Всеукраїнський загальнополітичний освітянський тижневик
Персонал Плюс - всеукраїнський тижневик

ВИНАХІД, ЩО ЗМІНИВ СВІТ

Гідравлічний прес зробив технічну революцію у машинобудуванні. Саме цей пристрій як центральна складова заводського устаткування надає можливість створювати з найновіших матеріалів сучасні форми кузовів автомобіля, пральних машин, потягів, трамваїв, тролейбусів...

Історія гідравлічного преса розпочалася у другій половині XVII століття. До того часу вироби із заліза спочатку обробляли ручними, а потім паровими молотами, щоб отримати високоякісне залізо.

І ось Блез Паскаль відкриває властивість рідини протистояти стисненню. В той час мало хто розумів, що це суто теоретичне відкриття знайде таке широке застосування для створення потужної техніки. У своєму трактаті про рівнодію рідин, видану ще 1663 року, вже після смерті великого науковця, автор писав: «Якщо ємність, заповнена водою, закрита з усіх сторін, має два отвори, і один з них має площу у сто раз більшу, ніж другий, з щільно вставленими поршнями, то одна людина, штовхаючи маленький поршень, врівноважить силу ста людей, які будуть штовхати в сто раз більший, і пересилить 99 із них».

Більше ніж через сто років потому, у 90-х роках XVIII століття, анг­лійський винахідник Генрі Модслі, застосувавши винахід Блеза Паскаля, винайшов гідравлічний прес. Хоч ідея такого пресу з’явилася одразу після відкриття властивості рідини протистояти стисненню. Але втілити в життя її було неможливо бо не вміли досягти герметичності при великому тиску рідини, що просочувалася між стінками ємності та поршня. Тому очікуваного нарощування зусиль не відбулося...

Винахід Г. Модслі самоущільнюючого сальника, або, як його зараз називають автомо­білісти, «манжети», стало вирішальним у створенні гідравлічного преса. Завдяки цьому винаходу Генрі Модслі назавжди вписав золотими літерами своє ім’я в історію техніки і автомобілебудування.

Манжета представляла собою кільце, що мало у розрізі вигляд букви «V». Робили її з шматка товстої юфти, яка була добре розмочена у теплій воді, після чого її витягували на чавунну форму, складену з кільцеподібного заглиблення і су­цільного кільця, яке повністю відповідало його внутрішній поверхні. Поки шкіра не висохла, її просочували салом, щоб вона зберігала свою м’якість.

Встановлена на поршень манжета, під високим тиском рідини, що знаходилася в ємності, своїми кінцівками розширювалася, щільно притискаючись до поверхні циліндра, тим самим перекриваючи собою ту щілину, що була між поршнем і циліндром. Але, коли поршень мав великий діаметр, манжета ставала занадто гнучкою і відставала від стінок циліндру, перепускаючи рідину. Тому у таких випадках в неї вміщували кільце, на зразок того, за допомогою якого витягували манжету для надання шкірі пружності. Після багатьох випробувань винайденої Г. Модслі манжети у 1797 році було збудовано перший у світі гідравлічний прес. Від того часу він став зразком для створення інших різновидів гідравлічних пристроїв. Серед них — добре відомий автослюсарям домкрат, а автомобілістам — гальмівні циліндри в автомобілі та багато іншого. Використовуючи можливості гідравлічного преса, його почали спочатку застосовувати і для штампування різних виробів з м’яких та тонких металів. Згодом, експериментуючи та вносячи певні зміни в конструкцію гідравлічного преса, інженери-винахідники сконструювали ковальський прес вже для штампування сталевих деталей.

Бурхливий розвиток промисловості ХІХ століття потребував багато кованих деталей великих розмірів. Це, у свою чергу, вимагало виготовлення потужних парових молотів, які застосовувалися на той час. Для збільшення сили удару почали збільшувати вагу молота та висоту його падіння. Так підійшли до того, що досягли його критичної межі — 120 тонн. При падінні молота такого великого розміру годі було казати про точність та якість. Сила удару, викликала різку деформацію заготовки, діючи тільки на поверхневий шар кування. Ще одним недоліком такої великої маси молота було те, що при ударі він потрясав навколишню поверхню землі так, що це загрожувало не тільки людям, а й будовам, які давали тріщини. Технологічно було доцільніше застосовувати повільний, але потужний тиск молота на заготовку. У такому випадку метал мав можливість отримати певний час, щоб рівномірно, під дією сили тиску на нього, поширитися в усі боки, що сприяло більш правильній його деформації.

У 1860 році було розроблено проект і втілено у конструкцію перший у світі ковальський прес. Його конструктором став директор державних майстерень залізничних доріг у Відні Дж. Газвелл. Цей прес обслуговувався паровою машиною подвійної дії з горизонтальним циліндром, що приводив у дію два насоси. Конструкція такого преса мала потужність вже 700 тонн, але не створювала гуркоту й не загрожувала людям. Прес було сконструйовано для штампування важливих та великих деталей потяга: кривошипів, поршнів, хомутів.

У 1862 році цей ковальський прес було виставлено на всесвітній виставці у Лондоні. Новинка одразу викликала серед фахівців жваву зацікавленість та схвалення. А згодом такі і ще більш потужні ковальські преси почали конструювати в усіх промислових країнах світу. Під враженням можливостей побаченого преса Дж. Газвелла учень Г. Модслі — інженер Вітворт висунув перед собою завдання — сконструювати такий прес, який би було можливо використовувати для отримання виробів безпосередньо із сталевих злитків. І роки наполегливої праці дали результат. У 1875 році він отримав патент на свій ковальський прес.

Прес Вітворта складався з чотирьох колон, закріплених у фундамент плити. На верхній частині колон розташовувалася поперекова балка з двома гідравлічними циліндрами. З їх допомогою вгору і вниз переміщувалася рухома балка, на котру знизу було встановлено штамп. Між чотирма колонами на певній висоті над наковальнею розміщувався масив, у який було встановлено великий циліндр, поршень якого був куючою частиною преса. Цей поршень з’єднувався з поршнями двох малих циліндрів, також встановлених в масив таким чином, що при роботі усі три поршня підіймалися й рухалися донизу одночасно. Простір над поршнем великого циліндра з’єднувалося з коробом, куди насосами надходила вода. У малих циліндрах простір над поршнем з’єднувався з трубкою вантажного акумулятора, вантаж якого було врівноважено з вагою усіх трьох поршнів.

Дія преса базувалася на комбінованому використанні силових насосів та гідравлічних акумуляторів (устрій, що дозволяє накопичувати гідравлічну енергію). Робота виконувалася наступним чином: відкривався клапан у нагнітаючому коробі, вода насосів спрямовувалася у простір над поршнем великого циліндра, від чого усі три поршня йшли донизу. При цьому великий поршень виконував стиснення металу, а малі поршні тисли на воду під ними і цим тиском підіймали врівноважений вантаж акумулятора. Коли клапан нагнітаючого насоса закривали, тиск на великий поршень припинявся, і піднятий вантаж акумулятора починав йти донизу, передаючи тиск на воду, яка підіймала усі три поршня. Отже, вантаж і три врівноважені з ним поршня являли собою дві чаші терезів. Насоси приводилися у дію паровою машиною. Для спостереження за силою стиснення до поршня, що слугував як молот, було прироблено стрілку. Це дозволяло вести ковку з достатньою точністю.

Важливою перевагою преса Вітворта над паровими молотами було те, що він дозволяв суттєво скоротити час на ковку великих злитків металу. Зокрема, для виковування стволу гармати із злитка масою 36,5 тон на паровому молоті, потрібно було витратити 3 тижні та провести 33 проміжних нагріви. Із застосуванням гідравлічного преса Вітворта на це витрачалося усього 4 дні та 15 проміжних нагрівів металу.

Переваги застосування гідравлічного преса Віт­ворта були настільки явними, що за короткий проміжок часу вони повністю витіснили парові молоти.

Олександр Бєлошицький
вгору

© «ПЕРСОНАЛ ПЛЮС». Усі права застережено.

Передрук матеріалів тільки за згодою редакції.
При розміщенні матеріалів в Інтернет обов’язкове посилання на сайт видання. Погляди авторів можуть незбігатися з позицією редакції

З усіх питань звертайтеся, будь ласка, gazetapplus@gmail.com