Паровой молот , также называемый падающим молотом , представляет собой промышленный силовой молот , приводимый в движение паром, который используется для таких задач, как формование поковок и забивка свай. Обычно молоток прикреплен к поршню , который скользит внутри неподвижного цилиндра , но в некоторых конструкциях молоток прикреплен к цилиндру, который скользит вдоль неподвижного поршня.
Идея парового молота была описана Джеймсом Уаттом в 1784 году, но только в 1840 году был построен первый работающий паровой молот, предназначенный для ковки все более крупных деталей из железа или стали. В 1843 году между Франсуа Бурдоном из Франции и Джеймсом Нэсмитом из Британии разгорелся ожесточенный спор о том, кто изобрел машину. Бурдон построил первую работающую машину, но Нэсмит утверждал, что она была построена по копии его конструкции.
Паровые молоты оказались неоценимыми во многих промышленных процессах. Технические усовершенствования обеспечили больший контроль над прилагаемой силой, большую долговечность, большую эффективность и большую мощность. Паровой молот, построенный в 1891 году компанией Bethlehem Iron Company, нанес удар массой 125 тонн. В 20 веке паровые молоты при ковке постепенно вытеснялись механическими и гидравлическими прессами, но некоторые из них используются до сих пор. Пневматические молоты, потомки первых паровых молотов, производятся до сих пор.
.jpg/1280px-Steam_hydraulic_hammer_(Rankin_Kennedy,_Modern_Engines,_Vol_VI).jpg)
Паровой молот одностороннего действия поднимается под давлением пара, впрыскиваемого в нижнюю часть цилиндра, и опускается под действием силы тяжести при сбросе давления. В более распространенном паровом молоте двойного действия пар также используется для опускания плунжера вниз, нанося более мощный удар по матрице. [1] Вес домкрата может варьироваться от 225 до 22 500 кг (от 500 до 50 000 фунтов). [2] Обрабатываемая деталь помещается между нижней матрицей, опирающейся на наковальню, и верхней матрицей, прикрепленной к плунжеру (молотку). [3]
Молотки подвергаются неоднократному сотрясению мозга, что может привести к разрушению чугунных деталей. Поэтому первые молотки делались из множества частей, соединенных болтами. Это удешевило замену сломанных деталей, а также придало ему определенную эластичность, что сделало переломы менее вероятными. [4]
Паровой молот может иметь одну или две опорные рамы. Конструкция с одинарной рамой позволяет оператору легче перемещаться вокруг штампов , а двойная рама может выдерживать более мощный молот. Каркас(ы) и опорный блок установлены на деревянных балках, которые защищают бетонный фундамент, поглощая удары. [3] Необходим глубокий фундамент, но большой паровой молот все равно будет сотрясать здание, на котором он держится. Эту проблему можно решить с помощью парового молота с противоударом, в котором два сходящихся плунжера сводят вместе верхнюю и нижнюю матрицу. Верхний плунжер перемещается вниз, а нижний плунжер тянется или поднимается вверх. Эти молотки производят сильный удар и позволяют изготавливать большие поковки. [5] Их можно устанавливать на фундаменты меньшего размера, чем молотки с наковальней аналогичной силы. [6] Контрударные молотки не часто используются в Соединенных Штатах, но распространены в Европе. [7]
В некоторых ранних паровых молотах оператор вручную перемещал клапаны, контролируя каждый удар. В других случаях действие клапана было автоматическим, что позволяло выполнять быстрые повторяющиеся удары. Автоматические молотки могли нанести упругий удар, при котором пар смягчал поршень ближе 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 зависимости от требований работы. [9] Силу удара можно было контролировать, изменяя количество пара, подаваемого для смягчения удара. [10] Современный пневмо/паровой молот может производить до 300 ударов в минуту. [11]
Возможность парового молота была отмечена Джеймсом Уоттом (1736–1819) в его патенте на улучшенную паровую машину от 28 апреля 1784 года. [12] Уотт описал «Тяжелые молотки или штампы для ковки или штамповки железа, меди или других металлов или других материалов без вмешательства вращательных движений или колес путем крепления молота или штампа для такой обработки либо непосредственно к поршень или шток поршня двигателя». [13] В конструкции Уатта на одном конце деревянной балки был цилиндр, а на другом — молоток. Молот двигался не вертикально, а по дуге круга. [14] 6 июня 1806 года У. Деверелл, инженер из Суррея, подал патент на паровой молот или штамп. Молот будет приварен к штоку поршня, находящемуся в цилиндре. Пар из котла пропускался под поршень, поднимая его и сжимая воздух над ним. Затем пар будет выпущен, и сжатый воздух заставит поршень опуститься. [13]
В августе 1827 года Джон Хейг получил патент на метод работы кранов и откидных молотов, приводимых в движение поршнем в колеблющемся цилиндре, где движущую силу обеспечивала энергия воздуха. Частичный вакуум создавался в одном конце длинного цилиндра с помощью воздушного насоса, работающего от парового двигателя или другого источника энергии, и атмосферное давление вгоняло поршень в этот конец цилиндра. Когда клапан был перевернут, на другом конце образовался вакуум, и поршень начал двигаться в противоположном направлении. [15] Гаага изготовил молоток этой конструкции для строгания сковород. Много лет спустя, обсуждая преимущества воздуха перед паром в обеспечении энергии, вспоминали, что воздушный молот Хейга «работал с такой необычайной быстротой, что невозможно было увидеть, где именно работает молот, и эффект был больше похож на оказывая одно непрерывное давление». Однако регулировать силу ударов не удавалось. [16]
Кажется вероятным, что шотландский инженер Джеймс Нэсмит (1808–1890) и его французский коллега Франсуа Бурдон (1797–1865) независимо друг от друга изобрели паровой молот в 1839 году, пытаясь решить одну и ту же проблему ковки валов и кривошипов для все более крупных паровых машин. двигатели, используемые в локомотивах и весельных лодках. [17] В «автобиографии» Нэсмита 1883 года, написанной Сэмюэлем Смайлсом , он описал, как возникла необходимость в лопастном валу для нового трансатлантического парохода «Изамбард Кингдом Брюнель » SS Great Britain с валом диаметром 30 дюймов (760 мм), большего размера. чем все, что было выковано ранее. Он придумал конструкцию своего парового молота, сделав эскиз, датированный 24 ноября 1839 года, но насущная необходимость отпала, когда была продемонстрирована практичность винтовых гребных винтов и Великобритания перешла на эту конструкцию. Нэсмит показал свой дизайн всем посетителям. [18]
Бурдон придумал идею того, что он назвал «Пилоном», в 1839 году и сделал подробные чертежи своей конструкции, которые он также показал всем инженерам, посетившим заводы в Ле Крезо , принадлежащие братьям Адольфу и Эжену Шнайдерам . [18] Однако Шнайдеры не решались строить радикально новую машину Бурдона. Бурдон и Эжен Шнайдер посетили завод Нэсмита в Англии в середине 1840 года, где им показали эскиз Нэсмита. Это подтвердило Шнайдеру осуществимость концепции. [17] В 1840 году Бурдон построил первый в мире паровой молот на заводе Schneider & Cie в Ле Крезо. Он весил 2500 кг (5500 фунтов) и поднимался на высоту 2 метра (6 футов 7 дюймов). Шнайдеры запатентовали конструкцию в 1841 году. [19]
Нэсмит посетил Ле Крезо в апреле 1842 года. По его словам, Бурдон отвел его в кузницу, чтобы он мог, по его словам, «увидеть своего собственного ребенка». Нэсмит сказал: «Вот оно, по правде говоря, - дитя моего мозга!» [18] После возвращения из Франции в 1842 году Нэсмит построил свой первый паровой молот в своем литейном заводе Патрикрофт в Манчестере , Англия , рядом с (тогда новой) Ливерпульско-Манчестерской железной дорогой и каналом Бриджуотер . [20] В 1843 году между Нэсмитом и Бурдоном разгорелся спор по поводу приоритета изобретения парового молота. Нэсмит, прекрасный публицист, сумел убедить многих, что он был первым. [21]
Первый паровой молот Нэсмита, описанный в его патенте от 9 декабря 1842 года, был построен для завода Лоу-Мур в Брэдфорде. Машину отвергли, но 18 августа 1843 г. приняли улучшенную версию с самодействующим механизмом. [22] Роберт Уилсон (1803–1882), который также изобрел гребной винт и был менеджером завода Нэсмита в Бриджуотере, изобрел самодействующее движение, которое позволяло регулировать силу удара, наносимого молотком, – критически важный момент. важное улучшение. [23] Один из первых авторов сказал о снаряжении Вильсона: «... Я был бы более горд, если бы сказал, что я был изобретателем этого механизма, чем если бы сказал, что я командовал полком при Ватерлоо...» [22] Паровые молоты Нэсмита теперь можно было варьировать силу удара в широком диапазоне. Нэсмит любил разбить яйцо, помещенное в бокал для вина, не разбив при этом стакан, после чего последовал удар, от которого сотряслось здание. [20]
К 1868 году инженеры внесли дальнейшие улучшения 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 последующего его удаления. Молот весил 6,5 тонн с ходом 7,5 футов (2,3 м). [24] Паровые молоты Конди использовались для ковки валов СС Грейт -Истерн Исамбарда Кингдом Брюнеля . [25] Высокоскоростной пневмомолот был описан в журнале «Механика» в 1865 году, вариант парового молота для использования там, где мощность пара недоступна или требуется очень сухая среда. [26]
Паровые молоты Bowling Ironworks имели паровой цилиндр, прикрепленный 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 Нэсмита. [27] Мари-Жозеф Фарко из Парижа предложила ряд улучшений, включая устройство, позволяющее пару действовать сверху, увеличение ударной силы, улучшенные конструкции клапанов и использование пружин и материалов для поглощения ударов и предотвращения поломок. [24] [28] Джон Рэмсботтом изобрел двойной молоток, в котором два цилиндра движутся горизонтально к поковке, расположенной между ними. [29]
Используя те же принципы работы, Нэсмит разработал паровую сваебойную машину . При его первом использовании в Девонпорте было проведено драматическое соревнование. Его двигатель забил кучу за четыре с половиной минуты по сравнению с двенадцатью часами, которые требовались традиционным методом. [30] Вскоре было обнаружено, что молот с относительно небольшой высотой падения более эффективен, чем более высокая машина. Более короткая машина могла нанести гораздо больше ударов за заданное время, забивая кучу быстрее, хотя каждый удар был меньше. Это также нанесло меньший ущерб свае. [31]
Клепальные машины, разработанные Гарфортом и Куком, были основаны на паровом молоте. [32] В каталоге Великой выставки , состоявшейся в Лондоне в 1851 году, о конструкции Гарфорта говорилось: «С помощью этой машины один человек и три мальчика могут клепать с совершенной легкостью и самым надежным 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 породе карьера для хранения пороховых зарядов. [32] В книге 1883 года о современной паровой практике говорится:
Прямое воздействие пара на ковочные молоты, вне всякого сомнения, является величайшим усовершенствованием, которое когда-либо было сделано в ковочном оборудовании; Он не только упростил операции, которые проводились до его изобретения, но и добавил множество ответвлений и расширил искусство ковки до целей, которые никогда не могли быть достигнуты, кроме как с помощью парового молота. ... Паровой молот... кажется настолько идеально приспособленным для различных условий силового удара, что, кажется, желать ничего не остается... [34]
В период с 1843 по 1867 год компания Schneider & Co. построила 110 паровых молотов разных размеров и скорости удара, но с тенденцией к созданию все более крупных машин, способных удовлетворить потребности в больших пушках, валах двигателей и броневых пластинах, при этом вместо кованого железа все чаще используется сталь. В 1861 году на заводе Круппа в Эссене , Германия , начал работать паровой молот «Фриц» . Имея 50-тонный удар, он долгие годы был самым мощным в мире. [35]
Существует история, что паровой молот Фрица получил свое название от машиниста по имени Фриц, которого Альфред Крупп подарил императору Вильгельму , когда тот посетил завод в 1877 году. Крупп сказал императору, что Фриц настолько прекрасно контролировал машину, что мог позволить молоток упадет, не повредив предмет, расположенный в центре блока. Император немедленно положил свои часы, усыпанные бриллиантами, на колоду и жестом приказал Фрицу запустить молоток. Когда машинист заколебался, Крупп сказал ему: «Фриц, отпусти!» Он сделал, как ему было сказано, часы остались целы и невредимы, и император подарил часы Фрицу. У Круппа были слова «Фриц, отпусти!» выгравировано на молотке. [36]
В конце концов Шнайдеры увидели необходимость в молоте колоссальных размеров. [35] Паровой молот Крезо был гигантским паровым молотом, построенным в 1877 году компанией Шнайдер и компания во французском промышленном городе Ле Крезо . Имея возможность нанести удар массой до 100 тонн, молот Крезо был самым большим и мощным в мире. [37] Деревянная копия была построена для Всемирной выставки (1878 г.) в Париже. В 1891 году американская компания Bethlehem Iron Company приобрела у Шнайдера патентные права и построила паровой молот почти идентичной конструкции, но способный нанести удар массой 125 тонн. [37]
Со временем огромные паровые молоты устарели, их заменили гидравлические и механические прессы. Прессы прилагали усилие медленно и с одинаковой скоростью, гарантируя, что внутренняя структура поковки будет однородной, без скрытых внутренних дефектов. [38] Паровой молот Крезо 1877 года теперь стоит как памятник на городской площади Крезо. [38] Оригинальный молот Нэсмита стоит перед зданием литейного завода (ныне «бизнес-парк»). Более крупный паровой молот Nasmyth & Wilson стоит в кампусе Болтонского университета .
Паровые молоты по-прежнему используются для забивания свай в землю. [1] Пар, подаваемый циркуляционным парогенератором, более эффективен, чем воздух. [39] Однако сегодня вместо пара часто используется сжатый воздух. [31] По состоянию на 2013 год производители продолжали продавать пневмо/паровые сваебойные молоты. [40] Поставщики кузнечных услуг также продолжают использовать паровые молоты различных размеров, основанные на классических конструкциях. [41]
Цитаты
Источники
Внешние ссылки