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HISTÓRIA DA TECNOLOGIA, TECNOLOGIA, OBJETOS AO REDOR DE NÓS
Pressão hidráulica. História da invenção e produção
Diretório / A história da tecnologia, tecnologia, objetos ao nosso redor Uma prensa hidráulica é uma máquina hidráulica simples projetada para criar altas forças de compressão. Anteriormente chamada de "prensa Brahma", pois foi inventada e patenteada por Joseph Brahma em 1795.
A ação de uma prensa hidráulica é baseada em uma das propriedades mais importantes da água - sua baixa capacidade de compressão. Devido a isso, a pressão exercida sobre a água contida em um recipiente fechado é transmitida em todas as direções com a mesma força, de modo que cada unidade da superfície tem a mesma pressão que a pressão produzida do lado de fora. A força com que a superfície é afetada é determinada pela fórmula F=P•S, onde P é a pressão e S é a área na qual a força é aplicada. Imagine um recipiente fechado cheio de água (ou qualquer outro líquido incompressível) no qual dois pistões são inseridos. Atuando no pistão menor com uma força F, faremos o pistão maior subir. A força com que a água pressionará este pistão (como segue na fórmula acima) será tantas vezes maior quanto sua área for maior que a área do pistão menor. Esta é a essência do efeito da amplificação hidráulica. Por exemplo, se o pistão menor for pressionado com uma força de 10 kg, o efeito no pistão no outro joelho, cujo diâmetro é duas vezes maior, será quatro vezes maior (já que a área de \u40b \u1besse pistão é quatro vezes maior), ou seja, será igual a 4 kg. Através da seleção apropriada dos diâmetros de ambos os pistões, um aumento extremamente grande na pressão exercida pela água no segundo pistão pode ser alcançado, mas a velocidade com que ele sobe também diminuirá na mesma medida. (No nosso exemplo, para que o pistão grande suba XNUMX cm, o pistão pequeno deve se mover XNUMX cm.)
Esta propriedade notável de um fluido incompressível, que recebeu o uso mais amplo na tecnologia moderna, foi descoberta por Pascal. Em seu tratado sobre o equilíbrio dos líquidos, publicado postumamente em 1663, ele escreveu: “Se um vaso cheio de água, fechado por todos os lados, tem dois furos, e um tem uma área cem vezes maior que o outro, com pistões bem apertados inserido, então uma pessoa empurrando um pequeno pistão irá contrabalançar a força de cem pessoas empurrando cem vezes maior e dominará 99 delas." Após a publicação do tratado de Pascal, a ideia de uma prensa hidráulica estava no ar, mas não poderia ser colocada em prática por mais de cem anos, pois não conseguiam alcançar a estanqueidade necessária do vaso: a altas pressões , a água escoou entre as paredes do cilindro e o pistão e nenhum reforço foi obtido. Nos anos 90 do século XVIII, o conhecido inventor inglês Brama assumiu a criação de uma prensa hidráulica. Ele também teve que enfrentar o problema da vedação, mas Brahma ajudou a resolver esse problema com seu colaborador e futuro grande inventor Henry Maudsley, que surgiu com um colar especial de autovedação (manguito).
A invenção de Maudsley foi, de fato, igual à invenção da própria prensa, pois sem ela nunca poderia funcionar. Os contemporâneos estavam bem cientes disso. O aluno de Maudsley, J. Nesmith, escreveu mais tarde que, se Maudsley não tivesse inventado nada além desse colar auto-vedante, mesmo assim seu nome teria entrado para sempre na história da tecnologia. O colar era um anel que tinha a forma de um V invertido na seção, era retirado de um pedaço de yuft grosso, bem embebido em água morna, usando um molde de ferro fundido, que consistia em um recesso anular e um sólido anel correspondente à sua superfície interna. Antes da secagem completa, a pele tinha que ser saturada com gordura para manter sua maciez. Quando o cilindro foi preenchido com água sob alta pressão, as bordas do colar de couro se separaram, pressionando firmemente contra a superfície do cilindro e fechando a lacuna. Com grandes diâmetros de pistão, esse colar acabou sendo muito flexível e, portanto, facilmente atrasado. Neste caso, foi colocado no seu interior um anel, semelhante ao utilizado para o alongamento. Em 1797, a Brahma construiu a primeira prensa hidráulica. Aqui EE representam os postes, D a tampa e C a plataforma da prensa integrada ao seu pistão, enquanto o cilindro externo foi fundido junto com a base para os postes. Na seção do cilindro apresentada ao lado é visível o colar de Maudsley, também mostrado separadamente em forma ampliada sob a letra Q. O cilindro da prensa foi conectado por um tubo flexível a uma bomba de pressão autônoma. Seu pistão sólido era colocado em movimento inicial por meio de uma alavanca GH, uma biela H' e uma haste guia K. A bomba era geralmente montada em uma caixa de ferro fundido, que servia como reservatório de líquido (água, glicerina ou óleo), o líquido retornou ao mesmo reservatório quando a pressão atingiu o valor ajustado e a válvula de segurança V levantou sua carga P ou quando o bujão foi aberto para liberar o líquido e permitir que o pistão descesse novamente. A prensa da Brahma serviu de modelo para muitos outros dispositivos hidráulicos inventados posteriormente. Logo foi criado um macaco - um dispositivo para levantar pesos. Nos anos 20 do século XIX, a prensa começou a ser amplamente utilizada para estampar produtos de metal macio. No entanto, várias décadas se passaram antes que poderosas prensas de forjamento adequadas para estampar peças de aço e ferro fossem criadas. A necessidade urgente de tais prensas surgiu na segunda metade do século XIX, quando o tamanho das peças processadas aumentou acentuadamente. Seu forjamento exigia martelos a vapor cada vez mais potentes. Enquanto isso, para aumentar a força de impacto do martelo a vapor, era necessário aumentar o peso da parte em queda ou a altura de sua queda. Mas ambos tinham seus limites. O rápido processo de engenharia mecânica, a necessidade de forjar cada vez mais objetos grandes finalmente trouxe o peso da mulher (a parte marcante do martelo) a um tamanho colossal - cerca de 120 toneladas. Com a queda de massas tão grandes, é claro, era impossível obter a precisão necessária. Além disso, a força de impacto, que causa uma deformação acentuada do objeto, atuou devido à inércia apenas na camada superficial do forjamento. Do ponto de vista tecnológico, a pressão lenta, mas forte, era muito mais adequada, pois o metal ganhava tempo para se expandir, e isso contribuía para uma deformação mais correta. Finalmente, fortes golpes de martelo sacudiram tanto o solo que se tornou perigoso para os edifícios e estruturas circundantes. Pela primeira vez, uma prensa de forjamento foi desenvolvida em 1860 pelo diretor das oficinas das ferrovias estaduais em Viena, J. Gaswell. As oficinas estavam localizadas dentro da cidade perto de edifícios residenciais, por isso não era possível colocar um poderoso martelo a vapor nelas. Então Gaswell decidiu substituir o martelo por uma prensa. A prensa que ele criou era servida por uma máquina a vapor de dupla ação com um cilindro horizontal, que acionava duas bombas. A potência da prensa era de 700 toneladas, e foi usada com sucesso na estampagem de peças de locomotivas: pistões, braçadeiras, manivelas e similares. Exibido em 1862 na exposição mundial em Londres, ele atraiu o mais vivo interesse. Desde então, prensas cada vez mais poderosas começaram a ser criadas em todos os países. O engenheiro inglês Whitworth (um dos alunos de Henry Maudsley e ele próprio um notável inventor), levado pelo exemplo de Gaswell, colocou-se a difícil tarefa de criar uma prensa que pudesse ser usada para produzir produtos diretamente de lingotes de ferro e aço . Em 1875 ele recebeu uma patente para sua primeira prensa de forjamento. A prensa Whitworth consistia em quatro colunas fixadas em uma laje de fundação. Na parte superior das colunas havia uma viga transversal fixa (transversal) com dois cilindros hidráulicos de elevação - com a ajuda deles, uma travessa móvel movida para cima e para baixo, na qual um carimbo foi instalado abaixo. O dispositivo da prensa foi baseado no uso combinado de bombas de força e acumuladores hidráulicos. (Um acumulador hidráulico é um dispositivo que permite acumular energia hidráulica; é composto por um cilindro e um pistão ao qual a carga está ligada; primeiro, a água que entra no cilindro levanta a carga, depois, no momento certo, a carga é liberado, e a água, deixando o cilindro sob pressão, faz o trabalho necessário.)
Na prensa de Whitworth, uma matriz P foi colocada entre quatro colunas a uma certa altura acima da bigorna K; um grande cilindro C foi inserido dentro dele, o pistão do qual E era a parte forjada da prensa. Este pistão foi conectado aos pistões de dois pequenos cilindros a e a1, também inseridos na matriz, de modo que em operação todos os três pistões subiam e desciam simultaneamente. O espaço C acima do pistão do cilindro grande era conectado à caixa D, onde a água era acionada por bombas. Para cilindros pequenos, o espaço acima do pistão era conectado ao tubo do acumulador de carga AB, cuja carga era equilibrada com o peso dos três pistões E, a e a1. O trabalho de forjamento em si foi realizado da seguinte forma: a válvula d na caixa de pressão foi aberta, a água das bombas foi direcionada para o espaço acima do pistão do cilindro grande, o que causou a queda dos três pistões. Ao mesmo tempo, um grande pistão comprime o metal e pequenos pistões pressionam a água abaixo deles e com essa pressão aumentam o peso de equilíbrio do acumulador. Quando a válvula da bomba de injeção foi fechada, a pressão no pistão grande cessou e, em seguida, o peso elevado do acumulador começou a cair, transferindo pressão para a água, que levantou os três pistões. Assim, a carga e os três pistões equilibrados com ela representavam, por assim dizer, duas escalas. As bombas eram alimentadas por um motor a vapor. Para monitorar a força de compressão, uma seta F foi conectada ao pistão de forjamento, o que possibilitou a execução do forjamento com precisão excepcional. A prensa hidráulica de Whitworth foi usada pela primeira vez para forjar peças fundidas em 1884. Até então, o forjamento de canos de armas na fábrica de Whitworth, como muitas outras operações de ferraria, era realizado em martelos a vapor. No entanto, a vantagem das prensas hidráulicas sobre os martelos a vapor era inegável. Assim, por exemplo, forjar um cano de arma a partir de um lingote pesando 36 toneladas exigiu 5 semanas e 3 aquecimentos intermediários; com o uso de uma prensa hidráulica, que deu uma força de 33 toneladas, forjar um lingote de 4000 toneladas levou apenas 37 dias e exigiu 5 aquecimentos intermediários. A substituição do martelo por uma prensa reduziu o custo de forjamento de peças grandes em cerca de sete vezes. Portanto, em pouco tempo, as prensas de Whitworth se espalharam. Logo o uso de prensas hidráulicas de forjamento levou a grandes transformações técnicas em grandes fábricas metalúrgicas e de construção de máquinas. Martelos pesados a vapor foram desmontados em todos os lugares e substituídos por prensas. No início dos anos 90 do século XIX, já existiam prensas com capacidade para 1000 toneladas. Autor: Ryzhov K.V.
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