Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2019, № 9

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации 
 
Федеральное государственное бюджетное  
образовательное учреждение высшего образования  
«Тульский государственный университет» 
 

 
 
 
16+ 
ISSN 2071-6168 
 
 
 
 
 
 
 
ИЗВЕСТИЯ  
ТУЛЬСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО 
УНИВЕРСИТЕТА 
 
 
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ 
 
 
Выпуск 9 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Тула 
Издательство ТулГУ 
2019 

РЕДАКЦИОННЫЙ СОВЕТ:                                                                                                     ISSN 2071-6168 

Председатель  
Грязев М.В., д-р техн. наук, ректор. 
Первый заместитель председателя  
Воротилин М.С., д-р техн. наук, проректор по научной работе. 
Заместитель председателя 
Прейс В.В., д-р техн. наук, заведующий кафедрой, авторизованный представитель Издательства ТулГУ в РИНЦ. 
Ответственный секретарь  
Фомичева О.А., канд. техн. наук, начальник Управления научно-исследовательских работ, авторизованный 
представитель ТулГУ в РИНЦ. 

Члены редакционного совета: 
Батанина И.А., д-р полит. наук, –
гл. редактор серии «Гуманитарные науки»; 
Берестнев М.А., канд. юрид. наук, –                                    
гл. редактор серии «Экономические и юридические 
науки»; 
Борискин О.И., д-р техн. наук, –                                               
гл. редактор серии «Технические науки»; 
Егоров В.Н., канд. пед. наук, –  
гл. редактор серии «Физическая культура. Спорт»; 

Заславская О.В., д-р пед. наук, –
гл. редактор серии «Педагогика»; 
Качурин Н.М., д-р техн. наук, –                                             
гл. редактор серии «Науки о Земле»; 
Понаморева О.Н., д-р хим. наук, –                                    
гл. редактор серии «Естественные науки». 
 

 
РЕДАКЦИОННАЯ КОЛЛЕГИЯ: 

Главный редактор 
Борискин О.И., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула). 
Заместитель главного редактора 
Ларин С.Н., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула). 
Ответственный секретарь 
Яковлев Б.С., канд. техн. наук (ТулГУ, г. Тула). 

Члены редакционной коллегии: 
Александров А.Ю., д-р техн. наук (Ковровская
государственная технологическая академия  
им. В.А. Дегтярева, г. Ковров); 
Баласанян Б.С., д-р техн. наук (Государственный 
инженерный университет Армении, г. Ереван,  
Армения); 
Васин С.А., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Дмитриев А.М., д-р техн. наук (Московский  
государственный технический университет  
«СТАНКИН», г. Москва); 
Запомель Я., д-р техн. наук (Технический  
университет Остравы, г. Острава, Чехия); 
Колтунович Т.Н., д-р техн. наук (Люблинский 
технологический университет, г. Люблин, Польша); 
Кристаль М.Г., д-р техн. наук (Волгоградский 
государственный технический университет,  
г. Волгоград); 

Ларкин Е.В., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула);
Мельников В.Е., д-р техн. наук (Национальный 
исследовательский университет «МАИ», г. Москва); 
Мещеряков В.Н., д-р техн. наук (Липецкий  
государственный технический университет,  
г. Липецк); 
Мозжечков В.А., д-р техн. наук  
(АО «Тулаэлектропривод», г. Тула); 
Распопов В.Я., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Савин Л.А., д-р техн. наук (Орловский государственный 
технический университет, г. Орел); 
Степанов В.М., д-р техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Сычугов А.А., канд. техн. наук (ТулГУ, г. Тула); 
Трегубов В.И., д-р техн. наук (АО «НПО «СПЛАВ»,  
г. Тула); 
Яцун С.Ф., д-р техн. наук (Юго-Западный  
государственный университет, г. Курск). 

Сборник зарегистрирован в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий  
и массовых коммуникаций (Роскомнадзор). ПИ № ФС77-75986 от 19 июня 2019 г. 
Подписной индекс сборника 27851 по Объединённому каталогу «Пресса России»; 
Сборник включен в «Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы научные 
результаты диссертаций на соискание учёной степени кандидата наук, на соискание учёной степени доктора наук», 
утвержденный ВАК Минобрнауки РФ, по следующим научным специальностям: 

05.02.02 Машиноведение системы приводов и детали машин;
05.02.07 Технология и оборудование механической и физико-технической обработки;
05.02.08 Технология машиностроения;
05.02.09 Технологии и машины обработки давлением;
05.02.13 Машины, агрегаты и процессы (по отраслям);
05.02.23 Стандартизация и управление качеством продукции;
05.09.03 Электротехнические комплексы и системы;
05.13.01 Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям);
05.13.06 Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям);
05.13.11 Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей.

 
© Авторы научных статей, 2019 
© Издательство ТулГУ, 2019 

Машины, агрегаты и процессы 
 

 
3

 
 
 
 
 
 
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ 
 
 
 
УДК 681.518.2 
 
ОСОБЕННОСТИ ПРИВОДА БОКОВЫХ НОЖЕЙ ТРЕХНОЖЕВЫХ 
БУМАГОРЕЗАЛЬНЫХ МАШИН 
 
Г.Б. Куликов, А.И. Винокур, А.П. Кондратов 
 

В работе приведен краткий обзор и дана систематизация механизмов привода 

ножей трехножевых бумагорезальных машин. 

Ключевые слова: трехножевая бумагорезальная машина, боковые ножи, ры
чажный привод, гипоциклоида, эпициклоида, цевка. 
 
Целью данной публикации является систематизация сведений о механизмах, использующихся в приводе боковых ножей трехножевых бумагорезальных машин. В имеющейся на сегодняшний день учебной литературе слабо отражены современные конструкции привода, такие как рычажный и гипоциклоидный. Данная статья будет полезна как студентам, 
изучающим полиграфическое оборудование, так и специалистам его эксплуатирующим. 
После скрепления, заклейки, сушки и прессования корешка, блоки 
книг, предназначенные для вставки в переплет, обрезаются с трех сторон. 
Обрезаются также брошюры, журналы, тетради, книги в мягкой обложке. 
Эта операция выполняется на трехсторонних резальных машинах. На некоторых моделях современных трехножевых резальных машин можно выполнять обрезку с четырёх сторон. Это необходимо, например, при изготовлении книг из отдельных листов, скреплённых кольцами (руководства 
для компьютеров, справочники, рекламные материалы). 

В крупных типографиях для обрезки блоков с трех сторон исполь
зуют трехножевые резальные машины, обрезающие пачки в одной позиции 
тремя ножами. В зависимости от принципа построения и производительности, порядок работы боковых и переднего ножа может быть разный, 
разными бывают и механизмы привода ножей. 
Боковые ножи, так же, как и передний, совершают сабельное движение. Угол врезания в трехножевых машинах больше, чем в одноножевых, и составляет 5…6°. В современных машинах ножи обычно двигаются 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 9 
 

 
4

в направлении от корешка к переднему обрезу, это позволяет избежать отслаивания клеевого слоя, деформаций и местных вырывов корешка и 
упрочняющих элементов (окантовки, бумажной полоски) [1, 2]. 
Сабельное движение ножей обеспечивается конструктивным исполнением привода, раньше применялись кулисные механизмы с различными углами наклона направляющих. В настоящее время широко применяются рычажные механизмы (рис. 1, а - г). 
 

 
Рис. 1. Варианты построения механизма боковых ножей 
 
На пис. 1, а представлена кинематическая схема механизма боковых 
ножей трехножевой резальной машины 2БРТ-125/450 Роменского завода 
полиграфических машин. Ножедержатели 3 закреплены на полом валу, который при помощи сухарей 1 перемещается по наклонным направляющим 
пазам, которые сделаны в боковинах машины. Вал с ножедержателями получает движение от кривошипов 6 через тяги 5. Сухарь 4 сидящий на рычаге 2 жестко связанном с полым валом, обеспечивает «сабельное» движение. Так как направляющие пазы сухарей 1 и 2 имеют разные углы, то при 
движении вал, а вместе с ним и ножедержатели будут поворачиваться, т. е. 
совершать «сабельное» движение [4, 5]. 

Машины, агрегаты и процессы 
 

 
5

Механизм боковых ножей с подвижной кулисой представлен на 
рис. 1, б. Тяга 10 приводит в движение боковые ножи. Отличие от предыдущего механизма состоит в том, что сабельное движение обеспечивается 
качающейся кулисой 7 в которой двигается сухарь 6. Поворот кулисы производится рычагом 5, через тягу 4, двуплечий рычаг 3 и шатун 2 от кривошипа 1.  
Особенностью механизма является переменный угол наклона кулисы. Это позволяет получить более оптимальную траекторию движения ножа во время реза. Однако сам механизм поворота кулисы испытывает достаточно большие нагрузки, что приводит к быстрому износу. В настоящее 
время не применяется. 
Механизм с дуговым движением боковых ножей (рис. 1, г) запатентован фирмой «Perfeсta». Балка с боковыми ножами 1 приводится в 
движение постоянно вращающимися кривошипами 6 через тяги 5. Ножи 
двигаются по дуговой траектории R = 4 м. Траверса закреплена на двух 
кронштейнах 2, с сухарями 3, перемещающимися в криволинейных пазах 4 
[1, 6]. 
Механизм обладает рядом достоинств: 
1. Сабельное движение заменено на криволинейное, в результате 
чего увеличился угол врезания ножей в полуфабрикаты по сравнению с 
предыдущими механизмами. 
2. Использование криволинейных направляющих позволило увеличить горизонтальный ход ножей относительно плоскости резания, что 
улучшает условия резания, и снижает возникающие при этом силы. 
Недостатком дуговых направляющих является сложность изготовления и ремонта. 
Общим недостатком вышеперечисленных механизмов является 
наличие высших кинематических пар, кроме того, механизм с качающейся 
кулисой (рис. 1, б) нуждается в приводе с переменной скоростью  
вращения. Этих недостатков лишены рычажные механизмы боковых ножей. 
Рычажный механизм привода боковых ножей, представленный 
на Рис. 1 г. используется фирмой Колбус в среднескоростных трехножевых 
резальных машинах (ТРМ) серий HD 130 —HD 143. Ножедержатели 6 закреплены на траверсе 5, связанной с рычагами 8, и получают движение от 
кривошипа 1 через тягу 3, коромысло 2 и шатун 4. Нож движется по дуге 
окружности. При врезании нож касается блока под углом, а поворот во 
время реза осуществляется за счет рычага 7, жестко связанного с траверсой 
[7, 8, 10]. 
Главным достоинством этого механизма является отсутствие высших кинематических пар, что позволяет повысить надежность и снизить 
стоимость изготовления. Подобная схема позволяет получить производительность до 70 цикл/мин. Однако максимальную производительность дает 
гипоциклоидный механизм привода боковых ножей, разработанный фирмой Колбус для машин серии HD 153. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 9 
 

 
6

Гипоциклоидный механизм привода боковых ножей, представленный на рис. 2, а позволяет максимально сократить интервал между обрезкой боковыми и передним ножом. Внутри неподвижной шестерни с 
внутренним зацеплением вращается водило ОА, которое ведет малое зубчатое колесо — сателлит радиусом r, имеющее зацепление с большим. 
Диаметр сателлита в четыре раза меньше чем у большого колеса, таким 
образом, за один оборот водила, сателлит делает четыре оборота. 
 

 
Рис. 2. Гипоциклоидный привод боковых ножей  
 
Если на расстоянии 0,4 r от оси закрепления сателлита выделить 
точкуВ и закрепить в ней ножедержатель, то при обкатывании она будет 
двигаться по кривой, которая называется гипоциклоидой [1, 3, 6]. 
Таким образом, ножи перемещаются по замкнутой траектории, 
форма которой подобна поставленному на один из углов квадрату (рис. 2, 
а) — гипоциклоиде. Как только боковые ножи начинают подниматься 
вверх из нижнего положения (рис. 2, г), передний нож производит обрезку, 
так что возможна почти одновременная обрезка всеми тремя ножами. Основным преимуществом данного механизма является большое перекрытие 
в циклах работы переднего и боковых ножей. 
Недостатками такого привода являются: 
кинематическая сложность механизма и высокая металлоемкость; 
боковые ножи при обрезке, двигаются к блоку со стороны переднего поля, что создает неблагоприятные условия при обрезке. 

Машины, агрегаты и процессы 
 

 
7

Как видно из вышесказанного, производители ТРМ используют 
различные варианты построения привода ножей. Повышение производительности обеспечивается оптимизацией состава рабочего цикла, разделением операции равнения на две позиции, увеличением перекрытия между 
кинематическими циклами работы боковых и переднего ножей. Известны 
конструкции машин, в которых для повышения производительности используется отклоняющийся передний нож. В этом случае после обрезки 
передним ножом, вовремя его подъема, нож отводится на расстояние 20 
мм от блока при помощи кулачков. Таким образом, боковые ножи получают возможность производить обрезку почти одновременно с движением 
переднего ножа. 
Последовательность работы механизмов переднего и боковых 
ножей 
В трехножевых резальных машинах разной производительности боковые и передний нож работают в разной последовательности. В скоростных машинах ножи работают по схеме, приведенной на рис. 3, а. В поз. 1 
боковые ножи начинают движение к привертке блоков, передний нож выстаивает. В поз. 2 боковые ножи находятся в нижнем положении, а передний начинает рез. В поз. 3 боковые ножи поднимаются, а передний завершает рез. В поз. 4 все ножи находятся в исходном положении. 
 

 
Рис. 3. Варианты последовательности работы передних  
и боковых ножей: а – скоростных машин, б – среднескоростных машин 
 
На рис. 3, б показана совместная работа ножей среднескоростной 
трехножевой машины (65 цикл/мин). Здесь вначале делает рез передний 
нож, затем — боковые. В поз. 2 передний нож завершает обрезку, а боковые врезаются в корешок. В поз. 3 боковые ножи находятся в нижнем положении, а передний начал подъем. В поз. 4 боковые ножи завершают 
подъем. 
В первом варианте перекрытие между кинематическими циклами 
работы переднего и боковых ножей максимально, это обеспечивается непрерывным движением боковых ножей по замкнутой траектории. Во втором варианте боковые ножи перемещаются возвратно-поступательно, поэтому перекрытие значительно меньше. 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 9 
 

 
8

В зависимости от характера движения ножей, используются различные механизмы привода. В случае использования механического привода все они имеют либо периодически, либо постоянно вращающееся ведущее звено (кривошип). Известны машины с гидравлическим приводом 
ножей. 
В скоростных машинах, как правило, используется привод с постоянно вращающимся ведущим звеном. Такие механизмы называют механизмами постоянной структуры, так как в них все элементы постоянно кинематически связаны. 
Соответственно если ведущее звено вращается периодически, получаем механизм переменной структуры. 
Механизмы постоянной структуры 
Механизмы постоянной структуры имеют более благоприятные 
условия работы, поскольку кривошип вращается постоянно, кинематическая связь между отдельными звеньями не прерывается, используются 
низшие кинематические пары. Широкое применение получили несколько 
вариантов механизмов такого типа [1, 4, 10]. 
Первый (рис. 4, а) реализован наслоением на приводной кривошип 
четырёхзвенного механизма, который обеспечивает длительный выстой 
ножей в верхнем положении, где они осуществляют незначительное качательное движение. 
 

 
Рис. 4. Механизмы привода переднего и боковых ножей постоянной 
структуры 
 
От постоянно вращающегося кривошипа 1, тягой 2 приводится в 
движение рычаг 3, от которого тягами 4 и 6 приводятся боковые 5 и передний 7 ножи. 
Когда четырехзвенник 1, 2, 3 занимает крайнее левое положение 
(при этом звенья 1 и 2 окажутся на одной линии), передний нож 7 оказывается в нижнем положении, а боковые в верхнем. При дальнейшем враще

Машины, агрегаты и процессы 
 

 
9

нии ведущего звена 1 трехплечий рычаг поворачивается в обратную сторону, и механизм занимает крайнее правое положение. Соответственно передний нож поднимается, а боковые опускаются. 
Недостатком подобных механизмов является очень короткий выстой в верхнем положении, и не оптимальные углы передачи силы в момент реза. 
Фирма «Perfecta» в трехножевой резальной машине SDYEZ-1 использовала 13-звенный пространственный механизм привода ножей (рис. 
4, б). В отличие от предыдущего, здесь в привод переднего и боковых ножей добавлено еще по одному четырехзвеннику. Это позволило существенно сократить время реза, и увеличить выстои, что благоприятно сказалось на организации технологического процесса. 
Недостатком такой схемы является большое количество звеньев, 
что повышает металлоемкость и снижает КПД механизма; значительная 
масса подвижных звеньев вызывает повышенные инерционные нагрузки, 
возникающие при реверсивном движении. 
Механизмы переменной структуры. В трехножевых резальных 
машинах небольшой производительности часто использовался механизм с 
неполнозубыми колесами, в нем привод ножей осуществляется постоянно 
вращающимся сектором, последовательно входящим в зацепление с шестернями, приводящими в движение передний и боковые ножи. При этом 
необходимо обеспечить безударный вход в зацепление сектора с шестернями, их плавный разгон и торможение. Эта проблема решается использованием кулачкового или цевочного механизма включения [11]. 
 

 
Рис. 5. Механизм привода переднего и боковых ножей переменной 
структуры 

Известия ТулГУ. Технические науки. 2019. Вып. 9 
 

 
10

На рис. 5 показан механизм неполнозубых колес с эпициклоидальным цевочным включением машины БРТ-450. На постоянно вращающемся 
главном валу 1, закреплен зубчатый сектор 9 по обеим сторонам которого 
установлены цевки 10. Когда сектор подходит в шестерне привода переднего ножа 12, цевка 10 входит в зацепление с пазом кулисы 11, связанной с 
ведомой шестерней. Профиль кулисы выполнен по эпициклоиде. При 
дальнейшем вращении цевка плавно разгоняет шестерню до окружной 
скорости сектора, и сектор входит с ней в зацепление. Шестерня вращается, и через рычаги 14, 17 приводит в движение передний нож 18. После того, как шестерня 12 сделает полный оборот, вторая цевка 10 входит в зацепление со следующей кулисой 15 и останавливает шестерню.  
От произвольного перемещения зубчатое колесо 12 предохраняет 
профильная колодка 16, жестко закрепленная на валу 13, которая скользит 
по поверхности полукольца 2. Вращаясь дальше, сектор аналогично входит 
в зацепление с шестерней 6, приводящей в движение боковые ножи. 
Регулировать время начала цикла резания передним или боковыми 
ножами можно конструктивно изменяя углы между осями 13-1-4. 
Недостатком подобных механизмов является использование высших кинематических пар, что вызывает ускоренный износ и потерю точности работы, а также трудности при изготовлении и ремонте. 
Заключение. Эволюция привода боковых ножей трехножевых бумагорезальных машин шла по пути увеличения производительности за 
счет оптимизации рабочего цикла, максимального перекрытия циклов работы переднего и боковых ножей. Одновременно осуществлялся переход 
от тяжелых многозвенных механизмов с высшими парами к рычажному 
приводу. Разные производители отдают предпочтение разным типам привода, на это могут влиять и традиции фирмы, и патентное право. 
В отечественных ТРМ применялись оба вида механизмов, однако 
преимущество отдавали механизмам с периодическим вращением.  
Современные трехножевые бумагорезальные машины, предназначенные для работы в составе линий для выпуска изданий по требованию, 
принципиально отличаются от рассмотренного здесь оборудования. Это 
можно прочитать здесь [12]. 
 
Список литературы 
 

1. Хведчин, Ю.И. Послепечатное оборудование. Ч2, Переплетное и 

отделочное оборудование: учеб. пособие. М.: МГУП, 2009. 452 с. 
2. Дитер Либау, Инес Хайнце. Промышленное брошюровочнопереплетное производство. Производство книг (серийное). Ч. 2. [Электронный 
ресурс] 
URL: 
http://www.hi-edu.ru/e-books/xbook643/01/part
003.htm (дата обращения: 10.05.2019). 

3. Материалы выставки Drupa 2016 [Электронный ресурс] URL: 
http://mediabooks.ru/kratkie-itogi-vystavki-drupa-2016/ 
(дата 
обращения: 

10.05.2019).