Об эволюции привода печатных машин

В.И. Штоляков, Б.В. Токмаков

...двигательная машина приобретает самостоятельную форму, совершенно свободную от тех ограничений, которые свойственны человеческой силе.
Карл Маркс

Развитие полиграфической техники начинается с изобретения И. Гутенбергом печатного станка. В печатном станке, целиком выполненном из дерева, он использовал принцип винтового пресса для выжимки винограда. С помощью винтовой передачи тередорщик и батырщик (так называли тогда печатника и растирщика краски) перемещали прижимную плиту — пиан к плоской форме, размещенной на подвижном столе — талере. Сегодня работа на типографском станке представляется достаточно примитивной. Действительно — все операции по обслуживанию станка выполнялись вручную в определенной последовательности. Батырщик наносил краску на форму кожаным тампоном, после чего тередорщик укладывал лист бумаги на откидную крышку — тимпан, шарнирно связанный с талером. Лист приталкивался к специальным упорам и закреплялся относительно формы, размещенной на талере, с помощью игл и прижимных планок­рашкетов. После этого откидную крышку опускали и накладывали на нее упругий материал (войлок), выполняющий функцию декеля. Талер вручную переносился в зону печатного контакта, где пиан, перемещаемый вручную вниз, прижимал лист к форме. Полученный оттиск после подъема пиана и вывода талера снимался с формы и выкладывался на просушку.

Деревянный печатный станок не обладал достаточной прочностью, и для его усиления вся конструкция дополнительно крепилась к потолочным балкам. Приводом для него служила «человеческая сила». Однако винтовой механизм перемещения пиана не мог обеспечить необходимое давление, поэтому бумагу предварительно увлажняли, а оттиск с полной двухстраничной формы получали за два приема: сначала опускали пиан на одну ее половину, а затем форму смещали и получали оттиск со второй половины. Производительность первого печатного станка была чрезвычайно низкой: за час работы два человека могли сделать не более 15­30 оттисков форматом 30Ѕ40 см. По сути, И. Гутенберг явился основоположником издательского и типографского процесса получения тиражной печатной продукции (рис. 1).

Рис. 1. В средневековой типографии

Конструкция первого печатного станка оказалась настолько удачной, что просуществовала без принципиальных технических изменений около 350 лет. На подобном станке Гутенбергом была отпечатана на латыни 42­строчная библия, сверстанная в два столбца на 643 страницах, которая по настоящее время считается образцом высокохудожественной печати.

Изобретенный в 1440 году печатный станок осуществлял основную технологическую функцию — печатание. Энергетическая функция, то есть функция привода, выполнялась человеком за счет его мускульной энергии. Для того чтобы создать необходимое давление в зоне печатного контакта, нужно было приложить к винтовой передаче большие усилия. Однако уже тогда, несмотря на простоту ручных операций, в печатном станке Гутенберга были заложены основные конструктивные принципы будущего печатного аппарата, которые реализованы в современных печатных машинах.

Изобретение паровой машины позволило освободить человека от затрат мускульной энергии, переложив энергетическую функцию на паровой привод. Впервые в Лондоне демонстрируется стопцилиндровая двухнакладная плоскопечатная машина Фридриха Кенига, на которой в 1814 году печатается ежедневная газета The Times с производительностью до 1000 листов в час, приводом для которой служила паровая машина (рис. 2). В этом году исполняется 200 лет с момента пуска первой механизированной печатной машины.

Рис. 2. Первая стопцилиндровая механизированная плоскопечатная машина

Несколько позже, в середине 19­го века, появляются многонакладные ротационные печатные машины, отличающиеся большими габаритами (рис. 3). Они представляли собой громоздкие многоярусные сооружения с паровым приводом и многочисленной обслуживающей бригадой (12 и даже 20 человек), обеспечивающей подачу бумаги и приемку готовой продукции. Из­за больших габаритов многонакладные машины называли «мамонт­машинами» — они поражали публику огромными размерами и высокой для того времени производительностью, достигавшей 12 000 листов в час при ручном накладе.

В середине 19­го века появляется, вернее, изобретается электрический двигатель, который кардинально изменяет систему привода печатной машины. К этому моменту осуществляется выпуск промышленным способом круглых стереотипов (литых форм высокой печати), что повлекло за собой активное внедрение ротационных печатных аппаратов для листовых и рулонных печатных машин, приводимых электродвигателем.

Известно, что привод печатной машины предназначен для осуществления передачи движения от электродвигателя к исполнительным механизмам машины. Он должен обеспечивать равномерное вращение всех рабочих органов машины с заданной частотой, плавные разгон и замедление в обычном режиме работы и ускоренное замедление (торможение) в экстренных случаях.

Наиболее наглядно эволюция привода проявляется в развитии и совершенствовании рулонного печатного оборудования. В течение длительного периода времени существовал только один вариант механического привода рулонных печатных машин — с помощью главного вала. Эта система представляла собой горизонтально или вертикально расположенный главный вал, который получал вращательное движение от электродвигателя через клиноременную передачу. Главный вал является одновременно распределительным и синхронизирующим органом, передающим крутящий момент через системы зубчатых передач и валопроводов к цилиндрам печатных и красочных аппаратов, механизмам лентопроводящей системы и фальцаппарату. Особенность привода рулонной машины заключается в том, что его динамическая характеристика должна быть устойчивой во всем диапазоне рабочих скоростей печатной машины. На работу привода не должны оказывать влияние моменты прохождения нерабочих зон цилиндров печатного аппарата, циклическое взаимодействие рабочих органов фальцаппарата и других узлов машины.

Рис. 3. Многонакладная ротационная печатная машина

Однако со временем становится понятно, что механический привод с использованием главного вала несовершенен и попытки его использования в современных скоростных машинах не дают положительных результатов. Кроме того, за последние годы существенно изменился характер самой печатной продукции в плане страничности и красочности, что потребовало внесения изменений в схемы построения печатных машин и их привод. Стали вводиться в эксплуатацию рулонные машины башенного построения в виде комбинации вертикально расположенных печатных модулей, каждый из которых представлял собой компоновку нескольких печатных аппаратов. Для оперативного изменения объема и красочности печатной продукции возникала необходимость изменять направление вращения отдельных печатных аппаратов, что оказывало влияние на качество печати из­за изменения направления вращения печатных аппаратов и перераспределения зазоров в системе привода, что иногда приводило к негативным последствиям.

Попытки уйти от недостатков привода с главным валом и разработки привода без него, то есть многодвигательного привода, предпринимались еще в 60­х годах прошлого века. Однако в силу ряда технических причин положительные результаты тогда не были получены. За последние годы были достигнуты определенные успехи в области развития электронных систем управления асинхронными двигателями, что дало новый импульс разработке «безваловых» приводов на многодвигательной основе. Для привода исполнительных механизмов рулонной машины стали применяться индивидуальные электродвигатели, частота вращения которых синхронизируется «электрическими» или «электронными» валами, что изменило механику привода печатной машины. Такие типы привода получили название безваловых, автономных или многодвигательных приводов, подчиненных «виртуальному» или «электронному» валу.

В приводе рулонных машин используются разные типы электродвигателей — как силовые, так и вспомогательные, каждый из которых должен обеспечить соответствие скорости вращения приводимых узлов. Устанавливаемые для этой цели двигатели имеют высокую точность позиционирования — не менее чем 0,1° при разгоне и 0,01° в установившемся режиме, что обеспечивает высокую точность приводки. Благодаря наличию «электронного» вала с помощью комплекса аппаратно­программных средств появляется возможность в режиме реального времени с высокой заданной точностью обеспечивать синхронизацию угловых перемещений цилиндров печатных аппаратов, лентоведущих пар и узлов фальцаппарата.

Рис. 4. Расположение электродвигателей в рулонной машине секционного построения

В многодвигательных системах привода «бортовой» компьютер, выполняющий функции управления приводами узлов печатной машины, может быть также подключен к локальной сети полиграфического предприятия для решения задач статистического учета использования оборудования и контроля расхода материалов.

На рис. 4 показана принципиальная схема организации мультидвигательного привода рулонной печатной машины. Все основные узлы имеют индивидуальные двигатели, начиная от лентопитающего устройства 1, печатных секций 2, лентропроводящей системы 3 и фальцаппарата 4.

Существуют различные варианты применения безвалового привода. Возможен вариант, когда каждый цилиндр печатного аппарата снабжен индивидуальным электродвигателем: один двигатель — один цилиндр. На рис. 5а а показана схема привода цилиндров печатного модуля машины Cortina (КВА) в составе восьми электродвигателей и такого же количества — для привода дуктора красочного аппарата. Аналогичная схема привода применяется и в печатном модуле Comander СТ (рис. 5б). Схема привода печатного модуля газетной машины Commander планетарного построения содержит пять главных электродвигателей (рис. 5в) для привода через систему зубчатых передач всех девяти цилиндров.

Достижения в области электроники и компьютерных технологий, а также опыт применения индивидуальных асинхронных двигателей с частотным преобразователем в рулонных печатных машинах позволили также модернизировать систему привода листовых печатных машин.

Рис. 5. Варианты автономного привода печатных модулей рулонных печатных машин

К примеру, на машине Rapida 106 привод самонаклада отделен от общего привода машины. Поскольку традиционный самонаклад кинематически связан с приводом машины, то все пиковые нагрузки при работе его исполнительных механизмов влияют на взаимодействие расположенных рядом с ним механизмов первой печатной секции. Для снижения вибрации в самонакладе установлены индивидуальные двигатели для привода листоподающей головки самонаклада и транспортной системы накладного стола самонаклада. Это позволило существенно снизить влияние ударных нагрузок на основной привод печатной машины и повысить надежность ее работы.

Один из вариантов модернизации привода листовых машин представляет собой сочетание традиционного механического привода в виде высокоточных косозубых зубчатых колес, консольно расположенных на осях цилиндров, с системой индивидуальных приводов, размещаемых в каждой печатной секции. Это дает возможность параллельно, независимо от основного привода, проводить операции по ее обслуживанию. В этом случае формный цилиндр каждой печатной секции за счет введения в схему привода управляемых электромагнитных муфт может получать вращательное движение как от основного механического привода, так и от индивидуального электродвигателя. Программное обеспечение позволяет проводить в автоматическом режиме, согласно выбранному алгоритму работы, смену печатных форм (одновременно во всех секциях или выборочно в отдельных секциях); смывку только офсетных или всех цилиндров печатной секции; смывку или отключение красочных аппаратов; предварительный раскат краски и другие операции.

Применение в печатных машинах индивидуальных двигателей в сочетании с механическим приводом имеет существенные преимущества, поскольку позволяет снизить металлоемкость, расширить технологические возможности печатного оборудования за счет большей маневренности и гибкости ведения печатного процесса, а также значительно увеличить производительность путем сокращения времени на обслуживание. 

КомпьюАрт 5'2014