CN101734007A - 一种消减高速自动模切烫印机惯性负载冲击激励的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种消减高速自动模切烫印机惯性负载冲击激励的装置。其主要特点是：在间歇运动机构(3)的输出轴(14)上安装一个由连杆机构、弹性储能单元、调压装置和阻尼装置组成的消减惯性负载减速段动能的装置。在惯性负载的减速阶段，连杆机构和弹性储能单元将惯性负载的动能转化为弹性势能；在加速阶段，连杆机构将弹性元件的弹性势能转换为惯性负载的驱动力矩；在停歇运动阶段，弹性储能单元的弹性力将间歇运动机构的间隙消除。由此，本发明能够实现减振、节能、提高定位精度的目标。
Description
技术领域
本发明属于印刷设备技术领域，是一种消减高速自动模切烫印机惯性负载冲击激励的装置。
背景技术
根据自动模切烫印机械的工艺要求，模切烫印纸张在输送线应该具有运动-停歇的运动模式。运动模式用于将纸张输送到特定的模切烫印位置，停歇模式用于模切和烫印工序。运动-停歇运动模式是模切烫印机械的主要运动模式。停歇模式下纸张的定位精度将影响模切烫印质量。CN1322626，CN1504327A，CN1646317A专利从提高纸张定位精度的角度，给出了不同的纸张定位装置。纸张的定位，不仅与定位装置有关，而且与纸张的运动加速度、输纸装置的振动有关，定位前纸张的加速度值越大，则其定位精度越低；输纸装置的振动幅值越大，其纸张的定位精度越低。
模切烫印机械的运动-停歇运动模式主要由间歇运动机构，如盘型分度凸轮、弧面分度凸轮、圆柱分度凸轮等提供。该类间歇运动机构输出轴的位置是由从动件滚子与主动件的双侧接触面来确定的。由于从动件滚子和主动件的双侧接触面之间存在间隙，根据非线性系统振动理论，该含间隙的非线性系统在高速工作状态将产生复杂的振动响应。由此，间歇运动机构的非线性振动响应制约了含该装置的自动化机械向高速化的发展。如在全自动模切烫印机械中，由盘型分度凸轮机构拖动的输纸装置，在达到5000张/小时的输纸速度时，分度机构和输纸链排所产生的噪声就超过85分贝，严重影响了模切烫印的质量。
作为模切烫印机械，其主传动可以简化为间歇运动机构拖动惯性负载的运动形式。惯性负载包括传动链条、牙排、链轮等。当间歇运动机构的输出轴拖动惯性负载进入启动状态时，间歇运动机构的主动件需要提供很大的扭矩来克服惯性载荷，负载越大，系统工作速度越高，需要主动件提供的扭矩就越大，驱动电机能耗就越大；而在输出轴减速工作区，惯性负载对驱动电机反向做功，并对由间歇运动机构和牙排链条组成的含间隙超多维自由度的非线性振动系统产生冲击激励，导致系统产生强烈的残余振动。系统工作速度越高，这种残余振动的幅值就越大，系统的非线性响应就越强烈。由此可见，在含高速间歇运动机构的自动模切烫印机械中，惯性负载的频繁启动、停止，对模切烫印机械的主传动系统产生强烈的振动冲击，从而降低了纸张的定位精度。同时，由于减速段惯性负载对驱动电机反向做功，以及启动阶段能耗大等原因，造成系统的能耗较高。CN1322626，CN1504327A，CN1646317A等专利能够解决提高低速静态的纸张定位精度的问题，而对于解决高速动态下纸张的定位问题则作用有限。
发明内容
本发明的目的在于提出一种消减高速自动模切烫印机惯性负载冲击激励的装置，通过消减高速间歇运动机构惯性负载减速段的动能并在加速段释放，达到减振、节能与提高定位精度的目的。
实现本发明的目的所采用的技术路线是：在高速自动模切烫印机主驱动间歇运动机构的输出轴上加装一个消减惯性负载减速段动能的装置，使减速段的惯性负载在加速段末期基本消减为零。本发明的主要特点是：在间歇运动机构输出轴上加装一个基于连杆机构、弹性储能单元、调压装置和阻尼装置组成的惯性负载减速段动能消减装置。连杆机构的回转轴(曲柄)通过扩张套与间歇运动机构输出轴固连，随同输出轴一同转动，连杆机构的另一端与带有调压装置的弹性储能单元连接，阻尼装置与弹性储能单元的活塞腔连接，以调整本发明装置的动力学响应特性。当间歇运动机构输出轴及其拖动的惯性负载处于由最高速度运动状态到减速运动至停歇的过程中，连杆机构将惯性负载的动能转化为弹性储能单元的势能加以储存，进而消减惯性负载的动能，减少对由间歇运动机构和牙排链条组成的含间隙超多维自由度非线性振动系统的激励；当间歇运动机构输出轴及其拖动的惯性负载处于由静止停歇状态到加速运动状态的过程中，储存于弹性储能元件的势能以驱动力(矩)的方式，经由连杆机构传递到间歇运动机构的输出轴上，参与对惯性负载启动的驱动，从而降低惯性负载启动过程系统所施加的驱动力矩，降低系统的能耗；在输出轴位于停歇位置时，由连杆机构传递的来源于弹性储能元件的弹性力将间歇运动机构的从动件滚子与主动件的间隙消除，提高了定位精度。
进一步，所述的连杆机构为由曲柄、连杆、滑块(活塞)、导轨(活塞缸)组成。曲柄的一端与间歇运动机构的输出轴固连，另一端与连杆枢动连接。滑块为复合结构，其内滑块的一端与连杆枢动连接，另一端在外滑块中移动，且在内外滑块之间沿相对移动方向装有软弹簧；外滑块在导轨(或活塞缸)中移动，并沿相对移动方向装有硬弹簧，或气囊-液压油储能单元。当软弹簧的刚度趋近无穷大或硬弹簧为非线性弹簧时，由内滑块和外滑块组成的复合滑块可以成为一体构件。
所述的连杆机构，当连杆长度为零时，曲柄与内滑块枢动连接，导轨(活塞缸)与复合滑块的外滑块以移动副连接并与机架枢动连接。当内滑块运动的曲率半径由无穷大(移动)变为有限曲率半径时，内滑块退化为与机架枢动连接的摆动构件，相应地，连杆机构转化为其摆动构件与弹性储能单元、调压装置和阻尼装置相连，其回转曲柄与间歇运动机构输出轴固连的四连杆机构。特别是，如果该四连杆机构与其它杆组组合，则本发明的连杆机构转变为：含有做回转运动的、与间歇运动机构输出轴固连的曲柄，与弹性储能单元、调压装置和阻尼装置相连的构件等组成的多连杆机构。
所述的弹性储能单元由外滑块、弹性储能装置、调压装置组成。弹性储能装置(弹簧或气囊-液压油储能单元)一侧与调压装置连接，另一侧与外活塞底面接触。
本发明提供了一种消减高速自动模切烫印机惯性负载冲击激励的装置。通过消减高速间歇运动机构惯性负载减速段的动能，降低了使高速间歇运动机构产生残余振动的速度和惯性力激励，从而达到降低整体系统振动噪声的目的。本发明的结构简单，且采用了可调弹性储能单元和阻尼单元，因而，对于高速自动模切烫印机的减振、节能，都能够达到满意的效果。由于振动的消减和停歇位置间隙的消除，本发明可以使自动模切烫印机在高速工作时，获得很高的定位精度。
附图说明
图1是自动模切烫印机的工作原理。
图2是间歇运动机构的工作过程。
图3是本发明装置的典型结构与实施减振、节能的原理。
图4是本发明的另一种结构形式。
图5是用于本发明的气囊-液压油储能单元。
图1a所示，纸张(5)经送纸装置(6)被输送带上的牙排(7)捕捉，带动其运动到模切烫印位置；此后输送线停止运动，下托板(9)和上压板(10)对纸张进行模切烫印；模切烫印结束后，将模切烫印的纸张经整理清费装置(11)后放置在存纸装置(12)中。间歇运动机构(3)的功能是将由电机(1)及其减速装置(2)传递到其输入轴(8)上的连续运动，转变为输出轴(14)的间歇运动。输出轴(14)的间歇运动通过链轮或同步轮(4)转换为封闭链条(13)或同步齿形带的间歇移动。链条(13)拖动输送线上的惯性负载(7)实现间歇的运动-停歇，以适应印后处理机械的瞬时停歇模切、烫印等工艺动作要求。
图2为典型的间歇运动机构(3)之主动件(15)与从动件(16)之间的啮合情况。图2a为从动件(16)处于由静止到运动的启动位置，图2b为加速运动段的啮合情况，此时啮合边(图中黑线曲线)在推动从动件(16)运动的一侧。图2c为从动件(16)到达速度最高点的位置，越过该位置，如图2d所示，间歇运动机构使从动件(16)做减速运动，但是，此时惯性负载通过链条和链轮作用在输出轴(14)上，反向驱动主动件(15)继续以高速运动，啮合边在从动件(16)推动主动件(15)的一侧(图中黑线曲线)，惯性负载对驱动电机反向做功。到达图2e所示的位置，从动件(16)停歇，主动件(15)继续运动。
具体实施方式
如图3所示为实施本发明的典型结构。本发明的具体实施是通过在间歇运动机构(3)的输出轴(14)上安装一个消减惯性负载减速段动能的装置，将其转化为惯性负载启动段的驱动力(矩)，实现减振、节能，提高定位精度的目的。消减惯性负载减速段动能的装置是由与间歇运动机构输出轴(14)固连的连杆机构及弹性储能单元、调压装置(21)和阻尼装置(25)构成的。用扩张套(27)将连杆机构中的曲柄(17)与间歇运动机构的输出轴(14)固连，不允许曲柄(17)相对输出轴(14)产生转动。连杆(18)一端与曲柄(17)枢动连接，另一端与复合滑块的内滑块(26)枢动连接，内滑块(26)的另一端在外滑块(24)内滑动，且沿滑动方向两者之间作用有软弹簧(23)。外滑块(24)在导轨或活塞缸(19)内移动，一端与硬弹簧(22)接触。导轨或活塞缸(19)内安装硬弹簧(22)的一端连接有调压装置(21)，另一端设有外滑块(24)的限位及阻尼装置(25)。
当连杆(18)的长度为零时，此时曲柄(17)与内滑块(26)枢动连接，导轨或活塞缸(19)与复合滑块的外滑块(24)以移动副连接并与机架(20)枢动连接，如图4所示。当内滑块(26)运动的曲率半径由无穷大(移动)变为有限曲率半径时，内滑块(26)退化为与机架(20)枢动连接的摆动构件(未给出图示)，此时连杆机构转化为其摆动构件与弹性储能单元、调压装置和阻尼装置相连，其回转曲柄与间歇运动机构输出轴固连的四连杆机构。特别是，如果该四连杆机构与其它杆组组合，则本发明的连杆机构转变为：由与间歇运动机构输出轴固连的曲柄，与弹性储能单元、调压装置和阻尼装置相连的构件以及其它杆组组成的连杆机构。
下面结合图3阐述本发明实施消减惯性负载减速段动能，实现节能、减振、提高定位精度的机理。
如图3a所示，当曲柄(17)位于惯性负载最大运动速度位置C时，由惯性负载动能产生的惯性驱动力矩，通过链轮(4)驱动间歇运动机构的输出轴(14)，并经由扩张套将其传递到曲柄(17)上，该惯性载荷驱动力矩通过连杆(18)作用在内滑块(26)上，导致软弹簧(23)压缩，而外滑块(24)处于限位块限定的位置，硬弹簧(22)不被压缩；当曲柄(17)在惯性载荷的驱动作用下运动到E点位置时，图3b所示，软弹簧(23)处于极限压缩位置，此时，内滑块(26)和处于极限压缩位置的软弹簧(23)托动外滑块(24)开始运动，使硬弹簧(22)开始压缩。当曲柄(17)转动到D点位置时，图3c所示，硬弹簧(22)受到最大限度地压缩，由惯性负载转化而来的弹性势能达到最高值。由于惯性负载减速段的动能被部分地转化为弹性势能，由此消减了惯性负载对间歇运动机构的振动激励，使系统的振动响应降低。
特别是，在惯性负载减速段，其间歇运动机构主动件(15)与从动件(16)的啮合面在从动件(16)驱动主动件(15)如图2d所示的接触面上，而当曲柄由D点转动到A点(对应惯性负载的停歇位置)时，来源于弹性储能单元(22)的弹性力经过连杆机构作用在曲柄(17)上，通过输出轴(14)将从动件(16)的滚子坚实地压在与主动件(15)的接触面上，从而有效地消除了间歇运动机构中的接触间隙，提高了从动件停歇时的定位精度。
当间歇运动机构的主动件(15)允许或拖动从动件(16)运动时，此时，由连杆机构传递的硬弹簧(22)的弹性力通过曲柄(17)以驱动力矩的方式参与对惯性负载启动的驱动，进而降低了对惯性负载启动节段驱动力矩的需求，实现了整体系统的节能。
图5所示的气囊-液压油储能单元是由液压缸(28)、活塞(24)、高压气囊(29)和调压装置(21)组成。调压装置(21)和阻尼装置(25)是作为调整本发明装置的高速动力学特性，提高整体系统的减振、节能效果而设置的。
虽然本说明书对本发明的最佳装置进行了介绍和描述，在不违背本发明精神的前提下，熟知这方面技术的人们可以进行多方面改进、改型，例如可以将本发明应用于其它类型的自动化机械系统的减振、节能、运动精度提高等。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种消减高速自动模切烫印机惯性负载冲击激励的装置，其特征在于：在高速自动模切烫印机主驱动间歇运动机构的输出轴上加装一个消减惯性负载减速段动能的装置，将减速段惯性负载的动能转化为弹性势能，并以驱动力(矩)的方式参与对惯性负载启动的驱动。
2.按照权利要求1所述，消减惯性负载减速段动能的装置由连杆机构、弹性储能单元、调压装置和阻尼装置组成。连杆机构将减速段惯性负载的动能转换为弹性储能单元的弹性势能，或将弹性储能单元的弹性势能转换为惯性负载启动阶段的驱动力矩。调压装置(21)和阻尼装置(25)调节本发明装置的高速动力学特性。
3.按照权利要求2所述，连杆机构为由曲柄、连杆、滑块(活塞)、导轨(活塞缸)组成。曲柄(17)的一端与间歇运动机构输出轴(14)固连，另一端与连杆(18)枢动连接。滑块为复合结构，其内滑块(26)的一端与连杆(18)枢动连接，另一端在外滑块(24)中移动，且在内外滑块之间沿相对移动方向装有软弹簧(23)；外滑块(24)在导轨(或活塞缸)(19)中移动，并沿相对移动方向装有硬弹簧(22)，或气囊-液压油储能单元。
4.按照权利要求3所述的连杆机构，当连杆(18)的长度为零时，此时曲柄(17)与内滑块(26)枢动连接，导轨(活塞缸)(19)与复合滑块的外滑块(24)以移动副连接并与机架(20)枢动连接。
5.按照权利要求3所述的连杆机构，当内滑块(26)运动的曲率半径由无穷大(移动)变为有限曲率半径时，内滑块(26)退化为与机架(20)枢动连接的摆动构件，该摆动构件与弹性储能单元、调压装置和阻尼装置相连。
6.按照权利要求3所述的连杆机构，当软弹簧(23)的刚度趋近无穷大时，或硬弹簧(22)为非线性弹簧，由内滑块(26)和外滑块(24)组成的复合滑块可以成为一体构件。
7.按照权利要求5所述的连杆机构与其它杆组组合，则连杆机构为：由与间歇运动机构输出轴固连的曲柄，与弹性储能单元、调压装置和阻尼装置相连的构件及其它杆组组成的多连杆机构。
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|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20100616 |