|
Паровые молоты
По мере роста потребления металлов, непрерывно увеличивающихся запросов машиностроения в крупных поковках и деталях перед металлургией все настоятельнее ставилась задача создания более мощного и эффективного оборудования для обработки металлов давлением.
К концу XVIII в. ковка оставалась главным металлообрабатывающим процессом металлургической технологии и проблема совершенствования молотов, создания новых способов обработки металлов постоянно находилась в поле зрения металлургов и изобретателей. Применявшиеся в мануфактурный период рычажные молоты с гидравлическим приводом ввиду их недостаточной мощности, производительности и некоторых других технико-экономических показателей уже не могли удовлетворить возросшим требованиям металлургического производства.
Усилия конструкторов и машиностроителей сконцентрировались на проблеме создания ковочного молота, приводимого в действие энергией пара. Одним из первых, кто сделал попытку решить эту проблему, был изобретатель универсальной паровой машины Дж. Уатт. В 1784 г. он, сразу после получения патента на паровую машину запатентовал и паровой молот. Сущность изобретения состояла в приспособлении паровой машины, снабженной маховым колесом, для привода распространенного в то время рычажного молота. Первый из изготовленных Дж. Уаттом паровых молотов весил 120 фунтов (54,5 кг) и поднимался на высоту 8 дюймов (203,2 мм). Затем он построил рычажный паровой молот с весом падающих частей в 7,5 центнеров (381,5 кг), который работал с частотой до 300 ударов в минуту. Изобретатель внес в конструкцию рычажного парового молота ряд усовершенствований. Однако кинематическая часть молота была уже устаревшей, сводя на нет большие возможности парового двигателя. Практического распространения паровой молот Уатта не получил.
Широкую дорогу паровому молоту открыл английский инженер Дж. Несмит, разработавший в 1839 г. конструкцию молота, распространившегося с 40-х годов XIX в. в металлургической и машиностроительных отраслях промышленности. Отличаясь простотой устройства, большой эффективностью, молот Дж. Несмита быстро революционизировал обработку металлов и заложил прочные основы для дальнейшего прогресса паровых кузнечных машин на многие десятилетия вперед.
Паровой молот Дж. Несмита сразу же показал свои неоспоримые преимущества перед распространенными в конце XVIII — начале XIX в. механическими рычажными молотами. Паровые молоты были во много раз мощнее и гораздо компактнее рычажных, позволяли обрабатывать крупные поковки металла благодаря большой высоте подъема бабы с бойком.
Именно эти важнейшие для любой развитой ковочной машины качества отсутствовали у механических рычажных молотов. Небольшой подъем бойка у рычажных молотов обусловливался присущей для них системой зацепления рычага (молотовища) с кулаками ведущего вала. Поэтому с увеличением размера поковки соответственно уменьшалась и сила удара ввиду сокращения расстояния от бойка до обрабатываемого металла. Поступательно движущиеся части молота не успевали накопить необходимую кинетическую энергию, что приводило к необходимости подвергать поковку многочисленными обжатиями, в процессе которых она остывала, не успевая получить необходимые конечные размеры и форму. Поковку вновь подвергали нагреву и дальнейшей обработке под рычажным молотом, что вело к непроизводительным потерям времени в технологическом цикле и увеличению угара металла при дополнительных нагревах поковки в пламенной печи.
На рисунке изображен оригинальный набросок парового молота, выполненный Дж. Несмитом в 1839 г. Для наглядности преимуществ своего изобретения по сравнению с существующими кузнечными машинами Несмит поместил рядом с изображением парового молота и основных узлов и деталей к нему эскиз рычажного молота, наглядно графоаналитически иллюстрируя его ограниченные технологические возможности.
Молот Дж. Несмита представлял 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 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 определялась суммарной массой падающих частей (поршня, штока, бабы с бойком) и высотой их падения.
Необходимо отметить, что проект Несмита не был сразу воплощен им на практике. Для сооружения молота нужны были средства. К тому же, в это время был застой в английской железоделательной промышленности, и заводчики, которых Несмит ознакомил со своим изобретением, одобряя проект, вместе с тем, не проявляли желания строить молот. Это обстоятельство, а также отсутствие в то время у изобретателя свободных капиталов не позволили ему выкупить патент, за который полагалось уплатить около 500 фунтов стерлингов. Напомним, что когда Дж. Несмит начинал в 1834г. собственное дело в Манчестере, его капитал составлял всего 63 фунта стерлингов и 500 фунтов стерлингов, взятых в кредит у местных банкиров.
Впервые молот системы Несмита был построен в 1840 г. во Франции механиком Бурдоном на заводах акционерного общества "Шнейдер и Ко" в Крезо. Интересно отметить, что сам Несмит увидел свой молот там совершенно случайно во время посещения этого предприятия в 1840 г. Сопровождавший Несмита механик Бурдон показал ему большую кованую пароходную деталь, удивившую гостя своими размерами. Бурдон сказал что отковать такую деталь удалось благодаря паровому молоту, конструкция которого была заимствована на его, Несмита, заводе в Патрикрофте, при посещении завода Бурдон, по его словам, получил возможность ознакомиться с "Книгой проектов", в которой находились чертежи всех изобретений Несмита. Бурдон обратил внимание на чертеж парового молота, зарисовал его и по приезде во Францию быстро построил. История создания парового молота получила освещение в книге Джеймса Несмита "Автобиография", вышедшей в Лондоне в 1883 г.
Построенный Бурдоном на заводе в Крезо паровой молот (см. рисунок) состоял из чугунной бабы, соединенной штоком с поршнем парового цилиндра. Распределение пара регулировалось золотником, приводимым в действие ручным рычагом. Баба двигалась вертикально по направляющим, образующим станину, опирающуюся на каменный фундамент четырьмя своими "ногами". Отлитая из чугуна наковальня устанавливалась на массивных деревянных брусьях, обеспечивающих некоторое смягчение ударов при ковке.
Молот Бурдона предназначался для обработки наиболее крупных в то время поковок. Баба молота имела массу 2500 кг, а максимальная высота ее падения составляла 2 м.
Патент на свое изобретение Дж. Несмит получил в 1840 г. В том же году на его заводе в Патрикрофте был построен паровой молот с массой бойка 30 центнеров (1524 кг). Этот молот по ряду своих конструктивных и эксплуатационных особенностей был более современным по сравнению с молотом Бурдона. Бурдон не использовал при постройке молота всех технических новшеств, которые были заложены в изобретении Несмита. Вместе с тем, заслуга французского механика состояла в том, что он по достоинству оценил изобретение Несмита и первым применил конструкцию молота его системы в производстве.
Имеются сведения, что паровой молот системы Несмита вскоре был построен также в Германии на пароходном заводе близ Цвиккау, по чертежу директора этого предприятия Дорнинга.
Первые паровые молоты были простого действия и имели открытый сверху паровой цилиндр, ручной парораспределительный механизм. Появившийся паровой молот стал объектом оживленных интересов и деятельности металлургов и конструкторов, направивших усилия на совершенствование основных его узлов и увеличение силы удара. Важнейшее значение имели разработки самого Несмита, внесшего в конструкцию молота целый ряд нововведений, значительно повысивших его эффективность. К их числу относится изобретение воздушной подушки, предусмотернной в верхней части цилиндра, она предназначалась для предохранения верхней крышки парового цилиндра от разрушения при случайном ударе о нее поршня. Для этого в верхней части цилиндра над выпускным отверстием и крышкой было предусмотрено некоторое пространство. В процессе движения поршня вверх он, перейдя выпускное отверстие, сжимал воздух, находящийся в верхней части цилиндра, создавая воздушную подушку. Другим положительным эффектом воздушной подушки являлось использование упругих свойств сжатого воздуха, отбрасывающего после рабочего хода поршень вниз и увеличивающего багодаря этому силу удара молота. Кроме того, Дж.Несмиту принадлежит также применение паровой подушки, которая создавалась за счет подачи пара в верхнюю часть цилиндра.
Принципиально по новому подошел к созданию воздушной подушки Нилиус (см. рисунок). Баба его молота была выполнена в виде пустотелого цилиндра, внутрь которого входил связанный с ним шток парового поршня. При подъеме поршень, двигаясь в паровом цилиндре, увлекал за собой вверх и пустотелую бабу (паровой цилиндр заменял здесь направляющие).
В 1846 г. Крнди предложил конструкцию парового молота, в которой поршень со штоком были неподвижными. Бабой служил паровой цилиндр, совершавший движение по отношению к неподвижному поршню. Пар подавался через пустотелый шток. Молот отличался большой массой падающих частей и компактностью. Крупный недостаток молота Конди состоял в том, что ударам подвергалась очень чувствительная часть молота - паровой цилиндр. Молот имел ограниченное применение.
Вначале проблема повышения мощности паровых молотов решалась главным образом за счет увеличения массы бабы. Вместе с тем, предпринимались также робкие попытки некоторых конструкторов использовать для увеличения силы удара небольшое давление пара над поршнем. К их числу относятся молоты Далена, Тюрка и Фарко. Однако молоты этого типа имели ограниченное применение.
Интересно, что изобретатели, выдвигая различные предложения, направленные на увеличение силы удара парового молота, вначале оставляли в стороне идею создания молота двойного действия - наиболее рациональной в технико-экономическом отношении системы паровых молотов.
Молот двойного действия (или молот с верхним паром) был предложен тем же Дж.Несмитом, а автоматическое парораспределение к нему - современником Вильсоном в 1843 г. 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 полость парового цилиндра, опуская и поднимая бабу.
В зависимости от мощности паровых молотов получили распространение несколько основных систем парораспределения. Из них две - золотниковое и клапанное применялись наиболее широко. Золотниковое парораспределение было характерно для небольших паровых 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 обычно производилось во всех молотах по окончании подъема бабы на наибольшую допускаемую высоту, что предупреждало возможные аварии, которые могли произойти от удара поршня о верхнюю крышку цилиндра или от удара бабы в нижний сальник цилиндра.
В зависимости от мощности паровых молотов применялась та или иная система привода их в действие. Крупные молоты, как правило, были простого действия, небольшие молоты — двойного действия, а молоты средней мощности изготавливались как простого, так и двойного действия.
По мере развития машинно-фабричного производства изменялись функции кузнечной обработки в металлургии и машиностроении. Раньше, при кричном переделе молот не только был составной частью основного технологического оборудования, связанного с получением компактного кричного железа, но и применялся на конечной стадии производства для отковки из него разнообразных полуфабрикатов и изделий (полосы, прутки и т.п.). В технологическую схему пудлингового производства, ставшего в рассматриваемый период основным в железоделательной промышленности, вместо кузнечной обработки крицы под молотом был введен прокатный стан, с помощью которого осуществлялись одновременно обжим крицы в калиброванных валках и прокатка сортового железа. В результате частично отпали трудоемкая кузнечная обработка крицы под молотом и последующая ее расковка на прутки и полосы, которые с большей эффективностью стали изготавливать прокаткой. Молот сохранился в железоделательном производстве в основном для предварительного слабого обжатия крицы, поступающей в валки прокатного стана.
Вместе с тем, в условиях бурного развития машиностроения непрерывно возрастала потребность в крупных кованых деталях для разнообразных машин и механизмов. Машиностроение становится средоточием специализированных цехов по кузнечной обработке металла, стимулируя создание мощных паровых молотов. Их значение еще более возрастает после появления в 50—60-х годах XIX в. массовых способов производства литой стали. Бессемеровский и мартеновский процессы получения литой стали, революционизировавшие черную металлургию, предоставили в распоряжение машиностроителей крупные стальные отливки, обработка которых потребовала сверхмощных паровых молотов. Среди потребителей таких молотов были орудийные, судостроительные, механические и другие заводы.
Мировые достижения в области конструирования и сооружения паровых молотов, проблемы их технологического применения в производстве живо интересовали русских ученых и инженеров. Молот Несмита почти сразу же после его появления был принят на вооружение отечественной промышленностью. В 1848 г. в Англии были закуплены для России два паровых молота, установленные на Екатеринбургской механической фабрике и Боткинском заводе со всеми нужными устройствами для проварки и ковки различных частей паровых машин. В то время машиностроительная промышленность России находилась в стадии оживленного развития, связанного, в частности, с проблемой производства паровых машин для речных и морских судов. В 1867 г. механиком А.З. Сафроновым по проекту известного русского ученого И.А. Тиме на Луганском заводе был построен один из первых в России паровых молотов простого действия.
Одним из ведущих отечественных предприятий, оборудованных мощным кузнечным производством, был Обуховский завод в Петербурге, на котором в 1863 г. началось изготовление стальных артиллерийских орудий. В 1865 г. здесь установили крупнейший по тем временам паровой молот простого действия системы Моррисона с массой падающих частей 35 т. Этот молот был в состоянии обрабатывать стальные слитки массой 8-12 т.
В 1872 г. Обуховский завод экспонировал на Московской политехнической выставке ствол 12-дюймового артиллерийского орудия, изготовленного из стального слитка массой 40 т. С 1873 г. предприятие приступило к выпуску стальных кованых валов для крупных судовых двигателей. Оно располагало 12 паровыми молотами. Среди них был 50-тонный паровой Молот, переоборудованный в 1870 г. из установленного там ранее 35-тонного молота. Вновь созданный 50-тонный молот (см. рисунок) представлял уникальное техническое сооружение. Второй молот такой же мощности существовал лишь в Германии на заводе Круппа в Эссене.
Шабот молота Обуховского завода, отлитый из чугуна, состоял из 4частей и имел массу 460 т. Установка такого шабора потребовала сооружения огромного бетонного фундамента, для которого был вырыт котловав длиной 25,6 м, шириной 14,3 м и глубиной 9,8 м. По проекту отечественных специалистов каждая из двух станин молота имела свой собственный фун дамент, между которыми был сооружен фундамент для шабота. Станины молота располагались одна от другой на расстоянии 8 м. Шток диаметром 250 мм прикреплялся к бабе по системе сферической опоры с помощьк четырех клиньев с болтами.
Парораспределительный механизм, выполненный в виде скользящего золотникового устройства и клапанной коробки, находился внутри. Молот мог делать до 25 ударов в минуту при высоте подъема 2,9 м. Для ковки слитка диаметром 0,9 м и весом 13 т в заготовку диаметром 0,6 м и длиной 2,75 м требовался один час. У молота располагались две печи с выдвижными подинами, обслуживаемые двумя кранами.
В 1873 г. на Всемирной промышенной выставке в Вене экспонировалась модель 50-тонного молота двойного действия, построенного на Пермском пушечном заводе. Молот строился с 1872 по 1873 г. и являлся самым крупным в мире молотом двойного действия. В Европе наиболее мощный паровой молот двойного действия с массой падающих частей 35 т находился в Вульвичском арсенале (Англия). Молот Пермского завода был устроен таким образом, что при необходимости мог работать и как молот простого действия. Он имел усовершенствованное золотниковое парораспределение, а также простую и удобную для эксплуатации станину мостового типа, получившую впоследствии наибольшее распространение. Шабот, отлитый в виде цельной усеченной пирамиды, в 12 раз превышал массу падающих частей молота и составлял 600 т. Отливка такого огромного шабота из чугуна была выполнена впервые в мире. Для этого в здании кузницы установили 14 вагранок и 3 воздуходувные машины. Отливка шабота производилась одновременно из всех вагранок, что гарантировало от расслоения металла, которое могло произойти, если бы плавки велись отдельно.
Пермский молот примечателен не только тем, что имел цельный шабот, но и значительной высотой подъема бабы, составляющей 3 м. Молот имел усиленный шток диаметром 275 мм. Весил молот 1442 т и работал при давлении пара 4 атм.
Интенсивно развивалось производство кузнечного оборудования, в том числе тяжелых паровых молотов, в Англии, Франции, Германии и США. В 1877г. во Франции на заводе "Шнейдер и Ко" в Крезо был установлен 100-тонный паровой молот, на котором ковали стальные слитки массой в 120 т. Затем молоты такой же мощности появились на другом французском предприятии и в Италии на заводе Терни. Наиболее тяжелый 125-тонный паровой молот был построен (1891 г.) в США на заводе Вифлеемской компании. Все эти сверхмощные молоты были простого действия.
На этом производство гигантских молотов прекратилось, так как выявились большие трудности в их производстве и эксплуатации. Здесь же отметим, что паровые молоты меньшей мощности продолжали совершенствоваться и широко применяться в различных отраслях промышленности не только на протяжении второй половины XIX в., но и в течение первых десятилетий двадцатого столетия.
50-тонный паровой молот Фрица, установленный на заводе Круппа в Эссене.
Рычажные молоты
До появления в 40-х годах XIX в. паровых молотов усилия конструкторов и технологов, работавших в области кузнечной обработки металлов, были направлены на повышение эффективности широко распространенных в производстве рычажных молотов. Их продолжали еще широко применять в различных отраслях промышленности вплоть до 60—70-х годов XIX в., когда паровые молоты уже были признаны наиболее перспективным кузнечным оборудованием, занявшим главенствующее положение на крупных металлургических и машиностроительных заводах. Столь длительное и весьма устойчивое функционирование в производстве рычажных молотов обусловливалось непрерывной их технической модернизацией. Важнейшими факторами, способствующими "продлению жизни" рычажного молота, необходимо отметить следующие: использование для привода молота парового двигателя, переход от деревянной (или смешанной) конструкции молота к металлической, некоторые изменения в механизме передачи энергии двигателя к рабочему органу молота. Все это способствовало повышению эффективности рычажных молотов, их эксплуатационной надежности. Следует иметь в виду, что рычажный молот стоил недорого по сравнению с паровым и был более доступен для мелких и средних предприятий.
Наиболее распространеным в рассматриваемый период типом рычажных молотов были хвостовые. До середины Х1Хв. они еще нередко приводились в действие гидравлическими колесами, но на крупных предприятиях для этих целей употреблялись паровые двигатели. Крупнейшие рычажные хвостовые молоты обладали весьма большой мощностью. Масса ударной части таких молотов достигала 8 т. при высоте падения 0,5 м. Тяжелые рычажные молоты нередко еще можно было встретить в конце XIX - начале XX вв. на некоторых металлургических заводах, где их традиционно использовали для "вытяжки" и "выглаживания" стальных полос.
С конца XVIII - до 70-х годов XIX в. общая кинематическая схема рычажного молота не подверглась сколько-нибудь существенным изменениям. В основе конструкции был все тот же рычаг с кулачковым зацеплением.
Рычажный хвостовой молот Д.А.Хенкеля, последняя треть XIX в.
В первой половине XIX в., по описанию немецкого металлурга А. Ледебура, вододействующие рычажные хвостовые молоты часто применяли для обработки железа, стали и меди на заводах, расположенных в гористых, богатых водою местностях. По его данным, в одной из распространенных тогда конструкций рычажных хвостовых молотов молотовище изготовлялось из вязкого дерева и было упрочнено предохранительными кольцами. На конец молотовища насаживалось стальное "стремя", на которое в процессе работы молота нажимали вниз стальные кулаки, расположенные на валу подливного водяного колеса. Молотовище входит в толстое железное кольцо с двумя цапфами, подшипники которых закреплены в двух чугунных стойках. В качестве отбоя служит специальная плита, укрепленнаяна упругом деревянном основании, расположенная ниже кулачного зацепления. Масса ударной части молотов этого типа колебалась от 50 до 350 кг. Легкие молоты работали с частотой до 300 ударов в минуту, а тяжелые - до 120 ударов в минуту при высоте подъема около 480 мм. При отсутствии источников водяной энергии эти молоты приводились в действие паровым двигателем. Одним из существенных их недостатков являлась неизменяемая высота подъема головы молота, в результате чего при ковке изделий крупного размера уменьшалась сила удара. Кроме того, сила удара здесь не была постоянной и зависела от частоты падений молота.
Эти недостатки были частично устранены немецким инженером Д.А. Хенкелем, спроектировавшим рычажный молот (см. рисунок), в котором вместо подъемных кулаков была применена специальная кулиса, получающая качательное движение от шатуна - кривошипа через двуплечный стальной рычаг g, имеющий свою точку вращения h. Левый конец рычага, входящий в прикрепленный к хвосту молотовища железный хомут к при своем опускании производит подъем головы молота. Передача движения кривошипному валу осуществляется ременной передачей, а для устойчивой работы молота на этом валу насажено маховое колесо d. Молот делал до 400 ударов в минуту при высоте подъема бойка 150-180 мм.
Рычажные хвостовые молоты широко применялись и в России для вытяжки стальных полос, из которых изготовлялись ножи, клинки, сошники, напильники и другие изделия. Они устанавливались, в основном, на небольших предприятиях. Мощность молотов колебалась в больших пределах - от 50 до 250 кг, совершающих от 300 до 100 ударов в минуту при подъеме от 0,3 до 0,55 м.
На Уральских заводах с помощью хвостовых молотов ковали все производимое там кровельное железо, используя для этого крупные, так называемые разгонные и гладильные молоты. Головы таких молотов изготовлялись из чугуна или железа и имели массу 640-1040 кг.
Падающие, фрикционные, ременные, пневматические и пружинные молоты
Развитие металлообрабатывающей и машиностроительной промышленности сопровождалось непрерывным расширением номенклатуры применяемых в производстве кузнечных машин. Среди них немаловажное значение приобрели падающие молоты. К падающим относят молоты, баба которых после подъема с помощью специальных механизмов опускается вертикально под действием собственного веса.
Простейший падающий молот, основанный на подъеме бабы с бойком с помощью каната или ремня вручную (копровый молот) нередко применялся на некоторых предприятиях еще в конце XVIII — начале ХIХвв., а в специфических производствах даже в начале XX в. Так, в ювелирных мастерских использовались для штамповки мелких изделий миниатюрные падающие молоты с массой бабы (гири) 5—40 кг. Баба подвешивалась на перекинутый через ролик веревке, за конец которой мастер поднимал ее в исходное положение. Перемещалась баба по двум направляющим, обеспечивающим строго вертикальное фиксированное ее падение на обрабатываемую заготовку. Существовали падающие молоты, где подъем бабы осуществлялся специальной подножкой рычажного типа, к которой прикреплялся конец веревки. Для ее подъема необходимо было нажать на подножку, после чего следовало автоматическое падение бабы.
Аналогичные по устройству, но намного более мощные падающие молоты применялись в начале XIX в. на ряде отечественных, главным образом оружейных, заводов, где возникли штамповочные производства. Штамповка обеспечила массовое изготовление совершенно одинаковых по форме и размерам деталей, что дало возможность реализовать в производстве ружей принцип взаимозаменяемости. Такие штамповочные производства существовали на заводах в Туле и Сестрорецке.
На Тульском оружейном заводе штамповка ружейных деталей была введена в 1819 г. Для этого применялся падающий молот, состоящий из тяжелого чугунного стула (наковальни), на верхней поверхности которого располагалась нижняя часть штампа. Верхняя его часть укреплялась на падающей бабе. Молот имел две направляющие, о назначении которых говорилось выше. Баба поднималась рабочими вручную с помощью каната. Изделия штамповали из предварительно нагретой металлической, полосы.
В начале 30-х годов XIX в. на Камско-Воткинском заводе производили штамповку подков, используя вначале падающий молот с канатом, приводимый в действие вручную, а затем молот с приводом от водяного колеса. Примерно такая же технология штамповки взаимозаменяемых деталей для изготовления частей ружейного замка существовала и на европейских заводах. Еще в 20-х годах XVIII в. во Франции была сделана попытка ввести для этих целей штамповку ружейных деталей. Но тогда это начинание не увенчалось успехом. Лишь в конце XVIII в. во Франции процесс штамповки стал на практическую основу. На английских заводах этот способ был введен несколько ранее, но лишь для штамповки одной, весьма простой детали - ружейного курка.
Стремление механизировать падающий молот привело к созданию различных конструкций кузнечных машин с ременным приводом и промежуточным фрикционным, эксцентриковым и кривошипным механизмами. Сюда же мы условно причислим и пневматические молоты. Не потеряла своего практического значения и система пружинных молотов, известных нам с XVII в. Некоторые из них были модернизированы на новой технической основе и весьма широко использовались в производстве в рассматриваемый период. Все эти молоты обладали сравнительно небольшой мощностью, отличались компактностью и небольшими габаритами.
Во фрикционном падающем молоте подъем бабы осуществляется с помощью прикрепленной к ней деревянной доски (см. рисунок слева). На направляющих молота установлены два ролика, вращающихся в разные стороны. Один из них может быть отодвинут или прижат к проходящей между ними доске. В момент прижатия одного из вращающихся роликов, благодаря трению, возникающему между роликами и доской, баба поднимается вверх. Для падения бабы достаточно отвести от доски один из роликов. Сила удара молота регулируется высотой подъема бабы.
Фрикционные падающие молоты с доской использовались во второй половине ХIХ в. на многих зарубежных и отечественных заводах для штамповки легких поковок и изделий. Значительное распространение, например, получил молот системы Гассе. По данным И.А.Тиме (1899 г.), один из фрикционных молотов с массой падающих частей в 250 кг был установлен на Петербургском монетном дворе.
Широко применялись приводимые падающие молоты с ремнем. Мощность этих молотов допускала штамповку достаточно крупных деталей. В представленном на рис.1 штамповочном молоте американского производства баба подвешена на ремне, прикрепленном верхним концом к свободно сидящему на валу ролику. Для подъема или спускания бабы ролик вводится в зацепление с одной из двух зубчатых муфт, движение которым передается двумя ременными шкивами, вращающимися в разные стороны. Включение и выключение молота приводится ножной педалью. При высоте подъема бабы в 300 мм, молот совершает 100 ударов в минуту.
Более разнообразной в рассматриваемый период стала группа пружинных молотов. Один из наиболее распространенных пружинных молотов американского производства представлен на рис.2. Молот устроен таким образом, что с помощью кривошипа и шатуна движение передается вначале пружине и уже от нее - бабе. Стальная пружина, выполненная в виде полуокружности, стянута металлическими тягами, соединенными шарнирно бабой молота. Баба движется вертикально по направляющим станины молота. В покое баба находится в подвешенном состоянии над наковальней даже при самом низком положении кривошипа. Пружина висит на шатуне. Расстояние между бойком молота и наковальней, при необходимости может регулироваться.
Рис. 1. Штамповочный молот с ремнем. 70-е годы XIX в.
Рис. 2. Кривошипно-шатунный пружинный молот. США Вторая половина ХIХ в.
Рис. 3. Пневматический молот Арнса. Германия. Последняя треть ХIХ в.
При вращении кривошипа и достижении шатуном крайнего верхнег положения пружина, стянутая тягами, быстро согнется таким образом, что ее концы сблизятся друг с другом. В тот же момент оба звена шарнирной тяги, под влиянием веса бабы изменят свое положение, образуя межд собой тупой угол. В процессе вращения кривошипа баба, быстро накапливая кинетическую энергию, отклоняется от своего первоначального положения, совершая возвратно-поступательные движения вверх и вниз. При установившемся режиме работы молота звенья шарнирных тяг изменяют в такт с движением бабы величину угла. При отклонении бабы в крайнее верхнее положение шарнирные тяги, образуя тупой угол с вершиной наверху, воспринимают на себя растягивающее напряжение пружины. В начальный момент движения бабы вниз на нее одновременно начинают действовать в одном направлении ее собственный вес, давление шатуна и натяжени пружины. В результате обеспечивается высокая скорость падения бабы обладающей большой кинетической энергией. Вес падающих частей таких молотов колебался от 75 до 400 кг. Легкие пружинные молоты делали до 450 ударов в минуту при высоте подъема бабы 150 мм, более тяжелые - до 100 ударов в минуту при высоте подъема бабы до 775 мм. Пружинные молоты этой конструкции строил в США один из филадельфийских заводов, затем их выпуск организовал завод Л.А.Ридингера Аугсбурге.
В 70-х годах ХIХ в. кузнечное производство пополнилось принципиально новым видом кузнечного оборудования - пневматическими молотами. Их изобретение было своего рода ответом научно-технической мысли на запросы машиностроителей разрешить проблему создания более эффективного отбоя в кузнечных машинах. Применяемый, в частности, в молотах пружинньй отбой имел существенный недостаток, состоящий в том, что стальные пружины часто не выдерживали длительной эксплуатации, подвергаясь поломкам.
Идея использования воздуха, как упругого тела, способного расширяться и сжиматься при действии поршня в замкнутом цилиндре для увеличения силы удара молота, появилась в 60-х годах ХIХ в. В 1873 г. на Всемирной промышленной выставке в Вене уже демонстрировался пневматический молот Шулля. Устройством для привода в действие бабы служил, как и в пружинных молотах, кривошип с шатуном, связанный воздушным цилиндром с поршнем.
Наибольшую известность получил пневматический молот Арнса, выпускавшийся Кальским машиностроительным заводом "Л.В. Бреер, Шумахер и Ко" близ Кельна (см. рис.3). Кривошип этого молота, приводимый в действие ременной передачей, связан с поршнем, осуществляющем возвратно-поступательное движение в неподвижном цилиндре. В нижней части цилиндра находится верхний конец бабы, выполненный в виде поршня. Между верхним и нижним поршнями заключен воздух, количество которого может быть изменено открыванием и закрыванием крана, помещающегося сбоку цилиндра. При подъеме поршня, связанного с кривошипом, воздух подвергается сжатию. В момент опускания поршня воздух, расширяясь, отбрасывает его вниз с повышенной скоростью. Для уменьшения силы удара молота часть воздуха может быть выпущена в атмосферу из цилиндра с помощью крана.
Были созданы и другие системы пневматических молотов (молот системы Шмидта), работающие по тому же принципу, но отличающиеся некоторыми конструктивными особенностями. К 80-м годам XIX в. уже существовали пневматические молоты с весом падающих частей до 108 т.
Рассматриваемый период в истории пневматических молотов можно характеризовать как начальный этап их развития. Широкое распространение эта группа кузнечных машин получит позже.
Ламан Н.К. Развитие техники обработки металлов давлением с древнейших времен до наших дней. М.: Наука. 1989.236 с.
Ключевые теги: кузнечный молот, кузница
|
|
