stringtranslate.com

Паровой молот

Однорамный паровой падающий молот, используемый в мастерских железных дорог Атчисон, Топика и Санта-Фе в Топике , штат Канзас , 1943 г.

Паровой молот , также называемый падающим молотом , — это промышленный мощный молот , приводимый в действие паром, который используется для таких задач, как формовка поковок и забивание свай. Обычно молот прикреплен к поршню , который скользит внутри неподвижного цилиндра , но в некоторых конструкциях молот прикреплен к цилиндру, который скользит вдоль неподвижного поршня.

Концепция парового молота была описана Джеймсом Уаттом в 1784 году, но только в 1840 году был построен первый рабочий паровой молот для ковки все более крупных железных или стальных деталей. В 1843 году между Франсуа Бурдоном из Франции и Джеймсом Нейсмитом из Великобритании произошел ожесточенный спор о том, кто изобрел машину. Бурдон построил первую рабочую машину, но Нейсмит утверждал, что она была построена по копии его конструкции.

Паровые молоты оказались бесценными во многих промышленных процессах. Технические усовершенствования дали больший контроль над прилагаемым усилием, большую долговечность, большую эффективность и большую мощность. Паровой молот, построенный в 1891 году компанией Bethlehem Iron Company, производил удар силой 125 тонн. В 20 веке паровые молоты постепенно вытеснялись из ковки механическими и гидравлическими прессами, но некоторые из них все еще используются. Пневматические молоты, потомки ранних паровых молотов, производятся до сих пор.

Механизм

Паровой молот одностороннего действия поднимается под давлением пара, нагнетаемого в нижнюю часть цилиндра, и опускается под действием силы тяжести, когда давление сбрасывается. В более распространенном паровом молоте двухстороннего действия пар также используется для толкания таранной плиты вниз, что обеспечивает более мощный удар по штампу. [1] Вес таранной плиты может составлять от 225 до 22 500 кг (от 500 до 50 000 фунтов). [2] Обрабатываемая деталь помещается между нижней плашкой, покоящейся на наковальне, и верхней плашкой, прикрепленной к таранной плите (молоту). [3]

Молотки подвержены многократным сотрясениям, что может привести к растрескиванию чугунных деталей. Поэтому первые молотки изготавливались из нескольких частей, скрепленных болтами.

Это удешевило замену сломанных деталей, а также придало материалу определенную степень эластичности, что снизило вероятность переломов. [4]

Однорамный паровой молот двойного действия

Паровой молот может иметь одну или две опорные рамы. Конструкция с одной рамой позволяет оператору легче перемещаться вокруг штампов , в то время как двойная рама может поддерживать более мощный молот. Рама(ы) и наковальня установлены на деревянных балках, которые защищают бетонные основания, поглощая удар. [3]

Необходимы глубокие фундаменты, но большой паровой молот все равно будет трясти здание, на котором он стоит. Эту проблему можно решить с помощью парового молота с обратным ударом, в котором два сходящихся толкателя приводят в движение верхнюю и нижнюю матрицы вместе. Верхний толкатель движется вниз, а нижний толкатель тянется или движется вверх. Эти молоты производят большой удар и могут изготавливать большие поковки. [5] Их можно устанавливать на меньших фундаментах, чем наковальни с аналогичной силой. [6] Молотки с обратным ударом нечасто используются в Соединенных Штатах, но распространены в Европе. [7]

В некоторых ранних паровых молотах оператор вручную перемещал клапаны, контролируя каждый удар. В других действие клапана было автоматическим, что позволяло производить быстрые повторяющиеся удары. Автоматические молоты могли давать упругий удар, когда пар смягчал поршень к концу хода вниз, или мертвый удар без амортизации. Упругий удар давал более высокую скорость удара, но меньшую силу, чем мертвый удар. [8] Были построены машины, которые могли работать в любом режиме в соответствии с требованиями работы. [9] Силу удара можно было контролировать, изменяя количество пара, вводимого для смягчения удара. [10] Современный воздушно-паровой молот может производить до 300 ударов в минуту. [11]

История

Джеймс Уатт (1736–1819) описал концепцию парового молота

Концепция

Возможность парового молота была отмечена Джеймсом Уаттом (1736–1819) в его патенте от 28 апреля 1784 года на усовершенствованный паровой двигатель. [12] Уатт описал «Тяжелые молоты или штамповщики для ковки или штамповки железа, меди или других металлов, или других материалов без вмешательства вращательных движений или колес, путем закрепления молота или штампа, которые должны были работать таким образом, либо непосредственно на поршне или штоке поршня двигателя». [13] Конструкция Уатта имела цилиндр на одном конце деревянной балки, а молот на другом. Молот двигался не вертикально, а по дуге окружности. [14] 6 июня 1806 года У. Деверелл, инженер из Суррея, подал патент на паровой молот или штамповщик. Молот должен был быть приварен к штоку поршня, находящемуся в цилиндре. Пар из котла должен был подаваться под поршень, поднимая его и сжимая воздух над ним. Затем пар высвобождался, и сжатый воздух заставлял поршень опускаться. [13]

Рисунок парового молота 1899 г.

В августе 1827 года Джон Хейг получил патент на метод работы кранов и наклонных молотов, приводимых в движение поршнем в колеблющемся цилиндре, где движущей силой была энергия воздуха. Частичный вакуум создавался в одном конце длинного цилиндра с помощью воздушного насоса, работающего от паровой машины или другого источника энергии, и атмосферное давление вдавливало поршень в этот конец цилиндра. Когда клапан переворачивался, вакуум образовывался в другом конце, и поршень выталкивался в противоположном направлении. [15] Хейг изготовил молот по этой конструкции для выравнивания сковородок. Много лет спустя, обсуждая преимущества воздуха перед паром для подачи энергии, вспоминалось, что воздушный молот Хейга «работал с такой необычайной скоростью, что было невозможно увидеть, где именно молот работал, и эффект был больше похож на создание одного непрерывного давления». Однако регулировать силу ударов было невозможно. [16]

Изобретение

Паровой молот Несмита

Кажется вероятным, что шотландский инженер Джеймс Нейсмит (1808–1890) и его французский коллега Франсуа Бурдон (1797–1865) независимо друг от друга изобрели паровой молот в 1839 году, оба пытаясь решить одну и ту же проблему ковки валов и кривошипов для все более крупных паровых двигателей, используемых в локомотивах и колесных лодках. [17] В «автобиографии» Нейсмита 1883 года, написанной Сэмюэлем Смайлсом , он описал, как возникла необходимость в гребном валу для нового трансатлантического парохода Изамбарда Кингдома Брюнеля SS Great Britain с диаметром вала 30 дюймов (760 мм), большим, чем любой из ранее выкованных. Он придумал свой проект парового молота, сделав эскиз, датированный 24 ноября 1839 года, но непосредственная необходимость отпала, когда была продемонстрирована практичность винтовых гребных винтов, и Great Britain был переоборудован в эту конструкцию. Нейсмит показал свой проект всем посетителям. [18]

Бурдон придумал идею того, что он назвал «Пилон» в 1839 году и сделал подробные чертежи своей конструкции, которые он также показывал всем инженерам, посещавшим заводы в Ле-Крезо, принадлежавшие братьям Адольфу и Эжену Шнайдерам . [18] Однако Шнайдеры не решались построить радикально новую машину Бурдона. Бурдон и Эжен Шнайдер посетили завод Несмита в Англии в середине 1840 года, где им показали эскиз Несмита. Это подтвердило осуществимость концепции для Шнайдера. [17] В 1840 году Бурдон построил первый в мире паровой молот на заводе Schneider & Cie в Ле-Крезо. Он весил 2500 килограммов (5500 фунтов) и поднимал на высоту 2 метра (6 футов 7 дюймов). Шнайдеры запатентовали конструкцию в 1841 году. [19]

Нейсмит посетил Ле-Крезо в апреле 1842 года. По его словам, Бурдон взял его в кузнечное отделение, чтобы тот мог, как он выразился, «увидеть свое собственное дитя». Нейсмит сказал: «Вот оно, по правде говоря, — колотящийся ребенок моего мозга!» [18] Вернувшись из Франции в 1842 году, Нейсмит построил свой первый паровой молот на своем литейном заводе Patricroft в Манчестере , Англия , рядом с (тогда новой) Ливерпульско-Манчестерской железной дорогой и каналом Бриджуотер . [20] В 1843 году между Нейсмитом и Бурдоном разгорелся спор о приоритете изобретения парового молота. Нейсмит, превосходный публицист, сумел убедить многих людей, что он был первым. [21]

Ранние улучшения

Паровой молот Nasmyth & Wilson в Университете Болтона

Первый паровой молот Несмита, описанный в его патенте от 9 декабря 1842 года, был построен для завода Low Moor Works в Брэдфорде. Они отклонили машину, но 18 августа 1843 года приняли улучшенную версию с самодействующей передачей. [22] Роберт Уилсон (1803–1882), который также изобрел гребной винт и был управляющим заводом Несмита в Бриджуотере, изобрел самодействующее движение, которое позволяло регулировать силу удара, наносимого молотом, — критически важное усовершенствование. [23] Один из ранних авторов сказал о механизме Уилсона: «... я бы с большей гордостью сказал, что я был изобретателем этого движения, чем сказал, что командовал полком при Ватерлоо...» [22] Паровые молоты Несмита теперь могли изменять силу удара в широком диапазоне. Несмит любил разбивать яйцо, помещенное в бокал, не разбивая бокал, а затем наносить удар, который сотрясал здание. [20]

К 1868 году инженеры внесли дальнейшие усовершенствования в первоначальную конструкцию. Паровой молот Джона Конди, построенный для Фултона в Глазго, имел неподвижный поршень и подвижный цилиндр, к которому был прикреплен молот. Поршень был полым и использовался для подачи пара в цилиндр и его последующего удаления. Молот весил 6,5 тонн с ходом 7,5 футов (2,3 м). [24] Паровые молоты Конди использовались для ковки валов парохода Great Eastern Изамбарда Кингдома Брюнеля . [25] Высокоскоростной пневматический молот был описан в журнале The Mechanics' Magazine в 1865 году, как вариант парового молота для использования в условиях отсутствия паровой энергии или при очень сухой среде. [26]

Паровые молоты Bowling Ironworks имели паровой цилиндр, прикрученный болтами к задней части молота, что уменьшало высоту машины. [24] Они были разработаны Джоном Чарльзом Пирсом, который получил патент на свою конструкцию парового молота за несколько лет до истечения срока действия патента Нейсмита. [27] Мари-Жозеф Фарко из Парижа предложила ряд усовершенствований, включая конструкцию, при которой пар действовал сверху, увеличивая силу удара, улучшенные клапанные устройства и использование пружин и материала для поглощения удара и предотвращения поломки. [24] [28] Джон Рэмсботтом изобрел дуплексный молот с двумя таранами, движущимися горизонтально к поковке, расположенной между ними. [29]

Используя те же принципы работы, Нейсмит разработал паровую машину для забивания свай . При ее первом использовании в Девонпорте было проведено драматичное состязание. Его двигатель забил сваю за четыре с половиной минуты по сравнению с двенадцатью часами, которые требовались при обычном методе. [30] Вскоре было обнаружено, что молот с относительно небольшой высотой падения был более эффективным, чем более высокая машина. Более короткая машина могла нанести гораздо больше ударов за определенное время, забивая сваю быстрее, хотя каждый удар был меньше. Он также наносил меньше повреждений свае. [31]

Клепальные машины, разработанные Гарфортом и Куком, были основаны на паровом молоте. [32] В каталоге Большой выставки, состоявшейся в Лондоне в 1851 году, о конструкции Гарфорта говорилось: «С этой машиной один человек и три мальчика могут клепать с совершенной легкостью и самым прочным образом, со скоростью шесть заклепок в минуту, или триста шестьдесят в час». [33] Другие варианты включали дробилки, помогающие извлекать железную руду из кварца, и молот, чтобы пробивать отверстия в скале карьера для хранения пороховых зарядов. [32] В книге 1883 года о современной паровой практике говорилось:

Прямое применение пара в кузнечных молотах, вне всякого сомнения, является величайшим усовершенствованием, когда-либо сделанным в кузнечном деле; оно не только упростило операции, которые выполнялись до его изобретения, но и добавило много ответвлений и расширило искусство ковки до целей, которые никогда не могли быть достигнуты без парового молота. ... Паровой молот ... кажется настолько идеально приспособленным для выполнения различных условий силовой ковки, что, кажется, больше ничего не остается желать... [34]

Дальнейшее развитие

Паровой молот, изготовленный компанией F. Banning AG в 1929 году, использовался компанией Tampella , с 1977 года находится в Институте Мурикка в Тампере , Финляндия, как памятник черной металлургии города.
Гигантский паровой молот Крезо, построенный в 1877 году компанией Schneider et Cie в Ле-Крезо

Schneider & Co. построили 110 паровых молотов между 1843 и 1867 годами с различными размерами и ударной частотой, но тяготея к все более крупным машинам, чтобы справиться с требованиями больших пушек, валов двигателей и броневых пластин, причем сталь все чаще использовалась вместо кованого железа. В 1861 году паровой молот «Фриц» был введен в эксплуатацию на заводе Круппа в Эссене , Германия. С ударом в 50 тонн он в течение многих лет был самым мощным в мире. [35]

Существует история о том, что паровой молот Фрица получил свое название от машиниста по имени Фриц, которого Альфред Крупп представил императору Вильгельму, когда тот посетил завод в 1877 году. Крупп сказал императору, что Фриц настолько прекрасно контролировал машину, что мог позволить молоту упасть, не повредив предмет, помещенный в центр блока. Император немедленно положил свои часы, которые были усеяны бриллиантами, на блок и жестом приказал Фрицу запустить молот. Когда машинист заколебался, Крупп сказал ему: «Фриц, дай полет!» Он сделал, как ему сказали, часы остались невредимыми, и император подарил Фрицу часы. Крупп выгравировал на молоте слова: «Фриц, дай полет!». [36]

В конце концов Шнайдеры увидели необходимость в молоте колоссальных размеров. [35] Паровой молот Крезо был гигантским паровым молотом, построенным в 1877 году компанией Schneider and Co. во французском промышленном городе Ле-Крезо . Молот Крезо, способный наносить удар силой до 100 тонн, был самым большим и мощным в мире. [37] Деревянная копия была построена для Всемирной выставки (1878) в Париже. В 1891 году компания Bethlehem Iron Company из Соединенных Штатов приобрела патентные права у Шнайдера и построила паровой молот почти идентичной конструкции, но способный наносить удар силой 125 тонн. [37]

В конце концов, большие паровые молоты устарели, их заменили гидравлические и механические прессы. Прессы прикладывали силу медленно и равномерно, гарантируя, что внутренняя структура поковки будет однородной, без скрытых внутренних дефектов. [38] Они также были дешевле в эксплуатации, не требуя выпуска пара, и намного дешевле в строительстве, не требуя огромных прочных фундаментов.

Паровой молот Крезо 1877 года теперь стоит как памятник на городской площади Крезо. [38] Оригинальный молот Нейсмита стоит напротив его литейных зданий (теперь «бизнес-парк»). Более крупный паровой молот Нейсмита и Уилсона стоит в кампусе Университета Болтона .

Паровые молоты продолжают использоваться для забивания свай в землю. [1] Пар, подаваемый циркулирующим парогенератором, более эффективен, чем воздух. [39] Однако сегодня вместо пара часто используется сжатый воздух. [31] По состоянию на 2013 год производители продолжали продавать пневматические/паровые молоты для забивания свай. [40] Поставщики услуг по ковке также продолжают использовать паровые молоты различных размеров на основе классических конструкций. [41]

Смотрите также

На Викискладе есть медиафайлы по теме Паровые молоты .

Ссылки

Цитаты

  1. ^ ab Das 2010, стр. 548.
  2. ^ Каушиш 2010, стр. 720.
  3. ^ ab Sharma 2007, стр. 239-240.
  4. ↑ Уинтон и Миллар 1883, стр. 50.
  5. ^ Шарма 2007, стр. 243-244.
  6. ^ Алтан 2005, стр. 137.
  7. ^ Алтан 2005, стр. 136.
  8. ↑ Уинтон и Миллар 1883, стр. 52.
  9. ↑ Уинтон и Миллар 1883, стр. 53.
  10. ^ Раджпут 2007, стр. 155.
  11. ^ Шарма 2007, стр. 243.
  12. ^ Уитлоу 2011.
  13. ^ ab Rowlandson 1875, стр. 10.
  14. ↑ Бранде и Кокс 1867, стр. 593.
  15. ↑ Патент выдан Джону Хейгу в 1827 году.
  16. ↑ Гримшоу 1865, стр. 331.
  17. ^ ab Chomienne 1888, стр. 254.
  18. ^ abc Boutany 1885, стр. 59.
  19. ^ Франсуа БУРДОН: Архивы Кот-д'Ор.
  20. ^ ab Nasmyth & Smiles 1883, стр. 259.
  21. ^ Паровой молот Несмита.
  22. ^ Эванс 2004, стр. 58.
  23. ↑ Роулендсон 1875, стр. 34.
  24. ^ abc Artizan Club (Великобритания) 1868, стр. 301.
  25. ↑ Конди 1860, стр. 142.
  26. ↑ Гримшоу 1865, стр. 329.
  27. ↑ Кадворт 1891, стр. 234.
  28. ↑ Патентное бюро 1871, стр. 1900.
  29. ↑ Томкинс 1878, стр. 343.
  30. ↑ Нэсмит и Смайлс 1883, стр. 263.
  31. ^ ab Rajapakse 2011, стр. 350.
  32. ^ ab Artizan Club (Великобритания) 1868, с. 302.
  33. ↑ Большая выставка 1851 года: Официальный каталог.
  34. ↑ Уинтон и Миллар 1883, стр. 51.
  35. ^ аб Фогель и Шайт 1981, с. 2.
  36. ↑ Фриц Лети 1884.
  37. ^ аб Фогель и Шайт 1981, с. 3.
  38. ^ аб Фогель и Шайт 1981, с. 4.
  39. ^ Венкатрамайя 1995, стр. 759.
  40. ^ Ударные молотки Vulcan одностороннего действия.
  41. ↑ Молотки: Scot Forge.

Источники

Внешние ссылки