高速平版印刷机的收纸系统导轨的优化设计

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3.0 牛悦 2024-11-19 5 4 2.23MB 85 页 15积分
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摘 要
印刷工业不仅在国民经济中具有重要作用，而且在人们的日常生活中也占有
重要地位。高速、多功能、自动化、系列化、数字化，是当今国际上多色平版印
刷机产品的主要特色，其中速度是高档平版印刷机最重要的指标之一，也是国家
对进口平版印刷机免税的唯一的门槛限制。平版印刷机高速印刷时的平稳性则是
平版印刷机制造厂家设计、制造和技术水平的综合体现。
PZ4740四色平版印刷机是上海光华印刷机械有限公司自行设计、制造生产的
大四开规格印刷设备。其最高印刷速度是10000张/小时，为了进一步提高产品质量，
缩小与国际同类名牌产品的差距，提高市场竞争力。就需要提高PZ4740平版印刷
机的高速性能，满足其结构的合理性并且能够降噪减振的同时，使其印刷速度达
到15000张/小时以上，是当前国内平版印刷机面临的一个很重要的问题。
本文首先从收纸系统的特性，收纸牙排的工作，牙排的结构材料等方面出发，
分析了单张纸平版印刷机的收纸牙排的运行情况，构建了平版印刷机收纸系统导
轨的数学模型，并对光华平版印刷机 PZ4740 的导轨曲线进行了改造，并利用
MATLAB 优化工具箱和遗传算法工具箱得到了优化结果。开发了 MATLAB 的图
形用户界面，并用 Simulink 得到了仿真结果，在收纸牙排的受力方面，本文所构
建的导轨曲线明显比光华原先导轨受力小，达到了减小冲击的目的。在提高平版
印刷机的高速性能方面有很大的参考价值。
关键词：平版印刷机 优化设计 收纸系统 图形用户界面 遗传算法
ABSTRACT
The printing industry has a important role not only in the national economy ,but
also in people's daily life. High speed,mulfunction,automatize,serialize and digitalize
are the major characteristics of the product of multicolor offset press on the present
world.And that speed is the most important of these performances. And it is particular
restriction against import press with tax-free.When the offset press printing,the steady
and low noise is the comprehensive embodiment of press manufacturer design,
manufacture and technical level.
PZ4740 four-color planographic printing machine is a type of large quar printing
equipment designed and manufactured by the Shanghai Guanghua Printing Machinery
Co.,LTD. its highest printing speed is 10,000 pieces per hour. To further improve the
product quality, narrow the gap between the domestic products and the similiar
international famouse brand products and improve its market competition power. how
to improve the speed of PZ4740 printing machine and make its printing speed over
15,000 pieces per hour becomes the crucial problem that planographic printing machine
faced to be resolved.
This thesis firstly analyses the running condition of delivery grippers of sheet-fed
offset press based on the character of delivery unit,the work condition of delivery
grippers and the construction and material of grippers, builds the mathematical model of
chain guides of planographic printing machine's delivery unit,and improves the guide
curve of Guanghua planographic printing machine PZ4740.It also uses the MATLAB
optimization toolbox and genetic algorithm getting the optimized result. The thesis also
developes a MATLAB graphical user interface, and get the simulation result by
Simulink. As for the force imposed on the delivery grippers, the guides built in this
thesis obviously shows that it is lighter than former guides’.The effect of reducing the
impacting force is reached, and it has good reference value in the field of improving the
speed of planographic printing machine.
Key Word:Planographic press,Optimization design,Deliveryunit,
Graphicuser interface (GUI), Genetic algorithm
目 录
中文摘要
ABSTRACT
第一章 绪 论 ...................................................................................................................1
§1.1 平版印刷机 .......................................................................................................1
§1.1.1 平版印刷机发展历史及现状 .................................................................1
§1.1.2 平版印刷机的组成 .................................................................................3
§1.1.3 单张纸平版印刷机的类型和工艺特点 .................................................5
§1.2 本课题的研究背景、目的和意义 ...................................................................7
§1.3 本课题研究的主要内容和方法 .......................................................................9
第二章 单张纸平版印刷机收纸系统 ...........................................................................10
§2.1 收纸传送系统 .................................................................................................10
§2.1.1 收纸系统的类型 ...................................................................................10
§2.1.2 链条传输收纸正确交接的条件 ...........................................................11
§2.1.3 收纸链条 ...............................................................................................11
§2.1.4 收纸牙排 ...............................................................................................12
§2.2 收纸牙排的运行平稳性 .................................................................................13
§2.1.1 链条牙排的工作特性 ...........................................................................14
§2.1.2 收纸牙排平稳运行条件 .......................................................................14
§2.1.3 收纸牙排结构及材料 ...........................................................................17
§2.1.4 辅助装置 ...............................................................................................17
§2.3 小结 .................................................................................................................18
第三章 MATLAB 优化工具箱构建导轨曲线 ............................................................. 19
§3.1 MATLAB 软件及其工具箱概述 ................................................................... 19
§3.2 MATLAB 优化工具箱简介 ............................................................................ 19
§3.3 构建平版印刷机收纸系统导轨曲线的数学模型 .........................................22
§3.3.1 收纸导轨曲线设计形式 .......................................................................22
§3.3.2 收纸系统导轨曲线的探讨 ...................................................................24
§3.3.3 收纸系统导轨曲线的构造 ...................................................................26
§3.4 优化工具箱应用于导轨曲线结构 .................................................................29
§3.4.1 优化工具箱的工程应用步骤 ...............................................................29
§3.4.2 导轨曲线数学模型的建立 ...................................................................30
§3.4.3 目标函数和约束函数的建立 ...............................................................31
§3.4.4 约束最优化及其优化工具箱函数例子 ...............................................33
§3.4.5 曲线导轨实例分析 ...............................................................................35
§3.4.6 曲线导轨加速度分析 ...........................................................................37
§3.5 小结 .................................................................................................................39
第四章 遗传算法构建导轨曲线 ...................................................................................39
§4.1 遗传算法的生物学模型及其实现方式 .........................................................39
§4.1.1 生物学模型 ...........................................................................................39
§4.1.2 实现步骤 ...............................................................................................40
§4.2 遗传算法的特点及其运用 .............................................................................44
§4.2.1 遗传算法的优点与不足 .......................................................................44
§4.2.2 遗传算法应用与优化 ...........................................................................45
§4.2.3 遗传算法与传统优化方法的比较 .......................................................46
§4.3 MATLAB 遗传算法工具箱简介及应用 ........................................................ 49
§4.3.1 工具箱的特点 .......................................................................................49
§4.3.2 使用遗传算法工具初步 .......................................................................51
§4.3.3 遗传算法的一些术语 ...........................................................................53
§4.3.4 约束条件的处理问题 ...........................................................................54
§4.3.5 遗传算法工具箱应用于导轨曲线 .......................................................56
§4.4 小结 .................................................................................................................59
第五章 MATLAB 用户界面设计用于收纸导轨 ........................................................ 60
§5.1 用户界面的设计原则和一般步骤 .................................................................60
§5.1.1 GUI 对象层次结构 ............................................................................... 60
§5.1.2 GUI 设计原则 ....................................................................................... 61
§5.2 MATLAB 的GUI 界面菜单 .......................................................................... 63
§5.2.1 界面菜单的创建 ...................................................................................63
§5.2.2 自制用户菜单 .......................................................................................64
§5.2.3 用户控件制作 .......................................................................................65
§5.3 收纸导轨的 GUI 界面设计 ........................................................................... 67
§5.4 小结 ..................................................................................................................68
第六章 Simulink 仿真及结果分析 ...............................................................................70
§6.1 计算机仿真概述 ..............................................................................................70
§6.1.1 仿真的定义 ...........................................................................................70
§6.1.2 计算机仿真 ...........................................................................................70
§6.1.3 计算机仿真的步骤 ...............................................................................71
§6.2 Simulink 介绍及建模 .....................................................................................71
§6.3 仿真结果分析 ..................................................................................................73
第七章 总结 ...................................................................................................................75
§7.1 结论 .................................................................................................................75
§7.2 本文的创新之处 .............................................................................................76
§7.3 进一步的研究方向 .........................................................................................77
参考文献 .........................................................................................................................78
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................81
一.论文 ...................................................................................................................81
二.科研项目 ...........................................................................................................81
致 谢 ...............................................................................................................................82
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
中国人发明的印刷术是中国人民对世界文明的一大贡献。印刷术从发明至今，
在各方面都取得了巨大发展，印刷的设备是越来越精密，印刷的速度越来越快，
印刷的质量越来越高，印刷的范围越来越广，书籍、报刊、杂志、资料、画片、
地图、货币、单据、商标、电路板等，无一不是印刷的产品。印刷业已是现今社
会非常重要的不可缺少的行业，是人类文化、信息交流的有力工具，是促进社会
文明发展的重要手段[1]。
§1.1 平版印刷机
油墨向承印物转移的工艺过程就是人们通常所说的印刷工艺。完成这一类工
作的机器，称为印刷机。印刷过程实际就是借助某种力（压力、吸力或其他力）
将涂敷在印版表面上的油墨按要求、有规律地转移并牢固地吸附在纸张或其他承
印物表面[2]。
平版是指图文部分与空白部分几乎处于同一平面的印版。平版印刷的原理比
较简单，亲水性的空白部与亲油性的图文部基本上处于同一平面内，印版一旦与
润湿液接触，空白部着水，而图文部斥水，因此，当版面再与着墨辊接触时，空
白部已覆有斥墨的水暖，仅能在图文部接受油墨[3]。
§1.1.1 平版印刷机发展历史及现状
自德国人古登堡（J.Guten berg）发明了第一台垂直螺旋手扳式印刷机以来，
经过不断地改进，现在已经形成了凸版、平版、凹版等多种形式和种类的印刷机，
特别是近代，随着光电技术、计算机技术、信息技术、网络技术的迅猛发展，迥
然不同于传统印刷机的数字印刷机已经出现在人们面前。
最早的平版印刷术发明于 1796 年，德国人塞纳菲尔德（Serefelder）采用一种
多孔质的石板作印版，利用油水相斥的原理，发明了石印术。次年他制作了第一
台平版印刷机，随后试用金属印版印刷又获得成功。
塞纳菲尔德的平印机是一种直接印刷的方式，印版的图文是阳图反相，通过
机械压力直接印刷到纸上。
1904 年，美国人威廉·鲁贝尔（W.Rube）采用橡皮布作
为中间载体，印版的图文是阳图正相。首先油墨由印版转移到橡皮布上，再由橡
皮布转移到纸张上，这样在粗糙的纸上也能获得结实、清晰的印迹，印版与纸张
不直接接触，成为一种间接印刷的方式。现在的平版印刷基本都采用这一方式，
高速平版印刷机收纸系统导轨的优化设计
2
平版印刷也称之为胶印。经过若干年的改进后，德籍美国人卡斯帕·赫尔曼（Casper
Herman）于 1907 年在德国设计制成了第一台三滚筒的平版印刷机。直至目前，平
版印刷机的结构基本上还是三滚筒形式[1]。
总的看来，印刷行业是一个服务加工性行业，这一行业特性决定了它与包括
出版、食品、日化、烟草、轻工等在内的众多行业的发展息息相关。近十年来，
印刷工业产值保持着 10％以上的年均增长速度，2004 年，我国印刷工业总产值达
到了 2775 亿元，约占 GDP 的2%，预计今年可达 3000 亿元。随着世界制造中心
向亚洲转移，以及中国市场的巨大潜力，越来越多的外资企业将目光转向了内地
印刷市场。当纳利、日本凸版等世界五百强企业均在内地投资建厂。在全国不少
省市，如北京、上海、深圳等地均将印刷列入都市型工业或重点发展行业之一。
而根据新闻出版总署的规划：“要大力发展印刷复制业，力争到 2010 年把中国建
成全球重要的印刷基地。”目前，中国印刷业已初步形成 3大印刷产业带：以广东
为中心的珠三角印刷产业带、以上海、江浙为中心的长三角印刷产业带，以京、
津为中心的环渤海印刷产业带。在众多行业中，印刷业已成为一个名副其实的朝
阳行业。
平版印刷机具有速度快、印刷周期短、印品质量好、色调丰富等优点，目前
平版印刷在印刷工业中所占的比例大大超过了其他印刷方式。随着印刷技术不断
提高，平版印刷机也不断完善，向高速、多色、自动化方面发展很快。品种规格
多样化，产品质量和自动化程度也不断提高，达到了新的水平。特别是在文字和
图像制版方面，采用了激光照排、电子分色和桌面彩色出版系统以来，大大缩短
了印前的作业准备时间，为迅速发展平版印刷机创造了有利条件。
印刷业的飞速发展，促使印刷机械的发展，现代印刷机向高速化方向发展。
目前平版印刷机已发展到八色机组以上，在某些领域（如票据印刷行业）十几色
以上的机器已不难看到，印刷速度达到15000张/小时以上已变得很平常了。
国外平版印刷机实际印刷速度大都达到15,000张/小时，部分四开平版印刷机
达到18,000张/小时。而我国单张纸平版印刷机的实际印刷速度大部分在10,000张/
小时左右，虽然有15,000张/小时的设备，但其性能、质量与国外先进水平相比还
有较大的差距[4]。
我国的印刷机械制造业取得了一定的成绩，但是我们的总体水平还不够高，
在生产能力、产品品种以及产品质量上与国外先进水平相比还存在着一定的差距。
而且进口机器的价格不是每个印刷厂都能负担得起的。因此，大力发展我国自己
的印刷工业，提高印刷机械制造业的水平，是当前需要着手研究和解决的重要课
题。
第一章 绪论
3
§1.1.2 平版印刷机的组成
就单张纸平版印刷机而言，可将其组成大致归纳为三个大部分，如图 1-1 所示。
图1-1 平版印刷机的组成
如果细分的话，输纸部分可分为纸张输送部分和纸张定位部分（即规矩部分），
印刷部分可分为供水部分、供墨部分和印刷部分以及纸张的传递部分和控制与检
测部分。
1、输纸装置
该部分主要由输纸头（飞达），输纸台和输纸板组成，其作用就是把纸堆上
的纸一张一张地向前传递给印刷部分。因此，要保证印刷产品达到质量要求，必
须保证稳定地、准确地、连续地输纸。在生产过程中，纸张的幅面尺寸、纸张的
厚薄随着产品的不同要求经常变化。此外，随着温湿度的变化以及生产厂家的不
同，纸张的印刷适性也会有所不同。因此，输纸装置必须根据具体情况做出相应
的调整，达到满意的产品质量要求。输纸装置需调节的零部件系统较繁多，这需
要生产操作者清楚的了解机器的结构、原理和作用。当然，相应的印刷工艺知识
也是必不可少的，尽管各种类型印刷机的系统不尽相同，但它们的工作原理和工
艺要求大同小异，都有一定的规律可循。正确的掌握其各部分的工艺要求，理解
它们在理想工作状况下相互之间的交接关系，对操作和调整机器能起到很好的帮
助。
2、定位系统
所谓定位系统就是印刷机的前规和侧规，在一些现代印刷机上还装配有其他
辅助定位装置，以满足高速印刷时的准确定位。
单张纸平版印刷机印刷时，纸张在输送过程中需要进行定位，即每一张纸都
能在同一位置上进入印刷部分。因此，纸张的定位精度直接决定了产品套准的误
差精度，故此部分的调整可以说对保证印刷品的质量是至关重要的。其故障的及
时排除也是生产操作人员必须掌握的。套准精度能否达到一定的要求，关系到生
产能否顺利进行，产品质量能否符合需要的质量要求。
高速平版印刷机收纸系统导轨的优化设计
4
图1-2 平版印刷机系统
3、印刷装置
在平版印刷机中，印刷装置一般来说就是压印滚筒，印版滚筒和橡皮滚筒。
另外还有它们的离合压装置和压力调整装置。作为印刷操作，能否正确的、合理
的选择和使用包衬，确定适量的印刷压力，关系到能否印刷复制出正确的色彩、
满意的清晰度、精确的套准等质量要求。精美的印刷品能否制作出来，很大程度
就在于印刷工作者对这部分的理解和操作。
4、输墨系统和润湿系统
输墨系统的作用是使油墨定量地、均匀地涂敷在印版图文处。而润湿系统就
是将润版液定量地、均匀地覆盖在印版空白部分。水墨达到平衡是保证印刷产品
层次再现的前提，如果在印刷过程中，水墨的平衡遭到破坏，印刷产品将会不同
程度地出现这样或那样的质量问题，甚至报废。在各种类型的印刷机上其输墨、
润湿系统都有供墨（水）、匀墨（水）、着墨（水）装置，以及给墨，停墨和给
水，停水离合系统及压力调整系统。
其工艺要求就是满足在印刷过程中能定期、定量、均匀地对印版供墨和供水，
使水和墨在机器正常运转的生产中始终处于一种平衡状态下。显然这种平衡状态
是需要操作者正确调整和掌握的。
5、收纸系统
收纸系统的主要作用是将印刷后的纸张收集和堆放在一起。收集和堆放起的
纸张必须理齐，以便运走和进行下一工序加工。作为印刷工艺要求，它应该是前
口齐平、表面平整、侧面齐整、纸张间不能粘连。印好的表面不能被划伤，要达
摘要：

摘要印刷工业不仅在国民经济中具有重要作用，而且在人们的日常生活中也占有重要地位。高速、多功能、自动化、系列化、数字化，是当今国际上多色平版印刷机产品的主要特色，其中速度是高档平版印刷机最重要的指标之一，也是国家对进口平版印刷机免税的唯一的门槛限制。平版印刷机高速印刷时的平稳性则是平版印刷机制造厂家设计、制造和技术水平的综合体现。PZ4740四色平版印刷机是上海光华印刷机械有限公司自行设计、制造生产的大四开规格印刷设备。其最高印刷速度是10000张/小时，为了进一步提高产品质量，缩小与国际同类名牌产品的差距，提高市场竞争力。就需要提高PZ4740平版印刷机的高速性能，满足其结构的合理性并且能够降...

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