2.3.5 Пристрої штемпелювання

Пристрої штемпелювання наносять календарний штемпель (відбиток), з вказівкою часу, дати та місяця оброблення поштового відправлення, а також виконують погашення знаків поштової оплати (поштових марок).

За принципом дії ПШ поділяються на механічні та електромагнітні, в яких процес штемпелювання здійснюється відповідно до методу прокатки та удару.

Механічний ПШ складається з двох функціонально поєднаних основних частин: механізму штемпелювання та механізму синхронізації.

Механізм синхронізації (вмикання, вимикання) забезпечує одноразову прокатку штемпелювального ролика у зоні знака поштової оплати. Механізм синхронізації визначає момент надходження знака поштової оплати у зону дії штемпелювального ролика та вмикає його, забезпечуючи надійне нанесення календарного штемпеля в необхідній зоні погашення знаків оплати. Одноразове нанесення відбитку забезпечується вимкненням штемпелювального ролика, після того як він здійснить один оберт.

Механізм штемпелювання складається з муфти штемпелювального ролика, на твірній якого закріплюються елементи календарного штемпеля і хвильових ліній погашення марки.

Привод штемпелювального ролика здійснюється через муфту, яка вмикається на один оберт, пристроєм синхронізації. Тип муфти визначається необхідною кутовою швидкістю  обертання вала штемпелювального ролика (для різних типів муфт, значення  лежить у межах 150 … 1200 (1/с) в залежності від продуктивності ПШ).

Продуктивність пристрою штемпелювання визначається за формулою [2, 5]

П_пш = 360v/(L+), (3.3.1)

де v – швидкість транспортування листів в зоні штемпелювання; L – довжина листа;  – інтервал між листами.

Необхідна кутова швидкість обертання штемпелювального ролика визначається за формулою

 = П_пш (L+)/3600R (1|с), (3.3.2)

де R – радіус штемпелювального ролика.

В ПШ продуктивністю до 12 10³ лист/год. застосовуються храпові та фрикційні муфти. Перші є більш надійними в експлуатації, однак при підвищенні продуктивності динамічні навантаження та шумові ефекти в них зростають, а надійність знижується. Фрикційні муфти виконуються з поверхнями тертя, які працюють в масляній ванні, або з сухим тертям, та замикаються за допомогою пружин (при 20  10³  П_пш  25  10³, лист/год.) чи за допомогою роликів між поверхнями напівмуфт (при 25  10³  П_пш  40  10³ лист/год.) [3, 5].

Механізми увімкнення ПШ поділяються на механічні, зміна стану ланок яких під дією листа вмикає муфту та електромеханічні, що вмикаються електромагнітом за сигналом фотоелектричного датчика. Застосування швидкодіючого фотоелектричного пристрою увімкнення муфти знижує динамічні навантаження на ПШ та зменшує необхідний інтервал руху листів, до значення 5 … 10 мм. Внаслідок зменшення інтервалу між листами зменшується необхідна швидкість їх транспортування та кутова швидкість обертання штемпелювального ролика при заданій продуктивності АЛШМ. Тому саме пристрої цього типу застосовуються в АЛШМ.

Схема пристрою штемпелювання АЛШМ з електромеханічним ввімкненням наведена на рис. 3.13.

Штемпелювальний ролик 1 жорстко з’єднаний з верхньою частиною гнучкого вала 2, середня частина якого виконана у вигляді пружини 3, що з’єднує його верхню частину 2 з нижньою 4, поєднаною, у свою чергу, з муфтою приводу. Гнучка конструкція вала зменшує динамічне навантаження при ввімкнені ПШ на його елементи, насамперед на муфту.

Пружина розміщується в середині втулки 5, що закріплена за допомогою штифта до верхньої частини вала. У вихідному положенні всі частини вала штемпелювального ролика знаходяться у нерухомому стані, а його середня частина – пружина 3, є деформована (закручена). Верхня частина вала зафіксована пружним упором 6, що упирається в зуб 7, а нижня – рухомим упором 8, що упирається в зуб 9. На нижній частині вала закріплені напівмуфти 10, 11 фрикційної муфти, приводна частина якої виконана у вигляді шківа 12 з фрикційними елементами. Шків знаходиться у безперервному обертанні з кутовою швидкістю щ''', а нижня частина вала – під дією моментів пружини та муфти.

При перетинанні листом, що рухається в напрямку А, активної зони фотодатчика 13 останній вмикає електромагніт 14, який у свою чергу відводить рухомий упор та надає можливість валові, під дією моменту муфти, здійснювати обертальний рух.

Розгін штемпелювального ролика до необхідної кутової швидкості щ''', за якої його окружна швидкість v = щ'''R (R – радіус ролика) буде дорівнювати швидкості руху листа, здійснюється трьома етапами (графік процесу розгону штемпелювального ролика наведено на рис. 3.14) [2, 3, 5]. На першому етапі, після розблокування вала поворотним упором, за час t₁ спрацьовує електромагніт, під дією моментів пружини та муфти, за час t₂, нижня частина вала 4 розганяється до кутової швидкості ''  ''', а зовнішній діаметр пружини розширюється до внутрішнього діаметра втулки, збільшуючи силу опору руху нижньої частини вала. На другому етапі, протягом часу t₃ кутова швидкість нижньої частини вала зменшується (внаслідок зростання опору), а кутова швидкість верхньої частини починає зростати (штрих-пунктирна лінія). Другий етап закінчується, коли кутові швидкості нижньої та верхньої частин зрівнюються (точка c).

На третьому етапі всі три частини вала обертаються як одне ціле, з однаковим прискоренням, під дією моменту муфти та розганяються протягом часу t₄ до необхідної кутової швидкості ''', а штемпелювальний ролик повертається у позицію штемпелювання. Після цього штемпелювальний ролик повертається на один оберт з постійною швидкістю ''' протягом часу t₅ та наносить на поштовий лист (картку) відбиток. Фарба наноситься на робочу поверхню штемпелювального ролика за допомогою фарбувального ролика 15.

Вимкнення ПШ здійснюється двома етапами. При вимкненні електромагніту, рухомий упор блокує нижню частину вала, який за час t₆ припиняє обертальний рух. На цьому перший етап вимикання ПШ закінчується. На другому етапі верхня частина вала продовжує обертальний рух по інерції протягом часу t₇, доки не закрутить пружину до моменту її протидії, після чого вона зупиняється. Пружний упор 6 протидіє протилежному рухові верхньої частини вала, тому пружина 3 залишається у закрученому стані.

У розглянутому штемпелювальному механізмі кутова швидкість ведучого шківа муфти також повинна дорівнювати '''.

При ввімкненні механізму пружина закручується на кут г і її повна деформація складає ц = (г₀ + г), де г₀ – початкова деформація пружини. Для зменшення динамічних навантажень при ввімкненні необхідно, щоб виконувалась умова рівності кінетичної енергії верхньої частини вала 2 та зв’язаних з ним деталей 1, 5, потенційної енергії пружини 3 в процесі її деформації (закручування) [3].

Елементарна потенційна енергія пружини дорівнює [2, 3, 5]

, (3.3)

де с – жорсткість пружини, Нм/рад. Потенційна енергія П пружини з жорсткістю с при її деформації у межах від г₀ до г визначається за формулою

, (3.4)

тобто, при ввімкненні механізму пружина втрачає деформацію здійснюючи при цьому роботу А.

Кінетична енергія Т верхньої частини механізму дорівнює

. (3.5)

Формула для визначення параметра жорсткості пружини виводиться шляхом порівняння правих частин (3.4), (3.5) та виконання рішення відносно параметра с і має вигляд [3, 5]:

. (3.6)

Формула для розрахунку необхідного моменту муфти М виводиться із рівнянь роботи першого, другого та третього етапів розгону штемпелювального ролика. Рівняння для першого етапу має вигляд

, (3.7)

де J₂ – момент інерції нижньої частини вала 4 та напівмуфт 10, 11; щ – деяке проміжне значення кутової швидкості нижньої частини вала (приймається за умовне щ = щ). З урахуванням того, що для фрикційних муфт у практичних розрахунках можна прийняти М = const, рівняння (3.7) приймає вигляд [3]

(3.8)