Шиномонтажный станок своими руками: расчёт пневмопривода

Краткий ответ

Отжим борта в шиномонтажном станке — это короткий мощный ход пневмоцилиндра, который двигает лапу или диск и отрывает борт шины от полки обода; силу на поршне считают по формуле F = p · A. В руководствах заводских станков заявлено 15 000 Н при 10 бар (Corghi A 9824 TI) и 2500 кг, то есть около 24,5 кН, при 10 бар (TS-24AC+HR360 и TC733); у TC325 те же 2500 кг указаны при рабочем давлении 8–12 бар без привязки силы к давлению. Наши распределители и педаль по карточкам рассчитаны до 0,8 МПа. При этом давлении цилиндр Ø160 даёт на поршне 16,1 кН, а Ø200 — 25,1 кН, причём это расчёт без потерь на трение и рычаг, запас закладывает конструктор. Про станок скажем прямо: готовых шиномонтажных станков у WAALPC нет. Есть цилиндры, распределитель, педаль, подготовка воздуха и глушители, из которых собирают привод отжима. Самодельный узел накачки шины мы не предлагаем: причины — в разделе о безопасности.

F = p · A = p · π · D² / 4

где F — сила на штоке при рабочем ходе, Н; p — давление в поршневой полости, МПа (то же, что Н/мм²); D — диаметр поршня, мм. Пример: Ø200 при 0,8 МПа — площадь 31 416 мм², сила 25 133 Н, то есть 25,1 кН. Вес в килограмм-силах получают делением на 9,80665: это около 2563 кгс.

Что заявляют руководства станков: сила отжима и давление

Данные ниже взяты из руководств пользователя, которые лежат в открытом доступе. Мы не проверяли ни один станок на месте; числа — заводские, без независимых замеров. Килограммы в руководствах — это килограмм-силы: 2500 кгс = 24 517 Н (в TS-24AC+HR360 то же число дано как 5500 фунтов).

Станок (документ)	Сила отжима борта	Давление	Подача воздуха	Что ещё указано
Corghi A 9824 TI (руководство оператора, код 4-103090C, 11/2013)	15 000 Н при 10 бар (145 фунт/кв. дюйм)	рабочее 10 бар (145 фунт/кв. дюйм); в питающей линии не больше 15 бар (220 фунт/кв. дюйм); в самом руководстве два разных предела — 15 и 16 бар	линия 8,5–16 бар; средний расход станка 187 нл/мин	воздух не хуже 5/4/4 по ISO 8573-1; масло SAE20; блок подготовки принимает на входе до 18 бар, регулировка 0,5–10 бар
TC325 (инструкция пользователя)	2500 кг (усилие отжимного цилиндра), к давлению не привязано	рабочее 8–12 бар	расход не указан	лапой управляет цилиндр двойного действия; узел подготовки: фильтр, регулятор, маслораспылитель
TS-24AC+HR360 (инструкция ТехноСоюз)	2500 кг / 5500 фунтов при 10 бар	в таблице данных указано «рабочее давление 0,8 МПа»; на схеме вход 8–16 бар, регулятор до 10 бар	расход не указан	таблица содержит оба числа сразу — 10 бар для силы и 0,8 МПа для рабочего давления; трактовку даёт изготовитель
TC733 (руководство по использованию и обслуживанию, REV. 01)	2500 кг при 10 бар	рабочее 10 бар; подача 8–10 бар	расход не указан	перечень позиций пневмосхемы совпадает с TS-24AC+HR360
Sillan PRO (руководство пользователя; дисковые отжимные рычаги)	в источнике не указана	рабочее 10 бар (145 фунт/кв. дюйм); в линии не больше 15 бар	линия 8,5–16 бар; средний расход 120 нл/мин	масло SAE20; запорный клапан перед блоком подготовки должен поставить заказчик; ход диска — по принципу «удержание до пуска»

Три руководства с числом «2500 кг» — не три независимых подтверждения: у TS-24AC+HR360 и TC733 совпадает даже перечень позиций пневмосхемы, то есть это либо один станок под разными названиями, либо одна общая конструкция. Порядок величин надёжен, точность — нет.

Для оценки диаметра есть ещё одна отправная точка. Запасной цилиндр отрыва борта продают с внутренним диаметром 186 мм и штоком Ø20 с резьбой M18 (каталог 31tools.ru, позиция A-10-0106; в совместимости назван ряд станков NORTBERG, TROMMELBERG, AE&T). Расчётная сила такого цилиндра при 10 бар — 27,2 кН; заявленные станками 24,5 кН и 15 кН составляют около 90 % и 55 % от неё. Такой разброс показывает, что паспортная сила зависит от рычага и потерь, и вывода о КПД сделать нельзя. Документом, что именно этот цилиндр стоит на перечисленных станках, сопоставление не подтверждено.

Как устроен пневмопривод отжима на заводском станке

В руководствах TS-24AC+HR360 и TC733 приведена одна и та же стандартная схема. Позиции в том виде, как их называет руководство:

• Вход. Вентиль подачи воздуха (12), затем маслораспылитель (10) и регулятор давления (14) с ограничением 10 бар; на входе указано «мин. 8 бар, макс. 16 бар».
• Отжим борта. Клапан устройства отрыва борта (7) с педальным управлением включает цилиндр (5). В нарисованном цилиндре есть пружина, то есть он одностороннего действия и возвращается пружиной; это наше чтение рисунка. Между клапаном и цилиндром стоит позиция 4 — в русском тексте «редукционный клапан», в английской версии (TC733) она названа клапаном быстрого сброса; по рисунку (выхлоп через собственный глушитель) больше похоже на быстрый выхлоп. Глушители (2) и (3) стоят на выхлопах.
• Поворотный стол. Клапан поворотного стола (8) и цилиндры поворотного стола (6); на схеме между ними стоит узел вращения (9). Педаль зажима, по тексту руководства, сводит и разводит зажимные кулачки.
• Накачка. Отдельная ветка: регулятор (11) с ограничением 3,5 бар, предохранительный клапан (13) на 4 бара, устройство накачки шины (1). В расширенной схеме есть ресивер 24 л для «взрывной» накачки.

Педаль работает так: пока она нажата, устройство отрыва борта идёт вперёд, отпустили — возвращается (TS-24AC+HR360, TC733). У TC325 лапой управляет цилиндр двойного действия, то есть схемы у станков разные; в самодельном приводе выбор за вами. Перед отжимом шина должна быть спущена, а зажимы стола сведены (TS-24AC+HR360, TC733).

Расчёт цилиндра отжима: диаметр, давление, запас

Сила на поршне растёт пропорционально квадрату диаметра, поэтому цилиндр Ø200 сильнее Ø160 не на четверть, а на 56 %. Ниже — площадь и сила при трёх давлениях; столбец 1,0 МПа дан для сравнения с заводскими станками, наши распределитель и педаль по карточкам рассчитаны до 0,8 МПа.

Ø поршня, мм	Площадь, мм²	0,6 МПа: кН (кгс)	0,8 МПа: кН (кгс)	1,0 МПа: кН (кгс)
100	7854	4,71 (481)	6,28 (641)	7,85 (801)
125	12 272	7,36 (751)	9,82 (1001)	12,27 (1251)
160	20 106	12,06 (1230)	16,08 (1640)	20,11 (2050)
186 (запасной цилиндр отрыва борта из каталога запчастей)	27 172	16,30 (1662)	21,74 (2217)	27,17 (2771)
200	31 416	18,85 (1922)	25,13 (2563)	31,42 (3204)

Пример 1. Цель — 15 000 Н, как у Corghi A 9824 TI, при 0,8 МПа. Нужная площадь 15 000 / 0,8 = 18 750 мм², диаметр — 154,5 мм. Ближайший стандартный размер — Ø160 (16,08 кН): запас по идеальной силе 7 %.

Пример 2. Цель — 2500 кгс, то есть 24 517 Н, при 0,8 МПа. Нужная площадь 30 646 мм², диаметр — 197,5 мм. Ближайший стандартный размер — Ø200 (25,13 кН): запас всего 2,5 %. Это уже предел серии SI (диаметры 32–200 мм), и по существу запаса нет: трение уплотнений и рычаг между штоком и лапой в расчёт не входят, а заводские станки получают свои 2500 кг при 10 бар. Для запаса берут диаметр больше — цилиндры Ø250 и крупнее в каталоге есть в других сериях, их подбирают по запросу.

Что в расчёт не вошло, потому что в паспортах этого нет: потери на трение, передаточное отношение рычага, ход. Ход цилиндра отжима определяется геометрией лапы и шириной колеса. В руководствах указано раскрытие лапы (у TC325 отвод отжимного цилиндра от 65 до 330 мм, у Corghi A 9824 TI от 2 до 12 дюймов), но не ход цилиндра, поэтому в примерах ниже взят ход 100 мм — типоразмер из реестра, не рекомендация. Усилие любого диаметра быстро проверит калькулятор усилия цилиндра; общую логику расчёта на других машинах разобрали в статье про пневматические тиски.

Расход воздуха на один ход и на станок

За цикл «вперёд — назад» цилиндр берёт объём, приведённый к нормальным условиям: V = (π · D² / 4) · S · 2 · (p + 1,013) / 1,013, где p — давление, бар, S — ход, D и S в миллиметрах, результат делят на 1 000 000, чтобы получить нормальные литры. Шток не вычтен, то есть оценка идёт с небольшим запасом. При p = 8 бар и ходе 100 мм: Ø160 — 35,8 нл за цикл, Ø200 — 55,9 нл. Для сравнения, заводские станки в целом указывают средний расход 187 нл/мин (Corghi A 9824 TI) и 120 нл/мин (Sillan PRO); режим, при котором это измерено, руководства не раскрывают. Нормальный литр по DIN 1343 и литр воздуха по условиям ANR различаются примерно на 9 %; для оценки порядка это не важно. Расход всей пневмосистемы считает калькулятор расхода воздуха.

Схема нашего варианта и спецификация

Вместо цилиндра с пружиной возьмём двусторонний, как у SI. Цепочка такая: педаль 3/2 с пружинным возвратом даёт пневмосигнал на пневмоуправляемый распределитель 5/2, он подаёт воздух в поршневую или штоковую полость цилиндра. Пока педаль нажата, шток идёт вперёд; отпустили — распределитель возвращается пружиной и шток идёт назад. Это та же схема, что разобрана в нашей статье про подключение педали к распределителю 5/2; общие принципы 5/2 — в статье про маркировку портов и схему подключения. Различие цилиндров одно- и двустороннего действия — в отдельном разборе.

От источника воздуха: запорный кран (его по руководствам Corghi и Sillan ставит заказчик) → блок подготовки → клапан сброса остаточного давления → педаль и распределитель → цилиндр; выхлопы распределителя выводят через глушители.

Поз.	Узел	Артикул	Цена	Что подтверждает карточка
1	Блок подготовки воздуха	AC3010-03	2 180 ₽	фильтр + регулятор + маслораспылитель, G3/8; фильтрация 25 мкм; регулировка выхода 0,05–0,85 МПа; масло ISO VG32
2	Клапан сброса остаточного давления	HVHS200-02	1 741 ₽	давление до 1,0 МПа; резьбу «-02» и Kv карточка не называет, проушины под навесной замок в карточке нет — для блокировки в отключённом положении нужно устройство с проушиной, см. статью о безопасном сбросе давления
3	Педаль	FV320	1 350 ₽	3/2, нормально закрытый, возврат пружиной, G1/4, 0,15–0,8 МПа
4	Пневмоуправляемый распределитель 5/2	4A410-15	1 220 ₽	серия 4A, порт G1/2, 0,15–0,8 МПа, −20…70 °C; по обозначению AirTAC 4A410 — с одним пневмоуправлением и возвратом пружиной, но карточка серии перечисляет и бистабильные исполнения: подтвердите исполнение до заказа
5	Цилиндр Ø160, ход 100 мм	SI-160-100-P	23 620 ₽	профильный, ISO 15552, двустороннего действия; порты G3/4; 0,1–1,0 МПа по листу серии, до 0,8 МПа по каталогу завода — принимайте меньшее
5а	Цилиндр Ø200, ход 100 мм	SI-200-100-P	35 010 ₽	то же, порты G3/4; ход 100 мм взят из реестра как пример
6	Глушитель на выхлоп распределителя	BSL-04	165 ₽	латунный, спечённая бронза; исполнение «04» — 1/2″ по порядку обозначений серии. Размер выхлопных портов 4A410-15 карточка не называет — сверьте резьбу глушителя по карточке или у инженера; выхлоп педали FV320 — G1/8, ему нужен свой глушитель

Что в этой сборке остаётся за вами. Порты цилиндра G3/4, порт распределителя G1/2 — нужны переходники и трубка нужного сечения; блок подготовки (G3/8) и клапан сброса по портам меньше распределителя, пропускную способность цепи ограничит самое узкое место, а Kv клапана HVHS в карточке не указан; в карточке серии 4A значение Kv не указано, поэтому скорость хода по диаметру порта не оценить, запросите значение при подборе. Регулятор блока AC настраивают не выше 0,8 МПа по контрольному манометру: он регулирует до 0,85 МПа, а распределитель и педаль рассчитаны до 0,8 МПа. Масло в маслораспылитель — по карточке блока AC (ISO VG32); SAE20 из руководств станков относится к их собственным блокам, наш совет — масла не смешивать. Ограничитель давления накачки шины (3,5 бара по руководствам) мы не предлагаем и не советуем собирать из общих регуляторов.

Безопасность: что говорят руководства

• Ход отжима. Руководство TS-24AC+HR360: при нажатии педали лопатка движется быстро и сильно, любой предмет на её пути может получить повреждение. TC733: всё в зоне действия рычага под угрозой раздавливания. TC325: никакая часть тела не должна оказаться между шиной и лапой.
• Руки и зажимы. Перед отжимом зажимы стола нужно свести полностью: с разведёнными зажимами это крайне опасно для рук оператора (TC733, TS-24AC+HR360). Во время отжима нельзя касаться боковины шины (TS-24AC+HR360, TC733).
• Шина спущена. Перед разбортировкой давление в шине сбрасывают (TS-24AC+HR360, TC733).
• Накачка. По руководствам Corghi A 9824 TI, TC733 и TC325 борт сажают при давлении не выше 3,5 бара; в TC733 станок сам ограничивает накачку (регулятор на 3,5 бара и предохранительный клапан на 4 бара), а в TC325 стоит клапан давления, настроенный на 3,5 бара, с пределом 4 бара. Если нужно больше, колесо снимают со стола и накачивают в защитной клетке (TC733). Превышать давление, указанное изготовителем шины, нельзя (Corghi, TC733, Sillan PRO). Накачивают короткими порциями, проверяя давление после каждой (TC733, Sillan PRO).
• «Взрывная» накачка. TC325 называет наддув шин «потенциально опасным»; в станках для него стоит ресивер 18 л (TC325) или 24 л (TS-24AC+HR360). Наш совет: самодельный узел такого рода не собирать.
• Предохранительные узлы. Снимать или менять клапаны ограничения и регулировки давления нельзя: TC733 называет это «extremely forbidden» (строго запрещено), а в TS-24AC+HR360 сказано, что это нарушает европейские нормы безопасности.
• Обслуживание. Отключите питание и сбросите давление; TC733 требует ещё и 3–4 раза сделать отжим без нагрузки, чтобы воздух вышел из контура. Порядок изоляции энергии — в нашей статье о безопасном сбросе давления.

Так работают заводские станки: пока нажата педаль, ход идёт; отпускание сразу возвращает механизм (TS-24AC+HR360, TC733), а у Sillan PRO диски работают по принципу «удержание до пуска». Достаточна ли такая логика для самодельной конструкции, руководства не оценивают.

Что из этого есть в каталоге WAALPC

Готовых шиномонтажных станков, накачивающих устройств и лап отжима в каталоге WAALPC нет — за станком идите к продавцам оборудования. Есть узлы привода: цилиндры SI, распределители 4A, педали FV, блоки подготовки воздуха AC, клапаны сброса остаточного давления и глушители BSL. Если нужно проверить, подходит ли сборка под ваш станок, пришлите данные (давление, ход, диаметр порта) на странице подбора: инженер ответит за 1 рабочий день; это подбор совместимых аналогов по вашей спецификации.

Типичные ошибки

• Путают кгс и Н. 2500 кг в руководстве — это 24,5 кН, а не 2,5 кН; разница в десять раз меняет диаметр цилиндра в три с лишним раза.
• Считают по давлению сети. В линии станка допускают 8–16 бар, рабочее давление у заводских станков — 10 бар, а компоненты нашей сборки рассчитаны до 0,8 МПа: считать надо по наименьшему давлению в цепи.
• Берут идеальную силу как окончательную. Трение уплотнений и рычаг в формуле F = p · A не учтены; запас 2,5 %, как у Ø200 при 0,8 МПа, для отжима — не запас.
• Ставят маленький распределитель на большой цилиндр. Порт G1/2 на цилиндре с портами G3/4 удлиняет ход; скорость оценивают по Kv клапана, а не по диаметру порта.
• Оставляют зажимы разведёнными. Именно с разведёнными зажимами руководства называют отжим особенно опасным для рук.
• Накачивают через общую линию. В линии станка 8–16 бар, а посадка борта ограничена 3,5 бара отдельным регулятором и клапаном на 4 бара.
• Смешивают масла. SAE20 — у заводских блоков, ISO VG32 — по карточке блока AC.

Часто задаваемые вопросы

Можно ли сделать шиномонтажный станок своими руками?

Привод отжима считают по формуле F = p · A, но сам отжим — опасная операция: по руководствам лапа движется быстро и сильно (TS-24AC+HR360, TC733), никакая часть тела не должна оказаться между шиной и лапой (TC325), а зажимы стола при отжиме должны быть сведены (TS-24AC+HR360, TC733). Накачка опаснее: по TC733 разрыв шины может привести к тяжёлой травме или смерти. Заводские станки ограничивают накачку отдельным клапаном или регулятором на 3,5 бара, а снимать эти узлы руководства запрещают. Самодельный узел накачки мы не предлагаем; безопасность собранного своими руками привода мы не оцениваем — источников по самодельным станкам нет.

Какое усилие отжима борта нужно?

Заводские станки заявляют 15 000 Н при 10 бар (Corghi A 9824 TI) и 2500 кг, около 24,5 кН, при 10 бар (TS-24AC+HR360, TC733); у TC325 те же 2500 кг указаны при рабочем давлении 8–12 бар без привязки силы к давлению. Требуемая сила зависит от шины и обода; в руководствах она не привязана к типу шины.

Какой диаметр цилиндра нужен для отжима борта?

Диаметр считают из силы и давления: D = √(4F / (π · p)). При 0,8 МПа для 15 000 Н нужно не менее 154,5 мм, то есть Ø160; для 24 517 Н — не менее 197,5 мм, то есть Ø200, с запасом по идеальной силе всего 2,5 %. Трение и рычаг закладывайте отдельно.

Какое давление воздуха нужно шиномонтажному станку?

В руководствах: рабочее давление 10 бар (Corghi, Sillan PRO, TC733), в питающей линии 8–16 бар (Corghi, Sillan PRO, схема TS-24AC+HR360), у TC325 — 8–12 бар. Накачка шины идёт отдельно и ограничена 3,5 бара. Компоненты нашей сборки — распределитель и педаль — рассчитаны до 0,8 МПа, и это давление считается предельным для сборки.

Сколько воздуха расходует привод отжима?

Один цикл «вперёд — назад» при 8 бар и ходе 100 мм: около 35,8 нл у Ø160 и 55,9 нл у Ø200 (расчёт без вычета штока). Станок в целом по руководствам берёт в среднем 187 нл/мин (Corghi A 9824 TI) и 120 нл/мин (Sillan PRO).

Какая пневмосхема у отжима борта?

На станках TS-24AC+HR360 и TC733: запорный вентиль, маслораспылитель, регулятор, педальный клапан, цилиндр отжима с пружиной (по рисунку) и клапан на позиции 4 — в TC733 он назван клапаном быстрого сброса, в русском TS-24AC+HR360 редукционным; по рисунку это быстрый выхлоп. У TC325 цилиндр двойного действия. У самодельного варианта на двустороннем цилиндре: педаль 3/2 подаёт сигнал на пневмоуправляемый распределитель 5/2, который двигает шток вперёд и назад; выхлопы выводят через глушители.

Продаёт ли WAALPC готовые шиномонтажные станки?

Нет. В каталоге WAALPC — цилиндры, распределители, педали, блоки подготовки воздуха, глушители и фитинги. Подбор под вашу схему делает инженер по присланной спецификации, срок ответа — 1 рабочий день.

Источники данных

• Corghi A 9824 TI — руководство оператора, код 4-103090C, ноябрь 2013 (раздел «Технические данные», требования к воздуху, безопасность накачки).
• TC325 — инструкция пользователя (технические данные, механизм отжима, клапан 3,5/4 бара).
• TS-24AC+HR360 — инструкция по установке, эксплуатации и обслуживанию ТехноСоюз (таблица характеристик, схема стандартной пневматической системы, порядок работы).
• TC733 — руководство по использованию и обслуживанию, REV. 01 (сила отжима, накачка 3,5 бара, обслуживание).
• Sillan PRO — руководство пользователя (давление, средний расход 120 нл/мин, накачка).
• 31tools.ru, позиция A-10-0106 — запасной цилиндр отрыва борта: диаметр 186 мм, шток Ø20 M18.

Связанные материалы

• Пневматические тиски: расчёт усилия зажима и схема
• Схема подключения ножной педали к распределителю 5/2 и цилиндру
• Пневмораспределитель 5/2: схема и маркировка портов
• Цилиндры одностороннего и двустороннего действия
• Безопасный сброс давления: отсечной клапан и блокировка
• Подъёмник для авто: пневмопривод и расчёт
• Пневматический глушитель: снижение шума
• Калькулятор усилия цилиндра
• Калькулятор расхода воздуха
• Подготовка воздуха