Косой рез трубы можно представить, если палку колбасы разрезать под углом широким ножом. А если развернуть колбасную оболочку, то всегда получим кривую – чистую синусоиду.
Построить синусный механизм, в котором перемещение резака H = Rsin? очень просто: это обычный кривошип с радиусом R. Изменяя только его величину и вращая трубу на угол ? от 0 до 360о, можно резать трубу любого диаметра под любым углом.
Конечно, такие машины для медленной кислородной резки уже построены давно. Но их неторопливая механика просто развалится, если ее вращать со скоростями, нужными плазменной резке.
У нас уже был небольшой опыт. Наскоро собранная на площадке возле лаборатории машина с небывалой скоростью и "фасонно" отрезала кусок трубы, одновременно снимая фаску для сварки. Точная и красивая заготовка падает на землю, туча бурого дыма уходит в небеса…
Машина обогащает нас бесценным, в том числе – отрицательным опытом: сегменты, состыкованные после сборки, не образуют расчетного угла!
Почему??? Я тщательно рассчитал и точно установил радиус синусного механизма. Не доверяя себе, проверил все по таблицам из книг. И вот такая неудача!
Блестящие после резки кромки приходится подгонять шлифмашинками вручную. И еще: с одной стороны фаски под сварку образуют слишком большой угол, с другой – слишком маленький!
Причину я прочувствовал и понял не сразу. Мы рассчитываем радиус R ирежем по наружной поверхности трубы, а стыкуем отрезанные сегменты – по внутренней, которая искажается при резке с постоянно заданным углом фаски! И чем толще стенка трубы, тем больше искажения угла собираемого косого стыка.
Наша машина при работе уже решает два тригонометрических уравнения. Надо чтобы она решала и третье: угол фаски под сварку должен быть переменным! Известны только минимум и максимум этого угла. Неясно: а) по какому закону угол должен меняться; б) как выявленный закон движения воплотить в практическое устройство?
Я опять погружаюсь в математику и механику. Есть же счастливые люди, забывшие все науки после получения диплома и прекрасно себя чувствующие. А тут приходится даже вспоминать тригонометрию за 9-й класс…
Расчеты прерываются неожиданным образом: Леня Лившиц добыл две путевки в хостинскую "Аврору" и мощным пинком отправляет туда меня и Олега Власова. Лето, благодать. Эмма уедет к Сереже в Брацлав, надо бы подумать о своем здоровье.
… Все хорошо, можно лечиться, загорать, купаться. После первых двух дней загорания приходится расходовать почти поллитровку водки на лечение: увы – не внутрь, а снаружи, чтобы не слезла обожженная кожа. Кстати, в санатории при соблюдении всего предписанного, остается не так уж много свободного времени. Все процедуры я покорно исполняю, но как-то механически. Никак не могу выйти из прежних забот: как менять этот проклятый угол? Много времени занимает пляж до обеда: "лежу на пляжУ я и млею". Жаль ценного времени, – ведь украинцы соображают только до обеда… Вот и "лежу на пляжУ" и соображаю.
Без бумаги размышлять тяжело, и я прихватываю на следующий пляжный день небольшую тетрадь и карандаш. Олег старательно вникает в мои проблемы, но очевидно, что тригонометрия и теория машин и механизмов раньше были не самыми любимыми его предметами. Ему становится скучно со мной, и он отваливает в веселые компании преферансистов.
– Я за вами наблюдаю третий день: вы неправильно отдыхаете! – это обращается ко мне дама в цветастом купальнике. Я с трудом отрываюсь от своих построений, бормочу что-то о дефиците времени, и дама, возмущенно пофыркивая, удаляется.
К отъезду из "Авроры" у меня есть рабочие эскизы трех разных устройств, изменяющих угол наклона плазмотрона и формула поправки, учитывающая толщину стенки трубы и ее диаметр. Одно устройство меняет угол по закону тангенса, два – синуса. Какое из устройств точнее – можно будет определить либо на большом кульмане, либо вырезав сегмент практически. Забегая вперед, скажу, что победил синус, а устройство стало вообще другим – простым и точным. Отпуск удался, если после него рвешься к работе…
Наша машина должна очень быстро резать трубы диаметром от 50 до 700 мм. Плавное изменение оборотов для такого большого диапазона могут обеспечить только двигатели постоянного тока. Нахожу их в аэропорту Пулково: это списанные бортовые генераторы на 27 вольт. Хорошо, что знаю обратимость этих машин: они могут быть и двигателями.
Тяжеленную трубу длиной до 12 метров в зону резки должна подавать самоходная тележка. Логично, чтобы на этой телеге и был механизм вращения трубы. Угол ее поворота является "руководящим" для решения двух остальных уравнений – перемещения и наклона плазмотрона. Вывод: приводов должно быть два – один на подвижной тележке, другой – в зоне резки на синусных механизмах. Тогда отключая синусный привод, мы получим прямой рез, реверсируя его – получим зеркально отображенную плоскость реза. Но оба привода должны работать совершенно синхронно. Эта задачка мне не по плечу; иду в НИИ Электропривода к яйцеголовым ребятам.
– Да, мы можем спроектировать и сделать для вас такое устройство. Надо сделать два выпрямителя на тиристорах. На каждом приводе будет стоять тахогенератор, напряжение которого зависит от оборотов. Узел сравнения сравнит два напряжения, и, в случае их неравенства, "подстегнет" выпрямитель отстающего привода.
– И какая будет погрешность при совместной работе приводов?
– Ну, если для вас очень-очень постараемся, то всего Ђ 2 %.
– По углу поворота?
Яйцеголовые электрики дружно хохочут от моей наивности: измерять привод постоянного тока в градусах поворота! Это же надо придумать. Отсмеявшись, поучают:
– Погрешность таких приводов можно измерять только в оборотах!
– А какую погрешность вы можете допустить по углу поворота? – спрашиваю я. Самый совестливый потянулся к калькулятору, чтобы перевести 2 % скорости в угол.
– Мне нужна практически нулевая погрешность по углу поворота, причем не только во время вращения, но и при остановке, – убитым голосом заявляю я.
Подозреваю, что после моего ухода веселые ребята долго и дружно крутили пальцами у висков…
Но я знаю, что дистанционно передавать угол поворота могут сельсины – специальные машинки, питающиеся в основном током частотой 400 герц. Вскоре на наших стеллажах лежат десятки различных сельсинов разных типов, напряжений и принципов действия. Собираем парами, испытываем. Действительно, поворот одного сельсина точно отражается вторым. Только его силы еле хватает на поворот небольшой стрелки… Нет, такой хоккей нам "маловато будеть". В книге нахожу нужный пример: чтобы синхронизировать приводы створок шлюзовых ворот на Беломорканале использовали два специально изготовленных огромных сельсина. Боюсь, и эта дорога для меня закрыта. Вспоминаю о самосинхронизации генераторов переменного тока. Надо испытать.
