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HISTORIA DE LA TECNOLOGÍA, TECNOLOGÍA, OBJETOS ALREDEDOR DE NOSOTROS
Prensa hidráulica. Historia de la invención y la producción.
Directorio / La historia de la tecnología, la tecnología, los objetos que nos rodean. Una prensa hidráulica es la máquina hidráulica más simple diseñada para generar grandes fuerzas de compresión. Anteriormente llamada "prensa Brahma", ya que fue inventada y patentada por Joseph Brahmah en 1795.
La acción de una prensa hidráulica se basa en una de las propiedades más importantes del agua: su baja capacidad de compresión. Debido a esto, la presión ejercida sobre el agua encerrada en un recipiente cerrado se transmite en todas las direcciones con la misma fuerza, de modo que cada unidad de superficie tiene la misma presión que la presión que se produce desde el exterior. La fuerza con la que se afecta la superficie está determinada por la fórmula F=P•S, donde P es la presión y S es el área sobre la que se aplica la fuerza. Imagine un recipiente cerrado lleno de agua (o cualquier otro líquido incompresible) en el que se insertan dos pistones. Actuando sobre el pistón más pequeño con una fuerza F, haremos subir el pistón más grande. La fuerza con la que el agua presionará sobre este pistón (como se desprende de la fórmula anterior) será tantas veces mayor cuanto mayor sea su área que el área del pistón más pequeño. Esta es la esencia del efecto de la amplificación hidráulica. Por ejemplo, si el pistón más pequeño se presiona con una fuerza de 10 kg, entonces el efecto sobre el pistón en la otra rodilla, cuyo diámetro es dos veces mayor, será cuatro veces mayor (ya que el área de \u40b \u1beste pistón es cuatro veces más grande), es decir, será igual a 4 kg. Mediante la selección apropiada de los diámetros de ambos pistones, es posible lograr un aumento extremadamente grande en la fuerza de presión ejercida por el agua sobre el segundo pistón, pero en la misma medida disminuir la velocidad con la que subirá. (En nuestro ejemplo, para que el pistón grande se eleve XNUMX cm, el pistón pequeño debe moverse XNUMX cm).
Esta notable propiedad de un fluido incompresible, que ha recibido el uso más amplio en la tecnología moderna, fue descubierta por Pascal. En su tratado sobre el equilibrio de los líquidos, publicado póstumamente en 1663, escribió: “Si un recipiente lleno de agua, cerrado por todos lados, tiene dos orificios, y uno tiene un área cien veces mayor que el otro, con pistones apretados insertado, entonces una persona empujando un pequeño pistón contrarrestará la fuerza de cien personas empujando cien veces más grande y dominando a 99 de ellos". Tras la publicación del tratado de Pascal, la idea de una prensa hidráulica estaba en el aire, pero no pudo llevarse a la práctica durante más de cien años, porque no conseguían la estanqueidad necesaria del recipiente: a altas presiones. , se filtró agua entre las paredes del cilindro y el pistón y no se obtuvo refuerzo. En los años 90 del siglo XVIII, el conocido inventor inglés Brama emprendió la creación de una prensa hidráulica. También tuvo que enfrentar el problema del sellado, pero Brahma ayudó a resolver este problema con su empleado y futuro gran inventor Henry Maudsley, quien ideó un collar (brazalete) especial autosellante.
De hecho, la invención de Maudsley fue igual a la invención de la prensa misma, ya que sin ella nunca podría funcionar. Los contemporáneos eran muy conscientes de esto. El alumno de Maudsley, J. Nesmith, escribió más tarde que si Maudsley no hubiera inventado nada más que este collar autosellante, incluso entonces su nombre habría entrado en la historia de la tecnología para siempre. El collar era un anillo que tenía forma de V invertida en la sección, se extraía de un trozo de yuft grueso, bien empapado en agua tibia, utilizando un molde de hierro fundido, que consistía en un rebaje anular y un macizo anillo correspondiente a su superficie interior. Antes del secado completo, había que saturar la piel con grasa para que conservara su suavidad. Cuando el cilindro se llenó con agua a alta presión, los bordes del collarín de cuero se separaron, presionando fuertemente contra la superficie del cilindro y cerrando el espacio. Con grandes diámetros de pistón, dicho collar resultó ser demasiado flexible y, por lo tanto, se retrasó fácilmente. En este caso, en su interior se colocaba un anillo, similar al que se usa para estirar. En 1797, Brahma construyó la primera prensa hidráulica. Aquí EE representan los postes, D la cubierta y C la plataforma de la prensa integral con su pistón, mientras que el cilindro exterior fue fundido junto con la base para los postes. En la sección adyacente del cilindro, el collar Maudsley es visible, también se muestra por separado en una forma ampliada debajo de la letra Q. El cilindro de presión estaba conectado por un tubo flexible a una bomba de presión independiente. Su pistón macizo se ponía en movimiento inicial por medio de una palanca GH, una biela H' y una varilla guía K. La bomba generalmente estaba montada en una caja de hierro fundido que servía como depósito para el líquido (agua, glicerina o aceite). ), el líquido fluía de regreso al mismo depósito cuando la presión alcanzaba el valor establecido y la válvula de seguridad V levantaba su carga P o cuando se abría el tapón roscado para liberar el líquido y permitir que el pistón volviera a caer. La prensa de Brahma sirvió como modelo para muchos otros dispositivos hidráulicos inventados más tarde. Pronto se creó un gato: un dispositivo para levantar pesas. En los años 20 del siglo XIX, la prensa comenzó a ser ampliamente utilizada para estampar productos de metal blando. Sin embargo, pasaron varias décadas más antes de que se crearan poderosas prensas de forja adecuadas para estampar piezas de acero y hierro. La necesidad urgente de tales prensas apareció en la segunda mitad del siglo XIX, cuando el tamaño de las piezas procesadas aumentó notablemente. Su forja requería martillos de vapor cada vez más potentes. Mientras tanto, para aumentar la fuerza de impacto del martillo de vapor, era necesario aumentar el peso de la parte que caía o la altura de su caída. Pero ambos tenían sus límites. El rápido proceso de ingeniería mecánica, la necesidad de forjar objetos cada vez más grandes finalmente llevó el peso de la mujer (la parte golpeadora del martillo) a un tamaño colosal: unas 120 toneladas. Con la caída de masas tan enormes, por supuesto, era imposible lograr la precisión necesaria. Además, la fuerza de impacto, que provoca una fuerte deformación del objeto, actuó por inercia solo en la capa superficial de la pieza forjada. Desde un punto de vista tecnológico, la presión lenta pero fuerte era mucho más apropiada, ya que el metal tenía tiempo de expandirse, y esto contribuía a una deformación más correcta. Finalmente, fuertes golpes de martillo sacudieron tanto el suelo que se volvió peligroso para los edificios y estructuras circundantes. Por primera vez, el director de los talleres de los ferrocarriles estatales de Viena, J. Gaswell, desarrolló una prensa de forja en 1860. Los talleres estaban ubicados dentro de la ciudad cerca de edificios residenciales, por lo que no era posible colocar en ellos un poderoso martillo de vapor. Entonces Gaswell decidió reemplazar el martillo con una prensa. La prensa que creó fue servida por una máquina de vapor de doble efecto con un cilindro horizontal, que accionaba dos bombas. La potencia de la prensa era de 700 toneladas y se utilizó con éxito en el estampado de piezas de locomotoras: pistones, abrazaderas, manivelas y similares. Expuesto en 1862 en la exposición mundial de Londres, atrajo el mayor interés. A partir de ese momento comenzaron a crearse imprentas cada vez más poderosas en todos los países. El ingeniero inglés Whitworth (uno de los alumnos de Henry Maudsley y él mismo un destacado inventor), llevado por el ejemplo de Gaswell, se impuso la difícil tarea de crear una prensa de este tipo que pudiera utilizarse para producir productos directamente a partir de lingotes de hierro y acero. . En 1875 recibió una patente para su primera prensa de forja. La prensa de Whitworth constaba de cuatro columnas fijadas en una losa de cimentación. En la parte superior de las columnas había una viga transversal fija (travesaño) con dos cilindros de elevación hidráulicos; con su ayuda, un travesaño móvil se movía hacia arriba y hacia abajo, en el que se instaló un sello debajo. El dispositivo de la prensa se basó en el uso combinado de bombas eléctricas y acumuladores hidráulicos. (Un acumulador hidráulico es un dispositivo que le permite acumular energía hidráulica; consta de un cilindro y un pistón al que se une la carga; primero, el agua que ingresa al cilindro levanta la carga, luego, en el momento adecuado, la carga se libera, y el agua, dejando el cilindro bajo su presión, hace el trabajo necesario.)
En la prensa de Whitworth, se colocó una matriz P entre cuatro columnas a cierta altura sobre el yunque K; en su interior se insertó un gran cilindro C, cuyo pistón E era la parte de forja de la prensa. Este pistón estaba conectado a los pistones de dos pequeños cilindros ay a1, también insertados en el conjunto, de modo que en funcionamiento los tres pistones subían y bajaban simultáneamente. El espacio C sobre el pistón del cilindro grande estaba conectado a la caja D, donde el agua era impulsada por bombas. Para cilindros pequeños, el espacio sobre el pistón se conectaba al tubo del acumulador de carga AB, cuya carga se equilibraba con el peso de los tres pistones E, a y a1. El trabajo de forjado en sí se llevó a cabo de la siguiente manera: se abrió la válvula d en la caja de presión, el agua de las bombas se dirigió al espacio sobre el pistón del cilindro grande, lo que provocó la caída de los tres pistones. Al mismo tiempo, un pistón grande comprime el metal y los pistones pequeños presionan el agua debajo de ellos y con esta presión elevan el peso de equilibrio del acumulador. Cuando se cerró la válvula de la bomba de presión, cesó la presión sobre el pistón grande y luego el peso elevado del acumulador comenzó a caer, transfiriendo presión al agua, que elevó los tres pistones. Así, la carga y los tres pistones equilibrados con ella representaban, por así decirlo, dos balanzas. Las bombas eran accionadas por una máquina de vapor. Para controlar la fuerza de compresión, se conectó una flecha F al pistón de forja, lo que permitió realizar la forja con una precisión excepcional. La prensa hidráulica de Whitworth se utilizó por primera vez para forjar piezas fundidas en 1884. Hasta ese momento, la forja de cañones de armas en la planta de Whitworth, como muchas otras operaciones de herrería, se realizaba con martillos de vapor. Sin embargo, la ventaja de las prensas hidráulicas sobre los martillos de vapor era innegable. Así, por ejemplo, forjar el cañón de una pistola a partir de un lingote que pesaba 36 toneladas requirió 5 semanas y 3 calentamientos intermedios; con el uso de una prensa hidráulica, que daba una fuerza de 33 toneladas, forjar un lingote de 4000 toneladas tomó sólo 37 días y requirió 5 calentamientos intermedios. Reemplazar el martillo con una prensa redujo el costo de forjar piezas grandes unas siete veces. Por lo tanto, en poco tiempo, las imprentas de Whitworth se generalizaron. Pronto, el uso de prensas de forja hidráulicas condujo a importantes transformaciones técnicas en las grandes plantas metalúrgicas y de construcción de maquinaria. Los martillos de vapor pesados fueron desmantelados en todas partes y reemplazados por prensas. A principios de los años 90 del siglo XIX ya existían prensas con una capacidad de 1000 toneladas. Autor: Ryzhov K.V.
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