Эксперимент по определению области неполного перемешивания краски в красочном ящике офсетной машины

УДК 655. 227

Ю. Д. ТОЩАКОВА

Омский государственный технический университет

ЭКСПЕРИМЕНТ ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОБЛАСТИ НЕПОЛНОГО ПЕРЕМЕШИВАНИЯ КРАСКИ В КРАСОЧНОМ ЯЩИКЕ ОФСЕТНОЙ МАШИНЫ

Проведен натурный эксперимент по определению квазитвердого тела, которое образуется в красочном ящике офсетной машины вследствие тиксотроп-ности печатной краски. В основу эксперимента положено измерение температуры в красочном ящике. Определена зона течения краски с областью, вращающейся, как квазитвердое тело.

Ключевые слова: квазитвердое тело, красочный ящик, перемешивание краски, печатная краска.

Обоснование эксперимента. Качество оттиска при печати офсетным способом во многом зависит от работы красочного аппарата. Одним из условий получения стабильной печати является стабильная подача краски питающей группой красочного аппарата.

Перемешивание краски в ящике технологически необходимо [1]. Для того чтобы дукторный цилиндр выводил из ящика краску, она должна прилипать к его поверхности и силами вязкого трения постоянно перемешиваться в ящике. Нарушение перемешивания краски приводит к неравномерному поступлению ее в раскатную группу [2, 3].

Печатная краска обладает тиксотропией, то есть в состоянии покоя в ней образуется внутренняя структура, обладающая механической прочностью, для разрушения которой требуется некоторое механическое напряжение, называемое предельным напряжением сдвига [4, 5].

Рассматривая движение краски в плоскости, перпендикулярной оси дукторного цилиндра (рис. 1), можно увидеть, что часть краски образует циркуляционное течение. В области течения краски, где скорость близка к нулю (поз. 4 рис. 1), часть краски может вращаться без смещения соседних слоев, а касательные напряжения вокруг оси вращения меньше предельного напряжения сдвига. Можно предположить, что в этой области образуется внутренняя структура, обладающая механической прочностью. При этом часть краски вращается без перемешивания, как твердое тело. Эту область течения называют квазитвердым телом [6, 7]. В результате не вся краска участвует в перемешивании, что негативно сказывается на стабильности подачи краски питающей группой в раскатную группу красочного аппарата.

Негативное влияние неполного перемешивания заключается в следующем. При перемешивании краски, которое происходит за счет сил вязкого трения, происходит выделение тепла. Наиболее эффективна в данном случае конвективная передача тепла, то есть за счет перемешивания краски. Но, поскольку квазитвердое тело вращается без

перемешивания, эффективность передачи тепла снижается. В результате тепло хуже отводится от зоны интенсивного перемешивания, которая расположена в области, прилегающей к дукторному цилиндру. Это приводит к повышению температуры и снижению вязкости краски. Повышение температуры и образование квазитвердого тела требуют некоторого времени, в течение которого подача краски в раскатную группу нестабильна [8].

Ранее был проведен вычислительный эксперимент [9], который подтвердил высказанное предположение. При вращении дукторного цилиндра в краске образуется область, в которой сдвиговые напряжения меньше предельного напряжения сдвига. Проведенные вычисления позволили определить геометрические параметры квазитвердого тела, такие как его диаметр, координаты центра вращения, а также зависимость диаметра и координат центра вращения от вязкости и объема краски. В частности, было обнаружено, что диаметр квазитвердого тела зависит незначительно от объема краски (не более 20 %).

Это позволяет сделать вывод о том, что квазитвердое тело негативно влияет на стабильность подачи краски не только на стадии установления режима печати, но и в ее процессе, так как объем краски в красочном ящике меняется непрерывно во время работы машины.

Описание эксперимента. В данной работе была предпринята попытка определения наличия квазитвердого тела в красочном ящике печатной машины. Наиболее наглядным способом этого является измерение скорости движения краски и построение поля скоростей области течения. Однако из-за малых размеров области течения, малых скоростей и высокой вязкости измеряемой жидкости в настоящее время это является сложной инженерной задачей. В связи с этим нами был проведен натурный эксперимент, который опосредованно мог бы доказать наличие квазитвердого тела. В качестве замеряемой величины использовали температуру краски в красочном ящике. При вращении дук-торного цилиндра происходит нагревание краски

Рис. 1. Течение краски в красочном ящике в плоскости, перпендикулярной оси вращения дукторного цилиндра: 1 — дукторный цилиндр; 2 — ракель; 3 — краска; 4 — квазитвердое тело

Рис. 2. Красочный аппарат печатной машины Gгonhi 1800 У& 1 — дукторный цилиндр; 2 — ракель

90 мм

Рис. 4. Схема детали для ограничения количества краски в красочном аппарате

№

Рис. 5. Схема экспериментальной установки: 1 — боковая стенка; 2 — дукторный цилиндр; 3 — датчик; 4 — ракель

Р

(51W

0

ОИТП-11

Рис. 3. Внешний вид ИТП-11; внешний вид хром-алюминиевой термопары

за счет сил вязкого трения. Температура повышается в области, прилегающей к дукторному цилиндру, и уменьшается в остальной части краски. Поскольку квазитвердое тело вращается без перемешивания, то его нагрев осуществляется от периферии к центру до некоторой, равновесной для данного течения, температуры. Далее температура стабилизируется и в каждом сечении, перпендикулярном оси квазитвердого тела, температура распределена равномерно.

Натурный эксперимент проводился в красочном аппарате печатной машины Gronhi 1800 YK (рис. 2).

Для изменения температуры краски в красочном ящике использовали измеритель температуры ИТП-11 (Россия), который позволяет сохранять результаты измерений во внутренней энергонезависимой памяти и передавать их для дальнейшей обработки в ЭВМ (рис. 3).

Прибор работает с термопарами по ГОСТ Р 8.585-2001.

Исходя из геометрических размеров красочного аппарата были выполнены две боковые стенки, которые, в целях экономии, ограничивали длину красочного ящика. Материал стенки был выбран исходя из его минимальной теплопроводности. Для этого использовали пенополистирол толщиной 20 мм. В стенке выполнили отверстия, через которые в краску поочередно вводили термодатчик. Отверстия располагали с шагом 1 мм. Схема боковой стенки представлена на рис. 4.

Схема экспериментальной установки показана на рис. 5.

Заполнение красочного ящика составляло 70 % (в соответствии с одним из вариантов расчета при проведении вычислительного эксперимента). Вес краски составлял 116 г.

Далее включали машину, проводили измерение температуры. Для более быстрого выхода на режим измерения проводили при скорости вращения дук-торного цилиндра 4 об/с. Опыт заканчивали, когда температура достигала постоянного значения. Датчик температуры устанавливали на оси квазитвердого тела, расположение которого определяли по результатам вычислительного эксперимента. Каждое измерение проводили после остывания краски до комнатной температуры (18 0С). Для измерения использовались наиболее употребимые краски: металлизированную краску фирмы Skyey Lion Silver, триадную голубую фирмы Quickson, смесе-вую красную фирмы PANTON 208.

3

Рис. 6. График изменения температуры металлизированной краски в красочном ящике при вращении дукторного цилиндра со скоростью 4 об/с

Рис. 7. График изменения температуры триадной голубой краски в красочном ящике при вращении дукторного цилиндра со скоростью 4 об/с

Рис. 8. График изменения температуры смесевой красной (Pantone) краски в красочном ящике при вращении дукторного цилиндра со скоростью 4 об/с

2

Рис. 9. Распределение температуры: 1 — линия, условно показывающая границу краски; 2 — дукторный цилиндр; 3 — ракель; а —металлизированная краска; б — триадная голубая краска; в — смесевая красная краска

№

Рис. 10. Зона течения краски с областью, вращающейся, как квазитвердое тело: 1 — участок течения, в котором касательные напряжения меньше предельного напряжения сдвига; а — металлизированная краска; б — триадная голубая краска; в — смесевая красная краска

Результаты, обсуждение, выводы. Изменения температуры испытуемых красок при вращения дукторного цилиндра со скоростью 4 об/с показаны на рис. 6 — 8. Результаты опытов по определению распределения температуры в плоскости, перпендикулярной оси квазитвердого тела, показаны на рис. 9. Из рисунка видно, что в каждом варианте течения существует область, в которой температура распределена равномерно. Данные обработаны в программе Ехе1, поэтому пропорции зоны течения не сохранены.

Для наглядности были построены изотермы в области течения (рис. 10а, 10б, 10в), которые соответствуют рис. 9а, 9б, 9в.

Согласно полученным результатам, можно сделать следующие выводы:

1. Температура печатной краски в красочном ящике в процессе работы печатной машины увеличивалась с течением времени до определенного значения, а затем стабилизировалась. При скорости вращения дукторного цилиндра 4 об/с время стабилизации температуры составило: для металлизированной краски 23 мин, для триадной голубой — 31 мин, для смесевой красной — 31 мин.

2. Распределение температуры в сечении, перпендикулярном оси квазитвердого тела, для каждой испытуемой краски показало наличие области с одинаковой температурой, расположение которой совпало с расположением квазитвердого тела, определенного с помощью вычислительного эксперимента.

3. Полученные результаты подтверждают гипотезу о существовании квазитвердого тела в печатной краске, находящейся в красочном ящике, при работе печатной машины.

Библиографический список

1. Технология печатных процессов [Текст] / А. Н. Раскин [и др.]. - М. : Книга, 1989. - 432 с.

2. Тюрин, А. А. Печатные машины / А. А. Тюрин. — М. : Книга, 1966. — 460 с.

3. Лойцянский, Л. Г. Механика жидкости и газа / Л. Г. Лойцянский. — М. : Дрофа, 2003. — 679 с.

4. Литунов, С. Н. К вопросу о перемешивании краски в красочном ящике печатной машины [Текст] / С. Н. Литунов, О. А. Тимощенко // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2013. — № 6. — С. 23 — 29.

5. Литунов, С. Н. О влиянии касательных напряжений на перемешивание краски [Текст] / С. Н. Литунов, О. А. Тимощенко // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. —2014. — № 3 (133). — С. 246 — 250.

6. Куликов, Г. Б. Обзор автоматизированных систем функциональной диагностики современного печатного оборудования [Текст] / Г. Б. Куликов, В. И. Бобров // Известия высших учебных заведений. Проблемы полиграфии и издательского дела. — 2012. — № 2. — С. 40 — 45.

7. Материаловедческие аспекты полиграфического производства [Текст] / О. В. Кузовлева [и др.] // Известия Тульского государственного университета. Технические науки. —

2013. — № 3. —С. 167 — 173.

8. Литунов, С. Н. О перемешивании краски в красочном ящике [Текст] / С. Н. Литунов // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. — 2013. — № 2 (120). — С. 318 — 320.

9. Литунов С. Н. Определение размеров квазитвердого тела печатной краски [Текст] / С. Н. Литунов, О. А. Тимощенко // Известия Тульского государственного университета. Методы и средства исследования функционирования полиграфического оборудования. — 2014. — № 7. — С. 233 — 243.

10. Литунов, С. Н. Моделирование течения краски с пассивным активатором в красочном аппарате печатной машины [Текст] / С. Н. Литунов, О. А. Тимощенко, Е. Н. Гусак // Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. —

2014. — № 1 (127). — С. 215 — 219.

ТОЩАКОВА Юлия Дмитриевна, аспирантка кафедры оборудования и технологии полиграфического производства.

Адрес для переписки: toschakova.ju1ia@mai1.ru

Статья поступила в редакцию 15.01.2015 г. © Ю. Д. Тощакова

б

а

Б