Курсовая работа
на тему:
Кричные молота.
НТИ УПИ
Группа 150
1999 г.
Кричное железо, приготовляемое под молотами.
Вытяжка железа под молотом введена была в употребление в самом начале железного производства, и существует еще до сих пор в России, Швеции, Германии и Франции (1848 год).
Справедливая или действительная выгоды этого способа состоят, в том, что он требует приборов простых и дешевых, и производит железо более чистое, боле плотное, нежели получаемое из - под валков. Из этого следует, что молота действительно драгоценные машины для обработки железа, и, не смотря на дурное большею частью их устройство, искусные руки извлекают из них чрезвычайную пользу, приготовляя из них железо столь чистое, и таких верных размеров, как только можно этого ожидать.
Превосходство кричного железа перед пудлинговым, известно всякому, но всякий, вероятно, также сознается, что оно требует весьма искусных, привычных рук и верного глаза, и что наконец выковка, хорошо отделанной и верной в размерах, полосы, требует столь значительного времени, что способ этот, при настоящем развитии потребления железа, не может уже удовлетворять всем потребностям. А потому, главнейшая причина преимущества валков перед молотами, заключается в особенном удобстве приготовления, т.е. желобчатого, шинного, рельсового и т.п. Но совершенство, с которым совершается под молотом обжимание крицы, должно непременно обратить на себя внимание заводчиков, и заставить их удержать молот, для этой важной по своим последствиям операции. Далее мы увидим еще несколько других случаев, где молот чрезвычайно полезен и даже необходим, как например для сваривания и приготовления больших железных вещей, и мы утверждаем, что машина эта незаменима, и всегда будет играть весьма важную роль в металлурги железа.
Молота употребляемые при кричном способе суть или среднебойные, или хвостовые: первые служат преимущественно для обжима крицы и приготовления крупных сортов железа; вторые же устраиваются единственно почти для приготовления тонко сортного железа.
Среднебойные молота.
Их расположение. Среднебойными молотами называются те, у которых точка приложения силы находится между головою молота и точкою его вращения. Обыкновенно различают два рода среднебойных молотов: одни имеют кулаки, приводящие молот в движение, с боку, а у других они находятся снизу, в одной вертикальной плоскости с осью молотовища. Обыкновенно на кричных заводах употребляют молот с кулаками, подхватывающими его с боку. Он снабжен еще отбоем, который, усиливая удар, главною целью которого, умерить его подъем, который без того был бы довольно неопределенным. Мы опишем сначала вкратце старый способ устройства этих молотов, и за тем изложим все изменения, необходимые для того, чтобы сделать из них более совершенные машины.
Молот старого устройства. Голова молота, насажена на деревянное молотовище, другой конец которого закреплен в чугунное кольцо с вертлюгами, называемое пищалью или пятниками; пятники эти зажаты между двумя столбами, составляющими собственно так называемый стан или ноги, ось вращения пятников есть вместе с тем ось вращения молота. Отбой или долон есть нетолстый брус или отрубок, находящийся в одной плоскости с молотовищем, и упирающийся в переднюю его оконечность, в то время, когда он от толчка одного из кулаков подымается до известной высоты. Он проходит между брусьями или ногами стана, поверх пятников, потом сквозь переднюю бабу, где он крепко зажат деревянными клиньями, и наконец входит концом своим в нижнюю часть вертикальной стойки, называемой заднею бабою.
Ноги стана, а также задняя и передняя бабы, нижними концами своими, укреплены в каменном фундаменте, а вверху связаны между собою толстым поперечным брусом, удерживающим всю систему в возможной прочности.
Хотя система эта и требует весьма большого количества самого лучшего строевого леса, однако прочность ее ничтожна и непрестанные поправки неизбежны.
Новые среднебойные молота.
Чтобы устроить прочный и хорошо противодействующий сотрясениям кричный стан, очевидно нужно дерево заменить чугуном, и стараться противостоять действию отбоя. Представленный молот, удовлетворяет по-видимому весьма просто всем требованиям этого вопроса. Так как точка укрепления отбоя и ось вращения молота находятся в одной и той же чугунной стойке, заменяющей собою всемногочисленные части прежнего стана, то прочность этого стана несравненно значительнее. Многочисленные железные связи, соединяющие наружную часть стана с основанием, придают системе еще большую прочность и солидность. Нам однако кажется, что, не уменьшая значительно упругости подземных частей стана, можно было бы им придать большую массу, и увеличить тем самым их сопротивление, заменяя два нижних ряда брусьев каменною кладкой.
Иногда, вместо того чтобы утверждать отбой в одной длинной коробке, как это сделано здесь, ее отодвигают значительно назад, и отбой пропускают еще через хомут с вертлюгами, закрепленный в одном месте с пищалью. Цель такого устройства состоит в том, чтобы отбой, при ударе в него молотовища, не стремился опрокинуть стан назад. Хотя оно сложнее и дороже предыдущего, но зато весьма полезно, особенно при молотах, тяжесть которых превосходит 18-20 пудов.
Главнейшие части. Голова молота, или, что называется, сам молот, отливается из чугуна, но по причине частых поломок и некоторой опасности, этими молотами представляемыми, на многих заводах употребляют молота железные. Тяжесть молотов изменяется от 12-24 пудов. Подъем их, находящийся часто в обратном отношении к их весу, простирается от 18-12 вершков.
Чтобы облегчить вытяжку под молотом длинных полос, ось молота уклоняется от оси молотовища под некоторым углом, что называется наворачивать молот в сторону. Наоборот можно производить, или стесывая к одной стороне молотовище, или отливая проушину молота не параллельно с остальной его фигурою; у нас, в России, предпочитается первый способ, авторы же советуют употреблять второй, для того, чтобы стесыванием молотовища не уменьшать его прочности, без того уже довольно незначительной.
Молотовище (или также топорище) делается длиною от 7,87-8,2 футов, считая от центра молота до оси вращения; толщина же его должна быть пропорциональна весу молота. Так как оно подвержено действию весьма значительных сил, и как прочность составляет первое условие его достоинства, то молотовища приготовляют из самого лучшего, прочного леса, за границей из бука и граба, а у нас в России из березы. За всем тем, они служат не долго и требуют перемены от 2-3, а у нас и до 4 раз в месяц. Отбой делается из бука, дуба или ясеня, у нас же из березы.
Мы уже сказали, что молот может быть приготовлен из чугуна и из железа, но наковальни должны быть всегда чугунными; лицо ее делается от 3-4 дюймов шириною и до 19,5 дюймов длиною. Для придания большей прочности, их отливают из переплавочного половинчатого чугуна, выпуская лицо их в толстый металлический наличник, от которого, охлаждаясь быстро, оно приобретает большую твердость; остальная же часть наковальни формуется в песке. У нас принимается за постоянное правило, на всех заводах, чтобы наковальня была всегда немного твёрже молота. Основание наковальни не зависит от других частей кричного стана; оно состоит из нескольких чесноком набитых свай, связанных железными обручами и называемых ростверком. Иногда же сваи заменяют несколькими брусьями, врываемых вертикально в землю и связанными железными болтами. На ростверк ставится чугунный стул, покрываемый иногда особенною чугунною же доскою (при больше кричном способе), которая называется у нас решеткой. Сквозь отверстие в средине решетки, в углубление стула, вставляется наковальня. На некоторых заводах стульев не употребляют, располагая наковальню на самом ростверке, но тогда тяжесть ее должна быть несравненно значительнее, что, при частой перемене наковален, вовлекает в значительные расходы. Вес стула должен, по крайней мере, быть втрое больше веса молота; у нас же, стулья обыкновенно весят около 150 пудов, т.е. в шесть раз больше, нежели сам молот.
Бочка с кулаками, насаживаемая обыкновенно на вал движителя, имеет четыре или пять деревянных кулаков, утвержденных, посредством деревянных клиньев и железных обручей, в гнездах бочки. Место, в котором кулаки подхватывают молотовище, оковано широким железным обручем, или так называемою обоймою, и должно находиться, как можно ближе к голове молота. Но так как весьма необходимо, чтобы наковальня была доступна, хотя в некоторой степени, со всех сторон, то подушку вала, а вместе с тем и бочку с кулаками, отодвигают несколько назад, на некоторое расстояние от головы молота. Но если вал чугунный, то скамью с подшипником можно поместить позади бочки с кулаками, что и позволяет придвинуть последнюю гораздо ближе к голове молота.
На старых заводах, где бочка с кулаками насажена, бывает на самом валу водяного колеса, который, будучи толст, занимает много места, и где, кроме того, ноги стана распространяются довольно далеко, там необходимым оказывается вал и молотовище сводить спереди под некоторым углом, дабы кулаки могли доставать и подхватывать молот. От этого расположения кулаки действуют неправильно, и сильно надсаждают молотовище; впрочем, неудобство это, при чугунном стане и чугунном вале, встретиться не может.
Движитель. Обыкновение располагать бочку с кулаками на валу водяного колеса есть самое ложное, какое только можно себе вообразить. Ибо толчки претерпеваемые колесом, не смотря на всю его прочность, разрушают, или, по крайней мере, расстраивают его весьма скоро. Кроме того, способ этот имеет еще следствием невыгодное употребление движущей силы; ибо тогда вообще скорость колеса определяется в зависимости от числа ударов молота, а не по высоте напора воды. Так как бочка имеет 4 или 5 кулаков, а молот должен делать в минуту до 120 ударов, то и выводят, что колесо должно обращаться в минуту от 30 до 24 раз; а из этого выходит, что для получения полезного действия в 8 и до 10 лошадей, издерживают механической силы от 50 до 60 лошадей, тогда как совершенно достаточно было бы 24 или 30 лошадей. Ныне же, когда наука открыла и показала нам верные способы оценки водяных потоков как движители, должны располагать колеса таким образом, чтобы в пользу употреблялось, по крайней мере, 50% расходуемой механической силы; для чего, кроме тщательного и хорошего устройства колес (соответственно правилам науки), должно силу движителя передавать исполнительному механизму посредством зубчатых колес, которые доставляли бы молоту требуемое число ударов, и употреблять маховик, который массою своею не допускал бы сотрясениям передаваться ни зубчатым колесам, ни, тем более, водяному колесу. Если же молот приводится в действие паровой машиной, то зубчатые колеса оказываются ненужными: бочка с кулаками, снабженная всегда маховиком, может двигаться непосредственно от самой машины, ибо без всякого вреда полезному употреблению пара, машину можно заставить делать необходимое для молота число размахов в минуту.
Определение движущей силы, необходимой для действия молота, не представляет особенных трудностей. Называя через P вес молота, вместе с клиньями, которыми он укреплен, и с той частью молотовища, которая просунута в него (что всё можно положить равным 0,4 веса самого молота); означая через N число ударов в минуту, а через C подъем молота: ( P ´ N ´ C ) / 60 будет выражать в пудофутах полезную работу в секунду. Трение различного рода и действие отбоя поглощают количество работы почти равное половине этой силы. Таким образом, количество употребляемой силы движителя, T, может быть определено формулою:
T = (1,5 ´ P.N.C.)/60 , или T = 0,025 P.N.C.
Предполагая, что движитель устроен только удовлетворительно, он должен давать 50% полезного действия, а потому, теоретически, расходуемая сила воды или пара составляет 2T. Возьмем для примера молот, голова которого весит 20 п., и сделаем P = 28 пуд., N = 100, а C = 2 фут.; то получим T = 139 пудофутам, или 9,26 паровым лошадям.
Вес маховика. Толчки молота могут быть устранены от прочего механизма только употреблением махового колеса, которому должна быть придана достаточная для того масса: понятно, что в этом отношении ему надобно сообщать тем большую живую силу, чем толчки молота сильнее и реже. Но как довольно неудобно, чтобы молот ходил еще некоторое время после остановки самой машины, то это обстоятельство должно тоже принять в соображение, и, сообразно сему, определять силу махового колеса. Предполагая, что молот должен останавливаться через 5 секунд после остановки машины, количество действия маховика должно в пять раз превышать количество действия молота, или должно равняться 5T. Называя через P вес махового колеса, V среднюю скорость на окружности, и g силу тяжести, то живая сила его выразится через PV2 /g; и как величина эта равна двойному количеству действия, то будем иметь:
PV2 = 2g ´ 5T = 2 ´ 32 ´ 5T = 320T
Выражение, из которого, задавшись величиною V, выводить Р.??
Возьмем для примера предыдущий молот, и предположим, что бочка с кулаками делает в минуту 20 оборотов, и, что маховик в диаметре имеет 16,5 фут.; мы найдем, что V = (16,6 ´ 3,14 ´ 20)/ 60 = 17,27 фут., а V2 = 298,25 фут.Вставляя в выражение PV2 = 320Т, V2 = 298,25 и T = 139, мы получим:
P = (320 ´ 139)/298,25 = 149 пуд.
Но если молот будет легче, число ударов его будет больше, а требуемый им движитель меньше, то без всякого затруднения маховик можно делать еще легче. Для тяжелого же молота, и притом редко бьющего, маховик должен быть тяжелее показанного.
Предложенный здесь способ вычисления весьма удобно можно прилагать также и к тем маховикам, которые находятся на молотах, действующих от зубчатых колес; но если паровая машина непосредственно приводит в движение вал с кулаками, тогда силу маховика надобно немного увеличивать, ибо это весьма сильно содействует сохранению цилиндра, поршневого стержня и проч.
Употребление молотов. На большей части кричных заводов, за границею, молота ударяют в минуту от 90 до 120 раз; тяжесть же их соображается с количеством требуемой работы, а равно и с качеством обыкновенно приготовляемого железа. Молота от 15,25 до 18,3 пудов весом, имеющие подъем 12,5 вершков, оказывают слабое действие; для успешного и быстрого обжимания крицы от 3,5 до 4 пудов весом, необходимо иметь молот 27-30 пудов весом, с подъемом в 13,5 вершков и с весьма сильным отбоем. Подобный молот, без всякого затруднения, будет поспевать обрабатывать железо из двух горнов, если только сорта будут самые крупные.
Если же завод занимается обыкновенно изготовлением средних и в особенности мелких сортов, то для каждого огня нужен отдельный молот. Но в этом случае достаточно им придавать вес от 15,25 до 18,3 пудов, потому что крицы в этом случае бывают очень невелики. Лучше же всего, на каждые пять или шесть огней, иметь один обжимный молот, 30-50 пудов весом, и на каждые три огня, два малых молота, для тяги.
Так как употребление молотов с зубчатыми колесами и с маховиками еще недостаточно распространилось и не получило, так сказать, еще оседлости в кричном производстве, то некоторые техники, более опытные, нежели ученые, весьма сильно противятся их введению, уверяя, что работа под ними не может быть успешна, ибо их не так легко останавливать, как старые молота, к которым и рабочие, и они очень привыкли. Конечно, нельзя и спорить, что такой молот невозможно вдруг остановить, но разве это можно вменить ему в великий недостаток, и разве, предвидя окончание работы, мастер не может, за несколько секунд вперед, приказать останавливать молот исподволь? Если же припомнить, что расположение это дозволяет сберегать половину движущей силы, то мы полагаем, что в подобном деле никакие предрассудки и неосновательные доказательства не могут и не должны иметь места.
Хвостовые молота.
Расположение. Хвостовыми молотами называются такие, у которых ось вращения молотовища находится между головою молота и точкою приложения силы. Сила их изменяется в пределах весьма обширных, и не только иногда равняется, но даже превосходить силу среднебойных молотов; в этом последнем случае они снабжаются отбоем. Обыкновенно же вес молота не превосходит 15,25 пудов, достигая нередко 2,5 пудов.
Молотовище осью своего вращения разделяется на две части. Расстояние от пятников до конца хвоста, или до точки приложения силы, составляет, при молотах средней величины, ударяющих в минуту от 140 до 200 раз, одну треть всей длины молотовища. При колотушечных же молотах, ударяющих в минуту от 240 до 300 раз, длина хвоста составляет только четвертую часть всей длины молотовища. Подъем, для больших молотов, от 11,5-13,5 вершк.; для средних от 8-10 вершк.; а для малых 5,5-6,75 вершков.
Пищаль, чрез которую пропущено молотовище, вращается между двумя деревянными или чугунными стойками, соединенными с прочным основанием. Отбоя, такого как у среднебойных молотов, большею частью не делают, заменяя его деревянным брусом с чугунною доскою, в которую и ударяется хвост молота железным кольцом, на конце его надетым; устройство это называют обыкновенно наковальней.
Наковальня молота всегда вкладывается в стул, утвержденный на ростверк ??; из железа делают только малые наковальни; при больших же молотах, наковальни снабжают нередко вставною железною частью, или штампом, посредством которого и придают железу требуемую форму; молот также в этом случае должен иметь подобный штамп; эти вставные матки весьма значительно уменьшают число молотов, необходимых для приготовления разносортного железа. Для выделки железа широкополосного или четырехгранного, бою молота и
29-04-2015, 04:04