100 знаменитых изобретений
Шрифт:
К концу XVIII в. ковка все еще оставалась главным металлообрабатывающим процессом металлургической технологии, и гидравлические молоты уже не могли удовлетворить возросшие требования производства.
Усилия изобретателей сконцентрировались на проблеме создания ковочного молота, приводимого в движение энергией пара. Первым попытался решить эту проблему создатель паровой машины Джеймс Уатт. В 1784 г. сразу после получения патента на паровую машину он запатентовал и паровой молот. Сущность изобретения состояла в приспособлении паровой машины, снабженной маховым колесом, для привода распространенного в то время рычажного молота. Первый из молотов Уатта весил 120 фунтов (54,5 кг) и поднимался на высоту 8 дюймов (203 мм). Затем Уатт построил
Широкую дорогу паровому молоту открыл английский инженер Дж. Несмит. В 1839 г. он разработал конструкцию молота, популярного в 40-х годах XIX в. в металлургической и машиностроительной промышленности.
Молот Несмита представлял из себя массивную металлическую станину, по направляющим которой в вертикальной плоскости перемещалась баба с верхним бойком. Движение ей передавалось штоком, соединенным с поршнем парового цилиндра, расположенного в верхней части станины. Последняя устанавливалась на железной плите и крепилась к фундаменту молота болтами. Нижний боек монтировался на массивном шаботе. Управление молотом осуществлялось вручную. Для приведения его в действие рабочий, находящийся около молота, с помощью специального устройства открывал кран паропровода, соединенного с нижней частью парового цилиндра. В результате подачи пара поршень совершал движение вверх, поднимая одновременно шток и бабу с верхним бойком. Для совершения рабочего хода открывалась задвижка для выпуска пара из цилиндра, после чего начиналось падение бабы. Сила удара измерялась суммарной массой падающих частей (поршня, штока, бабы с бойком) и высотой их падения.
Проект Несмита не был сразу же применен на практике из-за отсутствия средств. Владельцы металлургических заводов, которых изобретатель познакомил со своим детищем, одобрили изобретение, но желания строить молот не высказали. Это обстоятельство, а также отсутствие у Несмита свободных средств не позволили ему выкупить патент, за который полагалось заплатить 500 фунтов стерлингов.
Впервые паровой молот системы Несмита был построен в 1840 г. во Франции механиком Бурдоном на заводах акционерного общества «Шнейдер и К0» в Крезо. Сам Несмит увидел там свой молот совершенно случайно во время посещения предприятия. Оказалось, что Бурдон увидел чертеж Несмита в книге проектов на заводе Несмита, срисовал его и по приезде во Францию быстро построил молот.
Построенный Бурдоном молот состоял из чугунной бабы, соединенной штоком с поршнем парового цилиндра. Распределение пара регулировалось золотником, приводимым в действие ручным рычагом. Станина опиралась четырьмя стойками на каменный фундамент. Чугунная наковальня устанавливалась на массивных деревянных брусьях, несколько смягчавших удары при ковке. Молот предназначался для обработки наиболее крупных поковок. Баба этого молота весила 2500 кг, максимальная высота ее падения составляла 2 метра.
В 1840 г. Несмит получил патент на свое изобретение. Тогда же на его заводе был построен паровой молот с массой бойка 1524 кг. При постройке были использованы новшества, которые в своем молоте не использовал Бурдон.
По некоторым сведениям, паровой молот системы Несмита вскоре был построен на пароходном заводе близ Цвиккау в Германии по чертежам директора предприятия Дорнинга.
Первые паровые молоты были простого действия и имели открытый сверху паровой цилиндр, ручной распределительный механизм. Усилия металлургов и конструкторов были направлены на совершенствование основных узлов молота и увеличение силы удара. Важное значение имели разработки самого Несмита, внесшего в конструкцию молота ряд нововведений, значительно повысивших его эффективность. К их числу относится изобретение воздушной
Вначале проблема повышения мощности паровых молотов решалась главным образом за счет увеличения массы бабы. В 1843 г. все тот же Несмит предложил молот двойного действия (молот с верхним паром). Давление пара стало использоваться не только для подъема, но и для ускорения падения бабы. При подаче пара в верхнюю часть цилиндра поршень отбрасывался вниз, увеличивая кинетическую энергию падающих частей молота. По аналогии с паровой машиной золотник приводился в движение струей пара, который попеременно впускался в верхнюю и нижнюю полости парового цилиндра, опуская или поднимая бабу.
В зависимости от мощности паровых молотов получили распространение несколько систем парораспределения. Наиболее широко применялись золотниковое и клапанное. Золотниковое парораспределение было характерно для небольших молотов, а клапанное – для молотов большой мощности.
Указанные системы управлялись с помощью специальных рычагов и тяг вручную или автоматически. При автоматическом режиме механизм парораспределения был связан с бабой молота. Автоматическое изменение хода производилось во всех молотах при подъеме бабы на наибольшую допускаемую высоту. Это предупреждало возможные аварии при ударе поршня о верхнюю крышку цилиндра или от удара бабы в нижний сальник цилиндра.
Крупные молоты, как правило, были простого действия, небольшие – двойного действия, молоты средней мощности изготавливались как простого, так и двойного действия.
При кричном переделе железа молот применялся как для получения компактного кричного железа, так и для отковки различных полуфабрикатов и изделий. Затем для первой операции стали применяться прокатные станы.
Вместе с тем в условиях бурного развития машиностроения непрерывно возрастала потребность в крупных кованых деталях для разнообразных машин и механизмов. После появления в 50–60-х годах XIX в. бессемеровского и мартеновского способов выплавки стали стало возможным получение крупных стальных отливок. Их обработка требовала сверхмощных паровых молотов. Среди потребителей таких молотов были орудийные, судостроительные, механические заводы.
Большой вклад в развитие производства паровых молотов внесли русские инженеры и ученые. Так, в 1872 г. Обуховский завод экспонировал на Московской политехнической выставке ствол 12-дюймового орудия, выкованного из стального слитка весом 40 тонн. На этом предприятии был и 50-тонный паровой молот. Его шабот был отлит из чугуна, состоял из четырех частей и имел массу 460 тонн. Молот делал 25 ударов в минуту при высоте подъема 2,9 м. В 1873 г. на Пермском пушечном заводе был построен 50-тонный молот двойного действия. Его шабот в 12 раз превышал массу падающих частей и весил 600 тонн. Высота подъема бабы составляла 3 м. Общая масса молота – 1442 тонны.
В 1872 г. во Франции на заводе «Шнейдер и Ко» в Крезо был установлен 100-тонный паровой молот, там ковали слитки массой 120 тонн. Наиболее тяжелый 125-тонный паровой молот был построен в 1891 г. в США на заводе Вифлеемской компании. Все эти сверхтяжелые молоты были простого действия.
На этом производство гигантских молотов прекратилось, так как выявились большие трудности в их производстве и эксплуатации. Сильные удары молотов вызывали сотрясения зданий цехов, почвы в окрестностях предприятий. Это стало опасным для целостности окружающих строительных сооружений и самих молотов. На смену им пришли гидравлические ковочные прессы.