淺析平版膠印機(jī)濕潤裝置及其設(shè)計(jì)

（貴州省機(jī)電研究設(shè)計(jì)院，貴州 貴陽 550003）

平版膠印印刷是利用油、水不相容的原理和在版上圖文印刷部分親油斥水、空白部分親水斥油的原理進(jìn)行印刷的。因此，對(duì)于水的控制，達(dá)到水墨平衡是膠印技術(shù)的關(guān)鍵所在。版面水分過小，會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)點(diǎn)不清晰、糊版、臟版等現(xiàn)象；版面水分過大，則會(huì)造成印品網(wǎng)點(diǎn)發(fā)空、墨輥脫墨、層次模糊、質(zhì)感差、色彩無光澤、干燥慢、印品背面粘臟甚至造成紙張變形，影響套印，還可能使油墨乳化（臨界值20%~30%），影響傳遞等。由此可見，使印刷質(zhì)量達(dá)到最佳效果的前提下，把供水量控制在最小程度，使水墨達(dá)到平衡是平版印刷的技術(shù)關(guān)鍵。

1 平版膠印機(jī)濕潤部分的主要（典型）濕潤裝置

粗略地分，平版膠印機(jī)的主要濕潤裝置分為擺動(dòng)式給水裝置和連續(xù)式給水裝置。

1.1 擺動(dòng)式給水裝置

如圖1所示，出水輥1轉(zhuǎn)動(dòng)將水斗的水通過傳水輥2擺動(dòng)傳給竄水輥3，再通過竄水輥3傳給靠版水輥，最后把水均勻地布在印版上。此結(jié)構(gòu)為傳統(tǒng)式結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)簡單、濕潤液不需要冷卻、不要酒精添加劑、溫度影響很小等優(yōu)點(diǎn)，缺點(diǎn)是不適應(yīng)高速機(jī)、微量的水墨調(diào)整困難、對(duì)水的變化反應(yīng)遲鈍等。

圖1擺動(dòng)式給水裝置結(jié)構(gòu)

1.2 連續(xù)式給水裝置

連續(xù)式給水裝置有兩種，一種是隨著美國達(dá)格倫連續(xù)式給水裝置的發(fā)明，平版膠印的給水方式發(fā)生了革命性的變化，如圖2所示。水斗輥1由單獨(dú)的電機(jī)帶動(dòng)控制水量，再通過齒輪帶動(dòng)鍍鉻輥2（水斗輥1與鍍鉻輥2之間有速差）把水傳到第一根靠版墨輥上。達(dá)格倫濕潤裝置也有圖3所示的變型。其主要特點(diǎn)是：三根輥是基礎(chǔ)，靠版水輥3和第一根靠版墨輥共用一根。

圖2連續(xù)式給水裝置結(jié)構(gòu)

圖3連續(xù)式給水裝置結(jié)構(gòu)變型1

由于連續(xù)濕潤方式無沖擊，因此適合高速印刷。相對(duì)于擺動(dòng)式給水方式，水量的控制能力大幅度提高。其相對(duì)簡單的結(jié)構(gòu)型式，對(duì)輸水情況的變化反應(yīng)靈敏，預(yù)濕潤有利于印刷質(zhì)量的提高。但因?yàn)榧嬗玫谝桓堪嫠仯绊憴C(jī)器的著墨率，對(duì)滿版印刷不利，并且在印刷更加精細(xì)的印刷品時(shí)，水量控制能力略顯不足。

另一種是隨著進(jìn)一步的發(fā)展，出現(xiàn)了如圖4、圖5結(jié)構(gòu)型式，其主要特點(diǎn)為獨(dú)立一根靠版水輥3，增加一根過橋輥4，基礎(chǔ)為4根輥。由于過橋輥4可與墨路合上及脫開，因此相對(duì)于圖2、圖3更具有其控制優(yōu)勢(shì)，對(duì)水量的控制更加理想，更利于印刷更精細(xì)的印品。

圖4連續(xù)式給水裝置結(jié)構(gòu)變型2

圖5連續(xù)式給水裝置結(jié)構(gòu)變型3

2 現(xiàn)代潤版裝置的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代潤版裝置有許多因素必須加以考慮：水的硬度、溫度、表面張力、PH值、印版、油墨、紙張和橡皮布等等。濕潤方面的印刷難題，可以清楚地看到理想的濕潤系統(tǒng)必須滿足以下要求：

（1）能形成極薄而又均勻的潤濕膜；

（2）更快地達(dá)到水墨平衡并保持穩(wěn)定；

（3）容易調(diào)整且反應(yīng)靈敏；

（4）減少在開印時(shí)及滾筒離合壓時(shí)所產(chǎn)生的廢印張；

（5）適應(yīng)更優(yōu)異的印刷質(zhì)量；

（6）盡可能采用自動(dòng)控制過程；

（7）較少需要維護(hù)及保養(yǎng)。

隨著對(duì)印刷質(zhì)量的要求越來越高，各國膠印機(jī)制造廠商及配套廠商都對(duì)濕潤系統(tǒng)一直進(jìn)行著孜孜不倦的探索。從結(jié)構(gòu)上是朝著傳水路線短的方向發(fā)展，如圖5所示。從機(jī)械結(jié)構(gòu)上看，現(xiàn)在較理想的結(jié)構(gòu)包括以下特點(diǎn)：

（1）濕潤系統(tǒng)輥的剛性好；

（2）計(jì)量輥有調(diào)斜的功能，利用水膜控制；

（3）過橋輥4可與墨路分合，便于控制水量，且為竄動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)，減少印刷中出現(xiàn)的鬼影；

（4）在靠版水輥3上加一根勻水輥，有的結(jié)構(gòu)可竄動(dòng)，理論上更有利于印品質(zhì)量的提高；

（5）靠版水輥3可用單獨(dú)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)跟蹤機(jī)器速度，需要時(shí)可使表面線速度與版表面產(chǎn)生速差，松動(dòng)印版上的污點(diǎn)便于消除，提高印品質(zhì)量；

（6）專業(yè)化生產(chǎn)的特殊膠輥具有親水性好、阻尼小、彈性好、耐磨性好、抗老化性好、耐酸性好等優(yōu)點(diǎn)

3 平版膠印機(jī)濕潤系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)

對(duì)于濕潤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，關(guān)系到整個(gè)印刷機(jī)設(shè)計(jì)的成敗。現(xiàn)對(duì)某四開平板膠印機(jī)典型濕潤裝置進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的建模與分析，以闡明設(shè)計(jì)要點(diǎn)。

3.1 初定各輥直徑

根據(jù)機(jī)器的位置空間，按允許的最大直徑排列，初步定出各輥的直徑，靠版水輥（FR）為φ82mm，鍍鉻輥（CR）為φ65mm，計(jì)量輥（MR）為φ70mm。其結(jié)構(gòu)如圖6所示。

圖6平版膠印機(jī)濕潤系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3.2 撓度的計(jì)算

為簡化計(jì)算，所有的輥及其受力都簡化成如圖7所示的模型。圖中：L1為軸頭長度，單位mm；I1為軸頭截面的慣性矩，單位mm4；L2為軸體表面工作長度，單位mm；I2為其截面的慣性矩mm4，在L2范圍內(nèi)受均布載荷，其大小為P，求最大撓度。分別作出剪力和彎矩圖如圖7所示。

圖7模型簡化圖

當(dāng) 0≤X≤L1時(shí)，Q=PL2/2，M=PL2X/2

當(dāng)L1≤X≤（L1+L2）時(shí)

當(dāng)L1+L2≤X≤2L1+L2時(shí)

由于載荷作用左右對(duì)稱，變形也對(duì)稱，故只考慮左半部分變形即可。

I1部分彈性曲線方程為：

I2部分彈性曲線方程為：

由x1=0時(shí)，y1=0，代入公式（3），得

c2=0

由于構(gòu)件結(jié)構(gòu)與載荷均左右對(duì)稱，在中點(diǎn)有轉(zhuǎn)角為零，故有x2=(L1+L2/2)時(shí)，dy2/dx2=0，代入式（5），得

在I1與I2的連接處，有如下關(guān)系：

x1=L1，x2=L1時(shí)，

代入式（2）和（5），有

所以，

同樣，x1=L1，x2=L1時(shí)，y1=y2，代入式（3）和（6），有

所以，

很明顯，整個(gè)構(gòu)件的最大撓度在中點(diǎn)，即x2=L1+L2/2處。將x2=L1+L2/2代入式（6），有

其中，

式中，

d1為外徑，d2為內(nèi)徑，單位為mm.

鋼的彈性模量：E=2.0×105MPa

輥之間的壓力一般為1~1.5 MPa，計(jì)算時(shí)按P=1.8 MPa的載荷計(jì)算。

已知靠版水輥FR的L1=50 mm，L2=740 mm

兩端軸頭直徑d=25 mm，L2段為空心鋼管，D外=60 mm，D內(nèi)=38 mm，故有：

代入上面各公式，得：

所以，有

即靠版水輥的最大撓度為0.036，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.3 傳動(dòng)的計(jì)算

（1）靠版水輥的傳動(dòng)

已知機(jī)器的最高轉(zhuǎn)速為 15 000張/小時(shí)，即np=250 r/min，版滾筒直徑Dp為φ230.4 mm，版滾筒齒輪齒數(shù)為75，故有版滾筒表面線速度為：

靠版水輥FR的傳動(dòng)由版滾筒齒輪帶動(dòng)。理論上靠版水輥表面線速度等于版滾筒表面線速度，考慮到輥的磨損及版滾筒包襯的變化等原因，設(shè)計(jì)時(shí)可將靠版輥的表面線速度提高1%左右。

根據(jù)已知條件及墻板空間位置，圓整后定出各齒輪齒數(shù)，如圖8所示。經(jīng)驗(yàn)算得出：

靠版水輥的轉(zhuǎn)速為

其表面線速度為

即靠版水輥表面線速度比版滾筒表面線速度高1.1%，滿足要求。

圖8版滾筒齒輪參數(shù)

（2）出水輥的傳動(dòng)

計(jì)量輥MR的表面線速度一般不高于70m/min；

已知電機(jī)轉(zhuǎn)速為1 390 r/min；如圖8所示，根據(jù)要求及安裝位置，定出各齒輪齒數(shù)，經(jīng)驗(yàn)算得出：

計(jì)量輥的轉(zhuǎn)速

其表面線速度：

滿足要求。

（3）滿足計(jì)量輥MR與鍍鉻輥CR之間的齒輪中心距

計(jì)量輥與鍍鉻輥的中心距為

初選齒數(shù)時(shí)，計(jì)量輥MR的齒輪齒數(shù)為34，鍍鉻輥的齒輪齒數(shù)為 20，模數(shù) m=2.5。其中心距a’=2.5 ×（34+20）/2=67.5mm=a

考慮到輥之間的壓力調(diào)節(jié)及輥的磨損，可將影響速比較小的齒輪齒數(shù)減少一個(gè)（由34齒變?yōu)?3齒），相當(dāng)于加大齒輪中心距m/2=1.25 mm，以滿足要求。

（4）需基本滿足鍍鉻輥CR的表面線速度為靠版水輥FR表面線速度的45%~55%。

鍍鉻輥CR的轉(zhuǎn)速

其表面線速度

滿足要求。

通過以上計(jì)算，可以得出四開平版膠印機(jī)系列的比較理想的連續(xù)濕潤最基本最重要的技術(shù)設(shè)計(jì)方案。

4 結(jié)束語

本文對(duì)平板膠印機(jī)濕潤裝置傳動(dòng)系統(tǒng)核心部件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)的建模與分析，驗(yàn)證了濕潤系統(tǒng)輥的空間布局、輥的結(jié)構(gòu)剛性、輥的傳動(dòng)速率，滿足現(xiàn)代濕潤裝置系統(tǒng)輥的剛性好、運(yùn)行平穩(wěn)、易調(diào)整且反應(yīng)靈敏的要求，使平板膠印機(jī)濕潤系統(tǒng)能形成極薄而又均勻的潤濕膜，更快地達(dá)到水墨平衡并保持穩(wěn)定，減少在開印時(shí)及滾筒離合壓時(shí)所產(chǎn)生的廢印張，適應(yīng)更優(yōu)異的印刷質(zhì)量，使其紙張印刷質(zhì)量達(dá)到最佳狀態(tài)。