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HISTOIRE DE LA TECHNOLOGIE, TECHNOLOGIE, OBJETS AUTOUR DE NOUS
Presse hydraulique. Histoire de l'invention et de la production
Annuaire / L'histoire de la technologie, de la technologie, des objets qui nous entourent Une presse hydraulique est la machine hydraulique la plus simple conçue pour générer des forces de compression importantes. Anciennement appelée "presse Brahma" car elle a été inventée et brevetée par Joseph Brahmah en 1795.
L'action d'une presse hydraulique repose sur l'une des propriétés les plus importantes de l'eau - sa faible capacité à se comprimer. De ce fait, la pression exercée sur l'eau enfermée dans un récipient fermé est transmise dans toutes les directions avec la même force, de sorte que chaque unité de la surface a la même pression que la pression produite de l'extérieur. La force avec laquelle la surface est affectée est déterminée par la formule F=P•S, où P est la pression et S est la zone à laquelle la force est appliquée. Imaginez un récipient fermé rempli d'eau (ou de tout autre liquide incompressible) dans lequel deux pistons sont insérés. En agissant sur le plus petit piston avec une force F, on fera monter le plus gros piston. La force avec laquelle l'eau appuiera sur ce piston (comme il ressort de la formule ci-dessus) sera d'autant plus grande que sa surface est plus grande que la surface du plus petit piston. C'est l'essence de l'effet d'amplification hydraulique. Par exemple, si le plus petit piston est pressé avec une force de 10 kg, l'effet sur le piston de l'autre genou, dont le diamètre est deux fois plus grand, sera quatre fois plus grand (puisque la zone de \u40b \u1bce piston est quatre fois plus gros), c'est-à-dire qu'il sera égal à 4 kg. Par une sélection appropriée des diamètres des deux pistons, il est possible d'obtenir une augmentation extrêmement importante de la force de pression exercée par l'eau sur le second piston, mais dans la même mesure de diminuer la vitesse avec laquelle il montera vers le haut. (Dans notre exemple, pour que le gros piston monte de XNUMX cm, le petit piston doit se déplacer de XNUMX cm.)
Cette propriété remarquable d'un fluide incompressible, qui a reçu l'utilisation la plus large dans la technologie moderne, a été découverte par Pascal. Dans son traité sur l'équilibre des liquides, publié à titre posthume en 1663, il écrivait : « Si un vase plein d'eau, fermé de tous côtés, a deux trous, et que l'un a une surface cent fois plus grande que l'autre, avec des pistons hermétiquement inséré, alors une personne poussant un petit piston contrebalancera la force d'une centaine de personnes poussant cent fois plus gros et en maîtrisera 99." Après la publication du traité de Pascal, l'idée d'une presse hydraulique était dans l'air, mais elle ne put être mise en pratique avant plus de cent ans, car ils ne pouvaient pas atteindre l'étanchéité nécessaire de la cuve : à des pressions élevées , de l'eau s'est infiltrée entre les parois du cylindre et du piston et aucun renfort n'a été obtenu. Dans les années 90 du XVIIIe siècle, le célèbre inventeur anglais Brama s'est lancé dans la création d'une presse hydraulique. Il a également dû faire face au problème de l'étanchéité, mais Brahma a aidé à résoudre ce problème avec son employé et futur grand inventeur Henry Maudsley, qui a proposé un collier (manchette) auto-scellant spécial.
L'invention de Maudsley équivalait en fait à l'invention de la presse elle-même, puisque sans elle elle ne pourrait jamais fonctionner. Les contemporains en étaient bien conscients. L'étudiant de Maudsley, J. Nesmith, a écrit plus tard que si Maudsley n'avait rien inventé d'autre que ce collier auto-obturant, même alors, son nom serait entré pour toujours dans l'histoire de la technologie. Le collier était un anneau qui avait la forme d'un V inversé dans la section, il était extrait d'un morceau de yuft épais, bien imbibé d'eau tiède, à l'aide d'un moule en fonte, composé d'un évidement annulaire et d'un solide anneau correspondant à sa surface intérieure. Avant le séchage complet, la peau devait être saturée de graisse pour qu'elle conserve sa douceur. Lorsque le cylindre a été rempli d'eau sous haute pression, les bords du collier en cuir se sont écartés, appuyant fermement contre la surface du cylindre et fermant l'espace. Avec de grands diamètres de piston, un tel collier s'est avéré trop flexible et donc facilement en retard. Dans ce cas, un anneau a été placé à l'intérieur, semblable à celui utilisé pour l'étirement. En 1797, Brahma construit la toute première presse hydraulique. Ici EE représentent les poteaux, D le couvercle et C la plate-forme de la presse solidaire de son piston, tandis que le cylindre extérieur était coulé avec la base des poteaux. Dans la section du cylindre présentée à côté, le collier de Maudsley est visible, également représenté séparément sous une forme agrandie sous la lettre Q. Le cylindre de presse était relié par un tube flexible à une pompe à pression autonome. Son piston plein était mis en mouvement initial au moyen d'un levier GH, d'une bielle H' et d'une tige de guidage K. La pompe était généralement montée sur un boîtier en fonte qui servait de réservoir à liquide (eau, glycérine ou huile ), le liquide est reflué dans le même réservoir lorsque la pression a atteint la valeur de consigne et que la soupape de sécurité V a levé sa charge P ou lorsque le bouchon à vis a été ouvert pour libérer le liquide et permettre au piston de redescendre. La presse de Brahma a servi de modèle à de nombreux autres appareils hydrauliques inventés plus tard. Bientôt, un cric a été créé - un appareil pour soulever des poids. Dans les années 20 du XNUMXe siècle, la presse a commencé à être largement utilisée pour emboutir des produits en métal doux. Cependant, plusieurs décennies se sont écoulées avant que de puissantes presses à forger adaptées à l'emboutissage de pièces en acier et en fer ne soient créées. Le besoin urgent de telles presses est apparu dans la seconde moitié du XIXe siècle, lorsque la taille des pièces traitées a considérablement augmenté. Leur forgeage nécessitait des marteaux à vapeur de plus en plus puissants. Pendant ce temps, pour augmenter la force d'impact du marteau à vapeur, il fallait soit augmenter le poids de la partie tombante, soit la hauteur de sa chute. Mais les deux avaient leurs limites. Le processus rapide de l'ingénierie mécanique, la nécessité de forger des objets de plus en plus volumineux ont finalement amené le poids de la femme (la partie frappante du marteau) à une taille colossale - environ 120 tonnes. Avec la chute de masses aussi énormes, bien sûr, il était impossible d'atteindre la précision nécessaire. De plus, la force d'impact, qui provoque une forte déformation de l'objet, n'agit par inertie que sur la couche superficielle de la pièce forgée. D'un point de vue technologique, une pression lente mais forte était beaucoup plus appropriée, car le métal avait le temps de se dilater, ce qui contribuait à une déformation plus correcte. Enfin, de puissants coups de marteau ont tellement secoué le sol qu'il est devenu dangereux pour les bâtiments et les structures environnantes. Pour la première fois, une presse à forger est mise au point en 1860 par le directeur des ateliers des chemins de fer nationaux de Vienne, J. Gaswell. Les ateliers étaient situés dans la ville à proximité de bâtiments résidentiels, il n'était donc pas possible d'y placer un puissant marteau à vapeur. Puis Gaswell a décidé de remplacer le marteau par une presse. La presse qu'il a créée était desservie par une machine à vapeur à double effet à cylindre horizontal, qui entraînait deux pompes. La puissance de la presse était de 700 tonnes et elle a été utilisée avec succès pour emboutir des pièces de locomotive : pistons, pinces, manivelles, etc. Exposé en 1862 à l'exposition universelle de Londres, il suscite le plus vif intérêt. Depuis cette époque, des presses de plus en plus puissantes ont commencé à être créées dans tous les pays. L'ingénieur anglais Whitworth (l'un des élèves d'Henry Maudsley et lui-même un inventeur hors pair), emporté par l'exemple de Gaswell, s'est fixé la lourde tâche de créer une telle presse qui pourrait être utilisée pour fabriquer des produits directement à partir de lingots de fer et d'acier. . En 1875, il obtient un brevet pour sa première presse à forger. La presse Whitworth se composait de quatre colonnes fixées dans une dalle de fondation. Sur la partie supérieure des colonnes, il y avait une poutre transversale fixe (traversée) avec deux vérins de levage hydrauliques - avec leur aide, une traverse mobile déplacée de haut en bas, sur laquelle un timbre était installé en dessous. Le dispositif de la presse était basé sur l'utilisation combinée de pompes électriques et d'accumulateurs hydrauliques. (Un accumulateur hydraulique est un dispositif qui permet d'accumuler de l'énergie hydraulique ; il se compose d'un cylindre et d'un piston auxquels la charge est attachée ; d'abord, l'eau entrant dans le cylindre soulève la charge, puis, au bon moment, la charge est libéré, et l'eau, laissant le cylindre sous sa pression, fait le travail nécessaire.)
Dans la presse Whitworth, un tableau P était placé entre quatre colonnes à une certaine hauteur au-dessus de l'enclume K ; un gros cylindre C y était inséré, le piston dont E était la pièce forgée de la presse. Ce piston était relié aux pistons de deux petits cylindres a et a1, également insérés dans le réseau, de sorte qu'en fonctionnement les trois pistons montaient et descendaient simultanément. L'espace C au-dessus du piston du grand cylindre était relié à la boîte D, où l'eau était entraînée par des pompes. Pour les petits cylindres, l'espace au-dessus du piston était relié au tube de l'accumulateur de cargaison AB, dont la charge était équilibrée avec le poids des trois pistons E, a et a1. Le travail de forgeage lui-même a été effectué comme suit: la vanne d dans la boîte à pression a été ouverte, l'eau des pompes a été dirigée dans l'espace au-dessus du piston du gros cylindre, ce qui a provoqué la chute des trois pistons. En même temps, un gros piston comprime le métal et de petits pistons appuient sur l'eau en dessous d'eux et, avec cette pression, augmentent le poids d'équilibrage de l'accumulateur. Lorsque la soupape de la pompe à pression a été fermée, la pression sur le gros piston a cessé, puis le poids élevé de l'accumulateur a commencé à tomber, transférant la pression à l'eau, ce qui a soulevé les trois pistons. Ainsi, la charge et trois pistons équilibrés avec elle représentaient, pour ainsi dire, deux échelles. Les pompes étaient alimentées par une machine à vapeur. Pour surveiller la force de compression, une flèche F était reliée au piston de forgeage, ce qui permettait de réaliser le forgeage avec une précision exceptionnelle. La presse hydraulique de Whitworth a été utilisée pour la première fois pour forger des pièces moulées en 1884. Jusqu'à cette époque, le forgeage des canons de fusil à l'usine de Whitworth, comme de nombreuses autres opérations de forge, était effectué sur des marteaux à vapeur. Cependant, l'avantage des presses hydrauliques sur les marteaux à vapeur était indéniable. Ainsi, par exemple, forger un canon de fusil à partir d'un lingot pesant 36 tonnes a nécessité 5 semaines et 3 chauffages intermédiaires ; avec l'utilisation d'une presse hydraulique, qui donnait une force de 33 tonnes, le forgeage d'un lingot pesant 4000 tonnes ne prenait que 37 jours et nécessitait 5 chauffes intermédiaires. Le remplacement du marteau par une presse a réduit d'environ sept fois le coût de forgeage de grandes pièces. Par conséquent, en peu de temps, les presses de Whitworth se sont généralisées. Bientôt, l'utilisation des presses à forger hydrauliques entraîne des transformations techniques majeures dans les grandes usines métallurgiques et de construction mécanique. De lourds marteaux à vapeur ont été démontés partout et remplacés par des presses. Au début des années 90 du XIXe siècle, il existait déjà des presses d'une capacité de 1000 tonnes. Auteur : Ryzhov K.V.
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