单张纸胶印机给纸机分离头运动分析与设计

0 引言
分离头作为给纸机的关键部件主要完成输纸过 程中的分纸、压纸、递纸三个动作。它由分纸吸嘴 机构、压脚机构和递纸吸嘴机构等部分组成。各 部分机构按节拍动作，通过递纸吸嘴将纸张交给
收稿日期：2009-11-04
高，对分离头驱动凸轮运动曲线设计的要求也越来 越高。在高速印刷机上如果凸轮运动曲线设计不合 理，驱动凸轮会由于激励产生跳变而导致从动件工 作端，即压脚、递纸吸嘴、分纸吸嘴的运动产生偏 差，继而导致纸张印刷定位不准等故障。因此随着 国内外给纸机技术的不断进步，分离头运动的稳定
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进一步调整。同时还需要不断优化驱动凸轮运动曲线， 找出更加稳定的凸轮运动曲线来确保分离头各机构运动 平稳，提高印刷质量。
βb α
m L1
Rb
n C D
组成，如图5所示。分纸凸轮m由电动机通过万向节带 动传动，它和压脚凸轮、递纸凸轮由同一个传动轴连 接。分纸凸轮m的转动带动摆杆AB摆动，从而带动杆 EC摆动，继而拨动导轨滑块CD沿滑道上下移动，与 吸风配合实现分纸。力封闭弹簧K使摆杆AB复位，保 证分纸吸嘴运动轨迹准确。
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0° 压脚 0°
360°
最低位 137°
摆上
摆下
最低位 292° 360°
图2 某高速给纸机分离头工作循环图 Fig.2 Work cycle diagram of a separator of a feeder
按分离头的工作原理，可以将分离头的工作过程 简单地分为以下几个运动阶段。 第1阶段：以挡纸板开始向前摆动为“0”点，此 时递纸吸嘴也开始向前移动，即两者同时进行； 第2阶段：压脚吹风刚开始的点为31°，停止吹 风为43°； 第3阶段：分纸吸嘴在132°开始向下移动准备 吸纸； 第4阶段：压脚压在纸刚刚向上抬的一点137°； 第5阶段：递纸吸嘴移动到最前点为172°，后退 到最后点为0°，但递纸吸嘴吸气停止提前42°。因为 取纸滚轮已在130°时取纸，它们两者必须同时进行； 第6阶段：分纸吸嘴降到最低点为188°，分纸吸嘴 开始吸风为188°，即分纸吸嘴降到最低点时才能吸纸； 第7阶段：分纸吸嘴在239°时将纸张吸到最高位 置，333°时停止吸风，也正好是递纸吸嘴刚刚退回到 最后位置吸住纸（332°），360°即0°时递纸吸嘴开 始向前递送与分纸吸嘴交接的纸张。
位移(mm) 凸轮转角(°) （a）压脚的速度曲线 位移(mm) 凸轮转角(°) (b) 压脚的加速度曲线 vyp(mm/s) ayp(mm/s2) 加速度(mm/s2) 凸轮转角(°) （c）递纸吸嘴的运动分析曲线 加速度(mm/s2) 速度(mm/s) axp(mm/s2) vxp(mm/s) 速度(mm/s)
万方数据
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修回日期：2009-11-16
中国印刷与包装研究
2009年第6期（第1卷）
130° 摆上 摆下 最低位 48° 87° 前递 最高位 132° 摆下
研究论文
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性也成为了竞相研究的课题。本文以某高速给纸机
解得出分析所要求的机构运动参数，即各机构的位 移、速度和加速度，结果如图6所示。
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2009年第6期（第1卷）
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为了仿真分离头真实的 运动规律，可以认为原始分 离头所采用的运动规律是非 常复杂的高阶次多项式，现 采用位移为五次多项式来模 拟分离头的运动规律。下面 以递纸吸嘴（如图3所示） 为例进行分析研究。 其中递纸吸嘴机构的 工作端，即吸嘴的运动分 析如下[4]。
实测分离头的工作循环图，根据边界条件，即初 始位移、速度和加速度、末端位移、速度和加速度 等，用闭环矢量法进行结构运动分析，即建立以时间 为变量的常微分方程描述的机构运动学模型，然后求
图4 某给纸机分离头压脚四杆机构简图 Fig.4 Sketch of presser foot four-bar linkage mechanism of a separator of a feeder
由于印刷机速度的提高，各给纸机生产厂家纷纷 采用不同机构来提高分离头的稳定性。比如，海德堡 CD-102、MABEG给纸机及高宝、三菱等公司的高档 机型均采用了共轭凸轮机构。即递纸吸嘴机构普遍采 用共轭凸轮机构来取代传统的偏心机构，解决了递纸 吸嘴与分纸吸嘴之间相互交接时间过少的问题，同时 也利用共轭凸轮结构的几何封闭来替代弹簧力封闭， 消除了因弹簧力封闭而引起的运转动力矩不平衡和弹 簧自身振动而造成的机构动力性能的下降，适应高速 给纸机的需求。 本文以某高速给纸机分离头（如图1所示 ）为研 究对象进行运动分析。图2为某给纸机的工作循环图， 该图由压脚、递纸吸嘴、分纸吸嘴三个工作循环图组 成（时序图以挡纸板向下摆动为“0”点）。
图3 某给纸机分离头递纸吸嘴机构原理图 Fig.3 Mechanism theory setch of forward sucker mechanism of a separator of a feeder
L
L1 A B θ2 K1 m 0 C L3 D K2 L2
θ1 θ3 e
3 分离头运动规律数学模型建立
递纸吸嘴
分纸吸嘴
压脚
对这3套机构来说，关键是它们各个交接状态的稳 定性。交接的稳定性既与交接时间的长短有关，又与气 量的大小有关，某种意义上说时间与气量的乘积应该是 一个常数。所以当出现输纸不稳定时，加大气量则会提 高输纸的稳定性。目前最先进的分离头在交接的过渡段 采用气量逐渐减小和增加交接时间等方法来提高交接的 稳定性。但由于增加了交接时间，可能导致机构往复运 动的加速度也相应增大，这也是用共轭凸轮机构取代弹 簧力封闭机构的一个关键原因。另外，随着机器速度进 一步提高，工作循环图的各个阶段分配时间还可能需要
当α ＞β b时 ，s = L × ( s i n (α -β b) - s i n (α -β b -β ))；（文中α ＞β b） 当α ≤β b时 ，s =L ×(sin(β -(α -β b ))+sin (α -β b))； 如 图 3 所 示 ，β b 为 从 动件起始位置与机架之间 的夹角，s 为吸嘴位移，β 为摆杆角位移，L 为工作摆 杆长。
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单张纸胶印机给纸机分离头 运动分析与设计
任 慧，蔡吉飞 （北京印刷学院 信息与机电工程学院，北京 102600） 摘要 给纸机分离头作为单张纸印刷机相对独立而又必不可少的重要部件，其结构性能直接关系到印刷机的速度
m K
2 分离头各部分机构简图及各部分的 作用
下面以某分离头为研究对象进行分析，图3、图4、 图5分别为分离头各部分，即递纸吸嘴机构、压脚机构 和分纸吸嘴机构的机构简图。 递纸吸嘴机构由共轭凸轮机构、导轨滑块机构组 成，如图3所示。共轭凸轮m由电动机通过万向节带动 传动，与压脚凸轮由同一个传动轴连接。共轭凸轮m 的转动带动主摆杆L1和副摆杆L2摆动，从而带动导轨 滑块n沿导轨CD滑动。两对递纸吸嘴安装在可沿两侧 导轨前后滑动的支架上，由共轭凸轮m控制的摆杆直
挡纸板
分离头为例，对其进行运动分析，设计出更为稳定 的凸轮运动曲线，确保从动件工作端的运动平稳， 以利于提高印刷质量。
最高位 360°
0° 递纸吸嘴 0° 分纸吸嘴
172° 189° 后退 239°最高位 摆上 188° 196° 196° 231° 最高位
最后位 332° 360°
1 工作原理及运动过程
凸轮转角(°) （d）分纸吸嘴的运动分析曲线
图6 某高速给纸机分离头各部分的运动分析 Fig.6 Motion Analysis of the parts of a separator of feeder
图1 某给纸机的分离头机构原理图 Fig.1 Mechanism theory sketch of a separator of a feeder
分离头凸轮轴匀速转动，该轴上装有的3个凸轮 （即控制压脚凸轮、递纸吸嘴共轭凸轮、分纸吸嘴凸 轮）具有严格的对应关系，其周期性地分离纸张，保 证纸张输送准确无误。共轭凸轮控制递纸吸嘴沿导轨 前后移动，运动轨迹为水平直线。压脚由压脚凸轮和 四杆机构控制，压脚即四杆机构连杆的延长线。分纸 吸嘴由凸轮驱动，沿导轨上下作直线运动 。 万方数据
Motion Analysis and Design of the Separator of a Sheet-fed Offset Press Feeder
REN Hui, CAI Jifei ( School of Information & Mechanical Engineering, Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102600, China ) Abstract Separator of a feeder as a relatively independent part of the press is an essential and important component, and its structural performance is directly related to the printing speed and performance. In order to improve the stability of the machine, this paper took a high-speed machine for example, and mapped the working cycle map of the separator by testing, analysed the movement of the separator process, got the motion law of the cam follower lever of the separator with closed loop vector method, which obtained the theory and real Profile. Key words Feeder; Separator; Cam mechanism; Motion analysis 送纸辊，完成纸张的分离 [1] 。随着印刷机速度的提