付 辉
（中国地质大学工程技术学院，北京 100083）
摘 要：为了提高印刷机的稳定性和印品的套印精度，文章对某型号印刷机递纸机构在工况下运行时产生的振动信号进行研究。首先对该印刷机的递纸轴进行振动测试，提取振动信号，然后运用小波变换的多分辨分析（Multiresolution Analysis ,MAR）原理进行多尺度分解，并对信号进行功率谱估计，确定振动冲击频率范围。实验结果得出该印刷机在高速运转时递纸机构的凸轮与滚子产生了振动冲击，并建议根据工艺要求，合理优化凸轮轮廓线，改善凸轮与滚子的冲击状态。
关键词：小波变换；印刷机；递纸机构
印刷工业在国民经济乃至整个社会生活中都占有重要地位，胶印机也随着电子信息技术的发展得到了快速发展。下摆式递纸机构结构简单、传动平稳、对于高速胶印机来说，是一种比较理想的递纸机构。目前国内外很多高速高档胶印机都采用这种机构，也有很多专家学者也对下摆式递纸机构进行了研究。但下摆式递纸机构也存在一定的问题亟待解决。首先机构中所采用的弹簧不稳定，在高速时易产生抖动。这在一定程度上会影响整体的可靠性和稳定性；其次，凸轮机构的设计有一定难度，加工精度也不可能绝对精确，而且在高速运行时极易磨损。任何部件出现问题都会使递纸机构运行异常从而产生振动冲击影响印品精度。
递纸机构的主要作用是当纸张在输纸板上定位好后，把纸张由静止状态加速到与印刷滚筒相同的表面线速度，以实现纸张的交接。递纸机构主要由递纸凸轮，连杆机构，摆动器（包括摆动器轴，递纸牙轴，与其固联的连杆）组成，其执行构件为摆动器。它的运动主要是摆动器的往复摆动（不包含递纸牙的开闭动作）。该印刷机采用了下摆式递纸机构，其原理图和机构图如图1所示：
下摆式递纸机构主要采用四杆机构，摆臂做定心摆动，递纸牙做往复摆动，其运动过程大致是安装于滚筒操外侧的主凸轮1通过滚子10带动主凸轮摆杆4摆动，经过四连杆机构放大，将运动传给递纸牙摆臂8，摆臂再带动咬纸牙从递纸牙台6上取纸，最后交给印刷滚筒的咬纸牙。递纸牙的回摆主要靠副凸轮2，副凸轮摆杆3和补偿弹簧5完成。另外补偿弹簧还可以用于补偿凸轮及其他零件的加工误差。
小波变换称为“数学显微镜”，它在低频处有较高的频域分辨率和较低的时域分辨率，而在高频处却有较高的时域分辨率和较低的频域分辨率，表征信号局部特征的能力很强。两年后，Mallat和Meyer共同统一了多分辨分析(Multiresolution Analysis ,MAR)的概念。MAR的基本思想是：用一对滤波器分解输入的信号，低通滤波器输出信号的低频粗略逼近，高通滤波器输出信号的高频细节部分，然后再对低频输出部分进行同样地分解，如此反复。多分辨分析思想使小波分析在很多领域得到了极广泛的应用。印刷机结构复杂，高速运转时很多部件都会产生振动影响递纸机构，而递纸机构自身的各部件也会产生振动。所以，实验采集的信号属于典型的非平稳信号，利用小波分析的MAR原理进行处理，能使复杂信号中各频带信号分解，有利于各频带信号特征的提取。
实验对某型号印刷机进行振动测试，传感器安装在递纸轴的中间位置。室验过程如下：
（1）用加速度传感器拾取递纸轴的振动信号。
图1 下摆式递纸机构
（2）对信号进行放大和滤波处理。
（3）把处理后的信号输入到采集仪中，进行截断，加窗等处理，保存数据。
（4）用Matlab的小波工具包对所采集的数据进行分析处理。
实验中速度设定为6000印张/h，采用压电式加速度传感器，采样线数为800，采样频率为1024Hz，通过动态测试得到递纸轴的时域波形图，如图2所示：
图2 递纸轴振动的加速度曲线
从图2可以看出，波形曲线与递纸牙的运动过程大致相符。但是从波形图可以看出，纸张在交接过程中存在强烈的振动冲击，递纸牙返回时在同一交接位置也存在振动冲击，只是没有前者剧烈。然后将采集的信号进行小波分析。实验数据处理平台建立在Matlab7.0.1上，Matlab功能强大且自带小波工具箱。将采集的数据导入，用紧支集正交小波对其振动信号进行5层分解，其结果如图3所示：
图3 递纸轴信号多尺度分解
由图3得出低频系数a3提取出来了递纸轴本身振动信号，高频系数中d3、d4、d5提取出来了周期性振动冲击信号。选择高频系数d4进行功率谱估计。如图4所示，振动冲击的频率范围大约为476Hz～523Hz。经过分析得出该频率段是由于递纸机构主副凸轮与滚子在高速运转下产生振动冲击造成的。因此建议该印刷机对主副凸轮轮廓线进一步优化，此外还需改善它们之间的接触状态，并且适当加强弹簧的刚度。
图4 高频系数d4的功率谱估计
（1）递纸机构是印刷机的核心部件，着重对纸张交接的振动信号进行分析，对提高印刷速度和套印精度有着非常重要的意义。
（2）凸轮的设计和加工难度大且易磨损，它一直是困扰印刷行业的一个难题。我国亟待研制出新型凸轮机构。
（3）用小波变换处理非平稳信号优势明显，它使各频带信号独立，方便提取各频带信号特征，有利于提高故障诊断的针对性和准确性。
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中图分类号：TS825
文献标志码：A
文章编号：2096-2789（2017）01-0077-02
作者简介：付辉(1985-)，女，河北邯郸人，工程师，研究方向：机械电子。
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