3.13. Динамические свойства красочных аппаратов рулонных печатных машин

Красочный аппарат является важнейшим технологическим узлом, настройка и качество работы которого определяет эффективность функционирования печатной машины. Этот технологический узел обеспечивает: требуемую подачу краски в точном соответствии убытия с оттиском; регулирование толщины слоя краски на накатной группе до требуемой нормы; обеспечение равномерного сплошного наката краски. Дозирование подачи осуществляется за счет изменения расстояния между дуктором и красочным ножом (местная регулировка). Общая подача регулируется за счет изменения скорости вращения дукторного вала и времени выстоя передаточного валика. Увеличение коэффициента раската достигается за счет дополнительного числа последовательно расположенных краскораскатывающих пар. При этом в раскатных системах обычно обеспечивается деление входного потока краски от дукторного вала на параллельные потоки. Для технологического процесса важно не только подать нужное количество краски, но и обеспечить ее равномерный раскат, т.к. краска переходит на печатные элементы формы, а на пробельных местах краска остается. Для этого вводят осевое возвратно-поступательное движение цилиндров раскатной группы. Накатная группа обеспечивает накат краски на форму, обычно включает 3-4 валика, на которых сходятся параллельные потоки краски. Равномерный накат краски обеспечивается за счет того, что диаметры цилиндров раскатной группы относятся друг к другу как иррациональные числа, при этом не возникает тактовых биений по толщине слоя краски. Для реализации автоматизированного управления нужно знать статическую характеристику красочного аппарата и его динамическую переходную характеристику. Статическая характеристика зависит от количества раскатывающих пар и числа параллельных потоков передачи краски, а динамическая характеристика зависит от числа раскатывающих пар, линейной скорости печати и суммарной площади валиков красочного аппарата, включая площади формного и офсетного цилиндров.

Красочный аппарат представляет собой транспортную систему с коэффициентом передачи существенно меньше единицы. Величина статического коэффициента передачи зависит от числа раскатных пар и распределения красочных потоков. Значение коэффициента передачи может быть рассчитано аналитически или на ЭВМ с помощью цифровой разностной модели [33]. Следует отметить, что красочные аппараты составляют особенную группу объектов автоматизации и управления, которые имеют существенное транспортное запаздывание. Известно, что динамические свойства этих объектов [3,28,31] приближенно могут быть описаны коэффициентом передачи и временем чистого запаздывания и доминирующей постоянной времени . В этом случае мы имеем приближенную экспериментальную математическую модель. Реакция этой модели на ступенчатое изменение подачи краски ( ) может быть представлена в виде экспоненты первого порядка с постоянной времени , которая сдвинута на время чистого запаздывания , т.е.

_(3.1)

Здесь — установившееся значение выходного сигнала.

На рис. 3.26 показана переходная характеристика красочного аппарата, построенная с помощью формулы (3.1). Процесс установления статического режима красочного аппарата определяется количеством циклов работы печатной машины. По этой причине, часто время печати связывают с числом напечатанных оттисков , а постоянную времени задают в виде константы печатного аппарата .

Обычно, процесс установления статического режима красочного аппарата занимает от 100 до 200 циклов работы машины. Тогда константа колеблется от 35 до 70 циклов. Формула для вычисления оптической плотности в этом случае принимает вид:

(3.2)

Эта зависимость достаточно проста и удобна. Она характеризует основные свойства красочной системы: ее чистое запаздывание и инерционность. Однако, конструктивные значения параметров красочного аппарата (число раскатывающих пар, длина пути краски, скорость работы печатной машины и др.) в ней прямо не используются. Другими словами, нужно иметь красочный аппарат в наличии, после этого требуется исследовать его экспериментальные характеристики, определить коэффициент раската, константу и число циклов запаздывания . И только после этого можно использовать упрощенную математическую модель.

В работe [3] приведены результаты экспериментального исследования динамики процессов передачи краски на рулонных печатных машинах «МАН» (Германия) и ПОК-84 (Рыбинский завод полиграфических машин). Получено, что графики переходных характеристик имеют вид экспоненциальных кривых первого порядка, которые устанавливаются примерно через 230-280 оттисков. При этом текущие значения оптической плотности оттисков подвергаются случайному разбросу и группируются относительно их средних величин в пределах — при минимальной подаче краски и 2,2 — при максимально подаче краски. Величина среднеквадратического отклонения не зависит от текущей подачи краски и определяется особенностями конструкции красочного аппарата. Например, для рулонной печатной машины ПОК-84 она составила величину 0,0635. Оценка спектральной плотности печатного процесса показала, что она имеет ясно выраженный локальный максимум на относительной пространственной частоте 0,6 с периодом примерно 10 оттисков. В целом красочный аппарат офсетной рулонной печатной машины характеризуется как инерционное звено первого порядка, имеющее постоянную времени от 30 до 450 циклов работы машины, время чистого запаздывания равное от 5 до 15 циклов и коэффициент передачи , зависящий от относительной площади печатающих элементов используемой формы. Предложено использовать динамическую модель красочного аппарата в виде последовательности непрерывных инерционных звеньев первого порядка с постоянной времени , зависящей от времени одного оборота валика, и коэффициентом передачи , характеризующим переход краски на последующий валик.

Моделирование краскоподающих устройств связано с использованием звеньев чистого запаздывания. Во время печати краска перемещается по раскатывающим валикам и цилиндрам. При этом красочные слои, находящиеся на контактирующих раскатывающих парах, неоднократно складываются, а затем делятся пополам. Математическое описание многоконтурных динамических систем с чистым запаздыванием вызывает достаточно много затруднений. Можно ввести дискретное время и моделировать динамические свойства красочного аппарата с помощью разностных дифференциальных уравнений. Другой способ исследования состоит в составлении структурной схемы красочного аппарата, содержащей передаточные функции звеньев чистого запаздывания. Оба этих метода имеют существенные недостатки. Во-первых, дискретизация численного решения вынуждает вводить искусственную периодическую составляющую, относительно которой должны синхронизироваться процессы перемещения и деления краски. На практике этого нет. Более того, диаметры раскатывающих цилиндров специально делаются некратными, чтобы улучшить процесс раската краски. Непрерывная модель, содержащая передаточные функции звеньев чистого запаздывания, имеет сложную структуру даже для самых простых краскораскатывающих систем. Оба этих подхода связаны с составлением трудно реализуемых и сложных моделей. По этой причине вызывает интерес возможности, предоставляемые математическими средствами компьютерного моделирования физических процессов и систем. Одним из таких средств является математический пакет Simulink-4, являющийся самостоятельной частью пакета Mathlab-6. Возможности системы моделирования Simulink-4 постоянно расширяются. Сейчас она позволяет рассчитывать различные достаточно сложные компьютерные модели.