Труборез с пневмоприжимом: расчёт прижима трубы и подачи круга

Труборез с пневмоприжимом и подачей круга: краткий ответ и формула

Усилие прижима круглой трубы в призме считают не по диаметру трубы, а по силе, которой отрезной круг стремится провернуть трубу: F_з ≥ SF · F_т / (g · μ), где F_т = k_м · P / v — тангенциальная сила круга, g = 1/sin(α/2) — геометрия призмы с углом α (для 90° g = 1,414; чем шире призма, тем больше нужный прижим), μ — трение трубы о грани. Для круга Ø355 мм на 80 м/с (около 4300 мин⁻¹) и двигателя 2,2 кВт при перегрузе двигателя k_м = 3 (допущение) F_т = 82,5 Н; сталь в призме 90° (μ = 0,15, SF = 2) требует F_з = 778 Н. Цилиндр подбирают так, чтобы это усилие не превышало 50 % его теоретической тяги (лист Festo на DSBC, стр. 19) при запасе не меньше 1,1 (допущение): при 0,5 МПа Ø63 даёт запас 1,00, поэтому берут SC-80-75 (рабочие 1257 Н, запас 1,62 для нового круга; для круга, сработанного до 262 мм по п. 5.21 ГОСТ Р 52588-2011, F_з = 1054 Н и запас 1,19, а при SF = 3 — 0,79). Подача круга — второй цилиндр: при усилии на круге 50–150 Н (допущение) и плече 0,4 это SC-50-50. Предупреждения: при потере воздуха пневматика может не удержать ни трубу, ни головку; при заклинивании круга рывок на кромке в 3,7–18 раз больше расчётных 82,5 Н (оценка), и пневмоприжим трубу не удержит (нужны жёсткий механический зажим, упор от смещения и ограждение); расчёт верен при вращении круга в призму, при обратном запас на сработанном круге 1,08. Полная сила прижима — 2,5 кН на руки.

Формула диаметра цилиндра прижима: D ≥ √(8 · F_з / (π · P)), где F_з — нужная сила зажима (Н), P — давление (Па); 8 = 4 (площадь поршня) × 2 (запас «не более 50 % тяги»). Для F_з = 778 Н (новый круг) и 0,5 МПа получается 62,9 мм, ближайший ряд с запасом — Ø80.

Статья отвечает на запрос «станок для резки профильной трубы» с инженерной стороны: сколько прижима нужно, какой цилиндр брать, сколько воздуха уходит на рез и что происходит с людьми при отказе воздуха. Готовой конструкции станины и ограждения круга статья не даёт. Рассмотрен один вариант: маятниковая головка с абразивным отрезным кругом и круглая труба в призме (профильную трубу в плоских губках статья не считает).

Оглавление

• Физика прижима и резки: сила круга, момент реакции, призма
• Коэффициенты и допущения
• Главная таблица: призма × трение → усилие прижима → цилиндр
• Что делать, если запаса не хватает
• Пример расчёта на SC-80-75 и SC-50-50
• Расход воздуха и ресивер
• Отказ воздуха и люди в зоне круга, зажима и головки
• Типичные ошибки
• Вопросы и ответы

Физика прижима и резки: сила круга, момент реакции, призма

Сила круга. Мощность на валу P, окружная скорость круга v и сила на кромке связаны равенством P = F_т · v; для примера 2200 Вт / 80 м/с = 27,5 Н при установившемся резе. Двигатель может отдавать момент больше номинального; статья вводит множитель перегруза k_м (максимальный момент к номинальному) и берёт 2–3 (допущение, источника нет): F_т = 55–82,5 Н, для подбора берут верх диапазона. k_м — статический перегруз, а не защита от заклинивания круга. Скорость v не выше предельной, указанной на круге. В таблице 2 ГОСТ Р 52588-2011 для круга типа 41 на стационарных станках с механической подачей предельные скорости, м/с: связка B — 50; 63; 80, BF — 80; 100; 125, R — 50; 63; 80, RF — 80; 100, E — 63. Скорость примера 80 м/с укладывается в них для B, BF, R и RF, но не для E: применять её можно только для круга, у которого на маркировке допустимо не менее 80 м/с. ГОСТ — не норма на станок, а требования безопасности к абразивному инструменту и оборудованию для него.

Заклинивание круга. При заклинивании круг и ротор отдают запас вращательной энергии. Оценка порядка (круг Ø355 × 3 мм, масса около 0,76 кг, момент инерции около 0,012 кг · м², 80 м/с, ротор не учтён): энергия около 1,2 кДж; при остановке за 100, 50 и 20 мс сила на кромке около 304, 608 и 1520 Н, то есть в 3,7–18 раз больше 82,5 Н в расчёте. Полная тяга ПЦ1 (2513 Н) в призме 90° при μ = 0,15 удерживает по трению лишь 2513 · 1,414 · 0,15 = 533 Н: рывок короче примерно 57 мс не удержать даже на полной силе, а на рабочих 50 % (266 Н) не удержит и рывок 100 мс; длительность реального заклинивания статья не знает. Поэтому пневмоприжим не удержит трубу при заклинивании круга; ни k_м, ни запас ниже от этого не защищают. Это задача проектировщика: проворот круглой трубы останавливает только жёсткий зажим с механическим замыканием (не пневматический); упор ограничивает лишь смещение вдоль оси; нужны также ограждение круга и ловушка отброса.

Износ круга. Момент двигателя постоянен, радиус круга по мере износа падает, поэтому при постоянной частоте вращения сила на кромке растёт. По п. 5.21 ГОСТ Р 52588-2011 минимальный диаметр сработанного отрезного круга при креплении фланцами наружным диаметром d_фл равен d_фл + 2 · d_{заготовки} + 10 мм: для трубы Ø76 и фланца 100 мм (параметр примера) — 262 мм. При 4304 мин⁻¹ скорость на кромке 59 м/с, F_т = 3 · 2200 / 59 = 112 Н, на 35 % больше, чем на новом круге. Если станок повышает частоту вращения по мере износа (п. 5.22 допускает, но не выше предельной скорости), сила остаётся 82,5 Н; статья считает худший случай.

Момент реакции и вращение трубы. Сила F_т стремится провернуть трубу с моментом M = F_т · r (r — радиус трубы); прижим удерживает её трением о грани призмы. Вывод автора: труба касается обеих граней призмы с углом α, подвижная губка давит вдоль оси призмы силой F_з; нормальная сила на грани N = F_з / (2 · sin(α/2)), граней две, момент трения на радиусе трубы 2 · μ · N · r = μ · F_з · r / sin(α/2). Множитель g = 1 / sin(α/2): 2,0 при α = 60°, 1,414 при 90°, 1,155 при 120°, 1,035 при 150°. Условие: g · μ · F_з ≥ SF · F_т. Оба момента пропорциональны радиусу, он сокращается — усилие прижима не зависит от диаметра круглой трубы при неизменном угле призмы и касании обеих граней, но зависит от угла призмы: F_з ~ sin(α/2) (при 120° вместо 90° нужно 953 Н вместо 778 Н, запас SC-80-75 падает с 1,62 до 1,32). Трение на подвижной губке не учтено (в запас). Формула верна при вращении круга в призму (принято на эскизе: N = (F_з + F_т) / 1,414); при обратном вращении F_з ≥ SF · F_т / (g · μ) + F_т: 860 Н на новом круге (запас 1,46), 1166 Н на сработанном — запас 1,08, ниже 1,1; направление вращения фиксируют и проверяют при пуске. От диаметра зависят ход зажима и ход подачи (таблица ходов). Окалина, масло и накатка меняют μ, а прочность стенки ограничивает прижим сверху (допустимое усилие для тонкостенной трубы источник не дал; проверяют опытом).

Профильная труба в плоских губках. Множитель для неё статья не выводит и профиль в таблицу не включает: момент от силы круга воспринимают плоскости губок, а трение нужно против сил вдоль губок (подача F_н до 393 Н, вес). Если бы полную подачу 393 Н держало только трение двух губок при μ = 0,15, при SF = 2 нужно 2 · 393 / (2 · 0,15) = 2620 Н (при подаче 150 Н — 1000 Н) — больше полной силы SC-80-75 (2513 Н): профиль должен лежать на опоре.

Подача круга. Головка качается на оси O; цилиндр ПЦ2 давит на плечо a = 160 мм, круг режет на плече L = 400 мм, a / L = 0,4 (допущение, размеры условные). Сила на круге F_н = 0,4 · F_ц, ход на круге в 2,5 раза больше хода штока. Скорость подачи задают дросселями на выпуске; сила растёт сама до предела F_н = 0,4 · P · A. Вес головки: принято одно — вес головки с двигателем уравновешен пружиной станка (допущение; пружина вне схемы и не считается), силы ПЦ2 идут сверх веса. Подъём давлением в В2 от этого зависит: 825 Н · 0,16 м = 132 Н · м у оси против 75–120 Н · м для головки 25–40 кг на плече около 0,3 м (оценка) — на грани; слабая пружина — головка падает на круг, сильная — поднимается сама; пружину и вес задаёт проектировщик. Износ и ход: при сработке круга до 262 мм ход круга растёт до 76 + 25 + 46,5 = 147,5 мм, ход штока — до 59 мм; запас хода SC-50-50 (9,6 мм на штоке, 24 мм на круге) исчерпывается потерей диаметра круга 48 мм. Дальше — ход 75 мм или регулировка положения цилиндра и упор.

Коэффициенты и допущения

• Сила круга: F_т = k_м · P / v; P = 2200 Вт, v = 80 м/с, диаметр круга 355 мм — параметры примера, не паспорт станка; k_м = 2–3 — перегруз двигателя, допущение (не защита от заклинивания).
• Износ круга: по п. 5.21 ГОСТ Р 52588-2011 минимум d_фл + 2 · d_{заготовки} + 10 мм; фланец 100 мм (параметр примера) и труба Ø76 дают 262 мм; частота постоянна, F_т на сработанном круге 112 Н (k_м = 3). Таблица дана для обоих состояний круга.
• Запас против проскальзывания: SF = 2 — допущение (при SF = 3 усилие на 50 % больше: 1167 Н на новом круге, запас SC-80-75 лишь 1,08; на сработанном круге 1581 Н и запас 0,79 — тогда цилиндр Ø100 с запасом 1,24).
• Трение: μ = 0,15 сталь по стали (статическое) — по таблице 20 справочных данных на prikladmeh.ru; другой справочник для чистой сухой пары даёт около 0,74–0,78, поэтому взято нижнее значение. Для масляной или оцинкованной трубы μ проверяют опытом. Пара «алюминий и абразивный круг по стали» не рассматривается: круг подбирают под материал по маркировке и паспорту круга, иначе он забивается и может заклинить.
• Тяга и запас: F_ц = P · π · D² / 4 (теоретическая, при выдвижении). В листе Festo на DSBC (2017/12, стр. 19) как основной принцип рекомендовано использовать не более 50 % теоретических сил; принято 50 %, минимальный запас 1,1 — допущение статьи.
• Давление воздуха: 0,5 МПа на обоих цилиндрах (уставка ФР1 при сети не ниже 0,6 МПа). Максимум серии SC — 0,8 МПа (карточка сайта, WAALPC «Selection Manual 2025»; лист «DNC SC SI Cylinder» даёт 0,1–0,9 МПа, принято меньшее), минимум — 0,1 МПа.
• Усилие подачи на круге: 50–150 Н — допущение (источника в найденных материалах нет); диапазон задаёт выбор цилиндра, а не режим резания.
• Штоки: SC-80 — Ø25 мм (совпало с каталогом AirTAC SC); SC-50 — Ø20 мм по каталогу AirTAC SC (совместимая серия, усилие Ø50 при втягивании и 0,6 МПа 989 Н). В карточке SC на сайте для Ø50 усилие при втягивании 1025 Н — это шток Ø18; расхождение паспортом не снято, шток при заказе уточняют. Расчёт — по каталогу (Ø20), значения при Ø18 даны рядом.
• Ход зажима по призме 90°: подвижная губка стоит от вершины на d · (1 + √2) / 2 = 1,207 · d; на диапазон Ø25–76 ход 1,207 · (76 − 25) = 61,6 мм плюс один зазор загрузки 10 мм (допущение) — 71,6 мм. SC-80-75 хватает, запас хода 3,4 мм, то есть почти нет.
• Ход подачи: S = 0,4 · (h + 25), где h — высота сечения, 25 мм — подвод круга и выход за нижнюю стенку (допущение); на износ круга ход не заложен.
• Скорость подачи и число резов: «10 резов в минуту» взято только для расчёта воздуха, это не обещание производительности. Ход штока 40 мм за 4–10 с даёт 4–10 мм/с — медленнее диапазона 50–800 мм/с из листа WAALPC «DNC SC SI Cylinder»: возможны рывки; подачу стабилизируют по паспорту (решение проектировщика).

Главная таблица: призма × трение → усилие прижима → цилиндр

Условия: круглая труба Ø25–76 в призме, касание обеих граней; 0,5 МПа; F_т = 55–82,5 Н на новом круге (k_м = 2–3), до 112 Н на круге 262 мм (k_м = 3); SF = 2; рабочее усилие — не более 50 % тяги, запас не менее 1,1; цилиндр подобран для сработанного круга. Ø80 в строке 90° и μ = 0,15 — сумма четырёх допущений (k_м, SF, μ, 50 % тяги), а не расчёт без запаса; на трубе реально работает полная тяга 2513 Н, а «запас» считается от рабочих 1257 Н.

Вывод. Усилие прижима зависит от трения и от угла призмы и не растёт с диаметром круглой трубы. Для стальной трубы в призме 90° нужен Ø80 (Ø63: запас 1,00 на новом круге, 0,74 на сработанном); призма 120° требует Ø100. Ни одна строка не защищает от заклинивания круга. Полная сила вдвое выше рабочей: SC-80-75 давит до 2513 Н, тонкостенная труба может смяться (предел не найден, проверяется пробой).

Ход подачи и воздух по сечениям для нового круга (h — высота сечения, ход круга = h + 25 мм, ход штока = 0,4 · ход круга; износ круга добавляет до 46,5 мм хода на круге, шток Ø20 по каталогу AirTAC; круг настроен под каждое сечение; при неподвижной призме под Ø76 для Ø25 ход круга 75,5 мм):

Что делать, если запаса не хватает

Если запас меньше 1,1 (стальная труба в призме на Ø63: 1,00 на новом круге), ставят цилиндр на ступень больше; делают губки с насечкой или шероховатой накладкой (μ растёт; проверяют опытом); берут более острую призму (60° даёт g = 2,0 против 1,414; труба должна касаться обеих граней и не заклиниваться) или вторую призму с прижимом вдоль трубы. Повышать давление выше 0,5 МПа допустимо только в пределах паспорта серии (0,8 МПа) и с проверкой станины: сила растёт пропорционально давлению.

Пример расчёта на SC-80-75 и SC-50-50

Исходные данные. Круг Ø355 мм, 80 м/с, двигатель 2200 Вт, k_м = 3, SF = 2, сталь по стали μ = 0,15, призма 90° (g = 1,414), 0,5 МПа, фланец 100 мм, труба Ø76.

Ft  = k · P / v = 3 · 2200 / 80          = 82,5 Н
Fз  = SF · Ft / (g · μ) = 2 · 82,5 / (1,414 · 0,15) = 778 Н
D ≥ √(8 · 778 / (π · 0,5·10⁶)) = √(3,96·10⁻³)  = 0,0629 м → 62,9 мм
Ø63: 0,5 · 0,5 · π · 63²/4 = 779 Н  → запас 779 / 778 = 1,00  (меньше 1,1: не берём)
Ø80: 0,5 · 0,5 · π · 80²/4 = 1257 Н → запас 1257 / 778 = 1,62; полная сила 0,5 · 5027 = 2513 Н

Круг, сработанный до предела (п. 5.21 ГОСТ Р 52588-2011):
d_min = 100 + 2 · 76 + 10 = 262 мм;  v = π · 0,262 · 4304 / 60 = 59 м/с
Ft  = 3 · 2200 / 59 = 112 Н;  Fз = 2 · 112 / (1,414 · 0,15) = 1054 Н
Ø80: 1257 / 1054 = 1,19;  при SF = 3: Fз = 1581 Н, запас 0,79 (Ø100: 1963 / 1581 = 1,24)
Ход зажима: 1,207 · (76 − 25) + 10 = 61,6 + 10 = 71,6 мм

Ход зажима 71,6 мм → ряд SC-80: SC-80-75, цена 18 000 ₸; запас хода 3,4 мм. Это подбор по допущениям, а не обещание: запас Ø80 не ниже 1,00 при μ не ниже примерно 0,09 (новый круг) и 0,13 (сработанный); на заклинивание ни один запас не рассчитан.

Подача. Нужная сила на круге 100 Н: F_ц = 100 / 0,4 = 250 Н, при 50 % тяги нужна теоретическая 500 Н, то есть A ≥ 1000 мм² и D ≥ 35,7 мм. Для верха диапазона 150 Н: F_ц = 375 Н, D ≥ 43,7 мм, ряд Ø50. SC-50: рабочая на круге 0,4 · 0,5 · 982 = 196 Н (запас 1,31 к 150 Н), полная 0,4 · 982 = 393 Н. Труба Ø76: ход круга 76 + 25 = 101 мм, ход штока 0,4 · 101 = 40,4 мм → SC-50-50, цена 9 360 ₸; запас хода и износ круга — в разделе о физике (на круг, сработанный до 262 мм, нужен ход около 59 мм).

Эскиз узла

Вид вдоль оси трубы: труба Ø76 в призме 90°, подвижная губка ПЦ1, головка на оси O, цилиндр подачи ПЦ2 и круг в начале и в конце реза. Плечи, круг, труба и угол призмы — в масштабе: грани идут под 45° к оси и касаются трубы, как в выводе выше; при другом угле призмы прижим другой. Красным — три опасные зоны.

Расход воздуха и ресивер

Объём за цикл. Зажим: V = π · 0,08² / 4 · 0,075 = 0,377 л, на атмосферное давление: 0,377 · (0,5 + 0,1013) / 0,1013 ≈ 2,24 л на закрытие и около 2,02 л на раскрытие (кольцо с штоком Ø25). Подача на трубе Ø76: 0,471 л на ход вниз и 0,396 л на возврат (шток Ø20 по каталогу; при Ø18 по карточке — 0,41 л). Всего за рез около 5,12 л свободного воздуха; при десяти резах в минуту (допущение для расчёта воздуха) — около 51 л/мин. Полости и трубки не учтены.

Ресивер. V_р = N · p_атм / Δp; при Δp = 0,1 МПа и N = 5,12 л получается 5,2 л, с запасом 15 % (допущение) — около 6 л. Расход проверьте калькулятором расхода воздуха, объём ресивера — на странице «Ресивер сжатого воздуха», подачу — в материале про компрессор для пневматики.

Отказ воздуха и люди в зоне круга, зажима и головки

Что здесь держит, а что нет. Активного удержания в схеме нет. ПР1 без тока подаёт воздух в штоковую полость и раскрывает зажим, ПР2 без тока поднимает головку; КР1 после закрытия стравливает воздух за собой и запирается навесным замком. Ни одно из этих действий не удерживает трубу зажатой или головку поднятой, а замок на КР1 изолирует только источник, но не полости цилиндров. Перекрытие обеих полостей распределителем 5/3 с закрытым центром безопасности не даёт: в листе Festo DSBC (2017/12, стр. 19) сказано, что перекрытие подачи воздуха с обеих сторон, например распределителем 5/3, безопасности не обеспечивает. Зажимной узел DSBC-C (Festo) — не средство безопасности (стр. 2 и 19).

Ложное «удерживает». Главная опасность зажима: труба держится, пока есть воздух, и отпускается, как только воздух ушёл — а круг в этот момент может стоять в надрезе и вращаться. Труба, потерявшая зажим под вращающимся кругом, может быть захвачена и отброшена. Схема не даёт последовательность «сначала головка вверх, потом разжим»: при снятии тока ПР1 и ПР2 переключаются одновременно, а пружина или противовес головки в схему не входят (допущение). Эту последовательность, разрешение подачи только при созданном давлении зажима и остановку круга при потере воздуха проектирует разработчик системы управления; статья замков и блокировок не изобретает.

Чего статья не даёт. Способа подать и извлечь трубу, не оказавшись в трёх зонах под давлением, — это задача проектировщика оснастки: механические опоры и их установка снаружи зоны, способ снять давление в запертой полости А из-за пределов зоны, ограждение круга и ловушка отхода; конструкции опор в листах производителей нет. Круг и ограждение: по ГОСТ Р 52588-2011 (п. 5.8) абразивный инструмент и элементы его крепления должны быть ограждены средствами защиты (кожухом, ограждением, экраном, колпаком), входящими в комплект оборудования, а размеры и материал кожуха и максимальные размеры круга указывают в паспорте оборудования (п. 5.9); статья размеры и норму ограждения не задаёт.

Пневмосхема трубореза

Схема учебная: ПЦ1 SC-80-75 и ПЦ2 SC-50-50, сеть не ниже 0,6 МПа, на цилиндрах 0,5 МПа (уставка ФР1). Позиции (кран КР, распределитель ПР, дроссель ДР, глушитель Г, манометр МН) — типы устройств, а не изделия и не артикулы: краны и распределители подбирают по расходу и паспорту; изделий с артикулом два — ПЦ1 и ПЦ2. Дроссели с обратным клапаном ДР1–ДР4 показаны по ISO 1219-1 по листу Festo GRLA 2023/05 (стр. 2–3): в цилиндр воздух идёт свободно, из цилиндра — через регулируемый дроссель, скорость задают на выпуске (ДР2 и ДР4 — при движении вперёд, ДР1 и ДР3 — при возврате). Кран стоит после ФР1 и до обеих веток: закрытый, он запирает свой вход и стравливает всё за собой; участок от ФР1 до крана остаётся под давлением 0,5 МПа — это сторона источника, работы на нём начинают после отдельного отключения сети выше по потоку (в схему не входит). Манометры МН2 и МН3 стоят на портах поршневых полостей между цилиндром и дросселем и показывают давление в А напрямую, в том числе при закрытой или забитой игле. Давление в полостях В схемой не контролируется: это остаточный риск. Двигатель круга — вторая энергия, вне пневмосхемы.

Порядок работ у круга, губок и головки (изоляция энергии). Подача трубы, смена круга, извлечение застрявшей трубы, осмотр — работы вне рабочего цикла: постоянный доступ рук к кругу, губкам и головке при цикле исключают конструкцией и ограждением с блокировкой по оценке риска; по иерархии мер ISO 12100 это раньше процедур. Оба барьера — нули и опоры — обязательны.

1. Остановить круг и дождаться полной остановки: время выбега — по паспорту станка; отключить двигатель круга от сети. Круг опасен, пока вращается.
2. Снять команду пуска: обесточить ЭМ1 и ЭМ2 и заблокировать пуск — до любых действий с краном. Так вернувшийся воздух не двинет губки и головку без команды. Положение золотников ПР1 и ПР2 схема не показывает: обесточенный ЭМ не доказывает, что ПР в покое.
3. Закрыть КР1 и запереть навесным замком. Участок ФР1–КР1 остаётся под давлением — это сторона источника.
4. Убедиться, что МН2 и МН3 исправны: на последнем цикле их стрелки росли при движении вперёд и падали при возврате. Если этого не видели, нуль ничего не значит (забитый штуцер, застрявшая стрелка, оборванная трубка манометра дают нуль при запертой полости); работ не начинают.
5. По МН1 добиться нуля в магистрали и выдержать паузу. Время паузы зависит от иглы дросселя и объёма полости: его определяют по стенду и записывают в паспорт станка, статья числа не даёт. МН1 полости цилиндров не показывает: они стравливаются только через дроссели (обратные клапаны из цилиндра заперты); при закрытой игле нуль недостижим за любое время.
6. По МН2 и МН3 убедиться, что в обеих полостях А нуль. Если один из манометров не нуль — остановиться: зону закрыть, опоры руками не ставить, иглы дросселей и штуцеры не трогать. Полость, вероятно, заперта закрытой или забитой иглой: губки прижаты силой до 2,5 кН или головка давит на круг до 393 Н. Давление снимают только тем способом, который заложил проектировщик и который выполняется снаружи зоны; на схеме такого способа нет. Нет способа — работ руками в зоне нет.
7. Только при нулях на МН1, МН2 и МН3 установить снаружи зоны две механические опоры: распорку, не дающую губкам сойтись, и упор, не дающий головке идти вниз; рассчитанные на силу не ниже тяги цилиндра при давлении срабатывания предохранительного клапана сети (у губок 2,5 кН при 0,5 МПа, 3,5 при 0,7, 4,0–5,0 кН при 0,8–1,0 МПа; на круге 393 Н при 0,5 МПа, 550, 628–785 Н при 0,7–1,0) и на удар при движении; вес головки и двигателя добавляют по паспорту станка. Порядок один: сначала нули, затем опоры, затем вход. До установки опор все три зоны опасны; без нуля опоры руками в зоне не ставят; без опор к кругу и губкам не подходят, даже если манометры показывают нуль. Конструкцию опор проектирует разработчик.
8. Допуск. Вводить руки в зону можно по решению оценки риска, когда выполнено всё: круг стоит, МН2 и МН3 исправны, нули получены после паузы, опоры установлены, замок на КР1 стоит, ток ЭМ1 и ЭМ2 снят. Этого недостаточно для застрявшей трубы: она может быть упруго изогнута и при разжатии отскочить.
9. Возврат: убрать людей, инструмент и обрезки из всех трёх зон; повторно проверить нули на МН1, МН2, МН3 и только после этого снять опоры снаружи зоны при пустой зоне: если полость А оказалась заперта уже после установки опоры, снятие опоры выпускает губки или головку. Затем убедиться, что команды пуска сняты; положение ПР1 и ПР2 схема не показывает, поэтому при открытии КР1 следят за МН2 и МН3: рост давления в А — признак пуска, КР1 закрыть. Замок снимают и КР1 открывают только после этих проверок; двигатель круга включают последним.

Что происходит при отказах. Связность полостей при закрытом и открытом КР1, положениях ЭМ и игл (перебор на Python, ветки независимы), затем отдельные события. Модель показывает, где полость соединена с выхлопом, а не время и не силу; опасные случаи выделены.

Отдельные единичные отказы и события (КР1 закрыт, если не сказано иначе):

Остаточные риски (что схема не исключает).

• Запертая полость А. Закрытая или забитая игла ДР1 (ДР3) оставляет губки под давлением закрытия до 2,5 кН (головку — под давлением подачи, до 393 Н на круге) при закрытом КР1 и нуле на МН1. Схема выявляет это только манометрами МН2 и МН3 и не снимает: способ снятия давления снаружи зоны и механические опоры — на проектировщике.
• Пуск «в покое» при закрытой игле. При открытом КР1, обесточенном ЭМ и закрытой игле дросселя А остаётся давление, а в В воздух идёт: остаётся сила в сторону закрытия (245 Н на губках, 0,5 МПа × площадь штока Ø25) или подачи (157 Н на цилиндре, 63 Н на круге при штоке Ø20 по каталогу; при Ø18 по карточке — 127 и 51 Н).
• Запертая полость В (не контролируется). Остаётся запертой при закрытой игле ДР2 (ДР4) и забитых глушителях; сила на раскрытие губок до 2,27 кН (кольцо Ø80/Ø25), на подъём головки до 330 Н на круге (кольцо Ø50/Ø20; при Ø18 по карточке — 342 Н). Манометра на В нет: контроль добавляет проектировщик.
• Один датчик на полость А. МН2 и МН3 могут дать ложный нуль (класс 1,6: ±16 кПа = ±80 Н на губках): нуль и опора — два независимых барьера.
• Потеря зажима под вращающимся кругом. Потеря воздуха, обрыв трубки к А1 или пропажа тока ЭМ1 снимает зажим, а круг остаётся в надрезе; отброс трубы и обратный удар статья не считает.
• Заклинивание и износ круга. Рывок до ~1,5 кН (оценка) при удержании ПЦ1 533 Н; износ поднимает силу на кромке до 112 Н и расходует ход ПЦ2; смену круга задают паспорт и п. 5.21 ГОСТ Р 52588-2011.
• Самопуск. Если ЭМ остался под током, при возврате воздуха губки закроются, а головка пойдёт вниз без команды; защита — снятая команда пуска и закрытый КР1, блокировка повторного пуска в схему не входит.
• Обрезок, отскок и одна точка изоляции. Отрезанный конец и изогнутая труба могут вылететь; траектория и энергия не считаются. Ввод и изоляцию даёт один кран КР1; время стравливания, выбег круга и энергию удара определяют на стенде.

Что остаётся не подтверждено. Перегруз двигателя k_м = 2–3 (заклинивание он не покрывает), SF = 2, минимальный запас 1,1, усилие подачи на круге 50–150 Н, размеры головки (L = 400 мм, a = 160 мм), запас хода 25 мм и параметры примера (круг Ø355, 80 м/с, 2200 Вт, фланец 100 мм) — допущения статьи, не измерения. Трение μ = 0,15 взято из одной справочной таблицы (0,10 и 0,30 в таблице — допущения); для реальных труб оно другое и подтверждается опытом; допустимое смятие тонкостенной трубы источником не подтверждено. Источник по силам резания абразивным кругом не найден, поэтому сила принята из баланса мощности. Шток SC-50: по каталогу AirTAC SC — Ø20, по усилию при втягивании в карточке сайта — Ø18, паспорт изделия не найден; крепление цилиндров и качание цилиндра подачи не проверены. Ограждение, выбег, разрыв круга и отброс не считаются; числа рывка при заклинивании — оценка порядка; вес головки, пружина, фланец, предельный износ круга и скорость подачи — по паспорту станка.

Типичные ошибки

1. Считать прижим по диаметру трубы. Прижим считают по силе круга, трению и углу призмы; диаметр круглой трубы сокращается, но влияет на ход зажима и ход подачи.
2. Брать μ «для стали» без проверки поверхности и угла призмы. Масло, окалина, краска и оцинковка меняют трение; при μ вдвое ниже требуемое усилие вдвое выше; на более широкой призме усилие больше.
3. Думать, что перегруз двигателя k_м защищает от заклинивания. Это статический перегруз; рывок при заклинивании — сотни ньютонов и до ~1,5 кН (оценка), пневмоприжим его не удержит: нужны жёсткий механический зажим, упор от смещения и ограждение.
4. Брать 100 % теоретической тяги. В листе Festo на DSBC (стр. 19) рекомендовано использовать не более 50 %; запас 1,00 у Ø63 — это граница, а не запас.
5. Работать у круга при закрытом кране без проверки нулей и без опор. Запертая полость А держит губки и головку при нуле на МН1: проверяют нули по МН2 и МН3, паузу и ставят опоры снаружи зоны; давление в В манометром не проверяется.
6. Оставлять ток на ЭМ при закрытии крана. Возврат воздуха закроет губки и опустит головку без команды: первым шагом снимают ток и блокируют пуск.
7. Считать запас для нового круга и забыть про износ. Сила на кромке растёт (в примере с 82,5 до 112 Н, запас 1,62 → 1,19), ход подачи расходуется; проверяют сработанный круг по п. 5.21.
8. Считать станину на рабочие усилия. Ось, призму и упоры рассчитывают на полные усилия при давлении срабатывания предохранительного клапана сети (до 5,0 кН на губках при 1,0 МПа), а не на 1257 Н.

Связанные материалы

• Пневматические тиски: расчёт усилия зажима и схема
• Гибка арматуры: расчёт момента и узел пневмозажима
• Пресс-ножницы: расчёт усилия реза и вырубки
• Продольная устойчивость штока: проверка по формуле Эйлера

Вопросы и ответы

Какое усилие прижима нужно для трубореза с абразивным кругом?

Для круглой трубы в призме: F_з ≥ SF · F_т / (g · μ), F_т = k_м · P / v, g = 1/sin(α/2) (1,414 для 90°). Для круга Ø355 мм на 80 м/с, 2,2 кВт, k_м = 3, SF = 2, стали по стали (μ = 0,15) в призме 90° — 778 Н на новом круге и 1054 Н на круге, сработанном до 262 мм (п. 5.21 ГОСТ Р 52588-2011).

Зависит ли усилие прижима от диаметра трубы?

Для круглой трубы в призме с касанием обеих граней — нет: моменты круга и трения пропорциональны радиусу. Зато оно зависит от угла призмы: при 120° вместо 90° — 953 Н вместо 778 Н.

Какой цилиндр взять для прижима стальной круглой трубы в призме?

В примере — SC-80-75: рабочие 1257 Н при 0,5 МПа, запас 1,62 для нового круга и 1,19 для сработанного; Ø63 даёт 1,00 — граница. При SF = 3 на сработанном круге запас Ø80 — 0,79, нужен Ø100. Профиль в плоских губках статья не считает.

Какой цилиндр нужен для подачи круга?

Сила на круге равна 0,4 от силы цилиндра (плечи 160 и 400 мм). При усилии подачи 100–150 Н (допущение) нужны Ø40–50: SC-50-50 даёт на круге рабочие 196 Н, полные 393 Н; ход штока для трубы 76 мм на новом круге 40,4 мм.

Сколько воздуха расходует труборез и какой нужен ресивер?

Около 5,12 л свободного воздуха за рез на SC-80-75 и SC-50-50 при 0,5 МПа; при десяти резах в минуту (допущение для расчёта) — около 51 л/мин. Ресивер (падение до 0,1 МПа) — около 5,2 л, с запасом 15 % — около 6 л.

Что будет, если пропадёт воздух или ток при резе?

Пневматика может не удержать ни трубу, ни головку: без тока пружины раскрывают зажим и поднимают головку одновременно, а круг ещё вращается; обрыв трубки зажима снимает усилие сразу. Возврат воздуха при поданном токе закроет губки и опустит головку без команды.

Удержит ли пневмоприжим трубу, если круг заклинило?

Нет. k_м = 2–3 — статический перегруз двигателя, а не защита от заклинивания. Сила на кромке при остановке круга за 100–20 мс порядка 304–1520 Н (оценка) против расчётных 82,5 Н; SC-80-75 на полной тяге держит по трению около 533 Н. Трубу от проворота держит жёсткий механический зажим, упор — лишь от смещения; нужно и ограждение.

Можно ли сделать зажим безопасным распределителем 5/3 или зажимом штока DSBC-C?

Нет. В листе Festo на DSBC (2017/12, стр. 19) сказано, что перекрытие подачи воздуха с обеих сторон, например распределителем 5/3, безопасности не обеспечивает; DSBC-C не средство безопасности (стр. 2 и 19).