Материал: Разработка биговально-фальцевального аппарата

Минус - уходит время на проведение всех требуемых бигов на обложке (до трех штук).

Рисунок 1.7 - Биговщик

Разработка и обоснование выбранной схемы аппарата

Как указывалось выше, одной из причин выбора оптимальной схемы автоматического биговально-фальцевального аппарата является высокая стоимость оборудования зарубежного производства.

Помимо этого есть еще одна причина: создание обложки для книги, которое требует наличие трех бигов (два с одной стороны и один с обратной стороны (рис. 1.8)). Сгибание обложки по одному из двух бигов с одной стороны, т.е. фальцевание, значительно бы ускорило процесс создания обложки, поскольку останется согнуть вручную обложку по второму бигу. Ранее при ручном труде требовалось сгибать лист по двум бигам.

Рисунок 1.8 - Обложка книги с тремя бигами

Теперь проясним ситуацию с одним бигом с «обратной» стороны листа. Для чего он нужен? Технология соединения обложки с книжным блоком на данном производстве такова:

Книжный блок с обложкой закрепляются на прижимном устройстве термоклеевого аппарата «Fastbind Atomitie 5» и поворачиваются стороной корешка блока к клеевому устройству (рис. 1.9). На корешок книжного блока, скрепленного нитью, наносится слой клея. Поверх этого клея внакидку кладется обложка, одна сторона которой уже прижата к одной из сторон книжного блока. Книжный блок с обложкой обратно переворачивают, вследствие чего книжный блок полностью облегается обложкой, и они прижимаются к стенке с перпендикулярной к ней поверхности. Далее их прижимают с третьей стороны с помощью прижимного устройства. В результате этих действий клей скрепляет книжный блок с обложкой со стороны корешка и, также, что очень важно, с боковых сторон корешка.

Поэтому, чтобы многократным открытием обложки, немного скрепленной с первым листом книги, не испортить ее, создается третий биг.

Рисунок 1.9 - Книжный блок с обложкой на аппарате «Fastbind Atomitie 5»

Вторым фактором является то, что удобнее загружать полуфабрикат и получать готовую продукцию с одной области, а не разрываться на две противоположные стороны машины, что сделано в автоматической биговальной и фальцевальной машине «Horizon CRF-362».

В Приложениях 1 и 2 предложены на рассмотрение два предварительных варианта технологических схем проектируемого аппарата. Их зарисовка в общем представлении, поскольку было достаточно тяжело сразу с нуля создавать совершенный аппарат. Два варианта отличаются по способу проведения операции биговки: в варианте 1 используется технология бигования с помощью дисков (их можно менять), установленных на валах, в варианте 2 рассматривается технология бигования посредством заменяющихся ножей. Второе отличие заключается в расположении ленточного транспортера. Еще одним отличием является то, что в биговально-фальцевальном аппарате с ножевым механизмом биговки (вариант 2) имеется передвигающийся затл, чего нет у первого варианта (в данном варианте стоит упор).

Технические требования к проектируемому аппарату

Ниже, в табл. 1.1 приведены желаемые технические требования к проектируемому аппарату.

Таблица 1.1 - технические требования к проектируемому аппарату

Разработка конструкции изделия

В Приложениях 1,2 приведены лишь схематические чертежи проектируемого аппарата. Поскольку проектируется новый аппарат, не имеющий абсолютно точных аналогов, то процесс его проектирования достаточно сложен. Следовательно, на этих чертежах отображены лишь общие идеи того, как машина будет производить ту или иную операцию.

Из двух вариантов проектируемого аппарата решено более подробно остановиться на варианте с дисковой биговкой. Следовательно, все ниже приведенные необходимые расчеты и дальнейшие действия связаны именно с вариантом 1. А вариант 2 (ножевая биговка) будет представлен лишь в общем, ознакомительном виде.

Характер издательства и производства сразу выделил одну особенность - необходимость компактного оборудования. Размер типографии и число сотрудников выдвинул еще одну черту - создание аппарата, обладающего хорошей покупательской способностью. Анализ выполняемых работ выявил следующее условие - определенный диапазон форматов листа.

После последовавших дальнейших размышлений и консультаций, в следующих Приложениях приведены уже более близкие к реальности чертежи биговально-фальцевального аппарата.

В программе «Компас 3D» были выполнены чертежи двух видов: объемные и проекции трех сторон (сверху, сбоку и спереди). Возможно, достаточно было бы начертить и в одном виде, но, допустим, что интересующийся данным аппаратом не очень понимает объемные чертежи, но прекрасно разбирается в проекциях. А для конструктора очень важно, чтобы каждый без особого труда мог понять основные принципы работы оборудования и его узлов. Вторым положительным моментом является и то, что в объемном чертеже можно увидеть какую-либо неточность, ошибку, которую не всегда явно видно в проекциях. Были разработаны конструкции обоих вариантов проектируемого изделия.

Для удобства будущих расчетов и решения других задач, чертежи выполнены в масштабе 1:10. Но в Приложениях данного курсового проекта для улучшения читаемости чертежи приведены в несколько увеличенном масштабе. Причем, объемные чертежи несколько лучше доработаны (т.к. в ходе черчения были обнаружены неточности), а посему несколько отличаются от чертежей в трех проекциях (пример: упоры подающего стапеля).

Вариант 1 (дисковая биговка)

Чертеж аппарата в трех проекциях указан в Приложении 3. Объемный чертеж указан в Приложении 4. Согласно объемному чертежу, стопа листов 1, кладется на подающий стапель машины 2, который перемещается вверх и вниз посредством винтового перемещения. Подающий стапель 2 имеет в своей конструкции перемещающиеся боковые упоры 3. Стопа листов также упирается в гладкие упоры 5. Листы подаются в аппарат, посредством валика 4 данного подающего устройства. Далее лист проходит через проводящие пары валиков 6 и съемную пару валиков 7, на которой закреплены биговочные кольца 8. Затем, лист упирается в упор 10, и равняется боковыми упорами 9. Фальцующий нож 11 проталкивает лист через проем стола по биговочной канавке между парой фальцующих валиков 12. Сфальцованный лист попадает на укладчик 13, который выводит его на ленточный транспортер 14.

Особенности данной конструкции:

винтовой ход стапеля позволяет с хорошей точностью регулировать его положение.

Упоры 5 имеют гладкую поверхность и являются частью корпуса аппарата. Они «врезаны» в пазы подающего стапеля. Являются неподвижными в отличие от упоров 3, которые перемещаются вместе со стапелем.

Валики 7 с биговочными кольцами 8 можно менять.

Также на будущее предусмотрена возможность легкого доступа к валикам 7, с целью изменения положения биговочных колец 8.

Один конец системы транспортировочной ленты выводится за пределы корпуса аппарата, с целью облегчения сбора готовой продукции. Т.е. предполагается возможность установки передвижного ящика для сбора продукции.

Вариант 2 (ножевая биговка (штамп))

Чертеж 2-го предлагаемого варианта конструкции машины в трех проекциях приведен в Приложении 5. Чертеж в объемном виде приведен в Приложении 6. Согласно объемному чертежу, стопа листов 1, кладется на подающий стапель машины 2, который перемещается вверх и вниз посредством винтового перемещения. Подающий стапель 2 имеет в своей конструкции перемещающиеся боковые упоры 3. Стопа листов также упирается в гладкие упоры 15. Листы подаются в аппарат, посредством валика 4 данного подающего устройства. Далее лист проходит через проводящую пару валиков 5, которые доводят его до пары валиков 7. А те, в свою очередь доводят лист до перемещающегося и поднимающегося упора 8. Затем, отбигованный лист упирается в перемещающийся затл 12, и равняется боковыми упорами 9. Фальцующий нож 10 проталкивает лист через проем стола по биговочной канавке между парой фальцующих валиков 11. Сфальцованный лист попадает на укладчик 13, который выводит его на ленточный транспортер 14.

Особенности данной конструкции:

винтовой ход стапеля позволяет с большей точностью регулировать его положение.

Упоры 15 имеют гладкую поверхность и являются частью корпуса аппарата. Они «врезаны» в пазы подающего стапеля. Являются неподвижными в отличие от упоров 3, которые перемещаются вместе со стапелем.

Штамп биговочных ножей 6 можно менять, как узел. Также, конструкция штампа позволяет менять положение биговочных линий.

Проводящие пары валиков 5 и 7 обеспечивают надежное положение листа во время операции биговки. К тому же, пара валиков 7 имеет одну особенность: нижний валик приводится в движение двигателем, а верхний валик установлен на подшипники и спокойно может совершать перемещения вверх вниз. Это позволяет не разрывать лист, что может произойти, если все валики пар 5 и 7 будут приводиться в движение двигателями.

Откидной упор 8 может перемещаться, что позволяет биговать лист в нужном месте вне зависимости от его формата, обеспечиваемого характеристиками аппарата.

Затл 12 также может перемещаться и позволяет сфальцевать лист по биговочной линии в нужном месте вне зависимости от формата листа, обеспечиваемого характеристиками аппарата.

Один конец системы транспортировочной ленты выводится за пределы корпуса аппарата, с целью облегчения сбора готовой продукции. Т.е. предполагается возможность установки передвижного ящика для сбора продукции.

Расчет геометрических параметров положения листа

Для удобства, на всех рисунках Приложений, узлы аппарата отмечены под одинаковыми номерами.

В 1-м варианте аппарата указан ряд приближенных к действительности размеров аппарата, расположения проема и т.д. Это сделано для того, чтобы показать, что реальный размер листа максимального формата («А3») вписывается в размеры узлов машины. Также, в последующих Приложениях рассмотрено расположение листа в каждом узле аппарата.

В Приложении 7 нарисовано положение стопы листов 1 на подающем стапеле 2. Стопа листов наибольшего формата, «А3» (297 мм х 420 мм), располагается межу упорами 3 и 5 точно посередине стапеля, размер которого 340 мм х 460 мм. Высота упоров 3 составляет 340 мм. Если высота листа бумаги будет составлять 1 мм, то в одной стопе листов 1 сможет находиться до 340 листов (этот параметр может измениться).

Согласно Приложению 8 лист захватывается валиком 4 и проводится через проводящие валики пар 6 и биговочную пару валиков 7. На данном рисунке видно, что когда конец листа находится под валиком 4, то чуть меньше половины листа находится под валиками 4, 6 и 7. Также видно, что до упора остается не более 145 мм.

В Приложении 9 можно увидеть, что биговочные канавки листа попадают в область проема, под которым находятся фальцующие валики 12, а сам лист находится под биговочным ножом 11. Лист зажат с трех сторон упорами 9 и упором 10. Биговочный нож 11 располагается точно над средней биговочной канавкой. Расстояние от конца листа до средней биговки указано - 200 мм, и от другого края - 220 мм.

В Приложении 10 указано расстояние от места зажатия фальцующими валиками 12 листа до верхней части аппарата - 260 мм. Так как лист складывается и его максимальная длина становится 220 мм, то видно, что длина листа укладывается в заданный диапазон. Следовательно, лист не будет претерпевать каких-либо деформаций. По ширине лист также укладывается в диапазон до 305 мм. Сфальцованный лист укладывается и в расстояние между фальцующими валиками 12 и укладчиком 13.

При рассмотрении рисунка в Приложении 11 можно увидеть, что сфальцованный лист форматом А3 укладывается в размер длины укладчика 13 (305 мм) и ширины транспортировочной ленты 14 (305 мм). Размер проема 340 мм х 200 мм не препятствует выводу сфальцованного листа.

Кинематический расчет узлов аппарата 1-го варианта (дисковая биговка)

Расчет производится под формат листа «А3».

Начнем расчет с фальцующего ножа.

Расстояние от конца ножа до зоны контакта 1-й пары фальцующих валиков равно 35 мм (0,035 м). Поскольку движение возвратно поступательное, то проходимое ножом расстояние увеличиваем в два раза, т.к. он должен вернуться в исходное положение. Получится, что . Задаем время прохождения данного пути: .

В итоге скорость выполнения данной работы по формуле (1.1) будет равна:

 (1.1)

Теперь рассчитаем параметры проводящих и биговочных колец.

Найдем путь проводящих валиков по формуле (2.1), т.е. длину окружности, так как валики являются телами вращения.

, (2.1)

Тогда:  Длина окружности валика примерно в три раза меньше длины проходящего листа (0,297 м), поэтому задаем время одного оборота валика:

Существует формула расчета скорости вращения валов (3.1):

, (3.1.)

где С - длина окружности;

Т - период (время одного оборота валика).

Тогда скорость вращения валиков согласно формуле (3.1) будет равна:

Длина окружности биговочных колец согласно расчету составляет 10 мм (0,1 м), при радиусе в 16 мм. За тоже время одного оборота валика (3 сек) рассчитываем скорость вращения по той же формуле (3.1):

Но, чтобы избежать деформации листа, скорости вращения проводящих валиков и биговочных колец должны быть примерно одинаковыми. Следовательно, для биговочных колец, следует задать время одного оборота вала:

Подающий валик данного аппарата имеет отличительную черту от проводящих и биговочных валиков. Проводящие и биговочные валики имеют постоянную скорость вращения, вычисленную выше. В итоге, они проводят лист в зону действия ножа за 5-6 секунд. Если подающий валик будет все время подавать листы, то они будут врезаться в нож. Поэтому, помимо того, что подающий валик должен обладать той же скоростью вращения, что и у проводящих валиков, у него должна быть некоторая задержка подачи листа в 2-3 секунды. Для обеспечения данного действия предлагается сделать подающий валик откидным, т.е. он, постоянно вращаясь, приподнимается соленоидом на определенное время (2-3 секунды) и затем опускается. И так циклически во весь период работы. Остальные параметры подающего валика такие же, как и у проводящих валиков.