Штрипсовая распиловка — это способ резки гранита и других твёрдых пород возвратно-поступательным движением рамы с набором стальных полосовых пил (штрипсов), которые работают в паре со свободным абразивом. Именно так каменные блоки превращают в слэбы практически любого размера для столешниц, облицовки и полов. Метод известен с древности, но в современном исполнении остаётся вне конкуренции по производительности и себестоимости при обработке прочных сильно окварцованных гранитов.

Откуда взялась штрипсовая распиловка камня?

Пилить камень полосовыми пилами человек научился ещё в глубокой древности. Уже в период I династии Древнего Египта (около 4 тыс. лет до н. э.) горные породы резали медными полосовыми пилами. Работали они либо со свободным абразивом — кварцевым песком, — либо с закреплённым: в корпус пилы вчеканивали зёрна твёрдых минералов (корунда, алмаза, берилла).

Так изготавливали, например, детали гранитных саркофагов и базальтовые плиты пола пирамиды Хуфу. Позднее появились многоштрипсовые рамные станки. Первый технический чертёж штрипсового станка с кулисным приводом пильной рамы оставил Леонардо да Винчи — он содержится в «Кодексе Атлантикус», который хранится в Милане.

Заметный шаг вперёд сделал в 1801 году российский мастер Филипп Стрижков: он переоснастил распиловочные станки Колыванской фабрики, заменив колёса большого диаметра и коленчатые валы кривошипно-шатунным механизмом, а канатную подвеску рамы — цепной. Дальнейший перевод оборудования сначала на паровой, а затем на электрический привод радикально изменил конструкцию станков. С 1880 года на предприятиях промышленно развитых стран внедряют электроприводы, а к началу XX века камнеобрабатывающие заводы Италии, Франции и Германии запускают рамные станки с индивидуальным электроприводом на общем фундаменте — прямых предшественников нынешнего оборудования.

Насколько современна штрипсовая технология сегодня?

Древние корни метода не делают его архаичным — напротив, современная штрипсовая распиловка прошла глубокую модернизацию. От традиционной схемы она унаследовала лишь базовые принципы: групповую установку пил в раме, возвратно-поступательное движение рамы и работу со свободным абразивом. Всё остальное существенно переработано, и по производительности с себестоимостью на прочных гранитах этот способ сегодня практически не имеет равных.

Развитие шло по двум направлениям. Экстенсивное — рост рабочих габаритов станка, что позволило увеличивать объём распиливаемых ставок и число одновременно работающих пил, а значит и производительность. Расплата за это — требование к жёсткости: пильная рама современного станка должна выдерживать суммарное натяжение става пил до 1200–1400 тонн, что потребовало и роста мощности главного привода, и насоса подачи пульпы.

Интенсивное направление коснулось самого процесса резания. Ключевые изменения последних поколений оборудования:

  • чугунную дробь заменила стальная, а гладкие штрипсы уступили место пилам с боковыми канавками, улучшающими циркуляцию пульпы в пропиле;
  • гидравлическое натяжение штрипсов и более жёсткая рама позволили поднять давление инструмента на забой;
  • траектория движения пил стала более пологой (за счёт удлинённых подвесок), а иногда и спрямлённой (эксцентриковая система) — это удлинило контакт инструмента с камнем и дало прибавку производительности на 20–30 %;
  • проблему «дезоксиала» сняли автоматической регулировкой длины шатуна и дугообразными колоннами с направляющими;
  • часть станков получила съёмную пильную раму — новый постав пил набирают вне станка, не останавливая работу.

Отдельная примета современного оборудования — высокий уровень автоматизации. Станки оснащают системами автоматического регулирования скорости подачи (по потребляемой мощности главного привода), дозированного ввода свежей дроби и очистки пульпы, а также контроля расхода инструмента и электроэнергии. По оценкам, в мире эксплуатируется около 5 тыс. штрипсовых станков, из них порядка 1400 новых (выпущенных за последнее десятилетие); больше всего их установлено в Италии, на Тайване и в Таиланде.

Как штрипсовая пила разрушает гранит?

Гранит режется не столько самой пилой, сколько абразивом под ней — направленное разрушение породы обеспечивают два физических процесса, протекающих на дне пропила. Несмотря на кажущуюся простоту, штрипсовая распиловка остаётся одним из наименее изученных процессов в камнеобработке.

  • Абразивное ударно-вибрационное воздействие. В нижнем положении пила через дробь бьёт по дну пропила и прокатывает прижатые дробинки, частота вращения которых достигает 20–30 тыс. об/мин. Неправильная форма дробинок передаёт на забой вибрацию: на дне возникают борозды-вмятины, трещины уходят вглубь, и мелкие частицы породы скалываются.
  • Гидроударное воздействие пульпы. Оно работает в тот момент, когда пила не касается камня. Вязкая тиксотропная пульпа увлекается пилой и повторяет её движение с небольшим отставанием; между рабочей поверхностью штрипса и дном пропила возникает знакопеременный перепад давления (компрессия — декомпрессия), то есть гидроудар, который продолжает разрушение и выносит частицы камня из пропила.

Соотношение этих механизмов зависит от породы. Абразивный эффект преобладает на прочных гранитах и при длительном контакте инструмента с камнем (спрямлённая траектория пил). Гидроударные явления выходят на первый план на пористых гранитах пониженной прочности со слабой межминеральной связью, а также при коротком контакте — на станках с короткими маятниковыми подвесками.

Каким инструментом и абразивом пилят гранит?

Рабочий инструмент штрипсовой распиловки — это дробь как свободный абразив и стальные штрипсовые пилы. Дробь выполняет основную работу по разрушению породы, а пилы транспортируют абразив по дну пропила, передают давление подачи на забой и создают условия для гидроудара.

Дробь делают из закалённой углеродистой стали (мелкозернистый мартенсит, углерод свыше 0,8 %, фосфор и сера — менее 0,05 %) в двух вариантах: литая сферическая и колотая. Твёрдость — 60–65 HRC, она должна не менее чем вдвое превышать твёрдость стали пилы. Ходовые размеры — 0,6; 0,8; 1,0 и 1,2 мм.

  • на плотных прочных гранитах с массивной текстурой применяют мелкую дробь 0,6–1,0 мм;
  • на менее прочных и пористых породах — более крупную 0,8–1,2 мм;
  • «металлургическая» дробь для дробеструйной обработки не годится: её твёрдость ниже, отсюда низкая производительность и повышенный расход.

Штрипсовые пилы изготавливают из листовой или полосовой стали сечением 100–130 × 4–5 мм и длиной 3000–4000 мм. Меньшая часть пил гладкая, большинство — профилированные, с вертикальными или наклонными пазами на боковых гранях для циркуляции пульпы. В мировой практике распространены две марки стали: Fe 70/AR (углерод 0,5–0,55 %, марганец 0,7–0,8 %, кремний до 0,3 %) и C60 (углерод 0,55–0,65 %, марганец 0,75–0,85 %).

Абразивная пульпа — двухфазная (жидкость плюс твёрдое) рабочая смесь, которая и осуществляет резание, циркулируя по замкнутому контуру «зумпф — распределитель — пропилы — зумпф». В её составе стальная дробь, частицы разрушенной породы, гашёная известь и вода. Ключевые параметры — плотность и вязкость; рациональные значения, найденные практикой: средняя плотность 1700–1750 г/л, вязкость 900–1100 сП.

  • слишком жидкая пульпа не вовлекает дробь в циркуляцию, слишком вязкая — не протекает под инструментом и грозит заклиниванием пил;
  • повышенную вязкость применяют на непрочных пористых породах, пониженную — на плотных прочных;
  • частицы разрушенного гранита размером около 10 мкм во многом задают вязкость смеси — у насыщенной пульпы даже малый прирост частиц резко её повышает;
  • известь регулирует вязкость, поддерживает pH на уровне 12–13 и защищает инструмент и поверхность пропила от коррозии и ржавых пятен.

Как идёт сам процесс распиловки и его автоматизация?

Процесс распиловки идёт в автоматическом режиме и саморегулируется по загрузке (току) главного электропривода станка. Скорость опускания пильной рамы задают по классу пилимости породы — по нему же ориентировочно оценивают расход инструмента. Эффективность в первую очередь определяется составом пульпы, который поддерживают дискретной работой дозатора дроби и классификатора-циклона.

Перед пуском важна и подготовка ставки. Блоки на тележке подбирают так, чтобы максимально заполнить рабочие габариты станка, при этом их высота и длина должны быть примерно одинаковыми, а породы — одного класса пилимости. На широкоставных станках пилы устанавливают от базовых, размещённых по центру каждого фронтального блока, без принудительного защемления проставками; после набора и выверки по отвесу их натягивают гидромеханизмом с усилием 70–75 кН на пилу.

Классификатор (гидроциклон) очищает пульпу от избытка мелких фракций гранита и стали. Пульпа входит в ёмкость по касательной, закручивается, крупные работоспособные частицы дроби центробежной силой прижимаются к стенкам и вместе со шламом опускаются вниз, а обогащённая смесь возвращается в зумпф; мелкие частицы и пылевидная сталь из зоны низкого давления в центре уходят вверх в шламоотстойник. Работает аппарат только при верной вязкости пульпы: слишком вязкая не закручивается, слишком жидкая не разделяется. Перед пуском станка циклон полностью заполняют пульпой, причём время загрузки на 10–15 минут больше приведённого времени промывки — порядка 40–45 минут.

Новое поколение станков располагает развитой автоматикой. В систему вводят исходные параметры (число пил, размеры блоков, класс пилимости, скорость подачи) и характеристики пульпы (плотность, вязкость, содержание дроби). В ходе резки скорость подачи и расход пульпы меняются автоматически — по загрузке приводов рамы и насоса, — а дозатор и классификатор отрабатывают по заданной программе с возможностью ручной корректировки. Средства контроля ведут мониторинг производительности, объёма продукции, расхода материалов и электроэнергии, состояния и натяжения пил.

Частые вопросы

Что такое штрипс и штрипсовая пила?

Штрипс — это стальная полоса (лента), которая в наборе с другими такими же полосами закрепляется в раме станка и режет камень возвратно-поступательным движением. Сама она гранит не режет: работу выполняет свободный абразив — стальная дробь в составе пульпы, которую штрипс проносит по дну пропила.

Зачем в пульпу добавляют известь?

Гашёная известь регулирует вязкость абразивной смеси и поддерживает щелочную среду с pH 12–13. Это защищает стальной инструмент от коррозии, а поверхность распиленных плит — от ржавых пятен, вызванных оксидами железа.

Чем штрипсовая распиловка отличается от резки алмазным канатом или дисками?

Штрипсовые станки режут блок сразу на множество слэбов групповым набором пил и свободным абразивом, обеспечивая низкую себестоимость на прочных гранитах и большие форматы плит. Алмазный канат и дисковые пилы работают закреплённым абразивом и выигрывают на отдельных резах и фигурной обработке, но уступают в массовой распиловке блоков на слэбы.

Какого размера плиты можно получить штрипсовой распиловкой?

Метод позволяет получать слэбы практически любых размеров в пределах рабочих габаритов станка. Толщину плиты задаёт шаг установки пил в поставе, поэтому за один цикл из блока выходит целый набор одинаковых слэбов под столешницы, облицовку или полы.