淺析平版膠印機濕潤裝置及其設計

（貴州省機電研究設計院，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行印刷的。因此，對于水的控制，達到水墨平衡是膠印技術的關鍵所在。版面水分過小，會出現(xiàn)網(wǎng)點不清晰、糊版、臟版等現(xiàn)象；版面水分過大，則會造成印品網(wǎng)點發(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)量達到最佳效果的前提下，把供水量控制在最小程度，使水墨達到平衡是平版印刷的技術關鍵。

1 平版膠印機濕潤部分的主要（典型）濕潤裝置

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

1.1 擺動式給水裝置

如圖1所示，出水輥1轉動將水斗的水通過傳水輥2擺動傳給竄水輥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。此結構為傳統(tǒng)式結構，具有結構簡單、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，缺點是不適應高速機、微量的水墨調(diào)整困難、對水的變化反應遲鈍等。

圖1擺動式給水裝置結構

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由單獨的電機帶動控制水量，再通過齒輪帶動鍍鉻輥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。達格倫濕潤裝置也有圖3所示的變型。其主要特點是：三根輥是基礎，靠版水輥3和第一根靠版墨輥共用一根。

圖2連續(xù)式給水裝置結構

圖3連續(xù)式給水裝置結構變型1

由于連續(xù)濕潤方式無沖擊，因此適合高速印刷。相對于擺動式給水方式，水量的控制能力大幅度提高。其相對簡單的結構型式，對輸水情況的變化反應靈敏，預濕潤有利于印刷質(zhì)量的提高。但因為兼用第一根靠版水輥，影響機器的著墨率，對滿版印刷不利，并且在印刷更加精細的印刷品時，水量控制能力略顯不足。

另一種是隨著進一步的發(fā)展，出現(xiàn)了如圖4、圖5結構型式，其主要特點為獨立一根靠版水輥3，增加一根過橋輥4，基礎為4根輥。由于過橋輥4可與墨路合上及脫開，因此相對于圖2、圖3更具有其控制優(yōu)勢，對水量的控制更加理想，更利于印刷更精細的印品。

圖4連續(xù)式給水裝置結構變型2

圖5連續(xù)式給水裝置結構變型3

2 現(xiàn)代潤版裝置的發(fā)展趨勢

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）更快地達到水墨平衡并保持穩(wěn)定；

（3）容易調(diào)整且反應靈敏；

（4）減少在開印時及滾筒離合壓時所產(chǎn)生的廢印張；

（5）適應更優(yōu)異的印刷質(zhì)量；

（6）盡可能采用自動控制過程；

（7）較少需要維護及保養(yǎng)。

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

（1）濕潤系統(tǒng)輥的剛性好；

（2）計量輥有調(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，且為竄動轉動，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，有的結構可竄動，理論上更有利于印品質(zhì)量的提高；

（5）靠版水輥3可用單獨的電機驅動跟蹤機器速度，需要時可使表面線速度與版表面產(chǎn)生速差，松動印版上的污點便于消除，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

3 平版膠印機濕潤系統(tǒng)的技術設計

對于濕潤系統(tǒng)的設計，關系到整個印刷機設計的成敗。現(xiàn)對某四開平板膠印機典型濕潤裝置進行動力學的建模與分析，以闡明設計要點。

3.1 初定各輥直徑

根據(jù)機器的位置空間，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，計量輥（MR）為φ70mm。其結構如圖6所示。

圖6平版膠印機濕潤系統(tǒng)結構

3.2 撓度的計算

為簡化計算，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 0≤X≤L1時，Q=PL2/2，M=PL2X/2

當L1≤X≤（L1+L2）時

當L1+L2≤X≤2L1+L2時

由于載荷作用左右對稱，變形也對稱，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，y1=0，代入公式（3），得

c2=0

由于構件結構與載荷均左右對稱，在中點有轉角為零，故有x2=(L1+L2/2)時，dy2/dx2=0，代入式（5），得

在I1與I2的連接處，有如下關系：

x1=L1，x2=L1時，

代入式（2）和（5），有

所以，

同樣，x1=L1，x2=L1時，y1=y2，代入式（3）和（6），有

所以，

很明顯，整個構件的最大撓度在中點，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，計算時按P=1.8 MPa的載荷計算。

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，滿足設計要求。

3.3 傳動的計算

（1）靠版水輥的傳動

已知機器的最高轉速為 15 000張/小時，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的傳動由版滾筒齒輪帶動。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，設計時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)驗算得出：

靠版水輥的轉速為

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

計量輥MR的表面線速度一般不高于70m/min；

已知電機轉速為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)驗算得出：

計量輥的轉速

其表面線速度：

滿足要求。

（3）滿足計量輥MR與鍍鉻輥CR之間的齒輪中心距

計量輥與鍍鉻輥的中心距為

初選齒數(shù)時，計量輥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（由34齒變?yōu)?3齒），相當于加大齒輪中心距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的轉速

其表面線速度

滿足要求。

通過以上計算，可以得出四開平版膠印機系列的比較理想的連續(xù)濕潤最基本最重要的技術設計方案。

4 結束語

本文對平板膠印機濕潤裝置傳動系統(tǒng)核心部件進行動力學的建模與分析，驗證了濕潤系統(tǒng)輥的空間布局、輥的結構剛性、輥的傳動速率，滿足現(xiàn)代濕潤裝置系統(tǒng)輥的剛性好、運行平穩(wěn)、易調(diào)整且反應靈敏的要求，使平板膠印機濕潤系統(tǒng)能形成極薄而又均勻的潤濕膜，更快地達到水墨平衡并保持穩(wěn)定，減少在開印時及滾筒離合壓時所產(chǎn)生的廢印張，適應更優(yōu)異的印刷質(zhì)量，使其紙張印刷質(zhì)量達到最佳狀態(tài)。