Кульминация конструкторской мысли Schneider Senator

Чтобы сократить объем статьи, мы не будем подробно рассматривать все вышеназванные серии машин (хотя в каждой из них содержится множество ноу-хау, вызывающих интерес), а акцентируем наше внимание на наиболее передовой серии машин с полностью гидравлическим приводом. В 70-е годы, когда начали проявляться некоторые признаки стагнации в развитии крупных производителей резальных машин, руководство Schneider Senator форсировало работу своего конструкторского отдела. Перед инженерами и разработчиками была поставлена стратегическая цель: опередить остальную тройку ведущих немецких производителей и вывести оборудование Senator на высший уровень качества и надежности, сделав их своеобразным «Роллс-ройсом» среди резального оборудования. Несмотря на грандиозность замысла, задача вскоре была реализована - презентация машины нового поколения состоялась на DRUPA-95. Главной «изюминкой» технического решения явилось использование преимуществ полностью гидравлического привода ножа.

Рис 1. Резальная машина Schneider Senator S-Line 115H

Справедливости ради надо сказать, что гидравлический привод ножа не был тогда новинкой: несколько производителей выпускали подобные машины с длиной реза до 700 мм. Но решимость Senator задействовать гидравлический на машинах с длиной реза 780 - 155 мм оказалось для всех полной неожиданностью. В те годы гидравлика считалась медленным приводом с низкой точностью позиционирования, поэтому даже ведущие производители ограничивали сферу ее применения в мощных резальных машинах только лишь приводом прижима.

Действительно, их можно понять: до сегодняшнего момента электромеханический привод ножа считается достаточно хорошим, чтобы не отказываться от него в своих новых разработках, ограничивая конструкторскую мысль своих инженеров лишь небольшими его модернизациями для повышения эффективности оборудования. Но все же, нельзя не признать, что как бы ни был хорош этот принцип, электромеханическому приводу ножа более 50 лет и из него уже выжат максимум, на что он способен. Эра же гидравлических машин только начинается, и мы надеемся, что его преимущества будут только возрастать со временем.

Особенности гидравлического привода Senator s-Line

Обратите внимание на конструкцию резальной машины нового типа (см. рис 2). Как видите, нож здесь приводится в действии двумя высокоскоростными гидроцилиндрами, расположенными на обоим его сторонам. Сабельное движение резания осуществляется за счет перемещения тяжелой балки, к которой крепиться нож, в прецизионных направляющих, расположенных под определенными углами к вертикали.

Таким образом, сразу можно отметить одно из преимуществ гидравлического привода – симметричность приложения усилий во фронтальной плоскости. Дело в том, что традиционный электромеханический привод даже в самой современной реализации предполагает наличие только одного двигателя, который с помощью систем тяг передает усилие на ножедержатель. И, как бы точно ни была изготовлена подобная система, тяги склонны к растяжению-сжатию, в зубчатых передачах со временем возникают люфты и другие деформации. Все это создает предпосылки для возникновения перекосов при движении ножа, и повышенному износу его направляющих. Конечно, в процессе регулярного обслуживания все зазоры и люфты устраняются, но это не единственный и не лучший выход из положения. Гидравлический привод от Senator принципиально лишен указанного недостатка: здесь усилие передается с помощью симметричных гидроцилиндров, без дополнительных кинематических звеньев, а равномерность усилия на нож справа и слева обеспечивается использованием общей масляной системы с регуляторами давления.

Рис 2. Конструкция Schneider Senator S-Line 115H

Следующее кинематическое преимущество S-Line 115H также легко наблюдается на рисунке 2. Для этого достаточно обратить внимание на точку крепления силовых тяг к ножедержателю с закрепленным на ней ножом. Заметили, как низко она расположена относительно кромки ножа? Но не будем торопить события и расскажем об этом подробнее. Вообще, чтобы нож начал резать бумагу необходимо либо давить на него сверху, либо тянуть с боков снизу. На первый взгляд оба этих способа достаточно хороши, и трудно назвать лучший из них. Это сравнение в чем-то схоже с системой привода автомобиля. Не даром выпускаются машины с передним и задним приводом, пользующихся большим спросом у автолюбителей. Но в тоже время подобное сравнение и не вполне адекватное. Если любители заднего привода считают достоинством своих машин лучшую динамику разгона, мягкий ход и возможность прохождение поворотов в управляемом заносе, то в резальном оборудовании традиционного типа эти преимущества не играют роли. Согласно теории устойчивости тянущий принцип всегда имеет преимущество перед толкающим. Такая система более управляема, стабильна и устойчива сама по себе.

Конечно, редко какого владельца резальной машины интересуют способы приведения в движения ножа в его машине, но эта теория находит отражение и с практической, меркантильной стороны. Тянущий привод способен обеспечить большую долговечность машине и больший срок службы заточенного ножа по сравнению с толкающим принципом при других равных условиях. Попробуем это аргументировать. Как известно, нож движется по строгой траектории в узких направляющих. При приложении усилия от электромеханического привода на нож с одной стороны (сверху) и сил сопротивления бумаги в процессе ее резания на его кромку с другой стороны (снизу), создается опрокидывающий момент, стремящийся отвести нож вместе с балкой вперед, в сторону оператора. Это ведет к повышенному износу ножа и фронтальной плоскости направляющих, удерживающих его в вертикальном положении. Один раз начавшийся процесс износа далее идет в возрастающем темпе, из-за постоянного увеличения нагрузок на направляющие и режущую кромку ножа. В результате, даже более частые процедуры заточки ножа не спасают положение, и механизм привода ножа рано или поздно выходит из строя.

Рис 3. Усилия, возникающие в процессе резания стопы бумаги

Эта проблема является наиболее трудно разрешимой в рамках традиционного электромеханического привода, где дистанция между точками приложения усилий разделена на 150 мм и более по вертикали, и похоже разработчики таких машин достигли предела своих возможностей. Чем же на это ответил Schneider Senator? Его инженеры нашли очень простое и вместе с тем гениальное решение проблемы. За счет смещения точки приложения усилия от силовых гидроцилиндров ниже уровня кромки ножа, удалось полностью избавиться от вредного опрокидывающего момента. Если добавить к этому меньшее на 30% количество деталей гидравлического привода, отсутствие зубчатых редукторов, маховиков, муфт и других промежуточных узлов, то можно сказать что усилия резания в машинах S-Line используются со значительно большим кпд. Энергия двигателя идет на совершение полезной работы, вместо саморазрушения механизмов привода и нагрева деталей машины. Отсутствие опасности смещения ножа из-за опрокидывающего момента позволило расположить нож очень близко к прижиму (Schneider Senator лидирует по этому показателю). Это, в свою очередь, положительно влияет на качество резания, так как уменьшает сдвиг верхних листов стопы за ножом в процессе резания (см. рис 3).

При этом на указанных пунктах новшества не заканчиваются. Компания Schneider Senator разработала уникальные направляющие для ножа, в которых можно регулировать зазор с помощью шести болтов, выведенных на переднюю панель. В результате, если даже минимальные нагрузки (по сравнению с традиционной схемой) и создадут зазоры в направляющих, то их можно будет быстро устранить с помощью регулировок, не прибегая к замене деталей. Кроме этого, запатентованные компанией Schneider Senator направляющие характерны тем, что не требуют смазки практически за весь срок их эксплуатации.

Следующим преимуществом гидравлического привода является его плавность, точность и одинаковая скорость перемещения ножа в процессе резания. Иллюстрацию к плавности и точности легко понять, вспомнив трюк профессиональных крановщиков и экскаваторщиков – закрывание без повреждения вертикально расположенного спичечного коробка ковшом многотонной машины. Так вот, этот виртуозный номер осуществим лишь на современных машинах с гидравлическим приводом. Дискретные перемещения электромеханического привода радикально отличается от плавных и точных движений гидравлики.

Постоянство скорости перемещения ножа в стопе в процессе резания благоприятно действует как на долговечность привода машины и ножа, так и на качество получаемой продукции. Электромеханический привод с кривошипно-шатунным механизмом конструктивно не способен обеспечить необходимую плавность резания и равномерный отбор мощности. Там скорость вхождения ножа в стопу бумаги и, соответственно, возникающие при этом нагрузки в механизме привода зависят не только от типа и ширины листов, но и от высоты бумажной стопы. Такая ситуация провоцирует заклинивание ножа в направляющих, перегрузку двигателя в определенных положениях или даже срезку защитных разрывных болтов. Если даже исключить столь драматические последствия, то все равно понятно, что неравномерное рабочее напряжение пагубно влияет на износ деталей привода и ножа.

Рассмотренные выше преимущества гидравлического привода, кроме повышения надежности машины, увеличивают срок службы резальных ножей. Как показывает практика эксплуатации машин Senator, время службы одних и тех же ножей между заточками увеличивается до 3-4 раз. А это уже чисто коммерческое преимущество, которое можно измерить в денежном выражении. Причем экономия достигается не столь в оплате заточки в специализированных предприятиях, сколько в уменьшении простоев, связанных со сменой ножей, и на необходимости приобретать меньшее количество запасных инструментов. Если в среднем крупные предприятия затачивают ножи резальных машин пару раз в неделю, теряя на смену и настройку инструмента порядка 40 минут каждый раз, то экономия времени составляет более 3%. А учитывая, что чаще всего именно резальный участок является самым «узким местом» при прохождении больших заказов, это приведет к увеличению общей производительности предприятия, уменьшению эксплуатационных расходов и, в конечном итоге, сроков возвращение инвестиций.

Продолжительность цикла реза у электромеханических систем в лучшем случае составит 1.5 секунды, гидравлические же машины Senator легко могут уложиться в промежуток 1.1 секунд, что составляет соответственно 40 и 54 реза в минуту. Этот факт не случайно приводится одним из последних в перечне преимуществ. По мнению автора, несмотря на значимость цифр, скорость ножа не играет значительной роли в общей производительности машины. Здесь более важно другое: как быстро оператор сможет загрузить и выгрузить стопы бумаги в резальную машину, скорость перемещения затла и установка его в новые позиции резания. По этим показателям оборудование Senator находится в примерно равном положении с другими тремя немецкими производителями резального оборудования, каждый из которых демонстрирует одинаково хорошие показатели производительности и точности реза. Но где Schneider Senator действительно выигрывает, так это затраты времени на замену ножа.