Гидравлический пресс для шлангов и обжимной станок: усилие, оснастка и применение
Гидравлический пресс для шлангов и специальный обжимной станок для шлангов создают гидравлическое усилие. Для покупателя, у которого в углу мастерской уже стоит цеховой пресс, соблазн очевиден: купить набор матриц для шлангов, установить приспособление и начать обжимать шланги, не приобретая специальный станок. Некоторые мастерские так и делают, но недолго, для мелкосерийной работы с простыми шлангами. Большинство мастерских со временем прекращают попытки, потому что результат получается нестабильным, медленным и — при рабочем давлении выше примерно 1000 фунтов на кв. дюйм — по-настоящему небезопасным.
Существует и законная категория промышленных прессов для шлангов: специальные мощные машины, созданные для промышленных труб большого диаметра и горнодобывающих шлангов, где термин “пресс” описывает формат, а не подразумевает переделку цехового пресса. В этой статье рассматриваются оба варианта — сравнение с цеховым прессом и специальный промышленный пресс — и объясняется, какая модель TRC подходит для какой работы.
Как работает гидравлический пресс: закон Паскаля и пресс Брама
Каждый гидравлический пресс и каждый гидравлический обжимной станок для шлангов работает по одному и тому же принципу. Закон Паскаля, установленный французским математиком Блезом Паскалем в 1653 году и опубликованный в 1663 году, гласит, что изменение давления в любой точке покоящейся несжимаемой жидкости передается по всему объему жидкости, без потерь и во всех направлениях. Жидкость должна быть несжимаемой — именно поэтому в гидравлическом прессе используется масло, а не сжатый воздух.
В 1795 году английский инженер Джозеф Брама использовал принцип Паскаля, чтобы запатентовать первый гидравлический пресс — известный в первые годы как пресс Брама. Пресс Брама был первой машиной, применившей принцип Паскаля для промышленного умножения силы. Небольшая сила на малом входном поршне создает одинаковое давление во всей системе, и это давление, действуя на больший выходной поршень, создает пропорционально большую силу. Патент Брама лежит в основе каждого гидравлического пресса, каждого гидравлического обжимного станка для шлангов, каждого гидравлического домкрата и каждой тормозной системы автомобиля, используемых сегодня.
Основное уравнение короткое. Сила равна давлению, умноженному на площадь, записывается как F = P × A. Малый ручной насос, создающий высокое давление на малом поршне, может приводить в движение большой выходной цилиндр с очень большой силой, потому что давление одинаково на обоих концах системы. Вот как электродвигатель мощностью 3 кВт и насос размером с ладонь могут создать усилие обжима в 830 тонн на TRC P175. Принцип умножает силу; он не умножает энергию. Энергия сохраняется при умножении, поэтому шток движется медленно при большом усилии — насос обменивает скорость потока на давление, так что малая входная сила, перемещающаяся на большое расстояние, создает большую выходную силу, перемещающуюся на малое расстояние.
| Свойство | Что это означает для пресса или обжимного станка для шлангов |
|---|---|
| Давление равномерно по всему объему жидкости | Один насос приводит в движение каждый цилиндр при одинаковом давлении. |
| Сила = Давление × Площадь | Большие цилиндры создают большую силу при том же давлении. |
| Энергия сохраняется | Большая сила сопровождается низкой скоростью; насос обменивает поток на давление. |
| Жидкость несжимаема | Положение штока предсказуемо, а система жесткая. |
| Пройденное расстояние обратно пропорционально соотношению площадей | Малый поршень, перемещаясь на 100 мм, поднимает большой поршень на 2 мм. |
Тот же закон Паскаля приводит в действие и цеховой пресс, и обжимной станок для шлангов. Разница не в гидравлике. Разница в том, как выходное усилие прикладывается к заготовке.
Пресс давит; обжимной станок сжимает радиально
Фундаментальное различие между универсальным гидравлическим прессом и специализированным обжимным станком для шлангов заключается в направлении приложения усилия. Это самый важный факт в статье. Всё остальное вытекает из него.
| Тип машины | Направление усилия | Как инструмент воспринимает усилие |
|---|---|---|
| Универсальный гидравлический пресс | Одноосный. Шток толкает верхнюю матрицу к нижней. Усилие сосредоточено на одной оси. | Заготовка зажимается между плоскими или фасонными поверхностями. |
| Специализированный радиальный обжимной станок для шлангов | Радиальный. Кольцо сегментных матриц смыкается внутрь одновременно, охватывая обжимную муфту со всех сторон. | Обжимная муфта сжимается со всех сторон одновременно, создавая концентрический обжим. |
| Специализированный промышленный пресс для шлангов (TRC P165 / P175) | Радиальный, с высоким усилием. Спроектирован как обжимной станок для шлангов с очень большим тоннажем для крупных промышленных труб. | То же, что и обжимной станок для шлангов, но в увеличенном масштабе. |
Универсальный пресс прикладывает усилие в одном направлении. Специализированный радиальный обжимной станок прикладывает усилие во всех радиальных направлениях одновременно. Это различие кажется абстрактным, пока вы не посмотрите на готовый обжим: радиальный обжимной станок создает круглую обжимную муфту с допуском по овальности около 0,1 мм. Пресс для мастерской, как правило, создает овальную обжимную муфту, длинная ось которой совпадает с направлением прессования.
Овальность важна, потому что она напрямую влияет на механическое сцепление между обжимной муфтой, армированием шланга и ниппелем фитинга. Овальный обжим зажимает сильнее по узкой оси и слабее по широкой, создавая путь для утечки с одной стороны и чрезмерное сжатие с другой. Никакое мастерство оператора не исправит геометрию.
Одноосное и радиальное усилие: инженерный анализ
Статья в Википедии о гидравлическом прессе явно описывает одноосное действие: гидравлический пресс создает сжимающее усилие в одном направлении, используемое для ковки, клетки, формовки, вырубки, штамповки, глубокой вытяжки и обработки металлов давлением. Ни одна из этих операций не является обжимом шлангов. Пресс предназначен для деформации заготовки вдоль одной оси, при этом заготовка может свободно расширяться перпендикулярно нагрузке.
Радиальный обжимной станок для шлангов спроектирован для противоположного. Матрицы образуют замкнутое кольцо вокруг обжимной муфты, поэтому заготовка не может расширяться перпендикулярно движению какой-либо отдельной матрицы — движение каждой матрицы внутрь встречает противодействие матриц на противоположной стороне кольца. Именно геометрия ограничения обеспечивает концентрическую деформацию. Усилие в главном цилиндре является одноосным, но главная матрица или конический поршень преобразует это одноосное усилие в радиальное смыкание на обжимной муфте.
| Характеристика усилия | Одноосный пресс | Радиальный обжимной станок для шлангов |
|---|---|---|
| Действие главного цилиндра | Линейное, одноосное. | Линейное, одноосное (идентично). |
| Преобразование усилия на инструменте | Отсутствует. Поверхность штока является верхней матрицей. | Главная матрица или конический поршень преобразует линейное усилие штока в радиальное смыкание сегментных матриц. |
| Ограничение заготовки | Может свободно расширяться перпендикулярно нагрузке. | Полностью ограничено кольцом матриц. |
| Результирующая деформация | Вытянуто перпендикулярно нагрузке (овал). | Концентрично (круглое). |
| Повторяемо разными операторами | Плохо, если только приспособление не точное. | Хорошо, потому что матрицы самоцентрируются внутри головки. |
Преобразование линейного движения в радиальное — это основная причина, по которой обжимной станок для шлангов существует как отдельная категория машин. Если бы одноосное прессование могло обеспечить надежный обжим шланга, отдельный обжимной станок никогда бы не появился. Тот факт, что категория обжимных станков существует, со своей собственной геометрией матриц и опубликованными целевыми диаметрами, является инженерным доказательством того, что одноосное прессование не обеспечивает надежного обжима на установленных шланговых сборках.
Физика накопленной энергии: почему обжим шлангов является проблемой ограждения
Обжимной станок для шлангов, как и гидравлический пресс, накапливает энергию во время рабочего хода обжима. Энергия накапливается в трех местах: в сжатом гидравлическом масле в главном цилиндре, в упругой деформации станины станка и в упруго-пластической деформации обжимной муфты и армирования шланга. Когда матрицы возвращаются, большая часть этой энергии возвращается в систему по мере расширения масла и возврата станины в исходное положение.
Опасность представляет третий компонент. Обжимная муфта и проволочное армирование внутри шланга упруго накапливают энергию во время обжима. Если матрица треснет, если фитинг выскользнет из бандажа матриц или если сборка нагружена с перекосом и муфта сложится, накопленная упругая энергия высвобождается внезапно. Это высвобождение может выбросить матрицу, фитинг или фрагменты муфты со значительной скоростью. Это та же самая опасность, которую OSHA рассматривает в 212 — Общие требования ко всем машинам, который охватывает ограждение рабочей зоны и опасности, связанные с отлетающими частицами, на силовых прессах и аналогичном оборудовании.
Специализированный обжимной станок для шлангов управляет этой опасностью тремя способами. Матрицы полностью заключены внутри головки станка, поэтому треснувшая матрица удерживается внутри. Кольцо матриц смыкается вокруг муфты, поэтому заготовка не может выйти из бандажа во время рабочего хода. А цикл заблокирован, так что матрицы не могут разжаться, пока руки оператора не будут убраны из головки.
Установка цехового пресса с V-образными блоками не имеет ни одной из этих мер защиты. Матрицы открыты. Заготовка может сместиться. Руки оператора обычно находятся в опасной зоне при загрузке и выгрузке. Стандарт OSHA 1910.212 применяется к любой установке силового пресса, включая переоборудованный цеховой пресс, поэтому инженерные затраты на переоборудование цехового пресса в надежный обжимной станок для шлангов в основном приходятся на работы по ограждению, а не на матрицы.
Требования к ограждению OSHA 1910.212, подробно
OSHA 1910.212(a)(1) требует, чтобы был предусмотрен один или несколько методов ограждения машины для защиты оператора и других сотрудников от таких опасностей, как создаваемые в рабочей зоне, входящими точками защемления, вращающимися частями, отлетающими частицами и искрами. Стандарт применяется к каждому силовому прессу, включая цеховые прессы, настроенные для обжима шлангов.
| Требование OSHA 1910.212 | Как это применяется к установке обжимного станка для шлангов |
|---|---|
| Ограждение рабочей зоны | Зона смыкания матриц должна быть ограждена так, чтобы руки оператора не могли дотянуться до матриц во время рабочего хода обжима. Специализированные обжимные станки заключают головку в корпус; для переоборудованных цеховых прессов требуется изготовленное ограждение. |
| Разлетающиеся стружки и детали | Матрицы, фрагменты муфты или кусочки проволоки могут быть выброшены, если матрица треснет или фитинг сместится. Специализированные обжимные станки удерживают выброс внутри головки; для установок цехового пресса требуются защитные панели. |
| Двуручное управление или устройства обнаружения присутствия | Оператор не должен иметь возможности запустить ход обжима, пока рука находится в опасной зоне. Запуск только с помощью ножной педали недопустим без барьерного ограждения. |
| Анкерное крепление | Машина должна быть закреплена на полу или верстаке, чтобы она не смещалась под нагрузкой. |
| Осматривайте и обслуживайте ограждения | Ограждения должны быть на месте и исправны; снятие или обход ограждения нарушает стандарт. |
Для специализированного обжимного станка для шлангов, такого как семейство TRC P20 или P32, корпус головки обеспечивает защиту рабочей зоны по конструкции, а ножная педаль заблокирована так, что открытие головки прерывает цикл. Модели TRC P20D и P32D оснащены ЧПУ с двуручным запуском для отслеживаемых применений. Переоборудование цехового пресса, напротив, требует от покупателя разработки, изготовления, установки и проверки всех этих средств защиты, прежде чем установка будет соответствовать требованиям OSHA — и проверка обычно является самой дорогостоящей частью.
Как работает универсальный гидравлический пресс
Цеховой пресс — это рама, гидравлический цилиндр и станина. Цилиндр движется по одной оси; оператор размещает заготовку на станине; цилиндр опускается до сжатия заготовки. Станина и поверхность цилиндра обычно плоские или оснащены V-образными блоками, и заготовка прессуется между ними.
| Характеристика | Цеховой пресс |
|---|---|
| Направление усилия | Одноосный. |
| инструментing | Плоские плиты, V-образные блоки или специальные приспособления. |
| Метод настройки | По давлению цилиндра или по ограничению хода. |
| Тоннаж | Примерно от 10 тонн (малые настольные прессы) до 100+ тонн. |
| применение | Запрессовка подшипников, правка валов, гибка, легкая формовка. Не предназначен для радиального обжима шлангов. |
Принцип — Закон Паскаля, применяемый через одноосный цилиндр. Именно так цеховой пресс умножает силу. Тот же принцип приводит в действие обжимной станок для шлангов; разница в том, как выходное усилие прикладывается к заготовке. Цеховой пресс преобразует гидравлическое давление в линейное усилие цилиндра и на этом останавливается. Обжимной станок для шлангов преобразует гидравлическое давление в линейное усилие цилиндра, а затем преобразует это линейное усилие в радиальное закрытие матриц через коническую мастер-матрицу или механическую связь.
Как работает специализированный обжимной станок для шлангов
Специализированный радиальный обжимной станок для шлангов спроектирован на основе сегментированной системы матриц. Головка машины содержит кольцо матриц — обычно от шести до десяти сегментов — которые закрываются внутрь одновременно при подаче гидравлического давления за коническим поршнем или мастер-матрицей.
| Характеристика | Специализированный обжимной станок для шлангов |
|---|---|
| Направление усилия | Радиальный, все сегменты одновременно. |
| инструментing | Заводской калиброванный набор матриц, согласованный с системой шланг/фитинг. |
| Метод настройки | По контакту матриц (ручной), по давлению (гидравлический с приводом) или по целевому диаметру (ЧПУ). |
| Тоннаж | Компактный 6 тонн; цеховой 137 тонн; промышленный до 830 тонн. |
| применение | Неразъемные гидравлические шланговые сборки; концентрический диаметр обжима; повторяемая настройка. |
Матрицы — это сердце машины. Они изготавливаются с определенным углом конуса, профилем и длиной матрицы и поставляются с (или согласованы с) опубликованным целевым диаметром обжима для конкретных комбинаций шланга и фитинга. Мастер-матрица или конический поршень — это компонент, который преобразует линейное усилие цилиндра в радиальное закрытие. Без этого преобразования машина является прессом, а не обжимным станком.
Специализированный промышленный пресс для шлангов — TRC P165 и P175
Для крупнокалиберных промышленных труб и горнодобывающих шлангов TRC создает класс специализированных промышленных прессов для шлангов. Это не переоборудованные цеховые прессы; это специально спроектированные обжимные станки для шлангов с очень высоким тоннажем, разработанные для заготовок, с которыми не справится ни один цеховой обжимной станок.
| модель | Тоннаж | Диапазон шлангов | Где применяется |
|---|---|---|---|
| TRC P140 | 320 ton | До ~3″ R13, плюс промышленные трубы | Крупные производители гидравлических и промышленных труб; сильные позиции в Европе, Турции, Бразилии, США. |
| TRC P160 | 350 ton | Крупнокалиберные промышленные шланги | Тот же профиль, что и P140, но с большим тоннажем. |
| TRC P165 | 500 тонн | Такое же максимальное раскрытие, как у P160, но с большим усилием обжима | Тяжелое промышленное оборудование; отдельный силовой агрегат. |
| TRC P175 | 830 ton | Все гидравлические типоразмеры плюс 15-дюймовая промышленная труба | Горная промышленность, металлургия, морское дело, аэрокосмическая отрасль; флагманская модель; популярна в Дубае, Канаде. |
В этих машинах используются радиальные сегментные матрицы, а не одноосные плиты. Слово “пресс” в названии описывает формат с высоким усилием, а не компоновку цехового пресса. TRC P165 или P175 — это обжимной станок для шлангов, масштабированный до тоннажа промышленных труб; он создает концентрический радиальный обжим на каждой заготовке, для которой он предназначен.
Можно ли использовать цеховой пресс для обжима шлангов?
Строго с инженерной точки зрения: да, но с существенными оговорками. Цеховой пресс можно приспособить для получения приемлемого обжима, если соблюдены все следующие условия.
| Требование | Что это означает |
|---|---|
| Спроектированный радиальный набор матриц | Изготовленные на заказ сегментные матрицы, смыкающиеся вокруг муфты с нескольких направлений. |
| Прецизионное выравнивающее приспособление | Приспособление, удерживающее комплект матриц концентрично штоку пресса. |
| Калиброванный контроль усилия | Способ остановки пресса при заданном тоннаже или положении. |
| Валидационные данные | Опубликованный или разработанный самостоятельно целевой диаметр обжима для конкретного шланга и фитинга, проверенный измерением первой детали. |
| Защита от накопленной энергии и разлетающихся обломков | Защитные ограждения, соответствующие OSHA 1910.212; блокировочное управление. |
| Контроль первой детали в каждой партии | Измерение штангенциркулем в трех точках по окружности муфты. |
Если хотя бы одно из этих условий отсутствует, использование цехового пресса не имеет оправдания. Первые два — инженерно спроектированные радиальные матрицы и прецизионное центрирующее приспособление — являются теми пунктами, где большинство попыток терпят неудачу.
Когда использование цехового пресса оправдано (узкий случай)
Существует один узкий случай, когда использование цехового пресса оправдано: малообъемный аварийный ремонт шлангов одного размера, с инженерно спроектированной оснасткой, калиброванным контролем тоннажа, данными валидации для этого конкретного шланга и фитинга, защитными ограждениями, соответствующими OSHA, и контролем первой детали при каждой сборке. Это длинный список. Он описывает мастерскую, которая фактически воссоздала специализированный обжимной станок внутри рамы цехового пресса, при затратах, которые обычно превышают стоимость покупки компактного специализированного обжимного станка.
Если в цехе уже есть пресс и инженерное время, этот узкий случай может иметь смысл для 1–2 сборок в месяц для одного размера шланга при низком давлении. За пределами этого узкого диапазона специализированный обжимной станок дешевле, безопаснее и быстрее.
| Рабочая нагрузка | Реалистичный вариант |
|---|---|
| Только для экстренных случаев, 1–2 сборки/месяц, низкое давление, один размер шланга | Цеховой пресс с правильно спроектированной оснасткой, валидированной для конкретного шланга. |
| 20–50 сборок/месяц | Специализированный компактный обжимной станок: TRC P10HP или TRC P16HP. |
| 50–300/месяц | Специализированный цеховой станок: TRC P20 или TRC P32A. |
| 300+/месяц | Специализированный цеховой или с ЧПУ: TRC P20D или TRC P32D. |
| 2″–4″ R13 промышленный | Специализированный промышленный пресс для шлангов: TRC P140 / P160 / P165 / P175. |
Почему большинству мастерских стоит прекратить попытки
Три причины, по которым подход с цеховым прессом обычно проигрывает специализированному радиальному обжимному станку.
Инженерные затраты превышают стоимость станка. Проектирование и изготовление радиального комплекта матриц, создание центрирующего приспособления, изготовление защитных ограждений, соответствующих OSHA, и валидация установки стоят дороже, чем покупка компактного специализированного обжимного станка, такого как TRC P10HP или TRC P16HP.
Установка ненадежна. Система матриц специализированного обжимного станка отцентрирована на заводе. Установка на цеховом прессе зависит от того, насколько правильно оператор каждый раз загружает приспособление. Как только приспособление смещается, концентричность теряется, и обжим становится овальным.
Риск для безопасности реален. При обжиме шлангов в муфте накапливается энергия. Если матрица треснет, приспособление сместится или шток неожиданно освободится, накопленная энергия может выбросить матрицу или фитинг. OSHA 1910.212 прямо касается разлетающихся осколков и деталей от силовых прессов и применяется к любой установке для обжима шлангов, включая переделанные цеховые прессы.
Предупреждение. Использование универсальной V-образной оснастки на цеховом прессе недопустимо для опрессовки гидравлических шлангов любого класса давления. Опрессовки будут овальными, настройка не является повторяемой, а риск для безопасности реален.
Когда выделенный опрессовщик окупает себя
Общая стоимость владения установкой для опрессовки шлангов на цеховом прессе — это не только пресс и матрицы. Это также время оператора на одну опрессовку, уровень переделок, стоимость проверки и риск для безопасности. Для большинства мастерских точка перехода, когда выделенный опрессовщик становится дешевле, составляет около 20–30 сборок в месяц. Ниже этого уровня использование цехового пресса может быть оправдано для одного размера шланга. Выше — выделенный станок выигрывает по всем параметрам: стоимость, скорость, качество, безопасность.
Если вы уже используете цеховой пресс для шлангов, следующей инвестицией должен быть выделенный радиальный опрессовщик, а не более мощный пресс. Оборудование TRC производится на сертифицированном заводе площадью 5 000 м² (CE/SGS/UL+ISO), обслуживающем более 300 клиентов в 50+ странах, с четырехчасовым окном ответа на технические запросы.
Часто задаваемые вопросы
Можно ли опрессовывать гидравлический шланг на цеховом прессе?
При значительных инженерных доработках — да: требуются спроектированные радиальные матрицы, прецизионное выравнивающее приспособление, калиброванный контроль усилия, данные проверки и защитное ограждение, соответствующее OSHA. Для большинства мастерских стоимость инженерных работ превышает стоимость выделенного компактного опрессовщика, а сама установка является хрупкой и медленной.
Почему выделенный опрессовщик шлангов лучше цехового пресса?
Из-за направления усилия. Выделенный опрессовщик использует радиальные сегментные матрицы, которые смыкаются со всех сторон одновременно, создавая концентрическую опрессовку с овальностью в пределах около 0,1 мм. Цеховой пресс давит в одном направлении, что обычно приводит к овальной опрессовке, если только оснастка не спроектирована для преобразования одноосного усилия в радиальное смыкание.
Как гидравлический пресс умножает усилие?
Через закон Паскаля. Изменение давления, приложенное к замкнутой несжимаемой жидкости, передается по всему объему жидкости, поэтому небольшое усилие на малом входном поршне создает такое же давление в большем выходном цилиндре. Основное уравнение: F = P × A (сила равна давлению, умноженному на площадь). Джозеф Брама запатентовал первый гидравлический пресс на этом принципе в 1795 году. Тот же принцип приводит в действие каждый современный гидравлический обжимной станок для шлангов.
Какой стандарт OSHA применяется к обжимному станку для шлангов?
OSHA 1910.212 — Общие требования ко всем машинам. Стандарт охватывает ограждение рабочей зоны, опасность разлетающейся стружки, двуручное управление, крепление и проверку ограждений. Он применяется как к специализированным обжимным станкам для шлангов, так и к переоборудованным цеховым прессам. Установка для обжима шлангов на базе цехового пресса должна соответствовать тем же требованиям к ограждению, что и специализированный обжимной станок, что составляет значительную часть инженерных затрат.
Что такое гидравлический пресс-станок для шлангов?
В контексте TRC P165 (500 т) и TRC P175 (830 тонн) гидравлический пресс-станок для шлангов — это специализированный высокоусиленный обжимной станок для шлангов, разработанный для крупногабаритных промышленных труб и горнодобывающих шлангов. Он использует радиальные сегментные матрицы, как и любой обжимной станок для шлангов; слово “пресс” в названии указывает на формат с высоким усилием, а не на компоновку цехового пресса.
Вопрос покупателя: какое усилие в тоннах мне нужно для 2-дюймового шланга R13?
Минимум 200 тонн; для непрерывного производства предпочтительно 245–320 тонн. TRC P32 (200 тонн, трехфазный двигатель 3,7 кВт) подходит для 2-дюймового шланга R13 в мастерских; TRC P140 (320 тонн) и TRC P160 (350 тонн) подходят для промышленного производства. См. наш категория тяжелых условий эксплуатации для полного ассортимента.
Ссылки и технические границы
- Wikipedia — Гидравлический пресс. Ссылка на принцип пресса Брама, патент 1795 года, одноосное направление усилия и производственные применения.
- Wikipedia — Закон Паскаля. Ссылка на основополагающий гидравлический принцип, его происхождение в 1653 году и соотношение F = P × A.
- OSHA 1910.212 — Общие требования к защитным ограждениям машин. Охватывает силовые прессы и опасность разлетающейся стружки; применяется как к переоборудованным цеховым прессам для шлангов, так и к специализированным обжимным станкам для шлангов.
- ISO 12100:2010 — Общая оценка рисков и снижение рисков для машинного оборудования. Поддерживает общие принципы безопасности.
