スチームハンマー。発明と生産の歴史

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スチームハンマー。発明と生産の歴史

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スチームハンマーは 90 年間機械工学を支配し、当時の最も重要な機械の XNUMX つでした。産業革命にとっての重要性という点で、その創造と生産への導入は、XNUMX世紀の変わり目にヘンリー・モーズリーによって行われた機械化された旋盤サポートの導入と比較することしかできません.

蒸気ハンマー
ネスミスのスチームハンマー

生産チェーンでハンマーが占める重要な位置は、鉄製品を生産するための全体的な技術プロセスにおける鍛造の重要性によって説明されました。すでに述べたように、鍛造の起源は鉄の還元の原料方法に関連しています。高炉から抽出された軟鉄の亀裂は、緩い多孔質構造を持っていました。彼女の毛穴はスラグでいっぱいでした。道具を作るための高品質の鉄鋼を得るためには、スラグを取り除き、気孔を溶接する必要がありました。まさに鍛造で実現したものです。

金属を溶接熱まで加熱することによってのみ、金属を鍛造することができました。ハンマーによる打撃は、層間剥離の場所での溶接が実際に発生し、ボイドが形成されないように、可能な限り強力でなければなりませんでした。さらに、強い打撃で溶銑から残りのスラグを絞り出し、鉄の品質も向上させました。よく鍛造された金属だけが道具や武器の製造に適しており、何世紀にもわたって鍛造によってのみ作られていました. その後、XNUMX世紀からXNUMX世紀にかけて、機械部品も鍛造されました。

古代において、鍛冶作業はすべて鍛冶屋自身によって行われていました。将来、分業がありました - 鍛冶屋は仕事の最も資格のある部分を実行し続け、重くて熟練していない部分は彼のリーダーシップの下で働くハンマーによって実行されました. 鍛冶屋は1〜2 kgのハンマーで作業し、ハンマーは12 kgに達する大ハンマーで作業しました。大槌は、硬くて弾力性があり、割れない木でできた長い柄に取り付けられていました。ハンドルが長いので、ハンマーを両手で持ち、円を描くように「スイング」して叩くことができました。

鍛冶屋とハンマーの間の分業は、鍛冶屋によって生み出された重い単調な打撃を機械化し、彼の仕事をメカニズムに移す可能性を開きました。

中世には、水車を動力とするカムハンマーが発明されました。最初のこのようなハンマーは 1784 世紀に登場し、広く使用されたのは XNUMX 世紀にさかのぼります。 XNUMX 世紀の終わりに、蒸気エンジンによって駆動されるハンマーが使用されるようになりました。このようなハンマーの発明に関する特許は、XNUMX 年にジェームズワットによって取得されました。

蒸気ハンマー
ワットの蒸気機関からのカムハンマードライブ

ハンマーを機械に接続しても、最初はそれ自体の設計は何も変わりませんでした。ワットが発見する XNUMX 年前に水車を動力源としていたのは、同じテール、カムハンマーでした。さらに、その中には、その古代の手動プロトタイプを簡単に見ることができました。蒸気の時代は、その形状も動作原理も変更されず、サイズと重量が増加しただけでした。しかし、この状況は長くは続きませんでした。

その後の数十年間で、機械工学、鉄道建設、そして主に巨大な外航蒸気船の建設の開発には、前例のない寸法の部品の処理が必要でした。パドルホイール、クランク、その他の蒸気機関の部品のシャフトは、しばしば巨大なサイズに達しました。それらの製造のために、強力な蒸気ハンマーを含む巨大な機械が作られ始めました。しかし、欠点の多いカムハンマーの設計では、特に大きなワークを高品質で鍛造することができませんでした。

ハンマーの打撃の強さは、落下の高さに直接依存していました。一方、ワークのサイズが大きくなると、ストライカーとアンビルの間の自由空間が減少し、その結果、衝撃力が弱まりました。大きくて重い部品を処理するとき、衝撃が最も弱いことが判明したため、これは非常に不便でした. .

その結果、鍛造が完了する前に大部分が冷える時間がありました。それはハンマーの下で何度も何度も加熱されなければなりませんでした。かなりの手間と時間がかかりましたが、鍛造の品質にはまだまだ物足りなさを感じていました。さらに、ハンマーの動きは直線ではなく弧を描くように行われたため、ハンマーの表面とアンビルの間に厳密な平行度を達成することは決してできませんでした（ハンマーが部品を鍛造することを目的としていた場合を除く）。同じ厚さです）。

これは、40年代の初め、ネスミスの蒸気ハンマーが登場したときの状況であり、まったく異なる原理に基づいて構築されていました。それは生産の最も差し迫ったニーズを満たしたので、すぐに普及しました。この注目すべき発明の理由は、以下の状況によって与えられた。ネスミスの工場が絶えず金属切断機を供給していたグレートウエスタン社は、巨大な蒸気船「グレートブリテン」の建設を命じられました。スチーマーは直径約750mmの巨大なクランクシャフトを備えていなければなりませんでした。結局のところ、当時存在していたハンマーの助けを借りてそのようなシャフトを鍛造することは完全に不可能でした。

会社の難しさを知ったネスミスは、このような巨大な鍛造を行う方法を考えました。当初、彼は古いハンマーを改善するつもりでしたが、以前のスキームを完全に放棄し、蒸気エンジンとドラマーを単一のメカニズムに接続する新しいデバイスを作成する必要があることに気付きました。

以前のすべてのハンマーの主な欠点のXNUMXつは、蒸気エンジンからハンマーの衝撃部分への動きが非常に不合理に伝達されたことでした。機械のシリンダー内のピストンの往復運動は、最初にカムシャフトの回転運動に変換されました。次に、シャフトの回転運動をハンマー自体の往復運動に変換する必要がありました。「そして、運動のこの複雑な変化に何か利益はありましたか？絶対にありませんでした。それどころか、これから生じた多くの重要な不利な点だけがありました-まず第一に、力が失われました。」古い設計の欠点をよく知っていたネスミスは、自由落下する作業部品を備えた新しい機械を作成しましたが、それらは奪われていました。彼のハンマーの主要部分は、シリンダー、ピストン、そしてそれらを支えるフレームでした。

蒸気シリンダーＣは、ピストンロッドがアンビルＫに向かって突出するように配置された。シリンダーＣは、フレームを形成する２本の柱Ｏによって支持されていた。「馬場」Bは溝の中のこれらのラックの間を移動し、ストライカーを運びました。ストライカーは交換可能で、行われている作業の性質に依存していました。ボイラーからパイプPを通る蒸気は、スプールが移動するチャンバーに入りました。スプールが下の位置を占めると、蒸気がピストンの下に入り、ピストン、ステム、「女性」、ストライカーを持ち上げました。ハンドルを反対方向に回すと、スプールはピストンの下の蒸気の流れを止め、メインパイプを通して大気に開放しました。次に、落下する部品は、自重の影響下で、テールカムハンマーに完全にアクセスできない力でワークピースに衝突します。蒸気圧は、それが放出される開口部を減らすことによって調整されました。このようにして、ハンマーの落下を遅くしたり速くしたりすることができ、それに応じて、多かれ少なかれ強い打撃を与えることができました。蒸気出口を完全に遮断することで、いつでもハンマーを瞬時に停止させることができました。

蒸気ハンマー
ネスミスのスチームハンマー装置

新しいハンマーが経営にどれほど従順だったか、そんなエピソードを語っています。 1843 年、海軍本部の領主がネスミスの工場に到着し、彼の発明を検査しました。ネスミス自身が2トンの落下部品を搭載した機械を運転し、領主たちを驚かせるためにトリックのようなものを用意しました。アンビルの上に生卵の入ったクリスタルガラスが置かれました。車を始動すると、ネスミスはメガネを傷つけることなく卵の殻を割った。

新しいマシンの商業的成功は、すべての期待を上回りました。ハンマーは機械製造業者の間でセンセーションを巻き起こしました。その装置に慣れるために、エンジニアやメカニックが全国からやって来ました。多くの注文が寄せられ、スチームハンマーは最初にイギリスで、次に世界中で勝利の行進を始めました。 (最初の注文の XNUMX つはロシアからのものでした。) この発明により、ネスミスは世界的な名声と名声を主要な機械製造業者の XNUMX つとしてもたらしました。

彼の存命中の 1861 世紀後半でさえ、蒸気ハンマーは巨大な割合に達しました。そのため、50 年にフリッツハンマーがクルップ工場で製造されました。彼の「女性」の体重はXNUMXトンでした。

著者：Ryzhov K.V.

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