem pripravimo tiskovno formo za tiskanje. Z uporabo CtP (Computer

to Plate) tehnologije se z neposrednim upodabljanjem maske za kopiranje na površini plošče

izognemo uporabi filma.

Elastična, fleksibilna plošča je relativno mehka, s trdoto od 25 do 65 Shore-A in se

dobro prilega površini tudi neravnega ali hrapavega tiskovnega materiala.


- 6 -

2.4 Tiskarske barve

Tiskarske barve so tekoče. Prvotno so se uporabljale tiskarske barve na osnovi barvil in topil.

Pred desetletji je bilo za tiskanje s tiskarskimi barvami na osnovi anilinskih barvil

uveljavljeno ime anilinski tisk. Sodobne barve so narejene na osnovi pigmentov, dispergiranih

v vezivu in topilu.

Kot topilo so lahko uporablja voda. Tiskarske barve se uporabljajo predvsem za

tiskanje papirjev in kartonov. Tiskarske barve za tiskanje folij in laminatov so najpogosteje

izdelane na osnovi organskih topil. Za tiskanje etiket se uporabljajo UV- tiskarske barve.

2.5 Tiskani materiali

To področje tiskanja pokriva predvsem tiskanje na valoviti karton� (slika 2.5). Osnovna

značilnost valovitega kartona je za razliko od drugih kartonov, vsebnost valovitega papirja

nalepljenega na vsaj en raven papirni sloj [4].

Takšna konstrukcija kartona omogoča vzdržljivost in trdnost ter ustvarja učinek

oblazinjenosti.

Valoviti karton je torej najmanj dvoslojen, najpogosteje pa trislojen - enovalni, ko je

ovalovljen sloj vlepljen med dva ravna papirna sloja. V primerih nadaljnjega dodajanja slojev

nastane večslojni valoviti karton.

Skupek mehanskih lastnosti posameznih zlepljenih slojev papirja, daje materialu

ustrezno stopnjo trdnosti in nosilnosti. Izbor površinsko vidnega sloja papirja omogoča

vizualno razlikovanje valovitega kartona. Posebno odpornost proti vplivom vlage se doseže s

specialnimi lepili in površinskimi premazi.

Slika 2.5: Različne vrste valovitega kartona


- 7 -

Predstavljene papirje označujejo odtenki naravne rjave ali sive barve. Za krovni in tudi

notranji ravni sloj valovitega kartona se lahko uporabi beli papir ali papir z beljenim nanosom

vlaknin na zunanji površini.

Številne vidne in kakovostne različice valovitega kartona dosegamo s kombiniranjem

različnih uporabljenih papirjev (slika 2.6 in slika 2.7).

Slika 2.6: Različni tipi valovitega kartona, ki so največ v uporabi

V uporabi so največ naslednji tipi valovitega kartona:

A - val

Višine od 4 do 4,8 mm. Je najvišji val in je poznan tudi kot »visoki val«.

B - val

Val višine od 2,1 do 3 mm. Je najpogosteje uporabljen val, saj ima zaradi optimalne višine

največjo kompresijsko moč, vzdržljivost in trdnost, zato se največkrat uporablja za zloženke,

v katerih se blago skladišči in distribuira.

C - val

Val višine od 3,2 do 3,9 mm. Je višji in močnejši od B vala, vendar manj odporen na udarce

ter zavzame več prostora.

E - val

Val višine od 1 do 1,8 mm, imenovan je tudi »mikro val«. Pogosto se uporablja za kaširanje

ter izdelavo darilne embalaže.

F - val

Val višine 0,75 mm je do nedavnega veljal za najnižji val.


- 8 -

N - val

Val višine od 0,5 do 0,55 mm je najnovejši dosežek na področju višine valjev, ki je še 48%

tanjši od E vala in 20% tanjši od F vala.

N in F vala sta povečala potencialne možnosti embaliranja z valovitim kartonom, saj lahko

zaradi svojih lastnosti (možno ju je direktno potiskati v offset tehniki) zamenjata polni karton.

Slika 2.7: Sestava valovitega kartona

Na sliki 2.7 je prikazan podroben sestav enega tipa valovitega kartona.


- 9 -

2.6 Stroji za fleksotisk

Na področju tiskanja in predvsem v kartonažni industriji je na tržišču prisotnih nekaj

svetovnih proizvajalcev strojev za tovrstno tiskanje in obdelavo kartona. Omejili se bomo

samo na sorodne stroje.

Nam poznani svetovno priznani proizvajalci tovrstnih strojev so: švicarski proizvajalec

Bobst Group [5], (slika 2.8), italijanski proizvajalec Curioni [6], (slika 2.9), Piemonte

Mechanica, francoski proizvajalec Cuir (slika 2.10), in drugi [7].

Vsak od teh proizvajalcev ima določene prednosti pred drugimi in tudi nekatere

slabosti.

Na naslednjih slikah so rešitve nekaterih proizvajalcev.

Slika 2.8: Bobst Flexo VISION 160

Slika 2.9: Curioni PM Series


- 10 -

Slika 2.10: Cuir – Rotaflexo Mark II

Konstrukcijska zasnova tovrstnih strojev

Vsi stroji so izdelani po podobnem konceptu. Osnova so posamezne enote stroja, ki so

postavljen na tirnice ali vodila po katerih se premikajo. Običajno so enote sestavljene iz

vertikalnih stranic, povezanih z vmesnimi elementi. Med stranice je nameščeno štiri ali pet

valjev. Prenos vrtilnega momenta se vrši preko zobnikov in centralnega pogona na vhodni

enoti. Zadnja enota v liniji je fiksno pritrjena, ostale pa se lahko odmikajo, zaradi nameščanja

form, čiščenja, vzdrževanja in enostavnejše izdelave.

Enote so izdelane togo in robustno, da med delovanjem ne prihaja do odmikov in

tresenja. Različni proizvajalci imajo različne rešitve, kljub vsemu pa so si te zelo podobne

(slika 2.1). Najpomembnejši del stroja je vlagalni del, ki je ključnega pomena za zanesljivo

delovanje, predvsem zaradi različnih vrst kartona.

Slika 2.11: Rešitve različnih proizvajalcev tiskarskih strojev


- 11 -

Osnovni princip delovanja

Barvo med rastrski in gumirani valj dovaja iz rezervoarja membranska črpalka. Višek barve

odteče iz stranskih zbiralnikov nazaj v rezervoar.

Linearni pritisk med valjema za enakomeren nanos barve lahko nastavimo. Z barvo na

rastrskem valju premažemo kliše na klišejnem valju, s katerim se izvede tiskanje prireza na

zgornji strani v eni, dveh ali več barvah, v kolikor imamo več tiskarskih enot (slika 2.12).

Običajno se uporabljajo vodotopne barve ustrezne kvalitete in klišeji iz gume oziroma

polimernih materialov.

Ob ustavitvi stroja z dodatnim gonilom za pogon rastrskega in gumiranega valja

preprečimo sušenje barve. Pri tem se rastrski valj odmakne od klišejnega valja s pomočjo

pnevmatike. Črpalka za barvo ostane v pogonu, s tem se pretok barve ne prekine in barva na

valjih se ne posuši.

Korekcijo položaja tiska na poli lahko izvršimo med tekom stroja s pomikanjem

klišejnega valja, v radialni in aksialni smeri. Radialno nastavitev korigiramo s posebnim

gonilom z lastnim motorjem. Nastavitev lahko odčitamo na skali na gonilu.

Vse to omogoča hitro nastavitev tiska. Razmik vlečnih valjev lahko nastavimo in

blokiramo glede na debelino kartona. Položaj pole med tiskanjem držijo na mestu vlečni

koluti, na vlečnih valjih.

Slika 2.12: Osnovni koncept ene tiskarske enote

Klišejni

valj

Rastrski valj

Podporni valj

Gumiran

valj

Tiskan

karton


- 12 -

3 DOLOČITEV ZAHTEVNIKA ZA KONSTRUKCIJO

STROJA

3.1 Osnovne zahteve

Konstruirati in izdelati je bilo potrebno dokumentacijo za namenski flekso tiskarski stroj za

potrebe tiskanja na papir in lepenko debeline od 0,7 do 3mm večslojnega valovitega kartona

debeline od 1,3 do 8mm in končnih dimenzij.

Izdelati je bilo potrebno dokumentacijo za zmogljiv, sodoben in za več vrst papirja

uporaben stroj, vendar ne za papir, ki je navit na kolute. Izvedba naj bo kompaktna, modulna

z možnostjo nadgradnje (npr. dodatna tiskarska enota, dodatno sušenje, ipd.), ki je enostavna

za upravljanje in vzdrževanje.

3.2 Tehnične zahteve

To so zahteve, ki jih mora končni izdelek izpolnjevati. So izhodišče za snovanje stroja in

smernice razvoja. Iz zahtev določimo gabaritne mere, določimo grobe oblike, funkcijsko

zasnovo in se opredelimo za način gradnje. Zelo pomemben podatek je format tiskane pole in

območje namembnosti stroja.

Osnovne tehnične zahteve so:

• minimalna velikost pole 400 × 350 mm

• maksimalna velikost pole 1600 × 1100 mm

• maksimalna površina tiskanja 1600 × 1050 mm

• debelina polnega papirja o z. lepenke 0,7 - 3 mm

• debelina valovitega kartona 1,3 - 8 mm

• maksimalna zmogljivost do 7500 pol /h

• razdalja med valji med enotami 1156 mm

• število barvnih enot 4 enote

S podanimi osnovnimi zahtevami smo lahko določili konstrukcijske zahteve namenskega

stroja.


- 13 -

3.3 Konstrukcijske zahteve

Poleg podanih tehničnih zahtev smo določili še konstrukcijske zahteve, ki iz grobega

osnutka stroja podajo smernice za snovanje konkretnih rešitev. Te zahteve so nujne, saj lahko

na podlagi teh zahtev začnemo konstruirati posamezne sklope in podsklope. Te konstrukcijske

zahteve so:

• zasnovati samonosilno konstrukcijo podnožja, toge izvedbe z možnostjo nastavljanja na

mestu postavitve stroja,

• izdelati togo konstrukcijo (izdelovalna natančnost stroja je reda velikosti max. 0,5 mm -

natančnost med posameznimi odtisi lahko odstopa do 0,5 mm),

• podnožje stroja izdelati iz standardnih profilov in konstrukcijskega jekla S235,

• izbrati ustrezne konstrukcijske prereze,

• zasnovati vijačno konstrukcijo,

• tiskarsko enoto konstruirati kot modul, ki se pritrdi na podnožje stroja,

• na podnožje je potrebno pritrditi štiri enote tiska,

• razdalja med enotami mora biti natanko takšna, kot je obseg klišejnega valja z

upoštevanjem debeline klišeja za tisk (v našem primeru 5 mm),

• razdalja med podpornima valjema enote je 1156 mm,

• premer valja, ki določa maksimalni format stroja je 358 mm, to je t.i. klišejni valj,

• delovna širina tiskarskega valja je 1600 mm,

• prehod med posameznimi enotami mora biti dostopen pri mirovanju stroja zaradi

nameščanja tiskarske forme, čiščenja, vzdrževalnih del itd.,

• potrebno je zasnovati dvižno mizo z ustreznim transportnim sistemom in pomožnim

ventilatorjem, ki dodatno »prisesa« polo papirja na transportne trakove.

S temi konstrukcijskimi zahtevami smo lahko pričeli snovati enote barvnika.


- 14 -

4 IDEJNA ZASNOVA

4.1 Možnosti izvedbe projekta

Glede na raziskave trga in poznavanje strojev in problematike je bilo možnosti kar nekaj,

vendar so prišle v ožji izbor le rešitve, ki so bile za izvedbo in za naročnika najprimernejše.

Po raziskovanju raznolikih rešitev smo prišli do določenih zaključkov, ki so podali

smernice za razvoj novega stroja.

Možnosti za izdelavo takšnega stroja je bilo več. Ustrezni stroji, ki so jih podjetja

ponujala na tržišču so bili kompleksne zasnove in visokega cenovnega razreda (nekateri so

predstavljeni v poglavju 2.6: Stroji za flekso tisk).

Naš stroj naj bi v enem združeval več lastnosti, zato je sledilo usklajevanje zahtev z

danimi možnostmi izdelave:

• cenovno ugoden in cenejši od obstoječih strojev na tržišču,

• možnost izdelave »doma« (v sodelovanju z domačimi podizvajalci),

• zahtevana točnost in kvaliteta tiskanja,

• združuje naj vse lastnosti iz zahtevnika,

• enostavna zasnova .

V nadaljevanju so opisane nekatere možnosti za izvedbo, njihove prednosti in znane

pomanjkljivosti.


- 15 -

4.2 Sistem samostoječih enot

Možnost je izdelati posamezne samostoječe enote, ki so postavljene na dobro pripravljeno

podlago oz. temelj (slika 4.1). Med seboj so povezane s prenosniki vrtilnega gibanja .

Enote so med seboj povezane z verigo kot prenosnikom vrtilnega momenta ali pa z

kardanskimi gredmi.

Slika 4.1: Izvedba tiskarskega stroja proizvajalca CUIR

Prednosti takšne izvedbe so:

• preverjena zasnova,

• točno delovanje,

• toga zasnova posamezne enote,

• stroji z tradicijo.

Slabosti takšne gradnje:

• izdelati zelo natančen temelj,

• izdelati kompaktnejše in stabilnejše ogrodje posamezne enote,

• težje nastavljanje stroja pri usklajevanju enot,

• zasnova pogona je z zobniškimi ali verižnim prenosniki,

• potrebno je mazanje, nastajajo težave s slabim tesnjenjem – onesnaževanje okolja,

• draga in kompleksna izvedba z veliko sestavnih delov.

Ti sistemi zahtevajo dobro in dosledno vzdrževanje za dobro in natančno delovanje, kar

pa je največkrat velika težava v podjetjih, ki se s tovrstno proizvodnjo ukvarjajo. Običajno je

vzdrževanje v teh manjših podjetjih minimalno ali pa ga sploh ni.


- 16 -

4.3 Sistem s premičnimi tiskarskimi enotami

Stroj je sestavljen iz tiskarskih enot, ki so vzdolžno premakljive (slika 4.2-a). Postavljene so

na tirnice, ki so fiksno postavljene. Zadnja enota v liniji je pritrjena na temelj.

Tiskarske enote morajo biti premakljive vsaj za eno dolžino enote, ki znaša do 600 mm,

kar pa je odvisno od formata stroja. Premakljive morajo biti zato, da se pri menjavi tiska

lahko očistijo valji in namestijo nove forme za tiskanje.

a) b)

Slika 4.2: Klasična zasnova tiskarskega stroja in sestava ene enote

Osnova tiskarske enote so vertikalne stranice, ki so med seboj povezane z veznimi

nosilci, med katerimi so nameščeni vlečni in tiskarski valji (slika 4.2-b). Valji morajo biti

nastavljivi, da se lahko nastavi ustrezna vzporednost valjev in določene lastnosti odtisa.

Nastavitve so ročne, s pomočjo ročic in nastavnih mehanizmov.

Prenos vrtilnega gibanja se vrši preko zobnikov, ki so v večini primerov mazani z

oljem. Za pogon stroja se uporabi centralni pogon, ki je nameščen na prvi enoti. Pogon se vrši

samo takrat, ko se enote povsem priključijo druga k drugi s posebnimi zapiralnimi

mehanizmi.

Prednosti:

• relativno enostavna zasnova,

• možnost modulne gradnje in nadgradnja,

• kompaktna izvedba,

• preverjeni sistemi, ki so se v praksi dobro izkazali.


- 17 -

Nekatere slabosti:

• stroji so predvideni in omejeni za določen tip valovitega papirja, (debelina od 2 –

8mm),

• transport pole se vrši tako, da je pola vedno v prijemu z vlečnimi valji - to pomeni

omejeno tiskanje velikega formata in posledično prevelikega odpada materiala,

• pri zelo zahtevnih tiskovinah ne dosegajo želene natančnosti in kvalitete.

4.4 Koncept večbarvnega tiskarskega stroja

Pri pregledu obstoječih strojev smo opazili prednosti enih in drugih vrst strojev. Na podlagi

teh ugotovitev smo poskušali izdelati stroj, ki bi združeval najboljše lastnosti nekaterih

opisanih strojev, izboljšan z rešitvami, ki bi še dodatno pripomogle k enostavnejšem

upravljanju stroja.

Slika 4.3 Shematska rešitev stroja proizvajalca CUIR

Poskušali smo izdelati podoben stroj (slika 4.3), s posodobitvami in nekaterimi

enostavnejšimi rešitvami. Iz zahtevnika smo določili osnovne mere stroja.

Odločili smo se za zasnovo, kjer imamo nosilen okvir povezan v celoto, na katerega

postavimo tiskarske enote. Enote so pritrjene na predvidena mesta in s tem pozicionirana.

Takšna zasnova omogoča natančno postavitev stroja, ker morajo biti medosja in

vzporednosti zelo natančna. Na nosilni okvir položimo tudi pohodne rešetke za dostop

operaterja do stroja, ki istočasno služi tudi kot nivelirna ploščad za celoten stroj. S tem

odpade natančna izdelava temelja.

Sestavne elemente okvirja bomo izdelali tako, da jih lahko strojno obdelamo in

pripravimo naležne ploskve za pritrjevanje enot.

Osnovni okvir bo sestavljen iz standardnih valjanih profilov in povezan z veznimi

nosilci ter vijačen.


- 18 -

Razširjen zahtevnik za sestav enot

Za posamezne enote stroja smo določili dodatne zahteve, ki nas vodijo in usmerjajo pri

konstruiranju. Te zahteve so:

• posamezna enota mora biti sestavljena iz vertikalnih stranic debeline 50 mm in širine

do 550 mm, ki sta me seboj povezani z veznimi nosilci,

• podporni valj mora biti fiksen in se ne premika po višini,

• tiskarski oz. klišejni valj (na katerem je pritrjen fotopolimerni kliše), mora imeti

pritrdilno letev za pritrjevanje tiskarske forme,

• nanos barve mora biti izveden z valji, ki ju sestavljata gumiran valj, ki iztiska odvečno

barvo in trdo kromiran rastrski valj imenovan tudi »Anilox«,

• sklop barvnih valjev in klišejnega valja mora biti nastavljiv proti podpornemu valju

zaradi različne debeline materiala, ki ga tiskamo (odvisno od tipa vala; poglavje 2.5),

• tiskarska valja morata biti med seboj nastavljiva zaradi različnih potreb nanosa debeline

barve, prav tako morata biti nastavljiva proti klišejnemu valju, zaradi različnih debelin

klišejev, predvsem zaradi uporabe obrabljenih klišejev od starih strojev, kar povzroča

neenakomerne nanose barve,

• nanos barve mora biti sestavljen iz kombinacije gumi in rastrskega (anilox) valja,

• pogon stroja mora biti izveden brez klasičnih prenosov, če je le možno uporabiti

servomotorje z reduktorji in servo regulatorji,

• transport pol vršiti tako, da se med transportom skozi tiskarske valje čim manj

deformira, ker se s tem zmanjša možnost netočnega tiska,

• za transport pole uporabiti transportne jermene z kvalitetnim nanosom gume in

uporabiti sesalni učinek ventilatorjev, ki polo prisesajo na jermene,

• valje izdelati iz debelostenskih cevi in s tem zmanjšati vztrajnostne mase in zmanjšati

dinamične obremenitve.

Razširjen zahtevnik za sestav enot je bolj natančno določal posamezne sklope in podsklope

stroja, zato smo lahko pripravili konstrukcijsko rešitev stroja s podstavkom in celotno

konstrukcijo preračunali glede na uporabnost.


- 19 -

5 STATIČNI PRERAČUN KONSTRUKCIJE

5.1 Opis osnovne konstrukcije

Konstrukcija stroja je izvedena iz dveh valjanih UNP 200 profilov, ki sta med seboj povezana

z šestimi prečnimi veznimi elementi (slika 5.1).

Prečni vezni elementi je sestavljen iz pravokotnih cevi 120×60×5 in vijačen na osnovni

profil z vijaki M12.

Vezni element ima na vsaki strani čelno privarjene pritrdilne plošče debeline 10mm.

Vezni nosilci so nameščeni na takšni višini, da se na njih položi pohodna rešetka, ki služi za

dostop operaterja, takrat ko je to potrebno (npr. med menjavo delovnega naloga ali pri

čiščenju). Na vzdolžne nosilce so na določenih razdaljah navarjene pritrdilne plošče za

barvne enote. Na pritrdilne plošče pritrdimo vzdolžno letev, ki služi tudi za vzdolžno

poravnavo enot.

Osnovni podatki :

Dolžina podstavka je 4040 mm, širina 1950 mm in skupna masa podstavka je cca.356 kg.

Slika 5.1: 3D model osnovnega okvirja tiskarskega stroja

4040

1950


- 20 -

5.2 Obremenitve konstrukcije

Ločimo statične in dinamične obremenitve [8]. Obremenitveni pogoji se lahko od časa do

časa spremenijo. V našem primeru bomo upoštevali samo statične obremenitve, ki delujejo na

konstrukcijo.

Dinamične obremenitve, ki so posledica neenakomernega vrtenja valjev, izničimo s

pogoji izdelave valjev (npr. valji morajo biti statično in dinamično uravnovešeni).

Statične obremenitve:

Predpisi za jeklene konstrukcije delijo statične obremenitve na :

• stalne obremenitve (lastna teža),

• koristne obremenitve (breme na žerjavu, veter, sneg, temperatura, ipd.),

• izredne obremenitve (nalet viličarja , vozila, ipd.).

Pri obremenitvah je upoštevana lastna teža in koristne obremenitve. Izrednih

obremenitev ne upoštevamo, ker stroj stoji v hali. Nalet vozila ali viličarja ni predviden.

Stalne obremenitve:

Stalna obremenitev je vsota nespremenljivih obremenitev. Velikosti stalnih obremenitev so

odvisne od specifične gostote materiala konstrukcije in njenih dimenzij. Tvorijo jih teža

konstrukcije, teža stalne opreme, teža raznih ohišij in drugo.

Za jeklo je specifična gostota ρ = 7850 kg/m³. Na konstrukciji je tudi oprema, zato

moramo specifično težo spremeniti tako, da se dejanska teža ujema z računsko.


- 21 -

Koristne obremenitve

Vse druge obremenitve, razen lastne teže, imenujemo koristne obremenitve. Koristna

obremenitev obsega vsa pomična in spremenljiva bremena. Spremenljive in premične

obremenitve konstrukcije so: ljudje, živali, oprema, uskladiščen material in razna bremena.

Delimo jih na:

• vertikalne in

• horizontalne

V našem primeru teh obremenitev ne bomo upoštevali, ker posebnih obremenitev med

delovanjem ni prisotnih.

Sistem delovanja je takšen, da pri tiskanju ne prihaja do kakršnih koli dodatnih

obremenitev. Pri tiskanju se forma rahlo dotakne tiskane pole, vendar ne sme prekomerno

deformirati papirja, zato ni dodatnih obremenitev.

Temperaturne obremenitve

Stroj oz. konstrukcija je postavljena v proizvodno halo, kjer nihanja temperature ne

predstavljajo nobenih dodatnih obremenitev. Med delovanjem ne prihaja do sproščanja

odvečne toplote.

Edini vir toplote predstavljajo servomotorji , ki se lahko segrejejo do 90°C. Na tisti

strani, kjer so nameščeni trije servomotorji mora biti zaščita rešena tako, da omogoča naravno

cirkulacijo zraka, kar zadošča za ustrezno hlajenje servomotorjev.

Dinamične obremenitve

Dinamične obremenitve hitro spreminjajo svojo velikost in smer. Njihov učinek na

konstrukcijo je lahko nevaren.

Tipične dinamične obremenitve so neuravnotežene vrteče se mase. (npr. gredi, valji,

koles). Vse konstrukcije so nekoliko elastične. Pod obremenitvijo se podajo in nato povrnejo

v prvotno stanje, ko obremenitve odstranimo. Posledica elastičnosti konstrukcije je njihova

težnja k nihanju.

Čas v katerem se konstrukcija enkrat prosto zaniha, imenujemo lastni nihajni čas. Toge

konstrukcije nihajo hitro, imajo kratek nihajni čas. Gibke konstrukcije nihajo počasi, imajo

dolg nihajni čas. Lastni nihajni čas je dobro merilo za togost konstrukcije.


- 22 -

Naša konstrukcija je morala biti dovolj toga, da med delovanjem ne bi prihajalo do

prevelikega lastnega nihanja. To smo dosegli z nekoliko predimenzioniranimi elementi, kjer

je to bilo potrebno in z zmanjševanjem vztrajnostnih mas vrtečih se valjev.

Obremenitveni primeri in kombinacije

Imenske napetosti, ki nastanejo v strojnih elementih so linearno odvisne od

obremenitev.

Statične obremenitve narastejo do največje vrednosti in se potem ne spreminjajo,

medtem , ko se dinamične stalno spreminjajo med največjo in najmanjšo vrednostjo. Posebna

primera sta utripna in izmenična obremenitev.

• Obremenitveni primer H: vsota glavnih obremenitev

• Obremenitveni primer HZ: vsota glavnih obremenitev in dodatnih obremenitev

• Obremenitveni primer HS: vsota stalnih obremenitev in izrednih obremenitev

Za dimenzioniranje konstrukcije je veljaven tisti obremenitveni primer, ki daje največje

prečne prereze.

V našem primeru je konstrukcija obremenjena le z glavnimi obremenitvami, to je z

lastno težo vseh elementov. Lastna teža je predstavljena z eno karakteristično vrednostjo. Ta

se izračuna iz karakterističnih mer in srednje gostote [10].

V našem primeru kontroliramo konstrukcijo glede na uporabnost in obtežbe niso

povečane z varnostnimi faktorji.


- 23 -

5.3 Model za statični preračun

Model za statični preračun prikazuje sestavo konstrukcije z osnovnimi gradniki. Na sliki 5.2

je razvidna postavitev globalnega koordinatnega sistema in smeri osi x, y, in z.

Tako sestavljeno konstrukcijo smo kontrolirali glede na uporabnost, kjer smo izvedli

analizo pomikov posameznih elementov. S takšno konstrukcijo smo se približali dejanskemu

modelu stroja.

Slika 5.2: Model konstrukcije stroja

Pri določevanju obtežb določimo:

• obremenitve so samo stalne: stalna obremenitev je v našem primeru samo lastna teža

elementov (v programu pod skupino LG1),

• ni spremenljivih obremenitev.

Pravilo za tvorbo kombinacij glede na uporabnost pravi, da obremenitev ne povečamo z

varnostnimi faktorji. (v programu kombinacija C02).

Analizirali smo rezultate pomikov na spodnjih ležečih nosilcih (slika 5.2, poz 1),

njihovih veznih elementih (slika 5.2, poz 2) in veznih elementih enot, na katerih je oprta

transportna miza (slika 5.2, poz 3). Mizo pustimo v horizontalnem položaju, ker takrat

predstavlja najneugodnejši obremenitveni primer.

1

2

3


- 24 -

Glede na uporabo metod pri reševanju matematičnih problemov delimo konstrukcije na:

• linijske (nosilci, okvirji, rebra),

• ploskovne (stene, plošče, lupine),

• tridimenzionalne strojne elemente.

Za naš primer izberemo linijski model, ki temelji na linearni teoriji. Deformacije so

majhne glede na dimenzije konstrukcije, ravnotežje sil opazujemo na nedeformirani

konstrukciji, značilno je linearno obnašanje materiala.

Zanimali nas bodo predvsem pomiki nosilne konstrukcije, ko jo obremenimo z lastno

težo barvnih enot in pomiki nosilcev na različnih odsekih.

5.4 Opis modela

Na podnožju stroja so postavljeni barvniki, ki predstavljajo eno tiskarsko enoto (slika 5.3).

S pripadajočo opremo tvorijo celoto ene enote in predstavljajo obremenitev za nosilno

konstrukcijo.

Celotna konstrukcija je podprta pod vsako enoto z podporami, ki ne dovoljujejo

translacij v nobeno smer, omogočajo pa določene zasuke.

Osnova za linijski model:

Slika 5.3: Osnovna zgradba stroja z valji in brez valjev

Tiskarska

enota


- 25 -

Določitev mas

Obremenitve na podstavek predstavljajo sestavni elementi in njihove mase. Izračun mas sledi

iz osnovnih oblik sestavnih elementov in upoštevajoč specifično gostoto materiala. Iz

izdelanega modela dobimo naslednje podatke o masah posameznih sklopov.

• Stranice ….385 kg × 2……770,00 kg

• podporni valj……………...171,26 kg

• klišejni valj…………….....259,07 kg

• gumiran valj……………....150,14 kg

• raster valj…………….........199,99 kg

• dvižna miza z elementi……130,00 kg

• pnevmatski valji…2×16 kg...32,00 kg

• 3 gonila s servomotorji...............75 kg

• ostala oprema : …………... 217,54 kg

Pod ostalo opremo spadajo vsi elementi, ki so poleg osnovnih gradnikov vgrajeni na eno

enoto. To so oprema za dovod barve, črpalke, pnevmatski elementi, zaščitni pokrovi, okrovje

stroja, električna oprema in drugo. Ko upoštevamo vse te sestavne elemente, znaša masa ene

enote skupaj 2007,5 kg.

Teža, s katero deluje posamezna enota na eno stran, znaša:

gG ⋅= m (5.1)

N 19693,69,81 G =⋅= 5,2007

N 9846,7819693,6/2 G/2 ==

[ ]

[ ]

[ ] pospešekzemeljskismg

masakgm

težesilaNG

−

−

−

2/


- 26 -

Ker sila ni točkovna, se razdeli na dolžino 550mm. Kontinuirana obremenitev znaša:

q = G / l = (5.2)

mkNmmNq

Gq

/903,17/25,17903550,0/78,9846

550,0/

===

==

G [N] - sila teže

q [N/m] - kontinuirana obtežba

l [m] - dolžina

Na eno stran podstavka deluje sila teže G = 9846,78 N na dolžini 550mm. Dodatno na

podstavek deluje še sila zaradi dviganja dvižne mize v horizontalni položaj.

Masa mize znaša 130 kg in ima vrtišče okrog osi podpornega valja. Miza se dviga s

pomočjo pnevmatskih valjev s hitrostjo v =1,5 m/s in pospeškom a= 1,5 m/s² do horizontalne

lege. Določiti je potrebno silo , s katero držimo mizo s transportnimi jermeni in ventilatorjem

v horizontalni legi . Za obremenitev podpore je najneugodnejši položaj takrat, ko je miza v

horizontalni legi, zato je ta podatek tudi potreben za določitev pnevmatskega valja.


- 27 -

NAy

NAy

AyQFyAy

NFy

F

NQ

Fy

FyQFy

FxAx

QFyAy

MiA

Fix

Fiy

6,2166

6,2166130055sin02,4232

55sin

34,516655sin

02,4232

55sin

02,423255sin240,0

640,01300

55sin240,0

640,0

55sin0640,0240,055sin

055cos

055sin

0

0

0

=

−=+°⋅−=−

−⇒+°⋅−=−

=°

=°

=

=°⋅

⋅=

°⋅

⋅=

°⋅⇒=⋅−⋅°⋅

=°⋅+

=−°⋅+−

=

=

=

∑

∑

∑

Za določitev sile v cilindru poenostavimo sklop mize. Nosilec je členkasto vpet in ga

obremenimo z kontinuirano obtežbo q = 1,625 kN/m (slika 5.4) [8].

Slika 5.4: Nosilec z kontinuirano obtežbo predstavlja mizo Določitev reakcij :

(5.3)

Z določitvijo reakcij dobimo potrebno silo F, s katero podpiramo mizo, da ostane v

horizontalni legi. Služi nam tudi kot podatek, za določitev pnevmatskih valjev.


- 28 -

5.5 Preračun konstrukcije s programom SCIA Engineer 2008.1

Za preračun konstrukcije s programskim paketom SCIA Enginer 2008.1 potrebujemo točne

podatke o konstrukciji.

Zasnova je določena in koncept je znan iz zahtevnika. Pred preračunom je potrebno

izdelati predlogo sestavne risbe stroja z vsemi potrebnimi merami.

Na sliki 5.5 je prikazan sestav s podstavkom in položaj enot, ki je izhodišče za model v

preračunu.

Slika 5.5: 2 D model za izhodišče modeliranja

Na sestavni risbi za model so vsi potrebni podatki za zasnovo 3D modela v programskem

paketu SCIA Enginer 2008.1.


- 29 -

Modeliranje konstrukcije v programu SCIA Enginer 8.1

Za model uporabimo linijske elemente. Na začetku dela s programom določimo osnovne

podatke, kot so ime projekta, standard preračuna in določimo vrsto konstrukcije.

Izberemo 3D okvir, s tem določimo gradnike za konstrukcijo. Iz baze podatkov

izberemo vrsto materiala in njegove lastnosti, v našem primeru konstrukcijsko jeklo S235 in s

tem lastnosti materiala kot so: E – modul elastičnosti, ρ - specifično gostoto, mejo

plastičnosti, natezno trdnost ipd.

Izberemo lahko standard po katerem bomo kontrolirali konstrukcijo. Na voljo imamo

vse pomembne evropske standarde ( EC 3, DIN 18800). Izberemo Evrokod 3.

Pri določevanju geometrijskih gradnikov iz knjižnice izberemo nove geometrijske

prereze (slika 5.6).

Slika 5.6: Izbira prerezov iz knjižnice programa

Za gradnike izberemo naslednje standardne prereze:

• UNP 200 za vzdolžne nosilce okvirja

• RPO 120×60×5 za vezne elemente okvirja in vezne elemente stroja

• FLB 550×50 za vertikalne stranice stroja

• VKT 50 za pomožne elemente izdelave vozlišč na stranici

• MSSRR 355,6×16 votla debelostenska cev za klišejni valj

• MSSRR 193,7×25 votla debelostenska cev za rastrski valj

• MSSRR 177,8×20 votla debelostenska cev za gumiran valj


- 30 -

• RD 120 poln okrogel material za podporni valj

• RD 80 za pnevmatski valj

• MSSRR 88,9×11 votla debelostenska cev za napenjalni valj

• FL 80×20 za gradnike okvirja transportnega traku

• FL 80×10 za pomožne gradnike, vpetja cilindrov, ročice itd.

• FL 60×10 za pomožne gradnike

• FLB 4×803 za pokrivno pločevino transportnega traku

Ko izberemo vse potrebne prereze, lahko modeliramo geometrijo. V primeru, da potrebujemo

še dodatne prereze jih lahko dodajamo med samo zasnovo modela.

Modeliranje geometrije

V programu so vgrajene parametrične slike tipičnih konstrukcij: paličje, nosilci, okvirji, ipd.

Naša konstrukcija ne ustreza nobeni od parametričnih oblik, zato jo enostavno modeliramo

(slika 5.7-a).

V izhodišče globalnega koordinatnega sistema postavimo izbran nosilec in določimo

lastnosti nosilca, kot so dolžina, zasuk okrog katere od osi ipd.

Funkcije programa omogočajo enostavno kopiranje in multipliciranje elementov po

različnih oseh in premikanje po teh oseh.

Z uporabo teh funkcij preslikamo nosilec za določeno razdaljo, ga zavrtimo okrog osi,

da dobimo pravi položaj. Dejansko stanje in lastnosti prereza lahko prikažemo s funkcijo

prikaza lastnosti površin (slika 5.7-b).

a) b)

Slika 5.7: Slika črtni model in model z prikazom površin

Izhodišče

koordinatnega

sistema


- 31 -

Za vezne elemente uporabimo ustrezen prerez in povežemo vzdolžna nosilca v

izhodišču koordinatnega sistema.

Z geometrijskimi lastnosti elementa določimo njegov točen položaj z premikanjem po

oseh x, y, in z. Po določenem položaju veznega nosilca, ga preslikamo po ustrezni osi, da

dobimo realno stanje postavitve veznih nosilcev.

Iz nabora profilov izberemo profil za stranico in uporabimo funkcijo za postavitev

stebrov. Postavimo jih na želene položaje in se spet ustrezno premaknemo po osi x ali y. Os z

je v tem primeru določena z dolžino stebra. Stebre kopiramo na položaje, kot prikazuje slika.

Struktura sedaj predstavlja osnovo za gradnjo ene enote.

V naslednjem koraku med stranice stroja postavimo vezne elemente in valje, ki so

osnova ene enote. Pri izbiri valjev, poiščemo najbližje možne prereze, ki ustrezajo

dejanskemu stanju, ali pa modeliramo točno takšen prerez kot ga potrebujemo.

Za določitev položajev veznih nosilcev in določitev položajev valjev si pomagamo s

pomožnimi elementi. Izberemo kvadratni presek 50×50, da ga ni treba orientirati okoli z osi.

Ker poznamo koordinate položajev veznih nosilcev in valjev, si s pomožnimi nosilci

pomagamo določiti vozlišča za namestitev le teh (slika 5.8-a).

Na sliki je prikazana gradnja teh elementov in nato modeliranje valjev (slika 5.8-b).

a) b)

Slika 5.8: Postavitev veznih nosilcev in postavitev valjev na položaje

Če hočemo določiti položaj npr. podpornega valja, uporabimo steber dolžine 1012mm

in ga postavimo v smeri y za 325mm, to je namreč koordinata podpornega valja. S tem

dobimo točke na levi in desni strani. Ostane nam samo povezava teh točk in določanje

prereza, to je podpornega valja z premerom 120mm.


- 32 -

Vertikalne in horizontalne črte predstavljajo težiščnice uporabljenih prerezov.

Koordinate določimo tako, da sestavljamo vertikalne in horizontalne nosilce ter definiramo

njihove dolžine in položaje.

Tako določimo položaje za vse preostale valje in po določitvi teh točk vozlišča

povežemo in med njimi določimo prereze.

S tem je model z valji in veznimi nosilci določen. Sledi modeliranje dvižne mize in

dvižnih valjev.

Dvižna miza je sestavljena iz okvirja iz profilov FL 80×20, ki je z vmesnimi prečkami

iz FL 80×10 povezan v okvir. Iz slike je razvidna sestava okvirja, ki ima vrtišče okrog

podpornega valja, podprta z modelom pnevmatskega valja (slika 5.9).

Slika 5.9: Sestava dvižne mize podprta z modelom pnevmatskega valja

Dvižno mizo modeliramo tako, da s pomožnimi elementi iz pravokotnih prerezov

oblikujemo vpetje na podporni valj in nato z geometrijsko določenim prerezom pokrijemo

celoten okvir.

Oblikujemo še podporo mizi, ki predstavlja pnevmatski valj. Sila se prenese na spodnji

vezni nosilec, na katerega je pritrjen pnevmatski valj.

Vez med mizo in pnevmatskim valjem, ter med pnevmatskim valjem in veznim

nosilcem, oblikujemo kot členek. Členek dovoljuje rotacije okrog določenih osi.

Po končanem modeliranju dvižne mize moramo samo še celotno zasnovo tri krat

kopirati v smeri vzdolžnih nosilcev za razdaljo 1156 mm. Na sliki je prikazana celotna

konstrukcija v žičnem modelu in z prikazom površin (slika 5.10).


- 33 -

a) b)

Slika 5.10: a) Žični model in b) model s prikazanimi elementi

Po končanem modeliranju je potrebno testirati konstrukcijo, če so vsi nosilci povezani,

če so kje kakšni dvojniki vozlišč ali če nismo kaj povezali med seboj. Po uspešnem testiranju

določimo še mesta za členke.

V našem primeru so to mesta vpetja pnevmatskega valja in vrtišče dvižne mize. Na sliki

so prikazana mesta členkov (slika 5.11).

Slika 5.11: Postavitev členkov na mesta vpetja pnevmatskega valja

Z členki omogočimo izbranim elementom določena gibanja. To so zasuki okrog določenih

osi. Mi omogočimo zasuke okrog x in y osi.


- 34 -

Za konstrukcijo je potrebno določiti še podpore. S podporami določimo stabilnost

konstrukcije. Konstrukcija mora biti stabilno podprta, ne sme se premočrtno gibati ali vrteti.

Predpišemo blokirane premike in zasuke v globalnem koordinatnem sistemu. Podpore

postavimo pod vsako enoto in na ustrezno razdaljo ter omogočimo zasuke in preprečimo

pomike v vse tri smeri x, y, z. Na sliki je prikazana postavitev podpor (slika 5.12).

Slika 5.12: Postavitev podpor na modelu

Po postavitvi podpor izvedemo preračun. Program pri preračunu opozori, na primer na

nestabilna mesta.

V takšnem primeru je potrebno poiskati tisto mesto, kjer se pojavi napaka in težavo

odpraviti (npr. členek ima dovoljenih preveč rotacij ali translacij). Program nato po funkciji

izvede linearni preračun, upoštevajoč samo lastno težo uporabljenih prerezov in kontrolo na

uporabnost. Program omogoča veliko možnosti testiranja posameznih elementov, vendar so

nas zanimali predvsem pomiki določenih gradnikov.


- 35 -

5.6 Analiza in rezultati statičnega preračuna

Po preračunu celotne konstrukcije smo prišli do rezultatov, ki so nam podali vrednosti sil v

posameznih elementih, vozliščih in podatke o pomikih posameznih elementov.

Za nas je bil najbolj merodajen podatek o pomikih posameznih elementov, predvsem pa

nosilne konstrukcije. Slika 5.13 prikazuje rezultat po preračunu.

Dobili smo prve podatke maksimalnih vrednostih pomikov in rotacij v vozliščih.

Pomemben podatek je tudi ta, da je vsota vseh sil, ki delujejo na konstrukcijo enaka vsoti

reakcij (slika 5.13).

Slika 5.13: Prvi rezultat preračuna

Prvi rezultat preračuna je pokazal, da je največji pomik vozlišča N 286 (označen na sliki

5.13) za 9,472 mm in največji zasuk vozlišča št. N 287 za vrednost 10,133 mrad (slika 5.13).

N286

N287


- 36 -

V programu smo lahko kontrolirali posamezne elemente, nosilce, stebre,valje glede na

deformacije.

Najprej smo kontrolirali vzdolžna nosilca B1 in B2 na vrednost pomikov pri takšni

postavitvi podpor, kot je prikazana na sliki (slika 5.14).

Dobili smo rezultate pomikov in zasukov, ki so podani v preglednici 5.1. Izris krivulj

prikazuje največje vrednosti (slika 5.14).

Slika 5.14: Grafični prikaz pomikov spodnjih nosilcev

Preglednica 5.1: Rezultati pomikov

Največja vrednost pomika v smeri z nosilca B2 znaša 0,018 mm na razdalji 3,808 m od

koordinatnega izhodišča po smeri y. Največja vrednost pomika nosilca B1,v smeri y, pa znaša

0,020 mm, na razdalji 4,050 m od koordinatnega izhodišča v smeri y.

Element dx

[m]

ux

[mm]

uy

[mm]

uz

[mm]

B1 0,000 0,003 -0,003 0,002 B2 3,808 0,006 0,004 -0,018

B2 3,180 0,006 -0,008 -0,007 B1 4,050 -0,003 0,020 0,013 B1 3,808 -0,003 0,011 0,017

B2 2,267 0,006 -0,007 -0,007 B1 2,267 -0,003 -0,002 0,007 B1 0,105 -0,003 -0,002 0,006 B2 0,105 0,006 -0,003 -0,006 B1 2,937 -0,003 0,000 0,009

B2

B1


- 37 -

Rezultati preračuna za sile v prečnem nosilcu B 395, na katerega se opira dvižna miza

pokažejo, da so največje sile na določenih razdaljah. Prva je na x = 0 mm, to je na začetku

nosilca, druga največja vrednost pa na x = 1930 mm (slika 5.15). Številčne vrednosti so v

preglednici 5.2 .

Slika 5.15: Grafični prikaz upogibnih momentov

Številčne vrednosti osnih sil in momentov so podane v preglednici 5.2.

Preglednica 5.2: Vrednosti osnih sil in upogibnih momentov

Največja vrednost osne sila v prečnem nosilcu B 395, znaša 0,32 kN, največja vrednost sile v

smeri y pa znaša 1,51 kN in sicer na razdaljah 0 in 1,930 m na nosilcu v smeri x od izhodišča

koordinatnega izhodišča. Največja vrednosti sil v smeri z, znaša 0,40 kN. Največji upogibni

moment znaša 0,26 kNm okrog osi x na razdalji 0 in na razdalji 1,780 m od izhodišča.

Element dx

[m]

N

[kN]

Vy

[kN]

Vz

[kN]

Mx

[kNm]

My

[kNm]

Mz

[kNm]

B395 0,000 -0,32 1,45 -0,36 0,26 0,02 -0,20

B395 0,150 -0,32 1,43 -0,36 0,23 -0,03 0,02 B395 0,150 -0,32 0,14 0,00 0,00 -0,03 0,01 B395 0,965 -0,32 0,00 0,00 0,00 -0,03 0,07 B395 1,780 -0,32 -0,14 0,00 0,00 -0,03 0,02 B395 1,780 -0,32 -1,49 0,40 -0,26 -0,03 0,02 B395 1,930 -0,32 -1,51 0,40 -0,26 0,03 -0,20

B395


- 38 -

Rezultati pomikov na spodnjih veznih nosilcih so pokazali maksimalne vrednosti na sredini

nosilca, to je na razdalji po x = 0,965 m. Velikost maksimalnega pomika je za vezni element

B12 in sicer v smeri y = 0,082 mm. Rezultati so razvidni v preglednici 5.3.

Slika 5.16: Grafični prikaz pomikov označenih veznih nosilcev

Preglednica 5.3: Vrednosti pomikov spodnjih veznih nosilcev

Pomiki so reda velikosti manj kot 1/10 mm. Iz tega smo sklepali, da je konstrukcija dovolj

togo zasnovana.

Rezultati za pomike na veznih elementih, ki so opora pnevmatskim valjem so grafično

prikazani na sliki 5.17. Pomiki so na določenih razdaljah in sicer: največji pomik je na

Element dx

[m]

ux

[mm]

uy

[mm]

uz

[mm]

B9 1,930 0,000 -0,010 -0,006 B13 0,000 0,004 -0,009 0,003 B12 0,965 0,003 -0,082 0,003 B14 0,000 0,003 -0,007 0,003 B13 1,287 0,003 -0,068 -0,009

B14 0,643 0,003 -0,071 0,007

B11 1,930 0,002 -0,009 -0,005 B14 1,930 0,002 -0,007 -0,006 B12 0,214 0,003 -0,032 0,004 B12 1,716 0,003 -0,031 -0,004

B9 B10

B11 B12

B13 B14


- 39 -

veznem nosilcu B 395 v smeri y in znaša uy = 0,112 mm, ki je na razdalji 0,965 mm, to je na

sredini nosilca. Vrednost je minimalna.

Slika 5.17: Grafični prikaz pomikov na označenih nosilcih

Preglednica 5.4: Vrednosti pomikov na veznih nosilcih

Največji odmik je na prvem nosilcu označenim z B395. Vrednost pomika znaša 0,112 mm.

Glede na rezultate sklepamo, da bi lahko konstrukcijo optimirali in izbrali manjše prereze

nosilcev. Rezultate razberemo iz preglednice 5.4.

Element dx

[m]

ux

[mm]

uy

[mm]

uz

[mm]

B395 1,930 0,000 -0,007 -0,046

B394 0,000 0,020 -0,009 -0,032 B395 0,965 0,001 -0,112 -0,023 B394 0,965 0,020 -0,091 -0,012

B395 1,780 0,000 -0,033 -0,010 B246 1,930 0,018 -0,009 -0,023 B295 0,150 0,020 -0,040 -0,025

B395 B246 B295 B394


- 40 -

Rezultati notranjih napetosti v posamezni nosilcih pokažejo, da so največje napetosti na mestih vpetja nosilca na stranico to je na razdaljah x = 0 in x = 1930 mm (slika 5.18).

Slika 5.18: Grafični prikaz normalnih napetosti

Preglednica 5.5: Prikaz vrednosti različnih napetosti

Rezultati kontrole napetosti so pokazali, da je največja normalna napetost na elementu B 395

in znaša 6,8 MPa. Največja primerjalna napetost znaša 13,5 MPa. Napetosti v elementih so minimalne. Največje so na določenih razdaljah in sicer na razdalji 0 m v smeri koordinate x in na razdalji 1,930 m od izhodišča (preglednica 5.5).

Element dx

[m]

Normal

[MPa]

Normal

+

[MPa]

Shear

[MPa]

von Mises

[MPa]

B246 0,000 -5,7 5,5 7,8 13,5

B246 1,373 -0,7 0,5 1,0 1,8

B246 0,558 -3,3 3,0 0,8 3,5 B246 1,930 -4,5 4,2 2,3 5,2 B295 0,000 -5,7 5,5 7,8 13,5

B295 1,373 -0,7 0,5 1,0 1,8

B295 0,558 -3,3 3,0 0,8 3,5 B394 0,000 -5,6 5,3 7,8 13,5

B394 1,373 -0,8 0,6 1,0 1,9

B394 0,558 -3,4 3,1 0,8 3,6 B394 0,150 -3,3 3,1 0,9 3,6 B395 1,930 -6,8 6,4 7,1 12,8

B395 0,150 -1,3 0,9 0,3 1,3

B395 0,965 -3,1 2,7 0,0 3,1 B395 0,150 -1,4 1,0 6,9 12,0 B395 0,000 -6,6 6,2 6,9 12,5

B395

B246 B295

B394


- 41 -

5.7 Vrednotenje preračuna

Po statičnem preračunu smo dobili vrednosti pomikov, vrednosti notranjih sil in napetosti.

Pri kontroli posameznih elementov in iskanju ekstremov smo prišli do rezultatov, ki

kažejo zelo majhne vrednosti. Maksimalni pomik na osnovni konstrukciji za vzdolžni nosilec

B 1 je znašal 0,020 mm v smeri z.

Za nosilec B 395, ki je hkrati podpora pnevmatskim valjem je znašal največji pomik

0,112 mm v smeri y.

Največja normalna napetost je znašala 6,8 MPa v nosilcu B 395, največja primerjalna

napetost pa 13,5 MPa.

Iz tega sklepamo, da bi lahko izbrali manjše prereze elementov in mogoče tudi manj

podpor. Rezultat preračuna je pokazal, da je konstrukcija zelo toga, kar smo tudi želeli doseči.


- 42 -

6 DIMENZIONIRANJE POSAMEZNIH ELEMENTOV

STROJA

Konstruiranje se začne z specifikacijo ciljev in zahtev, ki jih mora izpolnjevati izdelek. Pri

izdelavi sestavov tiskarskih enot je treba upoštevati vrsto dejavnikov, ki vplivajo na delovanje

in funkcionalnost stroja, možnost montaže in demontaže posameznih delov, preprečevanje

kolizije itd. Pri izdelavi osnutka ene tiskarske enote izhajamo iz zahtevnika, ki določa

osnovne dimenzije stroja.

Maksimalna velikost tiskanega papirja določa obseg in širino delovnega, to je klišejnega

valja. Upoštevajoč to zahtevo in podatek o uporabljenih debelinah klišejev, je izhodišče za

začetek snovanja.

Ta dva podatka nam določata natančne mere klišejnega valja. Med zasnovo smo izbrali

takšen način gradnje, da bo vsak vrteči se valj imel svoj pogon z gonilom in servomotorjem.

V tem primeru odpadejo vsi pogonski zobniki, ki bi vplivali na kinematične razmere

med delovanjem. Potrebno je določiti medsebojne odvisnosti valjev glede na to ali je fiksen

ali premičen proti drugemu valju.

Izbrali smo takšen sistem, da je fiksen podporni valj. Podporni valj je po višini in širini

nepremakljiv, zaradi tega, da se papir pri prehodu skozi enote čim manj deformira, kar bi

predstavljalo zaviranje in posledično netočnost samega tiska.

Do tega bi prihajalo, kadar bi tiskali debelejši karton. Če želimo tiskati različne debeline

papirja brez teh dodatnih težav, se bomo odločili za sistem fiksnega spodnjega valja in

nastavljiv sistem tiskarskih valjev, ki ima možnost nastavljanja v več smeri pri različnih

zahtevah tiskanja.

Enoto gradimo od spodaj navzgor in konstruiramo elemente okoli valjev. Najprej

oblikujemo stranice stroja in jih povežemo z veznimi elementi. Ko sestavimo ogrodje ene

enote, lahko začnemo oblikovati valje.

Opisi posameznih podsklopov sledijo v nadaljevanju.


- 43 -

6.1 Podporni valj

Prvi valj je podporni valj, ki ga določimo izkustveno, na podlagi predhodnih znanj in na

podlagi poznavanja podobnih strojev. Položaj podpornega valja je razviden iz slike 6.1

Podporni valj je potrebno vpeti v ležaje. Potrebno ga je enostransko fiksirati in konstruirati

prostor za nasadno gonilo s servomotorjem. Slika 6.2 prikazuje rešitev vpetja podpornega

valja z nasadnim gonilom.

Podporni valj je uležajen v enoredne kroglične ležaje, ki so vodotesno zaprti, zaradi

tekočin in barve, ki je prisotna.

Valj je iz polnega okroglega materiala stružen in nato brušen na končne mere. Vpetja

ležajev so zasnovana tako, da omogočajo enostavno montažo in demontažo z prirobnicami.

Pri konstruiranju valja je potrebno paziti, da je valj pravilne dolžine, kar omogoča, da ga

lahko montiramo in demontiramo.

Izberemo enoredne kroglične ležaje zaprte z tesnilnim pokrovčkom, ki preprečuje vdor

vlage in umazanije v ležaj. Ležaje izberemo smiselno, glede na dinamično nosilnost, kjer

upoštevamo maso valja [14].

Slika 6.1: Položaj podpornega valja

Slika prikazuje zgradbo ene enote in položaje posameznih valjev.


- 44 -

Slika 6.2: Vpetje podpornega valja z gonilom

Okrog podpornega valja se vrti dvižna miza z elementi, zato služi podporni valj tudi kot

vrtišče mize in hkrati prenosnik vrtilnega momenta na transportne jermene.

Na eni strani pripravimo podaljšek valja za nasadno gonilo. Nased pripravimo po navodilih

proizvajalca gonil LENZE iz kataloga (slika 6.3-a) [11].

Gonilo z servomotorjem je nasadne izvedbe in prenaša moment preko moznika na gredi.

Po navodilih proizvajalca mora biti gonilo vpeto preko blažilca (momentne ročice) sunkov pri

pospeševanju in zaviranju. Izbrali smo blaženje sunkov z krožnikastimi vzmetmi, ki jih

zložimo v stavek (slika 6.3-b) [11].

a) b)

Slika 6.3 : Nased po priporočilu in izvedba momentne ročice

Podporni valj nudi oporo tiskanemu papirju in je v našem primeru tudi prenosnik vrtilnega

gibanja na transportne jermene. Rešitev je prikazana na sliki 6.4.

Podporni valj


- 45 -

V povezavi z podpornim valjem je neposredno klišejni valj in nad njim sklop tiskarskih valjev

za nanos barve na fotopolimerni kliše.

Slika 6.4: Podporni valj v kombinaciji z transportno mizo

Transportna miza je bolj detajlno opisana v poglavju 6.4 na strani 51.

Transportna miza

z jermeni


- 46 -

6.2 Klišejni valj

Zasnova klišejnega valja z gumiranim in rastrskim valjem je takšna, da so vsi trije valji vpeti

v gibljivo ploščo na stranici stroja (slika 6.8). To omogoča dviganje in spuščanje v odvisnosti

od debeline kartona oz. tiskanega papirja.

Konstrukcija klišejnega valja omogoča aksialno premikanje z ustreznim gonilom.

Zasnova je prikazana na naslednji sliki (slika 6.5).

Polžasto gonilo omogoča nastavitev klišejnega valja v aksialni smeri tudi med

delovanjem stroja. To pomeni, da se med delovanjem lahko spremeni položaj tiska na tiskani

poli, v kolikor se izkaže, da tisk ni dobro pozicioniran.

Slika 6.5: Rešitev vpetja klišejnega valja

Gonilo z servomotorjem omogoča natančno nastavitev položaja v radialni smeri tudi

med delovanjem. V kolikor se izkaže, da slika, ki jo tiskamo, ni na pravi poziciji, ima

operater možnost preko panela izvesti korekcijo in posledično nastaviti skladje tiska med

enotami.

Valj dimenzioniramo tako, da uporabimo standardno debelostensko cev najbližje

dimenzije to je ∅ 368/20 mm [14]. Težimo k zmanjšanju vztrajnostnih mas. Izdelamo ga tako,

da ga zapremo s vsake strani, s ploščami debeline 45 mm, v katere privarimo čep ∅ 100.

Zavarjen valj žarimo za odpravo zaostalih napetosti, ki so posledica varjenja.

Sistem za

aksialno

nastavitev Klišejni valj

Gonilo z

servomotorjem


- 47 -

Po žarjenju valj obdelamo na končne dimenzije in ga statično ter dinamično

uravnovesimo (slika 6.7). S tem poskušamo izničiti dinamične obremenitve in posledično

dodatne obremenitve pri delovanju.

Slika 6.7: Sestava klišejnega valja.

Za nastavitev valjev glede na debelino kartona izdelamo dvižni sistem z gonilom in

ekscentrom. Gonilo preko vmesne gredi vrti ekscentra, ki sta v nosilni plošči. Gred ima

vrtišče v stranici stroja, na dvižni plošči se prosto vrti. Pri vrtenju ekscentra se gibljivo vpeta

nosilna plošča posledično dviga v vertikalni smeri. Princip je razviden iz slike 6.9.

Slika 6.8: Zasnova dvižnega mehanizma

S polžastim gonilom vrtimo preko verižnega prenosnika gred z ekscentroma in tako

dvigamo sklop valjev s ploščo. Položaj merimo z inkrementalnim dajalnikom in vrednost

posredno odčitamo na panelu.

Dvižni ekscenter

Gonilo

dviga

Nosilna

plošča


- 48 -

6.3 Valja za nanos barve

Nad sklopom klišejnega valja se nahajata valja za nanos barve. Ta sklop valjev je

izveden kot modul, ki se lahko vgradi na katerikoli stroj za tiskanje na valoviti karton z

minimalnimi predelavami obstoječega stroja.

Razvili smo ga iz potreb po takšnih modulih pri raznih predelavah starih strojev. Sklop

je sestavljen iz dveh valjev, ki sta obešena v gibljivo vpeto ploščo na stranici stroja (slika 6.9).

To omogoča primik in odmik rastrskega valja k fotopolimernemu klišeju na klišejnem

valju. Nastavljiv odmik je potreben zaradi natančne nastavitve dotikanja valja h klišeju pri

nanosu barve. Odmik se nastavlja z odmičnim vijakom z finim navojem.

Če ta dotik ni natančen, prihaja do posnemanja barve, namesto nanašanja. Veliko vlogo

pa imajo tudi zelo natančne obodne hitrosti rastrskega in klišejnega valja. Prenos vrtilnega

momenta iz enega valja na drugega se vrši preko zobniške dvojice, ki je izdelana z profilno

korekcijo. Teoretično so premeri valjev enaki premerom kinematičnih krogov zobnikov,

vendar pa se pri stiskanju raster valja h gumi valju dogaja, da ga »preveč stisnemo« , kadar

želimo manjši nanos barve oz. večji iztis. Takrat bi se zobnika »zaklinila«. To rešimo s

profilno korekcijo.

Gumiran in rastrski valj se vrtita tako, da se tesno dotikata. Rastrski valj prenaša tiskarsko

barvo na tiskarsko formo.

Slika 6.9: Vpetje gumiranega in rastrskega valja

Rastrski

valj

Gumiran

valj


- 49 -

Doziranje barve se v tem primeru vrši z iztisnim tlakom. Večji iztisni tlak pomeni

majhen nanos tiskarske barve, takrat sta valja bolj »stisnjena«. Manjši tlak pomeni nanos

večje količine barve na fotopolimerni kliše. Pritisk se doseže preko nastavnih vijakov ali

pritisnega mehanizma.

Gumiran valj je bombirane izvedbe, kar pomeni, da se premer valja od sredine

navzven proti koncem zmanjšuje za določeno vrednost.

Rastrski valj je cilindričen in ima po obodu veliko količino vdolbinic, ki ji imenujemo

alveole. Oblika vdolbinic rastrskega valja je lahko različna. Na sliki 6.10-a in 6.10-b so

prikazane različne oblike vdolbinic valja [3],[16].

a) b)

Slika 6.10: Oblike vdolbinic valja

Geometrija rastrskih vdolbinic je odločilen dejavnik pri prenašanju tiskarske barve na

tiskarsko formo. Prenos tiskarske barve je optimalnejši , bolj kot je ploska stranica alveole in

bolj kot je ravno njeno dno.

Gostoto rastra določa število vdolbinic na površini valja. Kapaciteto valja določa kot

piramidnih stranic in širina mostičkov med alveolami.

Raster valj izdelajo tako, da v jekleno površino vtisnejo obliko (slika 6.11-a), nato

galvansko nanesejo plast kroma trdote cca. 840 HV in debeline od 10 do 30 µm. Plast kroma

ščiti valj pred obrabo in pred korozijo (slika 6.11-b).

a) b)

Slika 6.11: Oblika vdolbinic raster valja

jeklo

krom


- 50 -

6.4 Transportna dvižna miza

Transportna miza je ključnega pomena za to vrsto tiskarskega stroja. Pri klasični

zasnovi ta miza odpade, ker funkcijo opravijo vlečni valji. Vlečni valji z gumiranimi koluti

»držijo« papir med transportom skozi barvne enote.

Zasnova stroja zahteva zelo natančno vodenje pole papirja zaradi skladja med

posameznimi barvami. Miza je vpeta v vrtišče podpornega valja. Izvedba je gibljiva, tako da

se lahko spusti iz horizontalne lege za kot 70°, kar omogoča operaterju dostop do enot. Miza

je opremljena z osmimi transportnimi trakovi. To so zobati jermeni z nalepljeno kakovostno

gumo z zelo dobrimi tornimi lastnostmi. Prenos vrtilnega gibanja se vrši s podpornega valja

na pogonsko os, z nameščenimi zobatimi jermenicami naprej na prosto vrteče zobate

jermenice, ki služijo istočasno še za napenjanje vsakega jermena.

Dodatno je potrebno namestiti še aksialni ventilator, pri katerem uporabimo sesalno

stran, kot prikazuje slika 6.12-a.

Namestitev ventilatorja je potrebna zaradi vodenja papirja, pri transportu skozi

barvnike. Drugačna rešitev, npr. dodatno pritiskanje z zgornje strani z vodilnimi koluti ali

jermeni, ni dobra, ker bi vplivalo na velikost papirja (preveč tehnološkega odpada).

Pri nalogih, kjer potrebujemo celotno površino tonirano ali lakirano, odpade vsakršno

pritiskanje s tiste strani, kjer je nanesena barva. Slika 6.12-b, prikazuje rešitev in tisk pole

papirja.

a) b)

Slika 6.12: Zasnova mize in uporaba v praksi

Dodatni ventilator, ki je nameščen s spodnje strani, dodatno »prisesa« polo na transportne

jermene. Ta rešitev zadostuje za natančno vodenje pole skozi enote tiska.


- 51 -

Kot že zgoraj opisano, konstruiramo mizo okrog vrtišča podpornega valja. Za

določevanje pnevmatskih valjev uporabimo podatke iz poglavja 5.2 in enačbe 5.3. Za

določitev pnevmatskega valja potrebujemo podatek o sili F, ki deluje zaradi mase mize na

valj.

Mizo moramo iz spuščenega položaja dvigniti v horizontalno lego in jo tam

pozicionirano držati celoten delovni proces. (slika 6.13)

a) b)

Slika 6.13: a) Vpetje mize in dvig s pnevmatskimi valji

b) 3D model transportne mize


- 52 -

Določitev pnevmatskega valja:

Silo F, ki je posledica mase mize na ročici, razdelimo na dve sili, na levo in desno

stran. Zaradi konstrukcijske rešitve in točnega pozicioniranja mize v horizontalni položaj,

uporabimo dva pnevmatska valja. Predvidevamo, da bo delovni tlak min. 4 bar. Valj

določimo iz preračuna 6.5 [19].

p

FFp =⇒= A

A (6.5)

N 34,5166=F

N 2583,175166,34/2 F/2 ==

N 2583,175166,34/2 F/2 ==

mmmd

Ad

dA

mA

90090,040065,0

4

4

0065,0104

17,2583

2

25

==⋅

=

=⋅

=⇒⋅

=

=⋅

==

π

π

π

p

F

[ ]

[ ]

[ ][ ] premermmd

površinammA

tlakPap

silevektorNF

−

−

−

−

2

Iz kataloga proizvajalca izberemo prvi večji najbližji premer, to je premer 100 mm [17].

Ta pnevmatski valj je za 10 % večji kot je potreben, vendar ga pustimo, zaradi možnosti

nadgradnje mize z infrardečo sevalno komoro za hitro sušenje barve, kar bi povečalo

obremenitev na pnevmatski valj.


- 53 -

6.5 Izbira pogonov

V zahtevniku je bilo določeno, da se izdela stroj z sodobnimi servopogoni. Pri raziskovanju

trga in številnimi konzultacijami z možnimi izvajalci smo se odločili za celotno rešitev

nemškega proizvajalca gonil in pripadajoče opreme »Lenze« [11].

Celotno elektrifikacijo in opremo stroja je izdelalo podjetje, ki se ukvarja z industrijsko

avtomatizacijo in s katerimi smo opravili zagon stroja, ga testirali in pripravili za

proizvodnjo.

Osnovna shema postavitve servopogonov je na sliki 6.14.

Slika 6.14: Zasnova pogonov z servomotorji

Vsaka enota ima za vsak valj svoje gonilo z servomotorjem. Povezani v celoto predstavljajo

eno tiskarsko enoto. Servopogoni omogočajo natančno regulacijo in nastavljanje vseh

potrebnih parametrov.

Posamezni

servopogoni

Transportni

trakovi

Univerza v Mariboru – Fakulteta za strojništvo

Opis za izbiro pogonov:

Po navodilih predstavnik

za določanje servopogonov. Z

servomotorji, smo izračunali

pojemke pri pospeševanju in zaustavljanju.

Na podlagi teh podatkov so nam dolo

prodajnega kataloga. Uporabljena so bila nasadna, dvo

in zmanjšano zračnostjo od normalne. Te smo izbrali

pogonov. Rešitev, ki jo je

ustrezno.

Slika prikazuje pogon posameznih transportnih valjev z servomotorji in ustrezno

regulacijo (slika 6.15).

Slika 6.15

Fakulteta za strojništvo

- 54 -

Opis za izbiro pogonov:

Po navodilih predstavnika podjetja Lenze v Sloveniji, smo pripravili

anje servopogonov. Za vse vrteče se valje, na katerih bodo nameš

čunali pripadajoče masne vztrajnostne momente,

pojemke pri pospeševanju in zaustavljanju.

Na podlagi teh podatkov so nam določili moči servomotorjev in izbrali

Uporabljena so bila nasadna, dvostopenjska gonila z

nostjo od normalne. Te smo izbrali zaradi zmanjševanja napak

je ponujalo podjetje Lenze z njihovo opremo, je


Slika 6.15: Primer rešitve vgradnje servopogonov z regulacijo

Diplomsko delo

, smo pripravili potrebne podatke

katerih bodo nameščena gonila s

e masne vztrajnostne momente, približne pospeške in

izbrali ustrezna gonila iz

gonila z stožčastimi zobniki

zaradi zmanjševanja napak tiska z strani

opremo, je bilo za naš stroj


vgradnje servopogonov z regulacijo


- 55 -

Zasnova krmiljenja in regulacije

Na začetku stroja je vlagalna miza, ki loči od zalogovnika kartona eno polo. Ta vloži polo

papirja z sesalnimi čepki med vlečne valje. Pola se transportira s pomočjo jermenov do

prve tiskarske enote.

Na poti med vlagalno mizo in prvo tiskarsko enoto je nameščena barvna fotocelica,

ki meri razliko med posameznimi polami. V primeru, da je pola prehitra, se transportni

trak upočasni, v nasprotnem primeru pa pospeši tako, da pride pola vedno na enak položaj

za tisk.

Vsak valj ima svoj servomotor z gonilom, ki je preko servo regulatorjev povezan s

krmilno enoto. Vsi servomotorji imajo vgrajene dajalnike impulzov, ki dajejo določeno

število impulzov pri enem vrtljaju.

S podatki o prestavnih razmerjih gonil in o številu impulzov se določijo korekcijski

faktorji med posameznimi valji. S tem se določi sinhrono gibanje vseh valjev in tudi

sledenje vseh valjev proti glavnemu valju.

Hitrost se lahko brezstopenjsko spreminja od minimalnega števila vrtljajev do

maksimalne zmogljivosti stroja.

Na sliki 6.16 je prikazan upravljalni panel, s katerega operater dostopa do vseh

funkcij stroja.

Slika 6.16: Upravljalni panel stroja

Preko upravljalnega panela operater dostopa do vseh funkcij stroja. Upravljanje je enostavno,

funkcije so jasne in razumljive.


- 56 -

7 IZDELAVA TEHNIČNE DOKUMENTACIJE

Izdelavo tehnične dokumentacije smo izvedli s programskim paketom AutoCAD Mechanical,

ki omogoča enostavno 2D risanje.

Paket vsebuje obsežno knjižnico standardnih delov, ukaze za avtomatizacijo rutinskih

opravil in množico strojniških preračunov, kar bistveno pospeši konstruiranje in izdelavo

dokumentacije, dodatne knjižnice standardnih elementov delo še dodatno olajšajo.

7.1 Način dela z programskim paketom AutoCAD Mechanical

Množica orodij, od samodejne izdelave srednjic do uporabe konstrukcijskih črt, poenostavlja

risanje. AutoCAD Mechanical vsebuje knjižnico standardnih strojniških komponent. Med

drugim vsebuje vijake, matice, podložke, zatiče, kovice, jeklene profile, ležaje itd.

Simboli za označevanje kvalitete površin, zvarov ter toleranc lege in oblike v primerjavi

z AutoCAD - om bistveno pospešijo opremljanje risbe z oznakami. Prav tako velik prihranek

časa predstavlja samodejna izdelava pozicijskih številk in kosovnic. Orodje za izdelavo tabel

izvrtin, omogoča hitro izdelavo spiska izvrtin s koordinatami in premeri.

Mechanical vsebuje tudi zbirko standardnih glav in okvirjev risbe z možnostjo

enostavnega vnosa ter določevanja merila risbe.


- 57 -

7.2 Sestavna risba

Sestavna risba izdelka vsebuje prikaz izdelka v ortogonalni (pravokotni) projekciji, in

sicer naris, tloris in stranski ris. Narisan je v standardnem merilu, kar je odvisno od vrste,

konstrukcijske zahtevnosti in dimenzij izdelka.

Običajno se riše na večjem formatu A0, A1 ali A2. Vsebovati mora toliko detajlov,

kolikor jih je potrebno za pojasnitev vseh konstrukcijskih rešitev in vrst okovja za izdelavo

izdelka.

Tloris in stranski ris lahko nadomestijo prečni in vzdolžni prerezi. Prereze označujemo

z: A-A, B-B, itn.

Detajle na prerezih označujemo s krogom in napisom detajl A, detajl B, itn. Sestavni

načrt naj bi vseboval tudi oznake pozicij sestavnih delov.

Sestavna risba vsebuje vse potrebne podatke stroja, ki jih potrebujemo za nadaljnjo izdelavo

podsklopov, zato izdelamo sestavno risbo ene enote z vsemi elementi. Ker je program 2D si

pomagamo z dodatnimi pogledi npr. stranski ris, tloris itd. Na načrtih v prilogi A so prikazane

sestavne risbe ene enote.


- 58 -

7.3 Izdelava podsklopov

Iz sestavne risbe (priloga A) določimo prereze, ki jih moramo razdelati. Prerezi in detajli po

sklopih so naslednji :

• podporni valj – klišejni valj – prerez A – A, (priloga A),

• klišejni valj – raster valj – prerez B – B, (priloga A),

• gumiran valj – raster valj – prerez C – C, (priloga A),

• klišejni valj - prerez D - D, (priloga A),

• dvižni sistem,

• miza z ventilatorjem ,

• nastavitev raster valja,

• aksialni pomik klišejnega valja.

Iz teh podsklopov nato izdelamo dodatne podsklope, če jih potrebujemo in nato delavniške

risbe sestavnih elementov. V prilogah so prikazane sestavne risbe nekaterih zgoraj omenjenih

podsklopov.

7.4 Izdelava delavniških risb

Delavniške risbe služijo za izdelavo elementa. Morajo biti jasne, pregledne in vsebovati

morajo vse potrebne podatke za izdelavo.

Delavniška risba se običajno uporablja v proizvodnji. V kosovni proizvodnji običajno

zadostuje natančen sestavni načrt z detajli.

Delavniška risba prikazuje sestavni del v različnih prerezih, praviloma v merilu M 1:1 z

odrezanimi področji, kjer običajno ni kakšnih konstrukcijskih posebnosti. Zaradi prikladnosti

jo običajno rišemo na A4 format, saj je ta dokument del dokumentacije, ki jo delavec

potrebuje na delovnem mestu.

Vsebovati mora vse potrebne informacije, da izvajalec z njihovo pomočjo pravilno

nastavi stroj in uporabi ustrezno orodje. Pri tem so mišljene dimenzije vseh detajlov, ki so

pomembne na primer center vrtanja izvrtine, odmik utora od roba obdelovanca in podobno.

Nekaj delavniških risb posameznih podsklopov je v prilogi.


- 59 -

8 SKLEP

Diplomsko delo je obsegalo le del celotne projektne naloge. V nalogi so prikazani

osnovni pristopi pri reševanju določenih problemov, ki so nastajali pri izdelavi tega stroja.

Rezultati diplomskega dela so določene odločitve dodatno potrdili. Statični preračun je

pokazal, da so nekateri elementi stroja predimenzionorani, vendar se je tudi izkazalo v praksi,

da je stroj zelo tog in obdelovalna natančnost enaka zahtevam. To je bil tudi cilj tega projekta.

Izdelava tehnične dokumentacije je bil dolgotrajen proces, sploh pri kompleksni zadevi,

kot je bil tiskarski stroj.

Izdelava je zahtevala dosledno spremljanje vsakršnih sprememb na sestavnih risbah. Za

vsak sestavni element je bilo potrebno izdelati natančen načrt, da smo imeli pri izdelavi in

kasneje pri sestavi čim manj težav.

Posebno pozornost je bilo potrebno nameniti izbiri ustreznih toleranc pri ujemih, jih

smiselno določati, kar lahko včasih bistveno poenostavi in poceni izdelavo.

Izbira servopogonov je bila upravičena in pravilna, saj so se pogoni izkazali za zelo

primerne naši aplikaciji. Imeli smo nekaj težav z regulacijami le teh, kar je podalo smernice

za izbiro prestavnih razmerij in moči le teh.

V celoti se je projekt izkazal za zelo dobrega, vendar bi bilo potrebno določene sklope

optimirati in še dodatno izboljšati.


- 60 -

SEZNAM UPORABLJENIH VIROV

[1] CeSTD: Center for screen, digital and pad printing: Tisk na splošno: Flexo [svetovni

splet]. Dostopno na WWW: http://www.all4print.net/content/view/8/14/lang,si/

[23.5.2009].

[2] Academia: Članki: Tiskanje na splošno: Zgodovina tiskarstva [svetovni splet].

Dostopno na WWW: http://www.academia.si/clanek/7-opravljanje-prakse-v-tiskarni-

riki/stran-2.html[23.5.2009].

[3] Standardizacija grafičnih procesov: Predavanja: Fleksotisk [svetovni splet]. Dostopno

na WWW:

http://www2.grafika.ntf.uni-lj.si/uploads/media/Fleksotisk_SGP209.pdf [23.5.2009].

[4] Valoviti karton: [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.tespack.si/si/vsebina.php?sklop=valoviti_karton [20.5.2009].

[5] BOBST Group: proizvajalec strojev [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.bobstgroup.com/Global/Corporate/en/Tradenames/BOBST/BobstProducts.h

tm [15.5.2009].

[6] Curioni : proizvajalec tiskarskih strojev [svetovni splet]. Dostopno naWWW:

http://www.curioni.it/[16.5.2009].

[7] Cuir: proizvajalec tiskarskih strojev [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.cuir.com/machines/-quot-choose-the-best-quot-351.htm?lng=en

[16.5.2009].

[8] Anton Pristavec: Konstrukcije in naprave: zbrano gradivo, Maribor: Fakulteta za

strojništvo, 1999

[9] Janez Kramberger: Navodila za računalniške vaje pri predmetu konstrukcije in naprave,

Delo s programom ESA PT, Maribor : Fakulteta za strojništvo, oktober 2008 [svetovni

splet]. Dostopno na WWW: http://www.fs.uni-mb.si/podrocje.aspx?id=492,

[16.5.2009].


- 61 -

[10] SIST EN 1990: Evrokod: Osnove projektiranja konstrukcij, September 2004 [svetovni

splet]. Dostopen naWWW: http://studenti.fg.uni-mb.si/index.php , [20.5.2009].

[11] Proizvajalec pogonske tehnike: Lenze [svetovni splet]. Dostopno na WWW :

http://www.lenze.com/de [20.5.2009].

[12] SIST EN 1993-1-1: Evrokod 3: Osnove projektiranja jeklenih konstrukcij [svetovni

splet]. Oktober 2005: Dostopen na WWW: http://studenti.fg.uni-mb.si/index.php

[20.5.2009].

[13] Janez Kramberger: Navodila za računalniške vaje pri predmetu konstrukcije in naprave,

Navodila: Maribor: Fakulteta za strojništvo, oktober 2008 [svetovni splet]. Dostopno na

WWW: http://www.fs.uni-mb.si/podrocje.aspx?id=492, [16.5.2009].

[14] Proizvajalec ležajev: SKF [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.skf.com/portal/skf/home/products [16.5.2009].

[15] Proizvajalec cevi: Rohr Mertl [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.mertl.com/. [16.5.2009].

[16] Proizvajalec raster valjev: Simec Group Srl [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.simecgroup.com/. [16.5.2009].

[17] Proizvajalec pnevmatskih valjev: Camozzi [svetovni splet]. Dostopno na WWW:

http://www.kovimex.si/camozzi.html. [16.5.2009].

[18] Ivan Prebil. Tehnična dokumentacija,1.izdaja. Ljubljana 1995: Tehniška založba ,1995

[19] Kraut Bojan. Krautov strojniški priročnik,10. slovenska izdaja. izdajo pripravil Jože

Puhar,Ljubljana 1993: Tehniška založba Slovenije,1993


- 62 -

9 PRILOGE

PRILOGA A: Tehnična dokumentacija

Sestava enote

Sestava podporni – klišejni valj

Sestava klišejni – raster valj

Sestava gumiran – raster valj

PRILOGA B: Fotografije stroja


ŽIVLJENJEPIS

OSEBNI PODATKI:

Ime in priimek: Miran Grum

Strokovni naziv: strojni tehnik

Rojen: 13.8.1975

Državljanstvo: slovensko

Naslov: Koroška cesta 223, 2351 Kamnica

ŠOLANJE:

1982 - 1990 Osnovna šola Remšnik

1990 - 1993 Srednja kovinarska, strojna in metalurška

šola Maribor – mehanik vozil in voznih

sredstev

1993 - 1995 Srednja kovinarska, strojna in metalurška

šola Maribor – strojni tehnik

1996 - 1999 Univerza v Mariboru – Fakulteta za

strojništvo, višješolski študij nedokončan,

zatem prepis na visoko strokoven študij

1999 - 2009 Univerza v Mariboru – Fakulteta za

strojništvo, visoko strokovni študijski

program, smer konstrukterstvo in gradnja

strojev

DELOVNE IZKUŠNJE:

1997 - 2005 Monter strojev za kartonažno industrijo v

podjetju Primont d.o.o.

Od 2005 do danes Zaposlen v podjetju Primont d.o.o. v

Mariboru kot monter, vzdrževalec, strojni

tehnik, operater - programer CNC stroja in

tudi kot konstrukter – projektant.


PRILOGA A: Tehnična dokumentacija


PRILOGA B: Fotografije


Začetki montaže stroja

Barvna enota z valji in transportno mizo


Servopogoni na valjih

Servopogoni na valjih in povezava z regulatorji


Transportne mize z ventilatorji

Transportna miza med enotami in sistem za merjenje položaja pole


Enota tiskarskega stroja

Tiskarski stroj TSV 160


Rezultat tiska na tiskarskem stroju

konstruiranje ve Čbarvnega tiskarskega stroja - … · programskim paketom autocad in detajliranje...

Documents