油圧プレス。発明と生産の歴史

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油圧プレス。発明と生産の歴史

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油圧プレスは、大きな圧縮力を生成するように設計された最も単純な油圧機械です。 1795 年にジョセフブラフマーによって発明され特許を取得したため、以前は「ブラフマープレス」と呼ばれていました。

現代の油圧プレス

油圧プレスの動作は、水の最も重要な特性の XNUMX つである圧縮能力の低さに基づいています。これにより、密閉容器に閉じ込められた水に加えられた圧力は、すべての方向に同じ力で伝達され、表面の各ユニットは外部から生成された圧力と同じ圧力になります。

表面が影響を受ける力は、式 F=P・S によって決定されます。ここで、P は圧力、S は力が適用される領域です。水 (またはその他の非圧縮性液体) で満たされた密閉容器に XNUMX つのピストンが挿入されていると想像してください。小さい方のピストンに力 F を作用させると、大きい方のピストンが上昇します。水がこのピストンを押す力（上記の式から次のように）は、その面積が小さいピストンの面積よりも大きいほど大きくなります。

これが油圧増幅効果の本質です。たとえば、小さい方のピストンを 10 kg の力で押すと、直径が 40 倍のもう一方の膝のピストンへの影響は 1 倍になります ( \u4bこのピストンはXNUMX倍大きいです）、つまり、XNUMX kgに等しくなります。両方のピストンの直径を適切に選択することにより、水が第 XNUMX のピストンに及ぼす圧力を非常に大きくすることができますが、同じ程度にピストンが上昇する速度を下げることができます。 (この例では、大きいピストンが XNUMX cm 上昇するには、小さいピストンが XNUMX cm 移動する必要があります。)

油圧プレス
静水圧

現代の技術で最も広く使用されている非圧縮性流体のこの驚くべき特性は、パスカルによって発見されました。死後 1663 年に出版された液体の平衡に関する論文の中で、彼は次のように書いています。挿入すると、99 人が小さなピストンを押すと、XNUMX 人が XNUMX 倍のピストンを押す力が相殺され、XNUMX 人を圧倒します。」

パスカルの論文が出版された後、油圧プレスのアイデアは空中にありましたが、容器の必要な気密性を達成できなかったため、90年以上にわたって実用化できませんでした:高圧で、シリンダーの壁とピストンの間に水がしみ込み、補強が得られませんでした。 XNUMX 世紀の XNUMX 年代、イギリスの著名な発明家ブラマが油圧プレスの開発に着手しました。彼はまた、封印の問題に直面しなければなりませんでしたが、ブラフマーは彼の従業員であり、将来の偉大な発明家であるヘンリー・モーズリーと協力してこの問題を解決しました。

Brama 油圧プレス (クリックして拡大)

モーズリーの発明は実際、印刷機自体の発明と同じでした。同時代の人々はこれをよく知っていました。モーズリーの学生である J. ネスミスは後に、もしモーズリーがこの首輪以外のものを発明していなければ、彼の名前は技術史に永遠に残ることになるだろうと書いています。カラーは、断面が逆Vの形をしたリングで、環状のくぼみと中実からなる鋳鉄の型を使用して、温水によく浸した厚い糸から引き出されましたその内面に対応するリング。完全に乾燥する前に、肌を脂肪で飽和させて柔らかさを保つ必要がありました。シリンダーが高圧下で水で満たされると、革製の首輪の端が離れ、シリンダーの表面にしっかりと押し付けられ、隙間が閉じます。ピストンの直径が大きいと、このようなカラーは柔軟性がありすぎて遅れやすくなります。この場合、ストレッチに使用されるものと同様に、リングがその中に配置されました。 1797 年、Brahma は史上初の油圧プレスを製造しました。

ここで、EE はポスト、D はカバー、C はピストンと一体のプレスのプラットフォームを表し、外側のシリンダーはポストのベースと一緒に鋳造されました。その横にあるシリンダーのセクションでは、モーズリーのカラーが見られます。これも、Q の文字の下に拡大された形で個別に示されています。プレスシリンダーは、フレキシブルチューブによって独立した圧力ポンプに接続されていました。その中実のピストンは、レバー GH、連接棒 H'、およびガイド棒 K によって初期動作に設定されました。ポンプは通常、液体 (水、グリセリン、または油) のリザーバーとして機能する鋳鉄製の箱に取り付けられていました。 )、圧力が設定値に達し、安全弁 V がその重量 P を持ち上げたとき、またはねじプラグを開いて液体を解放し、ピストンを再び落下させたときに、液体が同じリザーバーに逆流しました。

ブラフマーのプレスは、後に発明された他の多くの油圧装置のモデルとなりました。すぐにジャッキが作られました - 重りを持ち上げるための装置です。 20 世紀の XNUMX 年代に、プレスは軟質金属製品のスタンピングに広く使用されるようになりました。しかし、鋼や鉄の部品の打ち抜きに適した強力な鍛造プレスが開発されるまでには、さらに数十年が経過しました。

このようなプレスの緊急の必要性は、加工されたワークピースのサイズが著しく増加した120世紀後半に現れました。彼らの鍛造には、ますます強力なスチームハンマーが必要になりました。一方、スチームハンマーの衝撃力を大きくするには、落下部分の重量を大きくするか、落下高さを高くする必要がありました。しかし、どちらにも限界がありました。機械工学の急速なプロセス、ますます大きな物体を鍛造する必要性により、最終的に女性の重量（ハンマーの打撃部分）は約XNUMXトンという巨大なサイズになりました. もちろん、そのような巨大な質量の落下により、必要な精度を達成することは不可能でした。また、対象物を急激に変形させる衝撃力は、慣性により鍛造品の表層のみに作用しました。技術的な観点からは、金属が膨張する時間があり、これがより正確な変形に貢献したため、ゆっくりとした強い圧力がはるかに適切でした。最後に、強いハンマーの打撃が土を大きく揺さぶったため、周囲の建物や構造物が危険にさらされました。

初めて、鍛造プレスは、ウィーンの州鉄道のワークショップのディレクター、J。ガスウェルによって1860年に開発されました。ワークショップは住宅の近くの街にあったので、強力な蒸気ハンマーを設置することはできませんでした。その後、ガスウェルはハンマーをプレスに交換することにしました。彼が作成したプレスは、700つのポンプを駆動する水平シリンダーを備えた複動式蒸気エンジンによって供給されました。プレスの動力は1862トンで、ピストン、クランプ、クランクなどの機関車部品の打ち抜きに成功しました。 1875年にロンドンで開催された世界博覧会に出展され、彼は最も活発な関心を集めました。それ以来、ますます強力な印刷機がすべての国で作成され始めました。ガスウェルの例に夢中になった英国のエンジニア、ウィットワース（ヘンリー・モーズリーの学生のXNUMX人であり、彼自身は優れた発明家）は、鉄鋼インゴットから直接製品を製造するために使用できるようなプレスを作成するという困難な課題に取り組みました。。 XNUMX年に彼は彼の最初の鍛造プレスの特許を取得しました。

ウィットワースプレスは、基礎スラブに固定された XNUMX つの柱で構成されていました。柱の上部には、XNUMXつの油圧リフティングシリンダーを備えた固定横梁（トラバース）がありました-それらの助けを借りて、可動トラバースが上下に移動し、その上にスタンプが取り付けられました。プレスの装置は、パワーポンプと油圧アキュムレータの併用に基づいていました。（油圧アキュムレータは、油圧エネルギーを蓄積できるデバイスです。シリンダーと、負荷が取り付けられているピストンで構成されています。最初に、シリンダーに入る水が負荷を持ち上げ、次に適切なタイミングで負荷を持ち上げます。が放出され、水が圧力下にあるシリンダーを残して、必要な作業を行います。)

ウィットワースプレス (クリックして拡大)

ホイットワースプレスでは、配列 P は、アンビル K の上の特定の高さで 1 つの列の間に配置されました。大きなシリンダー C がその中に挿入され、そのピストン E はプレスの鍛造部分でした。このピストンは、同様にアレイに挿入された 1 つの小さなシリンダー a と aXNUMX のピストンに接続されていたため、動作中に XNUMX つのピストンすべてが同時に上昇および下降しました。大きなシリンダーのピストンの上のスペース C は、水がポンプによって駆動されるボックス D に接続されていました。小さなシリンダーの場合、ピストンの上のスペースはカーゴアキュムレーターABのチューブに接続され、その負荷はXNUMXつのピストンE、a、およびaXNUMXすべての重量とバランスが取れていました。

鍛造作業自体は次のように行われました。圧力ボックスのバルブdが開かれ、ポンプの水が大きなシリンダーのピストンの上のスペースに向けられ、XNUMXつのピストンすべてが落下しました。同時に、大きなピストンが金属を圧縮し、小さなピストンがその下の水を押し、この圧力でアキュムレータのバランス重量を上げます。圧力ポンプのバルブが閉じられると、大きなピストンへの圧力がなくなり、上昇したアキュムレータの重りが下がり始め、圧力が水に移動し、XNUMX つのピストンすべてが上昇しました。このように、負荷とそれと釣り合ったXNUMXつのピストンは、いわばXNUMXつのスケールを表しています。ポンプは蒸気機関によって駆動されました。圧縮力を監視するために、矢印Fを鍛造ピストンに接続しました。これにより、非常に正確な鍛造を行うことができました。

ウィットワースの油圧プレスは、1884年に鋳造品を鍛造するために最初に使用されました。それまで、ウィットワース工場での銃身の鍛造は、他の多くの鍛冶作業と同様に、蒸気ハンマーで行われていました。しかし、蒸気ハンマーに対する油圧プレスの利点は否定できませんでした。したがって、たとえば、36トンの重さのインゴットから砲身を鍛造するには、5週間と3回の中間加熱が必要でした。 33トンの力を与える油圧プレスを使用して、4000トンの重さのインゴットを鍛造するのに37日しかかからず、5回の中間加熱が必要でした。

ハンマーをプレスに置き換えたことで、大型部品の鍛造コストが約 90 分の 1000 に削減されました。したがって、ウィットワースの印刷機はすぐに普及しました。すぐに、油圧鍛造プレスの使用は、大規模な冶金および機械製造工場での主要な技術的変革につながりました。重い蒸気ハンマーは至る所で解体され、プレスに置き換えられました。 XIX世紀のXNUMX年代の初めまでに、すでにXNUMXトンの容量を持つプレスがありました.

著者：Ryzhov K.V.

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