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STORIA DELLA TECNOLOGIA, DELLA TECNOLOGIA, DEGLI OGGETTI INTORNO A NOI
Pressa idraulica. Storia dell'invenzione e della produzione
Elenco / La storia della tecnologia, della tecnologia, degli oggetti che ci circondano Una pressa idraulica è la macchina idraulica più semplice progettata per generare grandi forze di compressione. Precedentemente chiamato "Brahma press" poiché fu inventato e brevettato da Joseph Brahmah nel 1795.
L'azione di una pressa idraulica si basa su una delle proprietà più importanti dell'acqua: la sua bassa capacità di compressione. A causa di ciò, la pressione esercitata sull'acqua racchiusa in un recipiente chiuso viene trasmessa in tutte le direzioni con la stessa forza, in modo che ogni unità della superficie abbia la stessa pressione della pressione prodotta dall'esterno. La forza con cui viene influenzata la superficie è determinata dalla formula F=P•S, dove P è la pressione e S è l'area a cui viene applicata la forza. Immagina un recipiente chiuso pieno d'acqua (o qualsiasi altro liquido incomprimibile) in cui sono inseriti due pistoni. Agendo sul pistone più piccolo con una forza F, faremo salire il pistone più grande. La forza con cui l'acqua premerà su questo pistone (come segue dalla formula sopra) sarà tante volte maggiore quanto la sua area è maggiore dell'area del pistone più piccolo. Questa è l'essenza dell'effetto dell'amplificazione idraulica. Ad esempio, se il pistone più piccolo viene premuto con una forza di 10 kg, l'effetto sul pistone nell'altro ginocchio, il cui diametro è due volte più grande, sarà quattro volte maggiore (poiché l'area di \u40bQuesto pistone è quattro volte più grande), cioè sarà pari a 1 kg. Selezionando opportunamente i diametri di entrambi i pistoni, si può ottenere un aumento estremamente grande della pressione esercitata dall'acqua sul secondo pistone, ma nella stessa misura diminuirà anche la velocità con cui esso salirà verso l'alto. (Nel nostro esempio, affinché il pistone grande si alzi di 4 cm, il pistone piccolo deve spostarsi di XNUMX cm.)
Questa straordinaria proprietà di un fluido incomprimibile, che ha ricevuto il più ampio uso nella tecnologia moderna, è stata scoperta da Pascal. Nel suo trattato sull'equilibrio dei liquidi, pubblicato postumo nel 1663, scriveva: «Se un recipiente pieno d'acqua, chiuso da tutti i lati, ha due fori, e uno ha una superficie cento volte più grande dell'altro, con pistoni ben serrati inserito, quindi una persona che spinge un piccolo pistone controbilancerà la forza di cento persone che spingono cento volte più grandi e ne supererà 99". Dopo la pubblicazione del trattato di Pascal, l'idea di una pressa idraulica era nell'aria, ma non poteva essere messa in pratica per più di cento anni, perché non potevano raggiungere la necessaria tenuta della nave: ad alte pressioni , l'acqua filtrava tra le pareti del cilindro e del pistone e non si otteneva alcun rinforzo. Negli anni '90 del XVIII secolo, il noto inventore inglese Brama iniziò la creazione di una pressa idraulica. Ha dovuto anche affrontare il problema della sigillatura, ma Brahma ha contribuito a risolvere questo problema con il suo collaboratore e futuro grande inventore Henry Maudsley, che ha inventato uno speciale colletto autosigillante (polsino).
L'invenzione di Maudsley era infatti pari all'invenzione della stampa stessa, poiché senza di essa non avrebbe mai potuto funzionare. I contemporanei ne erano ben consapevoli. Lo studente di Maudsley, J. Nesmith, scrisse in seguito che se Maudsley non avesse inventato nient'altro che questo collare autosigillante, anche allora il suo nome sarebbe entrato per sempre nella storia della tecnologia. Il collare era un anello che aveva nella sezione la forma di una V rovesciata, veniva tirato fuori da un pezzo di yuft spesso, ben imbevuto di acqua tiepida, utilizzando uno stampo in ghisa, che consisteva in un incavo anulare e un solido anello corrispondente alla sua superficie interna. Prima della completa asciugatura, la pelle doveva essere saturata di grasso in modo che conservasse la sua morbidezza. Quando il cilindro è stato riempito d'acqua ad alta pressione, i bordi del collare di pelle si sono allontanati, premendo saldamente contro la superficie del cilindro e chiudendo lo spazio vuoto. Con pistoni di grande diametro, un tale collare si è rivelato troppo flessibile e quindi facilmente ritardato. In questo caso al suo interno è stato posizionato un anello, simile a quello utilizzato per lo stretching. Nel 1797 Brahma costruì la prima pressa idraulica in assoluto. Qui EE rappresentano i montanti, D il coperchio e C la piattaforma della pressa solidale al suo pistone, mentre il cilindro esterno è stato fuso insieme alla base per i montanti. Nella sezione del cilindro presentata accanto, è visibile il collare di Maudsley, mostrato anche separatamente in forma ingrandita sotto la lettera Q. Il cilindro della pressa era collegato da un tubo flessibile a una pompa a pressione indipendente. Il suo pistone solido era messo in moto iniziale per mezzo di una leva GH, una biella H' e un'asta di guida K. La pompa era solitamente montata su una scatola di ghisa, che fungeva da serbatoio per liquidi (acqua, glicerina o olio), il liquido è rifluito nello stesso serbatoio quando la pressione ha raggiunto il valore impostato e la valvola di sicurezza V ha sollevato il suo carico P o quando è stato aperto il tappo a vite per rilasciare il liquido e consentire al pistone di scendere nuovamente. La pressa di Brahma servì da modello per molti altri dispositivi idraulici inventati in seguito. Presto fu creato un jack, un dispositivo per sollevare pesi. Negli anni '20 del XIX secolo, la pressa iniziò ad essere ampiamente utilizzata per lo stampaggio di prodotti in metallo tenero. Tuttavia, passarono diversi decenni prima che venissero create potenti presse per forgiatura adatte allo stampaggio di parti in acciaio e ferro. L'urgenza di tali presse si manifestò nella seconda metà del XIX secolo, quando le dimensioni dei pezzi lavorati aumentarono notevolmente. La loro forgiatura richiedeva martelli a vapore sempre più potenti. Nel frattempo, per aumentare la forza d'urto del martello a vapore, era necessario aumentare il peso della parte cadente o l'altezza della sua caduta. Ma entrambi avevano i loro limiti. Il rapido processo di ingegneria meccanica, la necessità di forgiare oggetti sempre più grandi ha finalmente portato il peso della donna (la parte che colpisce del martello) a una dimensione colossale - circa 120 tonnellate. Con la caduta di masse così enormi, ovviamente, era impossibile ottenere la precisione necessaria. Inoltre, la forza d'urto, che provoca una forte deformazione dell'oggetto, ha agito per inerzia solo sullo strato superficiale della forgiatura. Da un punto di vista tecnologico era molto più opportuna una pressione lenta ma forte, poiché il metallo aveva il tempo di espandersi, e questo contribuì ad una più corretta deformazione. Infine, forti colpi di martello hanno scosso così tanto il terreno da renderlo pericoloso per gli edifici e le strutture circostanti. Per la prima volta, una pressa per forgiatura fu sviluppata nel 1860 dal direttore delle officine delle ferrovie statali di Vienna, J. Gaswell. Le officine si trovavano all'interno della città vicino a edifici residenziali, quindi non era possibile collocarvi un potente martello a vapore. Quindi Gaswell decise di sostituire il martello con una pressa. La pressa da lui creata era servita da una macchina a vapore a doppio effetto con cilindro orizzontale, che azionava due pompe. La potenza della pressa era di 700 tonnellate ed è stata utilizzata con successo nello stampaggio di parti di locomotive: pistoni, morsetti, manovelle e simili. Esposto nel 1862 all'Esposizione Universale di Londra, suscitò l'interesse più vivo. Da quel momento, in tutti i paesi iniziarono a essere create presse sempre più potenti. L'ingegnere inglese Whitworth (uno degli studenti di Henry Maudsley e lui stesso un eccezionale inventore), portato dall'esempio di Gaswell, si è posto il difficile compito di creare una tale pressa che potesse essere utilizzata per produrre prodotti direttamente da lingotti di ferro e acciaio . Nel 1875 ricevette il brevetto per la sua prima pressa per forgiatura. La pressa Whitworth consisteva in quattro colonne fissate in una lastra di fondazione. Sulla parte superiore delle colonne c'era una trave trasversale fissa (traversa) con due cilindri di sollevamento idraulici - con il loro aiuto, una traversa mobile si muoveva su e giù, sulla quale era installato un francobollo sotto. Il dispositivo della pressa si basava sull'uso combinato di pompe di potenza e accumulatori idraulici. (Un accumulatore idraulico è un dispositivo che permette di accumulare energia idraulica; è costituito da un cilindro e un pistone a cui è attaccato il carico; prima l'acqua che entra nel cilindro solleva il carico, poi, al momento giusto, il carico viene rilasciato e l'acqua, lasciando il cilindro sotto pressione, fa il lavoro necessario.)
Nella pressa Whitworth, una matrice P è stata posta tra quattro colonne a una certa altezza sopra l'incudine K; al suo interno era inserito un grosso cilindro C, il cui pistone E era la parte forgiatrice della pressa. Questo pistone era collegato ai pistoni di due cilindretti a e a1, anch'essi inseriti nella schiera, in modo che durante il funzionamento tutti e tre i pistoni salissero e scendessero contemporaneamente. Lo spazio C sopra il pistone del cilindro grande era collegato alla cassa D, dove l'acqua era azionata da pompe. Per i piccoli cilindri, lo spazio sopra il pistone era collegato al tubo dell'accumulatore di carico AB, il cui carico era bilanciato con il peso di tutti e tre i pistoni E, a e a1. Il lavoro di forgiatura stesso è stato eseguito come segue: la valvola d nella scatola a pressione è stata aperta, l'acqua delle pompe è stata convogliata nello spazio sopra il pistone del cilindro grande, provocando la caduta di tutti e tre i pistoni. Allo stesso tempo, il pistone grande comprime il metallo, ei pistoncini piccoli premono sull'acqua sottostante e con questa pressione aumentano il carico di bilanciamento dell'accumulatore. Quando la valvola della pompa di pressione è stata chiusa, la pressione sul pistone grande è cessata, quindi il peso sollevato dell'accumulatore ha iniziato a diminuire, trasferendo pressione all'acqua, che ha sollevato tutti e tre i pistoni. Pertanto, il carico e tre pistoni bilanciati con esso rappresentavano, per così dire, due scale. Le pompe erano azionate da un motore a vapore. Per monitorare la forza di compressione, al pistone di forgiatura è stata collegata una freccia F, che ha consentito di eseguire la forgiatura con una precisione eccezionale. La pressa idraulica di Whitworth fu usata per la prima volta per forgiare i getti nel 1884. Fino a quel momento, la forgiatura delle canne dei fucili nello stabilimento di Whitworth, come molte altre operazioni di fabbro, veniva eseguita su martelli a vapore. Tuttavia, il vantaggio delle presse idrauliche rispetto ai martelli a vapore era innegabile. Quindi, ad esempio, forgiare la canna di un fucile da un lingotto del peso di 36 tonnellate ha richiesto 5 settimane e 3 riscaldamenti intermedi; con l'utilizzo di una pressa idraulica, che dava una forza di 33 tonnellate, la forgiatura di un lingotto del peso di 4000 tonnellate richiedeva solo 37 giorni e richiedeva 5 riscaldi intermedi. La sostituzione del martello con una pressa ha ridotto di circa sette volte il costo della forgiatura di pezzi di grandi dimensioni. Pertanto, in breve tempo, le macchine da stampa di Whitworth si diffusero. Ben presto l'utilizzo di presse idrauliche per forgiatura portò a importanti trasformazioni tecniche nei grandi stabilimenti metallurgici e di costruzione di macchine. I pesanti martelli a vapore furono smantellati ovunque e sostituiti con presse. All'inizio degli anni '90 del XIX secolo esistevano già delle presse con una capacità di 1000 tonnellate. Autore: Ryzhov KV
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